(57)【要約】【課題】  強度の強い出力光を出力することができる光増幅器および共振器を提供する。【解決手段】  光増幅器１００は、種光、及び、励起光を伝播する第１光ファイバ２０と、第１光ファイバ２０に励起光を入力する光カプラ３０と、第１光ファイバ２０から出力される種光、及び、励起光が入力され、種光、及び、励起光の径を拡大する第１レンズ４０と、励起光により励起される希土類元素が添加され、第１レンズ４０から出力される種光、及び、励起光が入力され、種光を増幅して出力光として出力するガラスロッド５０と、少なくともガラスロッド５０から出力される出力光が入力され、出力光の径を縮小する第２レンズ６０と、第２レンズ６０から出力される出力光が入力され、出力光を伝播する第２光ファイバ７０と、を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
種光、及び、励起光を伝播する第１光ファイバと、
前記第１光ファイバから出力される前記種光、及び、前記励起光が入力され、前記種光、及び、前記励起光の径を拡大する第１レンズと、
前記励起光により励起される希土類元素が添加され、前記第１レンズから出力される前記種光、及び、前記励起光が入力され、前記種光を増幅して出力光として出力するガラスロッドと、
少なくとも前記ガラスロッドから出力される前記出力光が入力され、前記出力光の径を縮小する第２レンズと、
前記第２レンズから出力される前記出力光が入力され、前記出力光を伝播する第２光ファイバと、
を備えることを特徴とする光増幅器。
【請求項２】
前記第１レンズは、前記種光を平行光として出力することを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。
【請求項３】
前記第１レンズが、ＧＲＩＮレンズであり、前記第１レンズは、前記第１光ファイバ及び前記ガラスロッドの少なくとも一方と融着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光増幅器。
【請求項４】
前記第２レンズが、ＧＲＩＮレンズであり、前記第２レンズは、前記第２光ファイバ及び前記ガラスロッドの少なくとも一方と融着されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項５】
前記第１レンズが前記第２レンズを兼ねており、
前記ガラスロッドの前記第１レンズとは反対側には、前記ガラスロッドに入力される光のうち、少なくとも前記種光と同じ波長帯域の光を前記第１レンズに向けて反射する反射体が設けられており、
前記反射体で反射される前記種光は、前記ガラスロッドから出力光として前記第１レンズに入力され、前記第１レンズにおいて径が縮小されて前記第２光ファイバに入力される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光増幅器。
【請求項６】
前記反射体は、更に前記励起光と同じ波長帯域の光を反射することを特徴とする請求項５に記載の光増幅器。
【請求項７】
前記反射体は、前記励起光と同じ波長帯域の光を透過することを特徴とする請求項５に記載の光増幅器。
【請求項８】
励起光を基に出力光を出力する共振器であって、
前記出力光と同じ波長の光、及び、前記励起光を伝播し、前記出力光と同じ波長の光を反射する第１反射素子が設けられる第１光ファイバと、
前記励起光により励起され前記出力光の波長を含む光を放出する希土類元素が添加されるガラスロッドと、
少なくとも前記出力光と同じ波長の光を伝播し、前記出力光と同じ波長の光を前記第１反射素子よりも低い反射率で反射する第２反射素子が設けられる第２光ファイバと、
前記第１光ファイバから光が入力されるとき、前記光の径を拡大して前記ガラスロッドに出力し、前記ガラスロッドから光が入力されるとき、前記光の径を縮小して前記第１光ファイバに出力する第１レンズと、
前記第２光ファイバから光が入力されるとき、前記光の径を拡大して前記ガラスロッドに出力し、前記ガラスロッドから光が入力されるとき、前記光の径を縮小して前記第２光ファイバに出力する第２レンズと、
を備える
ことを特徴とする共振器。
【請求項９】
前記第１レンズは、前記出力光と同じ波長の光を平行光として前記ガラスロッドに出力することを特徴とする請求項８に記載の共振器。
【請求項１０】
前記第１レンズが、ＧＲＩＮレンズであり、前記第１レンズは、前記第１光ファイバ及び前記ガラスロッドの少なくとも一方と融着されていることを特徴とする請求項８または９に記載の共振器。
【請求項１１】
前記第２レンズが、ＧＲＩＮレンズであり、前記第２レンズは、前記第２光ファイバ及び前記ガラスロッドの少なくとも一方と融着されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項１２】
前記第１レンズが前記第２レンズを兼ねており、
前記ガラスロッドの前記第１レンズとは反対側には、前記ガラスロッドに入力される光のうち、少なくとも前記出力光と同じ波長の光を前記第１レンズに向けて反射する反射体が設けられており、
前記反射体で反射される前記出力光と同じ波長の光は、前記ガラスロッドから前記第１レンズに入力され、前記第１レンズにおいて径が縮小されて前記第２光ファイバに入力される
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の共振器。
【請求項１３】
前記反射体は、更に前記励起光と同じ波長帯域の光を反射することを特徴とする請求項１２に記載の共振器。
【請求項１４】
前記反射体は、前記励起光と同じ波長帯域の光を透過することを特徴とする請求項１２に記載の共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅器及び共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザ装置や光ファイバ通信において、光の強度を増加させるために光ファイバ増幅器が用いられることがある。このような光ファイバ増幅器においては、増幅器から出力される出力光の強度を強くするために、希土類元素が添加された増幅用光ファイバを長くしたり、増幅用光ファイバに入力される種光や励起光の少なくとも一方の強度を強くしたりすることが行われている。
