(57)【要約】【課題】レーザ発振器の光学素子の数を減らす。【解決手段】レーザ発振器１は、第１光源２と、第１光ファイバ３と、第２光ファイバ４とを備える。第１光源２は、励起光を発生させる。第１光ファイバ３は、第１光源からの励起光が入射される第１端面を有する。第２光ファイバは、第１光源から延びる。第２光ファイバは、第１端面と接着する。第２光ファイバは、反射膜を有する。反射膜は、第１光ファイバ内で発生する出力光を反射する。第２光ファイバは、反射膜において、第１端面と接着する。【選択図】図２
2015126075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を発生させる第１光源と、
前記第１光源からの励起光が入射される第１端面を有する第１光ファイバと、
前記第１光源から延び、前記第１端面と接着する第２光ファイバと、
を備え、
前記第２光ファイバは、前記第１光ファイバ内で発生する出力光を反射する反射膜を有し、前記反射膜において前記第１端面と接着する、
レーザ発振器。
【請求項２】
前記第１光ファイバは、レーザ媒質がドープされ、
前記第２光ファイバにおける前記レーザ媒質の質量含有率は、前記第１光ファイバにおける前記レーザ媒質の質量含有率よりも低い、
請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記第２光ファイバは、前記レーザ媒質がドープされていない、請求項２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
前記第１光ファイバの第２端面に接着されたコリメートレンズ又はエンドキャップをさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載のレーザ発振器。
【請求項５】
前記コリメートレンズ又はエンドキャップは、前記第１光ファイバの第２端面と接着する端面とは反対側の端面に、前記第１光ファイバ内で発生する出力光の反射を防止する反射防止膜を有する、
請求項４に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
励起光を発生させる第２光源をさらに備え、
前記第２光源からの励起光は、前記第１光ファイバの前記第２端面に入射する、
請求項４又は５に記載のレーザ発振器。
【請求項７】
前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとは、融着によって互いに接着している、請求項１から６のいずれかに記載のレーザ発振器。
【請求項８】
前記第２光ファイバの反射膜は、前記出力光に対して９０％以上１００％以下の反射率を有する、請求項１から７のいずれかに記載のレーザ発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを利用したレーザ発振器、いわゆるファイバーレーザが広く用いられている。このレーザ発振器は、第１光源から出力される励起光を利用して、光ファイバによってレーザ光を発振する。このレーザ発振器に用いられる光ファイバは、例えば、エルビウムなどのレーザ媒質がドープされたＺＢＬＡＮガラスなどのフッ化物ガラスによって形成される。このようなフッ化物ガラス、特にＺＢＬＡＮガラスは、大気中の水分によって潮解するという問題、すなわち、光ファイバの端面が損傷するという問題がある。
【０００３】
この問題を解消するため、例えば特許文献１には、光ファイバの端面にエンドキャップを接合している。これにより、光ファイバの端面が大気に露出しないため、大気中の水分によって光ファイバの端面が潮解することを防ぐことができる。
【０００４】
また、レーザ発振器は、光ファイバ内で発生した出力光を増幅させるために、光ファイバの端部から出力された出力光を反射して光ファイバ内に戻すためのミラーをさらに備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７３８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようなレーザ発振器において、低コスト化、及び光学系の安定化などのために、光学素子の数を減らすことが好ましい。
【０００７】
