(57)【要約】【課題】残留励起光に起因する発熱や故障の可能性を低減することができるファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】ファイバレーザ装置１は、増幅用光ファイバ１０と、波長λ1の励起光Ｐ1を生成し、増幅用光ファイバ１０の上流側から増幅用光ファイバ１０のクラッド層１２に励起光Ｐ1を導入可能な前方励起光源２１と、波長λ2の励起光Ｐ2を生成し、増幅用光ファイバ１０の下流側から増幅用光ファイバ１０のクラッド層１２に励起光Ｐ2を導入可能な後方励起光源２２と、前方励起光源２１と増幅用光ファイバ１０との間に接続される上流側光フィルタ部５０と、後方励起光源２２と増幅用光ファイバ１０との間に接続される下流側光フィルタ部６０とを備える。上流側光フィルタ部５０は、波長λ1の光の透過を許容しつつ、波長λ2の光の透過を抑制するように構成される。下流側光フィルタ部６０は、波長λ2の光の透過を許容しつつ、波長λ1の光の透過を抑制するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素イオンが添加されたコアと、前記希土類元素イオンを励起する励起光を伝搬可能な光導波路を有するクラッド層とを含む増幅用光ファイバと、
第１の波長を有する第１の励起光を生成し、前記増幅用光ファイバの第１の端部側から前記増幅用光ファイバの前記クラッド層に前記第１の励起光を導入可能な少なくとも１つの第１の励起光源と、
前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の励起光を生成し、前記増幅用光ファイバの第２の端部側から前記増幅用光ファイバの前記クラッド層に前記第２の励起光を導入可能な少なくとも１つの第２の励起光源と、
前記少なくとも１つの第１の励起光源と前記増幅用光ファイバとの間に接続される第１の光フィルタ部であって、前記第１の波長の光の透過を許容しつつ、前記第２の波長の光の透過を抑制するように構成される第１の光フィルタ部と
を備える、ファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記第２の波長における前記希土類元素イオンに対する吸収スペクトルのピークは、前記第１の波長における前記希土類元素イオンに対する吸収スペクトルのピークよりも低い、請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記第１の光フィルタ部は、
コアと、
前記コアの周囲に配置される複数のクラッド層と
を備え、
前記第１の光フィルタ部の前記コアは、信号光の波長の光を反射するように光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するコアグレーティング部を有する、
請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記第１の光フィルタ部の複数のクラッド層は、少なくとも前記第１の励起光が伝搬する第１の励起光導波路を形成する励起光伝搬クラッド層を含み、
前記第１の光フィルタ部の前記励起光伝搬クラッド層は、前記第２の励起光の少なくとも一部を反射するように光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部を有する、
請求項３に記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記第１の光フィルタ部は、
コアと、
前記コアの周囲に配置される複数のクラッド層と
を備え、
前記第１の光フィルタ部の複数のクラッド層は、少なくとも前記第１の励起光が伝搬する第１の励起光導波路を形成する励起光伝搬クラッド層を含み、
前記第１の光フィルタ部の前記励起光伝搬クラッド層は、前記第２の励起光の少なくとも一部を反射するように光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部を有する、
請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１の励起光源は、複数の第１の励起光源を含み、
前記ファイバレーザ装置は、前記複数の第１の励起光源からの第１の励起光を結合して前記増幅用光ファイバに導入する第１の光コンバイナをさらに備え、
前記第１の光フィルタ部は、前記第１の光コンバイナと前記増幅用光ファイバとの間に設けられる、
請求項１から５のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの第１の励起光源は、複数の第１の励起光源を含み、
前記ファイバレーザ装置は、前記複数の第１の励起光源からの第１の励起光を結合して前記増幅用光ファイバに導入する第１の光コンバイナをさらに備え、
前記第１の光フィルタ部は、前記複数の第１の励起光源のうち少なくとも１つと前記第１の光コンバイナとの間に接続される、
請求項１から５のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項８】
前記第１の光フィルタ部は、信号光の波長の光の透過を抑制するように構成される、請求項７に記載のファイバレーザ装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの第２の励起光源と前記増幅用光ファイバとの間に接続される第２の光フィルタ部であって、前記第２の波長の光の透過を許容しつつ、前記第１の波長の光の透過を抑制するように構成される第２の光フィルタ部をさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１０】
前記第２の光フィルタ部は、
コアと、
前記コアの周囲に配置される複数のクラッド層と
を備え、
前記第２の光フィルタ部の前記コアは、信号光の波長の光を反射するように光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するコアグレーティング部を有する、
請求項９に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１１】
前記第２の光フィルタ部の複数のクラッド層は、少なくとも前記第２の励起光が伝搬する第２の励起光導波路を形成する励起光伝搬クラッド層を含み、
前記第２の光フィルタ部の前記励起光伝搬クラッド層は、前記第１の励起光の少なくとも一部を反射するように光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部を有する、
請求項１０に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１２】
前記第２の光フィルタ部は、
コアと、
前記コアの周囲に配置される複数のクラッド層と
を備え、
前記第２の光フィルタ部の複数のクラッド層は、少なくとも前記第２の励起光が伝搬する第２の励起光導波路を形成する励起光伝搬クラッド層を含み、
前記第２の光フィルタ部の前記励起光伝搬クラッド層は、前記第１の励起光の少なくとも一部を反射するように光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部を有する、
請求項９に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの第２の励起光源は、複数の第２の励起光源を含み、
前記ファイバレーザ装置は、前記複数の第２の励起光源からの第２の励起光を結合して前記増幅用光ファイバに導入する第２の光コンバイナをさらに備え、
前記第２の光フィルタ部は、前記第２の光コンバイナと前記増幅用光ファイバとの間に設けられる、
請求項９から１２のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの第２の励起光源は、複数の第２の励起光源を含み、
前記ファイバレーザ装置は、前記複数の第２の励起光源からの第２の励起光を結合して前記増幅用光ファイバに導入する第２の光コンバイナをさらに備え、
前記第２の光フィルタ部は、前記複数の第２の励起光源のうち少なくとも１つと前記第２の光コンバイナとの間に接続される、
請求項９から１２のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
【請求項１５】
前記第２の光フィルタ部は、信号光の波長の光の透過を抑制するように構成される、請求項１４に記載のファイバレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザ装置に係り、特に双方向励起型のファイバレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ファイバレーザ装置においては、例えば、コアの周囲に内側クラッドと外側クラッドとを形成したダブルクラッドファイバが用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。この種のダブルクラッドファイバでは、コアの周囲を覆う内側クラッドに励起光が入射され、この内側クラッドを導波路として励起光が伝搬する。光増幅部では、内側クラッドを伝搬する励起光がコアを通過する際に、コアに添加された希土類元素イオンが励起光によって励起され、信号光が増幅される。
