JP6523511B1 - ファイバレーザ装置、ファイバレーザ装置の製造方法、及び、設定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(ファイバレーザ装置の構成)
本発明の第1の実施形態に係るファイバレーザ装置FLの構成について、図1を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るファイバレーザ装置FLの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係るファイバレーザ装置FLにおいて特徴的な点は、誘導ラマン散乱により生じるストークス光(以下、「ラマン散乱光」と記載する)を反射するためのラマンフィルタRFが設けられている点である。本実施形態においては、ラマンフィルタRFがデリバリファイバDFに設けられている。ラマンフィルタRFとしては、ファイバブラッググレーティングを用いてもよいし、スラントファイバグレーティングを用いてもよいし、長周期ファイバブラッググレーティングを用いてもよい。ラマンフィルタRFは、ラマン散乱光の中心波長が反射帯域に含まれるように設計されており、入射したラマン散乱光の一部を反射し、一部を透過する。
(1b)低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LRを透過し、
(1c)低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LRからラマンフィルタRFまでデリバリファイバDFを順方向に伝播し、
(1d)ラマンフィルタRFによって反射され、
(1e)ラマンフィルタRFから低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LRまでデリバリファイバDFを逆方向に伝播し、
(1f)低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LRを透過し、
(1g)低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LRから高反射ファイバブラッググレーティングFBG−HRまで増幅用ファイバAFを逆方向に伝播する。
(2b)低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LRを透過し、
(2c)低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LRからラマンフィルタRFまでデリバリファイバDFを順方向に伝播し、
(2d)ラマンフィルタRFを透過し、
(2e)ラマンフィルタRFから照射ヘッドHまでデリバリファイバDFを順方向に伝播し、
(2f)照射ヘッドHから加工対象物Wまで空気中を順方向に伝播し、
(2g)加工対象物Wによって反射され、
(2h)加工対象物Wから照射ヘッドHまで空気中を順方向に伝播し、
(2i)照射ヘッドHからラマンフィルタRFまでデリバリファイバDFを逆方向に伝播し、
(2j)ラマンフィルタRFを透過し、
(2k)ラマンフィルタRFから低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LRまでデリバリファイバDFを逆方向に伝播し、
(2l)低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LRを透過し、
(2m)低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LRから高反射ファイバブラッググレーティングFBG−HRまで増幅用ファイバAFを逆方向に伝播する。
ファイバレーザ装置FLの実施例として、高反射ファイバブラッググレーティングFBG−HRから照射ヘッドHまでの光路の長さLが24mのファイバレーザ装置FLを用意した。このファイバレーザ装置FLにおいて、高反射ファイバブラッググレーティングFBG−HRからラマンフィルタRFまでの光路の長さL1は18mであり、当該光路においてラマン散乱光が受ける単位長さあたりの利得g1は1.2dB/mであった。また、このファイバレーザ装置FLにおいて、ラマンフィルタRFから照射ヘッドHまでの光路の長さL2は6mであり、当該光路においてラマン散乱光が受ける単位長さあたりの利得g2は1.2dB/mであった。ラマンフィルタRFとしては、ラマン散乱光の中心波長を含む反射帯域において、反射減衰量amが0.5dBであり、透過減衰量atが10dBであるファイバブラッググレーティングを用いた。
(ファイバレーザ装置の構成)
本発明の第2の実施形態に係るファイバレーザ装置FLSの構成について、図4を参照して説明する。図4は、本実施形態に係るファイバレーザ装置FLSの構成を示すブロック図である。
ファイバレーザ装置FLSにおいて特徴的な点は、誘導ラマン散乱により生じるストークス光(以下、「ラマン散乱光」と記載する)を反射するためのラマンフィルタRF1〜RF3が設けられている点である。本実施形態においては、各ラマンフィルタRFiがデリバリファイバDFiに設けられている。ラマンフィルタRF1〜RF3としては、ファイバブラッググレーティングを用いてもよいし、スラントファイバグレーティングを用いてもよいし、長周期ファイバブラッググレーティングを用いてもよい。ラマンフィルタRF1〜RF3は、ラマン散乱光の中心波長が反射帯域に含まれるように設計されており、入射したラマン散乱光の一部を反射し、一部を透過する。
