(57)【要約】【課題】本発明は、出力光波長が５９３ｎｍ以上６２５ｎｍ以下の領域で、色素レーザを代替できるレーザ光源装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のレーザ光源装置は、ラマン増幅された第一の励起光源と第二の励起光源の出力光を合波した合波光に、さらにラマン増幅を行う。ラマン増幅された合波光を第二次高調波発生器に入力し、第二次高調波発生器の出力として波長が５９３ｎｍ以上６２５ｎｍ以下の出力光を得る。【選択図】図１
2015055852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が１１２５ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の第一の励起光を出力する第一の励起光源と、
波長が１１２５ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であり、前記第一の励起光源の出力光波長との出力光波長の差の絶対値が、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である第二の励起光を出力する第二の励起光源と、
一端から前記第一の励起光が入力され、他端から前記第二の励起光の一部が入力され、前記第一の励起光と前記第二の励起光の一部をラマン増幅させ、ラマン増幅された第一の増幅光を前記他端から出力する第一の光ファイバと、
前記第二の励起光源と前記第一の光ファイバの前記他端の間の光路に挿入され、前記第二の励起光の一部を前記第一の光ファイバの前記他端に出力し、かつ、前記第一の光ファイバの前記他端から出力された前記第一の増幅光及び前記第二の励起光の余部を合波して第二の光ファイバへ出力する波長多重合波器と、
前記波長多重合波器の出力する前記第一の増幅光及び前記第二の励起光の合波光をラマン増幅して第二の増幅光として出力し、前記第二の増幅光の予め定められた波長の光を選択的に出力する波長多重分波器と、
前記波長多重分波器の出力光の第二次高調波を発生させる第二次高調波発生器と、
を備えるレーザ光源装置。
【請求項２】
前記第一の波長選択器及び前記第二の波長選択器はファイバーブラッググレーティングであり、
前記第二の波長選択器の反射率が式（Ｃ１）、式（Ｃ２）を満たす、
請求項１に記載のレーザ光源装置。
【数１】
2015055852.tif 000005
【数２】
2015055852.tif 000006
ここで、Ｐｐは第一の励起光源の励起強度、αｓは第一の光ファイバの損失係数、Ｌｃａｖは第一の波長選択器として機能するファイバーブラッググレーティング及び第二の波長選択器として機能するファイバーブラッググレーティングの長さ、Ｒ１は第一の波長選択器として機能するファイバーブラッググレーティングの反射率、Ｒ２は第二の波長選択器として機能するファイバーブラッググレーティングの反射率、ｇＲは第一の光ファイバのラマン利得係数、Δν０は第一の光ファイバがレーザ装置が発振閾値の状態にあるときのレーザ光のスペクトル線幅、γは第一の光ファイバに係るファイバの非線形光学系数、Ａｅｆｆは第一の光ファイバの実効断面積、Ｌｅｆｆは第一の光ファイバの実効長、εは第一の光ファイバに係る移相変化時間とキャビティラウンドトリップ時間で決まる１以下である定数、Ｐｏｕｔはレーザの出力パワー、δνはスペクトル線幅の上限値である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に、波長６００ｎｍ帯におけるレーザ光源装置の１つとして用いられている有機色素レーザの構成図の一例を示す。図６のレーザ光源装置は、色素容器６１と、色素入口６２と、色素出口６３と、フラッシュランプ６４と、誘電体ミラー６５と、回折格子６６とを備える。６７はレーザ発振した出力光である。図６のレーザ装置では、色素容器６１に増幅媒質としてローダミン６Ｇ等の有機色素を注入する。色素容器６１中の有機色素をフラッシュランプ６４で励起すると同時に、誘電体ミラー６５と回折格子６６で構成する共振器によって波長を選択してレーザ発振させる。そして、レーザ発振した出力光６７を取り出す。
【０００３】
