[发明专利]光纤激光器用光纤及其制造方法、光纤激光器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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，作为与本申请发明相关的现有技术文献信息，有以下的信息。

专利文献1特开平5-249328号公报

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。

发明内容

因此，本发明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。

本发明是为了实现上述目的而实施的，本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明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170℃以下。

本发明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、1100ppm中任一添加浓度的稀土族添加芯组合而成的。

本发明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。

本发明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。

根据本发明，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。

本发明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。