(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、光ファイバ４と、第１エンドキャップ５ａと、第１光源２とを備える。第１エンドキャップ５ａは、光ファイバ４の第１端部に装着される。第１光源２は、第１エンドキャップ５ａを介して光ファイバ４に入射する励起光を発生させる。第１エンドキャップ５ａは、反射膜５２を有する。反射膜５２は、光ファイバ４内で発生する出力光を反射する。第１エンドキャップ５ａは、反射膜５２において光ファイバ４の第１端面４０と接着している。【選択図】図２
2015126073.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端面を有する光ファイバと、
前記第１端面に接着された第１エンドキャップと、
を備え、
前記第１エンドキャップは、前記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】
前記光ファイバの第２端面に接着された第２エンドキャップをさらに備える、請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記第２エンドキャップは、前記光ファイバの第２端面と接着する端面とは反対側の端面において、前記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２に記載のレーザ発振器。
【請求項４】
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、前記光ファイバの第２端面に入射する、
請求項２又は３に記載のレーザ発振器。
【請求項５】
前記第１エンドキャップと前記光ファイバとは、融着によって互いに接着している、請求項１から４のいずれかに記載のレーザ発振器。
【請求項６】
前記第１エンドキャップの反射膜は、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５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、光ファイバと、第１エンドキャップとを備える。第１光源は、励起光を発生させる。光ファイバは、第１端面を有する。光ファイバの第１端面に、第１光源からの励起光が入射する。第１エンドキャップは、第１端面に接着される。第１エンドキャップは、反射膜を有する。反射膜は、光ファイバ内で発生する出力光を反射する。第１エンドキャップは、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、光ファイバにおいて発生した出力光は、第１エンドキャップの反射膜において反射し、光ファイバに戻る。これによって、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１エンドキャップ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】
好ましくは、レーザ発振器は、第２エンドキャップをさらに備える。第２エンドキャップは、光ファイバの第２端面に接着される。この構成によれば、第２エンドキャップによって、光ファイバの第２端面も保護することができる。
【００１１】
好ましくは、第２エンドキャップは、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。この構成によれば、光ファイバにおいて生成された出力光を第２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。
【００１２】
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光源からの励起光は、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。
【００１３】
好ましくは、第１エンドキャップと光ファイバとは、融着によって互いに接着している。
【００１４】
好ましくは、第１エンドキャップの反射膜は、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、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】
【００１５】
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にある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】光ファイバの第１端部の詳細を示す断面図。
【図３】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に係る光ファイバの第１端部の詳細を示す断面図。
【図９】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】
【００１７】
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、実線の矢印は励起光を模式的に示しており、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。
【００１８】
図１に示すように、レーザ発振器１は、第１光源２、第１レンズ３ａ、第２レンズ３ｂ、第３レンズ３ｃ、光ファイバ４、第１エンドキャップ５ａ、及び第２エンドキャップ５ｂを備えている。
【００１９】
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にて発生した励起光は、励起光伝送ファイバ２ａを介して出力される。なお、励起光伝送ファイバ２ａは、レーザ媒質がドープされていないことが好ましい。
【００２０】
第１レンズ３ａは、コリメートレンズとして機能するレンズであり、励起光伝送ファイバ２ａ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。
【００２１】
