具体实施方式

(第一实施方式)

以下，基于附图，对第一实施方式的光纤激光装置进行说明。

如图1所示，光纤激光装置1A具备多个激励光源2、合成器3、输入侧光纤4、放大用光纤5、输出侧光纤6、外侧波模滤光器7、以及输出端8。放大用光纤5、输入侧光纤4、以及输出侧光纤6构成光设备R。光设备R是通过激励光源2所发射的激励光来生成激光的共振器。此外，在光设备R也可以包含其他的构成要素(例如外侧波模滤光器7、输出端8等)。

本实施方式的光纤激光装置1A为不具有后方激励光源的单侧激励型(前方激励型)。

(方向定义)

在本说明书中，在从放大用光纤5观察时，将激励光源2侧称为输入侧，将输出端8侧称为输出侧。

作为激励光源2，能够使用激光二极管等。合成器3将多个激励光源2发射出的激励光耦合至一根光纤，并输入至输入侧光纤4。输入侧光纤4的输入侧的端部连接于合成器3。输入侧光纤4的输出侧的端部通过熔敷连接部F1熔敷连接于放大用光纤5。

此外，输入侧光纤4与放大用光纤5也可以经由未图示的中间光纤连接。中间光纤的端部分别熔敷连接于输入侧光纤4或者放大用光纤5。该情况下，将中间光纤与放大用光纤5的熔敷连接部设为熔敷连接部F1。

放大用光纤5的输出侧的端部通过熔敷连接部F2熔敷连接于输出侧光纤6。虽然省略图示，但熔敷连接部F1、F2被刚性较高的加强器保持，难以产生弯曲等。通过用加强器加强熔敷连接部F1、F2，能够抑制例如在熔敷连接部F1、F2产生破裂。

在输入侧光纤4的纤芯形成有HR-FBG(High Reflectivity-Fiber BraggGrating：高反射光纤光栅)4a。HR-FBG4a成为以下构造，即，被调整为以几乎100％的反射率反射成为了激励状态的放大用光纤5的活性元素所释放出的光中的信号光的波长的光，沿输入侧光纤4的长边方向以恒定的周期重复高折射率的部分。

在输出侧光纤6的纤芯形成有OC-FBG(Output Coupler-Fiber Bragg Grating：输出耦合低反射光纤光栅)6a。OC-FBG6a具有与HR-FBG4a几乎相同的构造，但被调整为以比HR-FBG4a低的反射率反射信号光。

放大用光纤5具有添加了一种或者两种以上的活性元素的纤芯、覆盖纤芯的第一包覆层、覆盖第一包覆层的第二包覆层、以及覆盖第二包覆层的保护覆层。放大用光纤5为双包覆层光纤。作为添加至纤芯的活性元素，例如使用铒(Er)、镱(Yb)、或钕(Nd)等稀土类元素。这些活性元素在激励状态下释放出光。作为纤芯以及第一包覆层能够使用石英玻璃等。作为第二包覆层能够使用聚合物等树脂。作为保护覆层能够使用丙烯酸树脂、硅树脂等树脂材料。

放大用光纤5是所谓的少模光纤，能够传播多个模。

在放大用光纤5内，被HR-FBG4a以及OC-FBG6a反射后的信号光沿放大用光纤5的长边方向往复。信号光伴随着该往复而被放大并成为激光。这样，在共振器R内，将光放大并生成激光。激光的一部分透过OC-FBG6a，经由外侧波模滤光器7到达输出端8。激光中包含的不需要的高阶模被外侧波模滤光器7除去。这里，所谓激光中包含的不需要的高阶模，例如，是基模(LP01)以及LP11以外的模、或者比基模高阶的模。另外，虽然外侧波模滤光器7也可以将不需要的高阶模全部除去，但只要除去不需要的高阶模的至少一部分即可。例如，所谓不需要的高阶模，是比LP01高阶的模、或者比LP11高阶的模。

这样，外侧波模滤光器7具有最终限制从输出端8发射的激光中包含的模的作用。

也可以通过使输出侧光纤6的一部分弯曲来构成外侧波模滤光器7。或者，也可以采用能够选择性地除去高阶模的其他的种类的滤光器作为外侧波模滤光器7，将该外侧波模滤光器7熔敷连接于输出侧光纤6。