【０００３】
このような励起光を光増幅部に導入する方法として、光増幅部の両側から励起光を導入する双方向励起型の方法が知られている。この双方向励起型のシステムは、光増幅部の片側から励起光を導入する場合に比べて２倍の励起光を光増幅部に導入できるため、ファイバレーザ装置のさらなる高出力化に利用されることが期待されている。
【０００４】
上述したファイバレーザ装置においては、内側クラッドを伝搬する励起光のうち光増幅部のコアで吸収されなかった励起光は、残留励起光となって内側クラッドを伝搬していくことになる。双方励起型のファイバレーザ装置の場合には、一方の励起光源から導入された励起光が光増幅部のコアで吸収されないまま残留励起光となると、この残留励起光が他方の励起光源に至り、励起光源の信頼性が低下する原因となることが考えられる。特に、近年のレーザ装置の高出力化に伴い、このような残留励起光のパワーも大きくなりつつあるため、残留励起光の問題がより顕著になってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／００１７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、残留励起光に起因する発熱や故障の可能性を低減することができるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、残留励起光に起因する発熱や故障の可能性を低減することができるファイバレーザ装置が提供される。このファイバレーザ装置は、希土類元素イオンが添加されたコアと、上記希土類元素イオンを励起する励起光を伝搬可能な光導波路を有するクラッド層とを含む増幅用光ファイバと、第１の波長を有する第１の励起光を生成し、上記増幅用光ファイバの第１の端部側から上記増幅用光ファイバの上記クラッド層に上記第１の励起光を導入可能な少なくとも１つの第１の励起光源と、上記第１の波長とは異なる第２の波長を有する第２の励起光を生成し、上記増幅用光ファイバの第２の端部側から上記増幅用光ファイバの上記クラッド層に上記第２の励起光を導入可能な少なくとも１つの第２の励起光源と、上記少なくとも１つの第１の励起光源と上記増幅用光ファイバとの間に接続される第１の光フィルタ部とを備える。上記第１の光フィルタ部は、上記第１の波長の光の透過を許容しつつ、上記第２の波長の光の透過を抑制するように構成される。上記第２の波長における前記希土類元素イオンに対する吸収スペクトルのピークは、上記第１の波長における前記希土類元素イオンに対する吸収スペクトルのピークよりも低くてもよい。
【０００８】
このような構成によれば、第２の励起光源から増幅用光ファイバの内側クラッドに導入された第２の励起光のうち、増幅用光ファイバのコアに吸収されなかった残留励起光が第１の光フィルタ部を越えて伝搬することが抑制される。したがって、第２の励起光に起因する残留励起光による第１の励起光源の発熱や故障の可能性を低減することができる。
【０００９】
上記第１の光フィルタ部は、上記第１の波長の光は透過し、上記第２の波長の光を反射するように構成されていてもよい。より具体的には、上記第１の光フィルタ部は、コアと、上記コアの周囲に配置される複数のクラッド層とを備え、上記第１の光フィルタ部の複数のクラッド層は、少なくとも上記第１の励起光が伝搬する第１の励起光導波路を形成する励起光伝搬クラッド層を含んでいてもよい。上記第１の光フィルタ部の上記励起光伝搬クラッド層は、上記第２の励起光の少なくとも一部を反射するように光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部を有していてもよい。
【００１０】
このように、第１の波長の光は透過し、第２の波長の光を反射するように第１のフィルタ部を構成することにより、第１の励起光源に向かう第２の波長の第２の励起光を第１の光フィルタ部で反射させて増幅用光ファイバに戻すことができる。このように第２の励起光を増幅用光ファイバに戻すことで、第２の励起光を増幅用光ファイバのコアで再吸収させることが可能となるのでファイバレーザ装置の出力効率が高まる。
【００１１】
上記第１の光フィルタ部の上記コアは、上記増幅用光ファイバで増幅される波長の光を反射するように光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するコアグレーティング部を有していてもよい。このようなコアグレーティング部を形成することにより、光共振器を構成するファイバブラッググレーティング部として第１の光フィルタ部を用いることができる。この場合、従来のファイバレーザ装置で用いられている光共振器のファイバブラッググレーティング部を第１のフィルタ部に一体化することができる。したがって、融着接続点が減ることによって光損失が低減するとともに、部品点数が減ることによって製造コストが低減する。
【００１２】
上記少なくとも１つの第１の励起光源は、複数の第１の励起光源を含み、上記ファイバレーザ装置は、上記複数の第１の励起光源からの第１の励起光を結合して上記増幅用光ファイバに導入する第１の光コンバイナをさらに備えることが好ましい。このように複数の励起光源を含むことによりファイバレーザ装置の高出力化を図ることができる。
【００１３】
この場合において、上記第１の光フィルタ部は、上記第１の光コンバイナと上記増幅用光ファイバとの間に設けられていてもよい。このような第１の光フィルタ部によって、増幅用光ファイバのコアに吸収されなかった第２の励起光が第１の光フィルタ部を越えて第１の光コンバイナに伝搬することが抑制される。したがって、第２の励起光に起因する残留励起光による第１の光コンバイナの発熱や故障の可能性を低減することができる。
【００１４】
あるいは、上記第１の光フィルタ部は、上記複数の第１の励起光源のうち少なくとも１つと上記第１の光コンバイナとの間に接続されていてもよい。この場合においては、上記第１の光フィルタ部は、信号光の波長の光の透過を抑制するように構成されることが好ましい。このような構成によれば、増幅用光ファイバのコアに吸収されなかった第２の励起光とともに増幅用光ファイバで増幅された信号光が、第１の光フィルタ部を越えて第１の励起光源に伝搬することが抑制される。したがって、第２の励起光及び信号光による第１の励起光源の発熱や故障の可能性を低減することができる。
【００１５】
上記ファイバレーザ装置は、上記少なくとも１つの第２の励起光源と上記増幅用光ファイバとの間に接続される第２の光フィルタ部をさらに備えていてもよい。この第２の光フィルタ部は、上記第２の波長の光の透過を許容しつつ、上記第１の波長の光の透過を抑制するように構成される。このような構成によれば、第１の励起光源から増幅用光ファイバの内側クラッドに導入された第１の励起光のうち、増幅用光ファイバのコアに吸収されなかった残留励起光が第２の光フィルタ部を越えて伝搬することが抑制される。したがって、第１の励起光に起因する残留励起光による第２の励起光源の発熱や故障の可能性を低減することができる。
【００１６】
上記第２の光フィルタ部は、上記第２の波長の光は透過し、上記第１の波長の光を反射するように構成されていてもよい。より具体的には、上記第２の光フィルタ部は、コアと、上記コアの周囲に配置される複数のクラッド層とを備え、上記第２の光フィルタ部の複数のクラッド層は、少なくとも上記第２の励起光が伝搬する第２の励起光導波路を形成する励起光伝搬クラッド層を含んでいてもよい。上記第２の光フィルタ部の上記励起光伝搬クラッド層は、上記第１の励起光の少なくとも一部を反射するように光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部を有していてもよい。
【００１７】
このように、第２の波長の光は透過し、第１の波長の光を反射するように第２のフィルタ部を構成することにより、第２の励起光源に向かう第１の波長の第１の励起光を第２の光フィルタ部で反射させて増幅用光ファイバに戻すことができる。このように第１の励起光を増幅用光ファイバに戻すことで、第１の励起光を増幅用光ファイバのコアで再吸収させることが可能となるのでファイバレーザ装置の出力効率が高まる。
【００１８】
上記第２の光フィルタ部の上記コアは、上記増幅用光ファイバで増幅される波長の光を反射するように光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するコアグレーティング部を有していてもよい。このようなコアグレーティング部を形成することにより、光共振器を構成するファイバブラッググレーティング部として第２の光フィルタ部を用いることができる。この場合、従来のファイバレーザ装置で用いられている光共振器のファイバブラッググレーティング部を第２のフィルタ部に一体化することができる。したがって、融着接続点が減ることによって光損失が低減するとともに、部品点数が減ることによって製造コストが低減する。
