(57)【要約】【課題】  出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が向上されたファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】  光源１０と、光源１０から出射されるパルス光の少なくとも一部を波長変換して出射する波長変換部ＲＦと、波長変換部ＲＦと光源１０との間に配置される第１反射部５１と、波長変換部ＲＦの第１反射部５１とは反対側に配置される第２反射部５２と、を備え、第２反射部５２は、前記波長変換部で波長変換された光の一部を透過すると共に他の一部を第１反射部５１側に反射し、第１反射部５１は、光源１０から出射されるパルス光を透過すると共に前記波長変換部で波長変換された光を第２反射部５２よりも高い反射率で第２反射部５２側に反射する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から出射されるパルス光の少なくとも一部を波長変換して出射する波長変換部と、前記波長変換部と前記光源との間に配置される第１反射部と、前記波長変換部の前記第１反射部とは反対側に配置される第２反射部と、を備え、
前記第２反射部は、前記波長変換部で波長変換された光の一部を透過すると共に他の一部を前記第１反射部側に反射し、
前記第１反射部は、前記光源から出射される前記パルス光を透過すると共に前記波長変換部で波長変換された光を前記第２反射部よりも高い反射率で前記第２反射部側に反射する
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記波長変換部の前記光源とは反対側に、前記波長変換部で波長変換された光を透過すると共に前記波長変換部で波長変換されない前記パルス光の透過を抑制する第１フィルタが備えられる
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記第１フィルタは、前記波長変換部で波長変換されない前記パルス光を前記波長変換部側に反射する
ことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記光源と前記第１反射部との間に、前記光源側からの光を透過して前記第１反射部側からの光の透過を抑制する第２フィルタが備えられる
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、パルス状の出射光を出射するファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いて加工を行う加工機や、レーザ光を使ったメス等の医療機器等に用いるレーザ装置の一つとして、希土類添加ファイバにより信号光を増幅して出射するファイバレーザ装置が用いられている。このようなファイバレーザ装置の一つとして、種光を増幅して出射するＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置が知られている。
【０００３】
上記のようなファイバレーザ装置において、用途に応じて出射光のパルス幅を大きくしたいという要望がある。出射光のパルス幅を大きくするには、ＭＯの励起光強度を弱めることが考えられる。しかし、ＭＯの励起光強度が弱められると、種光の出力が弱くなり，その種光を増幅することが難しくなる場合がある。
【０００４】
パルス光のパルス幅を大きくする技術としては、例えば下記特許文献１に開示されているものがある。下記特許文献１には、レーザ発振器と、該レーザ発振器から出射されるレーザ光の一部を取り出して他の一部を透過する副共振器出力ミラーと、を備えるレーザ装置が記載されている。このレーザ装置は、レーザ発振器から出射されるレーザ光の一部を副共振器出力ミラーによって取り出すとともに他の一部を副共振全反射ミラーによってレーザ発振器側に戻して増幅させることができる。その結果、複数のパルス光が互いに相対的に時間的なずれを生じて副共振器出力ミラーから出射され、それらの時間的にずれた複数のパルス光が重なり合うことによって、パルス光のパルス幅が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３００２９９８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に開示されているレーザ装置では、増幅されて出射されるレーザ光が照射対象物の表面等で反射されて戻り光として出射口から入射し、その戻り光の一部が副共振器出力ミラーを介してレーザ発振器まで伝搬する場合がある。このように増幅されたレーザ光がレーザ発振器に戻ると、光部品を損傷させる虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が向上されたファイバレーザ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明のファイバレーザ装置は、光源と、前記光源から出射されるパルス光の少なくとも一部を波長変換して出射する波長変換部と、前記波長変換部と前記光源との間に配置される第１反射部と、前記波長変換部の前記第１反射部とは反対側に配置される第２反射部と、を備え、前記第２反射部は、前記波長変換部にて波長変換された光の一部を透過すると共に他の一部を前記第１反射部側に反射し、前記第１反射部は、前記光源から出射される前記パルス光を透過すると共に前記波長変換部で波長変換された光を前記第２反射部よりも高い反射率で前記第２反射部側に反射することを特徴とするものである。
