專利名稱：光放大光纖及使用其的光放大方法、激光振蕩方法、激光放大裝置及激光振蕩裝置以及使 ...的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及添加了激光介質(zhì)的光放大光纖及使用其的光放大方法、激光振蕩方法、激光放大裝置及激光振蕩裝置以及使用激光振蕩裝置的激光裝置和激光加工機，特別涉及能夠?qū)崿F(xiàn)它們的小型化、高效率化的方法及裝置。
背景技術：
近年來，在材料加工領域，一般地，激光加工作為加工方法之一得到推廣。比如，激光焊接或者激光切斷與其他方法比較，加工質(zhì)量高這點得到承認。市場上要求更高質(zhì)量、高速加工，需求高輸出、高效率，并且集光性更高的，即產(chǎn)生光束質(zhì)量好(高光束質(zhì)量)的單模激光，射出的激光振蕩裝置或激光放大裝置。
目前，激光振蕩裝置為了實現(xiàn)高輸出，鄰近添加了激光介質(zhì)的光纖和傳送激發(fā)光的光纖而設置，用具有特定折射率的物質(zhì)充填其間。這樣的現(xiàn)有技術，例如在特開昭59-114883號公報和美國專利第4938561號公報被介紹。
圖8A表示目前的激光振蕩裝置。激光振蕩裝置100具有傳送激發(fā)光的激發(fā)光放大光纖101、添加了激光介質(zhì)的激光放大光纖102和結合容器103。激發(fā)光放大光纖101和激光放大光纖102鄰接而配置。結合容器103包含激發(fā)光放大光纖101和激光放大光纖102，用具有規(guī)定折射率的物質(zhì)充滿。
圖8B為圖8A所示的按8B-8B箭頭所視的截面圖。
在激光放大光纖102的兩端配置著反射激光的未圖示的終段鏡及其取出一部分激發(fā)光、反射其剩余部分的未圖示的輸出鏡。通過這些鏡子的作用，激光被多重反饋放大。
下面，關于激光振蕩裝置100的動作進行說明。在激發(fā)光放大光纖101中傳播的激發(fā)光，在結合容器103中射入激光放大光纖102，激發(fā)激光介質(zhì)。通過該激發(fā)和多重反饋放大，激發(fā)光產(chǎn)生，射出。
可是，在目前的激光振蕩裝置100中，如果要獲得高輸出，則激發(fā)源為高輸出半導體激光器，其激發(fā)光放大光纖101的直徑為大徑化，達到約100微米。因此，為了高輸出化，為了使激發(fā)光高效率地射入激光介質(zhì)，激光放大光纖102的直徑希望與激發(fā)光放大光纖101的直徑相同，或者比其大。可是，在此情況下，光束質(zhì)量惡化。
另一方面，在要獲得光束質(zhì)量好(高光束質(zhì)量)的激光的情況下，必須縮小激光放大光纖102的直徑。一般地，在用于激光加工的近紅外激光的情況下，如果要獲得光束質(zhì)量高的單模激光，激光放大光纖的直徑必須達到6微米～10微米左右。因此，目前的激光振蕩裝置中，存在不能獲得高輸出、高光束質(zhì)量的激光這樣的問題。
本發(fā)明提供能夠獲得高輸出、高光束質(zhì)量的激光，能夠?qū)崿F(xiàn)激光小型化、高效率化的激光放大光纖或激光放大方法等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的激光振蕩裝置具有傳送激發(fā)光的第一波導路；由添加了激光介質(zhì)、產(chǎn)生激光的芯子和傳送激發(fā)光的包層構成的第二波導路；以及包含第一波導路和第二波導路的第三波導路。在第一波導路、第二波導包層、第二波導路芯子及第三波導路的折射率分別為n1、n2、n3及n4，則具有n1＜n4＜n2＜n3的關系。這樣的構造，由于力圖激發(fā)源和反饋單元的組合的適當化，因此，能夠提供激發(fā)光高效率地射入小徑的激發(fā)介質(zhì)，高效率地射出高輸出、高光束質(zhì)量的激光的激光裝置。


圖1A為使用了本發(fā)明的實施方式一的光放大光纖的激光振蕩方法和激光振蕩裝置的說明圖。
圖1B為圖1A的按1B-1B箭頭所視的截面圖。
圖2A為使用了本發(fā)明的實施方式二的光放大光纖的激光振蕩方法和激光振蕩裝置的說明圖。
圖2B為圖2A的按2B-2B箭頭所視的截面圖。
圖3A為使用了實施方式三的光放大光纖的光放大方法和激光放大裝置的說明圖。
圖3B為圖3A的按3B-3B箭頭所視的截面圖。
圖3C為圖3A的按3C-3C箭頭所視的截面圖。
圖4A為使用了實施方式四的光放大光纖的光放大方法和激光放大裝置的說明圖。
圖4B為圖4A的按4B-4B箭頭所視的截面圖。
圖4C為圖4A的按4C-4C箭頭所視的截面圖。