【００１９】
上記少なくとも１つの第２の励起光源は、複数の第２の励起光源を含み、上記ファイバレーザ装置は、上記複数の第２の励起光源からの第２の励起光を結合して上記増幅用光ファイバに導入する第２の光コンバイナをさらに備えることが好ましい。このように複数の励起光源を含むことによりファイバレーザ装置の高出力化を図ることができる。
【００２０】
上記第２の光フィルタ部は、上記第２の光コンバイナと上記増幅用光ファイバとの間に設けられていてもよい。このような第２の光フィルタ部によって、増幅用光ファイバのコアに吸収されなかった第１の励起光が第２の光フィルタ部を越えて第２の光コンバイナに伝搬することが抑制される。したがって、第１の励起光に起因する残留励起光による第２の光コンバイナの発熱や故障の可能性を低減することができる。
【００２１】
あるいは、上記第２の光フィルタ部は、上記複数の第２の励起光源のうち少なくとも１つと上記第２の光コンバイナとの間に接続されていてもよい。この場合においては、上記第２の光フィルタ部は、信号光の波長の光の透過を抑制するように構成されることが好ましい。このような構成によれば、増幅用光ファイバのコアに吸収されなかった第１の励起光とともに増幅用光ファイバで増幅された信号光が、第２の光フィルタ部を越えて第２の励起光源に伝搬することが抑制される。したがって、第１の励起光及び信号光による第２の励起光源の発熱や故障の可能性を低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、残留励起光に起因する発熱や故障の可能性を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態におけるファイバレーザ装置の全体構成を示す模式的ブロック図である。
【図２】図２は、図１のファイバレーザ装置における増幅用光ファイバの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、図１のファイバレーザ装置における上流側光フィルタ部を光軸に垂直な面で切断したときの構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、図３の上流側光フィルタ部を光軸に平行な面で切断したときの構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、図１のファイバレーザ装置における下流側光フィルタ部を光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５の下流側光フィルタ部又は図４の上流側光フィルタ部の製造方法の一例を説明するための図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５の下流側光フィルタ部又は図４の上流側光フィルタ部の製造方法の他の例を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態におけるファイバレーザ装置の全体構成を示す模式的ブロック図である。
【図８】図８は、図７のファイバレーザ装置における上流側光フィルタ部を光軸に平行な面で切断したときの構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図９】図９は、図７のファイバレーザ装置における下流側光フィルタ部を光軸に平行な面で切断したときの構成の一例を模式的に示す断面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図９の下流側光フィルタ部又は図８の上流側光フィルタ部の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図９の下流側光フィルタ部又は図８の上流側光フィルタ部の製造方法の他の例を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施形態におけるファイバレーザ装置の全体構成を示す模式的ブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施形態におけるファイバレーザ装置の全体構成を示す模式的ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係るファイバレーザ装置の実施形態について図１から図１２を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１２において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図１２においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるファイバレーザ装置１の全体構成を示す模式的ブロック図である。図１に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置１は、増幅用光ファイバ１０を含む光共振器２と、光共振器２の上流側から光共振器２に励起光Ｐ1を導入可能な複数の前方励起光源２１（第１の励起光源）と、これらの前方励起光源２１からの励起光Ｐ1を結合して光共振器２に出力可能な上流側光コンバイナ３１（第１の光コンバイナ）と、光共振器２の下流側から光共振器２に励起光Ｐ2を導入可能な複数の後方励起光源２２（第２の励起光源）と、これらの後方励起光源２２からの励起光Ｐ2を結合して光共振器２に出力可能な下流側光コンバイナ３２（第２の光コンバイナ）と、下流側光コンバイナ３２から延びるデリバリファイバ４０と、デリバリファイバ４０の下流側の端部に設けられたレーザ出射部４１と、増幅用光ファイバ１０と上流側光コンバイナ３１との間に接続される上流側光フィルタ部５０（第１の光フィルタ部）と、増幅用光ファイバ１０と下流側光コンバイナ３２との間に接続される下流側光フィルタ部６０（第２の光フィルタ部）とを備えている。なお、本明細書では、特に言及されていない場合には、光共振器２からレーザ光Ｌが出射される方向を「下流側」といい、それとは逆の方向を「上流側」ということとする。
【００２６】
図２は、増幅用光ファイバ１０の構造を模式的に示す断面図である。図２に示すように、増幅用光ファイバ１０は、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）、イットリウム（Ｙ）などの希土類元素イオンが添加されたコア１１と、コア１１の周囲を覆う内側クラッド層１２と、内側クラッド層１２の周囲を覆う外側クラッド層１３とを有している。内側クラッド層１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低くなっており、コア１１の内側には光導波路が形成される。外側クラッド層１３の屈折率は内側クラッド層１２の屈折率よりも低くなっており、内側クラッド層１２の内側にも光導波路が形成される。
【００２７】
図１に示すように、光共振器２は、増幅用光ファイバ１０の上流部に形成された高反射ファイバブラッググレーティング部（高反射ＦＢＧ部）１４と、増幅用光ファイバ１０の下流部に形成された低反射ファイバブラッググレーティング部（低反射ＦＢＧ部）１６とを含んでいる。高反射ＦＢＧ部１４は、光軸方向に沿ってコアの屈折率を周期的に変化させて形成されるもので、所定の波長帯の光を１００％に近い反射率で反射するものである。低反射ＦＢＧ部１６は、高反射ＦＢＧ部１４と同様に、光軸方向に沿ってコアの屈折率を周期的に変化させて形成されるもので、高反射ＦＢＧ部１４で反射される波長帯の光の一部（例えば９０％）を通過させ、残りを反射するものである。
【００２８】
前方励起光源２１は、例えば、増幅用光ファイバ１０のコア１１にＹｂが添加される場合には、発振波長９７５ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザにより構成され、波長９７５ｎｍ（＝λ1）の励起光Ｐ1を生成するものである。後方励起光源２２は、例えば発振波長９１５ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザにより構成され、波長９１５ｎｍ（＝λ2）の励起光Ｐ2を生成するものである。この例では、Ｙｂイオンに対する吸収スペクトルは、波長λ1におけるピークの方が波長λ2におけるピークよりも高く、波長λ1の励起光Ｐ1の方が波長λ2の励起光Ｐ2よりも増幅用光ファイバ１０のコア１１に吸収されやすい。
【００２９】
