CN105009387B - 光子带隙光纤、以及使用光子带隙光纤的光纤激光装置 - Google Patents

光子带隙光纤、以及使用光子带隙光纤的光纤激光装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光子带隙光纤，以至少一部分以15cm以上且25cm以下弯曲的状态使用，多个高折射率部(57)以19单元纤芯型配置为3层，V值为1.5以上且1.63以下，为了通过如上述那样弯曲的部位将高次模除去，高折射率部(57)被设定为将相对折射率差设为Δ％和将格子常数设为Λμm的条件。

Description

光子带隙光纤、以及使用光子带隙光纤的光纤激光装置
技术领域
本发明涉及能够除去高次模光而传播基模光，并且能够传播功率大的光的光子带隙光纤(photonic bandgap fibers)、以及使用光子带隙光纤的光纤激光装置。
背景技术
作为在加工机、医疗器械、测量仪等领域使用的激光装置的一种，公知有光纤激光装置。在这样的光纤激光装置中，存在从放大用光纤射出的光通过传输光纤(DeliveryFiber)传播至所希望的场所后射出的情况。从传输光纤射出的光，存在被透镜聚光，或通过波长转换元件将光的波长转换为短波长侧的情况。在这些情况下，从提高聚光性的观点、或提高波长转换效率的观点来看，优选使基模(LP01模)光的功率大高次模光的功率减少的光束品质优越的光从传输光纤射出。
作为这样的传输光纤，例如可举出仅传播基模光的单模光纤。但是，单模光纤一般光的有效截面积(Aeff)小，因此即使想要传播功率大的光，也产生由光的功率密度变高而引起的非线形光学效应等的现象，从而传播功率大的光是困难的。因此，进行了抑制高次模光的传播而传播基模光并且放大光的有效截面积这样的尝试。作为该尝试所使用的光纤，除了可举出传播的纤芯的外周面由包层围起的光纤之外还可举出光子带隙光纤。
下述专利文献1记载有这样的光子带隙光纤。在该光子带隙光纤中，以多个高折射率部成为正六边形的外形的方式分别配置为三角格子状。但是，在应该配置高折射率部的该正六边形的中心的位置以及包围它的6个应该配置高折射率部的位置，不配置这些高折射率部，而是通过包括未配置这些高折射率部的位置的区域形成纤芯区域。换句话说，该光子带隙光纤是未配置有7个高折射率部而是形成有纤芯区域的所谓的7单元纤芯型光子带隙光纤。而且该光子带隙光纤构成为，以规定的弯曲半径处于弯曲的状态，由弯曲产生的基模光与高次模光的弯曲损失之差而限制高次模光的传播，从而实际上仅传播基模。
专利文献1:日本特开2012-73389号公报
光的有效截面积用下式表示。
其中，E(r)表示光纤内的电解分布，r表示光纤的径向的距离。
从上式可知，光纤的光所传播的区域大的一方，能够使光的有效截面积变大。但是，如上述那样专利文献1所记载的光子带隙光纤，由于应该配置的7个高折射率部未被配置而是形成有纤芯区域，因此成为与该纤芯区域的面积对应的光的有效截面积。近年来，谋求射出功率更大的光的光纤，但在专利文献1记载的光子带隙光纤中，存在无法使光的有效截面积足够大，导致产生非线形光学效应的担忧。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供能够除去高次模光而传播基模光，并且能够传播功率大的光的光子带隙光纤、以及使用光子带隙光纤的光纤激光装置。
为了解决上述课题，本发明者们，为了抑制非线形光学效应的产生，对为了使光的有效截面积比上述7单元纤芯型的光子带隙光纤大，而增大纤芯区域的面积进行了研究。为了实现此目的，得到如下结论：在应该配置高折射率部的该正六边形的中心的位置和包围它们的6个应该配置高折射率部的位置、以及包围该6个应该配置高折射率部的位置的12个应该配置高折射率部的位置不配置高折射率部，而是设为19单元纤芯型的光子带隙光纤即可。但是，除去高次模光并传播基模光的19单元纤芯型的光子带隙光纤以往没有研究。因此，本发明者对能够在19单元纤芯型的光子带隙光纤中除去高次模光并传播基模光的条件认真研究，得到本发明。