色素レーザの主な特徴は三つある。第一に有機色素の広帯域性（５７０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下）を利用して回折格子６６によって出力波長を可変にできることである。第二に１Ｗ以上の出力が可能であることである。そして、第三に、色素レーザは液体レーザの１種であるため、色素の交換や冷却が容易であることである。そのような特徴を有するため、色素レーザは従来から広く用いられてきた。しかしながら増幅媒質である有機色素は、レーザ発振の過程で生じる励起分子（３重項状態Ｔ１）がトラップとなってレーザ光を吸収する。連続的にレーザ発振を維持しようとすると常に色素を循環させる必要があるため、装置が大規模になる欠点がある。また、色素が劣化を起こすため、定期的な色素の交換が必要という欠点がある。さらに、ローダミン６Ｇ等の有機色素は毒性（発ガン性）を有しているという欠点もある。全世界的な環境負荷物質の使用量削減や使用禁止が進められているため、毒性を有する色素を用いた色素レーザは、将来、廃止される可能性が高いといえる。
【０００４】
図７に、特許文献１に開示されている７個より多くのポンプＬＥＤの出力光を入力するファイバラマンレーザ光源装置を示す。図７のレーザ光源装置は、第一の励起光源９１と、第一のＦｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）９２と、光ファイバ９３と、第二のＦＢＧ９４と、波長多重合波器９５と、第二の励起光源９６とを備える。図７のような装置では、光ファイバ９３をテーパー状バンドルにして複数のポンプＬＥＤの出力光を光ファイバに入射させる手法も知られている。光ファイバ９３をテーパー状バンドルする手法では、光ファイバ９３をテーパー状バンドルできる本数の上限により、入射光電力の上限が決まる。しかし、図７のレーザ光源装置は波長多重合波器９５を備えるため、入射光電力の上限は、光ファイバ９３をテーパー状バンドルできる本数の上限で決まる値を超える。波長多重合波器９５を備えることによって出力光電力の向上は可能となったが、有機色素レーザの代替となる、波長６００ｎｍ帯におけるレーザ光源装置の実現はできなかった。
【０００５】
図８に、非特許文献１に開示されている有機色素レーザの代替装置にもなりうるＳｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（ＳＨＧ）レーザ装置の一例を示す。図８のＳＨＧレーザ装置は、励起光源７１と、ＦＢＧ７２と、第一の光ファイバ７３と、ＦＢＧ７４と、第二の光ファイバ７５と、ＳＨＧ器７６と、出力ポート７７を備える。図８のファイバラマンレーザでは、ＦＢＧ７２は、励起光源７１の出力光が透過するように設計する。そのため、第一の光ファイバ７３には、励起光源７１の出力光が入射する。ここで、励起光源７１としては、イットリビウム（Ｙｂ）ドープファイバを利得媒質に用いたファイバレーザが一般的に用いられる。光ファイバ７３に入射した励起光源７１の出力光は光ファイバ中に振動する電磁場を誘起し、光学フォノンと呼ばれる固有格子振動を発生させる。光学フォノンが発生している光ファイバ７３にストークス光が入射すると、ラマン増幅が起きる。ここで、ストークス光とは、励起光の振動数から光学フォノンの振動数ぶんだけ離れた周波数の光をいう。ラマン増幅とは、誘導ラマン散乱による増幅現象をいう。
【０００６】
光ファイバ中のラマン利得係数スペクトルは図９に示すように、約５ＴＨｚの帯域幅を有している。そこで、ＦＢＧ７４の出力光に対して光ファイバ７５でラマン増幅を行い、ラマンレーザの出力光を得る。ＳＨＧ器７６は、入力されたラマンレーザ光の半分の波長である光を出力する。
【０００７】
非特許文献１に開示されているのは、図８の構成を用いた波長５８９ｎｍのレーザ装置である。また、ＳＨＧ器を用いた構成において波長５９２．５ｎｍ、波長６２８ｎｍの波長のＳＨＧレーザ装置が実用に供されている。しかしながら、両波長の間である波長５９３ｎｍ以上６２８ｎｍ以下の出力光が得られるＳＨＧレーザ装置では、励起光源７１に用いられるイットリビウム（Ｙｂ）ドープファイバの利得が低下して、十分な出力光強度が得られない。そのため、色素レーザと同程度の出力パワーを備えたＳＨＧ器７６を備えたレーザ装置は、出力光波長が５９３ｎｍ以上６２５ｎｍ以下の領域では実現されていない。
【０００８】