上流側光コンバイナ３１は、前方励起光源２１から出力される波長λ1の励起光Ｐ1を結合してこの励起光Ｐ1を増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２に導入するように構成されている。また、下流側光コンバイナ３２は、後方励起光源２２から出力される波長λ2の励起光Ｐ2を結合してこの励起光Ｐ2を増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２に導入するように構成されている。これにより、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２の内側に形成される光導波路には、上流側から波長λ1の励起光Ｐ1が導入され、下流側から波長λ2の励起光Ｐ2が導入される。
【００３０】
光共振器２において、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２を伝搬する励起光Ｐ1及び励起光Ｐ2は、それぞれコア１１を通過する際に希土類元素イオンに吸収され、この希土類元素イオンが励起されて自然放出光が生じる。この自然放出光が高反射ＦＢＧ部１４と低反射ＦＢＧ部１６との間で再帰的に反射され、特定の波長λ3（例えば１０６４ｎｍ）の光が増幅されてレーザ発振が生じる。光共振器２で増幅された波長λ3のレーザ光（以下、「信号光」という）Ｌは、増幅用光ファイバ１０のコア１１内を伝搬し、その一部が低反射ＦＢＧ部１６を透過して下流側に伝搬する。低反射ＦＢＧ部１６を透過したレーザ光Ｌは、デリバリファイバ４０を通ってレーザ出射部４１から例えば被加工物に向けて出射される。
【００３１】
上流側光フィルタ部５０は、前方励起光源２１から出力される波長λ1の励起光Ｐ1の透過は許容するが、後方励起光源２２から出力される波長λ2の励起光Ｐ2の透過を抑制するように構成されている。例えば、特定の吸収材（例えば可飽和吸収体（ＳＥＳＡＭ（半導体可飽和吸収ミラー）、カーボンナノチューブやグラフェンなど））を用いて、波長λ2の励起光Ｐ2は吸収するが波長λ1の励起光Ｐ1は吸収しないように上流側光フィルタ部５０を構成することができる。この場合、励起光Ｐ1の吸収が励起光Ｐ2の吸収よりも大きくなるように前方励起光源２１及び後方励起光源２２の出力を制御してもよい。また、このような制御を行わなくても、上流側光フィルタ部５０は前方励起光源２１に直接接続されているため、前方励起光源２１からの励起光Ｐ1の光強度が高く上流側光フィルタ部５０で吸収されずに透過するが、上流側光フィルタ部５０と後方励起光源２２との間には光共振器２があるため、後方励起光源２２から上流側光フィルタ部５０に至る励起光Ｐ2は残留成分であり光強度が低く、上記吸収材で吸収可能な光強度以下である励起光Ｐ2は上流側光フィルタ部５０で吸収されることも考えられる。
【００３２】
また、光カプラなどを用いて特定の波長の光（波長λ2の励起光Ｐ2）を外部に分離するように上流側光フィルタ部５０を構成することができる。あるいは、後述するようにファイバブラッググレーティング技術を用いて、波長λ2の励起光Ｐ2は反射するが波長λ1の励起光Ｐ1は透過するように上流側光フィルタ部５０を構成することができる。
【００３３】
下流側光フィルタ部６０は、後方励起光源２２から出力される波長λ2の励起光Ｐ2の透過は許容するが、前方励起光源２１から出力される波長λ1の励起光Ｐ1の透過は抑制するように構成されている。例えば、特定の吸収材（例えば可飽和吸収体（ＳＥＳＡＭ（半導体可飽和吸収ミラー）、カーボンナノチューブやグラフェンなど））を用いて、波長λ1の励起光Ｐ1は吸収するが波長λ2の励起光Ｐ2は吸収しないように下流側光フィルタ部６０を構成することができる。この場合、励起光Ｐ2の吸収が励起光Ｐ1の吸収よりも大きくなるように前方励起光源２１及び後方励起光源２２の出力を制御してもよい。また、このような制御を行わなくても、下流側光フィルタ部６０は後方励起光源２２に直接接続されているため、後方励起光源２２からの励起光Ｐ2の光強度が高く下流側光フィルタ部６０で吸収されずに透過するが、下流側光フィルタ部６０と前方励起光源２１との間には光共振器２があるため、前方励起光源２１から下流側光フィルタ部６０に至る励起光Ｐ1は残留成分であり光強度が低く、上記吸収材で吸収可能な光強度以下である励起光Ｐ１は下流側光フィルタ部６０で吸収されることも考えられる。
【００３４】
また、光カプラなどを用いて特定の波長の光（波長λ1の励起光Ｐ1）を外部に分離するように下流側光フィルタ部６０を構成することができる。あるいは、後述するようにファイバブラッググレーティング技術を用いて、波長λ1の励起光Ｐ1は反射するが波長λ2の励起光Ｐ2は透過するように下流側光フィルタ部６０を構成することができる。
【００３５】
このような構成のファイバレーザ装置１において、それぞれの前方励起光源２１から出射された波長λ1の励起光Ｐ1は、上流側光コンバイナ３１で結合され、上流側光コンバイナ３１の下流側に位置する上流側光フィルタ部５０に至る。この上流側光フィルタ部５０は、波長λ1の励起光Ｐ1の透過を許容するため、励起光Ｐ1は増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２に導入される。増幅用光ファイバ１０に導入された励起光Ｐ1はコア１１を通過する際に希土類元素イオンに吸収されるが、コア１１に吸収されなかった励起光（残留励起光）Ｐ1は、増幅用光ファイバ１０の下流側に位置する下流側光フィルタ部６０に至る。この下流側光フィルタ部６０は、波長λ1の励起光Ｐ1の透過を抑制するように構成されているため、この下流側光フィルタ部６０によって下流側光フィルタ部６０よりも下流側への残留励起光Ｐ1の伝搬が抑制される。したがって、残留励起光Ｐ1が下流側光コンバイナ３２や後方励起光源２２に至ることが抑制され、残留励起光Ｐ1による下流側光コンバイナ３２や後方励起光源２２の発熱や故障の可能性が低減される。
【００３６】
また、それぞれの後方励起光源２２から出射された波長λ2の励起光Ｐ2は、下流側光コンバイナ３２で結合され、下流側光コンバイナ３２の上流側に位置する下流側光フィルタ部６０に至る。この下流側光フィルタ部６０は、波長λ2の励起光Ｐ2の透過を許容するため、励起光Ｐ2は増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２に導入される。増幅用光ファイバ１０に導入された励起光Ｐ2はコア１１を通過する際に希土類元素イオンに吸収されるが、コア１１に吸収されなかった励起光（残留励起光）Ｐ2は、増幅用光ファイバ１０の上流側に位置する上流側光フィルタ部５０に至る。この上流側光フィルタ部５０は、波長λ2の励起光Ｐ2の透過を抑制するように構成されているため、この上流側光フィルタ部５０によって上流側光フィルタ部５０よりも上流側への残留励起光Ｐ2の伝搬が抑制される。したがって、残留励起光Ｐ2が上流側光コンバイナ３１や前方励起光源２１に至ることが抑制され、残留励起光Ｐ2による上流側光コンバイナ３１や前方励起光源２１の発熱や故障の可能性が低減される。
【００３７】
ここで、上流側光フィルタ部５０において励起光Ｐ2の上流側への透過を抑制するために、上流側光フィルタ部５０は、波長λ2の励起光Ｐ2を反射し、波長λ1の励起光Ｐ1を透過させるように構成されていることが好ましい。このように上流側光フィルタ部５０によって励起光Ｐ2を反射するように構成すれば、上流側に向かう残留励起光Ｐ2を上流側光フィルタ部５０で反射させて増幅用光ファイバ１０に戻すことができる。このように残留励起光Ｐ2を増幅用光ファイバ１０に戻すことで、残留励起光Ｐ2を増幅用光ファイバ１０のコア１１で再吸収させることが可能となるのでファイバレーザ装置１の出力効率が高まる。また、残留励起光Ｐ2がさらに後方励起光源２２に戻ることも考えられるが、増幅用光ファイバ１０で再吸収されて残留励起光Ｐ2の強度がさらに弱くなるので、残留励起光Ｐ2が後方励起光源２２に到達したとしても、後方励起光源２２の発熱や故障の可能性が低減される。以下、このような上流側光フィルタ部５０の一例を説明する。
【００３８】
図３は、このような上流側光フィルタ部５０を光軸に垂直な面で切断したときの構成の一例を模式的に示す断面図、図４は、光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。図３及び図４に示すように、上流側光フィルタ部５０は、例えばＳｉＯ2からなるコア５１と、コア５１の周囲を覆う内側クラッド層５２と、内側クラッド層５２の周囲を覆う外側クラッド層５３とを有している。内側クラッド層５２には、感光性を与えるドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されている。このＧｅの添加により内側クラッド層５２の屈折率が上昇してしまうので、屈折率を低下させるドーパントであるホウ素（Ｂ）又はフッ素（Ｆ）又はホウ素とフッ素の混合物も内側クラッド層５２に添加されている。ＧｅとＢとを同時に添加することで感光性が高まるという報告もあるため、感光性を向上させる観点からもＧｅとＢの両方が内側クラッド層５２に添加されていることが好ましい。上流側光フィルタ部５０のコア５１及び内側クラッド層５２はそれぞれ増幅用光ファイバ１０のコア１１及び内側クラッド層１２と光学的に結合されている。
