光纤激光器用光纤及其制造方法、光纤激光器技术

本发明专利技术的目的在于提供抑制光纤激光器中的光纤温度上升、谋求激光的大功率化的光纤激光器用光纤及其制造方法和光纤激光器。本发明专利技术的光纤激光器用光纤，具备添加了稀土族元素的稀土族添加芯（２）和形成在上述稀土族添加芯周围的包层（３），从包层（３）的端部入射激励光（Ｌｅ），激励稀土族元素以输出大功率的激光振荡光（Ｌ），并且，上述稀土族添加芯（２）沿长度方向被分割成多个芯区域（２ａ、２ｂ、……２ｎ－１、２ｎ），添加在各芯区域（２ａ、２ｂ、……２ｎ－１、２ｎ）的稀土族元素的添加浓度不同。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具备稀土族添加芯和包层的大功率的光纤激光器用光纤及其 制造方法和光纤激光器。
技术介绍
为了用于激光加工、医疗等，需要开发更大功率的廉价的光源。对于这些 需求，由于光纤激光器能够高效率且简单地取出高质量的激光而受到瞩目。作为用于这种大功率光纤激光器的光纤有图9所示的光纤91。该光纤91 是具备掺杂了稀土族元素(Yb、 Er、 Er/Yb、 Tm、 Nd等)的芯92和由第一包 层93a、第二包层93b构成的包层93的双包层光纤。另外，虽然没有图示， 但在第二包层93b的外周上设有由紫外线固化型树脂等构成的包覆层。从多模LD(半导体激光器)出射的光作为激励光Le9入射到光纤91的一个 端部。在第一包层93a内聚光的激励光Le9在光纤91中传输，激励芯92的稀 土族添加元素。于是，振荡光从被激励的稀土族元素传输至芯92,并从光纤 91的另一端出射大功率的激光振荡光L9。而且，作为与本申请专利技术相关的现有技术文献信息，有以下的信息。专利文献l特开平5 - 249328号>^才艮但是在现有的光纤91中，使用Yb添加(掺杂)芯来作为芯92时，激光 振荡光L9相对于激励光Le9的光/光转换效率约为80% ，约有20%的能量变 成热。因此，在现有的光纤91中，伴随光纤激光器的大功率化，光纤91的温度 上升，尤其是光纤91的入射端附近的温度上升大，有可能损伤光纤91的包覆 层，因此存在光纤激光器的输出受限制的问题。此外，作为大功率光纤激光器的限制因素有光纤非线性、光纤的损坏、激 励方式等各种问题。也就是说，在现有的光纤91中，随着光纤激光器的大功 率化，需要大的激励光功率，导致双包层光纤中的能量密度过剩，从而产生发热、光纤非线性、光纤损坏等问题。在现状的光纤激光器中，还要求均衡地去除这些限制因素。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供抑制光纤激光器中的光纤温度上升、谋求激本专利技术是为了实现上述目的而实施的，本专利技术的第一方面是光纤激光器用 光纤，具备添加了稀土族元素的稀土族添加芯和形成在上述稀土族添加芯周围 的包层，从上述包层的端部入射激励光，激励稀土族元素以输出大功率的激光 振荡光，并且，上述稀土族添加芯沿长度方向被分割成多个芯区域，添加在各 芯区域的稀土族元素的添加浓度不同。本专利技术的第二方面如第一方面的光纤激光器用光纤，其中，上述多个芯区 域的各自的添加浓度以长度方向的中央部为中心对称。本专利技术的第三方面如第一方面或第二方面的光纤激光器用光纤，其中，上 述多个芯区域的长度方向的长度不同。本专利技术的第四方面如第一方面'至第三方面的任一光纤激光器用光纤，其中，使用时长度方向的温度分布在17(TC以下。本专利技术的第五方面如第一方面或第二方面的光纤激光器用光纤，其中，上 述多个芯区域是将具有500ppm、 700ppm、 11 OOppm中任一添加浓度的稀土族添力cr芯纟且合而成的。本专利技术的第六方面是第一方面至第五方面中任一方面的光纤激光器用光 纤的制造方法，其中，制作多根分别具有稀土族元素的添加浓度不同的稀土族 添加芯的分段光纤，并将各分段光纤的终端之间熔接。本专利技术的第七方面是光纤激光器，具备第一至第五方面的任一光纤激光 器用光纤；与上述光纤激光器用光纤的端部连接的光耦合器；以及使激励光经 由上述光耦合器入射到包层的多个光源。根据本专利技术，可以简单地控制沿光纤长度方向的激励光的吸收特性，可以 将光纤的沿长度方向的温度分布平坦化。