(57)【要約】  信号光を出力する信号光源と、前記信号光源からの前記信号光を増幅して出力する希土類元素ドープファイバと、を有するファイバレーザは、前記希土類元素ドープファイバの出力光を外部に出力するための光伝送路の一部として配設されたラマン増幅ファイバと、前記ラマン増幅ファイバから前記信号光源への光伝送路に設けられ、前記ラマン増幅ファイバにおいて発生したストークス光を透過させない波長選択素子と、を備える。
2008096863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光を出力する信号光源と、
前記信号光源からの前記信号光を増幅して出力する希土類元素ドープファイバと、
を有するファイバレーザであって、
前記希土類元素ドープファイバの出力光を外部に出力するための光伝送路の一部として配設されたラマン増幅ファイバと、
前記ラマン増幅ファイバから前記信号光源への光伝送路に設けられ、前記ラマン増幅ファイバにおいて発生したストークス光を透過させない波長選択素子と、
を備えるファイバレーザ。
【請求項２】
前記信号光源がファイバレーザである請求項１に記載のファイバレーザ。
【請求項３】
前記信号光源がＱスイッチパルス光源である請求項１に記載のファイバレーザ。
【請求項４】
信号光を出力する信号光源と、
前記信号光源からの前記信号光を増幅して出力する希土類添加ファイバと、
を有するファイバレーザであって、
前記信号光源の前記出力光を前記希土類添加ファイバの一端まで導く光伝送路の一部として配設されたラマン増幅ファイバと、
前記ラマン増幅ファイバから前記信号光源への光伝送路に設けられ、前記ラマン増幅ファイバにおいて発生したストークス光を透過させない波長選択素子と、
を備えるファイバレーザ。
【請求項５】
信号光を出力する信号光源と、
前記信号光源の前記出力光を外部に出力するための光伝送路の一部として配設されたラマン増幅ファイバと、
前記ラマン増幅ファイバから前記信号光源への光伝送路に設けられ、前記ラマン増幅ファイバにおいて発生したストークス光を透過させない波長選択素子と、
を備えるファイバレーザ。
【請求項６】
前記ラマン増幅ファイバは、フォトニックバンドギャップファイバであって、該フォトニックバンドギャップは、前記信号光の２次ストークス光の波長を含まない請求項１〜５に記載のファイバレーザ。
【請求項７】
希土類添加ファイバが希土類添加ダブルクラッドファイバである請求項１〜５のいずれかに記載のファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザのレーザ発振特性及び戻り光に対する特性変動の改良に関するもので、従来この主のレーザは、例えば金属やプラスチックなどの切断・穴あけ加工や、表面への印字（マーキング）などに利用されている。
本願は、２００７年２月９日に出願された特願第２００７−３０２７４号ならびに２００７年８月２２日に出願された特願第２００７−２１６４７３号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
金属やプラスチックなどの切断・穴あけ加工や、表面への印字（マーキング）などに用いられるレーザとして、ファイバレーザが利用されている。特許文献１には、このファイバレーザの利用方法が詳しく記載されている。
図５は、特許文献１に記載されているファイバレーザの基本構成を示す図であり、このファイバレーザは、信号光源Ｉｓ（パルス光）と励起光源Ｐｓ（ＣＷ光）の光をＢＳにて合波し、夫々、希土類ドープダブルクラッドファイバ１へ入射し、結果として出力パルスピークパワーが数１００〜数ＭＷの高パワーパルス増幅光が得られる構成になっている。【０００３】
また特許文献２には、パルス光による誘導ラマン散乱のストークス光の利用方法が詳しく記載されている。図６は、特許文献２の中で説明されているラマン散乱のストークス光を利用した光パルス発生器２を示す構成図である。この光パルス発生器２は、波長１．３２μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ３から出力される１ｋＷのパルス光を長さ１．７ｋｍの光ファイバ４に入射し、発生した複数のストークス光（図７参照）のうちの第２ストークス光（波長１．４９μｍ）のみを分光器５で取り出し、約１Ｗの出力を得ている。
【特許文献１】特許第３５６７２３３号公報
【特許文献２】特開昭５８−７０１４０号公報
【特許文献３】特許第２７５３５３９号公報
