JP2009212184A

JP2009212184A - Fiber laser device

Info

Publication number: JP2009212184A
Application number: JP2008051690A
Authority: JP
Inventors: Akihito Suzuki; 聡人鈴木; Hisashi Sawada; 久澤田; Tetsuya Yamamoto; 哲也山本
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce damage to a dielectric multi-layered film constituting a laser resonator. <P>SOLUTION: A fiber laser device A includes a double clad fiber 11 having a rare earth element doped core, a first clad provided outside the core and a second clad provided outside the first clad, and has: a fiber laser body 10 with the dielectric multi-layered film, whose one end constitutes a beam outgoing end and other end constitutes the resonator; and an excitation light source 20 provided on the one end side of the fiber laser body 10. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はファイバレーザ装置に関する。 The present invention relates to a fiber laser device.

高出力レーザでは、注入された励起光パワーのうち発振光に変換されなかった分が熱となって媒質中に蓄積される。この蓄積熱は、熱レンズ効果や熱複屈折によりレーザビーム品質を劣化させる他、過多な場合には、レーザ媒質を破壊へと至らしめる。このため高出力レーザでは、安定動作を行うために冷却を行うことが必要である。 In the high-power laser, the portion of the injected pumping light power that has not been converted into oscillation light becomes heat and is accumulated in the medium. This accumulated heat degrades the laser beam quality due to the thermal lens effect and thermal birefringence, and if excessive, leads to destruction of the laser medium. For this reason, it is necessary to cool the high-power laser in order to perform stable operation.

ファイバレーザは、熱膨張係数が小さな石英から成り、単位体積あたりの表面積が大きい形状であるため、Ｎｄ：ＹＡＧロッドを用いた固体レーザ等と比べて熱の影響が少ない。特に、イッテルビウム（Ｙｂ）をコアに添加したＹｂ添加ファイバレーザは、励起光の波長と発振光の波長とが近く量子欠損が少ないため発熱量が少なく、効率のよい高出力レーザである。つまり、高出力レーザとしてＹｂ添加ファイバレーザが適している。 Since the fiber laser is made of quartz having a small thermal expansion coefficient and has a large surface area per unit volume, it is less affected by heat than a solid-state laser using an Nd: YAG rod. In particular, a Yb-doped fiber laser in which ytterbium (Yb) is added to the core is an efficient, high-power laser with a small amount of heat generation because the wavelength of the excitation light and the wavelength of the oscillation light are close and the quantum defect is small. That is, a Yb-doped fiber laser is suitable as a high-power laser.

また、溶接・切断などのレーザ加工に使用する高出力レーザでは、そのレーザビーム品質が加工精度を大きく左右する。高出力（マルチモード）半導体レーザは、バー或いはスタック構成によって高出力レーザを構成するが、シングルモードビームが得られないという欠点がある。一方、ファイバレーザは、このような高出力半導体レーザの励起光を優れたレーザビーム品質の発振光に変換することが可能である。特に、ダブルクラッドファイバ（Double Clad Fiber）のファイバレーザは、大口径のポンプガイド（第１クラッド）によって励起光を伝搬することができ、半導体レーザ光源との結合にも優れるため高出力用ファイバレーザとして好適に使用することができる。 Further, in a high-power laser used for laser processing such as welding / cutting, the laser beam quality greatly affects the processing accuracy. A high-power (multimode) semiconductor laser constitutes a high-power laser by a bar or stack structure, but has a disadvantage that a single-mode beam cannot be obtained. On the other hand, the fiber laser can convert the excitation light of such a high-power semiconductor laser into oscillation light with excellent laser beam quality. In particular, a fiber laser of a double clad fiber (Double Clad Fiber) can propagate pumping light by a large-diameter pump guide (first clad) and is excellent in coupling with a semiconductor laser light source. Can be suitably used.

例えば、特許文献１には、マルチモード半導体レーザから発射された光を、イッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素をドープしたコアとその周りに略同心円状に配置した少なくとも２重のクラッドとを有するクラッド励起レーザファイバに照射し、劈開した端面の中央部コアからシングルモードのレーザビームが発射される装置であって、マルチモード半導体レーザの発光領域のファースト軸方向を集光するレンズと、そのレンズで整形された光をクラッド励起レーザファイバの端面に直接照射する凸レンズとを有し、且つその凸レンズのクラッド励起ファイバ側又はクラッド励起レーザファイバ端面に、クラッド励起レーザファイバから発射するシングルモードレーザビームの波長の光を反射する反射膜を設けた高密度・高出力レーザ装置が開示されている。
特開２００３−３０９３０９号公報 For example, Patent Document 1 discloses a clad having light emitted from a multimode semiconductor laser and a core doped with a rare earth element such as ytterbium (Yb) and at least a double clad arranged around the core. A device that irradiates a pump laser fiber and emits a single-mode laser beam from the center core of the cleaved end face, a lens that focuses the first axis direction of the light emitting region of the multimode semiconductor laser, and the lens A convex lens that directly irradiates the end face of the clad pump laser fiber with shaped light, and the wavelength of the single mode laser beam emitted from the clad pump laser fiber on the clad pump fiber side or the end face of the clad pump laser fiber of the convex lens -Density, high-power laser device with a reflective film that reflects the light of It has been disclosed.
JP 2003-309309 A

ところで、ファイバレーザを励起させる方法としては、励起光をファイバに入射する箇所によって分類すれば、端面励起と側面励起とに分けることができる。また、励起光の入射方向の発振光であるレーザビームの出射方向との関係によって分類すれば、それらを同方向とする前方励起と逆方向とする後方励起と両方向ともに含める双方向励起とに分けることができる。上記のいずれの方法によってもレーザ発振させることは可能である。 By the way, the method for exciting the fiber laser can be classified into end face excitation and side face excitation if it is classified according to the location where the excitation light is incident on the fiber. Moreover, if classified according to the relationship with the emission direction of the laser beam which is the oscillation light in the incident direction of the excitation light, it is divided into forward excitation in the same direction, backward excitation in the opposite direction, and bidirectional excitation including both directions. be able to. Laser oscillation can be performed by any of the above methods.