【０００９】
このようなファイバレーザ装置によれば、光源から出射するパルス光の一部が波長変換部において波長変換される。この波長変換された光の一部は第２反射部を透過し、他の一部は第２反射部によって第１反射部側に反射される。第２反射部によって第１反射部側に反射される光は、第１反射部で第２反射部側に反射され再び第２反射部に入射する。そして、再び第２反射部に入射するパルス光は、再び第２反射部を透過する光と第２反射部で反射される光とに分けられる。このようにして、互いに相対的に時間的なずれを有するパルス光が複数出射される。そして、このような互いに相対的に時間的なずれを有する複数のパルス光が重ね合わせられることによって、パルス幅が大きなパルス光を生じさせることができる。また、ファイバレーザ装置から出射される光が照射対象物の表面等で反射されて戻り光として出射口からファイバレーザ装置に入射する場合、波長変換された光がファイバレーザ装置に入射したとしても当該光は光源の手前に設けられる第１反射部又は第２反射部で反射される。よって、戻り光が光源に入射することが抑制され、戻り光に対する耐性が向上される。このように、上記ファイバレーザ装置は、出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が向上されている。
【００１０】
また、上記ファイバレーザ装置は、前記波長変換部の前記光源とは反対側に、前記波長変換部で波長変換された光を透過すると共に前記波長変換部で波長変換されない前記パルス光の透過を抑制する第１フィルタを備えることが好ましい。
【００１１】
上記ファイバレーザ装置によれば、上記第１フィルタが備えられることによって、波長変換部において波長変換されないパルス光がファイバレーザ装置から出射されることが抑制される。
【００１２】
また、上記ファイバレーザ装置において、前記第１フィルタは、前記波長変換部で波長変換されない前記パルス光を前記波長変換部側に反射することが好ましい。
【００１３】
波長変換されないパルス光が第１フィルタによって前記波長変換部側に反射されることによって、当該パルス光は波長変換部に再び入射する。そして、波長変換部において当該パルス光の一部が波長変換され、波長変換されたパルス光が第１反射部で第２反射部側に反射されることによって、光源から出射されるパルス光の利用効率を向上させることができる。
【００１４】
また、上記ファイバレーザ装置は、前記光源と前記第１反射部との間に、前記光源側からの光を透過して前記第１反射部側からの光の透過を抑制する第２フィルタが備えられることが好ましい。
【００１５】
このような第２フィルタが備えられることによって、戻り光が光源に入射することをより抑制できるので、戻り光に対する耐性がより向上される。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が向上されたファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るファイバレーザ装置から出射されるパルス光のパワーの大きさの様子を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るファイバレーザ装置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。
【００１９】
図１は、本実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、種光を出射する種光部ＭＯと種光部ＭＯから出射する種光を増幅するプリアンプＰＲとを有する光源１０と、メインアンプＰＡと、種光部ＭＯとプリアンプＰＲとの間に配置される波長変換部ＲＦと、波長変換部ＲＦと光源１０との間に配置される第１反射部５１と、波長変換部ＲＦの第１反射部５１とは反対側に配置される第２反射部５２と、第２反射部５２の光源１０とは反対側に配置される第１フィルタ６１と、光源１０と第１反射部５１との間に配置される第２フィルタ６２と、を主な構成として備える。このようにファイバレーザ装置１は、種光部ＭＯがMaster Oscillatorとされ、メインアンプＰＡがPower Amplifierとされる、いわゆるＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置である。