【非特許文献１】G. Bouwmans, “Fabrication and characterization of an all solid 2D photonic bandgap fiber with a low loss region (<20 dB/km) around 1550 nm”, OPTICS EXPRESS 17, vol. 13, No. 21, 2005, pp8452-8459
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のファイバレーザは、図８に示すように、光増幅媒体である希土類添加ファイバ１０と、この希土類添加ファイバ１０の入射に設けられた光合波器１３と、該光合波器１３によって光を希土類添加ファイバ１０内に入射可能に設けられた信号光源としての光パルス発生器１１及び励起光源１２とを備えて構成されている。光パルス発生器１１から出力されるパルスを、光合波器１３を通して希土類添加ファイバ１０に入射し、同時に励起光源１２から光合波器１３を通して入射される励起光により、希土類添加ファイバ１０の中で増幅されて高ピークパワーのパルスとなって出力される。このような構成の場合、金属など出力光を高率で反射する被加工物１４にパルス光を照射した場合、反射光の一部が希土類添加ファイバ１０に再結合し、反対方向へ進みながら増幅され、光パルス発生器１１に損害を与える問題があった。【０００５】
また、特許文献３には、光アンプの出力部に光アイソレータを付けた構成が記載されている。この構成を参考にして、図９に示すように、希土類添加光ファイバ１０の出力側に光アイソレータ１５を設置した構成とすれば、金属などの被加工物１４からの反射光を光アイソレータ１５で遮断し、結果として光パルス発生器１１を保護することが可能となる。ただし、特許文献３には、光アイソレータによって被加工物からの反射光を抑制することについては記載されていない。【０００６】
しかしながら、近年、ファイバレーザの改良が進み、出力が平均パワーで１Ｗを超えることが可能になり、光アイソレータの光入力パワーに対する耐久性が問題となってきている。高光パワーに耐え得る光アイソレータの実現には、光アイソレータ内の光学部品の表面コーティング処理の改良や各部の発熱を抑制する等の改良が必要となり、レーザ製品としてのコストに重大な影響を与えることになる。【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、高光パワーであっても、戻り光による光源へのダメージを抑制できる機能を持った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】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明の第１態様は、信号光を出力する信号光源と、前記信号光源からの前記信号光を増幅して出力する希土類元素ドープファイバと、有するファイバレーザであって、前記希土類元素ドープファイバの出力光を外部に出力するための光伝送路の一部として配設されたラマン増幅ファイバと、前記ラマン増幅ファイバから前記信号光源への光伝送路に設けられ、前記ラマン増幅ファイバにおいて発生したストークス光を透過させない波長選択素子と、を備えるファイバレーザを提供する。【０００９】
本発明の第１態様の前記ファイバレーザにおいて、信号光源は、ファイバレーザであることが好ましい。
本発明の第１態様の前記ファイバレーザにおいて、信号光源は、Ｑスイッチパルス光源であってもよい。【００１０】
また本発明の第２態様は、信号光を出力する信号光源と、前記信号光源からの前記信号光を増幅して出力する希土類添加ファイバと、を有するファイバレーザであって、前記信号光源の前記出力光を前記希土類添加ファイバの一端まで導く光伝送路の一部として配設されたラマン増幅ファイバと、前記ラマン増幅ファイバから前記信号光源への光伝送路に設けられ、前記ラマン増幅ファイバにおいて発生したストークス光を透過させない波長選択素子と、を備えるファイバレーザを提供する。【００１１】
また、本発明の第３態様は、信号光を出力する信号光源と、前記信号光源の前記出力光を外部に出力するための光伝送路の一部として配設されたラマン増幅ファイバと、前記ラマン増幅ファイバから前記信号光源への光伝送路に設けられ、前記ラマン増幅ファイバにおいて発生したストークス光を透過させない波長選択素子と、を備えるファイバレーザを提供する。【００１２】