また、ファイバレーザによるレーザ発振には共振器が必要であり、かかる共振器を、コアに直接形成した回折格子、ファイバ外部に配置したミラー、端面に設けた誘電体多層膜等により構成することができる。これらのうち端面に誘電体多層膜を設ける構成は、レンズを必要としないため簡略であり、メンテナンスも容易である。 In addition, a resonator is required for laser oscillation by a fiber laser, and such a resonator may be constituted by a diffraction grating formed directly on the core, a mirror disposed outside the fiber, a dielectric multilayer film provided on the end face, or the like. it can. Among these, the configuration in which the dielectric multilayer film is provided on the end face is simple and does not require a lens, and maintenance is easy.

しかしながら、ダブルクラッドファイバのファイバレーザは優れたレーザビーム品質を発現する高出力ファイバレーザとして適するものの、誘電体多層膜のレーザ損傷閾値は、１０^３〜１０^６Ｗ／ｃｍ^２であって、ファイバレーザそのもののレーザ損傷閾値１０^９Ｗ／ｃｍ^２よりも大幅に小さく、そのため、誘電体多層膜によりレーザ共振器を構成したダブルクラッドファイバのファイバレーザを高出力化する場合、誘電体多層膜がレーザ損傷を受けないようにする必要がある。 However, although the fiber laser of the double clad fiber is suitable as a high-power fiber laser that exhibits excellent laser beam quality, the laser damage threshold of the dielectric multilayer film is 10 ³ to 10 ⁶ W / cm ^2. The laser damage threshold value of 10 ⁹ W / cm ² is much smaller than the laser damage threshold of itself. Therefore, when a fiber laser of a double clad fiber in which a laser resonator is configured by a dielectric multilayer film is increased, the dielectric multilayer film is damaged by the laser. It is necessary not to receive.

本発明の目的は、レーザ共振器を構成する誘電体多層膜の損傷を抑制することである。 An object of the present invention is to suppress damage to a dielectric multilayer film constituting a laser resonator.

本発明者らは、前方励起及び後方励起のいずれの場合も、励起光が入射する部分での発熱量（熱負荷）が最大となることを見出して本発明に想到した。 The inventors of the present invention have found that the amount of heat generation (heat load) at the portion where the excitation light is incident is maximized in both cases of forward excitation and backward excitation, and have arrived at the present invention.

本発明のファイバレーザ装置は、
希土類元素がドープされたコアと、該コアの外側に設けられた第１クラッドと、該第１クラッドの外側に設けられた第２クラッドと、を備えたダブルクラッドファイバを含み、一端がビーム出射端に構成されると共に他端に共振器を構成する誘電体多層膜が設けられたファイバレーザ本体と、
上記ファイバレーザ本体の一端側に設けられた励起光源と、
を備え、
上記励起光源からの励起光が、上記ファイバレーザ本体において、上記ダブルクラッドファイバの上記第１クラッドに入射して上記第２クラッドで囲われた領域を伝搬し、上記コアを通過する際に希土類元素を励起させ、そして、その誘導放出により発せられる光が、該コアを伝搬し、また、上記誘電体多層膜で反射して共振し、該ファイバレーザ本体のビーム出射端たる一端からレーザビームとして出射するように構成されている。 The fiber laser device of the present invention is
A double-clad fiber including a core doped with a rare earth element, a first cladding provided outside the core, and a second cladding provided outside the first cladding, one end of which emits a beam A fiber laser main body provided with a dielectric multilayer film which is configured at the end and forms a resonator at the other end;
An excitation light source provided on one end of the fiber laser body;
With
When the pumping light from the pumping light source enters the first cladding of the double-clad fiber in the fiber laser body, propagates through the region surrounded by the second cladding, and passes through the core, the rare earth element Then, the light emitted by the stimulated emission propagates through the core and is reflected by the dielectric multilayer film to resonate, and is emitted as a laser beam from one end which is the beam emitting end of the fiber laser body. Is configured to do.

本発明によれば、ファイバレーザ本体の一端側に励起光源を設けた後方励起の構造を有し、共振器を構成する誘電体多層膜が相対的に発熱の小さいレーザファイバ本体の他端に設けられているので、従って、その損傷を抑制することができる。 According to the present invention, the fiber laser main body has a backward pumping structure in which an excitation light source is provided on one end side, and the dielectric multilayer film constituting the resonator is provided on the other end of the laser fiber main body that generates relatively little heat. Therefore, the damage can be suppressed.

以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るファイバレーザ装置Ａを示す。この実施形態１に係るファイバレーザ装置Ａは、出力０．１Ｗ〜１００ｋＷ、スロープ効率５０〜９２％といったハイパワーのレーザビームにより溶接や切断などを行うレーザ加工等に使用されるものである。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows a fiber laser device A according to the first embodiment. The fiber laser apparatus A according to the first embodiment is used for laser processing or the like that performs welding or cutting with a high-power laser beam having an output of 0.1 W to 100 kW and a slope efficiency of 50 to 92%.

このファイバレーザ装置Ａは、ファイバレーザ本体１０を構成するダブルクラッドファイバ１１と、その一端側に設けられた励起光源２０と、を備える。 This fiber laser apparatus A includes a double clad fiber 11 constituting a fiber laser main body 10 and an excitation light source 20 provided on one end side thereof.

図２は、ダブルクラッドファイバ１１を示す。 FIG. 2 shows a double clad fiber 11.

このダブルクラッドファイバ１１は、例えば、長さが０．０１〜１０００ｍ、外径が１００μｍ〜１００ｍｍであり、ファイバ本体１１０とそれを被覆する樹脂製の被覆層１２とで構成されている。 The double clad fiber 11 has, for example, a length of 0.01 to 1000 m and an outer diameter of 100 μm to 100 mm, and includes a fiber main body 110 and a resin coating layer 12 that covers the fiber main body 110.