【０００３】
しかし、増幅用光ファイバを長くしたり、増幅用光ファイバに入力される種光や励起光の少なくとも一方の強度を強くしたりすると、増幅用光ファイバ内において、誘導ラマン散乱、４光波混合といった非線形光学効果の影響が現れる場合がある。誘導ラマン散乱や４光波混合等を抑制するためには、増幅用光ファイバの長さを短くして、添加される希土類元素の濃度を高くすればよい。しかし、希土類元素の濃度を高くすると、希土類元素の励起寿命が短くなるために増幅効率が低下する濃度消光が起きる。
【０００４】
そこで、下記特許文献１に記載の光増幅器においては、光増幅器が非線形光学効果によって発生する光の透過損失を増加させるフィルタ機能部を増幅用光ファイバの途中に備え、誘導ラマン散乱等の影響を抑制することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２３４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に記載の光増幅器においては、光がフィルタ機能部を通過する前に誘導ラマン散乱や４光波混合等が発生し、フィルタ機能部を通過する前における光の増幅の効率が下がる場合や、光がフィルタ機能部を通過した後に誘導ラマン散乱や４光波混合等が発生し、フィルタ機能部を通過した後における光の増幅の効率が下がる場合があり、十分に強度の強い出力光を出力することができないことがある。
【０００７】
そこで、本発明は、強度の強い出力光を出力することができる光増幅器および共振器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】
【０００８】
本発明の光増幅器は、種光、及び、励起光を伝播する第１光ファイバと、前記第１光ファイバから出力される前記種光、及び、前記励起光が入力され、前記種光、及び、前記励起光の径を拡大する第１レンズと、前記励起光により励起される希土類元素が添加され、前記第１レンズから出力される前記種光、及び、前記励起光が入力され、前記種光を増幅して出力光として出力するガラスロッドと、少なくとも前記ガラスロッドから出力される前記出力光が入力され、前記出力光の径を縮小する第２レンズと、前記第２レンズから出力される前記出力光が入力され、前記出力光を伝播する第２光ファイバと、を備えるものである。
【０００９】
このような光増幅器においては、種光、及び、励起光が、第１レンズにより径が拡大されて、ガラスロッドに入力される。従って、ガラスロッドにおいて種光、及び、励起光が通過する希土類元素の数が多く、より多くの誘導放出を起こして、より種光を増幅することができる。
【００１０】
また、種光の径は、第１レンズにより拡大されているため、ガラスロッド内において、種光の進行方向に垂直な断面における単位面積当たりの光の強度は、一般的な増幅用光ファイバを用いて種光を増幅する場合における増幅用光ファイバ内の光の強度よりも弱くなる。このため第１光ファイバから入力される種光や励起光の少なくとも一方の強度を強くしてもガラスロッド内において非線形光学効果による影響を受けることが抑制される。
【００１１】
こうして、ガラスロッドにおいて増幅された種光は、出力光として出力され、第２レンズにより径が縮小され、強度の強い出力光とされて、第２光ファイバにより伝播される。
【００１２】
このように、ガラスロッド内において、より多くの誘導放出を起こすことができ、非線形光学効果による影響が抑制されるため、強度の強い出力光を得ることができる。
【００１３】
さらに、上記光増幅器において、前記第１レンズは、前記種光を平行光として出力すれば好適である。このような構成にすることで、ガラスロッドの長さが多少変化しても、結合による損失に影響が生じない。このため、熱等の影響により、ガラスロッドが長さ方向に膨張、或いは、収縮する場合においても、結合損失の変化による影響を殆ど受けないため、光の増幅が安定している。また、第１レンズ、第２レンズを同じ構成とすることができ、コストダウンを図ることができる。
【００１４】
また、上記光増幅器において、前記第１レンズが、ＧＲＩＮレンズであり、前記第１レンズは、前記第１光ファイバ及び前記ガラスロッドの少なくとも一方と融着されていれば好適であり、また、前記第２レンズが、ＧＲＩＮレンズであり、前記第２レンズは、前記第２光ファイバ及び前記ガラスロッドの少なくとも一方と融着されていれば好適である。
【００１５】
このように第１レンズとしてＧＲＩＮレンズを用い、第１レンズが、第１光ファイバ及びガラスロッドの少なくとも一方と融着されることで、第１光ファイバ及びガラスロッドが第１レンズと隙間を空けている場合よりも、第１レンズと第１光ファイバの間、或いは、第１レンズとガラスロッドとの間における、光の損失が抑制される。同様に第２レンズとしてＧＲＩＮレンズを用い、第２レンズが、第２光ファイバ及びガラスロッドの少なくとも一方と融着されることで、第２光ファイバ及びガラスロッドが第２レンズと隙間を空けている場合よりも、第２レンズと第２光ファイバの間、或いは、第２レンズとガラスロッドとの間における、光の損失が抑制される。よって、より強度の強い出力光を出力することができる。
【００１６】
また、上記光増幅器において、前記第１レンズが前記第２レンズを兼ねており、前記ガラスロッドの前記第１レンズとは反対側には、前記ガラスロッドに入力される光のうち、少なくとも前記種光と同じ波長帯域の光を前記第１レンズに向けて反射する反射体が設けられており、前記反射体で反射される前記種光は、前記ガラスロッドから出力光として前記第１レンズに入力され、前記第１レンズにおいて径が縮小されて前記第２光ファイバに入力されることが好適である。
【００１７】
このような構成にすることで、第１光ファイバから入力され第１レンズで径が拡大される種光及び励起光は、ガラスロッドに入力され、種光がガラスロッドにおいて増幅される。このときガラスロッドの第１レンズとは反対側には、第１レンズから入力される光のうち、少なくとも種光と同じ波長帯域の光を第１レンズに反射する反射体が設けられているため、ガラスロッドに入力された種光は第１レンズに向かって反射する。そして増幅されてガラスロッドから第１レンズに向かって出力される種光は、出力光として第２レンズとしての第１レンズを介して第２光ファイバに入力される。このように第１レンズ、第２レンズを兼用することで、光増幅器を小型化することができる。
