(57)【要約】【課題】マイクロベンドファイバグレーティングを用いることなく、特定の偏波状態を有するレーザ光を発振することができるレーザ発振器を実現する。【解決手段】ファイバレーザ１は、マルチモードファイバ１３内を伝搬するレーザ光に含まれるモードのうち、ラジアル偏波モード以外のモードを選択的に減衰させるモードフィルタ１５を備えており、マルチモードファイバ１３内を伝搬するレーザ光のうち、ラジアル偏波モードを共振させることによって、ラジアル偏波レーザ光を発振する。モードフィルタ１５は、ラジアル偏波モードを導波可能なマルチモードファイバに、ラジアル偏波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるためのグレーティングを書き込んだ長周期ファイバグレーティングを含む。【選択図】図１
2011114061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビティ内で誘導放出されたレーザ光を発振するレーザ発振器において、
上記キャビティ内を伝播するレーザ光に含まれるモードのうち、特定の偏波状態を有するモード以外のモードを選択的に減衰させるモードフィルタであって、上記特定の偏波状態を有する導波モードを導波可能なマルチモードファイバに、上記特定の偏波状態を有する導波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるためのグレーティングを書き込んだ長周期ファイバグレーティングを含むモードフィルタを備えている、ことを特徴とするレーザ発振器。
【請求項２】
上記モードフィルタは、２次までの導波モードを導波可能なマルチモードファイバに、ＨＥ１１モード、ＴＥ０１モード、及び、ＨＥ２１モードの各々を選択的に減衰させるためのグレーティングを書き込んだ長周期ファイバグレーティングを含んでいる、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
上記キャビティは、上記特定の偏波状態を有する導波モードを導波可能なマルチモードファイバであって、ミラー及びハーフミラーにより両端を終端されたマルチモードファイバである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
上記ミラー及びハーフミラーは、それぞれ、ファイバブラッググレーティングである、ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ発振器。
【請求項５】
レーザ光に含まれるモードのうち、特定の偏波状態を有するモード以外のモードを選択的に減衰させるモードフィルタであって、上記特定の偏波状態を有する導波モードを導波可能なマルチモードファイバに、上記特定の偏波状態を有する導波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるためのグレーティングを書き込んだ長周期ファイバグレーティングを含んでいる、ことを特徴とするモードフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の偏波状態を有するレーザ光を発振するレーザ発振器に関する。また、特定の偏波状態を有するレーザ光を発振するために利用することができるモードフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ラジアル偏波レーザ光を発振するレーザ発振器が注目を集めている。ラジアル偏波レーザ光とは、図４（ａ）に示すように電場がビームスポットの径方向に振動するレーザ光のことを指す。一方、図４（ｂ）に示すように電場が同一の方向に振動するレーザ光は、直線偏波レーザ光と呼ばれ、図４（ｃ）に示すように電場がビームスポットの周方向に振動するレーザ光は、アジマス偏波レーザ光と呼ばれる。また、電場がランダムな方向に振動するレーザ光は、ランダム偏波レーザ光と呼ばれる。ラジアル偏波レーザ光には、他のレーザ光と比べて、焦点におけるスポットサイズが小さく、レーザ加工に使用した場合に加工効率が高いという利点がある。
【０００３】
ラジアル偏波レーザ光は、例えば、マイクロベンドファイバグレーティングを用いて生成することができる（特許文献１〜２及び非特許文献１参照）。マイクロベンドファイバグレーティングは、周期的な凹凸が形成された２枚のストレッサを用いて光ファイバに周期的な外力を逆方向から交互に作用させることによって実現される光学素子であり、外力の周期に応じた波長を有するレーザ光をラジアル偏波レーザ光に変換する。
【０００４】
ラジアル偏波レーザ光を発振する従来のレーザ発振器５の構成を図５に示す。レーザ発振器５は、ミラー５２とハーフミラー５４とにより両端を終端された光ファイバ５３をレーザキャビティとするレーザ発振器であり、このレーザキャビティから出力されたレーザ光をマイクロベンドファイバグレーティング５５によりラジアル偏波レーザ光に変換するものである。
【０００５】
レーザ発振器５において、増幅媒体として機能する光ファイバ５３は、励起光を吸収して反転分布状態に遷移する希土類元素がコアに添加された活性ファイバである。光ファイバ５６を介して光源５１から発せられた励起光を光ファイバ５３に入射させると、反転分布状態に遷移した希土類元素からレーザ光が誘導放出される。