即，本发明的光子带隙光纤具备：纤芯区域；以及包层区域，由折射率比上述纤芯区域的折射率高的多个高折射率部包围上述纤芯区域而配置为三角格子状，并且各个上述高折射率部之间被折射率与上述纤芯区域相等的介质填埋，上述光子带隙光纤以至少一部分按照规定的半径弯曲的状态使用，上述光子带隙光纤的特征在于，上述多个高折射率部以19单元纤芯型配置为3层，V值在1.5以上且1.63以下，在将上述高折射率部相对于上述介质的相对折射率差设为Δ％，将格子常数设为Λμm，将上述规定的弯曲半径设为Rcm的情况下，满足下式(1)以及式(2)
AHOM+BHOM∧+CHOM∧2+DHOM∧3≤Δ≤AFM+BFM∧+CFM∧2+DFM∧3···(1)
15≤R≤25···(2)
其中，
AHOM＝171.37687+2.093345R-0.1275714R2
BHOM＝-43.29906+0.530802R+0.011094R2
CHOM＝3.48397-0.098659R+0.000365R2
DHOM＝-0.09034+0.003584R-0.0000348R2
AFM＝89.98658-2.94759R+0.04246R2
BFM＝-17.33858+0.743907R-0.011185R2
CFM＝1.0904-0.054614R+0.0008568R2
DFM＝-0.02229+0.001232R-0.00002R2。
本发明的光子带隙光纤为19单元纤芯型。即，在由各个高折射率部的配置所划定的三角格子的一个格子点的位置、包围该一个格子点的位置的6个格子点的位置、以及包围该6个格子点的位置的12个格子点的位置不配置高折射率部，来形成纤芯区域。因此，与专利文献1所记载的7单元纤芯型的光子带隙光纤相比，能够将纤芯区域放大，因此能够将光的有效截面积放大。因此，在传播相同功率的光的情况下能够降低光的功率密度，因此能够传播功率更大的光。
此外，V值是作为标准化频率一般公知的值，通过下式得到。
其中，λ是使用波长，d是高折射率部的直径，nhigh是高折射率部的折射率，nlow是填埋各个高折射率部之间的介质的折射率。
另外，如上述那样以19单元纤芯型的光子带隙光纤传播基模光并除去高次模光的条件以往没有研究，但本发明者们认真研究的结果得到：在至少高折射率部以3层配置的情况下，使V值在1.5以上且1.63以下，且满足上式(1)，由此在光子带隙光纤以半径为15cm～25cm弯曲的位置中，能够除去高次模光。因此，根据本发明的光子带隙光纤，能够除去高次模光而传播基模光。此外，如上述那样包围纤芯区域的高折射率部以3层配置是指：由于本发明的光子带隙光纤以19单元纤芯型将高折射率部配置为三角格子状，因此在包围纤芯区域的内周侧的位置，18个高折射率部配置为六边形状，在包围该18个高折射率部的位置，24个高折射率部配置为六边形状，在包围该24个高折射率部的位置，30个高折射率部配置为六边形状，通过由上述18个高折射率部构成的层、由24个高折射率部构成的层、以及由30个高折射率部构成的层而成为3层。
另外，优选在上述纤芯区域添加活性元素。通过添加活性元素，能够成为能够除去高次模光并放大基模光的放大用光纤。
另外，本发明的光纤激光装置的特征在于，具备：光子带隙光纤，其如上述那样在纤芯区域添加了活性元素；种子光源，其将入射于上述光子带隙光纤的上述纤芯区域的种子光射出；以及激励光源，其将激励上述光子带隙光纤的上述活性元素的激励光射出。或者特征在于，具备：光子带隙光纤，其如上述那样在纤芯区域添加了活性元素；激励光源，其将激励上述光子带隙光纤的上述活性元素的激励光输出；第1FBG，其设置于上述光子带隙光纤的一侧，将由上述激励光激励的上述活性元素所放出的光的至少一部分波长的光反射；第2FBG，其设置于上述光子带隙光纤的另一侧，将上述第1FBG所反射的光中的至少一部分波长的光以比上述第1FBG低的反射率反射。