本专利技术者们在研究开发光纤激光器时，首先研究了热效应，进而研究了光 纤非线性(非线性光学效应)、光纤的损坏、激励方式，并为了均衡地去除这 4个限制(问题)因素而不断地进行了研究开发。在热效应中，由于光纤的包覆部分损坏，因此光纤断线、转换效率下降， 从而导致输出功率下降。作为对策有使用粗径光纤、空气包层、耐热包覆层等。 此外，因光纤非线性而使激光的输出饱和。作为对策有MFD的放大、光纤的 短尺寸化等。光纤损坏有光纤熔断、光纤端面的损伤等，作为对策有MFD(模 场直径)的放大、玻璃结构的改善等。在激励方式中有可能发生在光纤的入射 端的热集中。作为对策有侧面激励等。此外，芯的折射率的不均匀也有可能影响光束质量，但只要均衡地去除上 述限制因素就基本能够解决现有光纤激光器用光纤的问题。于是，本专利技术者们 基于上述观点进行深入研究的结果，实现了本专利技术。 附图说明图1是表示本专利技术优选实施方式的光纤激光器用光纤的示意图。 图2是表示光纤激光器用光纤的限制因素的一个例子的图。 图3是表示现有光纤的热分析的一个例子的图。的图。图5是表示Yb浓度与吸收损失的关系和本实施方式的光纤激光器用光纤 中的第一、第二芯区域的Yb浓度的一个例子的图。图6表示Yb浓度与吸收损失的关系和本实施方式的光纤激光器用光纤中 的第三芯区域的Yb浓度的一个例子的图。图7是^(吏用了图1所示的光纤激光器用光纤的光纤激光器的示意图。图8示表示图1所示的光纤激光器用光纤的制造方法的一个例子的示意图。图9是现有光纤激光器用光纤的示意图。 符号说明1光纤激光器用光纤 2稀土族添加芯2a、 2b.......2n-l、 2n芯区域3包层31第一包层 32第二包层 L激光激励光 Le激励光 具体实施例方式下面按照附图说明本专利技术的优选实施方式。首先利用图7说明表示本专利技术 如图7所示，本实施方式的光纤激光器71主要由具备光源而输出激光振 驱动装置构成。光学部72由后述的本实施方式的光纤激光器用光纤1和分别设置在该光 纤激光器用光纤1的两个端部附近(在后述的两个光耦合部76a、 76b的外测) 的光源部73A、 73B构成。光源部73A由用于输出大功率激励光的多个激励用光源74、分别与这些 激励用光源74连接的多条激励用光路75、和分别与这些激励用光路75光学 连接并将来自各激励用光源74的出射光耦合到光纤激光器用光纤1的光耦合 器76构成。各激励用光源74使用廉价的适合光传输的多模LD。在本实施方式中作为 一个例子使用了出射波长入e( 915nm或975 - 980nm )的激励光Le的多模LD。各激励用光源74在各光源部73A、 73B中串连连接，这些与上述驱动装 置连接。各激励用光源74使用多模光纤和光波导。光耦合器76使用多路耦合 器或激励耦合器。在光纤激光器用光纤1的两个端部的两个光耦合器76的内侧，设置有用 于反射激励入射到光纤激光器用光纤1的激励光Le的光反射部77a、 77b。在 本实施方式中，在光纤激光器用光纤l中形成两个透过具有激励光波长的光、 而对于具有振荡光波长的光则具有高的反射率的FBD(光纤布拉格光栅)，作为 光反射部77a、 77b。成为光反射部77b (光纤激光器用光纤1的激光振荡光L的出射侧)的 FBG与成为光反射部77a的FBG的栅间隔形成得不同，以使得一部分地反射激光振荡光。图1是表示本专利技术优选实施方式的光纤激光器用光纤的示意图。 如图1所示，本专利技术的光纤激光器用光纤1具有通过进行规定的激励而发 光的发光功能，并通过使该发出的光进行反射激励而成为激光振荡介质。该光纤激光器用光纤1由添加了稀土族的稀土族添加芯2和形成在该稀土 族添加芯2周围的包层3构成。在稀土族添加芯2中微量地添加(掺杂)了 Yb、 Er、 E本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤激光器用光纤，具备添加了稀土族元素的稀土族添加芯和形成在上述稀土族添加芯周围的包层，从上述包层的端部入射激励光，激励稀土族元素以输出大功率的激光振荡光，其特征在于，　上述稀土族添加芯沿长度方向被分割成多个芯区域，添加在各芯区域的稀土族元素的添加浓度不同。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：姚兵，小岛正嗣，大薗和正，本乡晃史，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]