(57)【要約】  種光を発生するレーザ発振器であるＭＯと、該ＭＯの後段に接続されＭＯから発せられたレーザ光を増幅して出力する光増幅器であるＰＡとからなるＭＯＰＡ方式のファイバレーザにおいて、ＭＯとＰＡの間に反射デバイスが設けられたことを特徴としたファイバレーザ。本発明に拠れば、ＭＯＰＡ方式のファイバレーザにおいて、ＭＯや励起光源に向かって出射される自己発振や反射によって発生するパルスの尖塔値を低くでき、励起光源やＭＯにダメージを与え難いファイバレーザを提供することが可能である。
2008143084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
種光を発生するレーザ発振器であるＭＯと、該ＭＯの後段に接続されＭＯから発せられたレーザ光を増幅して出力する光増幅器であるＰＡとからなるＭＯＰＡ方式のファイバレーザにおいて、
ＭＯとＰＡの間に反射デバイスが設けられたことを特徴としたファイバレーザ。
【請求項２】
種光を発生するレーザ発振器であるＭＯと、該ＭＯの後段に接続されＭＯから発せられたレーザ光を増幅して出力する光増幅器であるＰＡとからなるＭＯＰＡ方式のファイバレーザにおいて、
前記ＰＡは、励起光源からの励起光を入射する励起ポートと、ＭＯからのレーザ光が入射される信号ポートと、励起ポートから入射された励起光と信号ポートから入射された信号光があわせて出射される出射ポートとを有する光結合器と、励起ポートに接続された励起光源と、出射ポートに接続された希土類添加光ファイバとからなり、光結合器の出射端に反射デバイスが設けられたファイバレーザ。
【請求項３】
前記反射デバイスの反射波長が、ＰＡに使用されている希土類添加光ファイバの利得波長帯域内にある請求項１又は２に記載のファイバレーザ。
【請求項４】
反射デバイスの反射波長とＭＯの発振波長とが異なる請求項３に記載のファイバレーザ。
【請求項５】
前記ＭＯの発振波長におけるＰＡの希土類添加光ファイバの利得よりも、反射デバイスの発振波長におけるＰＡの希土類添加光ファイバの利得のほうが大きい請求項４に記載のファイバレーザ。
【請求項６】
前記反射デバイスが誘電体多層膜ミラーである請求項５に記載のファイバレーザ。
【請求項７】
前記反射デバイスがファイバブラッググレーティングである請求項５に記載のファイバレーザ。
【請求項８】
前記反射デバイスの反射率は、ＰＡの希土類添加光ファイバ出射端からみた出射側の反射率よりも大きい請求項３に記載のファイバレーザ。
【請求項９】
前記反射デバイスの反射率が０．００１％以上である請求項８に記載のファイバレーザ。
【請求項１０】
前記反射デバイスが誘電体多層膜ミラーである請求項９に記載のファイバレーザ。
【請求項１１】
前記反射デバイスがファイバブラッググレーティングである請求項９に記載のファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はパルスを発振するファイバレーザに関する。
本願は、２００７年５月１８日に日本国に出願された特願２００７−１３２７５５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ファイバレーザの出力は、高出力化が続いており、ｋＷを超える高出力のものが開発されている。そのような高出力ファイバレーザは、産業上は加工機や医療機器、測定器など様々な分野で利用されるようになってきており、いる。特に材料加工の分野においてファイバレーザは他のレーザに比べて集光性に優れ、集光点におけるパワー密度を非常に高くすることができるため精密加工が可能なこと、また、非接触加工であり、かつレーザ光の吸収可能な硬い物質への加工も可能であることなどから急速に用途が拡大している。
図１にＭＯＰＡ（Master Oscillator−Power Amplifier）方式と呼ばれる代表的な高出力ファイバレーザの概略図を示す。このＭＯＰＡ方式では、ＭＯの後段にＰＡが接続された構成となっており、ＭＯから出力された微弱なパルス光をＰＡで増幅することで高出力のレーザ光が得られる。ＰＡ１段では十分な出力が得られない場合には所望の出力が得られるように多段にＰＡが接続される。
ＭＯには半導体レーザなどＣＷ発振するレーザ光源の出力を音響光学素子などの変調機で強度変調することパルス光とする方式や、例えば特許文献１に提案されているようなファイバリングレーザを用いる方式がある。図２に代表的な光ファイバリングレーザの構成図を示す。【０００３】