ファイバ本体１１０は、例えば、石英で形成され、外径が１００μｍ〜１００ｍｍであり、コア１１１をファイバ中心として、その外側に同心状に、第１クラッド１１２、第２クラッド１１３、及びサポート層１１４が順に設けられている。 The fiber main body 110 is made of, for example, quartz and has an outer diameter of 100 μm to 100 mm. The first clad 112, the second clad 113, and the support layer 114 are concentrically formed outside the core 111 with the core 111 as the center. It is provided in order.

コア１１１は、コア径が例えば５〜５００μｍである。コア１１１は、希土類元素がドープされており、例えば、その濃度が１００〜１０００００ｗｔｐｐｍ、特定波長に対する希土類元素吸収量が０．１〜１０ｄＢ／ｍである。コア１１１は、開口数（ＮＡ）が例えば０．０４〜０．２０である。希土類元素としては、例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）等が挙げられる。これらのうち、励起光の波長と発振光の波長とが近く量子欠損が少ないため発熱量が少なく、効率のよい高出力レーザを構成することができるという観点から、イッテルビウム（Ｙｂ）が好ましい。希土類元素は、単一種がドープされていてもよく、また、複数種がドープされていてもよい。コア１１１は、希土類元素の他にゲルマニウム（Ｇｅ）やアルミニウム（Ａｌ）がドープされていてもよい。コア１１１は、屈折率が例えば１．４４〜１．４７である。 The core 111 has a core diameter of, for example, 5 to 500 μm. The core 111 is doped with a rare earth element. For example, the concentration is 100 to 100000 wtppm, and the absorption amount of the rare earth element with respect to a specific wavelength is 0.1 to 10 dB / m. The core 111 has a numerical aperture (NA) of, for example, 0.04 to 0.20. Examples of rare earth elements include ytterbium (Yb), erbium (Er), neodymium (Nd), and the like. Of these, ytterbium (Yb) is preferable from the viewpoint that the wavelength of the pumping light and the wavelength of the oscillation light are close and the quantum defect is small and the amount of heat generation is small and an efficient high-power laser can be configured. The rare earth element may be doped with a single species or may be doped with a plurality of species. The core 111 may be doped with germanium (Ge) or aluminum (Al) in addition to the rare earth element. The core 111 has a refractive index of, for example, 1.44 to 1.47.

第１クラッド１１２は、層厚さが例えば１０μｍ〜１００ｍｍである。第１クラッド１１２は、例えば、ノンドープ或いはフッ素（Ｆ）やボロン（Ｂ）がドープされ、或いは、空孔が形成され、屈折率が例えば１．４４〜１．４７であってコア１１１よりも低屈折率に構成されている。第１クラッド１１２は、開口数（ＮＡ）が例えば０．３〜０．９である。 The first cladding 112 has a layer thickness of, for example, 10 μm to 100 mm. The first cladding 112 is, for example, non-doped, doped with fluorine (F) or boron (B), or has a hole, and has a refractive index of, for example, 1.44 to 1.47, which is lower than that of the core 111. It is configured with a refractive index. The first cladding 112 has a numerical aperture (NA) of, for example, 0.3 to 0.9.

第２クラッド１１３は、層厚さが例えば２〜２００μｍである。第２クラッド１１３は、第１クラッド１１２を囲うように配設された複数の空孔１１５がそれぞれファイバ長さ方向に延びるように形成され、それによって実質的に屈折率が第１クラッド１１２よりも低屈折率に構成されている。空孔１１５は、例えば、個数が１０〜１０００個、孔径が０．５〜５０μｍである。空孔１１５は、第１クラッド１１２を囲うように単数層設けられていてもよく、また、複数層設けられていてもよい。実際には、空孔１１５は、第１クラッド１１２を囲うように複数個が設けられているだけでよい。このように第１クラッド１１２を囲うように第２クラッド１１３に空孔１１５が形成された構成によれば、第１クラッド１１２の開口数（ＮＡ）が０．９程度と高くなり、そのため第１クラッド１１２への励起光の入射が容易となる。ここで、第２クラッド１１３は、ファイバ断面において、複数の空孔１１５の内接円と外接円との間の部分である（図２の仮想線間の部分）。なお、第２クラッド１１３は、例えば、フッ素（Ｆ）やボロン（Ｂ）がドープされることにより第１クラッド１１２よりも低屈折率に構成されていてもよい。 The second cladding 113 has a layer thickness of, for example, 2 to 200 μm. The second clad 113 is formed such that a plurality of holes 115 arranged so as to surround the first clad 112 extend in the fiber length direction, so that the refractive index is substantially higher than that of the first clad 112. It has a low refractive index. The number of holes 115 is, for example, 10 to 1000 and the hole diameter is 0.5 to 50 μm. The hole 115 may be provided in a single layer so as to surround the first cladding 112, or may be provided in a plurality of layers. Actually, a plurality of holes 115 need only be provided so as to surround the first cladding 112. Thus, according to the configuration in which the holes 115 are formed in the second clad 113 so as to surround the first clad 112, the numerical aperture (NA) of the first clad 112 becomes as high as about 0.9. Incident excitation light to the clad 112 is facilitated. Here, the second cladding 113 is a portion between the inscribed circle and the circumscribed circle of the plurality of holes 115 in the fiber cross section (portion between imaginary lines in FIG. 2). The second clad 113 may be configured to have a lower refractive index than the first clad 112 by being doped with, for example, fluorine (F) or boron (B).

サポート層１１４は、例えば層厚さが１０μｍ〜１００ｍｍである。サポート層１１４は、例えばノンドープに構成されている。 The support layer 114 has a layer thickness of 10 μm to 100 mm, for example. The support layer 114 is configured to be non-doped, for example.

被覆層１２は、例えば、紫外線硬化型樹脂等で形成され、層厚さが１０〜１０００μｍである。 The covering layer 12 is formed of, for example, an ultraviolet curable resin or the like and has a layer thickness of 10 to 1000 μm.