第２レンズ３ｂは、集光レンズとして機能するレンズであり、第１レンズ３ａ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２レンズ３ｂによって集光された励起光は、第１エンドキャップ５ａを介して光ファイバ４に入射する。
【００２２】
第３レンズ３ｃは、コリメートレンズとして機能するレンズであり、第２エンドキャップ５ｂを介して光ファイバ４から出力された出力光を平行光の状態に変換する。
【００２３】
光ファイバ４は、第２レンズ３ｂと第３レンズ３ｃとの間に配置されている。光ファイバ４は、励起光を吸収してレーザ光を生成する部材である。光ファイバ４は、可撓性を有している。
【００２４】
図２は、光ファイバ４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、光ファイバ４は、第１光源２からの励起光が入射される第１端面４０を有する。なお、具体的には、第１光源２からの励起光は、第１エンドキャップ５ａを介して、第１端面４０に入射する。
【００２５】
光ファイバ４は、コア４１と、第１クラッド４２と、第２クラッド４３とを有している。コア４１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４１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４１は、第１クラッド４２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。
【００２６】
第１クラッド４２は、コア４１を覆うように略円筒状に形成されている。第１クラッド４２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４２は、コア４１よりも屈折率が低い。第１クラッド４２は、励起光の導波路として機能し、励起光は第１クラッド４２内を伝搬する。なお、第１クラッド４２は、コア４１よりも屈折率の低い他のガラスなどによって形成されていてもよい。
【００２７】
第２クラッド４３は、第１クラッド４２を覆うように略円筒状に形成されている。第２クラッド４３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４３は、第１クラッド４２よりも屈折率が低い。
【００２８】
第１エンドキャップ５ａは、光ファイバ４の第１端部に装着されている。詳細には、第１エンドキャップ５ａは、光ファイバ４の第１端面４０と接着している。具体的には、第１エンドキャップ５ａは、光ファイバ４の第１端面４０と融着している。また、第１エンドキャップ５ａは、エンドキャップ本体５１と、反射膜５２とを有する。
【００２９】
エンドキャップ本体５１は、透過性を有しており、励起光が透過可能である。また、エンドキャップ本体５１は、潮解性を有さない。また、エンドキャップ本体５１は、光ファイバ４との接合を強固にするために、線膨張係数が光ファイバ４と同程度のものが好ましい。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の結晶とすることができる。エンドキャップ本体５１は、他にも石英などの結晶であってもよい。なお、エンドキャップ本体５１は、略円柱状であって、光ファイバ４の第１端面４０の全体を覆うことができるように、光ファイバ４よりも径が大きい。
【００３０】
反射膜５２は、エンドキャップ本体５１の光ファイバ４側の端面に形成されている。反射膜５２は、光ファイバ４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５２は、光ファイバ４のコア４１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５２の反射率は、エンドキャップ本体５１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５２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の光ファイバ４側の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５２を通過して光ファイバ４に入射する。
【００３１】
光ファイバ４の第１端面４０を溶融して、第１エンドキャップ５ａと光ファイバ４とを互いに押し付けることにより、第１エンドキャップ５ａと光ファイバ４とを融着させる。なお、第１エンドキャップ５ａの反射膜５２と、光ファイバ４の第１端面４０とが溶着する。なお、エンドキャップ本体５１及び反射膜５２の融点は、光ファイバ４の融点以上とすることが好ましい。
【００３２】
図３は、光ファイバ４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、第２エンドキャップ５ｂは、光ファイバ４の第２端部に装着されている。詳細には、第２エンドキャップ５ｂは、光ファイバ４の第２端面４４と接着している。具体的には、第２エンドキャップ５ｂは、光ファイバ４の第２端面４４と融着している。また、第２エンドキャップ５ｂは、エンドキャップ本体５３を有する。
【００３３】
第２エンドキャップ５ｂのエンドキャップ本体５３は、透過性を有しており、出力光が透過可能である。また、エンドキャップ本体５３は、潮解性を有さない。また、エンドキャップ本体５３は、光ファイバ４との接合を強固にするために、線膨張係数が光ファイバ４と同程度のものが好ましい。具体的には、エンドキャップ本体５３は、フッ化カルシウムなどの結晶とすることができる。エンドキャップ本体５３は、他にも石英などの結晶であってもよい。なお、エンドキャップ本体５３は、略円柱状であって、光ファイバ４の第２端面４４の全体を覆うことができるように、光ファイバ４よりも径が大きい。
【００３４】
［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。
【００３５】
光ファイバ４において発生した出力光は、第１エンドキャップ５ａの反射膜５２において反射し、光ファイバ４に戻る。これによって、光ファイバ４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１エンドキャップ５ａの反射膜５２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。
