光源裝置及加工方法
【專利摘要】該光源裝置具有MOPA構(gòu)造且設(shè)有種子光源、脈沖發(fā)生器、中間光學(xué)放大器、末級光學(xué)放大器、輸送光纖和光輸出端。所述輸送光纖為在位于芯部周圍的芯部圍繞部分中具有光子帶隙（PBG）結(jié)構(gòu)的PBG光纖。具有在PBG光纖的高損耗帶中的波長的光被輸入到PGBF中。
【專利說明】光源裝置及加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光源裝置及加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輸出激光的光源裝置已用于諸如加工和醫(yī)療用途等各種用途，并且通常需要具有高的激光輸出功率和高的光束品質(zhì)。在眾多光源裝置中已獲得關(guān)注的光纖激光器光源裝置使用芯部摻雜有諸如Yb、Er和Tm等各種稀土元素作為放大介質(zhì)的放大光纖。
[0003]在光纖激光器光源裝置中，采用借助放大光纖將從種子光源(seed lightsource)輸出的種子光放大的MOPA (主振功率放大器)構(gòu)造等，能夠提高激光輸出功率。另夕卜，光纖激光器光源裝置對在放大光纖的芯部中傳播的光進(jìn)行放大，以使輸出激光的光束品質(zhì)高。因此，光纖激光器光源裝置優(yōu)選地用于加工用途等。
[0004]通常地，從光源裝置輸出的激光的光束橫截面中的光強(qiáng)度分布期望地為高斯分布或接近高斯分布的形式。隨著輸出激光的光強(qiáng)度分布變得接近高斯分布，輸出激光的光束品質(zhì)變高。隨著輸出激光的光束品質(zhì)變高，能夠通過透鏡系統(tǒng)使得激光的光束直徑變小，從而可以進(jìn)行高品質(zhì)加工。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本專利申請(PCT申請的翻譯)公報N0.2008-509006
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題
[0009]本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)考察了上述現(xiàn)有技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了下述問題。
[0010]S卩，如上所述，隨著輸出激光的光強(qiáng)度分布變得更接近高斯分布，能夠利用透鏡系統(tǒng)使得激光的光束直徑縮窄。在該情況下，高品質(zhì)加工是可能的，然而，待加工目標(biāo)上的激光照射的掃描次數(shù)會增加并且照射時間會變得更長。例如，如上面列出的專利文獻(xiàn)I中所述，通常，當(dāng)將環(huán)形加工施加到待加工目標(biāo)時，需要沿著環(huán)掃描激光照射位置。
[0011]如果實(shí)現(xiàn)光功率在光束橫截面的周邊部分處比在光束橫截面的中心部分處更高的具有環(huán)形光強(qiáng)度分布的激光，則環(huán)形加工是容易的。然而，尚未得到容易地實(shí)現(xiàn)具有這種環(huán)形光強(qiáng)度分布的激光的裝置。
[0012]已經(jīng)開發(fā)了本發(fā)明以消除上述問題。本發(fā)明的目的是提供一種如下的光源裝置:其能夠容易地獲得光功率在光束橫截面的周邊部分處比在光束橫截面的中心部分處高的具有環(huán)形光強(qiáng)度分布的輸出光。
[0013]解決問題的手段
[0014]作為第一方案，根據(jù)本發(fā)明的光源裝置包括:第一光源單兀，其輸出具有主輸出波長λ I的單模光；以及輸送光纖,來自所述第一光源單兀的輸出光在被放大之后輸入到所述輸送光纖中。在第一方案中，所述輸送光纖的位于芯部周圍的芯部圍繞部分具有光子帶隙結(jié)構(gòu)，作為根據(jù)光纖橫截面中的輸出光傳播區(qū)域的縱向上的變化的功率傳輸損耗特性，所述輸送光纖的所述芯部中具有基本恒定為第一值的第一波長帶以及損耗比所述第一波長帶中的損耗高的第二波長帶。所述波長λ I存在于所述第二波長帶中。此外，所述輸送光纖的彎曲狀態(tài)被設(shè)定成使得從所述輸送光纖輸出的具有所述波長λ I的光在所述芯部圍繞部分中變成環(huán)形光強(qiáng)度分布。