【０００６】
光ファイバ５３の光源５１側の端部は、光源５１から発せられた励起光を透過すると共に、希土類元素から誘導放出されたレーザ光を一定の反射率で反射するミラー５２により終端されている。一方、光ファイバ５３の光源５１側と反対側の端部は、希土類元素から誘導放出されたレーザ光を一定の反射率で反射し、かつ、一定の透過率で透過するハーフミラー５４により終端されている。
【０００７】
このため、希土類元素から誘導放出されたレーザ光は、光ファイバ５３内で共振して再帰的に増幅される。そして、光ファイバ５３内で再帰的に増幅されたレーザ光の一部が、ハーフミラー５４を透過して光ファイバ５３外に出力される。
【０００８】
なお、光ファイバ５３は、基本モードのみを閉じ込め可能なシングルモードファイバである。ここで、基本モードとは、光ファイバの断面内において光強度分布に節がないモードをいい、一般には光の強度分布が単峰状となる。この基本モードは、互いに直交する偏波方向を有する２つの直線偏波成分からなる導波モードである。したがって、ハーフミラー５４を透過して光ファイバ５３外に出力されるレーザ光は、これら２つの直線偏波成分が混合されたレーザ光である。ただし、光ファイバ５３内において、これら２つの直線偏波成分の位相関係は、不定であり、波長が僅かに異なる場合もある。さらに、光ファイバ５３内において、これら２つの直線偏波成分は、互いに結合し得る。このため、ハーフミラー５４を透過して光ファイバ５３外に出力されるレーザ光は、一般には、ランダム偏波である。
【０００９】
ハーフミラー５４を透過して光ファイバ５３外に出力された基本モードレーザ光は、光ファイバ５７を介してマイクロベンドファイバグレーティング５５に導かれる。マイクロベンドファイバグレーティング５５は、入射した基本モードレーザ光をラジアル偏波レーザ光に変換する。マイクロベンドファイバグレーティング５５から出力されたラジアル偏波レーザ光は、光ファイバ５８に導かれ、光ファイバ５８のマイクロベンドファイバグレーティング５５側とは反対側の端から外部に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許７１７７５１０Ｂ２号明細書
【特許文献２】米国特許７１７７５１０Ｂ２号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】S. Ramachandran, et.al., "Generation of Radially Polarised Beams from Optical Fibers", Paper # OThV2 at OFC/NFOEC, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、ラジアル偏波レーザ光を発振する従来のレーザ発振器においては、マイクロベンドファイバグレーティングを用いていることに伴い、以下の（１）〜（４）のような問題が生じていた。
【００１３】
（１）物理的な外乱に弱い
マイクロベンドファイバグレーティングとして使用する光ファイバに作用させるべき外力の周期は変換しようとする基本モードレーザ光の波長に応じて決まり、作用させる外力の周期がずれると変換効率が低下する。このため、従来のレーザ発振器においては、振動や衝撃などの物理的な外乱が加えられると、得られるラジアル偏波レーザ光の強度が低下したり、ラジアル偏波レーザ光が得られなくなったりするという問題を生じる。
【００１４】
（２）製造コストが高い
マイクロベンドファイバグレーティングとして使用する光ファイバに作用させるべき外力の周期は、変換しようとする基本モードレーザ光の波長のみならず、使用する光ファイバの光学特性に依存する。このため、マイクロベンドファイバグレーティングとして使用する光ファイバの光学特性にばらつきがある場合には、使用する光ファイバ毎にその光学特性に適合したストレッサを作成しなくてはならない。また、使用する光ファイバの光学特性が長手方向全体に渡って一様でない場合には、使用する光ファイバの部分毎にその部分の光学特性に適合したストレッサを作成しなくてはならない。このため、マイクロベンドファイバグレーティングの製造コスト、ひいては、マイクロベンドファイバグレーティングを用いたレーザ発振器の製造コストが高くなるという問題を生じる。
【００１５】
（３）信頼性が低い
マイクロベンドファイバグレーティングとして使用する光ファイバは、ストレッサから機械的な外力を受けているため破断し易い。このため、マイクロベンドファイバグレーティングの長期信頼性、ひいては、マイクロベンドファイバグレーティングを用いたレーザ発振器の長期信頼性が低下するという問題を生じる。
【００１６】
（４）高出力化が困難
基本モードレーザ光をファイバレーザを用いて発振する場合、光ファイバ内で基本モードを共振させる必要がある。しかしながら、基本モードは、光ファイバの軸近傍において強度が高くなる導波モードであるため、発振する基本モードレーザ光の強度を上げると、誘導ラマン散乱や誘導ブリルアン散乱など非線形光学現象が生じて、損失を受けたり、他の波長に遷移したりする。このため、基本モードレーザ光をファイバレーザを用いて発振する場合、高出力化が困難であるという問題を生じる。