【００１８】
さらに、上記光増幅器において、前記反射体は、更に前記励起光と同じ波長帯域の光を反射することが好ましい。このように構成することで、励起光も反射体により反射されるため、ガラスロッドの光軸方向における励起光の強度が均一となり、効率的に種光を増幅することができる。
【００１９】
或いは、上記光増幅器において、前記反射体は、前記励起光と同じ波長帯域の光を透過することとしてもやはり好ましい。このように構成することで、励起光が第２光ファイバに入力することが防止され、良好なビーム品質の出力光を第２光ファイバから出力することができる。
【００２０】
また、本発明の共振器は、励起光を基に出力光を出力する共振器であって、前記出力光と同じ波長の光、及び、前記励起光を伝播し、前記出力光と同じ波長の光を反射する第１反射素子が設けられる第１光ファイバと、前記励起光により励起され前記出力光の波長を含む光を放出する希土類元素が添加されるガラスロッドと、少なくとも前記出力光と同じ波長の光を伝播し、前記出力光と同じ波長の光を前記第１反射素子よりも低い反射率で反射する第２反射素子が設けられる第２光ファイバと、前記第１光ファイバから光が入力されるとき、前記光の径を拡大して前記ガラスロッドに出力し、前記ガラスロッドから光が入力されるとき、前記光の径を縮小して前記第１光ファイバに出力する第１レンズと、前記第２光ファイバから光が入力されるとき、前記光の径を拡大して前記ガラスロッドに出力し、前記ガラスロッドから光が入力されるとき、前記光の径を縮小して前記第２光ファイバに出力する第２レンズと、を備えることを特徴とするものである。
【００２１】
このような共振器によれば、第１反射素子と第２反射素子との間を出力光と同じ波長の光が往復する。このとき、第１光ファイバ側、及び、第２光ファイバ側からガラスロッドに入力する光は、第１レンズ、及び、第２レンズにより径が拡大される。従って、ガラスロッドにおいて出力光と同じ波長の光、及び、励起光が通過する希土類元素の数も多く、より多くの誘導放出を起こして、より光を増幅することができる。
【００２２】
また、ガラスロッドに入力される光の径は、第１レンズ、第２レンズにより拡大されているため、ガラスロッド内において、光及の進行方向に垂直な断面における単位面積当たりの光の強度は、一般的な増幅用光ファイバを用いて光を共振させる場合における増幅用光ファイバ内の光の強度よりも弱くなる。このため第１光ファイバや第２光ファイバから強い強度の光が入力されてもガラスロッド内において非線形光学効果による影響を受けることが抑制される。
【００２３】
このように、ガラスロッド内において、より多くの誘導放出を起こして、非線形光学効果による影響が抑制されるため、強度の強い出力光を出力することができる。
【００２４】
さらに、上記共振器において、前記第１レンズは、前記出力光と同じ波長の光を平行光として前記ガラスロッドに出力すれば好適である。このような構成にすることで、ガラスロッドの長さが多少変化しても、結合による損失に影響が生じない。このため、熱等の影響により、ガラスロッドが長さ方向に膨張、或いは、収縮する場合においても、結合損失の変化による影響を殆ど受けないため、光の増幅が安定している。また、第１レンズ、第２レンズを同じ構成とすることができ、コストダウンを図ることができる。
【００２５】
また、前記共振器において、前記第１レンズが、ＧＲＩＮレンズであり、前記第１レンズは、前記第１光ファイバ及び前記ガラスロッドの少なくとも一方と融着されていれば好適であり、また、前記第２レンズが、ＧＲＩＮレンズであり、前記第２レンズは、前記第２光ファイバ及び前記ガラスロッドの少なくとも一方と融着されていれば好適である。このように構成することで、第１レンズと第１光ファイバの間、或いは、第１レンズとガラスロッドとの間における光の損失が抑制され、また、第２レンズと第２光ファイバの間、或いは、第２レンズとガラスロッドとの間における光の損失が抑制される。よって、より強度の強い出力光を出力することができる。
【００２６】
また、前記共振器において、前記第１レンズが前記第２レンズを兼ねており、前記ガラスロッドの前記第１レンズとは反対側には、前記ガラスロッドに入力される光のうち、少なくとも前記出力光と同じ波長の光を前記第１レンズに向けて反射する反射体が設けられており、前記反射体で反射される前記出力光と同じ波長の光は、前記ガラスロッドから前記第１レンズに入力され、前記第１レンズにおいて径が縮小されて前記第２光ファイバに入力されることが好適である。このように第１レンズ、第２レンズを兼用することで、共振器を小型化することができる。
【００２７】
さらに、前記共振器において、前記反射体は、更に前記励起光と同じ波長帯域の光を反射することが好ましい。このように構成することで、励起光も反射体により反射されるため、ガラスロッドの光軸方向における励起光の強度が均一となり、効率的に光を増幅することができる。
【００２８】
或いは、前記光増幅器において、前記反射体は、前記励起光と同じ波長帯域の光を透過することとしてもやはり好ましい。このように構成することで、励起光が第２光ファイバに入力することが防止され、良好なビーム品質の出力光を第２光ファイバから出力することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明によれば、強度の強い出力光を出力させることができる光増幅器及び共振器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光増幅器を示す図である。
【図２】図１に示す第１光ファイバの断面図である。
【図３】図１に示す第２光ファイバの断面図である。
【図４】図１に示す光増幅器における、種光及び励起光の光路を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光増幅器を示す図である。