根据这样的光纤激光装置，在光子带隙光纤中将高次模光除去，因此能够抑制高次模光的放大并将基模光放大，因此能够射出光束品质好的光。另外，这样的光纤激光装置在光子带隙光纤中将光的有效截面积放大，因此能够将高功率的光射出。
如以上那样，根据本发明，提供能够除去高次模光并传播基模光，并且能够传播功率大的光的光子带隙光纤、以及使用光子带隙光纤的光纤激光装置。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的光纤激光装置的图。
图2是表示与图1的放大用光纤的长度方向垂直的剖面的情况的图。
图3是表示与图1的传输光纤的长度方向垂直的剖面的情况的图。
图4是针对以半径15cm弯曲的V值为1.6的光子带隙光纤传播基模光并损失高次模光的条件，表示高折射率部相对于低折射率部的相对折射率差Δ％与高折射率部的格子常数Λμm的关系的图。
图5是针对以半径20cm弯曲的与图4相同的光子带隙光纤传播基模光并损失高次模光的条件，表示与图4相同的关系的图。
图6是针对以半径25cm弯曲的与图4相同的光子带隙光纤传播基模光损失高次模光的条件，表示与图4相同的关系的图。
图7是表示本发明的第二实施方式的光纤激光装置的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的光子带隙光纤详细地进行说明。此外，为了容易理解，存在各个图的比例与以下的说明所记载的比例不同的情况。
(第一实施方式)
图1是表示本实施方式的光纤激光装置的图。如图1所示，光纤激光装置1具备射出种子光的种子光源10、射出激励光的激励光源20、供种子光与激励光入射的放大用光纤30、将种子光源10以及激励光源20与放大用光纤30连接的光组合器40、以及一端与放大用光纤30连接的传输光纤50，来作为主要结构。
种子光源10例如，通过由激光二极管构成的激光光源、法布里珀罗型、或光纤环型光纤激光装置构成。从该种子光源10射出的种子光没有特别限制，例如成为如后述那样在对放大用光纤添加了镱的情况下波长为1070nm的激光。另外，种子光源10连接于由纤芯、以及包覆纤芯的包层构成的光纤15，从种子光源10射出的种子光在光纤15的纤芯传播。作为该光纤15，例如可举出单模光纤，在该情况下，种子光在光纤15作为单模光传播。
激励光源20由多个激光二极管21构成，例如，如后述那样在对放大用光纤添加镱的情况下射出波长为915nm的激励光。另外，激励光源20的各激光二极管21连接于光纤25，从激光二极管21射出的激励光在光纤25传播。作为这些光纤25，例如可举出多模光纤，在该情况下，激励光在光纤25作为多模光传播。
图2是表示与图1的放大用光纤的长度方向垂直的剖面的情况的图。如图2所示，本发明的实施方式的放大用光纤30由光子带隙光纤构成。具体而言，放大用光纤30具备：纤芯区域31、包围纤芯区域31的外周的包层区域32、包覆包层区域32的外部包层33、以及包覆外部包层33的包覆层34作为主要结构。
包层区域32具有多个高折射率部37、以及填埋该多个高折射率部37之间以及多个高折射率部37的外周的低折射率部38。多个高折射率部37以包围纤芯区域31的方式配置为三角格子状。其中，在由最内周侧的高折射率部37构成的第一层中，18个高折射率部37配置为六边形状。另外，在第二层中，24个高折射率部以包围第一层的18个高折射率部37的方式配置为六边形状。而且，在第三层的高折射率部37中，30个高折射率部以包围第二层的24个高折射率部37的方式配置为六边形状。另外，在比第三层的高折射率部37更靠外周侧的位置，未配置有高折射率部37，多个高折射率部37整体配置为3层。另外，各个高折射率部37之间被折射率比高折射率部37的折射率低的低折射率部38填埋，而且最外周侧的高折射率部37的外周侧被低折射率部38无缝隙地包围。这样通过高折射率部37与填埋它们之间的低折射率部38形成带隙区域BGA，通过包围最外周侧的高折射率部37的外周的低折射率部38形成护套(jacket)区域JA。