【００１７】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ラジアル偏波レーザ光など、特定の偏波状態を有するレーザ光を発振するレーザ発振器を、マイクロベンドファイバグレーティングを用いることなく実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ発振器は、キャビティ内で誘導放出されたレーザ光を発振するレーザ発振器において、上記キャビティ内を伝播するレーザ光に含まれるモードのうち、特定の偏波状態を有するモード以外のモードを選択的に減衰させるモードフィルタであって、上記特定の偏波状態を有する導波モードを導波可能なマルチモードファイバに、上記特定の偏波状態を有する導波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるためのグレーティングを書き込んだ長周期ファイバグレーティングを含むモードフィルタを備えていることを特徴としている。
【００１９】
上記の構成によれば、上記キャビティ内を伝搬するレーザ光に含まれるモードのうち、上記特定の偏波状態を有するモードは、上記モードフィルタにより減衰されることなく、上記キャビティ内で共振して上記キャビティ外に出力される。一方、上記キャビティ内を伝搬するレーザ光に含まれるモードのうち、上記特定の偏波状態を有するモード以外のモードは、上記モードフィルタにより減衰され、上記キャビティ外に出力され難くなる。しかも、上記モードフィルタが有する、上記特定の偏波状態を有するモード以外のモードを選択的に減衰させるという機能は、上記モードフィルタに含まれる、上記長周期ファイバグレーティングにより実現される。したがって、上記の構成によれば、マクロベンドファイバグレーティングを用いることなく、上記特定の偏波状態を有するレーザ光を発振することができるという効果を奏する。
【００２０】
更に、上記の構成によれば、上記特定の偏波状態を有する導波モード以外の導波モードを減衰させるためのグレーティングを、上記特定の偏波状態を有する導波モードを導波可能なマルチモードファイバに書き込むことによって、上記特定の偏波状態を有するモード以外のモードを選択的に減衰させるモードフィルタを製造することができる。グレーティングの書き込みは、例えば、コアにゲルマニウムが添加されたマルチモードファイバに紫外線を照射することによって実現することができる。したがって、所望の導波モードを選択的に減衰させる、すなわち、所望の偏波状態を有するモードを選択的に減衰させるモードフィルタを精度良く製造することができるという更なる効果を奏する。
【００２１】
本発明に係るレーザ発振器において、上記モードフィルタは、２次までの導波モードを導波可能なマルチモードファイバに、ＨＥ１１モード、ＴＥ０１モード、及び、ＨＥ２１モードの各々を選択的に減衰させるためのグレーティングを書き込んだ長周期ファイバグレーティングを含んでいることが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、上記キャビティがＴＭ０１モードを導波可能なマルチモードファイバである場合、上記キャビティ内を伝搬するレーザ光に含まれるモードのうち、ＴＭ０１モード（ラジアル偏波モード）は、上記モードフィルタにより減衰されることなく、上記キャビティ内で共振して上記キャビティ外に出力される。一方、上記キャビティ内を伝搬するレーザ光に含まれるモードのうち、ＨＥ１１モード（基本モード）、ＴＥ０１モード（アジマス偏波モード）、及び、ＨＥ２１モード（ラジアル偏波成分とアジマス偏波成分とからなるモード）は、上記モードフィルタにより減衰され、上記キャビティ外に出力され難くなる。また、上記キャビティ内を伝搬するレーザ光に含まれるモードのうち、３次以上の高次モードは上記モードフィルタを導波せず、上記キャビティ外に出力され難くなる。したがって、上記の構成によれば、マクロベンドファイバグレーティングを用いることなく、ラジアル偏波レーザ光を発振することができるという更なる効果を奏する。
【００２３】
なお、上記キャビティがマルチモードファイバでない場合であっても、上記キャビティ内を伝搬するレーザ光に含まれるモードのうち、ラジアル偏波成分からなるモードは、上記モードフィルタにより減衰されることなく、上記キャビティ内で共振して上記キャビティ外に出力される。一方、上記キャビティ内を伝搬するレーザ光に含まれるモードのうち、直線偏波成分又はアジマス偏波成分を含むモードは、上記モードフィルタにより減衰され、上記キャビティ外に出力され難くなる。したがって、上記の構成によれば、マクロベンドファイバグレーティングを用いることなく、ラジアル偏波レーザ光を発振することができるという更なる効果を奏する。
【００２４】