図２に示す従来のファイバリングレーザ３１０は、励起光源３１１と、励起光とレーザ光を合波するＷＤＭカプラ３１２と、利得媒質である希土類添加光ファイバ３１３と、アイソレータ３１４と、光スイッチ素子３１７と、出力カプラ３１５とからなる。励起光源３１１から出射された励起光は、ＷＤＭカプラ３１２を介して希土類添加光ファイバ３１３へと入射される。希土類添加光ファイバ３１３に入射した励起光は、希土類添加光ファイバ３１３のコアに添加された希土類イオンに吸収され、希土類イオンは励起状態になる。励起状態となった希土類イオンは、特定の波長の自然放出光を放出し、この自然放出光は増幅されながら希土類添加光ファイバ内を伝播しＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）として出力される。一方でＷＤＭカプラ３１２、希土類添加光ファイバ３１３、アイソレータ３１４、出力カプラ３１５及び光スイッチ素子３１７は、リング状に接続されており、ＡＳＥはこれらの部分を通過して周回し、再び希土類添加光ファイバ３１３で増幅され、やがてはレーザ発振し、その一部が出力カプラ３１５を介してレーザ光として出力される。また光スイッチ素子３１７は、常に低損失な状態にしておけばＣＷ発振し、レーザ出力は連続光として出力される。或いは、この光スイッチ素子３１７を低損失な状態と高損失な状態を周期的に繰り返すように動作させればパルス発振し、パルス状のレーザ出力が得られる。【０００４】
一方、一般にＰＡとしては、図３に示すような構成のアンプが用いられる。図３はＭＯＰＡ方式のファイバレーザの構成を例示したものであり、図３中の１００が上述のＭＯで、２００がＰＡに相当し、ＭＯ１００から出力されたレーザ光が段間アイソレータ３１６を介してＰＡ２００で増幅されて出力される。
このＰＡ２００は、多数の励起光源２０１と、光結合器２０３と、希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５と、アイソレータ２０６とから構成されており、励起光源２０１、光結合器２０３、希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５及びアイソレータ２０６は、ファイバレーザ１００に使用したものと同じものが使用できる。光結合器２０３は、例えば特許文献２に開示されているような光結合器が用いられ、マルチモードファイバからなる複数の励起ポート１０２と一つのシングルモードファイバからなる信号ポート２０２を有し、これらを溶融延伸して一体化することにより形成された１つの出射ポート１０４を有している。ＭＯ１００から出射されたレーザ光は、信号ポート２０２から入射され、光結合器２０３を介して希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５のコアへと入射される。
一方で励起ポート１０２には励起光源２０１が接続されており、励起光が光結合器２０３を介して希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５の第１クラッドへと入射される。希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５の第１クラッドへと入射された励起光はコアに添加された希土類イオンに吸収されて反転分布が形成され、誘導放出が生じることでコア内を伝播するレーザ光が増幅されて、アイソレータ２０６を介して出力される。【０００５】
図３のようなＭＯＰＡ方式の場合、ＭＯからの信号光が入射されないままＰＡの希土類添加ダブルクラッドファイバが励起され、ある反転分布率まで到達すると、自己発振や寄生発振と呼ばれる現象が生じ、非常に尖塔値の高いパルスが発生する。自己発振、すなわち、寄生発振が生じる反転分布率は、希土類添加ダブルクラッドファイバの入射側、出射側の反射率によって決定され、場合によっては、希土類添加光ファイバから光結合器に向かって自己発振によるパルスが出射される。このパルスは、やがては励起光源やＭＯに到達し、これらにダメージを与えるという問題があった。