[0015]作為可應(yīng)用于第一方案的第二方案，根據(jù)本發(fā)明的光源裝置還可以包括第二光源單元，所述第二光源單元輸出具有主輸出波長λ 2的光。在第二方案中，所述波長λ 2存在于所述第一波長帶中。對具有所述波長λ I的光和具有所述波長λ2的光進(jìn)行多路復(fù)用，并且多路復(fù)用的光被輸入到所述輸送光纖中。
[0016]作為可應(yīng)用于第一方案和第二方案中至少一個方案的第三方案，所述輸送光纖的長度和彎曲狀態(tài)中的至少一項(xiàng)可以被設(shè)定成使得在所述波長λ I處的功率傳輸損耗變成比所述第一值高3dB以上的值。
[0017]可選地，作為第四方案，根據(jù)本發(fā)明的光源裝置包括:第一光源單元，其輸出具有主輸出波長λ I的單模光；以及輸送光纖，來自所述第一光源單元的具有所述波長λ I的輸出光在被放大之后輸入到所述輸送光纖中，并且當(dāng)具有所述波長λ I的輸出光傳播穿過所述輸送光纖時，所述輸送光纖產(chǎn)生具有波長拉曼散射光。在第四方案中，所述輸送光纖的位于芯部周圍的芯部圍繞部分具有光子帶隙結(jié)構(gòu)，作為根據(jù)光纖橫截面中的輸出光傳播區(qū)域的縱向上的變化的功率傳輸損耗特性，所述輸送光纖的所述芯部中具有基本恒定為第一值的第一波長帶以及損耗比所述第一波長帶中的損耗高的第二波長帶。具有所述波長λ Ε的光存在于所述第二波長帶中。此外，所述輸送光纖的彎曲狀態(tài)被設(shè)定成使得從所述輸送光纖輸出的具有所述波長Xr的光在所述芯部圍繞部分中變成環(huán)形光強(qiáng)度分布。
[0018]作為可應(yīng)用于第四方案的第五方案，在根據(jù)本發(fā)明的光源裝置中，所述輸送光纖的長度和彎曲狀態(tài)中的至少一項(xiàng)可以被設(shè)定成使得在所述波長λ R處的功率傳輸損耗變成比所述第一值高3dB以上的值。
[0019]作為可應(yīng)用于第一方案至第五方案中至少任一個方案的第六方案，所述第一波長帶與所述第二波長帶相比可以位于較短波長側(cè)。相反，作為可應(yīng)用于第一方案至第五方案中至少任一個方案的第七方案，所述第一波長帶與所述第二波長帶相比可以位于較長波長偵U。在第六方案和第七方案中，表示短波長帶和長波長帶之間的邊界的波長(下文稱為截止波長)被調(diào)節(jié)為功率傳輸損耗特性具有比第一值僅高3dB的損耗的波長。
[0020]作為可應(yīng)用于第一方案至第七方案中至少任一個方案或兩個以上方案的組合的第八方案，根據(jù)本發(fā)明的加工方法為使用根據(jù)上述本發(fā)明的光源裝置的方法。加工方法準(zhǔn)備所述光源裝置，并且通過用從所述光源裝置的輸送光纖的輸出端輸出的具有環(huán)形光強(qiáng)度分布的光照射待加工目標(biāo)來加工所述待加工目標(biāo)。
[0021]作為可應(yīng)用于第八方案的第九方案，所述輸送光纖可以被設(shè)定成使得在所述輸送光纖的彎曲狀態(tài)被改變之前從所述輸送光纖的輸出端輸出的光的強(qiáng)度分布不是環(huán)形的，并且在所述輸送光纖的彎曲狀態(tài)被改變之后從所述輸送光纖的輸出端輸出的光的強(qiáng)度分布變成環(huán)形的。
[0022]本發(fā)明的效果
[0023]依照本發(fā)明，能夠容易地獲得光功率在光束橫截面的周邊部分處比在光束橫截面的中心部分處高的具有環(huán)形光強(qiáng)度分布的輸出光。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的光源裝置的第一實(shí)施例的構(gòu)造的示意圖；
[0025]圖2是示出根據(jù)比較例的光源裝置的光輸出端處的輸出光的NFP的示意圖，該比較例使用具有常規(guī)構(gòu)造的單模光纖作為輸送光纖15 ；
[0026]圖3是示出PBGF的橫截面的示意圖；
[0027]圖4是示出PBGF的折射率分布的示意圖；
[0028]圖5是示出PBGF的功率傳輸損耗特性的實(shí)例的示意圖；
[0029]圖6是示出當(dāng)具有比截止波長短的波長的光輸入到PBGF中時PBGF中的光傳播圖像的不意圖；
[0030]圖7中的(a)是示出輸入到圖6示出的PBGF中的光的輸入?yún)^(qū)域圖像的示意圖，并且圖7中的(b)是示出從圖6示出的PBGF輸出的光的輸出區(qū)域圖像的示意圖；
[0031]圖8是示出PBGF的功率傳輸損耗特性的另一實(shí)例的示意圖；
[0032]圖9是示出由于SRS帶來的頻移量和拉曼增益之間的關(guān)系的曲線圖；