圖5為使用了實施方式五的光放大光纖的激光振蕩方法和光放大方法以及激光裝置的說明圖。
圖6A為使用了實施方式六的光放大光纖的激光振蕩方法和激光裝置的說明圖。
圖6B為圖6A的按6B-6B箭頭所視的截面圖。
圖7A為使用了實施方式七的光放大光纖的激光振蕩方法和激光振蕩裝置的說明圖。
圖7B為圖7A的按7B-7B箭頭所視的截面圖。
圖7C為圖7A的按7C-7C箭頭所視的截面圖。
圖8A為現(xiàn)有的激光裝置的說明圖。
圖8B為圖8A的按8B-8B箭頭所視的截面圖。
符號說明10a、10b 半導體激光器11、11a、11b 透鏡12 終段鏡13 輸出鏡14、15、15b、15c 半導體激光器16、16b、16c 光纖21、31、71 第一波導路22、32、62、72 第二波導路23、33、63、73 芯子
24、34、64、74 包層25、27、35、45、65、75 第三波導路28、28b、28c、30、40、60、70 光放大光纖51 激光振蕩裝置52、53 激光放大裝置77a、77b、77c 激發(fā)光傳送光纖77d、77e、77f 激發(fā)光傳送光纖芯子78 高反射FBG79 透過FBG81a、81b、81c 空走區(qū)域82a、82b 注入?yún)^(qū)域具體實施方式
(實施方式一)圖1A為使用了涉及實施方式一的光放大光纖的激光振蕩方法和激光振蕩裝置的說明圖。圖1B為圖1A的按1B-1B箭頭所視的截面圖。
圖1A中表示作為產(chǎn)生激發(fā)光的激發(fā)源的半導體激光器10a、10b。另外，表示作為將激發(fā)光導光至激發(fā)光波導路的光學元件的透鏡11a、11b。光放大光纖20的一部分包含激光介質(zhì)，其截面形狀在激光射出方向即光軸方向上相同。在光放大光纖20的兩端具有反射激光的終段鏡12和輸出鏡13。輸出鏡13取出一部分激光，反射其剩余光。
圖1B為圖1A的按1B-1B箭頭所視的截面圖。光放大光纖20的材料，為傳送激發(fā)光的玻璃。另外，光放大光纖20的直徑大約為125微米，具有作為激發(fā)光波導路的第一波導路21。另外，具有吸收激發(fā)光產(chǎn)生激光，其形狀為D字狀的第二波導路22；以硅較為主要成分，封入激發(fā)光，具有折射率匹配劑功能的第三波導路25；及封入折射率匹配劑，提高激發(fā)光的封入效率的玻璃外層26。光放大光纖20的全長通過根據(jù)在芯子23中添加的激光介質(zhì)濃度等決定的激光的吸收系數(shù)或第二波導路22的截面形狀等而決定。其全長通常約為20米。
另外，關于第二波導路22，在其內(nèi)部添加激光介質(zhì)即稀土類元素釹，具有傳送單模的直徑為6微米的芯子23；和以玻璃為母材，其直徑為125微米左右，封入通過激發(fā)產(chǎn)生的激光的包層24。
若第一波導路21、第二波導路22的包層24、芯子23、第三波導路25及外層26的折射率分別為n1、n2、n3、n4及n5，則設定成立這樣的關系n5＜n1＜n4＜n2＜n3。
在第一波導路21的兩端分別配置透鏡11a、11b和半導體激光器10a、10b，將激發(fā)光分別射入第一波導路21。另一方面，在芯子23的兩端相對著設置使在芯子23產(chǎn)生的激光反饋的終段鏡12和通過一部分激光的輸出鏡13。
關于這樣構造的激光振蕩裝置10的動作，使用圖1A和圖1B進行說明。一使未圖示的電源、冷卻裝置及控制裝置運轉(zhuǎn)，作為激發(fā)源的半導體激光器10a、10b就從作為稀土元素之一的釹產(chǎn)生激發(fā)光，射出波長為808納米的激光。激發(fā)光通過作為光學元件的透鏡11a、11b，分別根據(jù)規(guī)定的數(shù)值孔徑(NA)被集光，從作為傳送激發(fā)光的激發(fā)光波導路的第一波導路21的兩端射入，進行傳播。
若第一波導路21和包圍第一波導路21的第三波導路25的折射率分別為n1和n4，在n1＜n4時，激發(fā)光隨著在第一波導路21內(nèi)傳播，射入到第三波導路25。射入第三波導路25的激發(fā)光，若外層26和第三波導路25的折射率分別為n5和n4，那么在n5＜n4時，激發(fā)光被封入第三波導路25內(nèi)，在第三波導路25中，一邊進行多重反射，一邊進行傳播。
若第二波導路22的包層24、第三波導路25的折射率分別為n2和n4，在n2＞n4時，第三波導路25中傳播的激發(fā)光的一部分射入到包層24，一邊封入到第二波導路22，一邊在第二波導路22中進行多重反射而傳播。