このダブルクラッドファイバ１１は、励起光源２０から直線状に延びた直線状一端部１３と、その直線状一端部１３に連続してコイル状に巻回されたコイル状本体部１４と、そのコイル状本体部１４に連続して直線状に延びた直線状他端部１５と、を有する。 The double clad fiber 11 includes a linear end portion 13 linearly extending from the excitation light source 20, a coiled main body portion 14 wound continuously in a coil shape on the linear end portion 13, and a coil shape thereof. A linear other end 15 extending linearly continuously from the main body 14.

直線状一端部１３は、長さが例えば１０〜１０００ｍｍであり、端面がファイバ軸に対して垂直に劈開され且つ第２クラッド１１３の空孔１１５が封止されていることが好ましい。空孔１１５が封止されていれば、空孔１１５への埃等の異物の侵入を防止することができ、発振光の伝送特性が損なわれるのを防ぐことができる。空孔１１５の封止態様としては、例えば、加熱してコラプスしたもの、充填部材を充填したもの等が挙げられる。そして、この直線状一端部１３には水冷式冷却手段１７が設けられている。かかる水冷式冷却手段１７としては、例えば水冷式ヒートシンクが挙げられる。 It is preferable that the linear one end portion 13 has a length of, for example, 10 to 1000 mm, the end surface is cleaved perpendicular to the fiber axis, and the hole 115 of the second cladding 113 is sealed. If the air holes 115 are sealed, foreign matters such as dust can be prevented from entering the air holes 115, and the transmission characteristics of oscillation light can be prevented from being impaired. Examples of the sealing mode of the air holes 115 include those heated and collapsed, those filled with a filling member, and the like. The linear end portion 13 is provided with a water cooling type cooling means 17. Examples of the water-cooled cooling means 17 include a water-cooled heat sink.

コイル状本体部１４は、例えば、長さが０．３〜３００ｍ、コイル半径が１０〜１００ｃｍである。このコイル状本体部１４には空冷式冷却手段１８が設けられている。かかる空冷式冷却手段１８としては、例えば、銅やアルミニウムなどの高熱伝導材料で形成された放熱板等の空冷式ヒートシンクが挙げられる。 For example, the coil-shaped main body 14 has a length of 0.3 to 300 m and a coil radius of 10 to 100 cm. The coiled main body 14 is provided with air-cooling cooling means 18. Examples of the air-cooled cooling means 18 include an air-cooled heat sink such as a heat radiating plate formed of a high heat conductive material such as copper or aluminum.

ファイバレーザ装置Ａが高出力化すると、ダブルクラッドファイバ１１のファイバ径を大きくする必要があるが、例えばファイバ径が１ｍｍ程度となると、コイル状本体部１４を曲率半径１０ｃｍとすることが機械的に困難となる。また、ダブルクラッドファイバ１１全体を水冷冷却しようとすれば、高コストな水冷式冷却手段が必要であり、装置自体も大型化してしまう。しかしながら、上記のように、励起光の入射及び発振光（レーザビーム）の出射を行う最も冷却の必要な直線状一端部１３に水冷式冷却手段１７を設け、コイル状本体部１４に空冷式冷却手段１８を設けることによりかかる不都合を縮小することができる。 When the fiber laser device A increases in output, it is necessary to increase the fiber diameter of the double clad fiber 11. For example, when the fiber diameter is about 1 mm, the coiled main body 14 may be mechanically set to have a curvature radius of 10 cm. It becomes difficult. Further, if the entire double clad fiber 11 is to be cooled with water, high-cost water-cooled cooling means is required, and the apparatus itself is increased in size. However, as described above, the water-cooled cooling means 17 is provided at the linear end portion 13 that needs the most cooling to enter the excitation light and emit the oscillation light (laser beam), and the coil-shaped main body portion 14 is air-cooled. By providing the means 18, such inconvenience can be reduced.

直線状他端部１５は、長さが例えば１０〜１０００ｍｍであり、端面がファイバ軸に対して垂直に劈開され且つ第２クラッド１１３の空孔１１５が封止されていることが好ましい。空孔１１５が封止されていれば、空孔１１５への埃等の異物の侵入を防止することができ、発振光の伝送特性が損なわれるのを防ぐことができる。空孔１１５の封止態様としては、例えば、加熱してコラプスしたもの、充填部材を充填したもの等が挙げられる。直線状他端部１５は、その端面に誘電体多層膜１６が積層されるように設けられている。 It is preferable that the straight other end 15 has a length of, for example, 10 to 1000 mm, the end face is cleaved perpendicular to the fiber axis, and the hole 115 of the second cladding 113 is sealed. If the air holes 115 are sealed, foreign matters such as dust can be prevented from entering the air holes 115, and the transmission characteristics of oscillation light can be prevented from being impaired. Examples of the sealing mode of the air holes 115 include those heated and collapsed, those filled with a filling member, and the like. The other end 15 of the straight line is provided so that the dielectric multilayer film 16 is laminated on the end face.

誘電体多層膜１６は、例えば、ＳｉＯ_２膜とＴａ_２Ｏ_５膜との交互積層膜で構成されており、各単層の膜厚が０．２〜０．３μｍ、総膜厚が２〜３００μｍである。この誘電体多層膜１６は共振器を構成する。誘電体多層膜１６は、図３（ａ）に示すように、励起光及び発振光の両方について同様の反射特性を有するものであってもよく、図３（ｂ）に示すように、発振光のみを波長選択して反射する反射特性を有するものであってもよく、図３（ｃ）に示すように、励起光が高く且つ発振光が低い反射特性を有するものであってもよい。 The dielectric multilayer film 16 is composed of, for example, an alternating laminated film of SiO ₂ film and Ta ₂ O ₅ film, and each single layer has a film thickness of 0.2 to 0.3 μm and a total film thickness of 2 to 2. 300 μm. The dielectric multilayer film 16 constitutes a resonator. As shown in FIG. 3A, the dielectric multilayer film 16 may have similar reflection characteristics for both excitation light and oscillation light. As shown in FIG. 3 may have a reflection characteristic in which only the wavelength is selected and reflected, or as shown in FIG. 3C, the excitation light is high and the oscillation light is low.