[0033]圖10是用于對圖5所示的PBGF的功率傳輸損耗特性和截止波長的位置之間的關(guān)系進(jìn)行說明的示意圖；
[0034]圖11是用于對圖8所示的PBGF的功率傳輸損耗特性和截止波長的位置之間的關(guān)系進(jìn)行說明的示意圖；
[0035]圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的光源裝置的第二實(shí)施例的構(gòu)造的示意圖；以及
[0036]圖13是示出從根據(jù)圖12所示的第二實(shí)施例的光源裝置中的光源輸出的光波的波長λ I和λ2與輸送光纖的截止波長λ c之間的關(guān)系的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]在下文中，將參照附圖對實(shí)施本發(fā)明的方式進(jìn)行詳細(xì)說明。在附圖的說明中，彼此相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示，并且省略重復(fù)的說明。
[0038](第一實(shí)施例)
[0039]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的光源裝置的第一實(shí)施例的構(gòu)造的示意圖。光源裝置I具有MOPA構(gòu)造，并且包括種子光源11、脈沖發(fā)生器12、中間光學(xué)放大器13、末級光學(xué)放大器14、輸送光纖15和光輸出端16。種子光源11包括半導(dǎo)體激光器，經(jīng)從脈沖發(fā)生器12輸出的脈沖信號直接調(diào)制，并且輸出脈沖光。從種子光源10輸出的脈沖光作為種子光輸入中間光學(xué)放大器13，并且中間光學(xué)放大器13將種子光放大。末級光學(xué)放大器14將從中間光學(xué)放大器13輸出的脈沖光進(jìn)一步放大。輸送光纖15使從末級光學(xué)放大器14輸出的脈沖光從輸入端傳播到輸出端16,然后傳播的脈沖光通過輸出端16輸出到輸送光纖15的外部。光源單元20包括從種子光源11到放大光纖21的光學(xué)元件，并且從光學(xué)放大光纖輸出單模的主輸出光。光源單元20可以不是使用圖1所示的種子光源的MOPA類型，并且可以為固態(tài)激光器或Q開關(guān)型。
[0040]末級光學(xué)放大器14包括放大光纖21、泵浦光源22和光學(xué)稱合器23。放大光纖21為芯部摻雜有用作活性物質(zhì)的稀土元素(例如，Yb、Er、Nd、Tm、Ho、Tb等)的光纖。從泵浦光源22經(jīng)由光耦合器23輸入的泵浦光對放大光纖21進(jìn)行泵浦，并且放大光纖21放大從中間光學(xué)放大器13放大且穿過光稱合器23之后的光。
[0041]優(yōu)選地,放大光纖21為具有芯部、第一包層和第二包層的雙包層光纖。芯部的折射率高于第一包層的折射率，并且第一包層的折射率高于第二包層的折射率。在該情況下，在芯部內(nèi)引導(dǎo)將要放大的光，并且在芯部和第一包層兩者的內(nèi)部引導(dǎo)泵浦光。泵浦光源22輸出具有能夠?qū)Ψ糯蠊饫w21中摻雜的稀土元素進(jìn)行泵浦的波長的泵浦光。優(yōu)選地，泵浦光源22為半導(dǎo)體激光器。
[0042]在種子光源11和末級光學(xué)放大器14之間的光路中，可以設(shè)置多級的中間光學(xué)放大器13，或者可以不設(shè)置中間光學(xué)放大器13，可以設(shè)置多個泵浦光源22，并且在該情況下，優(yōu)選地使用光組合器(optical combiner)作為光f禹合器23。在圖1中，示出了正向泵浦結(jié)構(gòu)，然而，可以使用反向泵浦結(jié)構(gòu)或者可以使用雙向泵浦結(jié)構(gòu)。為了防止該光返回，可以設(shè)置光隔離器。
[0043]放大光纖21中泵浦光的吸收是由放大光纖21的特性決定的，并且主要根據(jù)模場直徑、第一包層的直徑和芯部中稀土元素的摻雜濃度而變化。例如，在摻雜濃度為大約lOOOOppm、模場直徑為大約7 μ m、第一包層直徑為大約130 μ m以及長度為5m的Yb摻雜光纖中，泵浦波長915nm帶中的大約2.4dB的泵浦光被吸收。在上述實(shí)例中，應(yīng)用915nm帶(915±20nm)作為泵浦波長，然而，可應(yīng)用940nm帶(940±5nm)或976nm帶(976±5nm)作為泵浦波長。
