CN104981952A - 光纤以及使用该光纤的激光振荡器 - Google Patents

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Abstract

光纤(6)具有第1光纤主体(61)、第2光纤主体(62)和第1端帽(63)。第1光纤主体(61)具有第1纤芯(611)和第1包层(612)。第2光纤主体(62)具有第2纤芯(621)和第2包层(622)，且第1端面(623)接合于第1光纤主体(61)的第1端面(613)。第1端帽(63)具有光透过性，并且接合于第2光纤主体(62)的第2端面(624)。第1纤芯(611)掺有激光介质。第2纤芯(621)中的激光介质的质量含有率低于第1纤芯(611)中的激光介质的质量含有率。

Description

光纤以及使用该光纤的激光振荡器
技术领域
本发明涉及光纤以及使用该光纤的激光振荡器。
背景技术
使用光纤的激光振荡器已得到广泛应用。这种激光振荡器使用由光源振荡出的激励光，通过光纤振荡出激光。用于该激光振荡器中的光纤例如由掺有铒等的激光介质的ZBLAN玻璃等的氟化物玻璃形成。然而，这种氟化物玻璃、尤其是ZBLAN玻璃存在会因吸收了来自光纤的激光的大气中的水分而潮解的问题。即，存在损伤光纤端面的问题。
为了消除该问题，例如在专利文献1中，在光纤的端面上接合了端帽。由此，光纤的端面不会露出于大气中，因此能够防止因大气中的水分而光纤的端面被潮解。
此外，光纤所包含的激光介质会通过吸收激励光而发热，因此需要防止因该发热而烧灼光纤使其损伤。例如在专利文献2中，通过2块金属板夹住光纤以散发来自光纤的热，从而防止光纤发热导致的损伤。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2007-273842号公报
专利文献2日本特开2001-274489号公报
发明内容
发明欲解决的课题
如上所述，在通过2块金属板夹住光纤的情况下，难以通过金属板完全地夹至光纤的两端部，光纤的两端部有时会从金属板露出。此时，在激励光入射的光纤的第1端部，会产生光纤发热而损伤的问题。
本发明的课题在于抑制光纤端部的损伤。
用于解决课题的手段
(1)本发明第1方面的光纤是用于使用激励光生成或放大激光的光纤。该光纤具有第1光纤主体、第2光纤主体和第1端帽。第1光纤主体具有第1纤芯和第1包层。第2光纤主体具有第2纤芯和第2包层，且第1端面接合于第1光纤主体的第1端面。第1端帽具有光透过性，且接合于第2光纤主体的第2端面。第1纤芯掺有激光介质。第2纤芯中的激光介质的质量含有率低于第1纤芯中的激光介质的质量含有率。
根据该结构，首先，第1光纤主体的第1端面接合有第2光纤主体而未露出于大气，因此能够防止因吸收了激光的大气中的水分而潮解。此外，第2光纤主体的第2端面接合有第1端帽而未露出于大气，因此同样能够防止潮解。
进而，第1光纤主体的第1端面接合有第2光纤主体，因此在通过金属板等的冷却部件夹住第1光纤主体等时，也能够防止第1光纤主体的第1端部从冷却部件露出。其结果，能够充分冷却包含第1端部在内的第1光纤主体，还可以防止第1纤芯由于发热而受到损伤。另外，第2光纤主体存在一部分从冷却部件露出的可能性，而第2光纤主体的第2纤芯的激光介质的质量含有率低于第1纤芯，对激励光的吸光度低于第1光纤主体的第1纤芯。因此，能够抑制第2纤芯的发热，能够抑制第2纤芯由于发热而受到损伤。另外，第1光纤主体的第1端部指的是连接第2光纤主体的一侧的端部。此外，该光纤优选用于从第1端帽侧入射激励光。
(2)优选第1纤芯掺有激光介质，而第2纤芯未掺有激光介质。根据该结构，第2纤芯未掺杂激光介质，因此可防止因激励光的吸收导致的发热。其结果，即使在第2光纤主体的一部分从冷却部件露出的情况下，也能够防止第2纤芯的损伤。
(3)优选第1光纤主体和第2光纤主体由氟化物玻璃形成，激光介质是稀土类元素。具体而言，优选第1光纤主体和第2光纤主体由ZBLAN玻璃形成，激光介质是铒。
根据该结构，能够提升发光特性等。此外，氟化物玻璃、尤其是ZBLAN玻璃具有潮解性，因此本发明的应用尤为有效。
(4)优选端帽由氟化钙形成。
(5)优选第2纤芯，其直径大于第1纤芯的直径，且被设计为使得来自第1纤芯的输出光在第2纤芯内不被反射的长度。根据该结构，能够在不变更来自第1纤芯的输出光的模式的情况下，将输出光输出。