本発明のファイバレーザにおいて、前記ラマン増幅ファイバは、フォトニックバンドギャップファイバであって、該フォトニックバンドギャップは、前記信号光の２次ストークス光の波長を含まないことが好ましい。
また、本発明のファイバレーザにおいて、希土類添加ファイバが希土類添加ダブルクラッドファイバであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のファイバレーザは、希土類添加ファイバの入射側と出力側の少なくとも一方にラマン増幅用ファイバが接続され、且つ該ラマン増幅用ファイバの光源側に、ラマン増幅用ファイバに入射された戻り光が波長変換されたストークス光を光増幅系外に取り出す波長選択素子が設けられた構成を有し、出力光が金属等の被加工物で反射されてラマン増幅用ファイバに入射されると、この戻り光がラマン増幅用ファイバ内で波長変換されてストークス光となり、ラマン増幅用ファイバから出力されたストークス光が波長選択素子により光増幅系外に取り出され、増幅された戻り光によって光源が損傷を受けることを防止でき、ファイバレーザの寿命延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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２】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。
【図３】本発明のファイバレーザの第３実施形態を示す構成図である。
【図４】本発明の実施例１で用いたラマン増幅用ファイバによる波長変換の結果を示すグラフである。
【図５】特許文献１に記載された従来のファイバレーザを示す構成図である。
【図６】特許文献２に記載された従来のファイバレーザを示す構成図である。
【図７】特許文献２に記載された励起光とストークス光の波長を示す図である。
【図８】従来の一般的なファイバレーザを示す構成図である。
【図９】戻り光遮断のために光アイソレータを用いたファイバレーザを示す構成図である。
【図１０】本発明の実施例２で作製したファイバレーザの構成図である。
【図１１】本発明の実施例３，４で用いたＰＢＧＦの断面図である。
【図１２】本発明の実施例３，４で用いたＰＢＧＦの径方向の屈折率プロファイルである。
【図１３】本発明の実施例３で作製したファイバレーザの構成図である。
【図１４】本発明の実施例３で作製したファイバレーザの構成図である。
【符号の説明】
【００１５】
２０，３０，４０、５０，６０，７０…ファイバレーザ、２１…希土類添加ファイバ、２２…光パルス発生器（信号光源）、２３…励起光源、２４…ラマン増幅用ファイバ、２５…波長合分波器（波長選択素子）、２６…光合波器、２７…共振器、２８Ａ，２８Ｂ…ミラー、５２…連続光発生器、６４…ＰＢＧＦ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の各実施形態に限定されるものではなく、例えばこれら実施形態の構成要素同士を適宜組み合わせてもよい。
図１は、本発明のファイバレーザの第１実施形態を示す図である。本実施形態のファイバレーザ２０は、光増幅媒体である希土類添加ファイバ２１と、該希土類添加ファイバの入射側に信号光を入射可能に接続された信号光源としての光パルス発生器２２と、希土類添加ファイバ２１の入射側に光合波器２６を介して励起光を入射可能に接続された励起光源２３と、希土類添加ファイバ２１の入射側に設けられた光合波器２５と光パルス発生器２２との間に設けられたラマン増幅用ファイバ２４と、ラマン増幅用ファイバ２４の光パルス発生器２２側に設けられ、ラマン増幅用ファイバ２４に入射された戻り光がストークス光に波長変換されて光増幅系外に取り出す波長選択素子としての波長合分波器２５とを備えて構成されている。また、図９に示す従来の装置において用いていた光アイソレータ１５は使用していない。【００１７】
本実施形態のファイバレーザ２０において、光増幅媒体である希土類添加ファイバ２１としては、希土類元素、例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ネオジム（Ｎｄ）、プラセオジム（Ｐｒ）等の希土類元素が添加されたコアと、コアの外周を囲む第１クラッドと、第１クラッドを囲む第２クラッドとからなる希土類添加ダブルクラッドファイバを用いることが好ましい。この希土類添加ダブルクラッドファイバには、光パルス発生器２２から発せられた信号光がコアに入射されるとともに、、励起光源２３からの励起光が第１クラッドに入射される。この励起光がコア内の希土類イオンを励起し、励起された希土類イオンがコアに入射された信号光を増幅する。信号光は、増幅されながらこの希土類添加ダブルクラッドファイバを伝搬し、外部に増幅されたパルス光として出力される。【００１８】