[0044]在使用具有常規(guī)構(gòu)造的單模光纖作為輸送光纖15的比較例的情況下(光源裝置具有圖1所不的結(jié)構(gòu)而無上述輸送光纖)，在光輸出端16處輸出光的近場圖案(NFP)為如圖2所示的圖案。圖2是示出根據(jù)比較例的光源裝置中的光輸出端16處的輸出光的NFP的示意圖，該比較例使用具有常規(guī)構(gòu)造的單模光纖作為輸送光纖15。如圖2所示，在該比較例中，在光輸出端16處輸出光的光強(qiáng)度分布為高斯分布或接近高斯分布。
[0045]另一方面，在根據(jù)本實(shí)施例的光源裝置中，使用在位于芯部周圍的芯部圍繞部分處具有光子帶隙結(jié)構(gòu)的光子帶隙光纖(PBGF)作為輸送光纖15。存在各種PBGF構(gòu)造，并且在圖3和圖4中示出了實(shí)例。圖3是示出PBGF的橫截面的示意圖。圖4是示出PBGF的折射率分布的示意圖。
[0046]在與光纖軸線垂直的橫截面中，PBGF包括芯部31、圍繞芯部31的低折射率區(qū)域32以及低折射率區(qū)域32中以固定周期二維地排列的多個高折射率區(qū)域33。低折射率區(qū)域32的折射率低于芯部31的折射率，并且高折射率區(qū)域33的折射率高于芯部31的折射率。各區(qū)域的折射率、芯部31的直徑d0、高折射率區(qū)域33的直徑dl以及高折射率區(qū)域33的配置周期Λ等決定了 PBGF的特性，并且使PBGF具有芯部傳播光的波長分離功率和濾波功能。
[0047]利用波長分離或?yàn)V波功能截止的芯部傳播光的波長分量被限制在位于芯部31周圍的芯部圍繞部分內(nèi)，而不泄漏到包層，并且傳播到PBGF的輸出端。已經(jīng)耦合到芯部圍繞部分的光不會再次耦合到芯部。
[0048]當(dāng)芯部31的相對折射率差Λ I為0.19%，低折射率區(qū)域32的相對折射率差Λ 2為0.04%，高折射率區(qū)域33的相對折射率差Λ 3為1.00%,芯部31的直徑d0為10 μ m,高折射率區(qū)域33的直徑dl為8.4 μ m，并且高折射率區(qū)域33的配置周期Λ為14 μ m時，在該情況下PBGF的功率傳輸損耗特性如圖5所示。在圖5所示的PBGF的功率傳輸損耗特性中，較短波長側(cè)(第一波長帶)的損耗比截止波長λ。處的損耗小,并且較長波長側(cè)(第二波長帶)的損耗比截止波長λ。處的損耗大。
[0049]作為根據(jù)PBGF的光纖橫截面中的傳播區(qū)域轉(zhuǎn)移的功率傳輸損耗特性，截止波長λ c的一側(cè)(較短波長側(cè))為具有基本恒定的低損耗的低損耗帶，而截止波長λ c的另一側(cè)(較長波長側(cè))為具有高損耗的高損耗帶。截止波長λ ^表示低損耗帶和高損耗帶之間的邊界波長，且定義為損耗比在所使用的光纖的低損耗帶中呈現(xiàn)基本恒定值的損耗多3dB的波長。
[0050]PBGF的功率傳輸損耗特性根據(jù)光纖長度、彎曲直徑和纏繞數(shù)等而變化。在圖5所示的特性實(shí)例中，在大約1030至1060nm的波長處，芯部傳播光的損耗低且大約為0.5dB。然而，從大約1080nm起,損耗增大。這不是光纖本身的背景損耗(background loss),而是由于芯部傳播光的功率移至芯部圍繞部分而引起的。圖5所示的特性表示在具有濾波功能的PBGF中，作為濾波功能，使比截止波長λ。長的波長側(cè)的傳播光傳播到輸出端。
[0051]當(dāng)使用具有圖5所示的功率傳輸損耗特性的PBGF并且具有IlOOnm波長的激光輸入到該P(yáng)BGF中時，大約20dB的光在PBGF的芯部圍繞部分中傳播。通過進(jìn)一步增大截止比率，能夠進(jìn)一步增加在芯部圍繞部分中傳播的光。利用這種效應(yīng)，在PBGF的輸出端處，光幾乎不在芯部傳播部分中傳播，并且強(qiáng)激光在芯部圍繞部分中傳播，并且能夠在輸出端獲得環(huán)形光強(qiáng)度分布。