【００３９】
内側クラッド層５２の屈折率はコア５１の屈折率よりも低くなっている。また、外側クラッド層５３の屈折率は内側クラッド層５２の屈折率よりも低くなっており、内側クラッド層５２の内側には、前方励起光源２１からの励起光Ｐ1が伝搬可能な第１の励起光導波路が形成される。このように、本実施形態における内側クラッド層５２は、前方励起光源２１からの励起光Ｐ1が伝搬可能な第１の励起光導波路を有する励起光導波クラッド層となっている。
【００４０】
図４に示すように、上流側光フィルタ部５０の内側クラッド層５２は、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部５４を有している。このクラッドグレーティング部５４は、内側クラッド層５２の他の部分５６よりも屈折率が高くなった屈折率変化部５８を複数個含んでおり、当該他の部分５６を含んでいる。これらの屈折率変化部５８は、光軸方向に沿って所定の格子間隔ｄ2で配置されており、その屈折率はコア５１の屈折率よりも低くなっている。このような屈折率変化部５８を含むクラッドグレーティング部５４は、以下のブラッグ反射の式（１）により表される波長λBの光を反射する。
λB＝２×ｎeff52×ｄ2    ・・・（１）
ここで、ｎeff52は上流側光フィルタ部５０の内側クラッド層５２の伝搬モードの実効屈折率である。
【００４１】
後方励起光源２２からの励起光Ｐ2の波長はλ2であるから、以下の式（２）で示される格子間隔ｄ2で屈折率変化部５８を形成すれば、上流側光フィルタ部５０の内側クラッド層５２を伝搬する波長λ2の励起光Ｐ2はクラッドグレーティング部５４により反射され、反射励起光Ｐ2’として下流側に戻ることとなる。
ｄ2＝λ2／（２×ｎeff52）    ・・・（２）
【００４２】
上述のように、後方励起光源２２から出力された励起光Ｐ2は増幅用光ファイバ１０に導入され、増幅用光ファイバ１０に導入された励起光Ｐ2はコア１１を通過する際に希土類元素イオンに吸収されるが、コア１１に吸収されなかった励起光（残留励起光）Ｐ2は、増幅用光ファイバ１０の上流側に位置する上流側光フィルタ部５０の内側クラッド層５２を伝搬する。この残留励起光Ｐ2は、波長λ2を有しているため、上述した上流側光フィルタ部５０のクラッドグレーティング部５４によって反射され、反射励起光Ｐ2’として下流側に戻ることとなる。一方、前方励起光源２１から出力される励起光Ｐ1の波長はλ1であり上記波長λ2とは異なるため、前方励起光源２１からの励起光Ｐ1は上流側光フィルタ部５０のクラッドグレーティング部５４で反射せずにそのまま透過する。
【００４３】
このように、上流側光フィルタ部５０によって残留励起光Ｐ2が上流側光フィルタ部５０よりも上流側に伝搬していくことが抑制されるため、例えば図１の上流側光コンバイナ３１に残留励起光Ｐ2が入射して上流側光コンバイナ３１が発熱又は損傷してしまうことを防ぐことができる。また、残留励起光Ｐ2を上流側光フィルタ部５０のクラッドグレーティング部５４により反射させて反射励起光Ｐ2’を増幅用光ファイバ１０に戻すことができる。このように反射励起光Ｐ2’を増幅用光ファイバ１０に戻すことで、反射励起光Ｐ2’を増幅用光ファイバ１０のコア１１で再吸収させることが可能となるのでファイバレーザ装置１の出力効率が高まる。また、反射励起光Ｐ2’がさらに後方励起光源２２に戻ることも考えられるが、増幅用光ファイバ１０で再吸収されて反射励起光Ｐ2’の強度がさらに弱くなるので、反射励起光Ｐ2’が後方励起光源２２に到達したとしても、後方励起光源２２の発熱や故障の可能性が低減される。
【００４４】
なお、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２を伝搬する残留励起光Ｐ2が上流側光フィルタ部５０の内側クラッド層５２に効率的に導入されるように、上流側光フィルタ部５０の内側クラッド層５２の外径は、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２の外径以上であることが好ましい。また、上流側光フィルタ部５０のクラッドグレーティング部５４で反射した反射励起光Ｐ2’が増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２に効果的に導入されるように、上流側光フィルタ部５０の内側クラッド層５２の外径が増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２の外径と等しいことがより好ましい。
【００４５】
同様に、下流側光フィルタ部６０において励起光Ｐ1の下流側への透過を抑制するために、下流側光フィルタ部６０は、波長λ1の励起光Ｐ1を反射し、波長λ2の励起光Ｐ2を透過させるように構成されていることが好ましい。このように下流側光フィルタ部６０によって励起光Ｐ1を反射するように構成すれば、下流側に向かう残留励起光Ｐ1を下流側光フィルタ部６０で反射させて増幅用光ファイバ１０に戻すことができる。このように残留励起光Ｐ1を増幅用光ファイバ１０に戻すことで、残留励起光Ｐ1を増幅用光ファイバ１０のコア１１で再吸収させることが可能となるのでファイバレーザ装置１の出力効率が高まる。また、残留励起光Ｐ1がさらに前方励起光源２１に戻ることも考えられるが、増幅用光ファイバ１０で再吸収されて残留励起光Ｐ1の強度がさらに弱くなるので、残留励起光Ｐ1が前方励起光源２１に到達したとしても、前方励起光源２１の発熱や故障の可能性が低減される。以下、このような下流側光フィルタ部６０の一例を説明する。
【００４６】
図５は、このような下流側光フィルタ部６０を光軸に平行な面で切断したときの構成の一例を模式的に示す断面図である。図５に示すように、下流側光フィルタ部６０は、上流側光フィルタ部５０と同様に、例えばＳｉＯ2からなるコア６１と、コア６１の周囲を覆う内側クラッド層６２と、内側クラッド層６２の周囲を覆う外側クラッド層６３とを有している。内側クラッド層６２には、感光性を与えるドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されている。このＧｅの添加により内側クラッド層５２の屈折率が上昇してしまうので、屈折率を低下させるドーパントであるホウ素（Ｂ）又はフッ素（Ｆ）又はホウ素とフッ素の混合物も内側クラッド層６２に添加されている。ＧｅとＢとを同時に添加することで感光性が高まるという報告もあるため、感光性を向上させる観点からもＧｅとＢの両方が内側クラッド層６２に添加されていることが好ましい。下流側光フィルタ部６０のコア６１及び内側クラッド層６２はそれぞれ増幅用光ファイバ１０のコア１１及び内側クラッド層１２と光学的に結合されている。
【００４７】
内側クラッド層６２の屈折率はコア６１の屈折率よりも低くなっており、コア６１の内側には信号光Ｌが伝搬可能な光導波路が形成される。また、外側クラッド層６３の屈折率は内側クラッド層６２の屈折率よりも低くなっており、内側クラッド層６２の内側には、後方励起光源２２からの励起光Ｐ2が伝搬可能な第２の励起光導波路が形成される。このように、本実施形態における内側クラッド層６２は、後方励起光源２２からの励起光Ｐ2が伝搬可能な第２の励起光導波路を有する励起光導波クラッド層となっている。
【００４８】
図５に示すように、下流側光フィルタ部６０の内側クラッド層６２は、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部６４を有している。このクラッドグレーティング部６４は、内側クラッド層６２の他の部分６６よりも屈折率が高くなった屈折率変化部６８を複数個含んでおり、当該他の部分６６を含んでいる。これらの屈折率変化部６８は、光軸方向に沿って以下の式（３）で表される格子間隔ｄ1で配置されており、その屈折率はコア６１の屈折率よりも低くなっている。
ｄ1＝λ1／（２×ｎeff62）    ・・・（３）
ここで、ｎeff62は下流側光フィルタ部６０の内側クラッド層６２の伝搬モードの実効屈折率である。このような格子間隔ｄ1で配置された屈折率変化部６８を含むクラッドグレーティング部６４は、下流側光フィルタ部６０の内側クラッド層６２を伝搬する波長λ1の励起光Ｐ1を反射する。
【００４９】
前方励起光源２１から出力された励起光Ｐ1は、上述したように上流側光フィルタ部５０を透過して、増幅用光ファイバ１０に導入される。増幅用光ファイバ１０に導入された励起光Ｐ1はコア１１を通過する際に希土類元素イオンに吸収されるが、コア１１に吸収されなかった励起光（残留励起光）Ｐ1は、増幅用光ファイバ１０の下流側に位置する下流側光フィルタ部６０の内側クラッド層６２を伝搬する。この残留励起光Ｐ1は、波長λ1を有しているため、上述した下流側光フィルタ部６０のクラッドグレーティング部６４によって反射され、反射励起光Ｐ1’として上流側に戻ることとなる。一方、後方励起光源２２からの励起光Ｐ2の波長はλ2であり上記波長λ1とは異なるため、後方励起光源２２からの励起光Ｐ2は下流側光フィルタ部６０のクラッドグレーティング部６４で反射せずにそのまま透過する。