【００２０】
＜種光部ＭＯの構成＞
本実施形態の種光部ＭＯは、励起光を出射する励起光源１１と、励起光源１１から出射する励起光が入射し、当該励起光により励起される活性元素が添加される増幅用光ファイバ１３と、増幅用光ファイバ１３の一端側に設けられるＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）１２と、増幅用光ファイバ１３の他端に接続される音響光学素子（ＡＯＭ）１４と、を主な構成として備える。このように種光部ＭＯは、共振型のファイバレーザ装置から成る。
【００２１】
種光部ＭＯの励起光源１１は、連続光を出射する光源であり、例えばレーザダイオードから構成される。励起光源１１は、増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの光を出射する。また、励起光源１１は光ファイバ１８に接続されており、種光部ＭＯの励起光源１１から出射する光は、光ファイバ１８を伝搬する。
【００２２】
種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲むクラッドとを有する。増幅用光ファイバ１３において、コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも高く、コアを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素、及び、種光部ＭＯの励起光源１１から出射する種光部の光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等が挙げられる。また、増幅用光ファイバ１３のクラッドを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。
【００２３】
上記の光ファイバ１８は増幅用光ファイバ１３の一端と接続されており、光ファイバ１８のコアと増幅用光ファイバ１３のコアとが光学的に結合している。また、光ファイバ１８のコアには、ＦＢＧ１２が設けられている。こうしてＦＢＧ１２は、増幅用光ファイバ１３の一端側に設けられている。ＦＢＧ１２は、光ファイバ１８の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ１３の活性元素が放出する光の内、特定波長の光を反射するように構成されている。ＦＢＧ１２は、上述のように増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素がイッテルビウム（Ｙｂ）である場合、例えば、波長が１０３５ｎｍの光の反射率が１００％とされる。
【００２４】
増幅用光ファイバ１３の他端にはＡＯＭ１４が接続されている。ＡＯＭ１４は、第１状態と第２状態とを切り換えることができる。第１状態は、ＡＯＭ１４がオンとされる状態であり、ＡＯＭ１４は所定周期で振動する。第１状態では、増幅用光ファイバ１３のコアから入射する光が、ＡＯＭ１４をプリアンプＰＲに向かって伝搬しつつ、一部の光がＡＯＭ１４のプリアンプＰＲ側の端面でフルネル反射を起こす。よって、一部の光はＡＯＭ１４から増幅用光ファイバ１３のコアに向かって出射し、他の一部の光はプリアンプＰＲに向かってＡＯＭ１４から出射する。このフルネル反射の反射率は、ＦＢＧ１２の反射率よりも低くされる。また、第２状態はＡＯＭ１４がオフとされる状態や第１状態と異なる周期でＡＯＭ１４が振動する状態とされる。第２状態では、増幅用光ファイバ１３のコアから入射する光がＡＯＭ１４内を第１状態と異なる方向に向かって伝搬する。このため、第２状態では、ＡＯＭ１４に入射した光は増幅用光ファイバ１３と異なる方向に出射する。
【００２５】
以上のように、本実施形態の種光部ＭＯでは、光ファイバ１８の一部と増幅用光ファイバ１３とＡＯＭ１４とから成る光路で光が往復して共振する。
【００２６】
＜プリアンプＰＲの構成＞
プリアンプＰＲは、励起光源２１と増幅用光ファイバ２３とカプラ２２とを主な構成として備える。
【００２７】
プリアンプＰＲの励起光源２１は、例えば複数のレーザダイオードから構成され、後述のようにプリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源２１は、光ファイバ２８に接続されており、励起光源２１から出射する励起光は、光ファイバ２８を伝播する。光ファイバ２８としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、当該励起光は光ファイバ２８をマルチモード光として伝播する。
【００２８】
プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドとを有している。増幅用光ファイバ２３において、コアの屈折率は内側クラッドの屈折率よりも高く、内側クラッドの屈折率は外側クラッドの屈折率よりも高くされる。つまり、増幅用光ファイバ２３はダブルクラッド構造とされる。増幅用光ファイバ２３において、コアを構成する材料としては、例えば、上記の種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３のコアと同様の材料を挙げることができ、内側クラッドを構成する材料としては、例えば、上記の種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３のクラッドと同様の材料を挙げることができる。また、増幅用光ファイバ２３の外側クラッドを構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂を挙げることができる。
【００２９】
本実施形態において、種光部ＭＯのＡＯＭ１４は、光ファイバ２９に接続される。カプラ２２は、光ファイバ２９及び光ファイバ２８と、増幅用光ファイバ２３の一端とを接続している。具体的には、カプラ２２において、光ファイバ２９のコアが、増幅用光ファイバ２３のコアに接続されており、さらに光ファイバ２８のコアが、増幅用光ファイバ２３の内側クラッドに接続されている。従って、種光部ＭＯのＡＯＭ１４から出射する光は、光ファイバ２９を介して、増幅用光ファイバ２３のコアに入射してコアを伝搬する。また、励起光源２１から出射する励起光は、増幅用光ファイバ２３の内側クラッドに入射し内側クラッドを主に伝搬する。従って、増幅用光ファイバ２３のコアを伝搬する光により、励起光源２１が出射する励起光により励起される活性元素が誘導放出を起こすことで、当該コアを伝搬する光を増幅する。
【００３０】
＜第２フィルタ６２の構成＞
第２フィルタ６２は、プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３と光学的に結合され光源１０と第１反射部５１との間に配置される。第２フィルタ６２は、光源１０側からの光を透過して第１反射部５１側からの光の透過を抑制する。よって、戻り光が第１反射部５１を透過して第１反射部５１から光源１０側に出射する場合であっても、第２フィルタ６２が当該戻り光の透過を抑制し、光源１０に当該戻り光が入射することを抑制できる。このような第２フィルタ６２としては、アイソレータを挙げられる。
【００３１】
＜第１反射部５１の構成＞
第１反射部５１は、一方の端部が第２フィルタ６２に光学的に結合され他方の端部が波長変換部ＲＦに接続される光ファイバ５８に設けられる。すなわち、第１反射部５１は、波長変換部ＲＦと光源１０との間に配置される。第１反射部５１は、光源１０から出射されるパルス光を透過すると共に波長変換部ＲＦで生じる波長変換された光を第２反射部５２よりも高い反射率で第１反射部側に反射する。第１反射部５１の波長変換された光に対する反射率は、例えば、９９％以上とされる。よって、波長変換部ＲＦで波長変換された後に第２反射部５２で反射されて第１反射部５１側に戻ってくる光を、再び第２反射部５２側に反射させることができる。
【００３２】
このような第１反射部５１としては、例えば、ＦＢＧを挙げることができる。第１反射部５１をＦＢＧで構成する場合、光ファイバ５８の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、第１反射部５１に入射する光の内、波長変換部ＲＦで生じる波長変換された光を反射するように構成することができる。
【００３３】
＜波長変換部ＲＦの構成＞
波長変換部ＲＦは光ファイバ５８に接続される。波長変換部ＲＦは、光源１０から出射されるパルス光の少なくとも一部を波長変換して出射する。波長変換部ＲＦは、入射する光のうちパワーが所定のパワーより大きな光を、波長変換して出射し、入射する光のうちパワーが所定のパワーより小さな光を、入射する光の波長のまま出射する。
【００３４】
このような波長変換部ＲＦとしては、例えば、誘導ラマン散乱を起こすラマン光ファイバを挙げることができる。このラマン光ファイバとしては、コアに非線形光学定数を上昇させるドーパントが添加される光ファイバが挙げられる。このようなドーパントとしては、ゲルマニウムやリンが挙げられる。この波長変換部ＲＦがラマン光ファイバである場合、波長変換する光の強度の閾値は、コアの直径、ドーパントの添加濃度、長さ等によって変えることができる。また、波長変換部ＲＦは、高調波変換を起こす非線形光学結晶でも良い。この非線形光学結晶としては周期分極反転ニオブ酸リチウムが挙げられる。この波長変換部ＲＦが周期分極反転ニオブ酸リチウムである場合、波長変換する光の強度は分極反転の周期、結晶への光の入射角度等によって変えることが出来る。
【００３５】
＜第２反射部５２の構成＞
