JP2010232373A

JP2010232373A - Light source device

Info

Publication number: JP2010232373A
Application number: JP2009077449A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Hatano; 達也畑野; Yoshihiro Emori; 芳博江森; Akira Fujisaki; 晃藤崎
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP5378852B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source device, using an optical fiber, which has high reliability. <P>SOLUTION: The light source device includes a light source which outputs light from an output optical fiber having a first mode field diameter, a connection optical fiber which has a second mode field diameter different from the first mode field diameter, and at least one insert optical fiber which is connected to the output optical fiber at a first connection point and to the connection optical fiber at a second connection point, and has a third mode field diameter which is a value between the first mode field diameter and second mode field diameter. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ファイバを用いた光源装置に関する。 The present invention relates to a light source device using an optical fiber.

従来、光源装置として、カスケードラマン共振器を用いた高出力の光ファイバレーザが開示されている。たとえば、非特許文献１に開示される光ファイバレーザは、イッテルビウム（Ｙｂ）イオン添加型光ファイバレーザ（ＹＤＦＬ）からなる励起用光ファイバレーザと、カスケードラマン共振器とから構成される。そして、この光ファイバレーザにおいては、励起用光ファイバレーザは波長１１１７ｎｍの励起用レーザ光を出力し、カスケードラマン共振器は、この励起用レーザ光を受付け、カスケードラマン共振器内における誘導ラマン散乱現象によって波長１４８０ｎｍの高出力のレーザ光を発生させ、出力する。 Conventionally, a high-power optical fiber laser using a cascade Raman resonator has been disclosed as a light source device. For example, the optical fiber laser disclosed in Non-Patent Document 1 includes a pumping optical fiber laser composed of an ytterbium (Yb) ion-doped optical fiber laser (YDFL) and a cascade Raman resonator. In this optical fiber laser, the pumping optical fiber laser outputs pumping laser light having a wavelength of 1117 nm, and the cascade Raman resonator receives the pumping laser light, and the stimulated Raman scattering phenomenon in the cascade Raman resonator. To generate and output a high-power laser beam having a wavelength of 1480 nm.

また、上記ＹＤＦＬ、あるいはカスケードラマン共振器を用いた光ファイバレーザは、種々のレーザ加工装置用の光源装置としても用いることができる。この場合、光源装置から出力される高出力のレーザ光は、デリバリ用光ファイバによって所望の場所まで伝送され、レーザ加工の用に供される。 The optical fiber laser using the YDFL or the cascade Raman resonator can also be used as a light source device for various laser processing apparatuses. In this case, the high-power laser beam output from the light source device is transmitted to a desired location by the delivery optical fiber and used for laser processing.

S. G. Grubb, et al., "High-Power 1.48 μm Cascaded Raman Laser in Germanosilicate Fibers," in Optical Amplifiers and Their Applications(1995), paper SaA4.S. G. Grubb, et al., "High-Power 1.48 μm Cascaded Raman Laser in Germanosilicate Fibers," in Optical Amplifiers and Their Applications (1995), paper SaA4.

ところで、上記ＹＤＦＬの出力側の光ファイバ、カスケードラマン共振器の光ファイバ、およびデリバリ用光ファイバは、各光ファイバの用途に応じてその光学特性が設計されているため、それぞれが異なるモードフィールド径を有している。たとえば、カスケードラマン共振器用の光ファイバは、非線形光学現象である誘導ラマン散乱現象を効率よく発生させるために、モードフィールド径が小さくなるように設計されている。 By the way, the optical characteristics of the optical fiber on the output side of the YDFL, the optical fiber of the cascade Raman resonator, and the delivery optical fiber are designed according to the use of each optical fiber. have. For example, an optical fiber for a cascade Raman resonator is designed to have a small mode field diameter in order to efficiently generate a stimulated Raman scattering phenomenon that is a nonlinear optical phenomenon.

その結果、これらの光ファイバを融着接続等によって接続する場合に、モードフィールド径の不整合によって、接続点において接続損失が生じることとなる。この接続損失により失われた光エネルギーは、接続点で熱エネルギーに変換され、接続点を温度上昇させる。ところが、上記のようにレーザ光が高出力である場合には、接続損失が比較的小さい値であっても、熱エネルギーへの変換による発熱量が大きくなるため、接続点を保護するための保護材等が高温となり、損傷あるいは変質するおそれがあり、装置の信頼性が低下するという問題があった。 As a result, when these optical fibers are connected by fusion splicing or the like, a connection loss occurs at the connection point due to mismatch of mode field diameters. The light energy lost due to the connection loss is converted into heat energy at the connection point, and the temperature of the connection point is increased. However, when the laser beam has a high output as described above, even if the connection loss is a relatively small value, the amount of heat generated by conversion into thermal energy increases, so protection for protecting the connection point. There has been a problem that the reliability of the apparatus is lowered because the material or the like may become hot and may be damaged or deteriorated.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信頼性が高い光源装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a highly reliable light source device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光源装置は、第１のモードフィールド径を有する出力光ファイバから光を出力する光源と、前記第１のモードフィールド径とは異なる第２のモードフィールド径を有する接続光ファイバと、前記出力光ファイバと第１の接続点で接続するとともに前記接続光ファイバと第２の接続点で接続し、前記第１のモードフィールド径と前記第２のモードフィールド径との間の値である第３のモードフィールド径を有する少なくとも一つの介挿光ファイバと、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a light source device according to the present invention includes a light source that outputs light from an output optical fiber having a first mode field diameter, and the first mode field diameter. A connection optical fiber having a different second mode field diameter, a connection to the output optical fiber at a first connection point and a connection to the connection optical fiber at a second connection point, and the first mode field diameter And at least one insertion optical fiber having a third mode field diameter which is a value between the second mode field diameters.