高折射率部37例如由添加了提高折射率的锗(Ge)等掺杂剂的石英(SiO2)构成，低折射率部38例如由未添加任何掺杂剂的纯石英构成。
另外，在配置为三角格子状的多个高折射率部37的内周侧，在由通过各个高折射率部37的配置而划定的三角格子的一个格子点的位置、包围该一个格子点的位置的6个格子点的位置、以及包围该6个格子点的位置的12个格子点的位置构成的19个的位置未配置高折射率部而形成有上述的纤芯区域31。换句话说，放大用光纤30成为19单元纤芯型的光子带隙光纤。此外，在图2中，纤芯区域31的上述格子点的位置用虚线表示。
另外，在本实施方式的放大用光纤30中，纤芯区域31由位于纤芯区域31的中心的纤芯中心部35、和无缝隙地包围纤芯中心部的外周面的纤芯外周部36构成。在纤芯中心部35添加有通过从激励光源20射出的激励光成为激励状态的活性元素。作为这样的活性元素，可举出镱(Yb)之类的稀土类元素。作为其他的稀土类元素除了上述镱之外可举出铥(Tm)、铈(Ce)、钕(Nd)、铕(Eu)、铒(Er)等。而且作为活性元素，除了稀土类元素之外，可举出铋(Bi)等。
另外，纤芯中心部35与纤芯外周部36为大致相等的折射率。因此，例如，在因添加于纤芯中心部35的活性元素而使纤芯中心部35的折射率变化的情况下，在纤芯中心部35根据需要添加对折射率进行调整的掺杂剂。另外，纤芯外周部36由与包层区域32的低折射率部38相同的材料形成。换句话说，低折射率部38为折射率与纤芯区域31相等的介质。
外部包层33的折射率比低折射率部38的折射率低。作为构成外部包层33的材料，例如可举出紫外线固化树脂。另外，作为构成包覆层34的材料，例如可举出与构成外部包层33的树脂不同的紫外线固化树脂。
光组合器40将光纤15以及各个光纤25与放大用光纤30连接。具体而言，在光组合器40中，光纤15的纤芯与放大用光纤30的纤芯区域31进行端面连接。而且在光组合器40中，各个光纤25的纤芯与放大用光纤30的包层区域32进行端面连接。因此，从种子光源10射出的种子光入射于放大用光纤30的纤芯区域31，从激励光源20射出的激励光入射于放大用光纤30的包层区域32。
图3是表示与图1的传输光纤50的长度方向垂直的剖面的情况的图。如图3所示，传输光纤50由光子带隙光纤构成。具体而言，传输光纤50具备纤芯区域51、包围纤芯区域51的外周的包层区域52、以及包覆包层区域32的包覆层54，来作为主要结构。
包层区域52具有：与配置于放大用光纤30的包层区域32的多个高折射率部37相同地配置并且结构与该多个高折射率部37相同的多个高折射率部57、以及填埋该多个高折射率部57之间以及多个高折射率部57的外周并且结构与放大用光纤30的低折射率部38相同的低折射率部58。通过高折射率部57与填埋高折射率部57之间的低折射率部58形成传输光纤50的带隙区域BGA，通过包围最外周侧的高折射率部57的外周的低折射率部58形成传输光纤50的护套区域JA。
这样传输光纤50也如放大用光纤30那样为19单元纤芯型的光子带隙光纤。因此，在配置为三角格子状的多个高折射率部57的内周侧，在由通过各个高折射率部57的配置而划定的三角格子的一个格子点的位置、包围该一个格子点的位置的6个格子点的位置、包围该6个格子点的位置的12个格子点的位置构成的19个的位置不配置高折射率部而形成有纤芯区域51。此外，在图3中，纤芯区域51的上述格子点的位置用虚线表示。另外，在传输光纤50中，纤芯区域31由与包层区域52的低折射率部58相同的材料形成，从而折射率与低折射率部58相同。
另外，在本实施方式中，包覆层54为与放大用光纤30的包覆层相同的结构。
这样本实施方式的传输光纤50的纤芯区域51以及包层区域52的折射率的分布，与放大用光纤30的纤芯区域31以及包层区域32的折射率的分布相同，因此传输光纤50的纤芯区域51成为与放大用光纤30的纤芯区域31相同的导波条件。