若芯子23和第二波導路22的包層24的折射率分別為n3和n2，在n3＞n2時，在第二波導路中傳播的激發(fā)光的一部分射入芯子23。另外，由于第二波導路22的包層24的截面形狀為D字狀，所以，在包層24內(nèi)進行反復多重反射過程中，被整個芯子23吸收，激發(fā)作為激光介質(zhì)的稀土元素之一的釹。
從第一波導路21的兩端射入的激發(fā)光在該吸收過程中，一邊在第二波導路22中減弱一邊進行傳播，不久，被芯子23中的釹吸收，激發(fā)釹。通過激發(fā)產(chǎn)生的光，通過設置在芯子23的兩端的終段鏡12和輸出鏡13、傳送單模的芯子23，進行多重放大反饋和模式選擇，成為波長為1064納米的單模激光，從輸出鏡13側射出。
另外，使激光反饋的終段鏡12和輸出鏡13，也可以為在該波長上能夠選擇反射率的FBG(光纖布拉格光柵)或光纖端面的涅菲耳反射。另外，代替折射率匹配劑，也可以采用以甘油為主要成分的折射率匹配液。再有，雖然從第一波導路21的兩端射入激發(fā)光，但也可以從其一端射入激發(fā)光。并且，構成光放大光纖20的第一波導路為一條，但也可以采用將其做成多條的光放大光纖20。
如上所述，通過使用以激發(fā)光能夠沿具有傳送單模的芯子的第二波導路22和傳送激發(fā)光的第一波導路21射入芯子23的方式構成的光放大光纖20，可以提高能夠射出高輸出、高光束質(zhì)量的激光的激光振蕩裝置。
(實施方式二)圖2A為使用了實施方式二的光放大光纖的激光振蕩方法和激光振蕩裝置的說明圖。圖2B為圖2A的按2B-2B箭頭所視的截面圖。關于與實施方式一相同的構造，賦予同一符號。
與實施方式一不同的是將光放大光纖28的外層29的形狀做成馬蹄形這一點，并且，作為其材料，采用了氟樹脂這也不相同。另外，將作為激發(fā)源的半導體激光器15的一端連接在光纖16的一端上，將光纖16的另一端連接在傳送激發(fā)光的第一波導路21上，這點也不同。另外，第三波導路27的截面形狀為D字狀，作為其材料，采用紫外線硬化樹脂。再有，第三波導路27的一部分從外層29突出，并且，第二波導路22的曲率部與第三波導路27的直線部對向配置，這點也不同。根據(jù)這樣的構造，在實施方式一(圖1A、圖1B)中采用的透鏡11a、11b可以不需要。
關于如上所述構造的激光振蕩裝置的動作，進行說明。圖2A、圖2B中，從帶光纖的半導體激光器15中射出、波長為808納米的激發(fā)光在光纖16內(nèi)傳播，射入第一波導路21。激發(fā)光在第一波導路21內(nèi)傳播，同時，射入第三波導路27。第三波導路27的折射率n4比氟樹脂外層29的大，并且，從外層29突出的第三波導路27的直線部分的折射率比其周圍介質(zhì)(比如空氣)的大，以這樣的方式進行選擇。
在這樣的條件下，激發(fā)光在被封入第三波導路27內(nèi)的狀態(tài)下進行傳播。另外，由于第三波導路27的截面形狀為D字狀，所以，在第三波導路27內(nèi)反復多重反射的過程中，激發(fā)光的大部分被第二波導路22吸收，激發(fā)釹。通過激發(fā)產(chǎn)生的光，通過設置在芯子23的兩端的終段鏡12和輸出鏡13、傳送單模的芯子23，進行多重放大反饋和模式選擇，成為單模激光，從輸出鏡13射出。另外，本發(fā)明中，產(chǎn)生激光的第二波導路的芯子直徑由傳送單模的大小進行選擇。其大小設定為6微米～20微米，優(yōu)選10微米～13微米。
另外，實施方式二中，與第二波導路22的曲線部分相對的第三波導路27的部分做成直線部分。但是，可以任意地設定它們的形狀，并且，可以改變它們相對的配置。
另外，構成了在第二波導路22的兩端設置終段鏡12和輸出鏡13的激光振蕩裝置，但是，也可以不設置終段鏡12和輸出鏡13，從第二波導路22的端面射入成為激光放大的種(seed)的種光(seed light)，通過激發(fā)放大，從第二波導路32的另一端射出。
如上所述，通過使用以激發(fā)光在具有傳送單模的芯子的第二波導路22和傳送激發(fā)光的第一波導路21內(nèi)能夠射入芯子的方式包含的光放大光纖28，可以提供高效率地射出高輸出、高光束質(zhì)量的激光的激光振蕩裝置。
(實施方式三)圖3A為使用了實施方式三的光放大光纖的光放大方法和激光放大裝置的說明圖，圖3B為圖3A的按3B-3B箭頭所視的截面圖，圖3C為圖3A的按3C-3C箭頭所視的截面圖。