また、非特許文献２では、ファイバラマンレーザの出力光電力が発振閾値を超えて増加すると、スペクトル線幅も増加することが示されている。ここで、ＳＨＧ器７６には、用いることができる波長範囲、つまり入射許容帯域幅に制限がある。例えば、ＳＨＧ７６器にドメイン反転ＬｉＮｂＯ３結晶（ＰＰＬＮ）を用いた場合、長さ２５ｍｍの結晶の入射許容帯域は約０．１５ｎｍ以下である。ＳＨＧ器７６へ、ＳＨＧ器７６の入射許容帯域を超えるスペクトル線幅を有するファイバラマンレーザの出力光を入射しても、入射許容帯域を越えて拡がったスペクトル成分はＳＨＧに寄与しない。つまり、ファイバラマンレーザ光出力を上げたとしても、入射許容帯域ではない領域でレーザ光出力が上がっているのであれば、増加した光出力はＳＨＧには寄与せず、ＳＨＧ器７６の出力は増加しない。
【０００９】
ファイバラマンレーザのスペクトル拡がりを抑圧する手段の一つとして、ファイバラマンレーザの後段にファイバラマン増幅器を配置する方法は非特許文献１に示されている。ファイバラマンレーザにおけるスペクトル拡がりを抑圧すると同時に後段のラマン増幅器の利得を確保するためにはＦＢＧ７４の反射率を最適にする必要がある。しかし、非特許文献１には、ＦＢＧ７４の反射率の最適値算出方法や値は開示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−６６６５０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｄ．Ｇｅｏｒｇｉｅｖ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｗａｔｔｓ−ｌｅｖｅｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｏｕｂｌｉｎｇ  ｏｆ  ａ  ｎａｒｒｏｗ  ｌｉｎｅ  ｌｉｎｅａｒｌｙ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｒａｍａｎ  ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｔｏ  ５８９  ｎｍ
【非特許文献２】Ｂａｂｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｏｐｔｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｖｏｌ．  ３１，Ｎｏ．２０，ｐｐ．３００７−３００９（２００６）
【非特許文献３】Ｇ  Ａｇｒａｗａｌ，  “Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃｓ  （ｓｅｃｏｎｄ  ｅｄｉｔｉｏｎ），”  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，  ｐｐ．５３５−５３７（１９９５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、出力光波長が５９３ｎｍ以上６２５ｎｍ以下の領域で、色素レーザを代替できるレーザ光源装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明に係るレーザ光源装置は、波長が１１２５ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の第一の励起光を出力する第一の励起光源と、波長が１１２５ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であり、前記第一の励起光源の出力光波長との出力光波長の差の絶対値が、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である第二の励起光を出力する第二の励起光源と、一端から前記第一の励起光が入力され、他端から前記第二の励起光の一部が入力され、前記第一の励起光と前記第二の励起光の一部をラマン増幅させ、ラマン増幅された第一の増幅光を前記他端から出力する第一の光ファイバと、前記第二の励起光源と前記第一の光ファイバの前記他端の間の光路に挿入され、前記第二の励起光の一部を前記第一の光ファイバの前記他端に出力し、かつ、前記第一の光ファイバの前記