次に、希土類添加ファイバ２１の入射側と光パルス発生器２２との間に設けたラマン増幅用ファイバ２４について説明する。本実施形態に係るラマン増幅用ファイバ２４は、光パワーが大きい戻り光が入射された場合に誘導ラマン散乱を生じるファイバであって、特に限定されることなく従来の公知のラマン増幅用ファイバの中から適宜選択して用いることができる。このラマン増幅用ファイバ２４のコア径、及び長さは、戻り光の光パワーに応じて決められる。
ラマン増幅用ファイバ２４には、光合波器２５を介してパルス発生器２２からの信号光が入射される。一方、希土類添加ファイバ２１において増幅された光パワーの大きな出力光の一部は、被加工物１４で反射して再び希土類添加ファイバ２１に入射する。この戻り光は、希土類添加ファイバ２１において増幅されて、光パワーの大きな戻り光としてラマン増幅用ファイバ２４に入射する。この戻り光の光パワーは、信号光より大きい。すなわち、このラマン増幅用ファイバ２４のコア径、及び長さは、光パワーが弱い信号光に対しては誘導ラマン散乱を起こすことなくそのまま伝搬させ、かつ、光パワーが大きい戻り光に対しては誘導ラマン散乱を起こすように決められる。【００１９】
本実施形態のファイバレーザ２０において、ラマン増幅用ファイバ２４と光源である光パルス発生器２２との間に設けられた波長選択素子としての波長合分波器２５は、例えば、光パルス発生器２２から発する信号光を透過（又は反射）してラマン増幅用ファイバ２４に入射する一方、光ラマン増幅用ファイバ２４から光パルス発生器２２に向かう波長変換された戻り光（ストークス光）は反射（又は透過）して光増幅系外へ取り出せる機能を有していればよく、従来公知の波長合分波器の中から、それぞれ波長の異なる信号光とストークス光とを十分に分離できるものを選択して用いることが望ましい。【００２０】
本実施形態のファイバレーザ２０において、ラマン増幅用ファイバ２４と希土類添加ファイバ２１との間に設けられた光合波器２６は、光パルス発生器２２からの信号光と励起光源２３からの励起光とを希土類添加ファイバ２１に入射できればよく、従来公知の各種の光合波器を用いることができる。
また、光源である光パルス発生器２２としては、ファイバレーザであることが好ましく特に、Ｑスイッチパルス光源であることが好ましい。
また、光源は必ずしもパルス光を発する光源でなくてもよく、連続光を発する光源を使用してもよい。【００２１】
前記のように構成された本実施形態のファイバレーザ２０は、励起光源２３から光合波器２６を介して励起光を希土類添加ファイバ２１に入射するとともに、光パルス発生器２２から波長合分波器２５、ラマン増幅用ファイバ２４及び光合波器２６を通して信号光を希土類添加ファイバ２１に入射することにより、信号光が増幅されながら伝搬し、増幅された高パワーパルス光が出力されるようになっている。そして、出力された高パワーパルス光を被加工物１４の所定位置に照射し、切断・穴あけ加工や、表面への印字（マーキング）などの加工を行うファイバレーザとして利用する。【００２２】
被加工物１４が金属などの場合、照射された高パワーパルス光の一部が被加工物１４で反射されて希土類添加ファイバ２１の出力側に戻り光として入射される場合がある。戻り光は、希土類添加ファイバ２１及び光合波器２６を通ってラマン増幅用ファイバ２４内に入射され光パルス発生器２２側に向けて伝搬する際、誘導ラマン散乱が起き、信号光と波長の異なるストークス光が発生する。波長変換されたストークス光は、ラマン増幅用ファイバ２４の光源側から出力されて波長合分波器２５に入り、ここで反射され、光増幅系外へと取り出される。【００２３】
このように本実施形態のファイバレーザ２０は、出力光が金属等の被加工物１４で反射されてラマン増幅用ファイバ２４に入射されると、この戻り光がラマン増幅用ファイバ２４内で波長変換されてストークス光となり、ラマン増幅用ファイバ２４から出力されたストークス光が波長合分波器２５により光増幅系外に取り出される。これにより、増幅された戻り光によって光源が損傷を受けることを防止でき、ファイバレーザの寿命延長を図ることができる。【００２４】