圖3A、圖3B及圖3C中表示作為射出的激光波長為915納米的激發(fā)源的半導體激光器14，作為將激發(fā)光導光到激發(fā)光波導路的光學元件的透鏡11。另外，在其一部分上具有含有激光介質(zhì)的光放大光纖30。還表示作為材料由玻璃構成、其直徑為125微米的傳送激發(fā)光的激發(fā)光波導路的第一波導路31。并且，表示垂直于吸收激發(fā)光產(chǎn)成激光的光軸的方向的截面形狀為D字狀的第二波導路32，封入激發(fā)光，含有折射率匹配劑的第三波導路35以及封入折射率匹配劑，由提高激發(fā)光的封入效率的玻璃制成的外層36。
另外，第一波導路31的長度方向的截面形狀幾乎為圓形，且做成沿光軸方向，其截面積漸漸減小的圓錐形狀。第二波導路32具有在其內(nèi)部添加作為激光介質(zhì)的稀土類元素釔，傳送單模的直徑為6微米的芯子33；和以玻璃為母材其直徑為125微米左右，封入通過激發(fā)產(chǎn)生的激光的包層34。
若第一波導路31、第二波導路32的包層34、芯子33、第三波導路35及外層36的折射率分別為n31、n32、n33、n35及n36，使它們之間具有n36＜n31＜n35＜n32＜n33的關系。
下面說明關于如上所述構造的激光放大裝置的動作。通過使未圖示的電源、冷卻裝置及控制裝置運轉(zhuǎn)，作為激發(fā)源的半導體激光器14射出作為釔的激發(fā)光、波長為915納米的激光。該激發(fā)光通過作為光學元件的透鏡11，根據(jù)特定的數(shù)值孔徑(NA)集光，從傳送激發(fā)光的激發(fā)光波導路即第一波導路31的兩端射入，進行傳播。
由于第一波導路31在光軸方向上，其截面積為逐漸減小的圓錐形狀，因此，與沿激光光軸具有同一截面的圓柱狀波導路比較，能夠獲得較大的數(shù)值孔徑(NA)。
若第一波導路31的折射率和包圍第一波導路31的第三波導路35的折射率分別為n31和n35，在n31＜n35時，激發(fā)光在第一波導路31內(nèi)傳播，同時，射入第三波導路35。此時，由于第一波導路31為逐漸減小的圓錐形狀，因此，激發(fā)光隨著在第一波導路31內(nèi)傳播，慢慢增大向第三波導路35的射入角。
據(jù)此，與沿激光光軸方向具有同一截面的圓柱狀波導路相比，在較短的距離之間，激發(fā)光射入到第三波導路35。若外層36和第三波導路35的折射率分別為n36、n35，那么在n36＜n35時，激發(fā)光一邊被封入第三波導路35中，一邊在第三波導路中進行多重反射，進行傳播。
若第二波導路32的包層34和第三波導路35的折射率分別為n32、n35，那么在n32＞n35時，在第三波導路35中傳播的激發(fā)光的一部分，射入包層34，一邊被封入第二波導路32，一邊在第二波導路32中進行多重反射，進行傳播。
芯子33和第二波導路32的包層34的折射率分別為n33、n32，那么在n33＞n32時，在第二波導路32中傳播的激發(fā)光的一部分，射入芯子33。此時，在第二波導路32的包層34內(nèi)反復多重反射的過程中，全部激發(fā)光被芯子33吸收，激發(fā)作為激光介質(zhì)的釔。
即，射入第一波導路31的激發(fā)光，在該吸收過程中，一邊在第二波導路32中減弱，一邊進行傳播，不久，芯子33中的釔被吸收，激發(fā)釔。另一方面，成為激光放大的種(seed)的種光(seed light)，從第二波導路32的端面射入。射入的種光通過激發(fā)被放大，從第二波導路32的另一端射出。
另外，實施方式三中，將第二波導路32的截面形狀做成D字狀，但是，也可以為矩形狀。另外，與實施方式一同樣地，也可以在第三波導路中采用與折射率匹配劑不同的液體狀的折射率匹配液。
如上所述，通過采用以在具有傳送單模的芯子的第二波導路32和沿傳送激發(fā)光的光軸方向、其截面逐漸減小的圓錐形狀的第一波導路31內(nèi)，激發(fā)光能夠射入芯子的方式構成的光放大光纖30，能夠提供射出高輸出、高光束質(zhì)量的激光的激光放大裝置。
(實施方式四)圖4A為使用了實施方式四的光放大光纖的光放大方法和激光放大裝置的說明圖，圖4B為圖4A的按4B-4B箭頭所視的截面圖，圖4C為圖4A的按4C-4C箭頭所視的截面圖。實施方式四中，關于與實施方式三同樣的構造，賦予同一符號。
與實施方式三不同之處在于在激光光軸方向上傾斜第一波導路31這點，和與之配合使第三波導路45的形狀不同這點。另外，為了使激發(fā)光從第一波導路31的正面射入，沿激光光軸方向傾斜半導體激光器14和透鏡11這一點也與實施方式三不同。
圖4A、圖4B中，第一波導路31和第二波導路32之間的最小間距h，在光放大光纖40中，以在激光光軸方向上達到一定的方式，使第一波導路31傾斜到激光光軸方向上從而配置。即，第一波導路31構成其截面形狀為沿光軸方向逐漸減小的圓錐形狀。另外，在激光光軸方向上傾斜半導體激光器14和透鏡11，使激發(fā)光從第一波導路31的正面射入。