本発明に係るレーザ発振器において、上記キャビティは、上記特定の偏波状態を有する導波モードを導波可能なマルチモードファイバであって、ミラー及びハーフミラーにより両端を終端されたマルチモードファイバであることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、上記キャビティ（マルチモードファイバ）と上記モードフィルタ（長周期ファイバグレーティング）とを溶着により互いに接続することができる。したがって、頑健なレーザ発振器を容易に実現することができるという更なる効果を奏する。
【００２６】
また、上記モードフィルタがラジアル偏波モード以外のモードを選択的に減衰させるモードフィルタである場合、上記キャビティ（マルチモードファイバ）を伝搬するラジアル偏波モード（ＴＭ０１モード）は、軸近傍において強度が低く、かつ、その周辺において強度が高くなる円環状の強度分布を有するので、発振するラジアル偏波レーザ光の強度を上げても非線形光学現象が生じ難い。したがって、高出力化が容易になるという更なる効果を奏する。
【００２７】
本発明に係るレーザ発振器において、上記ミラー及びハーフミラーは、それぞれ、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。
【００２８】
上記の構成によれば、上記キャビティ内を伝搬するレーザ光を反射させるためのグレーティングをマルチモードファイバに書き込むことによって、上記ミラー及びハーフミラーを製造することができる。グレーティングの書き込みは、例えば、コアにゲルマニウムが添加されたマルチモードファイバに紫外線を照射することによって実現することができる。したがって、所望の反射率を有するミラー、及び、所望の反射率と透過率とを有するハーフミラーを精度良く製造することができるという更なる効果を奏する。
【００２９】
また、上記の構成によれば、上記キャビティ（マルチモードファイバ）と上記ミラー及びハーフミラー（ファイバブラッググレーティング）とを溶着により互いに接続することができる。したがって、精度が高く、かつ、頑健なレーザ発振器を容易に実現することができるという更なる効果を奏する。
【００３０】
上記課題を解決するために、本発明に係るモードフィルタは、レーザ光に含まれるモードのうち、特定の偏波状態を有するモード以外のモードを選択的に減衰させるモードフィルタであって、上記特定の偏波状態を有する導波モードを導波可能なマルチモードファイバに、上記特定の偏波状態を有する導波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるためのグレーティングを書き込んだ長周期ファイバグレーティングを含んでいることを特徴としている。
【００３１】
上記の構成によれば、上記特定の偏波状態を有する導波モード以外の導波モードを減衰させるためのグレーティングを、上記特定の偏波状態を有する導波モードを導波可能なマルチモードファイバに書き込むことによって、上記特定の偏波状態を有するモード以外のモードを選択的に減衰させるモードフィルタを製造することができる。グレーティングの書き込みは、例えば、コアにゲルマニウムが添加されたマルチモードファイバに紫外線を照射することによって実現することができる。したがって、所望の導波モードを選択的に減衰させる、すなわち、所望の偏波状態を有するモードを選択的に減衰させるモードフィルタを精度良く製造することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、本発明に係るレーザ発振器は、キャビティ内を伝搬するレーザ光に含まれるモードのうち、特定の偏波状態を有するモード以外のモードを選択的に減衰させるモードフィルタを備えている。そして、本発明に係るレーザ発振器が備えているモードフィルタは、上記特定の偏波状態を有する導波モードを導波可能なマルチモードファイバに、上記特定の偏波状態を有する導波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるためのグレーティングを書き込んだ長周期ファイバグレーティングを含んでいる。したがって、マクロベンドファイバグレーティングを用いることなく、特定の偏波状態を有するレーザ光を発振することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係るファイバレーザの構成を示す構成図である。
【図２】長周期ファイバグレーティングとして使用する光ファイバを示す図であり、（ａ）は、その光ファイバの断面図であり、（ｂ）は、その光ファイバの径方向の屈折率分布を示すグラフであり、（ｃ）は、その光ファイバの側面図である。
【図３】図１のファイバレーザが備えているモードフィルタの構成を示す構成図である。
【図４】（ａ）は、ラジアル偏波レーザ光における電場の振動方向を示す模式図であり、（ｂ）は、直線偏波レーザ光における電場の振動方向を示す模式図であり、（ｃ）は、アジマス偏波レーザ光における電場の振動方向を示す模式図である。
【図５】ラジアル偏波レーザ光を発振する従来のレーザ発振器の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本実施形態に係るレーザ発振器について、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態に係るレーザ発振器は、ミラーとハーフミラーとにより両端を終端された光ファイバをレーザキャビティとするレーザ発振器、すなわち、ファイバレーザとして実現されている。以下では本実施形態に係るレーザ発振器を「ファイバレーザ」と呼称する。