【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、光ファイバ４は、コア４１と、２つのクラッド（第１クラッド４２及び第２クラッド４３）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、光ファイバ４は、図４に示すように、コア４１と、一つのクラッド（第１クラッド４２）とを有するシングルクラッドファイバであってもよい。この場合、励起光は、コア４１内を伝搬する。
【００３８】
変形例２
上記実施形態では、第１エンドキャップ５ａ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。また、第２エンドキャップ５ｂのエンドキャップ本体５３も、略円柱状に形成されているが、特にこれに限定されず、例えば直方体状に形成されていてもよい。
【００３９】
変形例３
図５に示すように、第２エンドキャップ５ｂは、エンドキャップ本体５３の光ファイバ４とは反対側の端面において、反射防止膜５４をさらに有していてもよい。反射防止膜５４は、光ファイバ４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５４は、光ファイバ４のコア４１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５４の反射率は、エンドキャップ本体５３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５４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５３の光ファイバ４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。
【００４０】
変形例４
図６に示すように、第２エンドキャップ５ｂは、エンドキャップ本体５３の光ファイバ４側の端面において、部分反射膜５５をさらに有していてもよい。部分反射膜５５は、光ファイバ４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５５は、光ファイバ４のコア４１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５５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５３の光ファイバ４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５
図７に示すように、第２エンドキャップ５ｂは、変形例３において説明した反射防止膜５４と、変形例４において説明した部分反射膜５５とを両方有していてもよい。
【００４２】
変形例６
図８に示すように、第１エンドキャップ５ａは、エンドキャップ本体５１の光ファイバ４側の端面、及びエンドキャップ本体５１の光ファイバ４とは反対側の端面において、励起光に対する反射防止膜５６ａ、５６ｂを有していてもよい。この各反射防止膜５６ａ、５６ｂは、第１光源２からの励起光を第１エンドキャップ５ａが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各反射防止膜５６ａ、５６ｂ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５６ａ、５６ｂ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の両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５６ｂよりも反射膜５２の方が光ファイバ４側に形成されているが、反射防止膜５６ｂが反射膜５２よりも光ファイバ４側に形成されていてもよい。
【００４３】
変形例７
図９に示すように、第２光源６、第４レンズ３ｄ、及びダイクロイックミラー７をさらに備えていてもよい。第２光源６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６からの励起光は、光ファイバ４の第２端面４４に入射する。第２光源６にて発生した励起光は、励起光伝送ファイバ６ａを介して出力される。なお、励起光伝送ファイバ６ａは、レーザ媒質がドープされていないことが好ましい。
【００４４】
第４レンズ３ｄは、コリメートレンズとして機能するレンズであり、励起光伝送ファイバ６ａ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、上記実施形態では、第３レンズ３ｃは、コリメートレンズとして機能するレンズであったが、変形例７では、集光レンズとしても機能する。すなわち、第３レンズ３ｃは、第４レンズ３ｄ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３レンズ３ｃによって集光された励起光は、第２エンドキャップ５ｂを介して光ファイバ４に入射する。
【００４５】
ダイクロイックミラー７は、第３レンズ３ｃと第４レンズ３ｄとの間に配置されている。ダイクロイックミラー７は、第２光源６からの励起光を透過させるとともに、光ファイバ４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】
【００４６】
１    レーザ発振器
２    第１光源
４    光ファイバ
４０    第１端面
５ａ    第１エンドキャップ
５２    反射膜
５ｂ    第２エンドキャップ
６    第２光源
【図１】
2015126073.tif 000003
【図２】
2015126073.tif 000004
【図３】
2015126073.tif 000005
【図４】
2015126073.tif 000006
【図５】
2015126073.tif 000007
【図６】
2015126073.tif 000008
【図７】
2015126073.tif 000009
【図８】
2015126073.tif 000010
【図９】
2015126073.tif 000011