接下来，针对构成放大用光纤30以及传输光纤50的光子带隙光纤传播基模光、损失高次模光的条件进行说明。
在本实施方式的放大用光纤30、传输光纤50之类的光子带隙光纤出现有多个带隙(透射带)。这些之中，从即使产生制造误差、使用环境的变化而使光子带隙光纤的V值变动，也优选在光子带隙光纤的纤芯区域传播的光的损失的变动很小的观点来看，多使用V值为1.5～1.63(属于1st带)。V值是作为标准化频率一般公知的值，通过下式得到。
其中，λ是使用波长，d是高折射率部的直径，nhigh是高折射率部的折射率，nlow是低折射率部的折射率。
另外，用于光纤激光装置等的光纤，由于收纳场所受限，因此大多使至少一部分以半径15cm～25cm弯曲而使用。因此，本实施方式的放大用光纤30以及传输光纤50成为至少一部分以半径15cm～25cm弯曲的状态。
此处，本发明者等对如放大用光纤30、传输光纤50那样以19单元纤芯型将高折射率部以三角格子状配置3层的光子带隙光纤传播基模光损失高次模光的条件，对高折射率部相对于低折射率部的相对折射率差Δ％与高折射率部的格子常数(高折射率部的中心间距离)Λμm的关系进行了调查。具体而言，使用V值为1.6的光子带隙光纤，针对半径以15cm、20cm、25cm弯曲的各个光子带隙光纤，对该关系进行了调查。
图4是针对以15cm的半径弯曲的V值为1.6的光子带隙光纤传播基模光损失高次模光的条件，表示高折射率部相对于低折射率部的相对折射率差Δ％与高折射率部的格子常数Λμm的关系的图。
在图4中，实线所示的BLFM表示基模光以0.1dB/m的损失传播的条件，比该实线靠下侧的区域为以比0.1dB/m少的损失将基模光传播的区域。只要像这样光的损失在0.1dB/m以下，则一般可以说光在实用性地传播，因此只要比该实线靠下侧则成为能够实用地传播基模光的条件。
另外，在图4中，虚线所示的BLHOM表示高次模光以10dB/m的损失传播的条件，比该实线靠上侧的区域为以比10dB/m大的损失使高次模光传播的区域。只要像这样光的损失为10dB/m以上，则可以说一般能够将光除去，因此只要比该实线靠上侧则能够除去高次模光。
图5是针对以20cm的半径弯曲的与图4相同的光子带隙光纤传播基模光损失高次模光的条件，表示与图4相同的关系的图，图6是针对以25cm的半径弯曲的与图4相同的光子带隙光纤传播基模光损失高次模光的条件，表示与图4相同的关系的图。在图5、图6中，只要比用实线表示的BLFM靠下侧则成为能够实用地传播基模光的条件，只要比用虚线表示的BLHOM靠上侧则能够除去高次模光。
如图4～图6所示，可知随着光子带隙光纤的弯曲半径变大，传播基模光且高次模光损失的区域变狭窄。
因此，从图4～图6，若在多个高折射率部以19单元纤芯型配置为3层且V值为1.6的光子带隙光纤以半径15cm～25cm弯曲的状态使用的情况下，若将该半径设为Rcm算出传播基模光损失高次模光的条件，则满足下式(1)以及式(2)。
AHOM+BHOM∧+CHOM∧2+DHOM∧3≤Δ≤AFM+BFM∧+CFM∧2+DFM∧3···(1)
15≤R≤25···(2)
(其中，
AHOM＝171.37687+2.093345R-0.1275714R2
BHOM＝-43.29906+0.530802R+0.011094R2
CHOM＝3.48397-0.098659R+0.000365R2
DHOM＝-0.09034+0.003584R-0.0000348R2
AFM＝89.98658-2.94759R+0.04246R2
BFM＝-17.33858+0.743907R-0.011185R2
CFM＝1.0904-0.054614R+0.0008568R2
DFM＝-0.02229+0.001232R-0.00002R2。)
此外，本发明者等认为，即便V值在1.5～1.63之间变动的情况下，通过满足从图4～图6得到的上述条件，能够传播基模光且损失高次模光。
