(57)【要約】【課題】小型であっても、励起光の利用効率が高く、高い放射強度のレーザ光を発振することが可能なファイバーレーザ光源装置を提供する。【解決手段】励起光を受けて当該励起光と異なる波長の光を発光する光ファイバーと、この光ファイバーの両端面に配置された共振器とにより構成されたファイバーレーザを有するファイバーレーザ光源装置において、前記ファイバーレーザの出射側端面または前記光ファイバーの出射側端面に、前記励起光を反射する励起光反射膜が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
2015018984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を受けて当該励起光と異なる波長の光を発光する光ファイバーと、この光ファイバーの両端面に配置された、入射側ミラーおよび出射側ミラーよりなる共振器とにより構成されたファイバーレーザを有するファイバーレーザ光源装置において、
前記出射側ミラーの外表面または前記光ファイバーの出射側端面と前記出射側ミラーとの間に、前記励起光を反射する励起光反射膜が形成されていることを特徴とするファイバーレーザ光源装置。
【請求項２】
前記光ファイバーは、前記励起光を受けて蛍光を発光する発光物質としてプラセオジムイオンが含有されてなるコアを有することを特徴とする請求項１に記載のファイバーレーザ光源装置。
【請求項３】
前記励起光反射膜は、誘電体多層膜よりなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のファイバーレーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーの両端面に共振器が配置されてなるファイバーレーザを有するファイバーレーザ光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ光源としては、フッ化物ガラス中にプラセオジムイオン（Ｐｒ3+）がドープされたコアを有する光ファイバーを、ＧａＮ系レーザダイオードによって励起するファイバーレーザが知られている（特許文献１参照。）。そして、このようなファイバーレーザを光源として利用したプロジェクタ装置等の画像投影装置が提案されている（特許文献２参照。）。
そして、画像投影装置においては、小型で、投影面における平均照度が高いものが求められている。このため、用いられるファイバーレーザにおいては、小型で、発振されるレーザ光の放射強度が高いものが要求されている。
【０００３】
ファイバーレーザの小型化を図るためには、全長が小さい光ファイバーを用いることが必要である。
しかしながら、全長が小さい光ファイバーを用いた場合には、レーザ媒質中における励起光の光路が短いため、光ファイバーの一端面に入射された励起光の一部が光ファイバーを透過する。その結果、励起光の利用効率が低下するため、高い放射強度のレーザ光を発振することが困難となる、という問題がある。
一方、全長が大きい光ファイバーを用いた場合には、レーザ媒質中における励起光の光路が長いため、励起光の利用効率を高めることができるが、小型のファイバーレーザを構成することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０４８６２号公報
【特許文献２】特開２００１−２６４６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、小型であっても、励起光の利用効率が高く、高い放射強度のレーザ光を発振することが可能なファイバーレーザ光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のファイバーレーザ光源装置は、励起光を受けて当該励起光と異なる波長の光を発光する光ファイバーと、この光ファイバーの両端面に配置された、入射側ミラーおよび出射側ミラーよりなる共振器とにより構成されたファイバーレーザを有するファイバーレーザ光源装置において、
前記出射側ミラーの外表面または前記光ファイバーの出射側端面と前記出射側ミラーとの間に、前記励起光を反射する励起光反射膜が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明のファイバーレーザ光源装置においては、前記光ファイバーは、前記励起光を受けて蛍光を発光する発光物質としてプラセオジムイオンが含有されてなるコアを有することが好ましい。