また、本発明に係る光源装置は、上記の発明において、前記第１の接続点の外周、および前記第２の接続点の外周の少なくともいずれか一方に形成された保護材をさらに備えることを特徴とする。 The light source device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the light source device further includes a protective material formed on at least one of an outer periphery of the first connection point and an outer periphery of the second connection point. And

また、本発明に係る光源装置は、上記の発明において、前記保護材は、熱伝導性保護材であることを特徴とする。 In the light source device according to the present invention as set forth in the invention described above, the protective material is a thermally conductive protective material.

また、本発明に係る光源装置は、上記の発明において、前記保護材は、少なくとも前記形成されるべき光ファイバの外周よりも高い屈折率を有することを特徴とする。 In the light source device according to the present invention as set forth in the invention described above, the protective material has a refractive index higher than at least the outer periphery of the optical fiber to be formed.

また、本発明に係る光源装置は、上記の発明において、前記第１の接続点近傍における前記介挿光ファイバの外周、および前記第２の接続点近傍における前記接続光ファイバの外周の少なくともいずれか一方に形成され、少なくとも前記形成されるべき光ファイバの外周よりも高い屈折率を有する光漏洩用保護材をさらに備えることを特徴とする。 In the light source device according to the present invention, in the above invention, at least one of an outer periphery of the inserted optical fiber in the vicinity of the first connection point and an outer periphery of the connection optical fiber in the vicinity of the second connection point. It further includes a light leakage protective material formed on one side and having a refractive index higher than at least the outer periphery of the optical fiber to be formed.

また、本発明に係る光源装置は、上記の発明において、前記第１の接続点、および前記第２の接続点の少なくともいずれか一方を載置する熱伝導性基材をさらに備えることを特徴とする。 Moreover, the light source device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the light source device further includes a heat conductive substrate on which at least one of the first connection point and the second connection point is placed. To do.

本発明によれば、光ファイバの接続点における発熱量を低減できるため、信頼性が高い光源装置を実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, since the amount of heat generated at the connection point of the optical fiber can be reduced, the light source device having high reliability can be realized.

図１は、実施の形態１に係る光源装置の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a light source device according to Embodiment 1. FIG. 図２は、基材近傍の具体的構造について説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a specific structure near the substrate. 図３は、介挿光ファイバのモードフィールド径と、接続点における接続損失および保護材の温度との関係の一例を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of the relationship between the mode field diameter of the inserted optical fiber, the connection loss at the connection point, and the temperature of the protective material. 図４は、実施の形態１の変形例に係る光源装置の基材近傍の具体的構造について説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a specific structure in the vicinity of the base material of the light source device according to the modification of the first embodiment.

以下に、図面を参照して本発明に係る光源装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a light source device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光源装置の模式図である。この光源装置１００は、光源としての光ファイバレーザＦＬと、カスケードラマン共振器ＣＲＲと、介挿光ファイバ１３と、基材１４、１５とを備えている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a light source device according to Embodiment 1 of the present invention. The light source device 100 includes an optical fiber laser FL as a light source, a cascade Raman resonator CRR, an insertion optical fiber 13, and base materials 14 and 15.

光ファイバレーザＦＬは、ｎを２以上の整数として、励起光源である半導体レーザ素子１₁〜１_nと、半導体レーザ素子１₁〜１_nが出力する励起光を導波するマルチモード光ファイバ２₁〜２_nと、マルチモード光ファイバ２₁〜２_nが導波した励起光を結合し、ダブルクラッド光ファイバ５から出力させるＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）３、４と、各ダブルクラッド光ファイバ５と接続点Ｃ１、Ｃ４において接続するダブルクラッド型の光ファイバグレーティング６、７と、光ファイバグレーティング６、７と接続点Ｃ２、Ｃ３において接続するダブルクラッド型の希土類元素添加光ファイバ８と、ＴＦＢ４に接続した出力光ファイバ９とを備える。 The optical fiber laser FL includes semiconductor laser elements 1 ₁ to 1 _n as pumping light sources and a multimode optical fiber 2 that guides pumping light output from the semiconductor laser elements 1 ₁ to 1 _n, where _n is an integer of 2 or more. _{1 to} 2 _n and the pumping light guided by the multimode optical fibers 2 ₁ to 2 _n are coupled and output from the double clad optical fiber 5, TFB (Tapered Fiber Bundle) 3, 4, and each double clad optical fiber 5 Double-clad type optical fiber gratings 6 and 7 connected at connection points C1 and C4, double-clad type rare earth element-doped optical fiber 8 connected to optical fiber gratings 6 and 7 at connection points C2 and C3, and TFB4 And a connected output optical fiber 9.