【図６】図５に示す光増幅器における、種光及び励起光の光路を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る光増幅器のガラスロッドにおける種光及び励起光の光路を示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る共振器を示す図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る共振器を示す図である。
【図１０】図１に示す光増幅器における、種光及び励起光の光路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る光増幅器及び共振器の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
（第１実施形態）
第１実施形態は、光増幅器に関する実施形態であり、図１は、本発明の第１実施形態に係る光増幅器を示す図である。
【００３３】
図１に示すように、光増幅器１００は、励起光を出力する励起光源部１０と、種光、及び、励起光を伝播する第１光ファイバ２０と、励起光を第１光ファイバに入力する光カプラ３０と、第１光ファイバ２０から出力される種光及び励起光が入力される第１レンズ４０と、第１レンズ４０から出力される種光及び励起光が入力され種光を増幅して出力光として出力するガラスロッド５０と、少なくともガラスロッド５０から出力される出力光が入力される第２レンズ６０と、第２レンズ６０から出力される出力光が入力される第２光ファイバ７０とを備える。
【００３４】
励起光源部１０は、例えばレーザダイオードから構成され、例えば波長が９７５ｎｍの励起光を出力する。
【００３５】
光ファイバ２０は、種光が入力される入力端２５を有している。図２は、図１に示す第１光ファイバ２０の断面図である。図２に示すように、光ファイバ２０は、ダブルクラッドファイバにより構成され、具体的には、光ファイバ２０の中心に設けられるコア部２１と、コア部２１を被覆するクラッド部２２と、クラッド部２２を被覆する樹脂クラッド部２３とを有している。コア部２１の屈折率は、クラッド部２２の屈折率よりも高くされ、樹脂クラッド部２３の屈折率は、クラッド部２２の屈折率よりも、大幅に低くされている。また、コア部２１の直径は、特に制限されないが、例えば１０μｍであり、クラッド部２２の外径は、特に制限されないが、例えば１２５μｍであり、樹脂クラッド部２３の外径は、特に制限されないが、例えば１５０μｍである。そして、第１光ファイバは、コア部２１により、例えば波長が１０３２ｎｍの種光をシングルモード光として伝播が可能とされ、クラッド部２２により、上記の励起光をマルチモード光として伝播が可能とされている。
【００３６】
光カプラ３０は、第１光ファイバ２０の途中に設けられ、励起光源部１０からの励起光が入力される励起光入力ポート３１を有している。励起光入力ポート３１は、励起光源部１０から出力される上記励起光をマルチモード光として伝播するマルチモードファイバから構成されている。そして、光カプラ３０は、励起光源部１０から出力される励起光を第１光ファイバ２０に入力する。
【００３７】
第１レンズ４０は、第１光ファイバ２０のクラッド部２２の外径よりも大きい円柱状に形成されたＧＲＩＮ(GRaded-INdex：屈折率分布)レンズにより構成されている。具体的には、第１レンズ４０は、径方向に屈折率分布を有し、長さ方向において屈折率分布を有さない構成とされ、径方向の中心側ほど屈折率が高く、側面に近い部分ほど屈折率が低い構成とされて、屈折率が径の中心側から側面側にかけてなだらかに変化している。従って、第１レンズ４０に入力される光は、第１レンズ４０の内部において屈折する。このような第１レンズは、石英ガラスにフッ素やゲルマニウム等のドーパントが添加されることにより形成される。具体的には、径方向の中心側ほどゲルマニウムの添加量が多く、側面方向ほどフッ素の添加量が多くされる。なお、本実施形態においては、第１レンズ４０は、特に制限されないが、例えば、直径が０．４ｍｍであり、長さが１．７ｍｍとされる。
【００３８】
そして、第１レンズ４０の一方の端面４１の中心には、第１光ファイバ２０の入力端２５とは反対側の端部が融着されている。また、第１レンズ４０の端面４１と反対側の端面４２は、ガラスロッド５０の端面５１と融着されている。
【００３９】
ガラスロッド５０は、第１レンズ４０よりも直径が大きい円柱状の形状とされている。また、ガラスロッド５０は、全体に均一に希土類元素が添加される石英ガラスから構成されている。そして、ガラスロッド５０の端面５１と反対側の端面５２は、第２レンズ６０の端面６１と融着されている。
【００４０】
第２レンズ６０は、第１レンズ４０と同様の構成とされ、第２レンズ６０の端面６１と反対側の端面６２は、第２光ファイバ７０と融着されている。
【００４１】
第２光ファイバ７０は、ガラスロッドから出力される出力光を出力する出力端７５を有している。図３は、図１に示す第２光ファイバ７０の断面図である。第２光ファイバ７０は、コア部７１とクラッド部７２とを有するシングルクラッドファイバにより形成されている。コア部７１の屈折率は、クラッド部７２の屈折率よりも高くされている。また、コア部７１の直径は、特に制限されないが、例えば１０μｍであり、クラッド部７２の外径は、特に制限されないが、例えば１２５μｍである。そして、第２光ファイバ７０は、上記のように第１光ファイバが、コア部２１により、例えば波長が１０３２ｎｍの種光を伝播する場合、コア部７１により、例えば種光と同じ波長の光をシングルモード光として伝播することが可能とされている。
【００４２】
次に上記の光増幅器１００における、種光及び励起光の光路、及び、光の増幅について図１、図４を用いて説明する。
【００４３】
図４は、図１に示す光増幅器１００における、種光及び励起光の光路を示す図であり、種光の光路が実線で示され、励起光の光路が破線で示されている。なお、図４において、第１光ファイバ２０の樹脂クラッド部２３の記載は、省略されている。
【００４４】