本発明の課題は、レーザ発振器の光学素子の数を減らすことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある側面に係るレーザ発振器は、第１光源と、第１光ファイバと、第２光ファイバとを備える。第１光源は、励起光を発生させる。第１光ファイバは、第１光源からの励起光が入射される第１端面を有する。第２光ファイバは、第１光源から延びる。第２光ファイバは、第１端面と接着する。第２光ファイバは、反射膜を有する。反射膜は、第１光ファイバ内で発生する出力光を反射する。第２光ファイバは、反射膜において、第１端面と接着する。
【０００９】
この構成によれば、第１光ファイバにおいて発生した出力光は、第２光ファイバの反射膜において反射し、第１光ファイバに戻る。これによって、第１光ファイバにおいて発生した出力光を増幅させることができる。このように、第２光ファイバの反射膜がミラーの代わりとなるため、ミラーの設置を省略することができる。この結果、レーザ発振器の光学素子の数を減らすことができる。
【００１０】
また、第１光ファイバの第１端面に第２光ファイバが接着しているため、第１光ファイバの第１端面が大気に露出しない。このため、第１光ファイバが潮解性を有する場合、大気中の水分によって第１光ファイバの第１端面が潮解することを防ぐことができる。この結果、エンドキャップを省略することができる。さらには、第１光ファイバと第２光ファイバとが接着しているため、従来、第１光ファイバと第２光ファイバとの間に設置されていたコリメートレンズ及び集光レンズなども省略することができる。
【００１１】
好ましくは、第１光ファイバは、レーザ媒質がドープされる。また、第２光ファイバにおけるレーザ媒質の質量含有率は、第１光ファイバにおけるレーザ媒質の質量含有率よりも低い。なお、第２光ファイバは、レーザ媒質がドープされていなくてもよい。
【００１２】
好ましくは、レーザ発振器は、第１光ファイバの第２端面に接着されたコリメートレンズ又はエンドキャップをさらに備える。この構成によれば、第１光ファイバの第２端面にコリメートレンズ又はエンドキャップが接着しているため、第１光ファイバの第２端面が大気に露出しない。このため、第１光ファイバが潮解性を有する場合、大気中の水分によって第１光ファイバの第２端面が潮解することを防ぐことができる。なお、第１光ファイバの第２端面にコリメートレンズを接着することによって、エンドキャップを省略することができる。
【００１３】
好ましくは、コリメートレンズ又はエンドキャップは、反射防止膜を有する。反射防止膜は、第１光ファイバ内で発生する出力光の反射を防止する。この構成によれば、第１光ファイバにおいて生成された出力光をコリメートレンズ又はエンドキャップを介して外部に出力する際、より低損失で外部に出力することができる。
【００１４】
好ましくは、レーザ発振器は、第２光源をさらに備える。第２光源は、励起光を発生させる。第２光源からの励起光は、第１光ファイバの第２端面に入射する。この構成によれば、第１光源からの励起光だけでなく、第２光源からの励起光も第１光ファイバを伝搬するため、レーザ発振器は、より高出力のレーザ光を出力することができる。
【００１５】
好ましくは、第１光ファイバと第２光ファイバとは、融着によって互いに接着している。
【００１６】
好ましくは、第２光ファイバの反射膜は、出力光に対して９０％以上１００％以下程度の反射率を有する。この構成によれば、第１光ファイバにおいて、より効率的に出力光を増幅させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るレーザ発振器によれば、光学素子の数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係るレーザ発振器の構成を示す概略図。
【図２】第１光ファイバの第１端部の詳細を示す断面図。
【図３】第１光ファイバの第２端部の詳細を示す断面図。
【図４】変形例１に係る第１光ファイバの第１端部の詳細を示す断面図。
【図５】変形例３に係る第１光ファイバの第２端部の詳細を示す断面図。
【図６】変形例４に係る第１光ファイバの第２端部の詳細を示す断面図。
【図７】変形例５に係る第１光ファイバの第２端部の詳細を示す断面図。
【図８】変形例６に係る第１光ファイバの第１端部の詳細を示す断面図。
【図９】変形例７に係るレーザ発振器の構成を示す概略図。
【図１０】変形例８に係るレーザ発振器の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係るレーザ発振器の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、レーザ発振器の構成を示す概略図である。図１において、破線の矢印は出力光を模式的に示している。なお、以下の説明において、「平行」とは、完全な平行のみではなく、実質的に平行なものも含む概念である。