また、ＰＡに自己発振しないような周期でＭＯからパルスが入射され、正常にファイバレーザが動作している状態であっても、パルスが入力される間に、ＰＡ出力の外部からの反射光が発振を誘発する場合がある。通常、ＰＡの励起光源はパルス間も励起光を出射しており、希土類添加ダブルクラッドファイバは励起された状態であるので、ＡＳＥ光が、希土類添加ダブルクラッドファイバの両端から照射されており、被加工物の表面状態によっては反射光が再びファイバレーザに入射することがある。すると、この反射光が種となって発振が生じ、尖塔値が非常に高い自己発振によるパルスが希土類添加光ファイバから光結合器に向かって出射され、励起光源やＭＯに到達し、これらにダメージを与えるという問題があった。【０００６】
前記の問題を解決すべく、いくつかの解決法が提案されている。
第１の解決方法として、特許文献３に開示されているような方法が挙げられる。これによると、希土類添加光ファイバの両端にアイソレータを挿入することで反射率を低く抑えることで自己発振を抑制している。さらに、励起光源の出射側に短波長通過フィルタを設けることで希土類添加ダブルクラッドファイバから出射されるＡＳＥがポンプレーザによって反射されて再び希土類添加ダブルクラッドファイバに入射することを抑制している。すなわち、希土類添加ファイバの入射側および出射側の反射率を極力低く抑えることで自己発振を抑制したものである。【０００７】
第２の解決方法として、特許文献４に開示されているような方法が挙げられる。これによると、光ファイバ増幅器を２段に分割しアイソレータが段間に設けられている。前段は利得を低く抑えることで自己発振を抑制している。後段は利得が高いものの前段からのＡＳＥ光が常に入射されているため、ＡＳＥ光の増幅は生じるものの自己発振には至らないようにしたものである。【０００８】
第３の解決方法として、特許文献５に開示されているような方法が挙げられる。ここに開示されているのは、希土類添加ダブルクラッドファイバの両端にファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を設けることで共振器を構成し、片側のＦＢＧにはさらにマルチモードファイバが接続されており、このマルチモードファイバを介して励起光源からの励起光が希土類添加ファイバに入射するように構成したファイバレーザである。これによれば、マルチモードファイバのコア径は、希土類添加ダブルクラッドファイバのコア径に比べて大きいために、ＦＢＧで反射されずにマルチモードファイバに入射した不要な波長のＡＳＥが反射によって、希土類添加光ファイバのコアに再結合する割合が低くなり、自己発振が抑制できるものでもある。また、万が一自己発振しても、発生したパルスは一旦マルチモードファイバに入射されるため、レンズを介して励起光源上に集光されてもスポット径が大きくなるためダメージを与えにくい。
【特許文献１】特許第２９７７０５３号公報
【特許文献２】米国特許第５８６４６４４号明細書
【特許文献３】特開平５−１３６４９８号公報
【特許文献４】特許第２６５３９３６号公報
【特許文献５】特開平１０−５６２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述した従来技術における第１〜第３の解決方法には、以下のような問題があった。
第１の解決方法については、反射率の抑制は現実的には０．００１％程度までが限界である。数十Ｗ以上を出力するような比較的高出力のファイバレーザにおいては、いくら反射を抑制しても、このわずかな反射が原因で自己発振を発生してしまう問題があった。また、レーザ出射後の外部からの反射に関してはアイソレータで反射光の強度は減衰するが、完全にカットすることはできず、わずかに残った反射光を種光として発振を誘発してしまう問題があった。【００１０】
第２の解決方法についても、外部からの反射光に対しては、出射側に高利得のアンプが設けられているために、反射光がまず高利得のアンプに入射してしまい、発振を誘発してしまう問題があった。高利得のアンプを使用せず、低利得のアンプを多段に使用することも考えられるが、この場合には、高出力になるほどアンプの段数が多くなり、構成が複雑となり効率も悪くなってしまう。【００１１】