第１光ファイバ２０の入力端から第１光ファイバ２０のコア部２１に入力される種光は、第１光ファイバ２０のコア部２１を伝播する。また、励起光源部１０から出力される励起光は、光カプラ３０を介して第１光ファイバに入力され、第１光ファイバ２０のコア部２１とクラッド部２２を伝播する。
【００４５】
次に第１光ファイバ２０を伝播する種光及び励起光は、第１光ファイバ２０から出力され、第１レンズ４０に入力される。上記のように第１レンズ４０はＧＲＩＮレンズにより構成されているため、第１レンズ４０に入力される種光及び励起光は、第１レンズ４０の内部において屈折する。そして、第１レンズ４０に入力される種光及び励起光は、第１レンズ４０の内部で径が拡大されて、端面４２側から出力される。このとき、種光及び励起光は、第１レンズ４０から平行光となるように出力される。このとき端面４２において、例えば、種光の径が０．１５ｍｍとされ、励起光の径が０．３ｍｍとされる。
【００４６】
なお、第１レンズ４０は、種光及び励起光を平行光として出力するように、屈折率分布と長さとが調整されている。
【００４７】
第１レンズ４０から出力される種光及び励起光は、ガラスロッド５０に入力される。このとき、ガラスロッド５０において、励起光は、ガラスロッド５０内の希土類元素を励起する。そして励起された希土類元素が種光による誘導放出を起こし、この誘導放出により種光が増幅される。
【００４８】
ガラスロッド５０において増幅された種光は、出力光としてガラスロッド５０から出力されて第２レンズ６０に入力される。そして、第２レンズ６０において、出力光は、径が縮小されて出力される。
【００４９】
第２レンズ６０から出力された出力光は、第２光ファイバ７０のコア部７１に入力され、第２光ファイバ７０のコア部７１によりシングルモード光として伝播され、出力端７５から出力される。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態における光増幅器１００においては、種光、及び、励起光が、第１レンズ４０において径が拡大され、希土類元素が添加されるガラスロッド５０に入力される。従って、ガラスロッド５０において種光、及び、励起光が通過する希土類元素の数が多く、より多くの誘導放出を起こして、より種光を増幅することができる。
【００５１】
また、種光の径は、第１レンズ４０により拡大されているため、ガラスロッド５０内において、種光の進行方向に垂直な断面における単位面積当たりの光の強度は、一般的な増幅用光ファイバを用いて種光を増幅する場合における増幅用光ファイバ内の光の強度よりも弱くなる。このため第１光ファイバ２０から入力される種光や励起光の少なくとも一方の強度を強くしてもガラスロッド５０内において非線形光学効果による影響を受けることが抑制される。
【００５２】
こうして、ガラスロッドにおいて増幅された種光は、出力光として出力され、第２レンズ６０により径が縮小され、第２光ファイバ７０により伝播される。
【００５３】
このように、本実施形態の光増幅器１００においては、ガラスロッド５０内において、より多くの誘導放出を起こすことができ、非線形光学効果による影響が抑制されるため、強度の強い出力光を得ることができる。
【００５４】
また、光増幅器１００においては、第１レンズ４０から出力される種光は、第１レンズ４０により平行光とされる。このため、ガラスロッド５０の長さが多少変化しても、結合による損失に影響が生じない。このため、熱等の影響により、ガラスロッド５０が長さ方向に膨張、或いは、収縮する場合においても、結合損失の変化による影響を殆ど受けないため、光の増幅が安定している。
【００５５】
また、第１レンズ４０と第２レンズ６０とを同じ構成としているため、第１レンズ４０と第２レンズ６０とを異なる構成とする場合に比べて、コストダウンを図ることができる。
【００５６】
また、光増幅器１００においては、第１レンズ４０を円柱形状のＧＲＩＮレンズにより構成し、第１レンズ４０と第１光ファイバ２０及びガラスロッド５０とが融着されている。さらに、第２レンズ６０を円柱形状のＧＲＩＮレンズにより構成し、第２レンズ６０と第２光ファイバ７０及びガラスロッド５０とが融着されている。このため、第１レンズ４０と第１光ファイバ２０及びガラスロッド５０との間に隙間がある場合や、第２レンズ６０と第２光ファイバ７０及びガラスロッド５０との間に隙間がある場合と比べると、種光や出力光、及び、励起光は、損失が抑制されている。このためより強度の強い出力光を出力することができる。また、第１光ファイバ２０、第１レンズ４０、ガラスロッド５０、第２レンズ６０の相対的な位置関係がずれることなく、長期的な信頼性が高い。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５を参照して詳細に説明する。本実施形態は、第１実施形態と同様に光増幅器に係る実施形態である。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００５８】
図５は、本発明の第２実施形態に係る光増幅器を示す図である。図５に示すように、光増幅器１１０において、第１光ファイバ２０及び第２光ファイバ７０は、円柱状に形成される第１レンズ４５の第１光ファイバ側の端面４６に融着されている。このとき、第１光ファイバ２０及び第２光ファイバ７０は、端面４６の中心点から僅かにずれた箇所に融着され、第１光ファイバ２０、及び、第２光ファイバ７０は、端面４６の中心点を挟んで互いに対称な位置に融着されている。
【００５９】
第１レンズ４５の第１光ファイバ２０とは反対側の端面４７は、ガラスロッド５５の端面５６と融着されている。また、第１レンズ４５は、第１実施形態と同様のＧＲＩＮレンズにより構成されている。なお、本実施形態においては、第１レンズ４５は、例えば、直径が０．５ｍｍであり、長さが１．４ｍｍとされる。
【００６０】
第１レンズ４５と融着されるガラスロッド５５は、第１レンズ４５よりも直径が大きい円柱状の形状とされる。また、ガラスロッド５５は、全体に均一に希土類元素が添加される石英ガラスから構成されている。
【００６１】
また、ガラスロッド５５の第１レンズ４５が融着される端面５６と反対側の端面５７には、ガラスロッド５５に入力される種光及び励起光を反射する反射体としてのミラー８０が設けられている。ミラー８０は、例えば、ガラスロッド５５の端面５７にニッケル・マグネシウム合金やアルミニウム等の金属を蒸着することにより形成されている。