【００２０】
図１に示すように、レーザ発振器１は、第１光源２、第１光ファイバ３、第２光ファイバ４、エンドキャップ５、及び第１コリメートレンズ６を備えている。
【００２１】
第１光源２は、励起光を発生させる装置であり、例えばランプ又は半導体レーザなどによって構成することができる。第１光源２からは、第２光ファイバ４が延びている
図２は、第１光ファイバ３の第１端部の詳細を示す断面図である。図２に示すように、第１光ファイバ３は、第１端面３０を有する。第１光源２からの励起光が第１端面３０に入射する。また、第１光ファイバ３は、コア３１と、第１クラッド３２と、第２クラッド３３とを有している。第１光ファイバ３は、励起光を吸収してレーザ光を生成する部材である。第１光ファイバ３は、可撓性を有している。
【００２２】
コア３１は、略円柱状であって、レーザ媒質を含んでいる。詳細には、コア３１は、希土類元素がレーザ媒質としてドープされたフッ化物ガラスから形成されており、好ましくはエルビウムがドープされたＺＢＬＡＮ（ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF）ガラスによって形成されている。なお、コア３１は、第１クラッド３２よりも屈折率の高い他のガラスなどによって形成されていてもよい。
【００２３】
第１クラッド３２は、コア３１を覆うように略円筒状に形成されている。第１クラッド３２は、フッ化物ガラスから形成されており、好ましくはＺＢＬＡＮガラスによって形成されている。なお、第１クラッド３２は、コア３１よりも屈折率が低い。第１クラッド３２は、励起光の導波路として機能し、励起光は第１クラッド３２内を伝搬する。なお、第１クラッド３２は、コア３１よりも屈折率の低い他のガラス材料などによって形成されていてもよい。
【００２４】
第２クラッド３３は、第１クラッド３２を覆うように略円筒状に形成されている。第２クラッド３３は、例えば樹脂製であり、好ましくは、アクリル樹脂などによって形成することができる。なお、第２クラッド３３は、第１クラッド３２よりも屈折率が低い。
【００２５】
第２光ファイバ４は、第１光ファイバ３と接着している。詳細には、第２光ファイバ４は、第１光ファイバ３の第１端面３０と接着している。具体的には、第２光ファイバ４は、第１光ファイバ３の第１端面３０と溶着している。第２光ファイバ４は、第１光源２にて発生した励起光を伝送するためのファイバである。第２光ファイバ４は、ファイバ本体４０と、反射膜４３とを有する。
【００２６】
ファイバ本体４０は、コア４１と、クラッド４２とを有しており、コア４１内において励起光が伝搬する。コア４１は略円柱状に形成されており、コア４１を覆うようにクラッド４２は略円筒状に形成されている。特に限定されるものではないが、コア４１は、石英ガラスなどによって形成されている。コア４１におけるレーザ媒質の含有率は、第１光ファイバ３のコア３１におけるレーザ媒質の含有率よりも低く、好ましくは、コア４１にはレーザ媒質がドープされていない。特に限定されるものではないが、クラッド４２は、例えば、コア４１よりも屈折率の低い他のガラスによって形成されている。
【００２７】
ファイバ本体４０からの励起光を第１光ファイバ３へ効率よく導入させるために、ファイバ本体４０のコア４１の径は、第１光ファイバ３の第１クラッド３２の径以下であることが好ましい。また、ファイバ本体４０のコア４１の開口数とコア４１の径とを乗算した値は、第１光ファイバ３の第１クラッド３２の開口数と第１クラッド３２の径とを乗算した値以下であることが好ましい。
【００２８】
反射膜４３は、ファイバ本体４０の先端面、すなわち、ファイバ本体４０の第１光ファイバ３側の端面に形成されている。反射膜４３は、第１光ファイバ３内で発生する出力光を反射する性質を有する。具体的には、反射膜４３は、第１光ファイバ３のコア３１が励起光を吸収することによって発生する出力光を、反射する性質を有する。この出力光に対する反射膜４３の反射率は、ファイバ本体４０の反射率よりも高くすると効果があり、１００％に近いほど好ましく、具体的には、９０％以上であることが好ましい。反射膜４３は、例えば、蒸着などによって、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＦ２などを、ファイバ本体４０の先端面にコーティングすることによって形成される。なお、励起光は、反射膜４３を通過して第１光ファイバ３に入射する。