關于如上所述構造的激光振蕩裝置的動作進行說明。從作為激發(fā)源的半導體激光器14射出的激發(fā)光在第一波導路31中傳播，同時，射入第三波導路45。此時，由于第一波導路31的截面積為在光軸方向上逐漸減小的圓錐形狀，且，與第二波導路32的最小間隔h保持一定，因此，激發(fā)光即使在第一波導路31中傳播，其能量也不減弱，被高效率地封入第二波導路32中，能夠激發(fā)釔。另一方面，成為激光放大的種(seed)的種光(seed light)，從第二波導路32的端面射入。射入的種光，通過上述激發(fā)被放大，從第二波導路32的另一端面射出。
另外，外層36接觸的周圍的介質(zhì)為空氣。可是，也可以在外層36的外周設置具有比其折射率n36小的折射率的例如樹脂層。
如上所述，通過采用以激發(fā)光能夠在具有傳送單模的芯子的波導路和傳送激發(fā)光的逐漸減小的圓錐形狀波導路內(nèi)射入芯子的方式構造的光纖，可以提供射出高輸出、高光束質(zhì)量的激光放大裝置。
(實施方式五)圖5為使用了實施方式五的光放大光纖的激光振蕩方法和光放大方法、以及激光裝置的說明圖。其特征在于將激光振蕩裝置51、激光放大裝置52以及激光放大裝置53串聯(lián)連接，做成多段化構造。在激光振蕩裝置51上具有終段鏡12及輸出鏡13，但是在激光放大裝置52、53上不具有這些鏡子。
下面，關于如上所述構造的激光振蕩裝置，說明其動作。從作為激發(fā)源的半導體激光器15射出，波長為808納米的激發(fā)光由光纖16引導，射入光放大光纖28。其后，和作為反饋單元的終段鏡12和輸出鏡13一起，射出波長為1064納米的激光。進而，該激光射入下一段的光放大光纖28b即未圖示的第二波導路。該射入的激光通過半導體激光器15b放大，射入下一段光放大光纖28c的未圖示的第二波導路。該射入的激光通過半導體激光器15c放大，射出。
另外，使從激光振蕩裝置51射出的激光射入下一段激光放大裝置52的光放大光纖28b的第二波導路的方法，或者，進而射入下一段激光放大裝置53的光放大光纖28c的第二波導路的方法，可以采用使用了透鏡的空間傳送或者光纖傳送。此時，將光纖16b的一端連接在激光振蕩裝置51上，另一端連接在激光放大裝置52上。最好是，如果將它們?nèi)劢舆B接，則連接的可靠性進一步提高。另外，也可以構成為將光纖16c的一端連接在激光放大裝置52上，將其另一端連接在激光放大裝置53上。
另外，也可以構成為以構成激光振蕩裝置51和激光放大裝置52、53的第二波導路為基本設置的激光振蕩裝置。另外，通過將實施方式五的激光裝置搭載在激光加工裝置上，集中射出光，能夠進行焊接或切斷等激光加工，能夠提供激光加工裝置，因此，可以作為各種生產(chǎn)設備使用。
如上所述，使激發(fā)光在具有傳送單模的芯子的第二波導路和傳送激發(fā)光的第一波導路內(nèi)能夠射入芯子，將使用光纖16、16b、16c的激光振蕩裝置51和激光放大裝置52、53串聯(lián)連接，這樣，能夠提供射出高輸出、高光束質(zhì)量的激光的激光裝置。
(實施方式六)圖6A為使用了實施方式六的光放大光纖的激光振蕩方法和激光裝置的說明圖，圖6B為圖6A的按6B-6B箭頭所視的截面圖。實施方式六與實施方式一、實施方式二不同之處在于光放大光纖60具有四條傳送激發(fā)光的第一波導路21，它們包圍住第二波導路62這樣構造。而且，在添加了產(chǎn)生激光的激光介質(zhì)即釹的芯子63的一端設置反射激光的FBG(光纖布拉格光柵)，在其另一端設置透過一部分激發(fā)光的FBG(光纖布拉格光柵)這一點也不同。
下面，關于如上所述構造的激光振蕩裝置的動作進行說明。從具有光纖的半導體激光器15射出的激發(fā)光，在光纖16內(nèi)傳播，射入第一波導路21。在第一波導路21內(nèi)傳播的同時，射入第三波導路65。在第三波導路65內(nèi)重復多重反射的過程中，射入光被第二波導路62吸收，激發(fā)釹。通過激發(fā)產(chǎn)生的光，通過設置在芯子63的兩端的FBG和傳送單模的芯子63，進行多重放大反饋和模式選擇，成為單模激光，從光放大光纖60的端面射出。
另外，將四條第一波導路21的形狀、折射率都做成相同的，但也可以使他們互不相同?？傊?，四條第一波導路21的折射率n1設定比第三波導路65的折射率n4小。另外，四條第一波導路21也可以對于芯子63不等距離配置。
