(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光ファイバ６と、集光レンズ４と、第１光源２と、を備えている。集光レンズ４は、第１光ファイバ６の第１端面６０に接着されている。第１光源２は、励起光を発生させる。第１光源２からの励起光は、集光レンズ４を介して第１光ファイバ６に入射する。集光レンズ４は、反射膜４２を有する。反射膜４２は、第１光ファイバ内で発生する出力光を反射する。集光レンズ４は、反射膜４２において第１光ファイバ６の第１端面６０と接着している。【選択図】図３
2015126074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光ファイバと、
前記第１光ファイバの第１端面に接着された集光レンズと、
前記集光レンズを介して前記第１光ファイバに入射する励起光を発生させる第１光源と、
を備え、
前記集光レンズは、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光ファイバの前記第１端面と接着している、
レーザ発振器。
【請求項２】
前記集光レンズは、屈折率分布レンズである、請求項１に記載のレーザ発振器。
【請求項３】
前記第１光源から延びる第２光ファイバをさらに備え、
前記第２光ファイバは、前記屈折率分布レンズに接着する、
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３に記載のレーザ発振器。
【請求項５】
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４に記載のレーザ発振器。
【請求項６】
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をさらに備える、請求項１から５のいずれかに記載のレーザ発振器。
【請求項７】
前記コリメートレンズは、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おいて、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６に記載のレーザ発振器。
【請求項８】
前記コリメートレンズを介して前記第１光ファイバに入射する励起光を発生させる第２光源をさらに備える、請求項６又は７に記載のレーザ発振器。
【請求項９】
前記集光レンズと前記第１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８のいずれかに記載のレーザ発振器。
【請求項１０】
前記集光レンズの反射膜は、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９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、集光レンズとを備える。第１光源は、励起光を発生させる。第１光ファイバは、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。集光レンズは、第１端面に接着される。集光レンズは、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。集光レンズは、反射膜において１端面と接着している。
【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、集光レンズ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、集光レンズ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端面に集光レンズ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。
【００１１】
上記集光レンズは、屈折率分布レンズとすることができる。
【００１２】
好ましくは、レーザ発振器は、第１光源から延びる第２光ファイバをさらに備える。第２光ファイバは、屈折率分布レンズに接着する。このように、集光レンズとして屈折率分布レンズを使用することにより、第２光ファイバから出る発散光の状態の励起光を平行光の状態に変換する必要がない。この結果、第２光ファイバと屈折率分布レンズとの間にコリメートレンズを設置しなくてもよくなり、光学素子をさらに減らすことができる。また、コリメートレンズの設置を省略できるため、第２光ファイバと屈折率分布レンズとを接着することができる。なお、屈折率分布レンズは、第２光ファイバから出た励起光を第１光ファイバの第１端面に集光するように設計されることが好ましい。
【００１３】
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。そして、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前記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。
【００１４】
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。この結果、エンドキャップを省略することができる。
【００１５】
好ましくは、コリメートレンズは、第１光ファイバ内で発生する出力光の反射を防止する反射防止膜を有する。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。
【００１６】
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。
【００１７】
集光レンズと第１光ファイバとは、融着によって互いに接着している。
【００１８】
好ましくは、集光レンズの反射膜は、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】
【００１９】
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】
【００２０】
【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２光ファイバの先端部の詳細を示す断面図。
【図３】第１光ファイバの第１端部の詳細を示す断面図。
【図４】第１光ファイバの第２端部の詳細を示す断面図。
【図５】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６】変形例１に係るレーザ発振器の構成を示す概略図。
【図７】変形例２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８】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９】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１０】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１１】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１２】変形例７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】
【００２１】
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。
【００２２】