第２反射部５２は、一方の端部が波長変換部ＲＦに接続され他方の端部が第１フィルタ６１に接続される光ファイバ５９に設けられる。すなわち、第２反射部５２は、波長変換部ＲＦの光源１０とは反対側に配置される。第２反射部５２は、波長変換部ＲＦで波長変換された光の一部を透過すると共に他の一部を第１反射部５１側に反射する。第２反射部５２の波長変換された光に対する反射率は、例えば、５０％とされる。よって、波長変換部ＲＦで波長変換されて第２反射部５２に入射する光は、第２反射部５２を透過する光と第２反射部５２で第１反射部５１側に反射される光とに分けられる。
【００３６】
このような第２反射部５２としては、ＦＢＧを挙げることができる。第２反射部５２をＦＢＧで構成する場合、光ファイバ５９の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、第２反射部５２に入射する光の内、波長変換部ＲＦで生じる波長変換された光を反射するように構成することができる。
【００３７】
＜第１フィルタ６１の構成＞
第１フィルタ６１は、光ファイバ５９に光学的に結合され波長変換部ＲＦの光源１０とは反対側に配置される。第１フィルタ６１は、波長変換部ＲＦで生じる波長変換された光を透過すると共に波長変換部ＲＦで波長変換されない光の透過を抑制する。第１フィルタ６１には、光源１０から出射するパルス光が波長変換部ＲＦを介して入射する。そして、波長変換部ＲＦで生じる波長変換された光が第１フィルタ６１に入射する場合、当該光をメインアンプＰＡに向かって透過し、波長変換部ＲＦにおいて波長変換されない光が第１フィルタ６１に入射する場合、当該光のメインアンプＰＡに向かう透過が抑制される。従って、光源１０から出射する光の内、波長変換部ＲＦで波長変換されて第１フィルタ６１に入射する光は、第１フィルタ６１からメインアンプＰＡに向かって透過する。一方、光源１０から出射する光の内、波長変換部ＲＦにおいて波長変換されずに第１フィルタ６１に入射する光は、第１フィルタ６１からメインアンプＰＡへの透過が抑制される。このような第１フィルタ６１としては、例えば、ＷＤＭカプラや誘電体多層膜フィルタを挙げることができる。
【００３８】
＜メインアンプＰＡの構成＞
メインアンプＰＡは、入射する光をプリアンプＰＲよりも高い増幅率で増幅する点においてプリアンプＰＲと異なり、複数の励起光源３１と増幅用光ファイバ３３とカプラ３２とを主な構成として備える。
【００３９】
メインアンプＰＡの励起光源３１のそれぞれは、例えば複数のレーザダイオードから構成され、後述のようにメインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、それぞれの励起光源３１は、光ファイバ３８に接続されており、それぞれの励起光源３１から出射する励起光はそれぞれの光ファイバ３８を伝播する。それぞれの光ファイバ３８としては、例えば、プリアンプＰＲの励起光源２１に接続される光ファイバ２８と同様とされ、この場合、当該励起光は光ファイバ３８をマルチモード光として伝播する。
【００４０】
メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３は、プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３と同様の構成とされる。
【００４１】
また、本実施形態において、第１フィルタ６１は光ファイバ３９に接続される。カプラ３２は、光ファイバ３９及びそれぞれの光ファイバ３８と、増幅用光ファイバ３３の一端とを接続している。具体的には、カプラ３２において、光ファイバ３９のコアが、増幅用光ファイバ３３のコアに接続されており、さらにそれぞれの光ファイバ３８のコアが、増幅用光ファイバ３３の内側クラッドに接続されている。従って、第１フィルタ６１からメインアンプＰＡに向かって出射する光は光ファイバ３９を介して、増幅用光ファイバ３３のコアに入射してコアを伝搬し、それぞれの励起光源３１から出射する励起光は、増幅用光ファイバ３３の内側クラッドに入射し内側クラッドを主に伝搬する。従って、増幅用光ファイバ３３のコアを伝搬する光により、励起光源３１が出射する励起光により励起される活性元素が誘導放出を起こすことで、当該コアを伝搬する光を増幅する。
【００４２】
メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３の他端には光ファイバ４０が接続されている。この光ファイバ４０は、増幅用光ファイバ３３から出射する光を所定の場所まで伝搬させて出射する光ファイバであり、デリバリ光ファイバと呼ばれる場合がある。
【００４３】
＜ファイバレーザ装置１の動作＞
次に、このようなファイバレーザ装置１からパルス幅が大きくされたパルス光が出射する動作について説明する。
【００４４】