第３の解決法については、高出力を得るために高強度励起した場合には、グレーティングの反射波長にかかわらず、不要波長で発振する可能性があるうえに、励起光源上の集光スポット径が大きくても、パルスの尖塔値が大きくなれば、いずれダメージを受けてしまうことに問題があった。さらに外部からの反射光に対しては、ＦＢＧの反射波長と同じ波長の光はＦＢＧで反射されるが、それ以外の波長の光はＦＢＧを通過して希土類添加ダブルクラッドファイバに入射するため、発振を誘発してしまう問題があった。【００１２】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、ＭＯＰＡ方式のファイバレーザにおいて、ＭＯや励起光源に向かって出射される自己発振や反射によって発生するパルスの尖塔値を低くでき、励起光源やＭＯにダメージを与え難いファイバレーザの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するため、本発明は、種光を発生するレーザ発振器であるＭＯと、該ＭＯの後段に接続されＭＯから発せられたレーザ光を増幅して出力する光増幅器であるＰＡとからなるＭＯＰＡ方式のファイバレーザにおいて、ＭＯとＰＡの間に反射デバイスが設けられたことを特徴としたファイバレーザを提供する。【００１４】
また本発明は、種光を発生するレーザ発振器であるＭＯと、該ＭＯの後段に接続されＭＯから発せられたレーザ光を増幅して出力する光増幅器であるＰＡとからなるＭＯＰＡ方式のファイバレーザにおいて、前記ＰＡは、励起光源からの励起光を入射する励起ポートと、ＭＯからのレーザ光が入射される信号ポートと、励起ポートから入射された励起光と信号ポートから入射された信号光があわせて出射される出射ポートとを有する光結合器と、励起ポートに接続された励起光源と、出射ポートに接続された希土類添加光ファイバとからなり、光結合器の出射端に反射デバイスが設けられたファイバレーザを提供する。【００１５】
本発明のファイバレーザにおいて、前記反射デバイスの反射波長が、ＰＡに使用されている希土類添加光ファイバの利得波長帯域内にあることが好ましい。【００１６】
本発明のファイバレーザにおいて、反射デバイスの反射波長とＭＯの発振波長が異なることが好ましい。【００１７】
本発明のファイバレーザにおいて、前記ＭＯの発振波長におけるＰＡの希土類添加光ファイバの利得よりも、反射デバイスの発振波長におけるＰＡの希土類添加光ファイバの利得のほうが大きいことが好ましい。【００１８】
本発明のファイバレーザにおいて、前記反射デバイスが誘電体多層膜ミラーであることが好ましい。【００１９】
本発明のファイバレーザにおいて、前記反射デバイスがファイバブラッググレーティングであることが好ましい。【００２０】
本発明のファイバレーザにおいて、前記反射デバイスの反射率は、ＰＡの希土類添加光ファイバ出射端からみた出射側の反射率よりも大きいことが好ましい。【００２１】
本発明のファイバレーザにおいて、前記反射デバイスが誘電体多層膜ミラーであることが好ましい。【００２２】
本発明のファイバレーザにおいて、前記反射デバイスがファイバブラッググレーティングであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のファイバレーザは、わずかな反射率の反射デバイスを設けるだけで、自己発振や反射によるＭＯや励起光源に向かって出射されるパルスの尖塔値を２桁以上低く抑えることができる。
また、発振波長と異なる波長の反射デバイスを用いることで、信号光に損失を与えることが無く、効率低下を無くすことができる。
また、ＭＯや励起光源に向かって出射されるパルスの尖塔値を低くできるので、励起光源やＭＯにダメージを与えることが無く、信頼性の高いレーザを提供できる。つまり、ファイバレーザの信頼性を向上させることができる。
また、ファイバレーザの出力によっては、非常に高価な部品であるＰＡアイソレータが無くても自己発振しなくなるので、低コストにファイバレーザを作製できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＭＯＰＡ方式のファイバレーザの基本構成を例示する構成図である。
【図２】ＭＯに用いられるファイバリングレーザの一例を示す構成図である。
【図３】従来のＭＯＰＡ方式のファイバレーザの一例を示す構成図である。
【図４】本発明のファイバレーザの第１実施形態を示す構成図である。
【図５】実施例の結果のうち、比較例における自己発振時の出力波長スペクトルを示すグラフである。