また、前記励起光反射膜は、誘電体多層膜よりなることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のファイバーレーザ光源装置においては、光ファイバーの入射側端面から入射した励起光の一部が当該光ファイバーをその長手方向に透過しても、当該励起光は、励起光反射膜によって、再度光ファイバーに入射される。このため、光ファイバーの全長が小さいものであっても、励起光の利用効率が高く、従って、高い放射強度のレーザ光を発振することができる。
また、全長の小さい光ファイバーを用いることができるため、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のファイバーレーザ光源装置の一例における要部の構成を示す説明用断面図である。
【図２】図１に示すファイバーレーザ光源装置における光ファイバーの構成を、共振器および励起光反射膜と共に示す説明用断面図である。
【図３】本発明のファイバーレーザ光源装置の一例における光ファイバーの構成を、共振器および励起光反射膜と共に示す説明用断面図である。
【図４】本発明のファイバーレーザ光源装置の他の例における要部の構成を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のファイバーレーザ光源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のファイバーレーザ光源装置の一例における要部の構成を示す説明用断面図である。このファイバーレーザ光源装置は、ファイバーレーザ１０を備えてなる。
ファイバーレーザ１０は、励起光を受けて当該励起光と異なる波長の光を発光する光ファイバー１１を有する。この光ファイバー１１において、その一端面（図において左端面）は、励起光が入射される入射側端面１２とされ、その他端面は、レーザ光が出射される出射側端面１３とされている。光ファイバー１１の両端面には、共振器２０が設けられている。具体的には、共振器２０は、光ファイバー１１の入射側端面１２に配置された入射側ミラー２１と、光ファイバー１１の出射側端面１３に配置された出射側ミラー２２とにより構成されている。また、出射側ミラー２２の外表面には、励起光を反射する励起光反射膜２５が、当該出射側ミラー２２に積層された状態で形成されている。
【００１１】
光ファイバー１１の外周面には、当該外周面を覆う円筒状の熱伝導部材３０が設けられている。この熱伝導部材３０における出射側の端部には、ファイバーレーザ１０から発振されたレーザ光を導光する導光ファイバー（図示省略）を装着するためのキャップ３１が設けられている。
共振器２０における入射側ミラー２１に対向する位置には、２つのレンズ３６，３７よりなる結合レンズユニット３５を介して、光ファイバー１１に励起光を入射する励起用レーザ素子４０が配置されている。また、熱伝導部材３０における入射側の端部には、結合レンズユニット３５および励起用レーザ素子４０を収納して保持する円筒状の保持部材４５が設けられている。
【００１２】
図２は、図１に示すファイバーレーザ光源装置における光ファイバー１１の構成を、共振器２０および励起光反射膜２５と共に示す説明用断面図である。この光ファイバー１１は、レーザ媒質となる断面円形の線状のコア１５と、このコア１５の外周面を覆うよう設けられた円筒状のクラッド１６と、このクラッド１６の外周面を覆うよう設けられた、例えば酸化物ガラスよりなる円筒状のジャケット１７と、このジャケット１７の外周面を覆うよう設けられた、例えばジルコニアよりなる円筒状のフェルール１８とにより構成されている。
【００１３】
光ファイバー１１におけるコア１５を構成する材料としては、母材中に励起光を受けて蛍光を発光する発光物質が含有されてなるものが用いられる。
コア１５の母材としては、フッ化アルミニウム系フッ化物材料、ＺＢＬＡＮＰ（ＺｒＦ4 −ＢａＦ2 −ＬａＦ3 −ＡｌＦ3 −ＡｌＦ3 −ＮａＦ−ＰｂＦ2 ）等のＺｒ系フッ化物ガラスなどを用いることができる。
コア１５中に含有される発光物質としては、希土類元素イオンを用いることができ、その具体例としては、プラセオジムイオン（Ｐｒ3+）、ツリウム（Ｔｍ3+）、ネオジウム（Ｎｄ3+）、イッテルビウム（Ｙｂ3+）、エルビウム（Ｅｒ3+）、ホルミウム（Ｈｏ3+）などが挙げられる。コア１５中における希土類元素イオンの割合は、例えば５００〜６０００ｐｐｍである。