本実施形態のファイバレーザ装置１では、種光部ＭＯの励起光源１１から常時励起光が出射されており、待機状態において、種光部ＭＯのＡＯＭ１４が第２状態とされる。従って、増幅用光ファイバ１３からＡＯＭ１４に入射した光は、増幅用光ファイバ１３に入射することなく、外部に放出される。従って、ＦＢＧ１２とＡＯＭ１４のプリアンプＰＲ側の端面との間の光路で光は共振しない。このため、増幅用光ファイバ１３の活性元素の励起状態が高くなる。また、本実施形態では、待機状態において、それぞれの励起光源２１、３１が出射状態とされる。このためプリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３、及び、メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３のそれぞれに添加される活性元素は励起状態とされる。なお、種光部ＭＯのＡＯＭ１４が第２状態とされる期間は、増幅用光ファイバ１３において自己発振しない期間とされる。また、増幅用光ファイバ２３、及び、増幅用光ファイバ３３に励起光が入射される期間は自己発振しない期間とされる。従って、待機状態において、増幅用光ファイバ１３，２３，３３から意図しないジャイアントパルス光が出射することが抑制されている。
【００４５】
次に、パルス光が出射する時点から僅かに前のタイミングで、ＡＯＭ１４が第１状態とされる。すると、ＦＢＧ１２とＡＯＭ１４のプリアンプＰＲ側の端面との間の光路、すなわち、光ファイバ１８の一部と増幅用光ファイバ１３とＡＯＭ１４とから成る光路を光が往復して光が共振する。この共振光により、上記のように高い励起状態とされた増幅用光ファイバ１３の活性元素が誘導放出を起こし、共振光が増幅されてＡＯＭ１４からパルス光が出射し、種光部ＭＯから種光としてのパルス光が出射する。
【００４６】
種光部ＭＯから出射するパルス光のパワーの時間変化の形状はガウス分布形状とされる。また、種光部ＭＯから出射するパルス光の波長は、例えば、１０３５ｎｍとされる。上記のように種光部ＭＯから出射するパルス光は、増幅用光ファイバ２３のコアに入射する。
【００４７】
プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３では、上記のように励起光により活性元素が励起状態とされている。従って、種光部ＭＯからパルス光が増幅用光ファイバ２３に入射すると、励起された活性元素は種光部ＭＯからの光により誘導放出を起こし、この誘導放出により当該光のパワーが増幅されて、増幅用光ファイバ２３からパルス光が出射する。増幅用光ファイバ２３は、パワーの時間変化がガウス分布形状の光が入射すると、入射光に対してパワー密度が増幅されたガウス分布形状の光を出射する。従って、プリアンプＰＲからは、プリアンプＰＲに入射するパルス光に対してパワーの時間変化の形状がパワー密度方向に延伸されたガウス分布形状のパルス光が出射する。
【００４８】
上記のようにして、光源１０からガウス分布形状のパルス光が出射する。
【００４９】
光源１０から出射される光は第２フィルタ６２に入射する。上述したように第２フィルタ６２は光源１０側からの光を透過させるので、光源１０側から第２フィルタ６２に入射する光は第２フィルタ６２を透過して第１反射部５１に入射する。また、上述したように第１反射部５１は光源１０から出射されるパルス光を透過するので、光源１０から第１反射部５１に入射する光は第１反射部５１も透過して波長変換部ＲＦに入射する。
【００５０】
このようにして光源１０から出射されて波長変換部ＲＦに入射するパルス光の一部は、波長変換部ＲＦで波長変換されるパワー密度とされる。従って、波長変換部ＲＦでは、光源１０から入射する光のうち、ある特定のパワー密度より高いパワー密度の光成分が波長変換される。例えば、上記のように種光部ＭＯから出射する光の波長が１０３５ｎｍである場合、波長変換部ＲＦでは所定のパワーより大きなパワーの光の波長が例えば１０８５ｎｍとされる。そして、波長変換部ＲＦからは、波長変換された光とされなかった光が出射する。波長変換部ＲＦから出射する光のパワーの時間変化の形状は、光源１０から出射する光のパワーの時間変化の形状と同じである。このうち、波長変換部ＲＦで波長変換されない波長１０３５ｎｍの光はガウス分布形状における裾引き部分を含むパワー密度の低い光であり、波長変換された波長１０８５ｎｍの光はガウス分布形状の頂点部分を含むパワー密度の高い光である。
【００５１】
波長変換部ＲＦから出射する光は、第２反射部５２に入射する。第２反射部５２は、上述したように波長変換部ＲＦで波長変換された光の一部を透過して他の一部を第１反射部５１側に反射する。従って、第２反射部５２に入射する波長変換された光は、第２反射部５２を透過する光と第１反射部５１側に反射される光とに分けられる。
【００５２】
第２反射部５２で第１反射部５１側へと反射される光は、再び波長変換部ＲＦを透過するが上記所定のパワーより大きなパワーの光は少ない。そのため、第２反射部５２で第１反射部５１側へと反射される光の大部分は波長変換部ＲＦで波長変換されずに第１反射部５１に入射する。このようにして第１反射部５１に入射する波長変換された光は、第１反射部５１で第２反射部５２側に反射される。よって、第１反射部５１と第２反射部５２との間の光路で光が往復する。