図２は、本発明のファイバレーザの第２実施形態を示す図である。本実施形態のファイバレーザ３０は、前述した第１実施形態のファイバレーザ２０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の符号を付してある。【００２５】
本実施形態のファイバレーザ３０は、光パルス発生器２２側に希土類添加ファイバ２１を配置し、希土類添加ファイバ２１の出力側に波長合分波器２５とラマン増幅用ファイバ２４とを設けた点が第１実施形態のファイバレーザ２０と異なっている。【００２６】
本実施形態に係るラマン増幅用ファイバ２４は、光パワーが大きい、希土類添加ファイバ２１の出力光が入射された場合に誘導ラマン散乱を生じるファイバであって、特に限定されることなく従来の公知のラマン増幅用ファイバの中から適宜選択して用いることができる。このラマン増幅用ファイバ２４のコア径、及び長さは、希土類添加ファイバ２１の出力光の光パワーに応じて決められる。
本実施形態のファイバレーザ３０においても、第１実施形態のファイバレーザ２０と同じく、光パルス発生器２２から発せられた信号光は、希土類添加ファイバ２１内で増幅される。そして、増幅された高パワー信号光は、ラマン増幅用ファイバ２４内を出射端に向かって伝播する際に、誘導ラマン散乱によるストークス光に変換されて出力される。この出力光は、被加工物１４で反射して再びラマン増幅用ファイバ２４に入射する。この戻り光は、波長変換されたストークス光であるから、ラマン増幅用ファイバ２４を伝搬して波長合分波器２５に入ると反射され、光増幅系外へと取り出される。【００２７】
本実施形態のファイバレーザ３０は、前述した第１実施形態のファイバレーザ２０と同様の効果を得ることができる。【００２８】
図３は、本発明のファイバレーザの第３実施形態を示す図である。本実施形態のファイバレーザ４０は、光増幅媒体である希土類添加ファイバ２１と、該希土類添加ファイバ２１の入射側に光合波器２６を介して光を入射可能に接続された励起光源２３と、希土類添加ファイバ２１を共振器２７として機能させるように希土類添加ファイバ２１の両側に設けられたミラー２８Ａ，２８Ｂと、希土類添加ファイバ２１の出力側に接続されたラマン増幅用ファイバ２４と、ラマン増幅用ファイバ２４の希土類添加ファイバ２１側に設けられた波長合分波器２５とを備えて構成されている。【００２９】
本実施形態のファイバレーザ４０は、励起光源２３から光合波器２６を介して希土類添加ファイバ２１の入射側に光を入射することで、希土類添加ファイバ２１とその両側に設けられたミラー２８Ａ，２８Ｂとからなる共振器２７で光が増幅され、増幅された高パワー光がミラー２８Ｂ、波長合分波器２５及びラマン増幅用ファイバ２４を通って出力され、被加工物１４に照射できるようになっている。【００３０】
本実施形態のファイバレーザ４０は、前述した第２実施形態のファイバレーザ３０と同様に、希土類添加ファイバ２１内で増幅された高パワー信号光が、ラマン増幅用ファイバ２４内を出射端に向かって伝播する際に、誘導ラマン散乱によるストークス光に変換されて出力される。この出力光は、被加工物１４で反射して再びラマン増幅用ファイバ２４に入射する。この戻り光は、波長変換されたストークス光であるから、ラマン増幅用ファイバ２４を伝搬して波長合分波器２５に入ると反射され、光増幅系外へと取り出される。。【００３１】
本実施形態のファイバレーザ４０は、前述した第１実施形態のファイバレーザ２０と同様の効果を得ることができる。
【実施例１】
【００３２】
図１に示す構成のファイバレーザ２０を作製した。
ラマン増幅用ファイバ２４として、コア径４μｍ、クラッド径１２５μｍのファイバを用いた。このラマン増幅用ファイバ２４に、光パルス発生器２２からの出射光パルス（波長１０３０ｎｍ、ピークパワ８０Ｗ）を入射させた。一方、被加工物によって反射され、希土類添加ファイバ２１内で増幅された戻り光は、ラマン増幅用ファイバ２４に入射する際にピークパワーが１６０Ｗであった。ラマン増幅用ファイバ２４は、光パルス発生器２２からの出射光パルスでは、誘導ラマン散乱が起きず、戻り光パルスに対してのみ誘導ラマン散乱による波長シフトが起こるように長さを５０ｍとした。このラマン増幅ファイバ２４を使用することで、希土類添加ファイバ２１内で増幅された高ピークパワーの戻り光は、ラマン増幅用ファイバ２４を光パルス発生器２２に向かって伝播する際に誘導ラマン散乱を起こす。このラマン増幅用ファイバ２４に入射した戻り光と、この戻り光により発生した誘導ラマン散乱光のスペクトルを図４に示す。