半導体レーザ素子１₁〜１_nが出力する励起光の波長は９１５ｎｍ近傍である。また、光ファイバグレーティング６は、中心波長が１１７７ｎｍであり、中心波長およびその周辺の約２ｎｍの幅の波長帯域における反射率が約１００％であり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。また、光ファイバグレーティング７は、中心波長が１１１７ｎｍであり、中心波長における反射率が１０〜３０％程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約１ｎｍであり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。したがって、光ファイバグレーティング６、７は、波長１１１７ｎｍの光に対して光共振器を構成する。また、希土類元素添加光ファイバ８は、コア部に増幅物質であるイッテルビウム（Ｙｂ）イオンが添加された増幅光ファイバである。また、出力光ファイバ９のモードフィールド径は約９〜１０μｍである。 The wavelength of the excitation light output from the semiconductor laser elements 1 ₁ to 1 _n is near 915 nm. The optical fiber grating 6 has a center wavelength of 1177 nm, a reflectivity of about 100% in a wavelength band having a width of about 2 nm around the center wavelength and its periphery, and light with a wavelength of 915 nm is almost transmitted. The optical fiber grating 7 has a center wavelength of 1117 nm, a reflectance at the center wavelength of about 10 to 30%, a full width at half maximum of the reflection wavelength band of about 1 nm, and light with a wavelength of 915 nm is almost transmitted. Accordingly, the optical fiber gratings 6 and 7 constitute an optical resonator for light having a wavelength of 1117 nm. The rare earth element-doped optical fiber 8 is an amplification optical fiber in which ytterbium (Yb) ions, which are amplification substances, are added to the core portion. The mode field diameter of the output optical fiber 9 is about 9 to 10 μm.

一方、カスケードラマン共振器ＣＲＲは、接続光ファイバとしての光ファイバグレーティング１０と、光ファイバグレーティング１０と接続点Ｃ５において接続するラマンファイバ１１と、ラマンファイバ１１と接続点Ｃ６において接続する光ファイバグレーティング１２とを備えている。 On the other hand, the cascade Raman resonator CRR includes an optical fiber grating 10 as a connection optical fiber, a Raman fiber 11 connected to the optical fiber grating 10 at a connection point C5, and an optical fiber grating 12 connected to the Raman fiber 11 at a connection point C6. And.

ラマンファイバ１１は、誘導ラマン散乱を効率よく発生させるために、モードフィールド径を約６μｍと小さくして、光学非線形性を高めている。光ファイバグレーティング１０は、互いに異なる波長の光を反射する５つの光ファイバグレーティングからなり、各光ファイバグレーティングの反射中心波長は、入力側から１４８０ｎｍ、１３９０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１２４０ｎｍ、１１７５ｎｍになっている。一方、光ファイバグレーティング１２は、互いに異なる波長の光を反射する６つの光ファイバグレーティングからなり、各光ファイバグレーティングの反射中心波長は、入力側から１４８０ｎｍ、１１７５ｎｍ、１２４０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１３９０ｎｍ、１１１７ｎｍになっている。なお、ラマンファイバ１１との接続性を確保するために、光ファイバグレーティング１０、１２も、モードフィールド径が約６μｍである。 In order to efficiently generate stimulated Raman scattering, the Raman fiber 11 has a mode field diameter reduced to about 6 μm to enhance optical nonlinearity. The optical fiber grating 10 includes five optical fiber gratings that reflect light having different wavelengths, and the reflection center wavelengths of the optical fiber gratings are 1480 nm, 1390 nm, 1310 nm, 1240 nm, and 1175 nm from the input side. On the other hand, the optical fiber grating 12 includes six optical fiber gratings that reflect light having different wavelengths, and the reflection center wavelengths of the optical fiber gratings are 1480 nm, 1175 nm, 1240 nm, 1310 nm, 1390 nm, and 1117 nm from the input side. ing. In order to ensure connectivity with the Raman fiber 11, the optical fiber gratings 10 and 12 also have a mode field diameter of about 6 μm.

一方、介挿光ファイバ１３は、接続点Ｃ７において出力光ファイバ９と接続し、接続点Ｃ８において光ファイバグレーティング１０と接続している。介挿光ファイバ１３のモードフィールド径は、光ファイバグレーティング１０のモードフィールド径である約６μｍと出力光ファイバ９のモードフィールド径である約９〜１０μｍとの間の値である約８μｍである。なお、上記各光ファイバは、いずれも石英ガラス系の光ファイバである。また、上記接続点Ｃ１〜Ｃ８は、いずれも融着接続されているものである。 On the other hand, the insertion optical fiber 13 is connected to the output optical fiber 9 at the connection point C7 and is connected to the optical fiber grating 10 at the connection point C8. The mode field diameter of the insertion optical fiber 13 is about 8 μm which is a value between about 6 μm which is the mode field diameter of the optical fiber grating 10 and about 9 to 10 μm which is the mode field diameter of the output optical fiber 9. Each of the optical fibers is a silica glass optical fiber. The connection points C1 to C8 are all fusion-bonded.