【００５３】
上記のように、波長変換部ＲＦで生じる波長変換された光は、そのまま第２反射部５２を透過する光と第１反射部５１と第２反射部５２との間を何往復かした後に第２反射部５２を透過する光とに分けられる。このようにして、相対的に時間的なずれを有するパルス光が複数出射される。そして、このような相対的な時間的ずれを有する複数のパルス光が重ね合わせられることによって、図２に示すようにパルス幅が大きくされたパルス光が生じる。図２には、波長変換部ＲＦで波長変換された光のうち、第２反射部５２で一度も反射されることなく出射される光をＷ０、第２反射部５２で一度反射された後に出射される光をＷ１、第２反射部５２で二度反射された後に出射される光をＷ２で示している。このようにしてパルス幅が大きくされたパルス光は、１パルス当たりのエネルギー量の低下を抑制しつつ、ピークパワーは抑えられている。
【００５４】
上記のように第２反射部５２を透過したパルス光は、次に第１フィルタ６１に入射する。第１フィルタ６１は、上述したように波長変換部ＲＦで波長変換された光を透過すると共に波長変換部ＲＦで波長変換されない光の透過を抑制する。よって、波長変換部ＲＦで波長変換された光は第１フィルタ６１を透過してメインアンプＰＡに入射し、波長変換部ＲＦで波長変換されない光は第１フィルタ６１で透過が抑制される。
【００５５】
メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３では、上記のように励起光により活性元素が励起状態とされている。従って、パルス幅が大きくされたパルス光が増幅用光ファイバ３３に入射すると、励起された活性元素は当該光により誘導放出を起こし、この誘導放出により当該光のパワーが増幅されて、増幅用光ファイバ３３からパルス光が出射する。従って、メインアンプＰＡに入射する光よりも増幅された光が出射する。
【００５６】
メインアンプＰＡから出射する光は、光ファイバ４０を伝搬し、ファイバレーザ装置１から出射する。
【００５７】
次に、ファイバレーザ装置１から出射されるパルス光が照射対象物の表面等で反射されて戻り光としてファイバレーザ装置１に入射する場合について説明する。
【００５８】
上述したようにファイバレーザ装置１から出射されるパルス光は主に波長変換部ＲＦで波長変換された光である。この光が照射対象物の表面等で反射されて戻り光としてファイバレーザ装置１の出射口からファイバレーザ装置１に入射する場合、当該戻り光はメインアンプＰＡ及び第１フィルタ６１を透過し得るが、当該戻り光の一部は第２反射部５２で反射される。また、当該戻り光が更に第２反射部５２及び波長変換部ＲＦを透過するとしても、第１反射部５１において反射される。従って、本実施形態のファイバレーザ装置１によれば、戻り光が光源１０に入射することが抑制されるので、光部品の損傷が抑制される。
【００５９】
なお、戻り光は上述したように主に波長変換部ＲＦで生じる波長変換された光と同じ波長であると考えられるが、他の光成分を含む場合もある。その場合であっても、第２フィルタ６２を上述したようにアイソレータとすることによって、当該戻り光が光源１０に入射することが抑制される。
【００６０】
以上説明したように本実施形態のファイバレーザ装置１は、出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が高めされている。
【００６１】
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。
【００６２】
例えば、上記実施形態のファイバレーザ装置１において、光源１０がプリアンプＰＲを含む例を説明したが、種光部ＭＯから出射する光のパワーが波長変換部ＲＦにおいて波長変換されるために十分に大きければ、プリアンプＰＲは必須の構成要素ではない。また、プリアンプＰＲは、光源１０に備えられずに第１反射部５１とメインアンプＰＡとの間に備えられても良い。ただし、上記実施形態のファイバレーザ装置１のように光源１０にプリアンプＰＲが含まれることによって、波長変換部ＲＦに入射されるパルス光のパワーを高めることができるので、波長変換部ＲＦにおいて光源１０から出射される光の波長を変換させることが容易になる。
【００６３】