[0052]圖6是示出當(dāng)具有比截止波長短的波長的光輸入到PBGF中時PBGF中的光傳播圖像的示意圖。圖7中的(a)是示出輸入到圖6所示的PBGF中的光的輸入?yún)^(qū)域圖像的示意圖，并且圖7中的(b)是示出從圖6所示的PBGF輸出的光的輸出區(qū)域圖像的示意圖。以單模輸入到圖6所示的芯部區(qū)域中的光(圖7中的(a))不能在芯部分中保持具有比截止波長長的波長的輸入光，并且由于PBGF的帶隙結(jié)構(gòu)而被引導(dǎo)到高折射率區(qū)域。因此，在高折射率區(qū)域中傳播的輸入光被與 高折射率區(qū)域的外側(cè)附近的低折射率區(qū)域的界面反射。另一方面，高折射率區(qū)域的折射率比高折射率區(qū)域的內(nèi)側(cè)附近的芯部區(qū)域的折射率高，使得在高折射率區(qū)域中傳播的輸入光也被與芯部的界面反射。結(jié)果，在芯部分中引導(dǎo)的光傳輸?shù)礁哒凵渎蕝^(qū)域，并且光的橫截面變成如圖7中的(b)所示的環(huán)形。
[0053]在上文給出的說明中，描述了環(huán)形光強(qiáng)度分布，然而，在PBGF中傳播的光的功率在芯部中心部分中不可能完全變成零，從而對芯部中心部分中的功率和芯部圍繞部分中的功率進(jìn)行相互比較，并且當(dāng)芯部圍繞部分中的功率為芯部中心部分中的功率的兩倍以上時，光強(qiáng)度分布被定義為環(huán)形的。芯部圍繞部分中傳播的光的傳播面積在橫截面圖中是大的，使得上述兩倍以上的值是通過將芯部中心部分中的傳播功率與芯部圍繞部分中的累積總傳播功率進(jìn)行比較而得到的值。
[0054]在圖5所示的PBGF的功率傳輸損耗特性中，比截止波長λ c短的波長側(cè)為具有基本恒定的低損耗的低損耗帶，并且比截止波長λ c長的波長側(cè)為具有高損耗的高損耗帶，并且將要從種子光源11輸出的光的波長位于比截止波長λ。長的波長側(cè)。另一方面，圖8中所示的PBGF的功率傳輸損耗特性也是可能的。具體地，在圖8所示的功率傳輸損耗特性中，比截止波長λ ^長的波長側(cè)(第一波長帶)為具有基本恒定的低損耗的低損耗帶，并且比截止波長短的波長側(cè)(第二波長帶)為具有高損耗的高損耗帶，并且在該情況下，將要從種子光源11輸出的光的波長位于比截止波長λ。短的波長側(cè)。能夠通過改變彎曲狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)具有這樣的功率傳輸損耗特性的PBGF。然而，作為實(shí)例，在具有圖3所示的橫截面和圖4所示的折射率分布的PBGF中，當(dāng)芯部31的相對折射率差Λ I為1.00%，低折射率區(qū)域32的相對折射率差Λ 2為-0.36%，高折射率區(qū)域33的相對折射率差Λ 3為3.00%,芯部31的直徑d0為2.3 μ m,高折射率區(qū)域33的直徑dl為5.4 μ m，并且高折射率區(qū)域33的配置周期Λ為9.0 μ m時，在該情況下PBGF的功率傳輸損耗特性如圖8所示。
[0055]將PBGF的截止波長λ。、比PBGF的截止波長λ c短的波長側(cè)的功率傳輸損耗Ls、比PBGF的截止波長λ。長的波長側(cè)的功率傳輸損耗Lii以及將要從種子光源11輸出的光的波長λ I之間的關(guān)系規(guī)劃為:當(dāng)Lfi<L^0^, λ c< λ I,而當(dāng)Ls>Li時，λ 1〈 λ c。
[0056]上文對PBGF的截止波長為1080nm且波長為高損耗帶中的IlOOnm的光輸入到PBGF中的情況進(jìn)行了說明。然而，即使當(dāng)將要輸入到PBGF的光的波長短于IlOOnm時，仍可以獲得相同的效果。接著，將對當(dāng)將要輸入到PBGF中的光的波長短于截止波長λ。時獲得具有環(huán)形光強(qiáng)度分布的輸出光進(jìn)行說明。
[0057]當(dāng)高功率光輸入到光纖中時，在光纖中發(fā)生作為非線性光學(xué)現(xiàn)象的激勵拉曼散射(SRS)，并且產(chǎn)生一階拉曼散射光，一階拉曼散射光的峰值處于從輸入光波長向較長波長側(cè)偏移了大約13ΤΗζ的波長。圖9是示出根據(jù)SRS的頻移量和拉曼增益之間的關(guān)系的曲線圖。拉曼偏移量取決于傳播材料。此處，示出了使用熔融石英的實(shí)例。
[0058]隨著輸入光功率增加，以及隨著拉曼閾值變低，更易于出現(xiàn)高階拉曼分量。在下文中，通過施加僅出現(xiàn)一階拉曼分量的限制來進(jìn)行說明。當(dāng)具有大約1060nm波長的光輸入到由石英玻璃制成的光纖中時，一階拉曼分量的峰值波長為大約lllOnm。
[0059]因此，即使當(dāng)輸入光波長λ I短于PBGF的截止波長λ。時，一階拉曼分量(或高階拉曼分量)的波長入^變得比截止波長λ。長，并且拉曼散射光的功率借助PBGF向芯部圍繞部分偏移。具體地，芯部傳播光的功率小，并且芯部圍繞部分中傳播的光的功率強(qiáng)。當(dāng)因此發(fā)生非線性光學(xué)現(xiàn)象時，即使輸入光波長λ I短于PBGF的截止波長λ c,也能夠獲得具有環(huán)形光強(qiáng)度分布的輸出光。`