また、上記接続点Ｃ７、Ｃ８は、それぞれ熱伝導性の高いアルミニウムからなる板状の基材１４、１５に載置されている。つぎに、基材１４、１５近傍の具体的構造について説明する。図２は、基材１４、１５近傍の具体的構造について説明する図である。なお、図２において、出力光ファイバ９、光ファイバグレーティング１０、介挿光ファイバ１３については長手方向に沿った断面構造を示している。図２に示すように、出力光ファイバ９は、コア部９ａの外周に、クラッド部９ｂと、被覆部９ｃとが順次形成された構造を有している。同様に、光ファイバグレーティング１０は、コア部１０ａの外周に、クラッド部１０ｂと、被覆部１０ｃとが順次形成された構造を有している。同様に、介挿光ファイバ１３は、コア部１３ａの外周に、クラッド部１３ｂと、被覆部１３ｃとが順次形成された構造を有している。なお、被覆部９ｃ、１０ｃ、１３ｃは、融着接続のために接続点Ｃ７、Ｃ８の周囲では除去されている。 The connection points C7 and C8 are respectively placed on plate-like base materials 14 and 15 made of aluminum having high thermal conductivity. Next, a specific structure near the base materials 14 and 15 will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a specific structure near the base materials 14 and 15. In FIG. 2, the output optical fiber 9, the optical fiber grating 10, and the insertion optical fiber 13 have a cross-sectional structure along the longitudinal direction. As shown in FIG. 2, the output optical fiber 9 has a structure in which a cladding portion 9b and a covering portion 9c are sequentially formed on the outer periphery of the core portion 9a. Similarly, the optical fiber grating 10 has a structure in which a cladding portion 10b and a covering portion 10c are sequentially formed on the outer periphery of the core portion 10a. Similarly, the insertion optical fiber 13 has a structure in which a cladding portion 13b and a covering portion 13c are sequentially formed on the outer periphery of the core portion 13a. Note that the covering portions 9c, 10c, and 13c are removed around the connection points C7 and C8 for fusion splicing.

また、基材１４、１５の表面には溝１４ａ、１５ａがそれぞれ形成されており、接続点Ｃ７、Ｃ８は溝１４ａ、１５ａ内にそれぞれ収容されている。また、溝１４ａ、１５ａ内において、接続点Ｃ７、Ｃ８の外周には、ウレタンアクリレートプレポリマー等の樹脂等からなる保護材１６、１７が形成されている。なお、この保護材１６、１７の屈折率は、出力光ファイバ９、光ファイバグレーティング１０、介挿光ファイバ１３の各クラッド部９ｂ、１０ｂ、１３ｂの屈折率よりも高くなっている。 Further, grooves 14a and 15a are respectively formed on the surfaces of the base materials 14 and 15, and the connection points C7 and C8 are accommodated in the grooves 14a and 15a, respectively. In the grooves 14a and 15a, protective materials 16 and 17 made of a resin such as urethane acrylate prepolymer are formed on the outer periphery of the connection points C7 and C8. The refractive indexes of the protective members 16 and 17 are higher than the refractive indexes of the clad portions 9b, 10b, and 13b of the output optical fiber 9, the optical fiber grating 10, and the insertion optical fiber 13.

つぎに、この光源装置１００の動作について説明する。まず、光ファイバレーザＦＬにおいて、半導体レーザ素子１₁〜１_nが波長９１５ｎｍ近傍の励起光を出力すると、マルチモード光ファイバ２₁〜２_nが各励起光を導波し、ＴＦＢ３、４が、導波した各励起光を結合してダブルクラッド光ファイバ５に出力する。ダブルクラッド光ファイバ５は結合した励起光をマルチモードで伝搬する。その後、光ファイバグレーティング６、７がダブルクラッド光ファイバ５を伝搬した励起光を透過して、希土類元素添加光ファイバ８に到達させる。 Next, the operation of the light source device 100 will be described. First, in the optical fiber laser FL, when the semiconductor laser elements 1 ₁ to 1 _n output pumping light having a wavelength near 915 nm, the multimode optical fibers 2 ₁ to 2 _n guide the pumping light, and the TFBs 3 and 4 The guided pumping lights are combined and output to the double clad optical fiber 5. The double clad optical fiber 5 propagates coupled pumping light in multimode. Thereafter, the optical fiber gratings 6 and 7 transmit the pumping light propagated through the double clad optical fiber 5 to reach the rare earth element-doped optical fiber 8.

希土類元素添加光ファイバ８に到達した励起光は、希土類元素添加光ファイバ８の内側クラッド内をマルチモードで伝搬しながら、希土類元素添加光ファイバ８のコア部に添加したＹｂイオンを光励起し、波長１１１７ｎｍを含む波長帯域を有する蛍光を発光させる。この蛍光は、光ファイバグレーティング６、７が構成する光共振器内をシングルモードで往復しながら、Ｙｂイオンの誘導放出作用により増幅され、発振波長１１１７ｎｍにおいてレーザ発振する。そして、光ファイバレーザＦＬは、出力光ファイバ９からレーザ光を出力する。 The excitation light that has reached the rare earth element-doped optical fiber 8 optically excites Yb ions added to the core of the rare earth element doped optical fiber 8 while propagating in the inner cladding of the rare earth element doped optical fiber 8 in multimode. Fluorescence having a wavelength band including 1117 nm is emitted. The fluorescence is amplified by the stimulated emission action of Yb ions while reciprocating in the optical resonator formed by the optical fiber gratings 6 and 7 in a single mode, and oscillates at an oscillation wavelength of 1117 nm. The optical fiber laser FL outputs laser light from the output optical fiber 9.

出力光ファイバ９から出力したレーザ光は、接続点Ｃ７、介挿光ファイバ１３、接続点Ｃ８を順次通過し、光ファイバグレーティング１０からカスケードラマン共振器ＣＲＲに入力する。 The laser light output from the output optical fiber 9 sequentially passes through the connection point C7, the insertion optical fiber 13, and the connection point C8, and is input from the optical fiber grating 10 to the cascade Raman resonator CRR.