他端から出力された前記第一の増幅光及び前記第二の励起光の余部を合波して第二の光ファイバへ出力する波長多重合波器と、前記波長多重合波器の出力する前記第一の増幅光及び前記第二の励起光の合波光をラマン増幅して第二の増幅光として出力し、前記第二の増幅光の予め定められた波長の光を選択的に出力する波長多重分波器と、前記波長多重分波器の出力光の第二次高調波を発生させる第二次高調波発生器と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、出力光波長が５９３ｎｍ以上６２５ｎｍ以下の領域で、色素レーザを代替できるレーザ光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るレーザ光源装置の構成の一例を示す。
【図２】第二のＦＢＧの反射率が８５％、２５％、１５％の場合の励起パワーと発振ストークス光パワーの関係を示した実験値の一例を示す。
【図３】共振器のファイバ長をパラメータとし、レーザ光出力と第二のファイバグレーティングの反射率の関係の一例を示す。
【図４】第二のＦＢＧの反射率をパラメータとし、横軸にファイバ長、縦軸にレーザが発振を開始するときの励起パワーをとって式（２）の関係をプロットした図の一例を示す。
【図５】増幅ファイバ長と増幅後のストークス光のパワーの関係を表した図の一例を示す。
【図６】波長６００ｎｍ帯の可視光のレーザ光源装置である有機色素レーザの構成の一例を示す。
【図７】７個より多くのポンプＬＥＤの出力光を励起光源として用いるファイバラマンレーザ光源装置の一例を示す。
【図８】有機色素レーザの代替装置である第二高調波発生レーザ装置の構成の一例を示す。
【図９】光ファイバのラマン利得係数スペクトルの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００１７】
図１に、本発明の実施形態を示す。本実施形態は、第一の励起光源１１と、第一の波長選択器として機能するＦＢＧ１２と、第一の光ファイバ１３と、第二の波長選択器として機能するＦＢＧ１４と、波長多重合波器１５と、第二の励起光源１６と、第二の光ファイバ１７と、波長多重分波器１８と、ＳＨＧ器１９と、出力光ポート１１０とを備える。
【００１８】
第一の励起光源１１は、波長が１１２５ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の第一の励起光を出力する。第一の光ファイバ１３は、一端から第一の励起光が入力され、他端から第二の励起光の一部が入力され、第一の励起光と第二の励起光の一部をラマン増幅させ、ラマン増幅された第一の増幅光を他端から出力する。波長多重合波器１５は、第二の励起光源１６と第一の光ファイバ１３の他端の間の光路に挿入され、第二の励起光の一部を第一の光ファイバ１３の他端に出力する。第二の励起光源１６は、波長が１１２５ｎｍ以上１２００ｎｍ以下であり、第一の励起光との波長の差の絶対値が、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下である第二の励起光を出力する。波長多重合波器１５は、第一の光ファイバ１３の他端から出力された第一の増幅光及び第二の励起光の余部を合波して第二の光ファイバ１７へ出力する。光ファイバ１７は、波長多重合波器１５の出力する第一の増幅光及び第二の励起光の合波光をラマン増幅して第二の増幅光として出力する。波長多重分波器１８は、第二の増幅光の予め定められた波長の光を選択的に出力する。第二次高調波発生器１９は、波長多重分波器１８の出力光の第二次高調波を発生させる。
【００１９】
励起光源１１の励起光強度を上げると、光ファイバ１３でのストークス光に対する利得が増加する。ストークス光に対する利得が、共振器全体の損失を上回ると、レーザ発振が起きる。ここで、共振器は、ＦＢＧ１２と、ＦＢＧ１４と、光ファイバ１３を備える。共振器の損失は、ＦＢＧ１２の損失、ＦＢＧ１４の損失、光ファイバ１３の伝搬損失等からなる。ここで、第一の光ファイバ１３の損失係数をαｓ、ＦＢＧ内の長さをＬｃａｖ、ＦＢＧ１２の反射率をＲ１、ＦＢＧ１４の反射率をＲ２、第一の光ファイバ１３のラマン利得係数をｇＲ、第一の光ファイバ１３の実効断面積をＡｅｆｆ、第一の光ファイバ１３の実効長をＬｅｆｆとすると、非特許文献３で開示されているように、発振閾値電力Ｐｔｈは以下の式（１）で示される。