如上所述，放大用光纤5是与形成有HR-FBG4a的输入侧光纤4或者形成有OC-FBG6a的输出侧光纤6不同的光纤。因此，在放大用光纤5的两端部设置有熔敷连接部F1、F2。

这里，本申请发明人进行深入研究的结果是，发现了在熔敷连接部F1中产生成为TMI现象的产生源的高阶模，为了抑制该TMI现象，在放大用光纤5内的熔敷连接部F1的附近设置波模滤光器5a是有效的。以下，更详细地进行说明。

关于TMI现象，例如如Physical origin of mode instabilities in highpowerfiber laser systems；Optics Express,Vol.20,No.12,pp.12912-12925所示，进行了若干定性的考察。本申请发明人进行了研究，关于TMI现象，能够通过以下所示的步骤(1)～(6)考虑共振器内的现象。

(1)由于在放大用光纤5内在基模与高阶模之间产生模间干涉，从而产生差拍。此外，这里所称的差拍，是指在放大用光纤5内传播的光的行进方向上的光强度的起伏。

(2)因产生的差拍，而产生由激励光的量子数亏损引起的热光栅。

此外，这里所称的热光栅，是指放大用光纤5的长边方向上的温度不均匀。

(3)热光栅因光纤的热量-折射率依存性而成为长周期光栅，产生从基模向高阶模的模间的耦合。

(4)因模间耦合，而基模减少且高阶模增大，热光栅的振幅(高温部分与低温部分的温度差)也变大。

(5)由于热光栅的振幅变大从而模间耦合进一步发展，基模减少且高阶模增大。

(6)重复上述(4)、(5)。

通过以上的步骤，伴随着时间的经过从基模向高阶模的模间耦合累积进行，并且光纤激光装置1A内的弯曲导致的损失、光纤彼此的连接导致的损失较大的高阶模的比例增加，因此到输出端8为止的总损失量增加。

对于上述TMI现象中的热光栅的生成，考虑几个产生影响的参数。这里，在本说明书中，如以下那样表示各参数。

ΔT：热光栅的振幅(高温部与低温部的温度差)

αpump：放大用光纤5中的激励光的吸收率

Ppump：输入至放大用光纤5的激励光的功率

a：信号光密度与激励光密度的比

ω：差拍调制度(因模间干涉而产生的放大用光纤5内的光强度的起伏中的山部与谷部的差或者比)

信号光损失设为与因由激励光吸收引起的量子数亏损而产生的热量相比充分小，当考虑与激励光光量相比信号光光量充分大的状态时，可认为在各参数中以下的关系成立。

ΔT∝(αpump×Ppump)÷a×ω

即，可认为能够通过减小差拍调制度ω来减小ΔT。

当考虑上述的步骤(1)～(6)时，为了减小差拍调制度ω，在较早的阶段除去放大用光纤5内的高阶模光是有效的。

由此，本实施方式的放大用光纤5具有波模滤光器5a。波模滤光器5a从放大用光纤5的纤芯除去不需要的高阶模(例如基模(LP01)以及LP11以外的模、或者比基模高阶的模)。另外，虽然波模滤光器5a也可以将不需要的高阶模全部除去，但只要除去不需要的高阶模的至少一部分即可。例如，所谓不需要的高阶模，是比LP01高阶的模、或者比LP11高阶的模。作为波模滤光器5a的结构能够进行各种选择，但也可以例如将放大用光纤5中的以规定的曲率弯曲以便除去高阶模的部分作为波模滤光器5a。

与外侧波模滤光器7不同，波模滤光器5a设置于作为共振器的光设备R的内部。此外，放大用光纤5的长度调整部5b是通过以不产生弯曲导致的损失的程度的平缓的曲率卷绕等，从而仅调整放大用光纤5的长度的部分，不具有如波模滤光器5a那样除去特定的模的作用。

波模滤光器5a优选配置于作为高阶模的产生位置的熔敷连接部F1的附近。下面对其理由进行说明。一般来说，对本实施方式那样的光纤激光装置1A而言，为了抑制非线形光学效果，纵模(振荡波长)也成为多模。因此，在熔敷连接部F1中与波长无关地从基模(LP01)展开高阶模，但当波导一段时间时，由于对各个波长而言传播速度不同，而失去相干性。反过来说，在从熔敷连接部F1远离相干长度以上的部位，由于各基模与高阶模失去相干性，因此热光栅变小，结果向高阶模的耦合变小。即使在远离相干长度以上的部位除去高阶模，也由于在至此为止的区域产生向高阶模的耦合，因此从抑制效率降低这一观点来看难以发现出效果。因此，适宜在熔敷连接部F1附近的放大用光纤5内配置波模滤光器5a。