[0060]通過還考慮到在PBGF中發(fā)生拉曼散射的情況，將PBGF的截止波長λ c、比PBGF的截止波長λ c短的波長側(cè)的功率傳輸損耗Ls、比PBGF的截止波長λ c長的波長側(cè)的功率傳輸損耗Life、將要從種子光源11輸出的光的波長λ I以及拉曼散射光的波長λ κ之間的關(guān)系規(guī)劃如下。首先，λ 1〈λκ。表達(dá)包括PBGF的截止波長λ c的關(guān)系，當(dāng)L短〈L長時，λ 1<λε<λΕ或者λλ 1〈 λ κ,而當(dāng)LS>L長時，λ 1< λ c< λ E或者λ 1〈 λ κ〈 λ。。具體地,波長λ I和波長λ κ中的兩個或任一個位于高損耗帶中，并且將要從PBGF的輸出端輸出的具有在高損耗帶中的波長的光的強(qiáng)度分布變成環(huán)形。
[0061]在將要從PBGF的輸出端輸出的光的環(huán)形強(qiáng)度分布中，該環(huán)的中心部分的孔直徑對應(yīng)于PBGF的芯部直徑。因此，也能夠?qū)崿F(xiàn)如下加工，例如獲得僅中心部分面積小的加工形狀。
[0062]圖10和圖11示出了根據(jù)用于PBGF的設(shè)計的波長特性。具體地，圖10是用于對圖5所示的PBGF的功率傳輸損耗特性和截止波長的位置之間的關(guān)系進(jìn)行說明的示意圖。在圖10中，示意性地示出了波長特性。作為PBGF的特征，低損耗帶和高損耗帶構(gòu)成了周期性結(jié)構(gòu)，并且可以相對于具體波長來確定損耗配置。作為本發(fā)明中將要放大的光的實(shí)例，使用1064nm帶的光。此處，針對1064nm的波長，將對功率傳輸損耗特性和截止波長的位置進(jìn)行說明。 [0063]如圖10所示，具有圖5的功率傳輸損耗特性的PBGF被設(shè)計為使得低損耗帶布置在1064nm的波長處。用作將要放大的光的具有1064nm波長的光在放大光纖中被放大，并且然后增強(qiáng)其光功率。在放大處理中，已知的是，光在光纖中傳播的過程中，可能發(fā)生拉曼現(xiàn)象。拉曼現(xiàn)象是使輸入光的光功率能量向長波長側(cè)偏移的現(xiàn)象，并且偏移光出現(xiàn)在相對于拉曼泵浦波長的長波長側(cè)。對于將要放大的光的1064nm波長，在IllOnm附近出現(xiàn)一階拉曼偏移光。這表示從Ge-Si預(yù)制件獲得的光纖的拉曼偏移量，并且該量不同于從另一預(yù)制件獲得的光纖的量。為了防止由于拉曼現(xiàn)象而發(fā)生能量偏移的光在芯部中傳播，具有圖10所示的功率傳輸損耗特性的光纖為有效光纖，并且因此如下的PBGF是合適的:其在相對于1064nm的長波長側(cè)具有損耗增加的趨勢。在圖10中，“截止波長”被定義為轉(zhuǎn)移到高損耗帶的波長的閾值。在本發(fā)明中，用語“截止波長”表示從低損耗帶增加3dB的波長。如上所述，將對低損耗帶和高損耗帶構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)的點(diǎn)進(jìn)行說明。在該情況下，有可能存在各自對應(yīng)“截止波長”的多個波長。
[0064]另一方面，圖11是用于對圖8所不的PBGF的功率傳輸損耗特性和截止波長的位置之間的關(guān)系進(jìn)行說明的示意圖，并且通過改變PBGF的設(shè)計將高損耗帶布置在1064nm處。與圖10的情況類似，圖11的情況也采用了周期性結(jié)構(gòu)。通過改變PBGF的設(shè)計，能夠看出，固定波長處的高損耗或低損耗根據(jù)PBGF來確定。在圖11的實(shí)例的情況下，1064nm帶布置在高損耗帶中，并且在該情況下截止波長表示長波長側(cè)的波長。這是使具有1064nm波長的光的分布為環(huán)面形分布來作為PBGF之后的光束傳播。如上所述，將要放大的光傳播通過光纖而發(fā)生拉曼現(xiàn)象，但是因?yàn)榫哂?064nm波長的光不會傳播通過芯部，因而不會發(fā)生由光傳播通過芯部而造成的從1064nm偏移的一階拉曼偏移。從圖11中能夠看出，截止波長相對于1064nm波長布置在長波長側(cè)。如上所述，在圖11中，由于1064nm波長布置在高損耗帶，所以當(dāng)從長波長側(cè)的低損耗帶向短波長側(cè)看去時，將損耗增加3dB的波定義為截止波長。