【００６２】
次に上記の光増幅器１１０における、種光及び励起光の光路、及び、光の増幅について図５、図６を用いて説明する。
【００６３】
図６は、図５に示す光増幅器１１０における、種光及び励起光の光路を示す図であり、種光の光路が実線で示され、励起光の光路が破線で示されている。なお、図６において、第１光ファイバ２０の樹脂クラッド部２３の記載は、省略されている。
【００６４】
第１光ファイバ２０を伝播する種光及び励起光は、第１光ファイバ２０から出力され、第１レンズ４５に入力される。上記のように第１レンズ４５はＧＲＩＮレンズにより構成されているため、第１レンズ４５に入力される種光及び励起光は、第１レンズ４５の内部において屈折する。第１レンズ４５に入力される種光及び励起光は、第１レンズ４５の内部で径が拡大されて、第１レンズ４５の端面４７側から出力される。このとき、種光及び励起光は、第１レンズ４５から平行光となるように出力される。また、第１レンズ４５の端面４２において、例えば、種光の径が０．５ｍｍであり、励起光の径が１．４ｍｍとされる。
【００６５】
第１レンズ４５から出力される種光及び励起光は、ガラスロッド５５に入力される。このときガラスロッド５５において、励起光はガラスロッド５５内の希土類元素を励起する。そして励起された希土類元素が種光により誘導放出を起こし、この誘導放出により種光が増幅される。
【００６６】
ガラスロッド５５において増幅された種光は、ミラー８０により第１レンズ４５に向けて反射される。そして、増幅された種光は、ミラー８０から第１レンズ４５に進み、この間にさらに増幅される。
【００６７】
増幅された種光は、ガラスロッド５５の端面５６側から出力光として出力され、再び第１レンズ４５に入力される。第１レンズ４５に入力される出力光は、第１レンズ４５において、径が縮小されて出力される。そして、径の縮小された出力光は、第２光ファイバ７０のコア部７１に入力され、第２光ファイバ７０のコア部７１によりシングルモード光として伝播され、出力端７５から出力される。
【００６８】
本実施形態における光増幅器１１０によれば、第１実施形態における第１レンズ４０と第２レンズ６０とを、第１レンズ４５で兼用している。このため、ガラスロッドの両端にレンズを配置する必要がないため、光増幅器を小型化できる。さらに、励起光もミラー８０により反射されるため、ガラスロッド５５の光軸方向における励起光の強度が、ガラスロッド５５の長さ方向において均一となり、効率的に種光を増幅することができる。
【００６９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図７を参照して詳細に説明する。本実施形態は、第２実施形態と同様に光増幅器に係る実施形態である。なお、第２実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００７０】
図７は、本発明の第３実施形態に係る光増幅器のガラスロッドにおける種光及び励起光の光路を示す図である。なお、図７においては、図６と同様に、種光の光路が実線で示され、励起光の光路が破線で示され、第１光ファイバ２０の樹脂クラッド部２３の記載が省略されている。
【００７１】
図７に示すように、本実施形態の光増幅器は、図５、図６に示すミラー８０に代えて、種光と同じ波長の光を反射し、励起光と同じ波長の光を透過する光フィルタ８５が設けられている点において、第２実施形態の光増幅器と異なる。このような光フィルタ８５は、シリコン、タンタル、チタン、ニオブ等の酸化膜から成る多層膜から構成することができる。例えば、上述のように、種光の波長が１０３２ｎｍであり、励起光の波長が９７５ｎｍである場合、光フィルタは、低屈折率材料を酸化シリコン（ＳｉＯ２）とし、高屈折率材料を五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とした誘電体多層膜光フィルタであって、層数を４１層とし、総膜厚を５．１μｍとすれば良い。
【００７２】
このような光増幅器においては、図７に示すように、ガラスロッド５５に入力された種光は、励起光により増幅されながら、光フィルタ８５で反射して、第１レンズ４５を介して、第２光ファイバ７０に入力する。一方、励起光は、光フィルタ８５を透過して、光増幅器の外に出力される。
【００７３】
本実施形態における光増幅器によれば、励起光が第２光ファイバ７０に入力することが防止され、良好なビーム品質の出力光を出力することができる。
【００７４】
なお、本実施形態においては、光フィルタ８５は、励起光を透過する構成としたが、一部の励起光を反射し、他の一部の励起光を透過する構成とされても良い。例えば、光フィルタ８５は、５０％の励起光を反射して、残りの５０％の励起光を透過する構成とされても良い。この場合においては、光フィルタ８５を励起光が透過する場合よりも、より種光を増幅することができ、さらに、第２実施形態の光増幅器よりも良好なビーム品質の出力光を出力することができる。
【００７５】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図８を参照して詳細に説明する。第４実施形態は、共振器に関する実施形態である。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００７６】
図８は、本発明の第４実施形態に係る共振器を示す図である。図８に示すように共振器２００は、第１実施形態の光増幅器１００における第１光ファイバ２０及び第２光ファイバ７０の代わりに、第１光ファイバ２７及び第２光ファイバ７４を備える点で、第１実施形態の光増幅器１００と異なる。
【００７７】
第１光ファイバ２７の断面の構造は、第１実施形態における第１光ファイバ２０と同様である。そして、第１光ファイバ２７は、入力端を有しておらず、さらに、第１反射素子９１が設けられる点で、第１実施形態における第１光ファイバ２０と異なる。第１反射素子９１は、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）により構成されており、例えば、波長が１０３２ｎｍの光を例えば９９．５％の反射率で反射する。