励起光源２０は、ダブルクラッドファイバ１１の直線状一端部１３の端面に向かって直列に順に設けられた光源本体２１、第１レンズ２２、ダイクロイックミラー２３、及び第２レンズ２４で構成されている。 The excitation light source 20 includes a light source body 21, a first lens 22, a dichroic mirror 23, and a second lens 24 that are sequentially provided in series toward the end face of the linear one end 13 of the double clad fiber 11.

光源本体２１は、例えば半導体レーザで構成されている。光源本体２１が発するレーザビームの波長は、ダブルクラッドファイバ１１のコア１１１にドープされた希土類元素の種類によって異なるが、例えば、希土類元素がイッテルビウム（Ｙｂ）の場合には１．０８μｍ、エルビウム（Ｅｒ）の場合には１．５５μｍ、ネオジム（Ｎｄ）の場合には１．０６μｍである。 The light source body 21 is composed of, for example, a semiconductor laser. The wavelength of the laser beam emitted from the light source body 21 varies depending on the type of rare earth element doped in the core 111 of the double clad fiber 11. For example, when the rare earth element is ytterbium (Yb), 1.08 μm, erbium (Er ) Is 1.55 μm, and in the case of neodymium (Nd), it is 1.06 μm.

次に、このファイバレーザ装置Ａの動作について説明する。 Next, the operation of the fiber laser device A will be described.

まず、励起光源２０において、光源本体２１から励起光が出射すると、励起光は、第１レンズ２２によって平行光とされ、光軸に対して傾斜して設けられたダイクロイックミラー２３を透過し、第２レンズ２４によって集光され、ファイバレーザ本体１０であるダブルクラッドファイバ１１の直線状一端部１３の端面の第１クラッド１１２に照射されて入射する。つまり、このファイバレーザ装置Ａは、ダブルクラッドファイバ１１の第１クラッド１１２の端面から励起光を入射する構成を有する。 First, in the excitation light source 20, when excitation light is emitted from the light source body 21, the excitation light is converted into parallel light by the first lens 22, passes through a dichroic mirror 23 provided to be inclined with respect to the optical axis, The light is condensed by the two lenses 24, and is incident on the first clad 112 on the end face of the linear one end portion 13 of the double clad fiber 11 that is the fiber laser main body 10. That is, this fiber laser device A has a configuration in which excitation light is incident from the end face of the first cladding 112 of the double cladding fiber 11.

次いで、ダブルクラッドファイバ１１において、励起光は、第２クラッド１１３で囲われたコア１１１及び第１クラッド１１２の領域を伝搬し、コア１１１を通過する際に希土類元素を励起させる。 Next, in the double clad fiber 11, the excitation light propagates in the region of the core 111 and the first clad 112 surrounded by the second clad 113 and excites the rare earth element when passing through the core 111.

続いて、コア１１１において、励起した希土類元素の誘導放出により光が発せられ、その光（発振光）は、コア１１１を伝搬し、また、誘電体多層膜１６で反射して共振し、ダブルクラッドファイバ１１のビーム出射端たる直線状一端部１３の端面のコア１１１からレーザビームとして出射する。 Subsequently, light is emitted from the core 111 by stimulated emission of the excited rare earth element, and the light (oscillation light) propagates through the core 111 and is reflected by the dielectric multilayer film 16 to resonate. The laser beam is emitted from the core 111 on the end face of the linear one end 13 which is the beam emission end of the fiber 11.

出射したレーザビームは、第２レンズ２４によって平行光とされ、ダイクロイックミラー２３に反射して取り出される。なお、レーザビームの一部（例えば３〜１０％）は、直線状一端部１３の端面に反射してダブルクラッドファイバ１１を共振する。 The emitted laser beam is converted into parallel light by the second lens 24, reflected by the dichroic mirror 23, and extracted. A part of the laser beam (for example, 3 to 10%) is reflected on the end face of the linear one end portion 13 to resonate the double clad fiber 11.

以上の構成のファイバレーザ装置Ａによれば、ファイバレーザ本体１０を構成するダブルクラッドファイバ１１の一端側に励起光源２０を設けた後方励起の構造を有し、共振器を構成する誘電体多層膜１６が相対的に発熱の小さいダブルクラッドファイバ１１の他端に設けられているので、従って、その損傷を抑制することができる。 According to the fiber laser apparatus A having the above configuration, a dielectric multilayer film having a backward pumping structure in which the pumping light source 20 is provided on one end side of the double clad fiber 11 constituting the fiber laser body 10 and constituting a resonator. Since 16 is provided at the other end of the double clad fiber 11 with relatively small heat generation, the damage can be suppressed.

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係るファイバレーザ装置Ａを示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。この実施形態２に係るファイバレーザ装置Ａも実施形態１のものと同様の用途に使用されるものである。 (Embodiment 2)
FIG. 4 shows a fiber laser device A according to the second embodiment. In addition, the part of the same name as Embodiment 1 is shown with the same code | symbol as Embodiment 1. FIG. The fiber laser apparatus A according to the second embodiment is also used for the same application as that of the first embodiment.

このファイバレーザ装置Ａでは、励起光源２０は、複数の光源本体２１と光コンバイナ２５とで構成されている。 In this fiber laser device A, the excitation light source 20 is composed of a plurality of light source bodies 21 and an optical combiner 25.

複数の光源本体２１のそれぞれは、例えば半導体レーザで構成されている。各光源本体２１が発するレーザビームの波長は、ダブルクラッドファイバ１１のコア１１１にドープされた希土類元素の種類によって異なるが、例えば、希土類元素がイッテルビウム（Ｙｂ）の場合には１．０８μｍ、エルビウム（Ｅｒ）の場合には１．５５μｍ、ネオジム（Ｎｄ）の場合には１．０６μｍである。 Each of the plurality of light source bodies 21 is composed of, for example, a semiconductor laser. The wavelength of the laser beam emitted from each light source body 21 varies depending on the kind of rare earth element doped in the core 111 of the double clad fiber 11. For example, when the rare earth element is ytterbium (Yb), 1.08 μm, erbium ( In the case of Er), it is 1.55 μm, and in the case of neodymium (Nd), it is 1.06 μm.