また、上記ファイバレーザ装置１は、第１フィルタ６１を備えているがこれも必須の構成ではない。ただし、ファイバレーザ装置１が第１フィルタ６１を備えることによって、以下に説明するように、ファイバレーザ装置１の戻り光に対する耐性がより向上される。第１反射部５１は、波長変換部で波長変換されないパルス光を透過するので、戻り光が波長変換部ＲＦで波長変換されないパルス光を含む場合、当該パルス光は第１反射部５１を透過して光源に入射する可能性がある。しかし、ファイバレーザ装置１が第１フィルタ６１を備えることによって、波長変換部ＲＦにおいて波長変換されないパルス光がファイバレーザ装置１から出射されることを抑制できる。従って、波長変換部ＲＦにおいて波長変換されないパルス光が戻り光となることが抑制されるので、戻り光が光源１０に入射することがより抑制され、ファイバレーザ装置１の戻り光に対する耐性がより向上される。ただし、波長変換部ＲＦにおいて波長変換されない光はパワー密度の低い光であり、光源１０に入射したとしても影響は小さいため、第１フィルタ６１は必須ではない。
【００６４】
なお、上記実施形態では、第１フィルタ６１としてＷＤＭカプラや誘電体多層膜フィルタを例示したが、第１フィルタ６１は波長変換部ＲＦで波長変換されない光を波長変換部ＲＦ側に反射する構造を有していてもよい。このような第１フィルタ６１としては、波長変換部ＲＦで波長変換されない光を反射するように構成されたＦＢＧを挙げることができる。波長変換されないパルス光が第１フィルタ６１によって波長変換部ＲＦ側に反射されることによって、当該パルス光は波長変換部ＲＦに再び入射する。そして、波長変換部ＲＦにおいて当該パルス光の一部が波長変換され、波長変換されるパルス光が第１反射部５１で第２反射部５２側に反射されることによって、光源１０から出射されるパルス光の利用効率を向上させることができる。
【００６５】
また、上記ファイバレーザ装置１は、第２フィルタ６２を備えているがこれも必須の構成ではない。ただし、第２フィルタ６２を備えることによって、戻り光が光源１０に入射することがより抑制されるので、ファイバレーザ装置１の戻り光に対する耐性がより向上される。なお、第２フィルタ６２は、第１フィルタ６１が波長変換されないパルス光を反射する場合に特に有用である。第１反射部５１は波長変換部で波長変換されないパルス光を透過するので、第１フィルタ６１が波長変換されないパルス光を反射する場合、そのパルス光が波長変換部ＲＦにおいて波長変換されない場合、第１反射部５１を透過して光源１０に入射する可能性がある。第２フィルタ６２が備えられることによって、この波長変換されない光の光源１０への入射を抑制することができる。ただし、波長変換部ＲＦにおいて波長変換されない光はパワー密度の低い光であり、光源１０に入射したとしても影響は小さいため、第２フィルタ６２は必須ではない。
【００６６】
また、上記実施形態では、第２フィルタ６２としてアイソレータを例示したが、以下に説明するように、第２フィルタ６２は特定の波長の光を透過するとともに他の波長の光の透過を抑制するＦＢＧであっても良い。
【００６７】
戻り光の大部分は波長変換部ＲＦで波長変換されるほどのパワーを有していないと考えられるが、戻り光がメインアンプＰＡで増幅される等して波長変換部ＲＦで波長変換されるほどのパワーを得る場合がある。この場合、波長変換部ＲＦから出射する戻り光が複数回波長変換された光を含む場合がある。このように戻り光が複数回波長変換された光を含む場合であっても、第２フィルタ６２が複数回波長変換された光を反射するＦＢＧを有する構成とされる場合には、波長変換された光が光源１０に入射することが抑制される。また、第１反射部５１が波長変換された光を１００％反射する構造ではない場合には、波長変換された光が第１反射部５１を光源１０側に透過する可能性があるが、この場合は第２フィルタ６２が波長変換された光を反射するＦＢＧを有する構成とされる場合には、波長変換された光が光源１０に入射することが抑制される。このように、第２フィルタ６２がＦＢＧであっても、第２フィルタ６２は光源１０から出射されるパルス光を透過すると共に第１反射部５１側からの光の透過を抑制することができる。
【００６８】
また、上記ファイバレーザ装置１は、メインアンプＰＡを備えているがこれも必須の構成ではない。ただし、メインアンプＰＡを備えることによってファイバレーザ装置から出射されるパルス光のパワーを大きくしやすくなる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明によれば、出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が向上されたファイバレーザ装置が提供され、光ファイバ通信の分野に利用することができる。また、ファイバレーザ装置やその他光ファイバを利用したデバイスにも利用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１・・・ファイバレーザ装置
１０・・・光源
１１，２１，３１・・・励起光源
１３，２３，３３・・・増幅用光ファイバ
５１・・・第１反射部
５２・・・第２反射部
６１・・・第１フィルタ
６２・・・第２フィルタ
ＭＯ・・・種光部
ＰＡ・・・メインアンプ
ＰＲ・・・プリアンプ
ＲＦ・・・波長変換部
【図１】
2018037578.tif 000003
【図２】
2018037578.tif 000004