【００７８】
第２光ファイバ７４の断面の構造は、第１実施形態における第２光ファイバ７０と同様である。そして、第２光ファイバ７４は、第２反射素子９２が設けられる点で、第１実施形態における第２光ファイバ７０と異なる。第２反射素子９２は、ＦＢＧにより構成されており、第１反射素子９１が反射する波長と同じ波長の光を第１反射素子９１より低い反射率で反射する。従って、第１反射素子９１が上記のように波長が１０３２ｎｍの光を反射する場合、第２反射素子９２は、この波長の光を例えば５０％以下の反射率で反射する。
【００７９】
次に共振器２００における光の共振について説明する。
【００８０】
まず、励起光源部１０から励起光が出力される。このときの励起光は、例えば９７５ｎｍの波長の光である。励起光源部１０から出力される励起光は、光カプラ３０を介して第１光ファイバ２７に入力され、第１光ファイバ２７のコア部２１とクラッド部２２を伝播する。第１光ファイバ２７を伝播する励起光は、第１光ファイバ２７から出力されて第１レンズ４０に入力される。
【００８１】
第１レンズ４０に入力される励起光は、径が拡大されて平行光として第１レンズ４０から出力される。第１レンズ４０から出力される励起光は、ガラスロッド５０に入力されて、ガラスロッド５０に添加される希土類元素を励起し、励起された希土類元素は、自然放出光を放出する。このとき放出される自然放出光は、第１反射素子９１、第２反射素子９２により反射される波長を含む光である。
【００８２】
ガラスロッド５０から出力される光は、第２レンズ６０に入力され、第２レンズ６０において、径が縮小されて出力される。第２レンズ６０から出力される光は、第２光ファイバ７４に入力されて、第２光ファイバを伝播する。そして、第２光ファイバ７４を伝播する光の少なくとも一部は、第２反射素子９２により反射される。
【００８３】
反射される光は、再び第２光ファイバ７４から第２レンズ６０に入力されて、径が拡大され平行光としてガラスロッド５０に入力される。このとき、このガラスロッド５０に入力する光により、ガラスロッド５０の希土類元素が誘導放出を起こして、ガラスロッド５０に入力した光が増幅され、増幅された光がガラスロッド５０から出力される。
【００８４】
ガラスロッド５０により増幅されて出力される光は、第１レンズ４０により径が縮小されて、第１光ファイバ２７に入力される。第１光ファイバ２７に入力される光は、第１光ファイバ２７のコア部２１をシングルモード光として伝播するが、第１反射素子９１により反射され、再び第１レンズ４０を介してガラスロッド５０に入力され、ガラスロッド５０においてさらに増幅される。
【００８５】
このように、第１反射素子９１と第２反射素子９２との間を光が往復して、ガラスロッド５０において光の増幅が行われながら光の共振が起きる。そして、共振する光の一部が出力光として第２反射素子９２を透過し、出力端７５から出力される。
【００８６】
このような共振器によれば、第１反射素子９１と第２反射素子９２との間を出力光と同じ波長の光が往復する。このとき、第１光ファイバ２７側、及び第２光ファイバ７４側からガラスロッド５０に入力する光は、第１レンズ４０、及び、第２レンズ６０により径が拡大される。従って、ガラスロッド５０において出力光と同じ波長の光、及び、励起光が通過する希土類元素の数も多く、より多くの誘導放出を起こしてより光を増幅することができる。
【００８７】
また、ガラスロッド５０に入力される光の径は、第１レンズ４０、第２レンズ６０により拡大されているため、ガラスロッド５０内において、光の進行方向に垂直な断面における単位面積当たりの光の強度は弱くなる。このため第１光ファイバ２７や第２光ファイバ７４から強い強度の光が入力されてもガラスロッド５０内において非線形光学効果による影響を受けることが抑制される。
【００８８】
このように、ガラスロッド内において、より多くの誘導放出光を得ることができ、非線形光学効果による影響が抑制されるため、強度の強い出力光を得ることができる。
【００８９】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図９を参照して詳細に説明する。第５実施形態は、共振器に関する実施形態である。なお、第２、第４実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００９０】
図９は、本発明の第５実施形態に係る共振器を示す図である。図９に示すように、共振器２１０は、第２実施形態における第１光ファイバ２０と第２光ファイバ７０の代わりに、第１光ファイバ２７と第２光ファイバ７４とを備える点で、第２実施形態の光増幅器１１０と異なる。第１光ファイバ２７と第２光ファイバ７４は、第４実施形態における第１光ファイバ２７と第２光ファイバ７４と同様の構成である。
【００９１】
第１光ファイバ２７及び第２光ファイバ７４は、円柱状に形成される第１レンズ４５の第１光ファイバ２７側の端面４６に融着される。このとき、第１光ファイバ２７及び第２光ファイバ７４は、端面４６の中心から僅かにずれた箇所に融着され、第１光ファイバ２０と第２光ファイバ７０とは、端面４６の中心を挟んで対称な位置に融着される。
【００９２】
このような共振器２１０において、まず、第４実施形態と同様にして励起光源部１０から励起光が出力され、第１光ファイバ２７を伝播する。励起光は、第１光ファイバ２７から出力されて第１レンズ４５に入力される。
【００９３】
第１レンズ４５に入力される励起光は、径が拡大されて平行光として第１レンズ４５から出力される。第１レンズ４５から出力される励起光は、ガラスロッド５５に入力されて、ガラスロッド５５に添加される希土類元素を励起し、励起される希土類元素は、自然放出光を放出する。このとき放出される自然放出光の波長は、第４実施形態と同様とされる。
【００９４】
ガラスロッド５５内を進む光は、ミラー８０で反射されて、再びガラスロッド５５を第１レンズ４５に向けて進む。そして、ガラスロッド５５から出力されて第１レンズ４５に入力される。第１レンズ４５に入力される光は、径が縮小されて出力され、第２光ファイバ７４に入力されて、第２光ファイバを伝播する。そして、第２光ファイバ７４を伝播する光の少なくとも一部は、第２光ファイバ７４に設けられる第２反射素子９２により反射される。