光コンバイナ２５は、複数の光源本体２１のそれぞれに一端が接続された複数のマルチモード光ファイバで構成されている。そして、ダブルクラッドファイバ１１の直線状一端部１３は、その中間部分の一部が第２クラッド１１３及びサポート層１１４並びに被覆層１２が除去されて第１クラッド１１２の側面が露出しており、複数のマルチモード光ファイバのそれぞれの他端は、その露出した第１クラッド１１２の側面に融着接続されている。水冷式冷却手段１７は、直線状一端部１３の光コンバイナ２５の接続部分を含むように設けられている。 The optical combiner 25 is composed of a plurality of multimode optical fibers each having one end connected to each of the plurality of light source bodies 21. Further, the linear one end portion 13 of the double clad fiber 11 is such that a part of the intermediate portion thereof is removed from the second clad 113, the support layer 114, and the coating layer 12, and the side surface of the first clad 112 is exposed. The other end of each of the multimode optical fibers is fusion-bonded to the exposed side surface of the first cladding 112. The water cooling type cooling means 17 is provided so as to include a connecting portion of the optical combiner 25 at the linear one end portion 13.

その他の構成は実施形態１と同一である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment.

まず、励起光源２０において、各光源本体２１から励起光が出射すると、励起光は、対応するマルチモード光ファイバによって導光され、ダブルクラッドファイバ１１の第１クラッド１１２に側面から入射する。つまり、このファイバレーザ装置Ａは、ダブルクラッドファイバ１１の第１クラッド１１２の側面から励起光を入射する構成を有する。 First, in the excitation light source 20, when excitation light is emitted from each light source body 21, the excitation light is guided by a corresponding multimode optical fiber and enters the first cladding 112 of the double cladding fiber 11 from the side surface. That is, the fiber laser device A has a configuration in which excitation light is incident from the side surface of the first cladding 112 of the double cladding fiber 11.

作用効果は実施形態１と同一である。 The function and effect are the same as in the first embodiment.

（実施形態３）
図５は、実施形態３に係るファイバレーザ装置Ａを示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。この実施形態３に係るファイバレーザ装置Ａも実施形態１のものと同様の用途に使用されるものである。 (Embodiment 3)
FIG. 5 shows a fiber laser device A according to the third embodiment. In addition, the part of the same name as Embodiment 1 is shown with the same code | symbol as Embodiment 1. FIG. The fiber laser apparatus A according to the third embodiment is also used for the same application as that of the first embodiment.

このファイバレーザ装置Ａでは、ファイバレーザ本体１０は、ダブルクラッドファイバ１１と、その他端、つまり、直線状他端部１５の端面に接続された、コアに希土類元素がドープされていない希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９と、で構成されている。そして、希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９の端面に誘電体多層膜１６が設けられている。なお、希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９が第２クラッドに空孔が形成されたものである場合、端面において空孔が封止されていることが好ましい。 In this fiber laser device A, the fiber laser main body 10 is connected to the double clad fiber 11 and the other end, that is, the end face of the straight other end 15, and the core is not doped with rare earth elements. And a double clad fiber 19. A dielectric multilayer film 16 is provided on the end face of the rare earth element-free double clad fiber 19. In addition, when the rare earth element-free double clad fiber 19 is one in which holes are formed in the second cladding, it is preferable that the holes are sealed at the end face.

ダブルクラッドファイバ１１は実施形態１のものと同一構成である。 The double clad fiber 11 has the same configuration as that of the first embodiment.

希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９は、長さが例えば０．１〜１０ｍであり、上記希土類元素がドープされたダブルクラッドファイバ１１と同様、ファイバ本体とそれを被覆する樹脂製の被覆層１２とで構成されている。希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９は、特に限定されるものではないが、コアに希土類元素がドープされていないことを除いて上記希土類元素がドープされたダブルクラッドファイバ１１と同一構成であることが好ましい。 The rare-earth-element-free double-clad fiber 19 has a length of, for example, 0.1 to 10 m, and, like the double-clad fiber 11 doped with the rare-earth element, a fiber body and a resin coating layer 12 that covers the fiber body. It consists of The rare earth element-free double clad fiber 19 is not particularly limited, but has the same configuration as the double clad fiber 11 doped with the rare earth element except that the core is not doped with the rare earth element. preferable.

次いで、ファイバレーザ本体１０において、励起光は、第２クラッド１１３で囲われたコア１１１及び第１クラッド１１２の領域を伝搬し、ダブルクラッドファイバ１１の希土類元素がドープされたコア１１１を通過する際に希土類元素を励起させる。 Next, in the fiber laser body 10, when the excitation light propagates through the core 111 and the first cladding 112 surrounded by the second cladding 113 and passes through the core 111 doped with the rare earth element of the double cladding fiber 11. Excites rare earth elements.

続いて、ダブルクラッドファイバ１１の希土類元素がドープされたコア１１１において、励起した希土類元素の誘導放出により光が発せられ、その光（発振光）は、ファイバレーザ本体１０のダブルクラッドファイバ１１及び希土類無添加ダブルクラッドファイバ１９のコア１１１を伝搬し、また、誘電体多層膜１６で反射して共振し、ファイバレーザ本体１０のビーム出射端たるダブルクラッドファイバ１１の直線状一端部１３の端面のコア１１１からレーザビームとして出射される。このとき、希土類無添加ダブルクラッドファイバ１９においては、励起光及び発振光のいずれも単に伝搬するだけである。 Subsequently, light is emitted by stimulated emission of the excited rare earth element in the core 111 of the double clad fiber 11 doped with the rare earth element, and the light (oscillation light) is emitted from the double clad fiber 11 and the rare earth element of the fiber laser body 10. Propagating through the core 111 of the additive-free double-clad fiber 19 and reflecting and resonating with the dielectric multilayer film 16, the core at the end face of the linear one end 13 of the double-clad fiber 11 that is the beam exit end of the fiber laser body 10. 111 is emitted as a laser beam. At this time, in the rare earth-free double clad fiber 19, both excitation light and oscillation light simply propagate.