【図６】実施例の自己発振時の出力波長スペクトルを示すグラフである。
【図７】実施例においてＰＡからＭＯに向かって出射される光の波長スペクトルを示すグラフである。
【図８】本発明のファイバレーザの第２実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１００…ＭＯ
１０２…励起ポート
１０４…出射ポート
１０５…希土類添加ダブルクラッドファイバ（希土類添加光ファイバ）
２０１…励起光源
２０２…信号ポート
２０３…光結合器
２０６…アイソレータ（ＰＡアイソレータ）
３１６…段間アイソレータ
４０１…反射デバイス
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明のファイバレーザの実施形態を説明する。
図４は本発明のファイバレーザの第１実施形態を示す構成図である。本実施形態のファイバレーザは、図３に示すファイバレーザと同じく、ＭＯ１００とＰＡ２００とを連結したＭＯＰＡ方式のファイバレーザである。ＭＯ１００としては、例えば、図２に示すファイバリングレーザ３１０を用いることができる。このＭＯ１００の出力側が段間アイソレータ３１６とその後段に設けられた反射デバイス４０１とを介して、ＰＡ２００に接続され、ＭＯ１００から出力されたレーザ光が段間アイソレータ３１６及び反射デバイス４０１を介してＰＡ２００で増幅されて出力される構成になっている。【００２７】
このＰＡ２００は、多数の励起光源２０１と、光結合器２０３と、希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５と、アイソレータ２０６とから構成されている。励起光源２０１、光結合器２０３、希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５及びアイソレータ２０６は、ファイバレーザ１００に使用したものと同じものが使用できる。光結合器２０３は、例えば特許文献２に開示されているような光結合器が用いられ、マルチモード光ファイバからなる複数の励起ポート１０２と一つのシングルモードファイバからなる信号ポート２０２を有し、これらを溶融延伸して一体化することにより形成された１つの出射ポート１０４を有している。ＭＯ１００から出射されたレーザ光は、信号ポート２０２から入射され、光結合器２０３を介して希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５のコアへと入射される。一方、励起ポート１０２には励起光源２０１が接続されており、励起光が光結合器２０３を介して希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５の第１クラッドへと入射される。希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５の第１クラッドへと入射された励起光は、コアに添加された希土類イオンに吸収されて反転分布が形成され、誘導放出が生じることで、コア内を伝播するレーザ光が増幅されて、アイソレータ２０６を介して出力される。【００２８】
前述した通り、図３に示す従来のＭＯＰＡ方式のファイバレーザにおいて、ＭＯ１００からの信号光が入射されないまま、ＰＡ２００の希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５が励起され、ある反転分布率まで到達すると、自己発振（寄生発振）が生じ、非常に尖塔値の高いパルスが発生することがあった。このパルスが励起光源２０１やＭＯ１００に到達し、これらにダメージを与える可能性があった。また、ＰＡ２００に自己発振しないような周期でＭＯ１００からパルスが入射され、正常にファイバレーザが動作している状態であっても、被加工物の表面からの反射光が再びファイバレーザに入射することがあった。この反射光が種となって発振が生じ、尖塔値が非常に高いパルスが希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５から光結合器２０３に向かって出射され、励起光源２０１やＭＯ１００に到達し、これらにダメージを与える可能性があった。【００２９】