【００３５】
（ファイバレーザの構成）
本実施形態に係るファイバレーザの構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るファイバレーザ１の構成を示す構成図である。ファイバレーザ１は、図１に示すように、光源１１と、ミラー１２と、マルチモードファイバ１３と、ハーフミラー１４と、モードフィルタ１５とを備えている。
【００３６】
ファイバレーザ１は、ミラー１２とハーフミラー１４とにより両端を終端されたマルチモードファイバ１３をレーザキャビティとするレーザ発振器である。ファイバレーザ１において増幅媒体として機能するマルチモードファイバ１３は、励起光を吸収して反転分布状態に遷移するレーザ媒質がコアに添加された活性ファイバであり、マルチモードファイバ１３に励起光を入射させると反転分布状態に遷移したレーザ媒質からレーザ光が誘導放出される。
【００３７】
マルチモードファイバ１３のコアに添加するのに適したレーザ媒質としては、イッテルビウム、エルビウム、プラセオジム、ビスマスなどの希土類元素が挙げられる。例えば、マルチモードファイバ１３のコアにイッテルビウムを添加する場合、マルチモードファイバ１３に波長９００ｎｍ以上９８０ｎｍ以下の励起光を入射させると、反転分布状態に遷移したイッテルビウムから波長１０３０ｎｍ以上１０９０ｎｍ以下のレーザ光が誘導放出される。
【００３８】
光源１１は、マルチモードファイバ１３に添加されたレーザ媒質を反転分布状態に遷移させるための励起光を発する光源であり、例えば、半導体レーザ光源である。マルチモードファイバ１３のコアにイッテルビウムを添加する場合、例えば、励起光として波長９１５ｎｍのレーザ光を発振する半導体レーザ光源を光源１１として利用すればよい。光源１１とミラー１２とは、励起光を伝搬させるための光ファイバ１６を用いて接続されており、光源１１から発せられた励起光は、この光ファイバ１６を介してミラー１２に入射する。
【００３９】
マルチモードファイバ１３の光源１１側の端部（図１において左側の端部）は、光源１１から発せられた励起光を透過すると共に、レーザ媒質から誘導放出されたレーザ光を一定の反射率で反射するミラー１２により終端されている。一方、マルチモードファイバ１３の光源１１側とは反対側の端部（図１において右側の端部）は、レーザ媒質から誘導放出されたレーザ光を一定の反射率で反射し、かつ、一定の透過率で透過するハーフミラー１４により終端されている。
【００４０】
このため、レーザ媒質から誘導放出されるレーザ光は、マルチモードファイバ１３内で共振して再帰的に増幅される。そして、マルチモードファイバ１３内で再帰的に増幅されたレーザ光の一部が、ハーフミラー１４を透過してマルチモードファイバ１３外に出力される。ハーフミラー１４は、ハーフミラー１４を透過してマルチモードファイバ１３外に出力されるレーザ光を伝搬させるための光ファイバ１７に接続されており、ハーフミラー１４を透過してマルチモードファイバ１３外に出力されたレーザ光は、この光ファイバ１７のハーフミラー１４側とは反対側の端部から出力される。
【００４１】
本実施形態に係るファイバレーザ１において特徴的な点は、（１）ラジアル偏波成分からなる導波モード（例えばＴＭ０１モード）を導波可能な（閉じ込め可能な）マルチモードファイバ１３を増幅媒体として利用している点、及び、（２）マルチモードファイバ１３を伝搬するレーザ光に含まれるモードのうち、ラジアル偏波成分からなるモード以外のモード（ラジアル偏波以外の偏波成分を含むモード）を選択的に減衰させるモードフィルタ１５がマルチモードファイバ１３に挿入されている点である。
【００４２】
本実施形態においては、マルチモードファイバ１３として、少なくとも２次までのモードを導波可能な光ファイバを使用する。すなわち、マルチモードファイバ１３として、少なくともＨＥ１１モードと呼ばれる１つの基本モードと、それぞれＴＭ０１モード、ＴＥ０１モード、ＨＥ２１モードと呼ばれる３つの２次モードとを導波可能な光ファイバを使用する。
【００４３】
ここで、ＨＥ１１モードは、偏波方向が互いに直交する２つの直線偏波成分からなる導波モードであり、ＴＭ０１モードは、ラジアル偏波成分からなる導波モードであり、ＴＥ０１モードは、アジマス偏波成分からなる導波モードであり、ＨＥ２１モードは、ラジアル偏波成分とアジマス偏波成分とからなる導波モードである。
【００４４】
したがって、マルチモードファイバ１３を伝搬するレーザ光には、直線偏波成分からなる基本モードの他に、ラジアル偏波成分からなる高次モード（以下ではこれを「ラジアル偏波モード」と呼ぶ）、及び、アジマス偏波成分からなる高次モード（以下ではこれを「アジマス偏波モード」と呼ぶ）が含まれ得る。ただし、ラジアル偏波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるモードフィルタ１５がマルチモードファイバ１３に挿入されているので、マルチモードファイバ１３内で共振して再帰的に増幅される導波モードは、ラジアル偏波モードのみである。このため、ハーフミラー１４を透過してマルチモードファイバ１３外に出力されるレーザ光は、ラジアル偏波レーザ光になる。