ここで、モードフィールド径が大きく異なる出力光ファイバ９と光ファイバグレーティング１０とが直接接続しているとすると、その接続点で大きな接続損失が発生する。その結果、接続点をレーザ光が通過した場合の発熱量が大きくなる。 Here, if the output optical fiber 9 and the optical fiber grating 10 having different mode field diameters are directly connected, a large connection loss occurs at the connection point. As a result, the amount of heat generated when the laser light passes through the connection point increases.

しかしながら、本実施の形態１に係る光源装置１００では、出力光ファイバ９と光ファイバグレーティング１０との間に、両者のモードフィールド径の間の値のモードフィールド径を有する介挿光ファイバ１３を介挿しているので、発生すべき接続損失が各接続点Ｃ７、Ｃ８に分散され、１つの接続点あたりでの発熱量も低減される。その結果、接続点Ｃ７、Ｃ８を保護する保護材１６、１７の温度上昇による損傷あるいは変質が抑制され、装置の信頼性が高くなる。 However, in the light source device 100 according to the first embodiment, the intervening optical fiber 13 having a mode field diameter that is between the mode field diameters is interposed between the output optical fiber 9 and the optical fiber grating 10. As a result, the connection loss to be generated is distributed to the connection points C7 and C8, and the amount of heat generated per connection point is also reduced. As a result, damage or deterioration due to the temperature rise of the protective members 16 and 17 that protect the connection points C7 and C8 is suppressed, and the reliability of the device is increased.

なお、出力光ファイバ９から出力したレーザ光や励起光の一部が、接続点Ｃ７、Ｃ８において漏洩する場合がある。このような漏洩光が、クラッド部１３ｂ、１０ｂを伝搬し、光ファイバグレーティング１０の被覆部１０ｃに到達すると、被覆部１０ｃを損傷するおそれがある。しかしながら、本実施の形態１に係る光源装置１００では、保護材１６、１７の屈折率が、クラッド部９ｂ、１０ｂ、１３ｂの屈折率よりも高くなっている。したがって、漏洩光はすみやかに保護材１６、１７に放出され、保護材１６、１７はこの漏洩光をすみやかに外部に放出する。その結果、被覆部１０ｃの損傷が防止され、信頼性がさらに高くなる。 Note that some of the laser light and excitation light output from the output optical fiber 9 may leak at the connection points C7 and C8. When such leaked light propagates through the cladding portions 13b and 10b and reaches the covering portion 10c of the optical fiber grating 10, the covering portion 10c may be damaged. However, in the light source device 100 according to the first embodiment, the refractive indexes of the protective members 16 and 17 are higher than the refractive indexes of the cladding portions 9b, 10b, and 13b. Accordingly, the leakage light is promptly emitted to the protective members 16 and 17, and the protective members 16 and 17 promptly emit the leakage light to the outside. As a result, damage to the covering portion 10c is prevented, and the reliability is further increased.

つぎに、カスケードラマン共振器ＣＲＲにおいて、光ファイバグレーティング１０を介してラマンファイバ１１に光ファイバレーザＦＬからの波長１１１７ｎｍのレーザ光が入力すると、ラマン散乱の第一ストークス波長に対応する波長１１７５ｎｍのラマン散乱光（以下、第一ストークス光と称する）が発生し、ラマン増幅される。増幅した第一ストークス光は光ファイバグレーティング１０、１２が構成する光共振器によって多重反射してその強度が高められ、やがて励起光として機能して第二ストークス光を発生させる。以下、同様の作用により順次第三〜第五ストークス光が発生する。ここで、光ファイバグレーティング１２においては、第五ストークス光に対応する波長１４８０ｎｍの光を反射する光ファイバグレーティングの反射率が低いので、この波長１４８０ｎｍの光が光ファイバグレーティング１２から外部に出力する。なお、光ファイバグレーティング１２は反射波長が１１１７ｎｍの光ファイバグレーティングを有しているため、光ファイバレーザＦＬが出力する波長１１１７ｎｍのレーザ光はカスケードラマン共振器ＣＲＲの外部への出力が阻止され、ラマンファイバ１１内部で効率的に利用される。 Next, in the cascade Raman resonator CRR, when a laser beam having a wavelength of 1117 nm from the optical fiber laser FL is input to the Raman fiber 11 via the optical fiber grating 10, a Raman having a wavelength of 1175 nm corresponding to the first Stokes wavelength of Raman scattering. Scattered light (hereinafter referred to as first Stokes light) is generated and Raman amplified. The amplified first Stokes light is multiple-reflected by the optical resonator formed by the optical fiber gratings 10 and 12 to increase its intensity, and eventually functions as excitation light to generate second Stokes light. Thereafter, third to fifth Stokes lights are sequentially generated by the same action. Here, in the optical fiber grating 12, since the reflectance of the optical fiber grating that reflects light having a wavelength of 1480 nm corresponding to the fifth Stokes light is low, the light having a wavelength of 1480 nm is output from the optical fiber grating 12 to the outside. Since the optical fiber grating 12 has an optical fiber grating having a reflection wavelength of 1117 nm, the laser light having a wavelength of 1117 nm output from the optical fiber laser FL is prevented from being output to the outside of the cascaded Raman resonator CRR. It is efficiently used inside the fiber 11.