前記問題を解決するために、本実施形態のファイバレーザでは、ＭＯ１００とＰＡ２００の間に反射デバイス４０１を設けた。この反射デバイス４０１は、希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５の蛍光波長のうち一部の波長のみを反射するように作製されている。このようにすることで、万一、ＭＯ１００からの信号が入射されずにＰＡ２００の希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５が励起されたとしても、ある反転分布率まで到達すると（ある時間経過すると）、反射デバイス４０１の反射波長で強制的に発振させることができる。【００３０】
発振が生じる反転分布率（発振が始まるまでの時間）は、反射デバイスの反射率によって変化し、反射率が高いほど低い反転分布率で発振する（早く発振する）。早く発振させれば、発振によって発生したパルスの尖塔値を低く抑えることができる。また、ＰＡ２００の出射端からみた出射側の反射率が、反射デバイス４０１の反射率よりも低ければ、発振により発生したパルスは、ほとんどがＰＡ２００から出射側へと放出され、ＭＯ１００側へはほんのわずかしか放出されない。したがって、励起光源やＭＯ１００にダメージを与えることもない。【００３１】
この反射デバイス４０１としては、誘電体多層膜ミラーやファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧと記す。）であることが好ましい。この反射デバイス４０１の反射率は、ＰＡ２００の希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５出射端からみた出射側の反射率よりも大きいことが好ましく、具体的には０．００１％以上であることが好ましい。【００３２】
本実施形態のファイバレーザは、わずかな反射率の反射デバイス４０１を設けるだけで、自己発振や反射によるＭＯ１００や励起光源２０１に向かって出射されるパルスの尖塔値を２桁以上低く抑えることができる。
また、発振波長と異なる波長の反射デバイス４０１を用いることで、信号光に損失を与えることが無く、効率低下を無くすことができる。
また、ＭＯ１００や励起光源２０１に向かって出射されるパルスの尖塔値を低くできるので、励起光源２０１やＭＯ１００にダメージを与えることが無く、信頼性の高いファイバレーザを提供できる。
また、ファイバレーザの出力によっては、非常に高価な部品であるＰＡアイソレータ２０６が無くても自己発振しなくなるので、低コストにファイバレーザを作製できる。【００３３】
図８は、本発明のファイバレーザの第２実施形態を示す構成図である。本実施形態のファイバレーザは、図４に示す第１実施形態のファイバレーザと同様の構成要素を備えて構成され、同一の構成要素には同一符号を付している。【００３４】
本実施形態のファイバレーザは、第１実施形態においてはＭＯ１００とＰＡ２００との間に設けていた反射デバイス４０１を、ＰＡ２００内の光結合器２０３と希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５との間（すなわち光結合器２０３の出射端）を設けていることを特徴としている。【００３５】
本実施形態のファイバレーザについても、図４の第１実施形態のファイバレーザと同じく、自己発振や反射によるＭＯ１００や励起光源２０１に向かって出射されるパルスの尖塔値を低く抑えることができ、励起光源２０１やＭＯ１００にダメージを与えることが無く、信頼性の高いファイバレーザを提供できるなど、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
以下、実施例によって本発明の効果を実証する。
【実施例】
【００３６】
図３に示す従来のＭＯＰＡ方式のファイバレーザ（以下、比較例と記す）と、本発明に係る実施例として図４に示すファイバレーザとを試作した。
比較例、実施例とも、ＭＯ１００には、発振波長１０６４ｎｍのファイバリングレーザを用いている。
希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５は、Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバを使用し、そのコア径は２０μｍ、第１クラッド径は４００μｍ、コア吸収率は１２００ｄＢ／ｍ＠９７６ｎｍである。