【００２０】
【数１】
2015055852.tif 000003
（１）
式（１）は、ｌｎ（Ｒ１Ｒ２）の値が負なので、ＦＢＧ１２とＦＢＧ１４の反射率Ｒ１、Ｒ２が小さいと発振閾値電力Ｐｔｈが上昇する。発振閾値電力Ｐｔｈが上昇すると、発振に必要な励起パワーが大きくなる。
【００２１】
また、光ファイバの非線形光学係数をγ、ファイバ長をＬ、レーザ共振器内のストークス光強度をＩ、位相変化時間とキャビティラウンドトリップ時間で決まる１以下である定数をε、およびＦＢＧの帯域を１／√δ２とすると、非特許文献２で示されているように、ファイバラマンレーザの発振スペクトル幅Δνは、式（２）で示される。
【数２】
2015055852.tif 000004
なお、式（２）のファイバラマンレーザの発振スペクトル幅Δνは、非特許文献２ではΓで記載されている。
【００２２】
式（２）を正確に用いた設計は煩雑であるので、本発明における予備実験をもとに、式（２）に予備実験結果を盛り込んだ修正式を導出する。式（２）における共振器内のストークス光パワーＩは、レーザがほぼ発振閾値のときには、ほぼ０となるので、式（２）式右辺にレーザ発振時のスペクトル線幅の初期値ν０を加える。ファイバラマンレーザがほぼ発振閾値であれば、ファイバラマンレーザの発振スペクトル幅は、レーザのスペクトル線幅にほぼ等しくなる。そのため、これは第二のＦＢＧであるＦＢＧ１４の帯域幅にほぼ等しい。第一のＦＢＧであるＦＢＧ１２は、励起光源１１側に光が戻って光源を損傷するのを防ぐため、反射率がほぼ１００％に設定されている。反射率が１００％に近いＦＢＧの帯域幅は反射率が低いＦＢＧより広くなる。そのため、第一のＦＢＧ１２と第二のＦＢＧ１４で決まる全体の帯域幅は、帯域幅の狭い第二のＦＢＧ１４の帯域幅で決まる。
【００２３】
また、式（２）では、共振器内のストークス光パワーＩを理論的に精度良く求めるためには共振器の損失など多くのパラメータを仮定する必要があり、実際にレーザを設計するには精度が十分でない。そこで、予備実験を行い、その結果求まったストークス光強度から、共振器内のストークス光パワーＩをＩ＝Ｐｏｕｔ／（１−Ｒ２）とした。図２に、励起光波長が１１４０ｎｍ、ラマンファイバレーザ出力光波長を１２１２ｎｍとした場合の、励起光源１１からの入力光電力と発振ストークス光電力の関係を示す。ここで、２１は第二のＦＢＧ１４の反射率が８５％の場合の特性、２２は第二のＦＢＧ１４の反射率が２５％での特性、２３は第二のＦＢＧ１４の反射率が１５％での特性である。図２の２１、２２、２３において、実線は式（１）から求めた計算値、四角、丸、三角は実験により求めた値である。なお、式（１）により、図２の２１、２２、２３の特性を求める際、ＦＢＧ１２の反射率は１００％とした。図２から明らかなように、第二のＦＢＧ１４の反射率が大きいほど閾値励起光パワーが小さいといえる。また、式（１）から求めた発振閾値電力Ｐｔｈは、反射率２５％で７．０Ｗであり、反射率１５％で８．９Ｗである。これは図２の実験結果と良い一致を示す。
【００２４】
ＳＨＧ器１９が出力光ポート１１０へと出力する出力光の電力を１Ｗ以上とするため、以下の３つの手順で、ＳＨＧ発生器１９へと入力するラマンレーザ出力光を得る。最初に、励起光源１１及び波長多重合波器１５で分岐した励起光源１６の出力光を、ＦＢＧ１２、光ファイバ１３、ＦＢＧ１４を用いてラマン増幅したラマンレーザ出力光を得る。次に、波長多重合波器１５で、励起光源１６の出力光と、励起光源１１及び分岐した励起光源１６の出力光をＦＢＧ１２、光ファイバ１３、ＦＢＧ１４を用いてラマン増幅したラマンレーザ出力光を合波する。最後に、光ファイバ１７で、波長多重合波器１５の出力である合波した２つの光をラマン増幅する。これらの手順により、ＳＨＧ発生器１９の出力を１Ｗ以上とするのに十分なラマンレーザ発振光の出力を確保する。
【００２５】
図８で示したように、波長１．５μｍ帯における光ファイバ中のラマン増幅の利得スペクトルは、約５ＴＨｚの帯域幅を有する。例えば、ＳＨＧ器１９の出力波長を６００ｎｍとすると、ラマン利得スペクトルの中心に位置する励起光源の波長は１１４０ｎｍとなる。１１４０ｎｍ付近ではラマン利得スペクトルの帯域幅は、約５ＴＨｚに相当する約２０ｎｍとなる。そのため、波長が１１３０ｎｍ以上１１５０ｎｍ以下である２つの波長が異なる励起光源１１及び１６を用いて波長多重を行えばよい。