以上説明したように、本実施の形態１に係る光源装置１００は、信頼性が高いものとなる。 As described above, the light source device 100 according to the first embodiment has high reliability.

つぎに、介挿光ファイバ１３のモードフィールド径の設定方法について説明する。たとえば、接続点Ｃ７、Ｃ８における発熱量が同程度になるようにモードフィールド径を設定することがより好ましい。 Next, a method for setting the mode field diameter of the insertion optical fiber 13 will be described. For example, it is more preferable to set the mode field diameter so that the calorific values at the connection points C7 and C8 are approximately the same.

また、図３は、介挿光ファイバ１３のモードフィールド径と、接続点Ｃ７、Ｃ８における接続損失および保護材１６、１７の温度との関係の一例を模式的に示す図である。なお、線Ｌ１、Ｌ２は、それぞれ接続点Ｃ７、Ｃ８における接続損失を示している。また、値ａ１は、出力光ファイバ９のモードフィールド径を示し、値ａ２は、光ファイバグレーティング１０のモードフィールド径を示している。また、線Ｌ３は、保護材１６、１７について、所望の信頼性を確保できるような許容温度とする。介挿光ファイバ１３のモードフィールド径を設定する際には、値ａ１とａ２との間で、保護材１６、１７の許容温度を越えないような接続損失を実現できるモードフィールド径とすればよい。また、たとえば、モードフィールド径の異なる複数の介挿光ファイバを接続して、さらに接続損失を分散するようにしてもよい。 FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the relationship between the mode field diameter of the insertion optical fiber 13, the connection loss at the connection points C7 and C8, and the temperatures of the protective members 16 and 17. Lines L1 and L2 indicate connection losses at connection points C7 and C8, respectively. The value a1 indicates the mode field diameter of the output optical fiber 9, and the value a2 indicates the mode field diameter of the optical fiber grating 10. Further, the line L3 is set to an allowable temperature that can ensure desired reliability of the protective materials 16 and 17. When setting the mode field diameter of the insertion optical fiber 13, the mode field diameter may be set between the values a1 and a2 so as to realize a connection loss that does not exceed the allowable temperature of the protective members 16 and 17. . Further, for example, a plurality of insertion optical fibers having different mode field diameters may be connected to further disperse the connection loss.

なお、上記実施の形態１では、接続点Ｃ７、Ｃ８の外周に屈折率の高い保護材１６、１７を形成しているが、熱伝導性の高い保護材を形成してもよい。以下、このような保護材を備える実施の形態１の変形例に係る光源装置について説明する。この変形例は、実施の形態１と同一の光ファイバレーザＦＬ、カスケードラマン共振器ＣＲＲ、介挿光ファイバ１３、基材１４、１５を備えている。 In the first embodiment, the protective materials 16 and 17 having a high refractive index are formed on the outer periphery of the connection points C7 and C8. However, a protective material having a high thermal conductivity may be formed. Hereinafter, a light source device according to a modification of the first embodiment provided with such a protective material will be described. This modification includes the same optical fiber laser FL, cascade Raman resonator CRR, intervening optical fiber 13, and base materials 14 and 15 as those in the first embodiment.

図４は、実施の形態１の変形例に係る光源装置の基材１４、１５近傍の具体的構造について説明する図である。この変形例では、基材１４、１５の溝１４ａ、１５ａ内において、接続点Ｃ７、Ｃ８の外周には、たとえばシリコーン系の熱伝導性コンパウンド等からなる熱伝導性保護材１８、１９が形成されている。さらには、接続点Ｃ７近傍における介挿光ファイバ１３の外周と、接続点Ｃ８近傍における光ファイバグレーティング１０の外周とには、それぞれ、たとえば保護材１６、１７と同じ材料からなる光漏洩用保護材２０、２１が形成されている。この光漏洩用保護材２０の屈折率は、介挿光ファイバ１３のクラッド部１３ｂの屈折率よりも高く、光漏洩用保護材２１の屈折率は、光ファイバグレーティング１０のクラッド部１０ｂの屈折率よりも高くなっている。 FIG. 4 is a diagram illustrating a specific structure in the vicinity of the base materials 14 and 15 of the light source device according to the modification of the first embodiment. In this modification, in the grooves 14a and 15a of the base materials 14 and 15, heat conductive protective materials 18 and 19 made of, for example, a silicone-based heat conductive compound are formed on the outer periphery of the connection points C7 and C8. ing. Furthermore, the outer periphery of the insertion optical fiber 13 in the vicinity of the connection point C7 and the outer periphery of the optical fiber grating 10 in the vicinity of the connection point C8 are respectively made of a protective material for light leakage made of the same material as, for example, the protective materials 16 and 17, respectively. 20 and 21 are formed. The refractive index of the light leakage protective material 20 is higher than the refractive index of the clad portion 13b of the insertion optical fiber 13, and the refractive index of the light leakage protective material 21 is the refractive index of the clad portion 10b of the optical fiber grating 10. Higher than.