光結合器２０３は、励起光が希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５との接続損失が小さくなるように、コア径２０μｍ、クラッド径３９０μｍの出射ポートを有するものを使用し、入射ポートは励起光源に接続され、コア径１０５μｍ、ＮＡ０．１５のマルチモードファイバからなる６本の励起ポート１０２とコア径６μｍ、ＮＡ０．１４のシングルモードファイバからなる１つの信号ポート２０２を有するものを用いた。
励起光源２０１には発振波長９１５ｎｍ、最大出力５Ｗの半導体レーザを６台用いた。【００３７】
実施例のファイバレーザには、反射デバイス４０１としてＦＢＧを設けた（比較例のファイバレーザには設けていない）。ＦＢＧの反射波長は、希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５の蛍光波長域であればどこでもよいが、できるだけ利得の高い波長にした方が早く発振させることができるので好ましい。また、反射デバイスとしては誘電体多層膜で構成されるフィルタなども採用できるが、高出力時には焼損してしまう恐れがあるので、ＦＢＧの方が好ましい。本実施例では反射波長１０４０ｎｍとした。また、ＭＯ１００の発振波長と同じ波長に設定する場合には、ＭＯ１００からＰＡ２００へと入射されるレーザ光を反射してしまうので、ＦＢＧの反射率が高くなるとＭＯ１００を損傷する可能性がある。この場合には段間アイソレータ３１６のアイソレーションを高くするなどの対策を施すことが好ましい。【００３８】
このファイバレーザを用い、ＭＯ１００からの信号が入力されないまま、ＰＡ２００の励起光源２０１を駆動して希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５が３０Ｗの励起パワーで励起されている状態にし、自己発振の様子を観測した。比較例のファイバレーザおよび実施例のファイバレーザのＰＡ出射端における自己発振時の出力波長スペクトルをそれぞれ図５，図６に示す。このときのＦＢＧの反射率は０．１％である。図５に示しように、比較例のファイバレーザでは１０３０ｎｍから１０７５ｎｍ程度の比較的利得の高い波長域でランダムに発振している。一方、実施例では、図６に示すように、ＦＢＧを入れたことで発振波長が１０４０ｎｍ付近に限定されていることが分かる。ＦＢＧを入れた際の自己発振を生じる波長域は、ＦＢＧの反射波長帯域によって決定されるので、帯域の狭いＦＢＧを使用すればさらに発振波長を限定することも可能である。【００３９】
さらに、ＦＢＧを設けた状態で、ＰＡ２００からＭＯ１００に向かって出射される光の波長スペクトルをＦＢＧとアイソレータの接続部で観測したところ、図７のようなスペクトルとなった。図７から、自己発振によるパルスの成分（１０４０ｎｍ）は、他の波長のＡＳＥ光と同程度の強度であることが分かる。すなわち、ＦＢＧを設けたことで、自己発振によって発生するパルスは、そのほとんどが希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５の出射端に向かって出射されていることを表している。また、自己発振時のパルスの尖塔値は、比較例のファイバレーザの場合はレーザ出射端で９Ｗ，段間アイソレータ出射端で５Ｗ，励起ポートで１Ｗであったが、実施例のファイバレーザでは、レーザ出射端で１７Ｗ，段間アイソレータ出射端で０．０２Ｗ，励起ポートで０．００７Ｗとなり、ＰＡ２００からＭＯ１００へ向かって出射されるパルスのピーク値を、およそ２桁減少させることができた。【００４０】
なお、本実施例ではＦＢＧの反射率が０．１％であったが、この反射率を高くすれば、ＰＡ２００からＭＯ１００へ向かって出射されるパルスのピーク値をさらに減少させることができる。【００４１】
さらに、比較例のファイバレーザにおいて、ＰＡ２００からレーザが出射された先に金属板を設置し、金属板による反射光が再度ＰＡ２００の出射端に入射するようにしたところ、段間アイソレータ出射端でのピークパワーは６Ｗとなった。しかしながら、実施例のファイバレーザについて同様に反射光を入射するようにしたところ、段間アイソレータ出射端でのピークパワーは０．３Ｗとなり、反射光が再入射してもＰＡからＭＯへ向かって出射されるパルスは微弱であった。【００４２】