如上所述，通過采用以激發(fā)光在具有傳送單模的芯子63的第二波導路62和傳送激發(fā)光的多條第一波導路21內(nèi)能夠射入芯子63的方式構造的光放大光纖60，可以提供能夠高效率地射出高輸出、高光束質(zhì)量的激光的激光振蕩裝置。
(實施方式七)圖7A為使用了實施方式七的光放大光纖的激光振蕩方法和激光振蕩裝置的說明圖，圖7B為圖7A的按7B-7B箭頭所視的截面圖，圖7C為圖7A的按7C-7C箭頭所視的截面圖。
圖7A、圖7B及圖7C中表示作為各個波長為808納米的激發(fā)光激發(fā)源的半導體激光器95a、95b及95c。另外，表示傳送激發(fā)光的激發(fā)光傳送光纖77a、77b及77c。還表示激發(fā)光傳送光纖芯子777d、77e及77f。
另外，關于光放大光纖70，其一部分中含有作為激光介質(zhì)的釹。在光放大光纖70的長度方向上形成傳送激發(fā)光的空走區(qū)域81a、81b及81c，另外，構成將激發(fā)光注入具有激光介質(zhì)的波導路的注入?yún)^(qū)域82a及82b。
空走區(qū)域81a、81b及81c為傳送激發(fā)光的激發(fā)光波導路。這些激發(fā)光波導路由石英玻璃制成，具有具有激發(fā)光傳送光纖芯子73的第一波導路71；以玻璃為母材，吸收激發(fā)光產(chǎn)生激光的第二波導路72、由紫外線硬化樹脂制成，封入激發(fā)光的第三波導路75和在第三波導路75的周圍，由玻璃制成，提高激發(fā)光的封入效率的外層76。
注入?yún)^(qū)域82a，82b由吸收激發(fā)光產(chǎn)生激光的第二波導路72、封入激發(fā)光的第三波導路75以及提高第三波導路75的封入效率的外層76。
另外，關于第二波導路72，在其內(nèi)部添加作為激光介質(zhì)的釹，由傳送單模的芯子73和封入激光的玻璃母材的包層74構成。
這里，若第一波導路71、第二波導路72的包層74、芯子73、第三波導路75以及外層76的折射率分別為n71、n72、n73、n74及n75，則使其具有這樣的關系n75＜n71＜n74＜n72＜n73。
另一方面，在芯子73的兩端，具有使在芯子73產(chǎn)生的激光反饋的高反射FBG78和使一部分激光透過的透過FBG79。
激發(fā)光傳送光纖77a、77b及77c貫通外層76，激發(fā)光傳送光纖芯子77d、77e及77f連接在第三波導路75上。
激發(fā)光傳送光纖芯子77d、77e及77f在它們之間以規(guī)定間隔配置，其中，激發(fā)光傳送光纖芯子77e和激發(fā)光傳送光纖芯子77f相對置。
關于如上所述構造的激光振蕩裝置，說明其動作。從半導體激光器95a射出的波長為808納米的激光，在激發(fā)光傳送光纖77a和激發(fā)光傳送光纖芯子77d內(nèi)傳送，在光放大光纖70的空走區(qū)域81a射入第三波導路75。
射入第三波導路75的激發(fā)光，射入光放大光纖70的注入?yún)^(qū)域82a，在此，若外側76和第三波導路75的折射率分別為n76和n75，則由于具有n76＜n75的關系，所以，激發(fā)光被封入第三波導路75中，在第三波導路75中一邊進行多重反射，一邊進行傳播。
在第三波導路75中傳播的激發(fā)光的一部分，若第二波導路72的包層74和第三波導路75的折射率分別為n72及n75，則由于具有n72＞n75的關系，所以，在第三波導路75中傳播的激發(fā)光的一部分射入包層74，被封入第二波導路72中，在第二波導路72中一邊進行多重反射，一邊進行傳播。
若芯子73和第二波導路72的包層74的折射率分別為n73和n72，則由于具有n73＞n72的關系，所以，在第二波導路72中傳播的激發(fā)光的一部分射入芯子73。
即，在空走區(qū)域81a中，激發(fā)光全部存在于第三波導路75中，另一方面，在注入?yún)^(qū)域82a，存在于第三波導路75和第二波導路72中。
同樣地，從半導體激光器95射出的波長為915納米的激光，沿激發(fā)光傳送光纖77b和激發(fā)光傳送光纖芯子77e傳送，在光放大光纖70的空走區(qū)域81b中射入第三波導路75。
射入第三波導路75的激發(fā)光，射入光放大光纖70的注入?yún)^(qū)域82b，這里，若外層76和第二波導路72的包層74的折射率分別為n76，n72，則由于具有n76＜n72的關系，因此，激發(fā)光的一部分一邊被封入第三波導路75，一邊在第三波導路75中進行多重反射，進行傳播。即，在射入第三波導路75的激發(fā)光一邊傳播，一邊移動到第二十二波導路72時，只能設置在第三波導路中不存激發(fā)光的空走區(qū)域。