光ファイバー１１におけるクラッド１６を構成する材料としては、ＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ4 −ＢａＦ2 −ＬａＦ3 −ＡｌＦ3 −ＮａＦ）等のＺｒ系フッ化物ガラスやＡｌＦ系（ＡｌＦ3 −ＢａＦ2 −ＳｒＦ2 −ＣａＦ2 −ＭｇＦ2 −ＹＦ3 ）のフッ化物ガラスなどを用いることができる。
また、光ファイバー１１におけるコア１５の外径は、例えば７〜４０μｍである。
【００１４】
光ファイバー１１の全長は、３０〜１００ｍｍであることが好ましい。光ファイバー１１の全長が過小である場合には、励起光の利用効率が低くなる虞れがある。光ファイバー１１の全長が過大である場合には、装置の小型化を図ることが困難である。また、長尺のジルコニアよりなるフェルール１８を作製することが困難であることから、光ファイバー１１の全長は３０〜５０ｍｍであることが更に好ましい。
【００１５】
また、光ファイバー１１の開口数（ＮＡ）は、０．２８以上であることが好ましく、より好ましくは０．３０〜０．４０である。光ファイバー１１の開口数（ＮＡ）が過小である場合には、光ファイバー１１の集光能力が小さくなり、カップリングが困難になる。
【００１６】
共振器２０における入射側ミラー２１および出射側ミラー２２の各々は、例えばＳｉＯ2 よりなる低屈折率層と例えばＴａ2 Ｏ5 よりなる高屈折率層とが交互に積層されてなる誘電体多層膜により構成されている。誘電体多層膜における低屈折率層および高屈折率層の各々の厚みは、例えば２０〜３００ｎｍである。また、多層誘電体膜における低屈折率層および高屈折率層の層数は、両者の合計で例えば１０〜１００である。
入射側ミラー２１としては、励起用レーザ素子４０からの励起光の透過率が大きく、発振されるレーザ光の波長域の光の反射率が大きいものが用いられる。また、出射側ミラー２２としては、発振されるレーザ光の波長域の光の反射率が入射側ミラー２１よりも僅かに小さいものが用いられる。具体的な一例を示すと、入射側ミラー２１は、波長４３０〜４８０ｎｍの光の透過率が９５％以上で、波長６１５ｎｍの光の反射率が９９％以上である。また、出射側ミラー２２は、波長６１５ｎｍの光の反射率が９５％である。
【００１７】
励起光反射膜２５としては、励起光を選択的に反射し得るものを用いることが好ましい。具体的には、励起光の反射率が９０％以上、好ましくは９５％以上で、発振されるレーザ光の透過率が９０％以上、好ましくは９２％以上のものが好ましい。
【００１８】
このような励起光反射膜２５としては、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層されてなる誘電体多層膜よりなるものを用いることが好ましい。
励起光反射膜２５を構成する誘電体多層膜の具体例としては、Ｔａ2 Ｏ5 よりなる低屈折率層とＺｒＯよりなる高屈折率層との多層膜、ＳｉＯ2 よりなる低屈折率層とＴｉＯ2 よりなる高屈折率層との多層膜、ＺｎＳよりなる低屈折率層とＰｂＴｅよりなる高屈折率層との多層膜、ＳｉＯ2 よりなる低屈折率層とＴａ2 Ｏ5 よりなる高屈折率層との多層膜、ＳｉＯ2 よりなる低屈折率層とＮｂ2 Ｏ5 よりなる高屈折率層との多層膜、ＳｉＯ2 よりなる低屈折率層とＨｆＯ2 よりなる高屈折率層との多層膜、ＳｉＯ2 よりなる低屈折率層とＺｒＯ2 よりなる高屈折率層との多層膜、ＳｉＯ2 よりなる低屈折率層とＹ2 Ｏ3 よりなる高屈折率層との多層膜、ＳｉＯ2 よりなる低屈折率層とＡｌＮよりなる高屈折率層との多層膜、ＳｉＯ2 よりなる低屈折率層とＳｉＮよりなる高屈折率層との多層膜などが挙げられる。
【００１９】
熱伝導部材３０を構成する材料としては、ステンレス、銅、アルミ、ニッケル等の熱伝導性の高い金属材料などを用いることができる。
【００２０】
励起用レーザ素子４０としては、光ファイバー１１のコア中の希土類元素イオンを励起し得る波長の光、例えば４３０〜４８０ｎｍの波長域の青色光を出射するものが用いられる。このような励起用レーザ素子４０の具体例としては、ＧａＮ系レーザダイオードなどが挙げられる。
【００２１】