【００４５】
このようなモードフィルタ１５は、例えば、長周期ファイバグレーティングを用いて実現することができる。長周期ファイバグレーティングを用いたモードフィルタ１５の構成については、参照する図面を代えて後述する。
【００４６】
本実施形態に係るファイバレーザ１は、上述したように、マルチモードファイバ１３を伝搬するレーザ光のうち、ラジアル偏波モードを共振させて再帰的に増幅するものである。したがって、ミラー１２は、マルチモードファイバ１３を伝搬するレーザ光のうち、ラジアル偏波モードを一定の反射率で反射するものであればよい。また、ハーフミラー１４は、マルチモードファイバ１３を伝搬するレーザ光のうち、ラジアル偏波モードを一定の反射率で反射し、かつ、一定の透過率で透過するものであればよい。
【００４７】
このようなミラー１２及びハーフミラー１４は、例えば、ファイバブラッググレーティングにより実現することができる。ここで、「ファイバブラッググレーティング」とは、コアとクラッドとの屈折率差が長手方向に沿って周期的に変化する光ファイバであって、その周期に応じた波長のレーザ光を選択的に反射（ブラッグ反射）する光ファイバのことを指す（コアとクラッドとの屈折率差は、通常、コアの屈折率のみを変化させることにより与える）。
【００４８】
ミラー１２としては、例えば、少なくとも２次までのモードを導波可能な（閉じ込め可能な）光ファイバに、ＴＭ０１モードに対する反射率（レーザ媒質から誘導放出されるレーザ光の波長における反射率）が９５％以上になるようにグレーティングを書き込んだファイバブラッググレーティングを使用することができる。この際、ＴＭ０１モード以外の導波モードに対する反射率は、ＴＭ０１モードに対する反射率と異なっていても構わない。
【００４９】
また、ハーフミラー１４としては、例えば、少なくとも２次までのモードを導波可能な（閉じ込め可能な）光ファイバに、ＴＭ０１モードに対する反射率（レーザ媒質から誘導放出されるレーザ光の波長における反射率）が１０％程度になるように、すなわち、ＴＭ０１モードに対する透過率が９０％程度になるようにグレーティングを書き込んだファイバブラッググレーティングを使用することができる。この際、ＴＭ０１モード以外の導波モードに対する反射率及び透過率は、ＴＭ０１モードに対する反射率及び透過率と異なっていても構わない。
【００５０】
なお、ミラー１２のＴＭ０１モードに対する反射率、並びに、ハーフミラー１４のＴＭ０１モードに対する反射率及び透過率は、上述した値に限定されない。すなわち、定常的なレーザ光を発振可能な範囲内の値であれば上述した値以外に設定されていてもよい。
【００５１】
本実施形態において例示したとおり、レーザキャビティを構成するミラー１２、マルチモードファイバ１３、ハーフミラー１４、モードフィルタ１５は、何れも、マルチモードファイバにより構成することができる。これらの部材は、同一の光学特性を有するマルチモードファイバにより構成することもできるし、異なる光学特性を有するマルチモードファイバにより構成することもできる。また、これらの部材は、別個に製造した後、溶着により一体化してもよいし、１本のマルチモードファイバに各種グレーティングを書き込んでいくことで、これらの部材を構成してもよい。
【００５２】
また、本実施形態においては、ラジアル偏波レーザ光を発振するファイバレーザ１について説明したが、基本モードレーザ光を発振するファイバレーザ、及び、アジマス偏波レーザ光を発振するファイバレーザについても、同様にして実現することができる。
【００５３】
例えば、図１に示した構成において、ラジアル偏波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるモードフィルタ１５に代えて、基本モード以外の導波モードを選択的に減衰させるモードフィルタをマルチモードファイバ１３に挿入すれば、基本モードレーザ光を発振するファイバレーザを実現することができる。また、ラジアル偏波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるモードフィルタ１５に代えて、アジマス偏波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるモードフィルタをマルチモードファイバ１３に挿入すれば、アジマス偏波レーザ光を発振するファイバレーザを実現することができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、光ファイバをレーザキャビティとするレーザ発振器について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、光ファイバ以外の増幅媒体をレーザキャビティとするレーザ発振器についても、本発明を適用することができる。固体レーザ、液体レーザ、気体レーザ、及び、半導体レーザの何れについても、本発明を適用することができる。
【００５５】