在第三波導路75中傳播的激發(fā)光的一部分，若第二波導路72的包層74、第三波導路75的折射率分別為n72及n75，則由于具有n72＞n75的關系，因此，在第三波導路75中傳播的激發(fā)光的一部分射入包層74，被封入第二波導路72，在第二波導路72中一邊進行多重反射一邊進行傳播。
芯子73和第二波導路72的包層74的折射率分別為n73和n72，則由于具有n73＞n72的關系，所以，在第二波導路72中傳播的激發(fā)光的一部分射入芯子73。
即，在空走區(qū)域81b，激發(fā)光全部存在于第三波導路75，另一方面，在注入?yún)^(qū)域82b，存在于第三波導路75和第二波導路72。
另外，從半導體激光器95c射出的波長為808納米的激光，沿激發(fā)光傳送光纖77c和激發(fā)光傳送光纖芯子77f傳送，在光放大光纖70的空走區(qū)域81c，射入在第三波導路75。
射入在第三波導路75的激發(fā)光射入光放大光纖70的注入?yún)^(qū)域82b。這里，若外層76和第三波導路75的折射率分別為n76、n75，則由于具有n76＜n75的關系，因此，激發(fā)光被封入第三波導路75，在第三波導路75中一邊進行多重反射，一邊進行傳播。
若第二波導路72和第三波導路75的折射率分別為n72、n75，則由于具有n72＞n75的關系，因此，在第三波導路75中傳播的激發(fā)光的一部分射入包層74，被封入第二波導路72，在第二波導路72中一邊進行多重反射，一邊進行傳播。
若芯子73和第二波導路72的包層74的折射率分別為n73、n72，則由于具有n73＞n72的關系，因此，在第二波導路72中傳播的激發(fā)光的一部分射入芯子73。
即，在空走區(qū)域81c中，激發(fā)光全部存在于第三波導路75中，另一方面，在注入?yún)^(qū)域82b中，存在于第三波導路75和第二波導路72中。
如上所述，從半導體激光器95a、95b及95c射出的各激發(fā)光射入芯子73，激發(fā)添加在芯子73中的釹。通過激發(fā)產(chǎn)生的光，通過設置在芯子73的兩端的、使激光反饋的高反射FBG78和透過一部分激光的FBG79、以及傳送單模的芯子73，進行多重放大反饋和模式選擇，成為波長為1064納米的單模激光，從光放大光纖70射出。
另外，激光從光放大光纖70的一端射出，但是，通過將高反射FBG78做成一部分透過型，也可以設計成從激光從兩端射出的方式，將一端的輸出作為輸出或波長監(jiān)控器使用。
另外，本實施方式7中，在光放大光纖的端部設置FBG，但將FBG設置在注入?yún)^(qū)域中，將該注入?yún)^(qū)域新分成注入?yún)^(qū)域、空走區(qū)域和注入?yún)^(qū)域的三個區(qū)域，也可作為由相對的高反射FBG和透過FBG構成的激光振蕩區(qū)域和其他激光放大區(qū)域中形成的激光裝置。
如上所述，通過以設置空走區(qū)域和注入?yún)^(qū)域，在具有傳送單模的芯子的第二波導路72和傳送激發(fā)光的第一波導路71中，能夠?qū)⒓ぐl(fā)光射入芯子的方式包含的光放大光纖70，可以提供射出高輸出、高光束質(zhì)量的激光的激光振蕩裝置。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的光放大光纖和使用其的光放大方法、激光振蕩方法、激光放大裝置和激光振蕩裝置、使用了激光振蕩裝置的激光裝置和激光加工機，作為射出高輸出、高光束質(zhì)量的激光的激光裝置等，產(chǎn)業(yè)上的實用性高。
權利要求
1.一種光放大光纖，其特征在于，具有傳送激發(fā)光的第一波導路；由添加激光介質(zhì)，產(chǎn)生激光的芯子和傳送所述激發(fā)光的包層構成的第二波導路；以及包含所述第一波導路和所述第二波導路的第三波導路，在所述第一波導路、所述第二波導路包層、所述第二波導路芯子以及所述第三波導路的折射率分別為n1、n2、n3及n4時，則n1＜n4＜n2＜n3。
2.如權利要求1所述的光放大光纖，其特征在于所述第一波導路的形狀為垂直于其長度方向的面的截面積沿長度方向逐漸減小。
3.如權利要求2所述的光放大光纖，其特征在于所述第一波導路和第二波導路的間隔，在所述第一波導路的長度方向上為一定。