以上の構成のファイバレーザ装置Ａによれば、ファイバレーザ本体１０の一端側に励起光源２０を設けた後方励起の構造を有し、共振器を構成する誘電体多層膜１６が相対的に発熱の小さいファイバレーザ本体１０の他端に設けられているので、従って、その損傷を抑制することができる。 According to the fiber laser apparatus A having the above configuration, the fiber laser main body 10 has a backward pumping structure in which the pumping light source 20 is provided on one end side, and the dielectric multilayer film 16 constituting the resonator generates relatively heat. Since it is provided at the other end of the small fiber laser main body 10, it is possible to suppress the damage.

しかも、ファイバレーザ本体１０において、ダブルクラッドファイバ１１の他端に希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９が接続され、その希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９の端面に誘電体多層膜１６が設けられているので、希土類無添加ダブルクラッドファイバ１９ではレーザ発振による発熱が生じないため、誘電体多層膜１６への熱影響をより軽減することができる。 Moreover, in the fiber laser body 10, a rare earth element-free double clad fiber 19 is connected to the other end of the double clad fiber 11, and a dielectric multilayer film 16 is provided on the end face of the rare earth element-free double clad fiber 19. Therefore, the rare earth-free double clad fiber 19 does not generate heat due to laser oscillation, so that the thermal influence on the dielectric multilayer film 16 can be further reduced.

（実施形態４）
図６は、実施形態４に係るファイバレーザ装置Ａを示す。なお、実施形態１〜３と同一名称の部分は実施形態１〜３と同一符号で示す。この実施形態４に係るファイバレーザ装置Ａも実施形態１のものと同様の用途に使用されるものである。 (Embodiment 4)
FIG. 6 shows a fiber laser device A according to the fourth embodiment. In addition, the part of the same name as Embodiment 1-3 is shown with the same code | symbol as Embodiment 1-3. The fiber laser apparatus A according to the fourth embodiment is also used for the same application as that of the first embodiment.

このファイバレーザ装置Ａでは、ファイバレーザ本体１０は、ダブルクラッドファイバ１１と、その他端、つまり、直線状他端部１５の端面に接続されたコアに希土類元素がドープされていない第１の希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９と、ダブルクラッドファイバ１１の一端、つまり、直線状一端部１３の端面に接続されたコアに希土類元素がドープされていない第２の希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９と、で構成されている。そして、希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９の他端に誘電体多層膜１６が設けられている。なお、第１及び第２の希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９が第２クラッドに空孔が形成されたものである場合、端面において空孔が封止されていることが好ましい。 In this fiber laser apparatus A, the fiber laser body 10 includes a double-clad fiber 11 and a first rare earth element in which a rare earth element is not doped in the core connected to the other end, that is, the end face of the linear other end 15. An additive-free double-clad fiber 19, a second rare-earth element-free double-clad fiber 19 in which a core connected to one end of the double-clad fiber 11, that is, the end face of the linear one end portion 13, is not doped with a rare-earth element; It consists of A dielectric multilayer film 16 is provided on the other end of the rare earth element-free double clad fiber 19. In addition, when the 1st and 2nd rare earth element additive-free double clad fiber 19 is a thing by which the void | hole was formed in the 2nd clad, it is preferable that a void | hole is sealed in the end surface.

第１及び第２の希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９のそれぞれは、長さが例えば０．１〜１０ｍであり、上記希土類元素がドープされたダブルクラッドファイバ１１と同様、ファイバ本体とそれを被覆する樹脂製の被覆層１２とで構成されている。希土類元素無添加ダブルクラッドファイバ１９は、特に限定されるものではないが、コアに希土類元素がドープされていないことを除いて上記希土類元素がドープされたダブルクラッドファイバ１１と同一構成であることが好ましい。 Each of the first and second rare earth element-free double clad fibers 19 has a length of, for example, 0.1 to 10 m, and, like the double clad fiber 11 doped with the rare earth elements, covers the fiber body and the fiber body. And a resin-made coating layer 12. The rare earth element-free double clad fiber 19 is not particularly limited, but has the same configuration as the double clad fiber 11 doped with the rare earth element except that the core is not doped with the rare earth element. preferable.

その他の構成並びに作用効果は実施形態３と同一である。 Other configurations and operational effects are the same as those of the third embodiment.

本発明はファイバレーザ装置について有用である。 The present invention is useful for fiber laser devices.

実施形態１のファイバレーザ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fiber laser apparatus of Embodiment 1. FIG. ダブルクラッドファイバの斜視図である。It is a perspective view of a double clad fiber. 誘電体多層膜の反射特性を示すグラフである。It is a graph which shows the reflective characteristic of a dielectric multilayer. 実施形態２のファイバレーザ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fiber laser apparatus of Embodiment 2. FIG. 実施形態３のファイバレーザ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fiber laser apparatus of Embodiment 3. 実施形態４のファイバレーザ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the fiber laser apparatus of Embodiment 4.