[0065]另外，在圖10和圖11中，即使在PBGF的設(shè)計中限定截止波長的位置和3dB增加量，也可能誤解成在具有周期性結(jié)構(gòu)的PBGF中存在多個截止波長。因此，將“截止波長”更清楚地定義如下。也就是，在應(yīng)當(dāng)在PBGF的芯部中傳播的波長λ Β布置在PBGF的波長特性的低損耗帶中的情況下，對于向布置在λ Β的長波長側(cè)的高損耗帶增加的損耗增加斜率，最接近λ “皮長且增加量為3dB的波長定義為“截止波長”。另外，在不應(yīng)在PBGF的芯部中傳播的波長λ Β布置在PBGF的波長特性的高損耗帶中的情況下，對于自布置在λ Β的長波長側(cè)的低損耗帶向短波長帶增加的損耗增加斜率，最接近入“皮長且增加量為3dB的波長定義為“截止波長”。
[0066](第二實(shí)施例)
[0067]在上述第一實(shí)施例中，對獲得環(huán)形光強(qiáng)度分布的情況進(jìn)行了說明，然而，具有彼此不同波長的光波分別以環(huán)形分布在光束橫截面中也是可能的，并且利用這些具有不同波長的光波來進(jìn)行加工。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的光源裝置的第二實(shí)施例的構(gòu)造的示意圖。圖13是示出從根據(jù)第二實(shí)施例的光源裝置2的光源41和42輸出的光波的波長λ I和λ 2與輸送光纖46的截止波長λ c之間的關(guān)系的不意圖。光源裝置2的輸送光纖46也是PBGF。
[0068]在光源裝置2中，從用作第一光源單元的光源41輸出的具有高斯強(qiáng)度分布的波長為λ? (例如1064nm)的光被反射鏡43反射,然后輸入到光多路復(fù)用器44中。從用作第二光源單元的光源42輸出的具有高斯強(qiáng)度分布的波長為λ 2 (例如532nm)的光也輸入到光多路復(fù)用器44中。具有波長λ I的光和具有波長λ 2的光由光多路復(fù)用器44復(fù)用，并且該多路復(fù)用光穿過透鏡45然后經(jīng)由輸入端輸入到用作PBGF的輸送光纖46中。不同于第一實(shí)施例的光源單元，第二光源單元不假定放大光纖21的存在，因此第二光源單元的輸出模不限于單模。
[0069]波長λ I位于PBGF的高損耗帶中，并且波長λ 2位于PBGF的低損耗帶中。具體地，PBGF的截止波長λ c位于波長λ I和波長λ 2之間。在PBGF的輸出端處，具有波長入2的光從芯部輸出，并且具有波長λ I的光從芯部圍繞部分輸出。
[0070]光源41和42可以為光纖激光器光源，或者可以為固態(tài)激光器光源。當(dāng)從光源41和42輸出的光波在空間中傳播時，輸出的光波優(yōu)選地為準(zhǔn)直光波，并且當(dāng)光波由光多路復(fù)用器44多路復(fù)用時，優(yōu)選地利用多路復(fù)用元件進(jìn)行多路復(fù)用。在光纖輸送的情況下，在保持光纖輸送的同時耦合光波的裝置是優(yōu)選的。通過將波長λ I和λ 2的多路復(fù)用光經(jīng)由透鏡系統(tǒng)45輸入到PBGF中，能夠獲得上述效果。在該構(gòu)造中，能夠分別用具有不同光束形狀(以及不同波長)的光波來加工不同的區(qū)域。
[0071]通過使用根據(jù)本實(shí)施例的光源裝置I或2，用從光源裝置的輸送光纖(PBGF)的輸出端輸出的具有環(huán)形光強(qiáng)度分布的光照射待加工目標(biāo)，能夠?qū)Υ庸つ繕?biāo)進(jìn)行加工。此時，優(yōu)選的是輸送光纖的長度或彎曲狀態(tài)被設(shè)定成使得波長λ I的功率傳輸損耗變成比低損耗帶中的損耗高3dB以上的值。另外，優(yōu)選的是輸送光纖被設(shè)定成使得在輸送光纖的彎曲狀態(tài)改變之前，從輸送光纖的輸出端輸出的光的強(qiáng)度分布不是環(huán)形的，并且在輸送光纖的彎曲狀態(tài)改變之后，從輸送光纖的輸出端輸出的光的強(qiáng)度分布變成環(huán)形的。
[0072]附圖標(biāo)記的說明
[0073]1，2:光源裝置；11:種子光源；12:脈沖發(fā)生器；13:中間光學(xué)放大器；14:末級光學(xué)放大器；15:輸送光纖；16:光輸出端；21:放大光纖；22:泵浦光源；23:光稱合器；31:芯部；32:低折射率區(qū)域；33:高折射率區(qū)域；41，42:光源；43:反射鏡；44:光多路復(fù)用器；45:透鏡；以及46:光纖