【００２９】
第１光ファイバ３の第１端面３０を溶融して、第１光ファイバ３と第２光ファイバ４とを互いに押し付けることにより、第１光ファイバ３と第２光ファイバ４とを融着させる。なお、第１光ファイバ３の第１端面３０と、第２光ファイバ４の反射膜４３とが溶着する。なお、ファイバ本体４０及び反射膜４３の融点は、第１光ファイバ３の融点以上とすることが好ましい。
【００３０】
図３は、第１光ファイバ３の第２端部の詳細を示す断面図である。図３に示すように、エンドキャップ５は、第１光ファイバ３の第２端部に装着されている。詳細には、エンドキャップ５は、第１光ファイバ３の第２端面３４と接着している。具体的には、エンドキャップ５は、第１光ファイバ３の第２端面３４と融着している。また、エンドキャップ５は、エンドキャップ本体５１を有する。
【００３１】
エンドキャップ５のエンドキャップ本体５１は、潮解性を有さない。具体的には、エンドキャップ本体５１は、フッ化カルシウムなどによって形成することができる。なお、エンドキャップ本体５１は、第１光ファイバ３の第２端面３４の全体を覆うことができるような寸法に設計されている。また、エンドキャップ本体５１は、第１光ファイバ３との接合を強固にするために、線膨張係数が第１光ファイバ３と同程度のものが好ましい。
【００３２】
図１に示すように、第１コリメートレンズ６は、エンドキャップ５の近傍に配置されている。第１コリメートレンズ６は、エンドキャップ５を介して第１光ファイバ３から出力された出力光を平行光の状態に変換する。
【００３３】
［特徴］
本実施形態に係るレーザ発振器１は、次の特徴を有する。
【００３４】
第１光ファイバ３において発生した出力光は、第２光ファイバ４の反射膜４３において反射し、第１光ファイバ３に戻る。これによって、第１光ファイバ３において発生した出力光を増幅させることができる。このように、第２光ファイバ４の反射膜４３がミラーの代わりとなるため、ミラーの設置を省略することができる。この結果、レーザ発振器１の光学素子の数を減らすことができる。
【００３５】
また、第１光ファイバ３の第１端面３０に第２光ファイバ４が接着しているため、第１光ファイバ３の第１端面３０が大気に露出しない。このため、第１光ファイバ３が潮解性を有する場合、大気中の水分によって第１光ファイバ３の第１端面３０が潮解することを防ぐことができる。この結果、エンドキャップを省略することができる。さらには、第１光ファイバ３と第２光ファイバ４とが接着しているため、従来、第１光ファイバ３と第２光ファイバ４との間に設置されていたコリメートレンズ及び集光レンズなども省略することができる。
【００３６】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００３７】
変形例１
上記実施形態では、第１光ファイバ３は、コア３１と、２つのクラッド（第１クラッド３２及び第２クラッド３３）とを有する、いわゆるダブルクラッドファイバであるが、特にこれに限定されない。例えば、第１光ファイバ３は、図４に示すように、コア３１と、一つのクラッド（第１クラッド３２）とを有するシングルクラッドファイバであってもよい。
【００３８】
この場合、励起光は、コア３１内を伝搬する。また、ファイバ本体４０からの励起光を第１光ファイバ３へ効率よく導入させるために、ファイバ本体４０のコア４１の径は、第１光ファイバ３のコア３１の径以下であることが好ましい。また、ファイバ本体４０のコア４１の開口数とコア４１の径とを乗算した値は、第１光ファイバ３のコア３１の開口数とコア３１の径とを乗算した値以下であることが好ましい。
【００３９】
変形例２
上記実施形態では、エンドキャップ５のエンドキャップ本体５１は、略円柱状に形成されているが、特にこれに限定されない。例えば、エンドキャップ本体５１は、直方体状に形成されていてもよい。
【００４０】
変形例３
図５に示すように、エンドキャップ５は、エンドキャップ本体５１の第１光ファイバ３とは反対側の端面において、反射防止膜５２をさらに有していてもよい。反射防止膜５２は、第１光ファイバ３内で発生する出力光の反射を防止する性質を有する。具体的には、反射防止膜５２は、第１光ファイバ３のコア３１が励起光を吸収することによって発生する出力光の反射を防止する性質を有する。この出力光に対する反射防止膜５２の反射率は、エンドキャップ本体５１の反射率よりも低くすることにより効果があり、０％に近いほど好ましく、具体的には０％以上２％以下程度であることが好ましい。反射防止膜５２は、例えば、蒸着などによって、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＦ２などを、エンドキャップ本体５１の第１光ファイバ３とは反対側の端面にコーティングすることによって形成される。