符号の説明Explanation of symbols

Ａファイバレーザ装置
１０ファイバレーザ本体
１１ダブルクラッドファイバ
１１１コア
１１２第１クラッド
１１３第２クラッド
１１５空孔
１３直線状一端部
１４コイル状本体部
１６誘電体多層膜
１７水冷式冷却手段
１８空冷式冷却手段
１９希土類無添加ダブルクラッドファイバ
２０励起光源
２１光源本体
２４第２レンズ
２５光コンバイナ A fiber laser device 10 fiber laser body 11 double clad fiber 111 core 112 first clad 113 second clad 115 air hole 13 linear one end 14 coiled main body 16 dielectric multilayer film 17 water cooling type cooling means 18 air cooling type cooling means 19 Rare earth additive-free double clad fiber 20 Excitation light source 21 Light source body 24 Second lens 25 Optical combiner

Claims

希土類元素がドープされたコアと、該コアの外側に設けられた第１クラッドと、該第１クラッドの外側に設けられた第２クラッドと、を備えたダブルクラッドファイバを含み、一端がビーム出射端に構成されると共に他端に共振器を構成する誘電体多層膜が設けられたファイバレーザ本体と、
上記ファイバレーザ本体の一端側に設けられた励起光源と、
を備え、
上記励起光源からの励起光が、上記ファイバレーザ本体において、上記ダブルクラッドファイバの上記第１クラッドに入射して上記第２クラッドで囲われた領域を伝搬し、上記コアを通過する際に希土類元素を励起させ、そして、その誘導放出により発せられる光が、該コアを伝搬し、また、上記誘電体多層膜で反射して共振し、該ファイバレーザ本体のビーム出射端たる一端からレーザビームとして出射するように構成されたファイバレーザ装置。 A double clad fiber comprising a core doped with a rare earth element, a first cladding provided outside the core, and a second cladding provided outside the first cladding, one end of which emits a beam A fiber laser main body provided with a dielectric multilayer film which is configured at the end and forms a resonator at the other end;
An excitation light source provided on one end of the fiber laser body;
With
When the pumping light from the pumping light source enters the first cladding of the double-clad fiber in the fiber laser main body, propagates through the region surrounded by the second cladding, and passes through the core, a rare earth element Then, the light emitted by the stimulated emission propagates through the core and is reflected by the dielectric multilayer film to resonate, and is emitted as a laser beam from one end which is the beam emitting end of the fiber laser body. A fiber laser device configured to perform.

請求項１に記載されたファイバレーザ装置において、
上記ファイバレーザ本体は、上記ダブルクラッドファイバの他端に、コアに希土類元素がドープされていない希土類元素無添加ダブルクラッドファイバの一端が接続され、該希土類元素無添加ダブルクラッドファイバの他端に上記誘電体多層膜が設けられているファイバレーザ装置。 The fiber laser device according to claim 1,
The fiber laser body has one end of a rare-earth-element-free double-clad fiber whose core is not doped with a rare-earth element connected to the other end of the double-clad fiber, and the other end of the rare-earth-element-free double-clad fiber. A fiber laser device provided with a dielectric multilayer film.

請求項１又は２に記載されたファイバレーザ装置において、
上記ダブルクラッドファイバは、上記励起光源から直線状に延びた直線状一端部と、該直線状一端部に連続してコイル状に巻回されたコイル状本体部と、を有し、
上記直線状一端部には水冷式冷却手段が設けられているファイバレーザ装置。 In the fiber laser device according to claim 1 or 2,
The double clad fiber has a linear one end extending linearly from the excitation light source, and a coiled main body wound continuously in a coil shape on the linear one end,
A fiber laser device in which a water-cooled cooling means is provided at the linear one end.

請求項３に記載されたファイバレーザ装置において、
上記コイル状本体部には空冷式冷却手段が設けられているファイバレーザ装置。 In the fiber laser device according to claim 3,
A fiber laser device in which the coil-shaped main body is provided with air-cooling cooling means.

請求項１乃至４のいずれかに記載されたファイバレーザ装置において、
上記ダブルクラッドファイバの上記第２クラッドには、上記第１クラッドを囲うように配設され、各々、ファイバ長さ方向に延びるように形成された複数の空孔が形成されているファイバレーザ装置。 In the fiber laser device according to any one of claims 1 to 4,
A fiber laser device in which a plurality of holes are formed in the second cladding of the double-clad fiber so as to surround the first cladding, each extending in the fiber length direction.

請求項５に記載されたファイバレーザ装置において、
上記ファイバレーザ本体は、その一端及び／又は他端において露出した上記ダブルクラッドファイバの上記第２クラッドの上記複数の細孔が封止されているファイバレーザ装置。 The fiber laser device according to claim 5, wherein
The fiber laser main body is a fiber laser device in which the plurality of pores of the second clad of the double clad fiber exposed at one end and / or the other end are sealed.

請求項１乃至６のいずれかに記載されたファイバレーザ装置において、
上記誘電体多層膜は、ＳｉＯ_２膜とＴａ_２Ｏ_５膜との交互積層膜で構成されているファイバレーザ装置。 In the fiber laser device according to any one of claims 1 to 6,
The above-mentioned dielectric multilayer film is a fiber laser device composed of an alternating laminated film of a SiO ₂ film and a Ta ₂ O ₅ film.

請求項１乃至７のいずれかに記載されたファイバレーザ装置において、
上記励起光源は、励起光を発する光源本体と、該光源本体と上記ファイバレーザ本体の一端との間に設けられ該光源本体からの励起光を集光して該ファイバレーザ本体における上記ダブルクラッドファイバの上記第１クラッドに入射させるレンズと、を有するファイバレーザ装置。 In the fiber laser device according to any one of claims 1 to 7,
The excitation light source includes a light source body that emits excitation light, and the double-clad fiber in the fiber laser body that is provided between the light source body and one end of the fiber laser body to collect the excitation light from the light source body. And a lens that is incident on the first cladding.

請求項１乃至７のいずれかに記載されたファイバレーザ装置において、
上記励起光源は、各々、励起光を発する複数の光源本体と、該複数の光源本体のそれぞれに一端が接続され且つ他端が上記ファイバレーザ本体に接続された複数の光ファイバで構成され該複数の光源本体からの励起光を導光して該ファイバレーザ本体における上記ダブルクラッドファイバの上記第１クラッドに入射させる光コンバイナと、を有するファイバレーザ装置。 In the fiber laser device according to any one of claims 1 to 7,
Each of the excitation light sources includes a plurality of light source bodies that emit excitation light, and a plurality of optical fibers each having one end connected to each of the plurality of light source bodies and the other end connected to the fiber laser body. An optical combiner that guides the excitation light from the light source body and makes it incident on the first cladding of the double-clad fiber in the fiber laser body.