（モードフィルタの構成）
次に、長周期ファイバグレーティングを用いたモードフィルタの構成について、図２〜図３を参照して説明する。なお、「長周期ファイバグレーティング」とは、コアとクラッドとの屈折率差が長手方向に沿って周期的に変化する光ファイバであって、その周期に応じた実効屈折率を有する導波モードを選択的に減衰させる光ファイバのことを指す（コアとクラッドとの屈折率差は、通常、コアの屈折率のみを変化させることにより与える）。また、コアとクラッドとの屈折率差に長手方向に沿った周期的な変化を付けることを、本明細書においては「グレーティングを書き込む」と表現する。
【００５６】
図２（ａ）は、長周期ファイバグレーティングとして使用する光ファイバ２の断面図であり、図２（ｂ）は、その光ファイバ２の径方向に沿った屈折率分布を示すグラフであり、図２（ｃ）は、その光ファイバ２の側面図である。
【００５７】
長周期ファイバグレーティングとして使用する光ファイバ２は、図２（ａ）に示すように、円盤状の中心領域２１と、この中心領域２１を取り囲む円環状の高屈折率領域２２と、この高屈折率領域２２を取り囲むクラッド２３とを含む断面構造を有している。高屈折率領域２２には、ゲルマニウムが添加され、その屈折率は、図２（ｂ）に示すように、中心領域２１の屈折率、及び、高屈折率領域２２を取り囲むクラッド２３の屈折率よりも高くなっている。本実施形態において、この高屈折率領域２２の外縁によって囲まれる領域（中心領域２１と高屈折率領域２２）をコアという。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、光ファイバ２の直径は１２５μｍであり、中心領域２１の直径は６μｍであり、高屈折率領域２２の厚みは２μｍであり、コアの直径は１０μｍである。
【００５８】
中心領域２１、高屈折率領域２２、及びクラッド２３の材料は何れも石英であるが、高屈折率領域２２にはゲルマニウムが添加されている。このため、図２（ｃ）に示すように、光ファイバ２の被覆を部分的に剥ぎ取って、露出した芯線に紫外線を照射すると、紫外線を照射された部分の高屈折率領域２２の屈折率が紫外線を照射されていない部分の高屈折率領域２２の屈折率よりも高くなる。この際、露出した芯線に照射する紫外線の波長は、通常、２４０ｎｍ〜２５０ｎｍ程度である。なお、長周期ファイバグレーティングの製造方法の詳細については、例えば、特開２０００−２４９８５１を参照されたい。
【００５９】
書き込むグレーティングの周期Λを（１）式を満たすように設定することによって、波長（真空における波長）λのレーザ光を入射させたときに、コアを伝搬する実効屈折率ｎ１の導波モードを、クラッド２３を伝搬する実効屈折率ｎ２のクラッドモードに結合させ、その導波モードを選択的に減衰させる長周期ファイバグレーティングを実現することができる。
【００６０】
λ＝Λ｜ｎ１−ｎ２｜    ・・・（１）
ここで、導波モードの実効屈折率ｎ１とは、その導波モードのコアにおける波長のｚ軸成分（光ファイバ２の長手方向にｚ軸をとる。以下同様。）をλ１として、ｎ１＝λ／λ１により定義される屈折率のことを指す。また、クラッドモードの実効屈折率ｎ２とは、そのクラッドモードのクラッド２３における波長のｚ軸成分をλ２として、ｎ２＝λ／λ２により定義される屈折率のことを指す。
【００６１】
図３は、長周期ファイバグレーティングを用いたモードフィルタ３の構成を示す構成図である。図３に示すモードフィルタ３は、ラジアル偏波モードを導波可能なマルチモードファイバに、ラジアル偏波モード以外の導波モードを減衰させるためのグレーティングを書き込んだものである。
【００６２】
モードフィルタ３は、ラジアル偏波モード以外の各導波モードを選択的に減衰させる長周期ファイバグレーティングを連結することにより構成することができる。長周期ファイバグレーティングとして使用する光ファイバが２次までのモードを導波可能な（閉じ込め可能な）光ファイバである場合、モードフィルタ３は、図３に示したように、２次までのモードのうちＴＭ０１モード以外の３つの導波モードの各々を選択的に減衰させる３つの長周期ファイバグレーティング３１〜３３を連結することにより構成することができる。
【００６３】
すなわち、図３において、長周期ファイバグレーティング３１に書き込まれたグレーティングの周期は、波長λにおいてＨＥ１１モードを選択的に減衰させるように設定されている。また、長周期ファイバグレーティング３２に書き込まれたグレーティングの周期は、波長λにおいてＴＥ０１モードを選択的に減衰させるように設定されている。また、長周期ファイバグレーティング３３に書き込まれたグレーティングの周期は、波長λにおいてＨＥ２１モードを選択的に減衰させるように設定されている。したがって、波長λのレーザ光をモードフィルタ３に入射させると、ラジアル偏波モード以外の導波モードは、長周期ファイバグレーティング３１〜３３の何れかにより減衰される。なお、長周期ファイバグレーティング３１〜３３に書き込まれたグレーティングの周期は、何れも、ＴＭ０１モードをクラッドに結合させないように設定されており、ラジアル偏波モードは、減衰されることなくモードフィルタ３を透過する。
【００６４】