【權(quán)利要求】
1.一種光源裝置，包括: 第一光源單兀，其輸出具有主輸出波長λ I的單模光；以及 輸送光纖，來自所述第一光源單兀的輸出光在被放大之后輸入到所述輸送光纖中， 其中所述輸送光纖的位于其芯部周圍的芯部圍繞部分具有光子帶隙結(jié)構(gòu)，作為根據(jù)光纖橫截面中的輸出光傳播區(qū)域的縱向上的變化的功率傳輸損耗特性，所述輸送光纖的所述芯部中具有基本恒定為第一值的第一波長帶以及損耗比所述第一波長帶中的損耗高的第二波長帶， 所述波長λ I存在于所述第二波長帶中，并且 所述輸送光纖的彎曲狀態(tài)被設(shè)定成使得從所述輸送光纖輸出的具有所述波長λ I的光在所述芯部圍繞部分中變成環(huán)形光強(qiáng)度分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，還包括第二光源單元，所述第二光源單元輸出具有主輸出波長λ 2的光， 其中所述波長λ2存在于所述第一波長帶中，并且 對具有所述波長λ I的光和具有所述波長λ 2的光進(jìn)行多路復(fù)用，并且多路復(fù)用的光被輸入到所述輸送光纖中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其中，所述輸送光纖的長度和彎曲狀態(tài)中的至少一項(xiàng)被設(shè)定成使得在所述波長λ I處的功率傳輸損耗變成比所述第一值高3dB以上的值。
4.一種光源裝置，包括: 第一光源單兀，其輸出具有主輸出波長λ I的單模光；以及 輸送光纖，來自所述第一光源單元的輸出光在被放大之后輸入到所述輸送光纖中，并且當(dāng)具有所述波長λ I的輸出光傳播穿過所述輸送光纖時，所述輸送光纖產(chǎn)生具有波長λ κ的拉曼散射光， 其中所述輸送光纖的位于其芯部周圍的芯部圍繞部分具有光子帶隙結(jié)構(gòu)，作為根據(jù)光纖橫截面中的輸出光傳播區(qū)域的縱向上的變化的功率傳輸損耗特性，所述輸送光纖的所述芯部中具有基本恒定為第一值的第一波長帶以及損耗比所述第一波長帶中的損耗高的第二波長帶， 所述波長λ κ存在于所述第二波長帶中，并且 所述輸送光纖的彎曲狀態(tài)被設(shè)定成使得從所述輸送光纖輸出的具有所述波長λ Ε的光在所述芯部圍繞部分中變成環(huán)形光強(qiáng)度分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光源裝置，其中，所述輸送光纖的長度和彎曲狀態(tài)中的至少一項(xiàng)被設(shè)定成使得在所述主輸出波長λ κ處的功率傳輸損耗變成比所述第一值高3dB以上的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光源裝置，其中，所述第一波長帶與所述第二波長帶相比位于較短波長側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的光源裝置，其中，所述第一波長帶與所述第二波長帶相比位于較長波長側(cè)。
8.—種加工方法，包括如下步驟: 準(zhǔn)備根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的光源裝置；以及 通過用從所述光源裝置的輸送光纖的輸出端輸出的具有環(huán)形光強(qiáng)度分布的光照射待加工目標(biāo)來加工所述待加工目標(biāo)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的加工方法,其中，所述輸送光纖被設(shè)定成使得在所述輸送光纖的彎曲狀態(tài)被改變之前從所述輸送光纖的輸出端輸出的光的強(qiáng)度分布不是環(huán)形的，但是在所述輸送光纖的彎曲狀態(tài)被改變之后從所述輸送光纖的輸出端輸出的光的強(qiáng)度分布變成環(huán)形的。
【文檔編號】G02F1/35GK103620492SQ201280027266
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月3日
【發(fā)明者】玉置忍, 角井素貴 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社