【００９５】
反射される光は、再び第２光ファイバ７４から第１レンズ４５に入力されて、径が拡大されて、平行光としてガラスロッド５５に入力される。このとき、このガラスロッド５０に入力する光により、ガラスロッド５５の希土類元素が誘導放出を起こして、ガラスロッドに入力した光が増幅される。そして増幅された光は、ミラー８０で反射されて、第１レンズ４５に向けて進んで、その間更に増幅される。
【００９６】
ガラスロッド５５において増幅されて出力される光は、第１レンズ４５により径が縮小されて、第１光ファイバ２７に入力される。第１光ファイバ２７に入力される光は、第１光ファイバ２７の第１コア部２１を伝播するが、第１反射素子９１により反射され、再び第１レンズ４５を介してガラスロッド５５に入力され、ガラスロッド５５において、再び増幅される。
【００９７】
このように、第１反射素子９１と第２反射素子９２との間を光が往復して、ガラスロッド５５において光の増幅が行われながら光の共振が起きる。そして、共振する光の一部が出力光として第２反射素子９２を透過し、出力端７５から出力される。
【００９８】
本実施形態における共振器２１０によれば、第３実施形態における第１レンズ４０と第２レンズ６０とを、第１レンズ４５で兼用している。このため、ガラスロッドの両端にレンズを配置する必要がなく、共振器を小型化できる。さらに、励起光もミラー８０により反射されるため、ガラスロッド５５の光軸方向における励起光の強度が均一となり、効率的に光を増幅することができる。
【００９９】
なお、本実施形態において、第３実施形態と同様にして、反射体として、ミラー８０に代えて光フィルタ８５を設けても良い。こうすることで、本実施形態においても、励起光が第２光ファイバ７４に入力することが防止され、良好なビーム品質の出力光を出力することができる。さらに、この場合においても、光フィルタ８５は、一部の励起光を反射し、他の一部の励起光を透過する構成とされても良い。この様に構成することで、光フィルタ８５を励起光が透過する場合よりも、より種光を増幅することができ、さらに、上記実施形態の共振器よりも良好なビーム品質の出力光を出力することができる。
【０１００】
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１０１】
例えば、第１、第４実施形態においては、ガラスロッド５０は、全体に均一に希土類元素が添加される石英ガラスから構成されるとしたが、ガラスロッドの中心軸に近いほど希土類元素の濃度を高くしても良い。レンズにより径が拡大される光は、光軸に近いほど強度が強くなる傾向にある。このため、ガラスロッド５０内における種光も光軸に近いほど強度が強くなる傾向にある。従って、種光の強度が強いガラスロッドの中心軸に近い部分ほど希土類元素の濃度を高くすれば、より効率よく種光の増幅を行うことができる。
【０１０２】
また、第１〜第５実施形態においては、第１レンズ４０、４５から出力される種光や励起光等の光が平行光であるとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、種光は、第１レンズ４０から出力された後、ガラスロッド５０において、径が徐々に大きくなっても良く、逆に径が徐々に小さくなっても良い。
【０１０３】
また、第１、第４実施形態においては、励起光は、図１０に示すように第１レンズ４０から出力後、ガラスロッド５０において、徐々に径が狭くなるようにしても良い。上記のように径が拡大された光は、光軸に近いほど強度が強い傾向にある。このため、強度の強い光が通過する部分に励起光を集めることにより、より効率良く光の増幅を行うことができる。
【０１０４】
このように、第１レンズ４０から出力される光を平行光として出力し、第１レンズ４０から出力される励起光をガラスロッド内において、第１レンズから第２レンズにかけて徐々に径を縮小するには、例えば、第１レンズ４０から出力される光の径を０．１５ｍｍとして、励起光の径を０．３ｍｍとして、さらに、励起光を伝播する光ファイバの開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）よりも、第１レンズ４０の開口数を大きくすれば良い。このように構成することで、第１レンズ４０は、光を平行光として出力し、光よりも波長の短い励起光を第１レンズから第２レンズにかけて徐々に径を縮小するように出力することができる。
【０１０５】
また、第１〜第５実施形態において、第２光ファイバ７０、７４は、出力光をシングルモード光として伝播することとしたが、例えばモードが７以下といった具合に複数のモードの光を伝播可能な構成としても良い。
【０１０６】
更に、第１、第４実施形態において、第１光ファイバ２０、２７の入力端２５とは反対側の端部は、第１レンズ４０の端面４１の中心に融着されるとしたが、第１レンズ４０における外径の±４０％以下の範囲で、中心からずれても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明によれば、強度の強い出力光を出力させることができる光増幅器及び共振器が提供される。
【符号の説明】
【０１０８】
１０・・・励起光源部
２０、２７・・・第１光ファイバ
２１・・・コア部
２２・・・クラッド部
２３・・・樹脂クラッド部
３０・・・光カプラ
４０、４５・・・第１レンズ
５０、５５・・・ガラスロッド
６０・・・第２レンズ
７０、７４・・・第２光ファイバ
７１・・・コア部
７２・・・クラッド部
８０・・・ミラー（反射体）
８５・・・光フィルタ（反射体）
９１・・・第１反射素子
９２・・・第２反射素子
【図１】
2010199563.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010199563.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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