【００５０】
このように、下流側光フィルタ部６０によって残留励起光Ｐ1が下流側光フィルタ部６０よりも下流側に伝搬していくことが抑制されるため、例えば図１の下流側光コンバイナ３２に残留励起光Ｐ1が入射して下流側光コンバイナ３２が発熱又は損傷してしまうことを防ぐことができる。また、残留励起光Ｐ1を下流側光フィルタ部６０のクラッドグレーティング部６４により反射させて反射励起光Ｐ1’を増幅用光ファイバ１０に戻すことができる。このように反射励起光Ｐ1’を増幅用光ファイバ１０に戻すことで、反射励起光Ｐ1’を増幅用光ファイバ１０のコア１１で再吸収させることが可能となるのでファイバレーザ装置１の出力効率が高まる。また、反射励起光Ｐ1’がさらに前方励起光源２１に戻ることも考えられるが、増幅用光ファイバ１０で再吸収されて反射励起光Ｐ1’の強度がさらに弱くなるので、反射励起光Ｐ1’が前方励起光源２１に到達したとしても、前方励起光源２１の発熱や故障の可能性が低減される。
【００５１】
なお、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２を伝搬する残留励起光Ｐ1が下流側光フィルタ部６０の内側クラッド層６２に効率的に導入されるように、下流側光フィルタ部６０の内側クラッド層６２の外径は、増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２の外径以上であることが好ましい。また、下流側光フィルタ部６０のクラッドグレーティング部６４で反射した反射励起光Ｐ1’が増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２に効果的に導入されるように、下流側光フィルタ部６０の内側クラッド層６２の外径が増幅用光ファイバ１０の内側クラッド層１２の外径と等しいことがより好ましい。
【００５２】
上述したクラッドグレーティング部５４を有する上流側光フィルタ部５０やクラッドグレーティング部６４を有する下流側光フィルタ部６０は以下のような方法で製造することができる。例えば、図６Ａに示すように、ＳｉＯ2からなるコア７１と、コア７１の周囲を覆う内側クラッド層７２と、内側クラッド層７２の周囲を覆う外側クラッド層７３とを含む基材光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）７０を用意する。この基材光ファイバ７０のコア７１にはドーパントが添加されていない。
【００５３】
一方、基材光ファイバ７０の内側クラッド層７２には、感光性を与えるドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されている。このＧｅの添加により内側クラッド層７２の屈折率が上昇してしまうので、屈折率を低下させるドーパントであるホウ素（Ｂ）も内側クラッド層７２に添加される。ホウ素に代えてフッ素（Ｆ）又はホウ素とフッ素の混合物を内側クラッド層７２に添加してもよい。ＧｅとＢとを同時に添加することで感光性が高まるという報告もあるため、感光性を向上させる観点からもＧｅとＢの両方を内側クラッド層７２に添加することが好ましい。これらのＧｅとＢの添加量は、内側クラッド層７２の屈折率がコア７１の屈折率よりも低くなるように調整される。
【００５４】
このような基材光ファイバ７０に、位相マスク法や二光束干渉法などの公知の方法を用いて光軸方向に沿って周期的な強度分布を有する光（紫外光）を半径方向から照射する。これにより、内側クラッド層７２の屈折率が、照射される光の強度に応じて局所的に変化し、この変化した状態が半永続的に持続する。この結果、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部を有する光フィルタ部が得られる。このような光フィルタ部は、上述した上流側光フィルタ部５０又は下流側光フィルタ部６０として用いることができる。
【００５５】
なお、基材光ファイバ７０のコア７１には感光性を与えるドーパントが添加されていないため、コア７１に上記紫外線を照射してもコア７１の屈折率は影響を受けない。
【００５６】
また、他の例としては、図６Ｂに示すように、屈折率を上げるためのドーパントであるアルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、及び塩素（Ｃｌ）のうち少なくとも１つをＳｉＯ2に添加したコア８１と、コア８１の周囲を覆う内側クラッド層８２と、内側クラッド層８２の周囲を覆う外側クラッド層８３とを含む基材光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）８０を用いてもよい。コア８１に添加するドーパントは、感光性を高める機能を有していないことが好ましい。内側クラッド層８２には、感光性を与えるドーパントであるＧｅのみを添加するか、あるいは、Ｇｅに加えて屈折率を低下させるドーパントであるＢ（あるいはＦ又はＢとＦの混合物）を添加する。このような基材光ファイバ８０に紫外光を照射することによっても、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部を有する光フィルタ部を得ることができる。このような光フィルタ部は、上述した上流側光フィルタ部５０又は下流側光フィルタ部６０として用いることができる。
【００５７】
図７は、本発明の第２の実施形態におけるファイバレーザ装置１０１の全体構成を示す模式的ブロック図である。本実施形態では、第１の実施形態における上流側光フィルタ部５０と高反射ＦＢＧ部１４に代えて上流側光フィルタ部１５０が設けられており、第１の実施形態における下流側光フィルタ部６０と低反射ＦＢＧ部１６に代えて下流側光フィルタ部１６０が設けられている。
【００５８】
図８は、上流側光フィルタ部１５０を光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。図８に示すように、本実施形態の上流側光フィルタ部１５０は、図５に示す第１の実施形態の上流側光フィルタ部５０の変型例である。上流側光フィルタ部１５０の内側クラッド層５２は、上流側光フィルタ部５０と同様に、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部１５４を有している。このクラッドグレーティング部１５４は、屈折率が高くなった屈折率変化部１５８Ｘ，１５８Ｙを含んでいる。
【００５９】
また、本実施形態の上流側光フィルタ部１５０においては、コア５１も、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するコアグレーティング部１５５を有している。このコアグレーティング部１５５は、屈折率が高くなった屈折率変化部１５７Ｘ，１５７Ｙを含んでいる。クラッドグレーティング部１５４の屈折率変化部１５８Ｘ，１５８Ｙとコアグレーティング部１５５の屈折率変化部１５７Ｘ，１５７Ｙとは、光軸方向に沿って同一の位置に形成されている。
【００６０】
より具体的には、クラッドグレーティング部１５４は、光軸方向に沿って格子間隔ｄ2で配置された屈折率変化部１５８Ｘと、格子間隔ｄSで配置された屈折率変化部１５８Ｙとを含んでいる。また、コアグレーティング部１５５は、光軸方向に沿って格子間隔ｄ2で配置された屈折率変化部１５７Ｘと、格子間隔ｄSで配置された屈折率変化部１５７Ｙとを含んでいる。これらの格子間隔ｄ2，ｄSは、上流側光フィルタ部１５０の内側クラッド層５２の実効屈折率をｎeff52とし、コア５１の実効屈折率をｎeff51とすると、以下の式（４）及び（５）で表される。
ｄ2＝λ2／（２×ｎeff52）    ・・・（４）
ｄS＝λ3／（２×ｎeff51）    ・・・（５）
【００６１】
上記格子間隔ｄ2で配置された屈折率変化部１５８Ｘを含むクラッドグレーティング部１５４は、内側クラッド層５２を伝搬する波長λ2の励起光Ｐ2を反射する。また、上記格子間隔ｄSで配置された屈折率変化部１５７Ｙを含むコアグレーティング部１５５は、コア５１を伝搬する波長λ3の信号光Ｌを反射する。ここで、コアグレーティング部１５５の屈折率変化部１５７Ｙが存在する光軸方向の長さは、１００％に近い信号光Ｌを反射するように十分に長くされており、コアグレーティング部１５５が第１の実施形態における高反射ＦＢＧ部１４として機能するようになっている。
【００６２】
後方励起光源２２から出力された励起光Ｐ2のうち、増幅用光ファイバ１０のコア１１に吸収されなかった励起光（残留励起光）Ｐ2は、増幅用光ファイバ１０の上流側に位置する上流側光フィルタ部１５０の内側クラッド層５２を伝搬する。この残留励起光Ｐ2は、波長λ2を有しているため、上述した上流側光フィルタ部１５０のクラッドグレーティング部１５４の屈折率変化部１５８Ｘによって反射され、反射励起光Ｐ2’として下流側に戻ることとなる。一方、前方励起光源２１から出力される励起光Ｐ1の波長はλ1であり上記波長λ2とは異なるため、前方励起光源２１からの励起光Ｐ1は上流側光フィルタ部１５０のクラッドグレーティング部１５４で反射せずにそのまま透過する。