鉴于此，波模滤光器5a设置于作为共振器的光设备R的内部，熔敷连接部F1与波模滤光器5a之间的间隔比在沿放大用光纤5传播的信号光的波长的光中因模间干涉而产生的差拍的持续长度亦即相干长度短即可。即，波模滤光器5a的至少一部分配置于熔敷连接部F1、和从熔敷连接部F1远离因在放大用光纤5中传播的信号光的模间干涉而产生的差拍的相干长度的位置之间的区域即可。另外，在以加强器保持熔敷连接部F1的情况下，优选从该加强器中的输出侧的端部的紧后在放大用光纤5设置不产生微弯曲的程度的弯曲。

如以上说明的那样，本实施方式的光纤激光装置1A具备：激励光源2，输出激励光；放大用光纤5，具有添加有通过来自激励光源2的激励光被激励的稀土类元素的纤芯；输入侧光纤4，熔敷连接于放大用光纤5的输入侧，形成有HR-FBG4a；输出侧光纤6，熔敷连接于放大用光纤5的输出侧，形成有与HR-FBG4a相比反射率较小的OC-FBG6a；输出端8，输出激光；外侧波模滤光器7，设置于输出侧光纤6与输出端8之间，限制从输出端8输出的激光的模；以及波模滤光器5a，从放大用光纤5的纤芯除去规定的高阶模的至少一部分。而且，输入侧光纤4、或者配置于放大用光纤5与输入侧光纤4之间的中间光纤通过熔敷连接部F1熔敷连接于放大用光纤5，在熔敷连接部F1、与从熔敷连接部F1远离因在放大用光纤5中传播的信号光的模间干涉而产生的差拍的相干长度的位置之间的区域配置有波模滤光器5a的至少一部分。

根据该结构，通过使用设置于共振器内的作为高阶模的产生源的熔敷连接部F1的附近的波模滤光器5a，在较早的阶段除去不需要的高阶模，使放大用光纤5内的高阶模的光量减少，从而能够减小对热光栅的振幅ΔT产生影响的差拍调制度ω。因此，能够抑制TMI现象的产生。通过像这样抑制TMI现象，能够抑制从基模向高阶模的模间的耦合，使激光的光束质量提高。另外，由于能够抑制激励光源2所输入的能量中的有助于基模的激光的放大的比例减少，因此能够提高基模的放大效率而使光纤激光装置1A高输出化。该结构与以往技术那样使激励光的峰值波长与放大用光纤5的吸收峰值波长错开的情况相比较，由于从输出端8发射的激光的强度难以降低，因此能够实现光纤激光装置1A的高输出化。

另外，波模滤光器5a所除去的规定的高阶模也可以是比LP01高阶的模、或者比LP11高阶的模。该情况下，能够进一步实现光纤激光装置的高输出化。

另外，也可以构成为波模滤光器5a构成为至少除去作为外侧波模滤光器7所限制的对象的高阶模。或者，也可以构成为在波模滤光器5a与外侧波模滤光器7中，成为除去的对象的高阶模相同。这样，通过利用波模滤光器5a从放大用光纤5内除去作为外侧波模滤光器7所限制的对象的不需要的模，能够抑制该不需要的模在放大用光纤5内被放大，使从激励光向激光的转换效率进一步提高。另外，通过利用波模滤光器5a以及外侧波模滤光器7这两个滤光器除去不需要的模，能够从最终发射的激光更可靠地除去不需要的模，使光束质量进一步提高。

另外，也可以通过从加强熔敷连接部F1的加强器的输出侧的端部弯曲放大用光纤5从而构成波模滤光器5a。该情况下，加强熔敷连接部F1，并且将波模滤光器5a配置在尽可能接近熔敷连接部F1的距离，能够提高TMI现象的抑制效果。

另外，也可以构成为在放大用光纤5的纤芯中添加有Yb，激励光源2输出的光包含970～980nm的波长的光。这样，通过使添加有Yb的放大用光纤5的吸收峰值波长(976nm)、与激励光的峰值波长一致，能够更高效地将激励光转换为激光。