因此，通过使满足从图4～图6计算的上述条件的放大用光纤30的至少一部分成为以半径15cm～25cm弯曲的状态，由此放大用光纤30能够除去高次模光并传播基模光。特别是，若使放大用光纤30的种子光的入射侧的部位像这样弯曲，则能够在高次模光放大之前除去高次模光，因此优选。例如，比放大用光纤30的长度方向的中点更靠种子光的入射侧像这样弯曲即可。
另外，通过同样使满足从图4～图6计算的上述条件的传输光纤50的至少一部分成为以半径15cm～25cm弯曲的状态，由此传输光纤50能够除去高次模光传播基模光。
因此，本实施方式的光纤激光装置1的放大用光纤30以及传输光纤50成为如上述那样至少一部分以半径15cm～25cm弯曲的状态，分别满足通过图4～图6计算的上述条件。
接下来，对光纤激光装置1的动作进行说明。
首先，种子光从种子光源10射出，并且激励光从激励光源20射出。此时从种子光源10射出的种子光如上述那样，例如波长为1070nm。从种子光源10射出的种子光在光纤15的纤芯传播，入射于光组合器40。
另一方面，从激励光源20的各个激光二极管21射出的激励光如上述那样，例如波长为915nm，从各个激光二极管21射出的激励光在光纤25传播并入射于光组合器40。
入射于光组合器40的种子光入射于放大用光纤30的纤芯区域31，并在纤芯区域31传播。另一方面，入射于光组合器40的激励光入射于放大用光纤30的包层区域32，从而主要在包层区域32传播。
另外，在放大用光纤30中，激励光在纤芯区域31的纤芯中心部35通过时，被添加于纤芯中心部35的活性元素吸收而将活性元素激励。被激励的活性元素发生基于种子光的受激发射，通过该受激发射将种子光放大，作为输出光从放大用光纤30射出。
另外，从放大用光纤30的纤芯区域31射出的输出光入射于传输光纤50的纤芯区域51，在纤芯区域51传播，从传输光纤50的与放大用光纤30连接的一侧相反的一侧的端部射出。
此时，本实施方式的放大用光纤30以及传输光纤50如上述那样分别满足从图4～图6计算的上述条件，成为至少一部分以半径15cm～25cm弯曲的状态，因此光纤激光装置1在放大用光纤30以及传输光纤50，能够传播基模光并且除去高次模光。
根据本实施方式的光纤激光装置1，放大用光纤30以及传输光纤50是19单元纤芯型的光子带隙光纤，因此能够放大光的有效截面积，从而能够将功率大的光射出，另外，能够传播基模光并且除去高次模光，因此能够射出光束品质好的光。
(第二实施方式)
接下来，参照图7对本发明的第二实施方式详细地进行说明。此外，与第一实施方式相同或者同等的构成要素除了特别进行说明的情况之外，标注相同的参照附图标记而省略重复的说明。
图7是表示本发明的第二实施方式的光纤激光装置的图。如图7所示，本实施方式的光纤激光装置2具备激励光源20、放大用光纤30、光组合器40、设置于放大用光纤30与光组合器40之间的光纤65、设置于光纤65的第1FBG61、设置于放大用光纤30的与光纤65侧相反的一侧的光纤66、设置于光纤66的第2FBG62、以及设置于光纤66的与放大用光纤30侧相反的一侧的传输光纤50，来作为主要结构。
光纤65是由纤芯、无缝隙地包围纤芯的外周面的内侧包层、包覆内侧包层的外周面的外侧包层、以及包覆外侧包层的包覆层构成的双包层光纤。光纤65的纤芯的直径与放大用光纤30的纤芯区域31的直径大致相同，光纤65的内侧包层的外径与放大用光纤30的包层区域32的外径大致相同。内侧包层的折射率比纤芯的折射率低，外侧包层的折射率比内侧包层的折射率低。
光纤65的一端在光组合器40中，与各个光纤25连接。具体而言，光纤25的纤芯与光纤65的内侧包层光学连接。另外，光纤65的另一端连接于放大用光纤30的一端，将光纤65的纤芯与放大用光纤30的纤芯区域31连接，将光纤65的内侧包层与放大用光纤30的包层区域32连接。