【００６３】
また、光共振器２内で生成される信号光Ｌは、増幅用光ファイバ１０のコア１１及び上流側光フィルタ部１５０のコア５１を伝搬する。この信号光Ｌは、波長λ3を有しているため、上述した上流側光フィルタ部１５０のコアグレーティング部１５５の屈折率変化部１５７Ｙによって反射される。
【００６４】
図９は、下流側光フィルタ部１６０を光軸に平行な面で切断したときの構成を模式的に示す断面図である。図９に示すように、本実施形態の下流側光フィルタ部１６０は、図４に示す第１の実施形態の下流側光フィルタ部６０の変形例である。下流側光フィルタ部１６０の内側クラッド層６２は、下流側光フィルタ部６０と同様に、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部１６４を有している。このクラッドグレーティング部１６４は、屈折率が高くなった屈折率変化部１６８Ｘ，１６８Ｙを含んでいる。
【００６５】
また、本実施形態の下流側光フィルタ部１６０においては、コア６１も、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するコアグレーティング部１６５を有している。このコアグレーティング部１６５は、屈折率が高くなった屈折率変化部１６７Ｘ，１６７Ｙを含んでいる。クラッドグレーティング部１６４の屈折率変化部１６８Ｘ，１６８Ｙとコアグレーティング部１６５の屈折率変化部１６７Ｘ，１６７Ｙとは、光軸方向に沿って同一の位置に形成されている。
【００６６】
より具体的には、クラッドグレーティング部１６４は、光軸方向に沿って格子間隔ｄ1で配置された屈折率変化部１６８Ｘと、格子間隔ｄSで配置された屈折率変化部１６８Ｙとを含んでいる。また、コアグレーティング部１６５は、光軸方向に沿って格子間隔ｄ1で配置された屈折率変化部１６７Ｘと、格子間隔ｄSで配置された屈折率変化部１６７Ｙとを含んでいる。これらの格子間隔ｄ1，ｄSは、下流側光フィルタ部１６０の内側クラッド層６２の実効屈折率をｎeff62とし、コア６１の実効屈折率をｎeff61とすると、以下の式（６）及び（７）で表される。
ｄ1＝λ1／（２×ｎeff62）    ・・・（６）
ｄS＝λ3／（２×ｎeff61）    ・・・（７）
【００６７】
上記格子間隔ｄ1で配置された屈折率変化部１６８Ｘを含むクラッドグレーティング部１６４は、内側クラッド層６２を伝搬する波長λ1の励起光Ｐ1を反射する。また、上記格子間隔ｄSで配置された屈折率変化部１６７Ｙを含むコアグレーティング部１６５は、コア５１を伝搬する波長λ3の信号光Ｌを反射する。ここで、コアグレーティング部１６５の屈折率変化部１６７Ｙが存在する光軸方向の長さは、信号光Ｌのうち例えば９０％程度の光Ｌ’を透過させるように調整されており、コアグレーティング部１６５が第１の実施形態における低反射ＦＢＧ部１６として機能するようになっている。
【００６８】
前方励起光源２１から出力された励起光Ｐ1のうち、増幅用光ファイバ１０のコア１１に吸収されなかった励起光（残留励起光）Ｐ1は、増幅用光ファイバ１０の下流側に位置する下流側光フィルタ部１６０の内側クラッド層６２を伝搬する。この残留励起光Ｐ1は、波長λ1を有しているため、上述した下流側光フィルタ部１６０のクラッドグレーティング部１６４の屈折率変化部１６８Ｘによって反射され、反射励起光Ｐ1’として上流側に戻ることとなる。一方、後方励起光源２２から出力される励起光Ｐ2の波長はλ2であり上記波長λ1とは異なるため、後方励起光源２２からの励起光Ｐ2は下流側光フィルタ部１６０のクラッドグレーティング部１６４で反射せずにそのまま透過する。
【００６９】
また、光共振器２内で生成される信号光Ｌは、増幅用光ファイバ１０のコア１１及び下流側光フィルタ部１６０のコア６１を伝搬する。この信号光Ｌは、波長λ3を有しているため、そのほとんどが下流側光フィルタ部１６０のコアグレーティング部１６５の屈折率変化部１６７Ｙによって反射され、その一部の光Ｌ’（例えば９０％）が下流側に伝搬してデリバリファイバ４０を通ってレーザ出射部４１から出射される。
【００７０】
本実施形態においては、上流側光フィルタ部１５０のコアグレーティング部１５５の屈折率変化部１５７Ｙが光共振器２における高反射ファイバブラッググレーティング部として機能し、下流側光フィルタ部１６０のコアグレーティング部１６５の屈折率変化部１６７Ｙが光共振器２における低反射ファイバブラッググレーティング部として機能する。このように、本実施形態では、光共振器２を構成する高反射ＦＢＧ部１４として上流側光フィルタ部１５０を用いることができる。また、光共振器２を構成する低反射ＦＢＧ部１６として下流側光フィルタ部１６０を用いることができる。この場合、第１の実施形態における上流側光フィルタ部５０と高反射ＦＢＧ部１４を一体化するとともに、第１の実施形態における下流側光フィルタ部６０と低反射ＦＢＧ部１６とを一体化することができる。したがって、共振器を構成する高反射ＦＢＧ部１４とは別に上流側光フィルタ部１５０を用いた場合もしくは低反射ＦＢＧ部１６とは別に下流側光フィルタ部１６０を用いた場合と比べ、融着接続点が減ることによって光損失が低減するとともに、部品点数が減ることによって製造コストが低減する。
【００７１】
上述したクラッドグレーティング部１５４を有する上流側光フィルタ部１５０やクラッドグレーティング部１６４を有する下流側光フィルタ部１６０は以下のような方法で製造することができる。例えば、図１０Ａに示すように、ＳｉＯ2に感光性を与えるドーパントであるＧｅを添加したコア１７１と、コア１７１の周囲を覆う内側クラッド１７２と、内側クラッド１７２の周囲を覆う外側クラッド１７３とを含む基材光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）１７０を用意する。基材光ファイバ１７０の内側クラッド１７２にもコア１７１と同様にＧｅが添加されるが、内側クラッド１７２へのＧｅの添加濃度をコア１７１へのＧｅの添加濃度よりも低くする。このＧｅの添加濃度の差により、内側クラッド１７２の屈折率がコア１７１の屈折率よりも低くなっている。このような基材光ファイバ１７０に、位相マスク法や二光束干渉法などの公知の方法を用いて光軸方向に沿って周期的な強度分布を有する光（紫外光）を照射することで、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部及びコアグレーティング部を有する光フィルタ部を得ることができる。このような光フィルタ部は、上述した上流側光フィルタ部１５０又は下流側光フィルタ部１６０として用いることができる。
【００７２】
また、他の方法として、図１０Ｂに示すように、ＳｉＯ2にＧｅを添加したコア１８１と、コア１８１と同程度の濃度でＧｅを添加し、さらにＢも添加した内側クラッド１８２と、内側クラッド１８２の周囲を覆う外側クラッド１８３とを含む基材光ファイバ（ダブルクラッドファイバ）１８０を用いてもよい。このような基材光ファイバ１８０に紫外光を照射することによっても、光軸方向に沿って屈折率が周期的に変化するクラッドグレーティング部及びコアグレーティング部を有する光フィルタ部を得ることができる。このような光フィルタ部は、上述した上流側光フィルタ部１５０又は下流側光フィルタ部１６０として用いることができる。
【００７３】
図１１は、本発明の第３の実施形態におけるファイバレーザ装置２０１の全体構成を示す模式的ブロック図である。本実施形態では、図１１に示すように、それぞれの前方励起光源２１と上流側光コンバイナ３１との間に上流側光フィルタ部２５０が設けられており、それぞれの後方励起光源２２と下流側光コンバイナ３２との間に下流側光フィルタ部２６０が設けられている。
【００７４】
上流側光フィルタ部２５０は、前方励起光源２１から出力される波長λ1の励起光Ｐ1の透過は許容するが、後方励起光源２２から出力される波長λ2の励起光Ｐ2の透過は抑制するように構成されている。また、上流側光フィルタ部２５０は、光共振器２の増幅用光ファイバ１０で増幅される波長λ3の光（信号光）Ｌの透過を抑制するように構成されている。例えば、特定の吸収材を用いて、波長λ2の励起光Ｐ2及び波長λ3の信号光Ｌは吸収するが波長λ1の励起光Ｐ1は吸収しないように上流側光フィルタ部２５０を構成することができる。あるいは、光カプラなどを用いて特定の波長の光（波長λ2の励起光Ｐ2及び波長λ3の信号光Ｌ）を外部に分離するように上流側光フィルタ部２５０を構成することができる。あるいは、上述したファイバブラッググレーティング技術を用いて、波長λ2の励起光Ｐ2及び波長λ3の信号光Ｌは反射するが波長λ1の励起光Ｐ1は透過するように上流側光フィルタ部２５０を構成することができる。
【００７５】
