(57)【要約】【課題】簡単な構成で発振させる光の波長を選択しつつ、光の閉じ込め効果を向上させることができるファイバーレーザを提供する。【解決手段】ファイバーレーザ１は、光ポンプ２と、集光レンズ３と、光ファイバー４とを備えている。光ファイバー４は、光が導波するコア１１と、コア１１に光を閉じ込めるためのクラッド１２とを備えたフォトニック結晶ファイバーからなる。クラッド１２は、ベース部１３と、複数の反射部１４とを有する。ベース部１３は、屈折率が約１．５のＺＢＬＡＮからなり、反射部１４は、屈折率が約１．０の空気からなる。径方向において、隣接する反射部１４は、間隔Ｌ｛＝λ／（２ｎ）｝を開けて周期的にベース部１３に配置されている。尚、発振させる所望の光の波長をλ、クラッド１２のベース部１３の屈折率をｎとする。【選択図】図２
2008130686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ポンプと、ベース部及び屈折率が前記ベース部と異なる複数の反射部とを有する光ファイバーを備え、
前記光ファイバーは、発振させる光の波長をλ、前記ベース部の屈折率をｎとした場合、隣接する前記反射部間の間隔が、
λ／（２ｎ）
となるように前記ベース部に形成されたフォトニック結晶ファイバーであることを特徴とするファイバーレーザ。
【請求項２】
前記反射部の間隔は、前記光ファイバーの径方向における間隔であ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。
【請求項３】
前記反射部は、前記光ファイバーの中心を囲むように部分円筒形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のファイバーレーザ。
【請求項４】
隣接する前記反射部間の間隔が、異なる２つ以上の間隔を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のファイバーレーザ。
【請求項５】
前記反射部は空気からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のファイバーレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーを備えたファイバーレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ポンプと、光ファイバーとを備えたファイバーレーザが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、クラッドと、クラッドに埋設された３本のコアと、一方の端面を覆うミラーと、他方の端面に露出した各コアの端面を覆う３枚のミラーとを有する光ファイバー及び光ポンプを備えたファイバーレーザが開示されている。また、コアの端面を覆う３枚のミラーは、それぞれが異なる波長の光を反射可能に構成されている。
【０００４】
このファイバーレーザでは、光ポンプから光ファイバーに供給された励起光が、３本のコアのいずれかを導波する。そして、他方の端面のミラーに達すると、各ミラーにおいて反射可能な波長の光は一部が反射され、一部が透過される。これにより各コアでは、対応するミラーで反射可能な光のみが共振されるので、各コアから異なる波長の光が発振される。
【特許文献１】特開２００５−１０９０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のファイバーレーザでは、所望の波長を選択するために光ファイバーの他方の端面に、グレーティング等による複雑な構成のミラーを形成しなければならないため、構成が複雑化するといった課題がある。
【０００６】
また、光ファイバーを導波する光をコアとクラッドの界面によってのみ反射しているため、光がクラッドから漏れやすくなり、光の損失が大きく、光の閉じ込め効果が小さいといった課題がある。更に、光ファイバーを曲げた場合、コアとクラッドの界面に入射する光の入射角度が小さくなるため光が全反射されにくくなる。このため、クラッドへと漏れる光が増加して、光の閉じ込め効果が小さくなるといった課題がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、簡単な構成で発振させる光の波長を選択しつつ、光の閉じ込め効果を大きくすることができるファイバーレーザを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光ポンプと、ベース部及び屈折率が前記ベース部と異なる複数の反射部とを有する光ファイバーを備え、前記光ファイバーは、発振させる光の波長をλ、前記ベース部の屈折率をｎとした場合、隣接する前記反射部間の間隔が、
λ／（２ｎ）