(6)优选光纤还具有第2端帽，该第2端帽接合于第1光纤主体的第2端面，且具有光透过性。根据该结构，还能够防止第1光纤主体的第2端面的损伤。
(7)优选光纤还具有冷却部件，该冷却部件用于冷却第1光纤主体和第2光纤主体。根据该结构，能够防止因发热导致第1光纤主体的第1纤芯损伤。
(8)本发明第2方面的激光振荡器具有上述任意一项所述的光纤、收容光纤的壳体以及振荡出激励光的光源。
发明的效果
根据本发明，能够抑制光纤端部的损伤。
附图说明
图1是表示激光振荡器的结构的概略图。
图2是表示光纤的第1端部侧的剖面图。
图3是表示光纤的第2端部侧的剖面图。
图4是光纤的第1端部侧的第1和第2光纤主体的详细剖面图。
图5是表示变形例1的光纤的第2端部侧的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的光纤以及使用该光纤的激光振荡器的实施方式。图1是表示激光振荡器的结构的概略图。
如图1所示，激光振荡器1具有光源2、第1～第3透镜3a、3b、3c、第1和第2二向色镜4a、4b、阻尼器5、光纤6、壳体7和冷却器装置8。
光源2用于振荡出激励光，例如可由灯或半导体激光器等构成。由光源2振荡出的激励光通过激励光传输光纤2a而输出。
第1透镜3a是作为准直透镜发挥功能的透镜，其配置于激励光传送光纤2a与后述的壳体7的第1窗口部7a之间。第1透镜3a将来自光源2的激励光从发散光的状态转换为平行光的状态。
第2透镜3b是作为聚光透镜和准直透镜发挥功能的透镜，其配置于第1二向色镜4a与光纤6的第1端部67之间。第2透镜3b对通过第1透镜3a而处于平行光的状态的激励光进行会聚而向光纤6放射，并且将从光纤6放射的激光转换为平行光的状态。
第3透镜3c是作为聚光透镜和准直透镜发挥功能的透镜，其配置于第2二向色镜4b与光纤6的第2端部68之间。第3透镜3c将来自光纤6的激励光和激光转换为平行光的状态，对来自第2二向色镜4b的激光进行会聚而向光纤6放射。
第1二向色镜4a配置于第1透镜3a与第2透镜3b之间。第1二向色镜4a使来自光源2的激励光透过，并且反射来自光纤6的激光而使其改变行进方向。
第2二向色镜4b配置于第3透镜3c与阻尼器5之间。第2二向色镜4b构成为使来自光纤6的激励光透过，并且反射来自光纤6的激光。
阻尼器5配置于第2二向色镜4b的下游侧，是吸收透过第2二向色镜4b的激励光的部件。
图2是光纤6的第1端部67侧的侧面剖面图，图3是光纤6的第2端部68侧的侧面剖面图。如图2和图3所示，光纤6具有第1光纤主体61、第2光纤主体62、第1端帽63、第2端帽64和冷却部件65。
第1光纤主体61作为光纤6的主要部分，在该第1光纤主体61生成激光。图4是表示光纤6的第1端部67侧的第1光纤主体61和第2光纤主体62的详细情况的侧面剖面图。如图4所示，第1光纤主体61具有第1纤芯611、以及形成为覆盖第1纤芯611的第1包层612。
第1纤芯611由掺有稀土类元素作为激光介质的氟化物玻璃形成，优选由掺有铒的ZBLAN(ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF)玻璃形成。第1包层612由氟化物玻璃形成，优选由ZBLAN玻璃形成。另外，第1包层612的折射率低于第1纤芯611，此外，未掺杂激光介质。
第2光纤主体62的第1端面623接合于第1光纤主体61的第1端面613。第2光纤主体62具有第2纤芯621、以及形成为覆盖第2纤芯621的第2包层622。第2光纤主体62在与第1光纤主体61相同的轴上延伸，且具有与第1光纤主体61的直径大致相同的直径。即，第2包层622的外径与第1包层612的外径大致相同。另外，该第2光纤主体62通过热粘接而接合于第1光纤主体61。
第2光纤主体62的第2纤芯621的直径大于第1光纤主体61的第1纤芯611的直径。此外，第2光纤主体62被设计为使得来自第1光纤主体61的激光不在第2纤芯621内反射的长度。即，从第1纤芯611入射到第2纤芯621的激光在第2纤芯621内反射之前从第2纤芯621放射。此外，第2纤芯622未掺杂作为激光介质的铒等的稀土类元素，因此即使激励光入射也不会发热。即，不在第2光纤主体62生成激光。