この変形例では、接続点Ｃ７、Ｃ８の外周に熱伝導性保護材１８、１９が形成されているので、より発熱量が大きくなっても、熱伝導性保護材１８、１９の温度上昇が抑制されるため、信頼性がさらに高くなる。すなわち、より高出力の光源装置を実現できる。また、光漏洩用保護材２０、２１が、接続点Ｃ７、Ｃ８に対して光出力側に形成されているので、実施の形態１における保護材１６、１７と同様に、漏洩光をすみやかに外部に放出する。その結果、被覆部１０ｃの損傷が防止され、信頼性がさらに高くなる。 In this modification, since the heat conductive protective members 18 and 19 are formed on the outer periphery of the connection points C7 and C8, even if the heat generation amount is larger, the temperature rise of the heat conductive protective members 18 and 19 is suppressed. Therefore, the reliability is further increased. That is, a light source device with higher output can be realized. Further, since the light leakage protective materials 20 and 21 are formed on the light output side with respect to the connection points C7 and C8, the leakage light can be quickly transferred to the outside in the same manner as the protective materials 16 and 17 in the first embodiment. To release. As a result, damage to the covering portion 10c is prevented, and the reliability is further increased.

なお、熱伝導性保護材１８、１９の材料については、接続点Ｃ７、Ｃ８において漏洩する光を吸収しないような特性を有するものがより好ましい。また、クラッド部９ｂ、１０ｂ、１３ｂの屈折率よりも高いものがより好ましい。 In addition, about the material of the heat conductive protective materials 18 and 19, what has a characteristic which does not absorb the light which leaks in the connection points C7 and C8 is more preferable. Moreover, the thing higher than the refractive index of the clad parts 9b, 10b, and 13b is more preferable.

（実施例）
本発明の実施例として、図１に示す構造を有する光ファイバレーザおよびカスケードラマン共振器を作製し、これらを、介挿光ファイバを介して、融着接続によって接続した。そして、図４に示すように、各光ファイバの接続点周辺を、基材の溝に収容し、その外周の所定箇所に熱伝導性保護材と光漏洩用保護材とを形成した。なお、光ファイバレーザは波長１１１７ｎｍで光強度が９５Ｗのレーザ光を出力できるようにし、出力光ファイバのモードフィールド径を９．５μｍとした。一方、カスケードラマン共振器は光ファイバグレーティングのモードフィールド径を６μｍとした。また、介挿光ファイバのモードフィールド径を８μｍとした。また、基材として、長さ６０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍで、溝の幅が２ｍｍおよび深さが１ｍｍのアルミニウム板を用いた。また、熱伝導性保護材として、米国コメリクス社製のＴ６４４を使用した。また、光漏洩用保護材として、ＪＳＲ社製デソライト（登録商標）を使用した。 (Example)
As an example of the present invention, an optical fiber laser and a cascade Raman resonator having the structure shown in FIG. 1 were produced, and these were connected by fusion splicing through an interpolating optical fiber. And as shown in FIG. 4, the periphery of the connection point of each optical fiber was accommodated in the groove | channel of the base material, and the heat conductive protective material and the light leakage protective material were formed in the predetermined location of the outer periphery. The optical fiber laser was designed to output laser light having a wavelength of 1117 nm and a light intensity of 95 W, and the mode field diameter of the output optical fiber was set to 9.5 μm. On the other hand, in the cascade Raman resonator, the mode field diameter of the optical fiber grating is 6 μm. In addition, the mode field diameter of the inserted optical fiber was 8 μm. In addition, an aluminum plate having a length of 60 mm, a width of 10 mm, a thickness of 2 mm, a groove width of 2 mm, and a depth of 1 mm was used as the substrate. In addition, T644 manufactured by Commerics of the United States was used as the heat conductive protective material. In addition, Desolite (registered trademark) manufactured by JSR Corporation was used as a protective material for light leakage.

このとき、出力光ファイバと介挿光ファイバとの接続点Ａ（図１の接続点Ｃ７に対応）の接続損失は０．３ｄＢであった。また、介挿光ファイバと光ファイバグレーティングとの接続点Ｂ（図１の接続点Ｃ８に対応）の接続損失は０．２７ｄＢであった。 At this time, the connection loss at the connection point A (corresponding to the connection point C7 in FIG. 1) between the output optical fiber and the insertion optical fiber was 0.3 dB. Further, the connection loss at the connection point B (corresponding to the connection point C8 in FIG. 1) between the insertion optical fiber and the optical fiber grating was 0.27 dB.

つぎに、室温において、光ファイバレーザから波長１１１７ｎｍで光強度が９５Ｗのレーザ光を出力させたところ、カスケードラマン共振器から波長１４８０ｎｍで強度が４７．５Ｗのレーザ光が出力した。このとき、接続点Ａでは、レーザ光のうち、その接続損失によって、約６．３４Ｗの光エネルギーが失われ、その一部が熱に変換されたと考えられる。また、接続点Ｂでは、レーザ光のうち、接続点Ａでの損失も考慮して、約５．３４Ｗのエネルギーが失われ、その一部が熱に変換されたと考えられる。 Next, at room temperature, laser light with a wavelength of 1117 nm and a light intensity of 95 W was output from the optical fiber laser, and a laser beam with a wavelength of 1480 nm and an intensity of 47.5 W was output from the cascade Raman resonator. At this time, at the connection point A, it is considered that about 6.34 W of light energy was lost due to the connection loss of the laser light, and a part of the energy was converted into heat. In addition, at the connection point B, it is considered that about 5.34 W of energy is lost in the laser light in consideration of the loss at the connection point A, and a part of the energy is converted into heat.