図１に示すように、レーザ発振器１は、第１光源２、第１コリメートレンズ３、集光レンズ４、第２コリメートレンズ５、及び第１光ファイバ６を備えている。なお、第２コリメートレンズ５が、本発明のコリメートレンズに相当する。
【００２３】
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２ａが延びている。第２光ファイバ２ａ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。
【００２４】
図２は、第２光ファイバ２ａの先端部を示す断面図である。図２に示すように、第２光ファイバ２ａは、コア２１と、クラッド２２とを有しており、コア２１内において励起光が伝搬する。コア２１は略円柱状に形成されており、コア２１を覆うようにクラッド２２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２１は、ＺＢＬＡＮガラスなどのフッ化物ガラスによって形成されている。コア２１におけるレーザ媒質の含有率は、第１光ファイバ６のコア６１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２１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２２は、例えば、コア２１よりも低屈折率のフッ化物ガラスなどによって形成されている。
【００２５】
図１に示すように、第１コリメートレンズ３は、第２光ファイバ２ａの先端近傍に配置されている。第１コリメートレンズ３は、第２光ファイバ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。
【００２６】
図３は、第１光ファイバ６の第１端部の詳細を示す断面図である。図３に示すように、第１光ファイバ６は、第１端面６０を有している。第１光源２からの励起光は、第１端面６０に入射する。なお、具体的には、第１光源２からの励起光は、集光レンズ４を介して第１端面６０に入射する。
【００２７】
第１光ファイバ６は、コア６１と、第１クラッド６２と、第２クラッド６３とを有している。第１光ファイバ６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６は、可撓性を有している。
【００２８】
コア６１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６１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６１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。
【００２９】
第１クラッド６２は、コア６１を覆うように略円筒状に形成されている。第１クラッド６２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６２は、コア６１よりも屈折率が低い。第１クラッド６２は、励起光の導波路として機能し、励起光は第１クラッド６２内を伝搬する。なお、第１クラッド６２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。
【００３０】
第２クラッド６３は、第１クラッド６２を覆うように略円筒状に形成されている。第２クラッド６３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６３は、第１クラッド６２よりも屈折率が低い。
【００３１】
集光レンズ４は、第１光ファイバ６の第１端部に装着されている。詳細には、集光レンズ４は、第１光ファイバ６の第１端面６０と接着している。具体的には、集光レンズ４は、第１光ファイバ６の第１端面６０と融着している。また、集光レンズ４は、集光レンズ本体４１と、反射膜４２とを有する。集光レンズ４は、第１コリメートレンズ３によって平行光の状態とされた励起光を第１光ファイバ６の第１端面６０に集光する。この集光レンズ４によって集光された励起光は、第１光ファイバ６に入射する。
【００３２】
集光レンズ本体４１は、潮解性を有さない。具体的には、集光レンズ本体４１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。集光レンズ本体４１は、第１光ファイバ６の第１端面６０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、集光レンズ本体４１は、第１光ファイバ６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６と同程度のものが好ましい。
【００３３】
反射膜４２は、集光レンズ本体４１の第１光ファイバ６側の端面に形成されている。反射膜４２は、第１光ファイバ６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４２は、第１光ファイバ６のコア６１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４２の反射率は、集光レンズ本体４１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４２は、例えば、蒸着などによって、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、又はＭｇＦ２などを、集光レンズ本体４１の第１光ファイバ６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４２を通過して第１光ファイバ６に入射する。
【００３４】
第１光ファイバ６の第１端面６０を溶融して、集光レンズ４と第１光ファイバ６とを互いに押し付けることにより、集光レンズ４と第１光ファイバ６とを融着させる。なお、集光レンズ４の反射膜４２と、第１光ファイバ６の第１端面６０とが溶着する。なお、集光レンズ本体４１及び反射膜４２の融点は、第１光ファイバ６の融点以上とすることが好ましい。
【００３５】
図４は、第１光ファイバ６の第２端部の詳細を示す断面図である。図４に示すように、第２コリメートレンズ５は、第１光ファイバ６の第２端部に装着されている。詳細には、第２コリメートレンズ５は、第１光ファイバ６の第２端面６４と接着している。具体的には、第２コリメートレンズ５は、第１光ファイバ６の第２端面６４と融着している。また、第２コリメートレンズ５は、コリメートレンズ本体５１を有する。第２コリメートレンズ５は、第１光ファイバ６から出力された出力光を平行光の状態に変換する。
【００３６】
第２コリメートレンズ５のコリメートレンズ本体５１は、潮解性を有さない。具体的には、コリメートレンズ本体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、コリメートレンズ本体５１は、第１光ファイバ６の第２端面６４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、コリメートレンズ本体５１は、第１光ファイバ６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６と同程度のものが好ましい。
【００３７】
［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。
【００３８】