本発明のファイバーレーザ光源装置においては、光ファイバー１１の入射側端面１２から入射した励起光の一部が当該光ファイバー１１をその長手方向に透過しても、当該励起光は、励起光反射膜２５によって、再度光ファイバー１１に入射される。このため、光ファイバー１１の全長が小さいものであっても、励起光の利用効率が高く、従って、高い放射強度のレーザ光を発振することができる。
また、全長の小さい光ファイバー１１を用いることができるため、装置の小型化を図ることができる。
また、光ファイバー１１の外周面には、当該外周面を覆う円筒状の熱伝導部材３０が設けられているため、当該光ファイバー１１に生ずる熱が放熱される。従って、光ファイバー１１の過熱による破損などを防止または抑制することができる。
【００２２】
本発明のファイバーレーザ光源装置は、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば励起光反射膜２５は、図３に示すように、光ファイバー１１の出射側端面１３と出射側ミラー２２との間に形成されていてもよい。
【００２３】
また、本発明のファイバーレーザ光源装置においては、励起光反射膜２５によって反射された励起光が励起用レーザ素子４０に照射されると、当該励起用レーザ素子４０がダメージを受けることがある。このため、励起用レーザ素子４０に照射される励起光を抑制すること、例えば励起光励起用レーザ素子４０から出射される励起光の強度（以下、「初期強度」という。）の１０％以下となるよう抑制することが好ましい。
励起用レーザ素子４０に照射される励起光を抑制する手段としては、例えば下記（１）〜（３）に示す手段が挙げられる。
【００２４】
（１）コア１５中における希土類元素イオン（例えば、Ｐｒ3+）の割合が３０００ｐｐｍ以上の光ファイバー１１において、励起光として波長が４４０〜４４５ｎｍの光を用いることにより、励起用レーザ素子４０に照射される励起光を抑制する。
上記の範囲の波長の励起光を用いることにより、光ファイバー１１の全長が３０ｍｍ以上（往復の光路の全長が６０ｍｍ以上）であれば、励起用レーザ素子４０に照射される励起光を、例えば初期強度の１０％以下となるよう抑制することができる。
（２）コア１５中における希土類元素イオンの割合が例えば５０００ｐｐｍ以上の光ファイバー１１を用いることにより、励起用レーザ素子４０に照射される励起光を抑制する。  コア１５中に高濃度で希土類元素イオン（例えば、Ｐｒ3+）が含有されることにより、当該コア１５中における光の吸収率が高くなる。そのため、励起光の波長が４４０〜４５３ｎｍで、光ファイバー１１の全長が３０ｍｍ以上であれば、励起用レーザ素子４０に照射される励起光を、例えば初期強度の１０％以下となるよう抑制することができる。
（３）図４に示すように、励起用レーザ素子４０と光ファイバー１１との間、例えば結合レンズユニット３５におけるレンズ３６，３７の間に、偏光板３８および１／４波長板３９を配置することにより、励起用レーザ素子４０に照射される励起光を抑制する。
【実施例】
【００２５】
〈実施例１〉
図１および図２に示す構成に従い、下記の仕様のファイバーレーザ光源装置を作製した。
［光ファイバー］
光ファイバーの全長：４０ｍｍ
コアの材質：フッ化アルミニウム系フッ化物材料中に３０００ｐｐｍのプラセオジムイオンがドープされてなるもの
コアの外径：１５μｍ
開口数：０．３０
［共振器］
入射側ミラーの構成：ＳｉＯ2 （波長５００ｎｍの光による屈折率＝１．４６）よりなる低屈折率層（層数＝１５、厚みの最小値＝５６ｎｍ，厚みの最大値＝１８７ｎｍ）とＴａ2 Ｏ5 （波長５００ｎｍの光による屈折率＝２．０）よりなる高屈折率層（層数＝１４、厚みの最小値＝６４ｎｍ，厚みの最大値＝８７ｎｍ）とが交互に積層されてなる誘電体多層膜（全体の厚み＝２．５μｍ）
入射側ミラーの光学特性：波長４３０〜４８０ｎｍの光の透過率＞９５％，波長６１５ｎｍの光の反射率＞９９％
出射側ミラーの構成：ＳｉＯ2 （波長５００ｎｍの光による屈折率＝１．４６）よりなる低屈折率層（層数＝１０、厚みの最小値＝１２１ｎｍ，厚みの最大値＝２３２ｎｍ）とＴａ2 Ｏ5 （波長５００ｎｍの光による屈折率＝２．０）よりなる高屈折率層（層数＝９、厚みの最小値＝２６ｎｍ，厚みの最大値＝８３ｎｍ）とが交互に積層されてなる誘電体多層膜（全体の厚み＝１．９μｍ）
出射側ミラーの光学特性：波長６１５ｎｍの光の透過率＝９５％
［励起用レーザ素子］
ＧａＮ系レーザダイオード（励起光の波長＝４３８〜４５８ｎｍ，ピーク波長＝４４８ｎｍ）
［励起光反射膜］