図４に示す通り、入射された波長１０３０ｎｍの光パワーが誘導ラマン散乱により波長１０９０ｎｍにシフトして出力されている。
図１に示す通り、励起光源２３は、半導体レーザの出力光をマルチモードファイバに結合させたもので、波長９１５ｎｍ、出力３Ｗの光をファイバより出力可能である。
光合波器２６は、希土類添加ファイバ２１として用いたＹｂコア添加ダブルクラッドファイバのコアとクラッドに信号光と励起光とを有効に結合するための素子で、励起光源２３として用いている６台の半導体レーザからの光とラマン増幅用ファイバからの光を低損失で結合することが可能である。
この素子を通過後、パルス光パワーは１ｄＢ低下したが、励起光パワーは損失をほとんど受けずに１８Ｗが得られた。【００３３】
希土類添加ファイバ２１としては、Ｙｂコア添加ダブルクラッドファイバを用いており、コア径１４μｍ、クラッド径２００μｍ、長さ１０ｍ、コアへのＹｂ添加濃度は１００００ｐｐｍである。このファイバによるパルス光の増幅により、パルスピークパワー１０ｋＷ、平均出力パワー１０Ｗのパルスレーザ光を出力している。
このファイバ出力端付近に開口数（ＮＡ）０．４の凸レンズを設置して、表面を鏡面処理したステンレス鋼材への穴加工を行った。
ステンレス鋼材表面のパルス光の集光スポット径が２００μｍ程度では、特にレーザの動作に変化はないが、集光スポット径を１００μｍ以下に絞る条件では、明らかに戻り光量が増加し、戻り光によると思われる波長合分波器２５の温度上昇（約３℃）が観察された。しかし、光パルス発生器２２の動作には全く影響が出ず、戻り光は全て波長合分波器２５の内部で抑制されている。
【実施例２】
【００３４】
図１に示した実施例１のファイバレーザのパルス発生器２２の代わりに、連続光発生器５２を用いて、図１０に示す構成のファイバレーザ５０を作製した。また、励起光源２３として１台あたり８Ｗ出力可能な半導体レーザを１９台使用し、光合波器２６を通過後の励起光パワーは１５０Ｗ得られるようにしたところ、希土類添加ファイバ２１の出力側では、平均出力パワーで８０ＷのＣＷレーザ光が得られた。【００３５】
このＣＷレーザ光を出力しているこのファイバ出力端付近に、開口数（ＮＡ）０．４の凸レンズを設置して、表面を鏡面処理したステンレス鋼材への穴加工を行った。
実施例１の場合と同様に、集光スポット径を１００μｍ以下に絞る条件では、戻り光による波長合分波器２５の温度上昇（約１５℃）が観測されたが、光パルス発生器２２の動作や希土類添加ファイバ２１の出力には影響が見られず、戻り光は波長合分波器の内部で抑制されている。
【実施例３】
【００３６】
図１に示した実施例１のファイバレーザでは、被加工物１４で反射された戻り光が、ラマン増幅用ファイバ２４に入射されて光パルス発生器２２に向かって伝播する際、誘導ラマン散乱が起きて信号光と波長の異なるストークス光が発生するが、信号光のパワーが完全にストークス光に変換されるのではなく、一部は信号光波長のままラマン増幅用ファイバ２４から出力されるので、波長合分波器２５では戻り光を完全に除去することができない。また、戻り光のパワーによっては、図７に示すとおり高次のストークス光が発生することがあり、波長合分波器に要求される性能が高くなり、ファイバレーザのコストに影響を及ぼしてしまう。【００３７】
そこで、本実施例では、図１に示した実施例１のファイバレーザのラマン増幅用ファイバ２４として、フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）６４を使用し、図１３に示すファイバレーザ６０を作製した。ＰＢＧＦ６４は、例えば、非特許文献１に開示されている。【００３８】
図１１に、本実施例で用いたＰＢＧＦ６４の断面図を、図１２にその径方向の屈折率プロファイルを示す。このＰＢＧＦ６４は、中心に純水石英ガラスと同じ低い屈折率の領域６４ａを持っており、その周囲にＧｅなどを添加することで屈折率の高い部分６４ｂを形成し、この屈折率の高い部分が三角格子状の周期構造に配列されている。屈折率の高い部分の直径や間隔を調整することで、所望の波長帯域にフォトニックバンドギャップを形成することができる。このＰＢＧＦ６４の低い屈折率の領域６４ａに光を入射すると、フォトニックバンドギャップの波長帯域の光は、周期構造の配置された屈折率の高い部分６４ｂを導波することができないため、低い屈折率の領域６４ａに閉じ込められて導波する。これは、従来の光通信などで用いられてきた光ファイバとは導波原理からして異なる。それ以外の波長帯域の光については、周期構造中にも導波することができるため、そのままファイバ全面に拡がり放射されてしまう。すなわち、フォトニックバンドギャップの波長帯域の光に対しては、低い屈折率の領域がコア、高い屈折率の領域がクラッドとして機能するような光ファイバとなる。【００３９】
