(57)【要約】【課題】複数の半導体レーザからの励起光をダブルクラッドファイバに確実に導入する。【解決手段】ダブルクラッドファイバ１２は、レーザ活性元素が溶解されたコア１２０２と、コア１２０２の外周に位置し断面が正五角形の第１クラッド１２０４と、第１クラッド１２０４の外周に位置する第２クラッド１２０６を有している。ダブルクラッドファイバ１２の長手方向の部分に、第２クラッド１２０６を取り除き第１クラッド１２０４を露出させた第１クラッド露出部１２１０が設けられている。励起光導入用光ファイバ１８は３本用いられている。各励起光導入用光ファイバ１８の長さ方向の端部（光出射端）は平坦で細長形状の端面１８Ａとして形成され、この端面１８Ａは、その全域が、第１クラッド露出部１２１０において第１クラッド１２０４の３つの側面１２０４Ａにそれぞれ接合されている。【選択図】図３
2008262964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ活性元素が溶解されたコアと、前記コアの外周に位置し断面が多角形の第１クラッドと、前記第１クラッドの外周に位置する第２クラッドを有するダブルクラッドファイバを設け、
前記ダブルクラッドファイバの長手方向の部分において前記第２クラッドを取り除き前記第１クラッドを露出させた第１クラッド露出部を設け、
励起光導入用光ファイバの端部を、前記第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に接合し、
励起光を前記励起光導入用光ファイバから前記ダブルクラッドファイバに導入し、前記レーザ活性元素を励起するようにした、
ことを特徴とするレーザビームの増幅方法。
【請求項２】
レーザ活性元素が溶解されたコアと、前記コアの外周に位置し断面が多角形の第１クラッドと、前記第１クラッドの外周に位置する第２クラッドを有するダブルクラッドファイバを設け、
前記ダブルクラッドファイバの長さ方向の一方の端面にハーフミラーを配設し、
前記ダブルクラッドファイバの長さ方向の他方の端面に全反射ミラーを配設し、
前記ダブルクラッドファイバの長手方向の部分において前記第２クラッドを取り除き前記第１クラッドを露出させた第１クラッド露出部を設け、
励起光導入用光ファイバの端部を、前記第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に接合して励起光を前記コアに導入し、
前記レーザ活性元素を励起させ前記ハーフミラーを通してレーザビームを出射するようにした、
ことを特徴とするレーザビームの発生方法。
【請求項３】
前記励起光導入用光ファイバは複数設けられ、
前記第１クラッド露出部において、複数の励起光導入用光ファイバの各端部が前記第１クラッドの異なった側面に接合されている、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザビームの増幅方法または請求項２記載のレーザビームの発生方法。
【請求項４】
前記励起光導入用光ファイバは複数設けられ、
前記第１クラッド露出部は、前記ダブルクラッドファイバの長手方向に間隔をおいて複数設けられ、
前記複数の励起光導入用光ファイバの各端部は、前記複数の第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に接合されている、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザビームの増幅方法または請求項２記載のレーザビームの発生方法。
【請求項５】
前記第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に対する励起光導入用光ファイバの接合角は、０度を越えた値で１５度以下である、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザビームの増幅方法または請求項２記載のレーザビームの発生方法。
【請求項６】
レーザ活性元素が溶解されたコアと、前記コアの外周に位置し断面が多角形の第１クラッドと、前記第１クラッドの外周に位置する第２クラッドを有するダブルクラッドファイバと、
励起光を前記ダブルクラッドファイバに導入する励起光導入用光ファイバと、
前記ダブルクラッドファイバの長手方向の部分において前記第２クラッドを取り除き前記第１クラッドを露出させた第１クラッド露出部とを備え、
前記励起光導入用光ファイバの端部が前記第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に接合されている、
ことを特徴とするレーザビーム増幅器。
【請求項７】
レーザ活性元素が溶解されたコアと、前記コアの外周に位置し断面が多角形の第１クラッドと、前記第１クラッドの外周に位置する第２クラッドを有するダブルクラッドファイバと、
前記ダブルクラッドファイバの長さ方向の一方の端面に配設されたハーフミラーと、
前記ダブルクラッドファイバの長さ方向の他方の端面に配設された全反射ミラーと、
励起光を前記ダブルクラッドファイバに導入する励起光導入用光ファイバと、
前記ダブルクラッドファイバの長手方向の部分において前記第２クラッドを取り除き前記第１クラッドを露出させた第１クラッド露出部とを備え、
前記励起光導入用光ファイバの端部が前記第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に接合されている、
ことを特徴とするレーザビーム発生装置。
【請求項８】
前記励起光導入用光ファイバは複数設けられ、
前記第１クラッド露出部において、複数の励起光導入用光ファイバの各端部が前記第１クラッドの異なった側面に接合されている、
ことを特徴とする請求項６記載のレーザビーム増幅器または請求項７記載のレーザビーム発生装置。
【請求項９】
前記励起光導入用光ファイバは複数設けられ、
前記第１クラッド露出部は、前記ダブルクラッドファイバの長手方向に間隔をおいて複数設けられ、
前記複数の励起光導入用光ファイバの各端部は、前記複数の第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に接合されている、
ことを特徴とする請求項６記載のレーザビーム増幅器または請求項７記載のレーザビーム発生装置。
【請求項１０】
前記励起光導入用光ファイバの端部は、前記励起光導入用光ファイバの長手方向と交差する平面により斜めに切断されて細長形状の端面が形成され、