第１光ファイバ６において発生した出力光は、集光レンズ４の反射膜４２において反射し、第１光ファイバ６に戻る。これによって、第１光ファイバ６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、集光レンズ４の反射膜４２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。
【００３９】
また、第１光ファイバ６の第１端面６０に集光レンズ４が接着しているため、第１光ファイバ６の第１端面６０が大気に露出しない。このため、第１光ファイバ６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６の第１端面６０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。
【００４０】
［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。
【００４１】
変形例１
上記実施形態では、集光レンズ４として、平凸レンズを使用したが特にこれに限定されない。例えば、図５に示すように、集光レンズとして、屈折率分布レンズ（グリンレンズ）４ａを使用してもよい。屈折率分布レンズ４ａは、レンズ本体４１ａと、反射膜４２とを有している。レンズ本体４１ａは、略円柱状であって、光軸に近付くほど屈折率が高くなるように設計されている。このレンズ本体４１ａの第１光ファイバ６側の端面（第１端面）に反射膜４２が形成されている。
【００４２】
図６に示すように、集光レンズとして屈折率分布レンズ４ａを使用する場合、第２光ファイバ２ａは、屈折率分布レンズ４ａに接着する。詳細には、第１光源２から延びる第２光ファイバ２ａの先端面が、屈折率分布レンズ４ａの第２端面に接着する。この構成によれば、第１コリメートレンズ３を省略することができる。また、屈折率分布レンズ４ａを用いることにより、第２光ファイバ２ａの径が、第１光ファイバ６の径よりも大きくても、励起光を効率良く第１光ファイバ６に導入することができる。なお、屈折率分布レンズ４ａは、第２光ファイバ２ａからの励起光を第１光ファイバ６の第１端面６０に集光する。
【００４３】
変形例２
上記実施形態では、第１光ファイバ６は、コア６１と、２つのクラッド（第１クラッド６２及び第２クラッド６３）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６は、図７に示すように、コア６１と、一つのクラッド（第１クラッド６２）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６１内を伝搬する。
【００４４】
変形例３
図８に示すように、第２コリメートレンズ５は、コリメートレンズ本体５１の第１光ファイバ６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６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６のコア６１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、コリメートレンズ本体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、又はＭｇＦ２などを、コリメートレンズ本体５１の第１光ファイバ６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。
【００４５】
変形例４
図９に示すように、第２コリメートレンズ５は、コリメートレンズ本体５１の第１光ファイバ６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６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６のコア６１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、コリメートレンズ本体５１の第１光ファイバ６側の端面にコーティングすることによって形成される。
【００４６】
変形例５
図１０に示すように、第２コリメートレンズ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。
【００４７】
変形例６
図１１に示すように、集光レンズ４は、集光レンズ本体４１の第１光ファイバ６側の端面、及び集光レンズ本体４１の第１光ファイバ６とは反対側の端面において、励起光に対する反射防止膜４３ａ、４３ｂを有していてもよい。この各反射防止膜４３ａ、４３ｂは、第１光源２からの励起光を集光レンズ４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４３ａ、４３ｂの反射率は、集光レンズ本体４１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４３ａ、４３ｂは、例えば、蒸着などによって、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、又はＭｇＦ２などを、集光レンズ本体４１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４３ｂよりも反射膜４２の方が第１光ファイバ６側に形成されているが、反射防止膜４３ｂが反射膜４２よりも第１光ファイバ６側に形成されていてもよい。
【００４８】
変形例７
図１２に示すように、第２光源７、第３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６の第２端面６４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、第２光ファイバ２ａと同様の構成とすることができる。
【００４９】
第３コリメートレンズ８は、第３光ファイバ７ａの先端近傍に配置されており、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、変形例７では、第２コリメートレンズ５は、集光レンズとしても機能する。すなわち、第２コリメートレンズ５は、第３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２コリメートレンズ５によって集光された励起光は、第１光ファイバ６に入射する。
【００５０】
ダイクロイックミラー９は、第２コリメートレンズ５と第３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６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】
【００５１】
１    レーザ発振器
２    第１光源
２ａ    第２光ファイバ
４    集光レンズ
４２    反射膜
５    コリメートレンズ
６    第１光ファイバ
６０    第１端面
【図１】
2015126074.tif 000003
【図２】
2015126074.tif 000004
【図３】
2015126074.tif 000005
【図４】
2015126074.tif 000006
【図５】
2015126074.tif 000007
【図６】
2015126074.tif 000008
【図７】
2015126074.tif 000009
【図８】
2015126074.tif 000010
【図９】
2015126074.tif 000011
【図１０】
2015126074.tif 000012
【図１１】
2015126074.tif 000013
【図１２】
2015126074.tif 000014