例えば、グレーティングを書き込む光ファイバが図２に示す光ファイバ２と同一の構造及び光学特性を有し、かつ、モードフィルタ３に入射させるレーザ光の波長λ（真空における波長）が１０６４ｎｍである場合、ＨＥ１１モードを選択的に減衰させる長周期ファイバグレーティング３１に書き込むべきグレーティングの周期は６０２μmであり、ＴＥ０１モードを選択的に減衰させる長周期ファイバグレーティング３２に書き込むべきグレーティングの周期は１１９０μｍであり、ＨＥ２１モードを選択的に減衰させる長周期ファイバグレーティング３３に書き込むべきグレーティングの周期は１１９７μｍである。何れにおいても６０箇所程度の高屈折領域からなるグレーティングを書き込めば十分である。
【００６５】
なお、図３においては、長周期ファイバグレーティング３１〜３３を入射側から長周期ファイバグレーティング３１、長周期ファイバグレーティング３２、長周期ファイバグレーティング３３の順に連結する構成を示したが、モードフィルタ３の構成はこれに限定されるものではない。すなわち、長周期ファイバグレーティング３１〜３３を連結する順序は任意であり、例えば、長周期ファイバグレーティング３１〜３３を入射側から長周期ファイバグレーティング３２、長周期ファイバグレーティング３１、長周期ファイバグレーティング３３の順に連結してもよい。
【００６６】
また、図３においては、ラジアル偏波モード以外の各導波モードの実効屈折率に応じたグレーティングを、３つの長周期ファイバグレーティング３１〜３３に別個に書き込む構成を示したが、モードフィルタ３の構成はこれに限定されるものではない。すなわち、ラジアル偏波モード以外の各導波モードの実効屈折率に応じたグレーティングを、１つの長周期ファイバグレーティングに重ねて書き込む構成を採用してもよい。
【００６７】
また、モードフィルタ３を構成する長周期ファイバグレーティングとして使用可能な光ファイバは、２次までのモードを導波可能な光ファイバに限らない。すなわち、ｎ次までのモードを導波可能な光ファイバを使用した長周期ファイバグレーティングによっても、モードフィルタ３を構成することができる（ｎは３以上の整数）。この場合、ラジアル偏波モード以外の導波モードを減衰する長周期ファイバグレーティングを、図３に示した構成に追加すればよい。
【００６８】
また、本実施形態においては、ラジアル偏波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるモードフィルタ３について説明したが、基本モード以外の導波モードを選択的に減衰させるモードフィルタや、アジマス偏波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるモードフィルタなどについても同様にして実現することができる。
【００６９】
例えば、基本モード以外の導波モードを選択的に減衰させるモードフィルタは、基本モード（例えばＨＥ１１モード）以外の各導波モードを選択的に減衰させる長周期ファイバグレーティングを連結することにより構成することができる。また、アジマス偏波モード以外の導波モードを選択的に減衰させるモードフィルタは、アジマス偏波モード（例えばＴＥ０１モード）以外の各導波モードを選択的に減衰させる長周期ファイバグレーティングを連結することにより構成することができる。
【００７０】
〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態としてそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７１】
例えば、本実施形態においては、光ファイバ２は、図２（ａ）に示すように、円盤状の中心領域２１と、この中心領域２１を取り囲む円環状の高屈折率領域２２と、この高屈折率領域２２取り囲むクラッド２３とを含む断面構造としたが、コアをクラッドより屈折率を高くして、信号光の閉じ込め構造を構成し、このコア内で、屈折率変調のグレーティングを形成することができる構造であれば、光ファイバ２の断面構造はこれに限らない。例えば、中心領域２１にもＧｅを添加した構造であっても、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、レーザ加工用のレーザ発振器などに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１            ファイバレーザ（レーザ発振器）
１１          光源
１２          ミラー（ファイバブラッググレーティング）
１３          マルチモードファイバ（キャビティ）
１４          ハーフミラー（ファイバブラッググレーティング）
１５          モードフィルタ（長周期ファイバグレーティング）
２            光ファイバ（マルチモードファイバ）
３            モードフィルタ（長周期ファイバグレーティング）
【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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