另外，在光纤65的纤芯设置有第1FBG61。这样第1FBG61设置于放大用光纤30的一侧。第1FBG61构成为，沿着光纤65的长度方向以一定的周期使折射率高的部分重复，通过调整该周期，将处于激励状态的放大用光纤30的活性元素所放出的光的至少一部分的波长反射。第1FBG61在活性元素为镱的情况下，例如1070nm的反射率为例如100％。
另外，设置于放大用光纤30的与光纤65侧相反的一侧的光纤66由纤芯、无缝隙地包围纤芯的外周面的包层、以及包覆包层的包覆层构成。光纤66的纤芯成为例如与光纤65相同的结构，光纤66的包层成为例如与光纤65的内侧包层相同的结构。
光纤66的一端连接于放大用光纤30的另一端，将放大用光纤30的纤芯区域31与光纤66的纤芯连接，将放大用光纤30的包层区域32与光纤66的包层连接。另外，光纤66的另一端连接于传输光纤50的一端连接，将传输光纤50的纤芯区域51与光纤66的纤芯连接，将传输光纤50的包层区域52与光纤66的包层连接。
另外，在光纤66的纤芯设置有第2FBG62。这样第2FBG62设置于放大用光纤30的另一侧。第2FBG62构成为，沿着光纤66的长度方向以一定的周期使折射率高的部分重复，将波长与第1FBG61所反射的光相同的光以比第1FBG61低的反射率反射，例如构成为，将第1FBG61所反射的光中的至少一部分波长的光以50％的反射率反射。
另外，传输光纤50的另一端什么都不连接而成为自由端。而且，在本实施方式的光纤激光装置2，也与第一实施方式的光纤激光装置1相同，放大用光纤30以及传输光纤50分别满足从图4～图6计算的上述条件，成为至少一部分以半径15cm～25cm弯曲的状态。
在这样的光纤激光装置2中，若激励光从激励光源20的各个激光二极管21射出，则该激励光在光组合器40，入射于光纤65的内侧包层，从光纤65的内侧包层，入射于放大用光纤30的包层区域32。而且，与光纤激光装置1相同，使添加于放大用光纤30的纤芯区域31的纤芯中心部35的活性元素成为激励状态。而且，成为激励状态的活性元素放出特定的波长的自然放出光。此时的自然放出光例如若活性元素为镱则是包括1070nm的波长并具有一定的波长带域的光。该自然放出光在放大用光纤30的纤芯区域31传播，通过设置于光纤65的纤芯的第1FBG61反射，被反射的光在放大用光纤30的纤芯区域31传播而被第2FBG62反射，产生光的共振。而且，共振的光在放大用光纤30的纤芯区域31的纤芯中心部35传播时，激励状态的活性元素引起受激发射而被放大。而且，共振的光的一部分透过第2FBG62，朝传输光纤50传播，从传输光纤50的另一端射出。
此时，本实施方式的放大用光纤30以及传输光纤50如上述那样分别满足通过图4～图6计算的上述条件，成为至少一部分以半径15cm～25cm弯曲的状态，因此光纤激光装置2在放大用光纤30以及传输光纤50，能够传播基模光并且除去高次模光。
根据本实施方式的光纤激光装置2，放大用光纤30以及传输光纤50是19单元纤芯型的光子带隙光纤，因此能够放大光的有效截面积，因此能够射出功率大的光，另外，能够传播基模光并且除去高次模光，因此能够射出光束品质好的光。
此外，本例中光纤65不是必需的结构，在省略光纤65的情况下，与光纤激光装置1同样，放大用光纤30在光组合器40中与光纤25连接，第1FBG61设置于放大用光纤30的一侧即可。另外，本例中光纤66不是必需的结构，在省略光纤66的情况下，第2FBG62设置于放大用光纤30的另一侧、或传输光纤50即可。
以上，以实施方式为例对本发明进行了说明，但本发明不限定于这些。
例如，能够在第一、第二实施方式的光纤激光装置1、2中省略传输光纤50。
另外，若本发明的光纤激光装置使用满足从图4～图6计算的上述条件，至少一部分以半径15cm～25cm弯曲的状态的放大用光纤30，则能够适当地进行结构的变更。
如以上说明的那样，根据本发明，提供能够除去高次模光并传播基模光，并且传播功率大的光的光子带隙光纤、以及使用光子带隙光纤的光纤激光装置，期待在加工用的光纤激光装置等中的利用。