【００２６】
本願発明においては、ＳＨＧ器１９の入射許容帯域に制限があるため、ラマンレーザ出力光のスペクトル拡がりを抑圧しなければならない。そのため、ＦＢＧ１４の反射率を最適化する。なお、ＦＢＧ１２の反射率は、励起光源１１にラマンレーザの出力光が戻って励起光源を損傷するのを防ぐために、ほぼ１００％とする。非特許文献２では、レーザ共振器中の光のパワースペクトル密度が１［ｗ／ｎｍ］を超えると、スペクトル拡がりが発生することが示されている。共振器として機能する光ファイバ１３のファイバ長をパラメータとし、式（２）を用いて求めたレーザ光出力とＦＢＧ１４の反射率の関係を図３に示す。ここで、３１は光ファイバ１３のファイバ長さが１５ｍでの特性、３２は光ファイバ１３のファイバ長さが２０ｍでの特性、３３は光ファイバ１３のファイバ長さが５０ｍでの特性、３４は光ファイバ１３のファイバ長さが１００ｍでの特性である。ただし、レーザ光出力のストークス光スペクトル線幅の初期値は、予備実験を行った値から０．０７５ｎｍとした。ファイバ長を１５ｍ、２０ｍ、５０ｍ、１００ｍとしたときに、図３に示した３１、３２、３３、３４の特性よりも反射率が低い範囲であれば、レーザの出力ストークス光のスペクトル拡がりを所望の値以下にすることができる。
【００２７】
図３から、ファイバ長が長いほど、励起光源１１の出力パワーが低くなければスペクトル拡がりを抑えられないことが判る。しかしながら最終的にＳＨＧ器１９によって１Ｗ以上の６００ｎｍ帯の光出力を得るためにはＳＨＧ効率が約７％（波長６２８ｎｍでのＳＨＧ素子の効率の実測値）であると仮定すると、ストークス光出力として１５Ｗ以上でなければならない。また、励起光源１１のレーザ光出力が小さいと後段のラマン増幅の利得を大きくとらなければならず、後段への負荷が大きくなる。
【００２８】
図４に式（２）から求めた特性を示す。図４は、横軸をファイバ長、縦軸にレーザが発振を開始するときの発振閾値電力とし、第二のＦＢＧ１４の反射率をパラメータとして特性を求めた。図４で、４１は第二のＦＢＧ１４の反射率が１５％、４２は第二のＦＢＧ１４の反射率が２５％、４３は第二のＦＢＧ１４の反射率が５０％での特性である。励起光源１１の励起電力は、後段のラマン増幅の励起電力としても利用される。励起光源１１の励起電力は、大きい方が光ファイバ１７でのラマン利得、およびストークス光の所望のパワーを確保することが容易となる。出力ポート１１０での出力光電力として１Ｗ以上を得るのに必要なストークス光パワーは、少なくとも１５Ｗである。そのため、励起光のパワーはストークス光パワーの２倍の３０Ｗ以上でなければならない。また、ファイバラマン増幅の利得帯域幅が、波長１２００ｎｍ付近では約２０ｎｍである。
【００２９】
波長多重合波器１５は、励起光源１６の出力光と、ラマン増幅された励起光源１１の出力光及び分岐した励起光源１６の出力光を合波して合波光として光ファイバ１７へ出力する。波長多重合波器１５は、励起光源１１と励起光源１６の出力光波長が２ｎｍ程度以上離れていれば、ほぼ無損失で波長多重することができ、両光を効果的にラマン増幅に利用することができる。光ファイバ１７は、波長多重合波器１５の出力光である合波光をラマン増幅する。
【００３０】
波長多重分波器１８は、光ファイバ１７の出力光から、ＳＨＧ器１９の入射許容帯域に合致する波長の光を選択的にＳＨＧ器１９に入射する。ＳＨＧ器１９は、入射光波長の半分の波長の光を出力する。出力ポート１１０から、波長５９３ｎｍ以上６２５ｎｍ以下のレーザ光が取り出される。ＳＨＧ器１９として用いられるＰＰＬＮ結晶の電力変換効率は、５９３ｎｍ以上６２５ｎｍ以下付近の出力光が得られる市販品で約７％である。ここで、電力変換効率とは、出力光パワーの入力光パワーに対する割合である。入力光のスペクトル線幅が、ＳＨＧ器１９として用いられるＰＰＬＮ結晶の帯域よりも狭いとき、波長多重分波器１８の出力電力として１５Ｗが確保できればＳＨＧ器１９からの出力は１Ｗ以上となる。
【００３１】