本実施例では、戻り光（信号光）とその１次ストークス光の両方の波長帯域がフォトニックバンドギャップに含まれ、２次ストークス光の波長帯域はフォトニックバンドギャップ外になるように作製されたＰＢＧＦ６４を使用した。このＰＢＧＦ６４をラマン増幅用ファイバとして使用することで、戻り光とその１次ストークス光はコア領域に閉じ込められて伝播し、１次ストークス光がラマン散乱されて発生する２次ストークス光は、コア領域を伝搬することなく誘導ラマン散乱される前にコア領域外へと放出される。これにより戻り光から１次ストークス光へと効率よく波長変換することができ、戻り光を効率よく除去することができる。また、波長合分波器は、１次ストークス光の波長のみを増幅系外に取り出せればよいので、比較的低コストの部品を使用することができる。【００４０】
実施例１と同様に、平均出力パワー１０Ｗのパルスレーザ光を出力しているファイバ出力端付近に開口数（ＮＡ）０．４の凸レンズを設置して、表面を鏡面処理したステンレス鋼材への穴加工を行った。【００４１】
ステンレス鋼材表面のパルス光集光スポット径が２００μｍ程度では、特にレーザの動作に変化はない。しかし、集光スポット径を１００μｍ以下に絞る条件では、明らかに戻り光量が増加し、戻り光によると思われる波長合分波器２５の温度上昇（約５℃）が観察されたが、光パルス発生器２２の動作にはまったく影響が出ず、戻り光は全て波長合分波器２５の内部で抑制されている。また、波長合分波器２５の温度上昇が実施例１よりも高くなり、ＰＢＧＦ６４内で戻り光から１次ストークス光へと効率よく変換できたので、波長合分波器２５で増幅系外に除去された光量が多くなったことが分かる。
【実施例４】
【００４２】
図１４に示すファイバレーザ７０を作製した。図１３に示したファイバレーザ６０とは、ＰＢＧＦ６４を希土類添加ファイバ２１の出射側に接続することで、希土類添加ファイバ２１から出射されＰＢＧＦ６４に入射されたレーザ光がＰＢＧＦ６４の出射端に到達するまでに、誘導ラマン散乱によって１次ストークス光の波長のレーザ光へと変換されて出射されるようにした点で異なっている。このような構成とすることで、戻り光は１次ストークス光の波長成分のみを有するようになり、戻り光を効率よく除去することができる。【００４３】
さらには、ＰＢＧＦ６４から出射されるレーザ光の波長が希土類添加ファイバ２１の増幅帯域外となるように、信号波長、及びＰＢＧＦ６４の光学特性を選択すれば、戻り光が希土類添加光ファイバ内で増幅されながら伝播することがなくなる。したがって、戻り光のパワーを低減することができるので、より信頼性の高いファイバレーザを構成することができる。【００４４】
本実施例においては、パルス発生器２２から発せられる信号光波長を１０９０ｎｍとし、ＰＢＧＦ６４は信号光波長（１０９０ｎｍ）とその１次ストークス光（波長１１４５ｎｍ付近）がフォトニックバンドギャップの波長帯域に含まれ、ＰＢＧＦ６４のコア領域を伝播するように作製した。このように構成することで、ＰＢＧＦ６４の出射端からは波長が１１４５ｎｍのレーザ光が得られた。【００４５】
実施例１と同様に、平均出力パワーが１０Ｗとなるように調整し、パルスレーザ光を出力しているファイバ出力端付近に開口数（ＮＡ）０．４の凸レンズを設置して、表面を鏡面処理したステンレス鋼材への穴開け加工を行った。【００４６】
集光スポット径を１００μｍ以下に絞る条件では、明らかに戻り光量が増加するものの、戻り光によると思われる波長合分波器２５の温度上昇は観察されなかった。これは、戻り光の波長が１１４５ｎｍでＹｂ添加光ファイバ（希土類添加ファイバ２１）の増幅帯域外にあるため、戻り光がＹｂ添加光ファイバ内を伝播する際に増幅されず、上述の実施例に比べて戻り光のパワー自体が低減されたためである。また、光パルス発生器２２の動作にはまったく影響が出ず、戻り光は全て波長合分波器２５の内部で抑制されている。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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