このような上流側光フィルタ部２５０により、増幅用光ファイバ１０のコア１１に吸収されなかった残留励起光Ｐ2とともに増幅用光ファイバ１０で増幅された信号光Ｌが、上流側光フィルタ部２５０を越えて前方励起光源２１に伝搬することが抑制される。したがって、残留励起光Ｐ2と及び信号光Ｌによる前方励起光源２１の発熱や故障の可能性を低減することができる。
【００７６】
下流側光フィルタ部２６０は、後方励起光源２２から出力される波長λ2の励起光Ｐ2の透過は許容するが、前方励起光源２１から出力される波長λ1の励起光Ｐ1の透過は抑制するように構成されている。また、下流側光フィルタ部２６０は、光共振器２の増幅用光ファイバ１０で増幅される波長λ3の光（信号光）Ｌの透過を抑制するように構成されている。例えば、特定の吸収材を用いて、波長λ1の励起光Ｐ1及び波長λ3の信号光Ｌは吸収するが波長λ2の励起光Ｐ2は吸収しないように下流側光フィルタ部２６０を構成することができる。あるいは、光カプラなどを用いて特定の波長の光（波長λ1の励起光Ｐ1及び波長λ3の信号光Ｌ）を外部に分離するように下流側光フィルタ部２６０を構成することができる。あるいは、上述したファイバブラッググレーティング技術を用いて、波長λ1の励起光Ｐ1及び波長λ3の信号光Ｌは反射するが波長λ2の励起光Ｐ2は透過するように下流側光フィルタ部２６０を構成することができる。
【００７７】
このような下流側光フィルタ部２６０により、増幅用光ファイバ１０のコア１１に吸収されなかった残留励起光Ｐ1とともに増幅用光ファイバ１０で増幅された信号光Ｌが、下流側光フィルタ部２６０を越えて後方励起光源２２に伝搬することが抑制される。したがって、残留励起光Ｐ1と及び信号光Ｌによる後方励起光源２２の発熱や故障の可能性を低減することができる。
【００７８】
また、上述した光フィルタ部をファイバリングレーザ装置に適用することも可能である。図１２は、本発明の第４の実施形態におけるファイバレーザ装置３０１の全体構成を示す模式的ブロック図であり、この実施形態のファイバレーザ装置３０１は、光共振器をすべて光ファイバで構成したファイバリングレーザ装置となっている。
【００７９】
図１２に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置３０１は、リング状に接続された光ファイバから構成される光共振器３０２を有している。この光共振器３０２は、信号光Ｌを一方向に伝搬させるためのアイソレータ３１０と、光スイッチ素子３２０と、デリバリファイバ４０を介してレーザ出射部４１に接続される出力光コンバイナ３３０とを含んでいる。波長λ1の励起光Ｐ1を出射する第１の励起光源２１は、光コンバイナ３１を介して増幅用光ファイバ１０の一端側に接続されており、波長λ2の励起光Ｐ2を出射する第２の励起光源２２は、光コンバイナ３２を介して増幅用光ファイバ１０の他端側に接続されている。
【００８０】
光コンバイナ３１と第１の励起光源２１との間には第１の光フィルタ部３５０が接続されており、光コンバイナ３２と第２の励起光源２２との間には第２の光フィルタ部３６０が接続されている。第１の光フィルタ部３５０は、第１の励起光源２１から出力される波長λ1の励起光Ｐ1の透過は許容するが、第２の励起光源２２から出力される波長λ2の励起光Ｐ2及び光共振器３０２で増幅される波長λ3の信号光Ｌの透過を抑制するように構成されている。第２の光フィルタ部３６０は、第２の励起光源２２から出力される波長λ2の励起光Ｐ2の透過は許容するが、第１の励起光源２１から出力される波長λ1の励起光Ｐ1及び光共振器３０２で増幅される波長λ3の信号光Ｌの透過を抑制するように構成されている。
【００８１】
上記第１の光フィルタ部３５０により、増幅用光ファイバ１０のコア１１に吸収されなかった残留励起光Ｐ2が第１の光フィルタ部３５０を越えて励起光源２１に伝搬することが抑制されるともに、増幅用光ファイバ１０で増幅された信号光Ｌも第１の光フィルタ部３５０を越えて第１の励起光源２１に伝搬することが抑制される。したがって、残留励起光Ｐ2と及び信号光Ｌによる第１の励起光源２１の発熱や故障の可能性を低減することができる。
【００８２】
また、上記第２の光フィルタ部３６０により、増幅用光ファイバ１０のコア１１に吸収されなかった残留励起光Ｐ1が第２の光フィルタ部３６０を越えて第２の励起光源２２に伝搬することが抑制されるともに、増幅用光ファイバ１０で増幅された信号光Ｌが、第２の光フィルタ部３６０を越えて第２の励起光源２２に伝搬することが抑制される。したがって、残留励起光Ｐ1と及び信号光Ｌによる第２の励起光源２２の発熱や故障の可能性を低減することができる。
【００８３】
上述した実施形態においては、内側クラッドと外側クラッドの２層のクラッド層を有する光フィルタ部について説明したが、光フィルタ部のクラッド層の数はこれに限られるものではなく、光フィルタ部が３層以上のクラッド層を有していてもよい。また、上述した実施形態では、光フィルタ部の内側クラッド層が、励起光が伝搬する励起光導波路を形成する励起光導波クラッド層として機能する場合の例を説明したが、光フィルタ部が３層以上のクラッド層を有する場合には、残留励起光が伝搬する励起光導波路が形成された任意のクラッド層を励起光導波クラッド層とすることができる。
【００８４】
また、上述した実施形態では、増幅用光ファイバ１０の両側に光フィルタ部を設けた例を説明したが、増幅用光ファイバ１０の一方の側にのみ上述した光フィルタ部を設けてもよい。このように増幅用光ファイバ１０の一方の側にのみ光フィルタ部を設ける場合には、前方励起光源と後方励起光源のうち、希土類元素イオンに対する吸収スペクトルのピークが低い波長の励起光を生成する励起光源が接続される側とは反対側で残留励起光が多く生じる傾向があるため、吸収スペクトルのピークが低い波長の励起光を生成する励起光源（例えば図１の例では後方励起光源２２）が接続される側とは反対側に光フィルタ部を設けることが好ましい。
【００８５】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００８６】
１      ファイバレーザ装置
２      光共振器
１０      増幅用光ファイバ
１１      コア
１２      内側クラッド層
１３      外側クラッド層
１４      高反射ＦＢＧ部
１６      低反射ＦＢＧ部
２１      前方励起光源（第１の励起光源）
２２      後方励起光源（第２の励起光源）
３１      上流側光コンバイナ（第１の励起コンバイナ）
３２      下流側光コンバイナ（第２の励起コンバイナ）
４０      デリバリファイバ
４１      レーザ出射部
５０      上流側光フィルタ部（第１の光フィルタ部）
５１      コア
５２      内側クラッド層
５３      外側クラッド層
５４      クラッドグレーティング部
５８      屈折率変化部
６０      下流側光フィルタ部（第２の光フィルタ部）
６１      コア
６２      内側クラッド層
６３      外側クラッド層
６４      クラッドグレーティング部
６８      屈折率変化部
１０１      ファイバレーザ装置
１５０      上流側光フィルタ部（第１の光フィルタ部）
１５４      クラッドグレーティング部
１５５      コアグレーティング部
１５７Ｘ，１５７Ｙ，１５８Ｘ，１５８Ｙ    屈折率変化部
１６０      下流側光フィルタ部（第２の光フィルタ部）
１６４      クラッドグレーティング部
１６５      コアグレーティング部
１６７Ｘ，１６７Ｙ，１６８Ｘ，１６８Ｙ    屈折率変化部
２０１      ファイバレーザ装置
２５０      上流側光フィルタ部（第１の光フィルタ部）
２６０      下流側光フィルタ部（第２の光フィルタ部）
３０１      ファイバレーザ装置
３０２      光共振器
３５０      第１の光フィルタ部
３６０      第２の光フィルタ部
Ｌ      信号光
Ｐ1，Ｐ2      励起光
【図１】
2020167245.tif 000003
【図２】
2020167245.tif 000004
【図３】
2020167245.tif 000005
【図４】
2020167245.tif 000006
【図５】
2020167245.tif 000007
【図６Ａ】
2020167245.tif 000008
【図６Ｂ】
2020167245.tif 000009
【図７】
2020167245.tif 000010
【図８】
2020167245.tif 000011
【図９】
2020167245.tif 000012
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2020167245.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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