另外，也可以由放大用光纤5、输入侧光纤4、输出侧光纤6、以及从放大用光纤5的纤芯除去规定的高阶模的波模滤光器5a构成光设备R。通过使用这样的光设备R，能够构成具有上述那样的作用效果的光纤激光装置。

(第二实施方式)

接下来，对本发明所涉及的第二实施方式进行说明，但基本的结构与第一实施方式相同。因此，对相同的结构标记相同的附图标记并省略其说明，仅针对不同点进行说明。

本实施方式的光纤激光装置1B是具有后方激励光源的双向激励型。

如图2所示，本实施方式的光纤激光装置1B还具备第二合成器3B、和后方激励光源2B。另外，本实施方式的放大用光纤5除了具有第一波模滤光器5a、长度调整部5b以外，还具有第二波模滤光器5c。

后方激励光源2B配置于比光设备R靠输出侧的位置。在本实施方式中，前方激励光源2朝向放大用光纤5发射前方激励光，后方激励光源2B朝向放大用光纤5发射后方激励光。作为后方激励光源2B，与前方激励光源2相同地，例如能够使用激光二极管。

第二合成器3B将各后方激励光源2B所发射的激励光耦合至一根光纤，并使其朝向放大用光纤5。此外，也可以构成为对各后方激励光源2B的激励光耦合而成的光进行传播的光纤、与放大用光纤5经由未图示的中间光纤连接。该情况下，将中间光纤与放大用光纤5的熔敷连接部设为熔敷连接部F2。

在本实施方式中，第二波模滤光器5c配置于作为共振器的光设备R的内侧且靠近熔敷连接部F2的位置。更具体而言，第二波模滤光器5c的至少一部分配置于熔敷连接部F2、与从熔敷连接部F2远离因在放大用光纤5中传播的信号光的模间干涉而产生的差拍的相干长度的位置之间的区域。与第一波模滤光器5a相同地，第二波模滤光器5c除去在熔敷连接部F2产生的不需要的高阶模。省略详细的说明，但第二波模滤光器5c能够采用与第一波模滤光器5a相同的结构。

如本实施方式那样，在双方向激励型的光纤激光装置中，也通过使用设置于共振器内的波模滤光器5a、5c来除去不需要的高阶模，使放大用光纤5内的高阶模的光量减少，从而能减小对热光栅的振幅ΔT产生影响的差拍调制度ω。因此，能够抑制TMI现象的产生。

实施例

以下，使用具体的实施例，对上述实施方式进行说明。此外，本发明不限定于以下的实施例。

作为实施例，准备了图1所示那样的结构的光纤激光装置1A。将HR-FBG4a的反射率设为99％，将OC-FBG6a的反射率设为10％。作为外侧波模滤光器7，采用除去LP01以及LP11以外的模，将从输出端8输出的模限制为LP01以及LP11的波模滤光器。作为添加至放大用光纤5的纤芯的添加剂，使用Yb。将放大用光纤5中的熔敷连接部F1的紧后的部分以规定的曲率弯曲，而构成波模滤光器5a。这里，波模滤光器5a的至少一部分配置于熔敷连接部F1、与从熔敷连接部F1远离因在放大用光纤5中传播的信号光的模间干涉而产生的差拍的相干长度的位置之间的区域。

作为激励光源2，使用发射具有图4所示那样的强度分布的激励光的光源。如图4所示，本实施例中的激励光的强度成为峰值的波长为976nm。另外，激励光包含970～980nm的波长的光。

作为比较例，准备了不具有波模滤光器5a的光纤激光装置。其他方面与上述的实施例的光纤激光装置1A相同。

以下对针对上述的实施例以及比较例的光纤激光装置测定了输入至放大用光纤5的激励光的功率、与从激励光向激光的转换效率的关系的结果进行说明。

图3是示出关于实施例以及比较例的光纤激光装置的施加电流值与转换效率的关系的图表。图3的横轴是向激励光源2施加的电流值(A)。该施加电流值越大，则输入至放大用光纤5的激励光的功率越大。图3的纵轴是从激励光向激光的转换效率(％)。