【００４１】
変形例４
図６に示すように、エンドキャップ５は、エンドキャップ本体５１の第１光ファイバ３側の端面において、部分反射膜５３をさらに有していてもよい。部分反射膜５３は、第１光ファイバ３内で発生する出力光の一部を反射する性質を有する。具体的には、部分反射膜５３は、第１光ファイバ３のコア３１が励起光を吸収することによって発生する出力光の一部を反射する性質を有する。部分反射膜５３は、例えば、蒸着などによって、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、又はＭｇＦ２などを、エンドキャップ本体５１の第１光ファイバ３側の端面にコーティングすることによって形成される。
【００４２】
変形例５
図７に示すように、エンドキャップ５は、変形例３において説明した反射防止膜５２と、変形例４において説明した部分反射膜５３とを両方有していてもよい。
【００４３】
変形例６
図８に示すように、第２光ファイバ４は、ファイバ本体４０の先端面において、励起光に対する反射防止膜４４を有していてもよい。この反射防止膜４４は、第１光源２からの励起光を反射することを防止する機能を有する。この励起光に対する反射防止膜４４の反射率は、ファイバ本体４０の反射率よりも低くすることにより効果があり、０％に近いほど好ましく、具体的には０％以上２％以下程度であることが好ましい。反射防止膜４４は、例えば、蒸着などによって、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＭｇＦ２などを、ファイバ本体４０の先端面にコーティングすることによって形成される。なお、変形例６では、反射防止膜４４よりも反射膜４３の方が第１光ファイバ３側に形成されているが、反射防止膜４４が反射膜４３よりも第１光ファイバ３側に形成されていてもよい。
【００４４】
変形例７
図９に示すように、エンドキャップ５を省略し、第１コリメートレンズ６を第１光ファイバ３の第２端部に装着してもよい。この場合、エンドキャップ５に場合と同様に第１コリメートレンズ６の第１光ファイバ３とは反対側の端面において、反射防止膜５２をさらに有していてもよい。
【００４５】
変形例８
図１０に示すように、第２光源７、第２コリメートレンズ８、及びダイクロイックミラー９をさらに備えていてもよい。第２光源７は、励起光を発生させる装置であり、例えばランプ又は半導体レーザなどによって構成することができる。第２光源７からの励起光は、第１光ファイバ３の第２端面３４に入射する。第２光源７にて発生した励起光は、第３光ファイバ７ａを介して出力される。なお、第３光ファイバ７ａは、レーザ媒質がドープされていないことが好ましい。
【００４６】
第２コリメートレンズ８は、第３光ファイバ７ａの先端部近傍に配置されている。第２コリメートレンズ８は、第３光ファイバ７ａから出力された励起光を、発散光の状態から平行光の状態に変換する。また、第１コリメートレンズ６は、集光レンズとしても機能する。すなわち、第１コリメートレンズ６は、第２コリメートレンズ８によって平行光の状態とされた励起光を集光する。この第１コリメートレンズ６によって集光された励起光は、エンドキャップ５を介して第１光ファイバ３に入射する。
【００４７】
ダイクロイックミラー９は、第１コリメートレンズ６と第２コリメートレンズ８との間に配置されている。ダイクロイックミラー９は、第２光源７からの励起光を透過させるとともに、第１光ファイバ３からのレーザ光の進行方向を変更するように反射する。
【符号の説明】
【００４８】
１    レーザ発振器
２    第１光源
３    第１光ファイバ
３０    第１端面
４    第２光ファイバ
４３    反射膜
【図１】
2015126075.tif 000003
【図２】
2015126075.tif 000004
【図３】
2015126075.tif 000005
【図４】
2015126075.tif 000006
【図５】
2015126075.tif 000007
【図６】
2015126075.tif 000008
【図７】
2015126075.tif 000009
【図８】
2015126075.tif 000010
【図９】
2015126075.tif 000011
【図１０】
2015126075.tif 000012