となるように前記ベース部に形成されたフォトニック結晶ファイバーであることを特徴とするファイバーレーザである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記反射部の間隔は、前記光ファイバーの径方向における間隔であ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である。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記反射部は、前記光ファイバーの中心を囲むように部分円筒形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のファイバーレーザである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、隣接する前記反射部間の間隔が、異なる２つ以上の間隔を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のファイバーレーザである。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、前記反射部は空気からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のファイバーレーザである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ブラッグの法則に基づいた所定の間隔を開けて配置された反射部を有するフォトニック結晶ファイバーからなる光ファイバーを備えることによって、所望の波長の光のみを光ファイバー内に閉じ込めて発振させることができる。このように、反射部の間隔によって発振させる光の波長を選択しているので、端面などにグレーティングなどを設ける光ファイバーに比べて、構成を簡単化することができる。
【００１４】
また、複数の反射部によって光を反射することにより、クラッドとコアの界面のみによって光を反射させる場合に比べて、光ファイバーからの光の漏れを抑制して、光の閉じ込め効果を向上させることができる。更に、光の閉じ込め効果を向上させることによって、光ファイバーを曲げても充分な利得を得ることができる。これにより、光ファイバーを曲げることができるので、小型化を実現することができる。
【００１５】
また、反射部の径方向の間隔を上述した所定の間隔にすることによって、光ファイバーの中心に向かう所望の波長λの光を強め合わせて、閉じ込めることができる。
【００１６】
また、反射部を光ファイバーの中心を囲むように部分円筒形状に形成することによって、より光の閉じ込め効果を向上させることができる。
【００１７】
また、反射部間の間隔を異なる２つ以上の間隔にすることによって、異なる２つ以上の波長の光を閉じ込めて発振することができる。
【００１８】
また、反射部を空気によって構成することにより、光ファイバーの柔軟性を向上させることができるので、光ファイバーを容易に曲げることができる。更に、屈折率の低い空気によって反射部を構成することにより、ベース部と反射部との屈折率差を大きくすることができるので、反射部によってより多くの光を反射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態によるファイバーレーザの概略図である。図２は、第１実施形態による光ファイバーの断面図である。
【００２０】
図１に示すように、ファイバーレーザ１は、光ポンプ２と、集光レンズ３と、光ファイバー４とを備えている。
【００２１】
光ポンプ２は、約４４０ｎｍの青色の励起光を照射可能な半導体レーザからなる。集光レンズ３は、光ポンプ２から照射された光を光ファイバー４へと集光するためのものである。
【００２２】
図２に示すように、光ファイバー４は、光が導波するコア１１と、コア１１に光を閉じ込めるためのクラッド１２とを備えたフォトニック結晶ファイバーからなる。
【００２３】
コア１１は、光ポンプ２からの光を導波させるためのものであって円柱状である。コア１１は、Ｚｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ａｌ、Ｎａ及びＰｂの各フッ化物を含み、約１．６以上の屈折率を有するＺＢＬＡＮＰからなる。また、コア１１には、光ポンプ２からの光を異なる波長の光に変換するためのプラセオジウムがドープされている。これにより、コア１１では、光ポンプ２から供給される波長が約４４０ｎｍの光を、約４９０ｎｍ、約５２２ｎｍ、約６０５ｎｍ、約６３５ｎｍ、約７２０ｎｍの波長を有する光に変換される。
【００２４】
クラッド１２は、コア１１に光を閉じ込めるためのものであって、ベース部１３と、複数の反射部１４とを有する。ベース部１３は、コア１１を構成するＺＢＬＡＮＰの屈折率よりも高い約１．５の屈折率を有するＺｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ａｌ及びＮａの各フッ化物を含むＺＢＬＡＮからなる。ベース部１３は、コア１１を囲むように円筒状に形成されている。
【００２５】
反射部１４は、ベース部１３に形成された複数の円柱状の空孔に充填された空気からなる。尚、反射部１４を構成する空気の屈折率は、ベース部１３の屈折率よりも小さい約１．０である。光ファイバー４の径方向において、隣接する反射部１４と反射部１４は、ブラッグの法則に基づいた間隔Ｌを開けて周期的にベース部１３に配置されている。即ち、間隔Ｌは、発振させる所望の光の波長をλ、クラッド１２のベース部１３の屈折率をｎとすると、