附图标记的说明
1、2...光纤激光装置；10...种子光源；20...激励光源；30...放大用光纤(光子带隙光纤)；31...纤芯区域；32...包层区域；33...外侧包层；35...纤芯中心部；36...纤芯外周部；37...高折射率部；38...低折射率部；40...光组合器；50...传输光纤(光子带隙光纤)；51...纤芯区域；52...包层区域；61...第1FBG；62...第2FBG。

Claims (4)

1.一种光子带隙光纤，其具备：纤芯区域；以及包层区域，由折射率比所述纤芯区域的折射率高的多个高折射率部包围所述纤芯区域而配置为三角格子状，并且各个所述高折射率部之间被折射率与所述纤芯区域相等的介质填埋，所述光子带隙光纤以至少一部分按照规定的弯曲半径弯曲的状态使用，
所述光子带隙光纤的特征在于，
所述多个高折射率部以19单元纤芯型配置为3层，
V值在1.5以上且1.63以下，
在将所述高折射率部相对于所述介质的相对折射率差设为Δ％，将格子常数设为Λμm，将所述规定的弯曲半径设为Rcm的情况下，满足下式(1)以及式(2)
AHOM+BHOM∧+CHOM∧2+DHOM∧3≤Δ≤AFM+BFM∧+CFM∧2+DFM∧3···(1)
15≤R≤25···(2)
其中，
AHOM＝171.37687+2.093345R-0.1275714R2
BHOM＝-43.29906+0.530802R+0.011094R2
CHOM＝3.48397-0.098659R+0.000365R2
DHOM＝-0.09034+0.003584R-0.0000348R2
AFM＝89.98658-2.94759R+0.04246R2
BFM＝-17.33858+0.743907R-0.011185R2
CFM＝1.0904-0.054614R+0.0008568R2
DFM＝-0.02229+0.001232R-0.00002R2，
所述V值通过下式获得：
<mrow> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>&amp;lambda;</mi> </mfrac> <mi>d</mi> <msqrt> <mrow> <msup> <msub> <mi>n</mi> <mrow> <mi>h</mi> <mi>i</mi> <mi>g</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <msup> <msub> <mi>n</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>w</mi> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
其中，λ是使用波长，d是所述高折射率部的直径，nhigh是所述高折射率部的折射率，nlow是填埋各个所述高折射率部之间的介质的折射率。
2.根据权利要求1所述的光子带隙光纤，其特征在于，
在所述纤芯区域添加活性元素。
3.一种光纤激光装置，其特征在于，具备：
权利要求2所述的光子带隙光纤；
种子光源，其将入射于所述光子带隙光纤的所述纤芯区域的种子光射出；以及
激励光源，其将激励所述光子带隙光纤的所述活性元素的激励光射出。
4.一种光纤激光装置，其特征在于，具备：
权利要求2所述的光子带隙光纤；
激励光源，其将激励所述光子带隙光纤的所述活性元素的激励光输出；
第1FBG，其设置于所述光子带隙光纤的一侧，将由所述激励光激励的所述活性元素所放出的光的至少一部分波长的光反射；以及
第2FBG，其设置于所述光子带隙光纤的另一侧，将所述第1FBG所反射的光中的至少一部分波长的光以比所述第1FBG低的反射率反射。
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