この場合、出射端に反射光がどの程度の反射率で再入射するかは実使用環境によって異なるが、ＦＢＧの反射率の方が大きくなるように設定すればよい。ＦＢＧの反射率のほうを大きくとることで自己発振をコントロールすることができる。図４の構成で考えると、出射側の反射率はＰＡアイソレータの反射率以下にはならない。一般的に低反射処理されたアイソレータでも０．００１％である。したがって、ＦＢＧの反射率は０．００１％以上であることが好ましい。また、パルス出力のレーザの場合には、反射率を高く設定しすぎると、所望の繰返し周期よりも短い時間で自己発振してしまい、効率よくパルスの発生ができなくなるで、反射率は必要以上に高くしてはならない。実使用時はファイバレーザ出射端の先にレンズを設置してコリメートして使用することが多く、このような場合には外部からの反射によってＰＡに再入射した場合の反射率は、大きくても１０％程度である。したがってグレーティングの反射率は、０．００１％から１０％程度間での範囲とすることが望ましい。【００４３】
ところで、ＦＢＧの希土類添加ダブルクラッドファイバの反射波長での利得は、ＭＯ発振波長での利得と同程度かむしろ大きい方が好ましい。これは利得が大きい方が発振させやすいためである。【００４４】
本実施例では、ＭＯ発振波長とＦＢＧの反射波長は異なる波長であったが、同じ波長でも同様の効果を得ることはできる。ただし、ＭＯ１００からのレーザ光に損失を与えることになるので、異なる波長にする方が好ましい。また反射率を極端に高くしてしまうと、反射されたレーザ光が再びＭＯ１００に入射することで、ＭＯ１００内の部品を損傷してしまう可能性がある。反射率はこのような事態にならないよう適宜選択すべきであり、望ましくは１０％以下がよい。【００４５】
図８に本発明に係る第２の実施例を示す。基本的には前述した第１の実施例と同じ構成であるが、光結合器２０３の出射ポート１０４に反射デバイス４０１が接続され、その後段に希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５が接続されている点が図４と異なる。すなわち反射デバイス４０１を設けた位置が第１の実施例と異なる。【００４６】
第１の実施例では、反射デバイス４０１は光結合器の入射端にあった。したがって、発振時の共振器内に光結合器が含まれているため、希土類添加ダブルクラッドファイバ１０５から出射される発振光が光結合器２０３を介して励起光源へと達するため、比較的高いピークパワーのパルスが励起光源２０１へと入射する可能性があった。そこで第２の実施例では、図８に示す位置に反射デバイス４０１を配置し、それによって、励起光源２０１へと入射するパルスのパワーをさらに低減することが可能である。第１の実施例と同様の励起条件でファイバレーザを駆動したところ、励起光源２０１に入射するパルスのピークパワーは０．２ｍＷとなり、第１の実施例に比べてさらに１桁小さくすることができた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に拠れば、わずかな反射率の反射デバイスを設けるだけで、自己発振や反射によるＭＯや励起光源に向かって出射されるパルスの尖塔値を２桁以上低く抑えることができる。
また、発振波長と異なる波長の反射デバイスを用いることで、信号光に損失を与えることが無く、効率低下を無くすことができる。
また、ＭＯや励起光源に向かって出射されるパルスの尖塔値を低くできるので、励起光源やＭＯにダメージを与えることが無く、信頼性の高いレーザを提供できる。つまり、ファイバレーザの信頼性を向上させることができる。
また、ファイバレーザの出力によっては、非常に高価な部品であるＰＡアイソレータが無くても自己発振しなくなるので、低コストにファイバレーザを作製できる。
【図１】
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【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】
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【国際調査報告】
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