Ｌ＝λ／（２ｎ）    ・・・（１）
となるように構成されている。
【００２６】
例えば、プラセオジウムに変換された光のうち、波長が約５２２ｎｍの光を発振させる場合には、
Ｌ＝５２２／（２×１．５）＝１７４
となる。この結果に基づいて反射部１４の径方向における間隔Ｌを約１７４ｎｍで配置することにより、波長が約５２２ｎｍの光のみが発振される。
【００２７】
次に、上述したファイバーレーザ１の動作説明をする。このファイバーレーザ１では、光ポンプ２に電流が流れると、光ポンプ２から約４４０ｎｍの波長を有する光が照射される。この照射された光は、集光レンズ３によって集光されて光ファイバー４の入射側の端面に入射する。次に、光ファイバー４に入射した光は、コア１１とクラッド１２との界面で反射されつつコア１１を導波していくが、一部はクラッド１２へと漏れる。この漏れた光は、反射部１４によって反射されてコア１１へと再度入射して導波する。ここで、反射部１４は上述した式（１）を満たす間隔Ｌを開けて周期的に配置されているので、各反射部１４で反射された波長λの光は反射された後、強め合いながらコア１１に再度入射するが、波長λ以外の光は強め合うことがない。そして、コア１１を導波した光は、光ファイバー４の出射側の端面から発振される。
【００２８】
上述したように、光ファイバー４は、クラッド１２に複数の反射部１４を有するので、クラッド１２へと漏れた光を反射させてコア１１へと再度入射させることができる。これにより、クラッドとコアの界面のみで反射する光ファイバーに比べて、コア１１内部における光の閉じ込め効果を向上させて充分な利得を得ることができる。この結果、光ファイバー４の両端面に光を共振させるためのミラーなどの構成を省略しても光を発振することができる。
【００２９】
また、ファイバーレーザ１の光ファイバー４は、ブラッグの法則に基づいた間隔Ｌを開けて反射部１４を周期的に配置することにより、クラッド１２に漏れた光を反射した後に、所望の波長λを有する光のみを強め合わせてコア１１に再度入射させることができる。このように反射部１４の配置によって所望の光の波長を選択しているので、光ファイバー４の構成を簡略化することができる。
【００３０】
更に、光ファイバー４の径方向の間隔Ｌを式（１）を満たすように反射部１４を配置することによって、径方向、即ち、コア１１の方向に反射する波長λの光を強め合わせることができるので、コア１１に波長λの光を閉じ込めることができる。これにより、光ファイバー４に対する光ポンプ２の相対位置に誤差が生じても、充分に波長λの光をコア１１に閉じ込めることができるので、光ポンプ２と光ファイバー４とのアライメントを簡単化することができる。
【００３１】
また、反射部１４に空気を充填することにより、光ファイバー４の柔軟性を向上させることができる。更に、上述したように複数の反射部１４によって充分な利得を得ることができるので、光ファイバー４を曲げることができる。この結果、光ファイバー４の小型化を実現することができる。更に、屈折率が１．０の空気を反射部１４に充填することにより、反射部１４とベース部１３との屈折率差を大きくすることができるので、より多くの光を反射部１４で反射することができる。
【００３２】
次に、上述した第１実施形態の光ファイバーを変更した第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態による光ファイバーの断面図である。尚、第１実施形態と同じ構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
【００３３】
図３に示すように、光ファイバー４Ａのクラッド１２Ａは、ベース部１３Ａと、反射部１４Ａ１、１４Ａ２とを備えている。反射部１４Ａ１、１４Ａ２は、光ファイバー４Ａの中心、即ち、コア１１を囲むように形成された部分円筒状の空孔に充填された空気からなる。反射部１４Ａ１、１４Ａ２は、直径が異なり、内側の反射部１４Ａ１と外側の反射部１４Ａ２の径方向の間隔Ｌは、発振させる所望の光の波長をλとし、クラッド１２Ａのベース部１３Ａの屈折率をｎとすると、上述した式（１）を満たすように構成されている。従って、コア１１から漏れた後、反射部１４Ａ１によって反射された波長λの光と反射部１４Ａ２によって反射された波長λの光は強め合いながら、コア１１に再度入射する。
【００３４】
上述したように、第２実施形態における光ファイバー４Ａは、間隔Ｌを開けて反射部１４Ａ１及び反射部１４Ａ２を配置しているので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。更に、反射部１４Ａ１及び反射部１４Ａ２を、コア１１を囲むように部分円筒形状に形成することによって、クラッド１２Ａから外部へ光が漏れることを抑制することができるので、より多くの光を導波させて発振させることができる。
【００３５】
次に、上述した第１実施形態の光ファイバーを変更した第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態による光ファイバーの断面図である。尚、第１実施形態と同じ構成には、同じ符号を付けて説明を省略する。
【００３６】