如图2所示，第1端帽63接合于第2光纤主体62的第2端面624。具体而言，第1端帽63通过热粘接而接合于第2光纤主体62。第1端帽63具有使激励光和激光透过的光透过性，且不具有潮解性。此外，第1端帽36优选熔点在第2光纤主体62的熔点以上，而为了进行第2光纤主体62的第2端面624的冷却，热传导率优选高于第2光纤主体62的热传导率。此外，第1端帽63为了强化与第2光纤主体62的接合，优选线膨胀系数与第2光纤主体62同等程度。具体而言，第1端帽63可以为氟化钙等的晶体。此外，第1端帽63还可以是石英等的晶体。
如图3所示，第2端帽64接合于第1光纤主体61的第2端面614。具体而言，第2端帽64通过热粘接而接合于第1光纤主体61。第2端帽64是与上述第1端帽63相同的结构，因此省略对其详细说明。
如图2和图3所示，冷却部件65由2块金属板651a、651b构成。金属板651a、651b例如为铜制的。冷却部件65构成为在通过2块金属板651a、651b夹住第1和第2光纤主体61、62的状态下，保持第1和第2光纤主体61、62。另外，冷却部件65夹住第1光纤主体61的整体。即，第1光纤主体61在长度方向上不从各金属板651a、651b露出。
更具体而言，在各金属板651a、651b的相对的面形成有用于保持第1和第2光纤主体61、62的凹部。第1和第2光纤主体61、62收容于被该各凹部划分出的收容部内，且在该收容部内与各金属板651a、651b接触。因此，如果在第1和第2光纤主体61、62产生了热，则该热会通过金属板651a、651b散热。另外，各金属板651a、651b在凹部以外的部分彼此接触。配置于下侧的金属板651b与后述的壳体7的基部接触。
如图1所示，壳体7是长方体状的箱体，其收容第2和第3透镜3b、3c、第1和第2二向色镜4a、4b、阻尼器5和光纤6。壳体7包括具有光透过性的第1窗口部71a和第2窗口部71b。来自光源2的激励光通过第1窗口部7a进入到壳体7内，并被发送给光纤6。此外，来自光纤6的激光通过第2窗口部7b输出到壳体7的外部。
此外，壳体7在底面具有基部(省略图示)。基部在内部形成有供制冷剂流动的流路。在该基部上设置有上述金属板651b，因而金属板651b得以冷却。此外，金属板651a与金属板651b接触，因而通过热传导而冷却。
壳体7的内部填充有氮。此外，为了去除壳体7内的水分，在壳体7内放入了干燥剂。
壳体7经由配管8a而连接有冷却器8。冷却器8对在壳体7的基部内流动的制冷剂的温度进行调整。具体而言，冷却器8冷却从壳体7的基部经由配管8a输送来的制冷剂。在冷却器8中冷却的制冷剂经由配管8a返回壳体7的基部。
接着，说明如上构成的激光振荡器1的动作。
在光源2中振荡出的激励光从激励光传送光纤2a输出，在第1透镜3a中成为平行光的状态，并通过第1窗口部7a进入到壳体7内。进入到壳体7内的激励光透过第1二向色镜4a，被第2透镜3b会聚而从光纤6的第1端部67入射到光纤6。具体而言，激励光从光纤6的第1端帽63入射。
入射到光纤6的激励光在第1光纤主体61的第1纤芯611内传播。由此，掺杂于第1纤芯611的铒被激励而输出激光。另外，激励光还在第2光纤主体62的第2纤芯621内传播，然而由于第2纤芯621内未掺杂铒，因此在第2纤芯621中不输出激光。激励光的强度在第1纤芯611内传播的期间内逐渐降低。而且，从光纤6的第2端部68放射的激励光透过第3透镜3c、第2二向色镜4b，被阻尼器5吸收。
另一方面，在第1光纤主体61的第1纤芯611内生成的激光从光纤6的第2端部68放射，且被第3透镜3c转换为平行光的状态。然后，激光被第2二向色镜4b反射，且被第3透镜3c会聚，从第2端部68侧入射到光纤6。入射到光纤6内的激光在第1光纤主体61的第1纤芯611内传播，且从光纤6的第1端部67放射。此后，激光被第2透镜3b转换为平行光的状态，被第1二向色镜4a反射而行进方向变更为朝向第2窗口部7b，通过第2窗口部7b放射到壳体7的外部。
[特征]
本实施方式的光纤6具有如下的特征。
(1)首先，第1光纤主体61的第1端面613接合有第2光纤主体62而未露出于大气中，因此能够防止因吸收了输出光的大气中的水分导致的第1端面613的潮解。此外，第2光纤主体的第2端面接合有端帽而未露出于大气中，因此能够同样防止潮解。
进而，在第1光纤主体61的第1端面613接合有第2光纤主体62，因此在通过金属板651a、651b夹住第1光纤主体61的情况下，能够防止第1光纤主体61的第1端部从金属板651a、651b露出。其结果，第1光纤主体61的第1端部也能够被充分冷却，从而防止第1纤芯611由于发热而受到损伤。另外，第2光纤主体62存在从金属板651a、651b露出的可能性，然而由于第2纤芯621未掺杂激光介质，因此可防止第2纤芯621吸收激励光而导致的发热。其结果，在第2光纤主体62从金属板651a、651b露出的情况下，能够防止第2纤芯621的损伤。