そして、温度変動が収束した後に熱伝導性保護材の温度を測定したところ、接続点Ａにおいては４１℃、接続点Ｂにおいては４５℃であり、いずれの熱伝導性保護材も損傷はなかった。また、光漏洩用保護材の温度を測定したところ、接続点Ａ近傍においては５１℃、接続点Ｂにおいては４５℃であり、いずれの光漏洩用保護材も損傷はなかった。 And when the temperature of the heat conductive protective material was measured after the temperature fluctuation converged, it was 41 ° C. at the connection point A and 45 ° C. at the connection point B, and neither of the heat conductive protective materials was damaged. . Further, when the temperature of the protective material for light leakage was measured, it was 51 ° C. near the connection point A and 45 ° C. at the connection point B, and no light leakage protective material was damaged.

なお、上記実施の形態１では、接続光ファイバである光ファイバグレーティング１０のモードフィールド径は、出力光ファイバ９のモードフィールド径よりも小さい。しかしながら、本発明は、接続光ファイバのモードフィールド径が出力光ファイバのモードフィールド径よりも大きい場合にも適用できる。また、上記実施の形態１では、光源が光ファイバレーザであるが、出力光ファイバから光を出力する光源であれば特に限定はされない。また、接続光ファイバも、たとえばデリバリ用光ファイバとでき、特に限定はされない。 In the first embodiment, the mode field diameter of the optical fiber grating 10 which is a connection optical fiber is smaller than the mode field diameter of the output optical fiber 9. However, the present invention can also be applied when the mode field diameter of the connecting optical fiber is larger than the mode field diameter of the output optical fiber. In the first embodiment, the light source is an optical fiber laser. However, there is no particular limitation as long as the light source outputs light from the output optical fiber. The connecting optical fiber can also be a delivery optical fiber, for example, and is not particularly limited.

１₁〜１_n 半導体レーザ素子
２₁〜２_n マルチモード光ファイバ
３、４ＴＦＢ
５ダブルクラッド光ファイバ
６、７、１０、１２光ファイバグレーティング
８希土類元素添加光ファイバ
９出力光ファイバ
９ａ、１０ａ、１３ａコア部
９ｂ、１０ｂ、１３ｂクラッド部
９ｃ、１０ｃ、１３ｃ被覆部
１１ラマンファイバ
１３介挿光ファイバ
１４、１５基材
１４ａ、１５ａ溝
１６、１７保護材
１８、１９熱伝導性保護材
２０、２１光漏洩用保護材
１００光源装置
Ｃ１〜Ｃ８接続点
ＣＲＲカスケードラマン共振器
ＦＬ光ファイバレーザ
Ｌ１〜Ｌ３線 1 ₁ to 1 _n semiconductor laser element 2 ₁ to 2 _n multimode optical fiber 3 and 4 TFB
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Double clad optical fiber 6, 7, 10, 12 Optical fiber grating 8 Rare earth element addition optical fiber 9 Output optical fiber 9a, 10a, 13a Core part 9b, 10b, 13b Clad part 9c, 10c, 13c Covering part 11 Raman fiber 13 Interpolated optical fiber 14, 15 Base material 14a, 15a Groove 16, 17 Protective material 18, 19 Thermal conductive protective material 20, 21 Light leakage protective material 100 Light source device C1-C8 Connection point CRR Cascade Raman resonator FL Optical fiber Laser L1-L3 line

Claims

第１のモードフィールド径を有する出力光ファイバから光を出力する光源と、
前記第１のモードフィールド径とは異なる第２のモードフィールド径を有する接続光ファイバと、
前記出力光ファイバと第１の接続点で接続するとともに前記接続光ファイバと第２の接続点で接続し、前記第１のモードフィールド径と前記第２のモードフィールド径との間の値である第３のモードフィールド径を有する少なくとも一つの介挿光ファイバと、
を備えることを特徴とする光源装置。 A light source that outputs light from an output optical fiber having a first mode field diameter;
A connecting optical fiber having a second mode field diameter different from the first mode field diameter;
Connected to the output optical fiber at a first connection point and connected to the connection optical fiber at a second connection point, and is a value between the first mode field diameter and the second mode field diameter. At least one intervening optical fiber having a third mode field diameter;
A light source device comprising:

前記第１の接続点の外周、および前記第２の接続点の外周の少なくともいずれか一方に形成された保護材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, further comprising a protective material formed on at least one of an outer periphery of the first connection point and an outer periphery of the second connection point.

前記保護材は、熱伝導性保護材であることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, wherein the protective material is a heat conductive protective material.

前記保護材は、少なくとも前記形成されるべき光ファイバの外周よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項２または３に記載の光源装置。 The light source device according to claim 2, wherein the protective material has a refractive index higher than at least an outer periphery of the optical fiber to be formed.

前記第１の接続点近傍における前記介挿光ファイバの外周、および前記第２の接続点近傍における前記接続光ファイバの外周の少なくともいずれか一方に形成され、少なくとも前記形成されるべき光ファイバの外周よりも高い屈折率を有する光漏洩用保護材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光源装置。 The outer circumference of the optical fiber to be formed at least one of the outer circumference of the insertion optical fiber in the vicinity of the first connection point and the outer circumference of the connection optical fiber in the vicinity of the second connection point The light source device according to claim 1, further comprising a protective material for light leakage having a higher refractive index.

前記第１の接続点、および前記第２の接続点の少なくともいずれか一方を載置する熱伝導性基材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光源装置。 The light source according to claim 1, further comprising a thermally conductive base material on which at least one of the first connection point and the second connection point is placed. apparatus.