如图3所示，对于比较例的光纤激光装置，确认到当施加电流值超过30A时，施加电流值与转换效率的线性特征破坏，转换效率的极具降低。

与此相对，对于实施例的光纤激光装置1A而言，即使施加电流值超过30A也大致维持施加电流值与转换效率的线性特征，能够抑制转换效率的降低。

在本实施例以及比较例中，使用了强度的峰值为976nm，包含970～980nm的波长的光的激励光。该波长(976nm)与添加有Yb的放大用光纤5中的吸收峰值波长一致，因此认为在比较例中产生了差拍引起的热光栅，由于上述的TMI现象而产生了转换效率的降低。另一方面，认为在实施例中通过利用波模滤光器5a除去了多余的高阶模，从而能够抑制差拍导致的热光栅的形成。

这样，能够确认使用波模滤光器5a除去不需要的高阶模带来的效果。

(相干长度的计算方法)

在光纤激光装置1A中，通过使熔敷连接部F1与波模滤光器5a的间隔比通过以下进行说明的算式计算出的相干长度短，能够使激光的光束质量提高。以下，使用具体的数值，对相干长度的计算方法进行说明。

对任意的两个模的传播波E01、E02而言，在设为传播常量β，两个模中的传播常量β的差为Δβ，两个模中的传播常量β的平均值为βave时，能够以下述的算式(1)以及(2)表示。(A是常量，关于Z的详细内容在后叙述。)

E01＝Asin(βave+Δβ/2)Z

＝AsinβaveZ×cos(Δβ/2×Z)-AcosβaveZ×sin(Δβ/2×Z) (1)

E02＝Asin(βave-Δβ/2)Z

＝AsinβaveZ×cos(Δβ/2×Z)+AcosβaveZ×sin(Δβ/2×Z) (2)

从算式(1)以及算式(2)来看，在传播波E01、E02中，以下的关系成立。

E01+E02∝sinβaveZ×cos(Δβ/2×Z)(3)

在算式(3)中，第一项的sinβaveZ表示通用波，第二项的cos(Δβ/2×Z)表示差拍的振动。

这里，着眼于算式(3)的第二项的差拍的振动，将满足Δβ/2×Z＝2π的Z定义为拍长λb。Λ是光纤的传播波长λ。这里，拍长λb表示为：

λb＝4π/Δβ (4)

在传播波长λ以及执行折射率Neff中，存在以下关系：

β＝2π/λ×Neff (5)

因此当将两个模间的执行折射率Neff的差设为ΔNeff时，根据算式(4)以及(5)，能够认为存在以下关系。

λb＝2λ/ΔNeff (6)

另外，作为差拍的持续长度的相干长度Lc，使用拍长宽度Δλb，能够认为存在以下关系。

Lc＝(λb)²/Δλb (7)

根据算式(6)，算式(7)表示为下式。

Lc＝(λb)²/Δλb＝2/ΔNeff×(λ)2/Δλ (8)

例如，在放大用光纤5中的相对折射率差为0.3％，纤芯介质折射率为1.45，纤芯直径为50μm，传播波长λ为1070nm，波长宽度Δλ为1nm的光纤激光装置1A中，此时的LP01模与LP02模中的ΔNeff为0.00028。这里，根据算式(8)，作为差拍的持续长度的相干长度Lc计算为8.18m。

另外，在光纤激光装置1B中，也可以熔敷连接部F1与第一波模滤光器5a之间的间隔、以及熔敷连接部F2与第二波模滤光器5c之间的间隔比通过上述的算式计算出的相干长度短。

此外，本发明的技术范围不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内施加各种变更。

例如，图1的光纤激光装置1A具备多个激励光源2，但激励光源2的个数也可以为一个。该情况下，也可以不设置合成器3。

另外，在波模滤光器5a、5c中至少一部分分别配置于熔敷连接部F1、F2、与从熔敷连接部F1、F2远离因在放大用光纤5中传播的信号光的模间干涉而产生的差拍的相干长度的位置之间的区域即可。

另外，在光纤激光装置1A、1B中，放大用光纤5具有波模滤光器5a、5c，但例如，波模滤光器5a、5c也可以分别配置于HR-FBG4a与熔敷连接部F1之间、或者OC-FBG6a与熔敷连接部F2之间。

另外，能够在不脱离本发明的主旨的范围内，适当地将上述的实施方式中的构成要素置换为公知的构成要素，另外，也可以适当地组合上述的实施方式、变形例。

附图标记说明：

1A、1B…光纤激光装置；2…激励光源；4…输入侧光纤；4a…HR-FBG；5…放大用光纤；5a…波模滤光器；6…输出侧光纤；6a…OC-FBG；7…外侧波模滤光器；8…输出端；R…光设备