第1の実施形態に係るファイバレーザ装置FLは、上述した不等式(1)、(2)、(3)、(6)、又は(7)を満たすようにラマンフィルタRFを設ける工程を含む製造方法により製造することができる。この製造方法によれば、ラマン散乱光のパワーの増大を抑え、その結果、レーザ光の発振が不安定化する可能性を低減したファイバレーザFLを製造することができる。また、ラマンフィルタRFを設ける工程は、更に上述した不等式(10)を満たすように実施されてもよい。この場合、ラマン散乱光のパワーの増大を更に抑え、その結果、レーザ光の発振が不安定化する可能性を更に低減したファイバレーザ装置FLを製造することができる。
なお、上述した不等式(1)、(2)、(3)、(6)、又は(7)は、第1の実施形態に係るファイバレーザ装置FLにおいて、加工可能な加工対象物の反射減衰量arを設定する設定方法に応用することができる。すなわち、上述した不等式(1)、(2)、(3)、(6)、又は(7)を満たすように反射減衰量arを設定すれば、ラマン散乱光のパワーの増大を抑え、その結果、レーザ光の発振が不安定化する可能性を低減したファイバレーザFLを実現することができる。また、反射減衰量arを設定する工程は、更に上述した不等式(10)を満たすように実施されてもよい。この場合、この場合、ラマン散乱光のパワーの増大を更に抑え、その結果、レーザ光の発振が不安定化する可能性を更に低減したファイバレーザ装置FLを実現することができる。
上述した各実施形態においては、共振器型のファイバレーザ装置FL,FLSについて説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、本発明は、MOPA(Master Oscillator - Power Amplifier)型のファイバレーザ装置にも適用することができる。ここで、MOPA型のファイバレーザ装置とは、MO部として機能するレーザ光源と、PA部として機能するファイバアンプと、デリバリファイバと、を備えたファイバレーザ装置である。MOPA型のファイバレーザ装置においては、PA部(ファイバアンプ)を構成する増幅用ファイバから出力されたレーザ光が、デリバリファイバを導波された後、加工対象物に照射される。したがって、MOPA型のファイバレーザ装置にラマンフィルタを設ければ、上述した各実施形態に係るファイバレーザ装置と同様、ラマン散乱光のパワーの増大を抑え、レーザ光の発振が不安定化する可能性を低減することができる。なお、共振器型のファイバレーザ装置では、デリバリファイバが増幅用ファイバの下流側の端部にファイバブラッググレーティング(上述した実施形態における低反射ファイバブラッググレーティングFBG−LR)を介して接続されるのに対して、MOPA側のファイバレーザ装置では、デリバリファイバが増幅用ファイバの下流側の端部にファイバブラッググレーティングを介さずに接続される。
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
PS1〜PSm 励起光源
PF1〜PFm 励起ファイバ
PC 励起コンバイナ
FBG−HR 高反射ファイバブラッググレーティング(第1ファイバブラッググレーティング)
FBG−LR 低反射ファイバブラッググレーティング(第2ファイバブラッググレーティング)
AF 増幅用ファイバ
DF デリバリファイバ
H 照射ヘッド
Claims (8)
- 増幅用ファイバと、上記増幅用ファイバから出力されたレーザ光を導波するデリバリファイバと、を備えたファイバレーザ装置であって、
下記不等式(a)を満たすように、上記レーザ光に引き起こされる誘導ラマン散乱により生じるラマン散乱光の一部を反射するラマンフィルタが設けられている、ことを特徴とするファイバレーザ装置。
- 上記増幅用ファイバを含む複数の増幅用ファイバと、上記複数の増幅用ファイバの各々から出力されたレーザ光を合波するコンバイナと、を備え、
上記デリバリファイバは、上記複数の増幅用ファイバの各々から出力されたレーザ光を上記コンバイナに導くデリバリファイバと、上記コンバイナにて合波されたレーザ光を導波するデリバリファイバと、を含む、ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のファイバレーザ装置。 - 増幅用ファイバと、上記増幅用ファイバから出力されたレーザ光を導波するデリバリファイバと、を備えたファイバレーザ装置の製造方法であって、
下記不等式(a)を満たすように、上記レーザ光に引き起こされる誘導ラマン散乱により生じるラマン散乱光の一部を反射するラマンフィルタを設ける工程を含んでいる、ことを特徴とするファイバレーザ装置の製造方法。
- 増幅用ファイバと、上記増幅用ファイバから出力されたレーザ光を導波するデリバリファイバと、を備えたファイバレーザ装置において、上記ファイバレーザ装置により加工可能な加工対象物の反射減衰量arを設定する設定方法であって、
下記不等式(a)を満たすように上記反射減衰量arを設定する、ことを特徴とする設定方法。
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