図４に示すように、光ファイバー４Ｂのクラッド１２Ｂは、ベース部１３Ｂと、径方向に間隔Ｌ１を開けて周期的に配置された反射部１４Ｂ１と、径方向に間隔Ｌ２を開けて周期的に配置された反射部１４Ｂ２とを備えている。尚、反射部１４Ｂ１、１４Ｂ２の構成は、配置される位置を除き第１実施形態の反射部１４と同じ構成である。ここで間隔Ｌ１及び間隔Ｌ２は、光ファイバー４Ｂから発振させる光の波長をλ１及びλ２とすると、
Ｌ１＝λ１／（２ｎ）    ・・・（２）
Ｌ２＝λ２／（２ｎ）    ・・・（３）
を満たすように構成されている。従って、コア１１からクラッド１２Ｂへと漏れた光のうち、波長λ１の光は、反射部１４Ｂ１に反射された後、強め合い、また、波長λ２の光は、反射部１４Ｂ２に反射された後、強め合い、コア１１へと再度入射する。
【００３７】
上述したように、第３実施形態における光ファイバー４Ｂは、間隔Ｌ１、Ｌ２を開けて反射部１４Ｂ１、１４Ｂ２を周期的に配置することにより第１実施形態と同様の効果を奏することができる。また、反射部１４Ｂ１、１４Ｂ２を異なる２つの間隔Ｌ１、Ｌ２を開けて配置することによって、２つの波長λ１、λ２の光を選択的に発振させているので、複数のコアやミラーなどによって複数の波長の光を発振させている光ファイバーに比べて、構成を簡略化することができる。
【００３８】
尚、上述の第３実施形態では、２つの波長の光を発振可能に構成したが、３つ以上の波長の光を発振可能に反射部を配置してもよい。
【００３９】
次に、上述した第１実施形態の光ファイバーを変更した第４実施形態について説明する。図５は、第４実施形態による光ファイバーの断面図である。
【００４０】
図５に示すように、第４実施形態における光ファイバー４Ｃは、ベース部１３Ｃと、複数の反射部１４Ｃとを備えている。即ち、光ファイバー４Ｃは、第１実施形態におけるコアが省略されている。光ファイバー４Ｃにおいては、隣接する反射部１４Ｃと反射部１４Ｃが式（１）の条件を満たす間隔Ｌを開けて周期的に配置されている。従って、反射部１４Ｃによって反射された波長λの光が強め合いながら導波して発振するが、それ以外の波長の光は強め合うことがない。
【００４１】
上述したように、第４実施形態による光ファイバー４Ｃは、間隔Ｌを開けて周期的に反射部１４Ｃを配置することによって波長λの光のみを選択的に発振させることができるので、構成を簡単化することができる。また、複数の反射部１４Ｃを設けることによって光を充分に閉じ込めることができる。更に、コアを省略することによって、光ファイバー４Ｃの構成をより簡略化することができる。
【００４２】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００４３】
例えば、上述した各部材を構成する材料や、反射部の間隔などは一例であり、所望の用途に合わせて適宜変更可能である。一例として、反射部を空気ではなく、ベース部を構成する材料と屈折率の異なる樹脂や金属などで構成してもよい。
【００４４】
また、第２実施形態及び第４実施形態では、１つの波長のみを発振可能に構成したが、第３実施形態のように、反射部の間隔を２つ以上に異ならせることによって、２つ以上の波長の光を発振可能に構成してもよい。
【００４５】
また、上述の実施形態では集光レンズ３を備えたファイバーレーザ１を一例としてあげたが、集光レンズ３を省略して、直接、光ポンプ２と光ファイバー４とを直接連結してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１実施形態によるファイバーレーザの概略図である。
【図２】第１実施形態による光ファイバーの断面図である。
【図３】第２実施形態による光ファイバーの断面図である。
【図４】第３実施形態による光ファイバーの断面図である。
【図５】第４実施形態による光ファイバーの断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    ファイバーレーザ
２    光ポンプ
３    集光レンズ
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ       光ファイバー
１１  コア
１２、１２Ａ、１２Ｂ       クラッド
１３、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ      ベース部
１４  反射部
１４Ａ１、１４Ａ２    反射部
１４Ｂ１、１４Ｂ２    反射部
１４Ｃ       反射部
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２    間隔
λ、λ１、λ２    波長
【図１】
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【図２】
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【図３】
2008130686.tif 000005
【図４】
2008130686.tif 000006
【図５】
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