4.一種光放大光纖，其特征在于具有在其長度方向上至少一個傳送激發(fā)光的空走區(qū)域和至少一個將所述激發(fā)光注入含有激光介質(zhì)的波導路的注入?yún)^(qū)域，所述空走區(qū)域具有所述激發(fā)光進行傳送的第一波導路；由產(chǎn)生激光的芯子和傳送所述激發(fā)光的包層構成的第二波導路；以及包含所述第一波導路和所述第二波導路的第三波導路，在所述第一波導路、所述第二波導路包層、所述第二波導路芯子以及所述第三波導路的折射率分別為n1、n2、n3及n4時，則n1＜n4＜n2＜n3，所述注入?yún)^(qū)域由所述第二波導路和所述第三波導路構成。
5.如權利要求4所述的光放大光纖，其特征在于在所述第三波導路中設置不存在激發(fā)光的空走區(qū)域。
6.如權利要求4所述的光放大光纖，其特征在于分別設置所述空走區(qū)域和注入?yún)^(qū)域。
7.如權利要求1～6中任一項所述的光放大光纖，其特征在于在所述第三波導路的外周設置有將激發(fā)光封入所述第三波導路中的外層，在所述外層和所述第三波導路的折射率分別為n5、n4時，則n5＜n4。
8.如權利要求7所述的光放大光纖，其特征在于所述外層由玻璃構成。
9.如權利要求7所述的光放大光纖，其特征在于所述外層由氟樹脂構成。
10.如權利要求1或4所述的光放大光纖，其特征在于所述第一波導路具有多條。
11.如權利要求1或4所述的光放大光纖，其特征在于第三波導路由紫外線硬化樹脂構成。
12.如權利要求1或4所述的光放大光纖，其特征在于第三波導路含有折射率匹配劑或折射率匹配液。
13.如權利要求1或4所述的光放大光纖，其特征在于第二波導路和第三波導路的截面形狀中的至少一部分由直線形成。
14.如權利要求1或4所述的光放大光纖，其特征在于芯子直徑為傳送單模的大小。
15.如權利要求1或4所述的光放大光纖，其特征在于激光介質(zhì)由稀土類構成。
16.如權利要求1或4所述的光放大光纖，其特征在于光放大光纖具有使從所述光放大光纖照射的光反饋的反饋單元。
17.如權利要求16所述的光放大光纖，其特征在于反饋單元為FBG(光纖布拉格光柵)。
18.一種光放大方法，其特征在于具有射出激發(fā)光的激發(fā)源和如權利要求1～15任一項所述的光放大光纖，將所述激發(fā)光射入所述光放大光纖的第一波導路中，使光放大。
19.一種激光振蕩方法，其特征在于具有射出激發(fā)光的激發(fā)源，和如權利要求1～15任一項所述的光放大光纖，以及使在所述光放大光纖中產(chǎn)生的光反饋的單元，將所述激發(fā)光射入所述光放大光纖的第一波導路中，振動激光。
20.一種激光放大裝置，其特征在于具有射出激發(fā)光的激發(fā)源和如權利要求1～15任一項所述的光放大光纖，將所述激發(fā)光射入所述光放大光纖的第一波導路中。
21.一種激光振蕩裝置，其特征在于具有射出激發(fā)光的激發(fā)源，和如權利要求1～15任一項所述的光放大光纖，以及使在所述光放大光纖中產(chǎn)生的光反饋的單元，將所述激發(fā)光射入所述光放大光纖的第一波導路中，振蕩激光。
22.一種激光裝置，其特征在于具有將權利要求21所述的激光振蕩裝置的射出光導光至權利要求20所述的激光放大裝置的單元。
23.一種激光裝置，其特征在于進行導光的單元為光纖，將所述光纖的一端熔接在權利要求21所述的激光振蕩裝置上，將其另一端熔接在權利要求20所述的激光放大裝置上。
24.如權利要求22或23所述的激光裝置，其特征在于激發(fā)源為半導體激光器。
25.如權利要求22～24中任一項所述的激光裝置，其特征在于用光纖傳送半導體激光器的激發(fā)光，所述光纖連接在第一波導路上。
26.一種激光加工機，其特征在于使用權利要求22～25中任一項所述的激光裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠得到高輸出、高光束質(zhì)量的激光的小型、高效率激光振蕩裝置。其具有傳送激發(fā)光的第一波導路(21)(折射率＝n1)；由產(chǎn)生激光的芯子(23)(折射率＝n3)和傳送激發(fā)光的包層(24)(折射率＝n2)構成的第二波導路(22)；以及包含第一波導路21和第二波導路22的第三波導路(25)(折射率＝n4)。使用設定成各折射率滿足n1＜n4＜n2＜n3的關系的光放大光纖(20)，使之在半導體激光器(10a)、(10b)中激發(fā)。
文檔編號H01S3/10GK1774843SQ20058000032
公開日2006年5月17日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權日2004年4月2日
發(fā)明者長安同慶 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社