励起光反射膜の構成：ＳｉＯ2 （波長５００ｎｍの光による屈折率＝１．４６）よりなる低屈折率層とＴｉＯ2 （波長５００ｎｍの光による屈折率＝２．５９）よりなる高屈折率層とが交互に積層されてなる誘電体多層膜（全体の厚み＝２．２μｍ）
励起光反射膜の光学特性：波長４３０〜４６０ｎｍの光の反射率＞９５％，波長６１５ｎｍの光の透過率＞９２％
【００２６】
〈比較例１〉
励起光反射膜を形成しなかったこと以外は実施例１と同様の構成のファイバーレーザ光源装置を作製した。
【００２７】
〈参考例１〉
光ファイバーを全長が９０ｍｍのものに変更し、励起光反射膜を形成しなかったこと以外は実施例１と同様の構成のファイバーレーザ光源装置を作製した。
【００２８】
［評価］
実施例１、比較例１および参考例１の各々に係るファイバーレーザ光源装置を作動させ、発振されるレーザ光の放射強度を測定し、参考例１に係るファイバーレーザ光源装置によるレーザ光の放射強度を１００としたときの相対値を求めた。その結果、実施例１に係るファイバーレーザ光源装置によるレーザ光の放射強度が１００、比較例１に係るファイバーレーザ光源装置によるレーザ光の放射強度が７０であった。
以上の結果から、実施例１に係るファイバーレーザ光源装置によれば、励起光の利用効率が高く、高い放射強度のレーザ光を発振することができることが確認された。
また、実施例１に係るファイバーレーザ光源装置によれば、その光ファイバーの全長が参考例１に係るファイバーレーザ光源装置の光ファイバーよりも相当に小さいため、装置の小型化を図ることが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ファイバーレーザ
１１  光ファイバー
１２  入射側端面
１３  出射側端面
１５  コア
１６  クラッド
１７  ジャケット
１８  フェルール
２０  共振器
２１  入射側ミラー
２２  出射側ミラー
２５  励起光反射膜
３０  熱伝導部材
３１  キャップ
３５  結合レンズユニット
３６，３７  レンズ
３８  偏光板
３９  １／４波長板
４０  励起用レーザ素子
４５  保持部材
【図１】
2015018984.tif 000003
【図２】
2015018984.tif 000004
【図３】
2015018984.tif 000005
【図４】
2015018984.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月21日(2014.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を受けて当該励起光と異なる波長の光を発光する光ファイバーと、この光ファイバーの両端面に配置された、入射側ミラーおよび出射側ミラーよりなる共振器とにより構成されたファイバーレーザを有するファイバーレーザ光源装置において、
前記励起光は４４０〜４４５ｎｍの波長であって、
前記光ファイバーは、前記励起光を受けて蛍光を発光する発光物質としてプラセオジムイオンが３０００ｐｐｍ以上含有されてなるコアを有し、
前記出射側ミラーの外表面または前記光ファイバーの出射側端面と前記出射側ミラーとの間に、前記励起光を反射する励起光反射膜が形成されていることを特徴とするファイバーレーザ光源装置。
【請求項２】
前記励起光反射膜は、誘電体多層膜よりなることを特徴とする請求項１に記載のファイバーレーザ光源装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明のファイバーレーザ光源装置は、励起光を受けて当該励起光と異なる波長の光を発光する光ファイバーと、この光ファイバーの両端面に配置された、入射側ミラーおよび出射側ミラーよりなる共振器とにより構成されたファイバーレーザを有するファイバーレーザ光源装置において、
前記励起光は４４０〜４４５ｎｍの波長であって、
前記光ファイバーは、前記励起光を受けて蛍光を発光する発光物質としてプラセオジムイオンが３０００ｐｐｍ以上含有されてなるコアを有し、
前記出射側ミラーの外表面または前記光ファイバーの出射側端面と前記出射側ミラーとの間に、前記励起光を反射する励起光反射膜が形成されていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明のファイバーレーザ光源装置においては、前記励起光反射膜は、誘電体多層膜よりなることが好ましい。