(2)第2纤芯622的直径大于第1纤芯621的直径，并且被设计为使得来自第1纤芯621的输出光不在第2纤芯622内反射的长度。因此，能够在不必变更在第1纤芯621中生成的激光的模式的情况下，输出激光。
(3)第1光纤主体61的第2端面614接合有第2端帽64，因此还能够防止第1光纤主体61的第2端面614的损伤。
[变形例]
以上，说明了本发明的实施方式，然而本发明不限于此，能够在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变更。
变形例1
在上述实施方式中，第1光纤主体61的第2端面614接合有第2端帽64，然而并不特别限定于此。例如图5所示，在第1光纤主体61与第2端帽64之间可以介入有第3光纤主体66。具体而言，第3光纤主体66的第1端面663接合于第1光纤主体61的第2端面614，而第2端面664接合于第2端帽64。该第3光纤主体66可以为与第2光纤主体62相同的结构。
变形例2
在上述实施方式中，第2光纤主体62的第2纤芯621未包含激光介质，然而并不特别限定于此。例如，第2光纤主体62的第2纤芯621可以按照低于第1光纤主体61的第1纤芯611的质量含有率包括激光介质。另外，第2纤芯621所含有的激光介质的质量含有率会根据激励光的强度和激光介质的种类等而发生变化，优选采用第2纤芯621不会由于发热而损伤的程度的质量含有率。
变形例3
在上述实施方式中，第1光纤主体61构成为具有第1纤芯611、以及形成为覆盖第1纤芯611的第1包层612，然而并不特别限定于此。例如，第1光纤主体61可以采用所谓的双包层光纤。具体而言，可以通过内部包层和覆盖内部包层的外部包层构成第1包层612。
标号说明
1：激光振荡器，2：光源，6：光纤，61：第1光纤主体，611：第1纤芯，612：第1包层，613：第1端面，614：第2端面，62：第2光纤主体，621：第2纤芯，622：第2包层，623：第1端面，624：第2端面，63：第1端帽，64：第2端帽，65：冷却部件。

Claims (10)

1.一种光纤，其用于利用激励光生成激光或对激光进行放大，
该光纤具有：
第1光纤主体，其具有第1纤芯和第1包层；
第2光纤主体，其具有第2纤芯和第2包层，且第1端面接合于所述第1光纤主体的第1端面；以及
具有光透过性的第1端帽，其接合于所述第2光纤主体的第2端面，
所述第1纤芯掺有激光介质，
所述第2纤芯中的所述激光介质的质量含有率低于所述第1纤芯中的所述激光介质的质量含有率。
2.根据权利要求1所述的光纤，其中，
所述第1纤芯掺有激光介质，
所述第2纤芯未掺杂所述激光介质。
3.根据权利要求1或2所述的光纤，其中，
所述第1光纤主体和第2光纤主体由氟化物玻璃形成，
所述激光介质是稀土类元素。
4.根据权利要求3所述的光纤，其中，
所述第1光纤主体和第2光纤主体由ZBLAN玻璃形成。
5.根据权利要求3或4所述的光纤，其中，
所述激光介质是铒。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的光纤，其中，
所述第1端帽由氟化钙形成。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的光纤，其中，
所述第2纤芯的直径大于所述第1纤芯的直径，且所述第2纤芯被设计为使得来自所述第1纤芯的输出光不在所述第2纤芯内反射的长度。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的光纤，其中，
该光纤还具有第2端帽，该第2端帽接合于所述第1光纤主体的第2端面，且具有光透过性。
9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的光纤，其中，
该光纤还具有冷却部件，该冷却部件用于冷却所述第1光纤主体和所述第2光纤主体。
10.一种激光振荡器，其具有：
权利要求1至9中的任意一项所述的光纤；
***述光纤的壳体；以及
振荡出所述激励光的光源。
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