図５に出力光波長が１２１２ｎｍのラマンファイバレーザでの励起光パワーと、増幅後のストークス光パワーの関係を示す。図５に示したように、ファイバ長が１５０ｍの時、ストークス光は目標の１５Ｗが得られる。計算の際には、ファイバ長：１５０ｍ、励起光波長：１１４４ｎｍ、ストークス光波長：１２１２ｎｍ、ファイバの損失：２．５ｄＢ、ラマン利得：０．８５×１０−１３とした。
【００３２】
本願発明に係る具体的な設計例として、以下の設計例１、設計例２を示す。設計例１のレーザ光源装置は、波長が１１４４ｎｍ、パワーが３０Ｗである第一の励起光源１１と、波長が１１６０ｎｍ、パワーが１０Ｗである第二の励起光源１６と、中心波長が１２１２ｎｍ、帯域が０．５ｎｍ、反射率が９９．５％であるＦＢＧ１２と、中心波長が１２１２ｎｍ、帯域が０．１ｎｍ、反射率が２５％であるＦＢＧ１４と、長さが９０ｍである第一の光ファイバ１３と、長さが８０ｍである第二の光ファイバ１７とを備える。光ファイバ１７は、励起光源１１から出力された出力光も増幅する。そのため、ＦＢＧ１２の反射率は９９．５％として、励起光源１のパワーがすべてラマンレーザに入ってもスペクトル拡がりが生じない値とした。これは、第二の光ファイバ１７によるラマン増幅の利得を大きくとることができる構成である。第二の励起光源１６に対する出力光パワーに関する要求は緩和され、出力が１０Ｗ程度の安価な光源を用いることができる。本設計例は、第一の光ファイバ１３の長さを短くできるという点で優れている。
【００３３】
設計例２のレーザ光源装置は、波長が１１４４ｎｍ、パワーが２０Ｗである第一の励起光源１１と、波長が１１６０ｎｍ、パワーが２０Ｗである第二の励起光源１６と、中心波長が１２１２ｎｍ、帯域が０．１ｎｍ、反射率が９９％であるＦＢＧ１２と、中心波長が１２１２ｎｍ、帯域が０．１ｎｍ、反射率が２５％であるＦＢＧ１４と、長さが２００ｍである第一の光ファイバ１３と、長さが８０ｍである第二の光ファイバ１７とを備える。本設計例は、励起光源として高価な２０Ｗ以上の高出力レーザが不要であるという点で優れている。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係るレーザ光源装置は、医療分野も含む産業全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１１：第一の励起光源
１２：第一のＦＢＧ
１３：第一の光ファイバ
１４：第二のＦＢＧ
１５：波長多重合波器
１６：第二の励起光源
１７：第二の光ファイバ
１８：波長多重分波器
１９：ＳＨＧ器
１１０：出力ポート
２１：励起光源からの入力光電力と発振ストークス光電力の関係（励起光波長１１４０ｎｍ、ラマンファイバレーザ出力光波長１２１２ｎｍ、第二のＦＢＧの反射率が８５％）
２２：励起光源からの入力光電力と発振ストークス光電力の関係（励起光波長１１４０ｎｍ、ラマンファイバレーザ出力光波長１２１２ｎｍ、第二のＦＢＧの反射率が２５％）
２３：励起光源からの入力光電力と発振ストークス光電力の関係（励起光波長１１４０ｎｍ、ラマンファイバレーザ出力光波長１２１２ｎｍ、第二のＦＢＧの反射率が１５％）
３１：レーザ光出力とＦＢＧ１４の反射率の関係（光ファイバ１３のファイバ長さが１５ｍ）
３２：レーザ光出力とＦＢＧ１４の反射率の関係（光ファイバ１３のファイバ長さが２０ｍ）
３３：レーザ光出力とＦＢＧ１４の反射率の関係（光ファイバ１３のファイバ長さが５０ｍ）
３４：レーザ光出力とＦＢＧ１４の反射率の関係（光ファイバ１３のファイバ長さが１００ｍ）
４１：レーザ発振開始閾値のファイバ長依存性（第二のＦＢＧの反射率が１５％）
４２：レーザ発振開始閾値のファイバ長依存性（第二のＦＢＧの反射率が２５％）
４３：レーザ発振開始閾値のファイバ長依存性（第二のＦＢＧの反射率が５０％）
６１：色素容器
６２：色素入口
６３：色素出口
６４：フラッシュランプ
６５：誘電体ミラー
６６：回折格子
６７：出力光
７１：励起光源
７２：ＦＢＧ
７３：第一の光ファイバ
７４：ＦＢＧ
７５：第二の光ファイバ
７６：ＳＨＧ器
７７：出力ポート
９１：第一の励起光源
９２：第一のＦＢＧ
９３：光ファイバ
９４：第二のＦＢＧ
９５：波長多重合波器
９６：第二の励起光源
９７：出力ポート
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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