前記励起光導入用光ファイバの端面が前記第１クラッドの側面に接合されている、
ことを特徴とする請求項６記載のレーザビーム増幅器または請求項７記載のレーザビーム発生装置。
【請求項１１】
前記第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に対する励起光導入用光ファイバの接合角は、０度を越えた値で１５度以下である、
ことを特徴とする請求項６記載のレーザビーム増幅器または請求項７記載のレーザビーム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザビームの増幅方法、発生方法ならびにレーザビームの増幅器、発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大出力のレーザ光を発生させるために、コアと、コアの外周に位置する第１クラッドと、コアの外周に位置する第２クラッドを有するレーザ発生用光ファイバを設け、レーザ発生用光ファイバの長さ方向の一方の端面にハーフミラーを配設し、レーザ発生用光ファイバの長さ方向の他方の端面に全反射ミラーを配設し、励起光導入用光ファイバをレーザ発生用光ファイバの周面に巻き付けて接合し、励起光導入用光ファイバから励起光をレーザ発生用光ファイバに導入し、コアを励起させてハーフミラーを通して大出力レーザ光を出射するようにした大出力のレーザの発生方法は既に知られている（特許文献１）。
【特許文献１】米国特許第５９９９６７３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上述の従来技術では、励起光導入用光ファイバをレーザ発生用光ファイバの周面に巻き付けて接合することは困難な作業となり、励起光をレーザ発生用光ファイバに確実に導入し難く、励起光のレーザ発生用光ファイバへの導入に問題があった。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、励起光を光ファイバに確実に導入できるレーザビームの増幅方法、発生方法ならびにレーザビームの増幅器、発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のレーザビームの増幅方法は、レーザ活性元素が溶解されたコアと、前記コアの外周に位置し断面が多角形の第１クラッドと、前記第１クラッドの外周に位置する第２クラッドを有するダブルクラッドファイバを設け、前記ダブルクラッドファイバの長手方向の部分において前記第２クラッドを取り除き前記第１クラッドを露出させた第１クラッド露出部を設け、励起光導入用光ファイバの端部を、前記第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に接合し、励起光を前記励起光導入用光ファイバから前記ダブルクラッドファイバに導入し、前記レーザ活性元素を励起するようにしたことを特徴とする。
また、本発明のレーザビームの発生方法は、レーザ活性元素が溶解されたコアと、前記コアの外周に位置し断面が多角形の第１クラッドと、前記第１クラッドの外周に位置する第２クラッドを有するダブルクラッドファイバを設け、前記ダブルクラッドファイバの長さ方向の一方の端面にハーフミラーを配設し、前記ダブルクラッドファイバの長さ方向の他方の端面に全反射ミラーを配設し、前記ダブルクラッドファイバの長手方向の部分において前記第２クラッドを取り除き前記第１クラッドを露出させた第１クラッド露出部を設け、励起光導入用光ファイバの端部を、前記第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に接合して励起光を前記コアに導入し、前記レーザ活性元素を励起させ前記ハーフミラーを通してレーザビームを出射するようにしたことを特徴とする。
また、本発明のレーザビーム増幅器は、レーザ活性元素が溶解されたコアと、前記コアの外周に位置し断面が多角形の第１クラッドと、前記第１クラッドの外周に位置する第２クラッドを有するダブルクラッドファイバと、励起光を前記ダブルクラッドファイバに導入する励起光導入用光ファイバと、前記ダブルクラッドファイバの長手方向の部分において前記第２クラッドを取り除き前記第１クラッドを露出させた第１クラッド露出部とを備え、前記励起光導入用光ファイバの端部が前記第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に接合されていることを特徴とする。
また、本発明のレーザビーム発生装置は、レーザ活性元素が溶解されたコアと、前記コアの外周に位置し断面が多角形の第１クラッドと、前記第１クラッドの外周に位置する第２クラッドを有するダブルクラッドファイバと、前記ダブルクラッドファイバの長さ方向の一方の端面に配設されたハーフミラーと、前記ダブルクラッドファイバの長さ方向の他方の端面に配設された全反射ミラーと、励起光を前記ダブルクラッドファイバに導入する励起光導入用光ファイバと、前記ダブルクラッドファイバの長手方向の部分において前記第２クラッドを取り除き前記第１クラッドを露出させた第１クラッド露出部とを備え、前記励起光導入用光ファイバの端部が前記第１クラッド露出部において前記第１クラッドの側面に接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明方法および装置によれば、励起光導入用光ファイバの端部を、平面である第１クラッドの側面に接合すればよいので、その接合が簡単に確実になされ、したがって、励起光がダブルクラッドファイバに確実に導入され、レーザビームの増幅及び発生を確実に行うことが可能となる。
また、励起光導入用光ファイバの第１クラッドの側面への接合が簡単に確実になされるので、レーザビームの増幅器及び発生装置を安価に製造でき、それら装置のコストダウンを図る上で有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明をレーザビームの発生装置に適用した実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１はダブルクラッドファイバの斜視図、図２は励起光導入用光ファイバの斜視図、図３はレーザビーム発生装置の要部の側面図を示す。
図３に示すように、レーザ光発生装置１０は、ダブルクラッドファイバ１２と、ハーフミラー１４と、全反射ミラー１６と、複数の励起光導入用光ファイバ１８とを含んで構成されている。
【０００７】
図１に示すように、ダブルクラッドファイバ１２は、断面が円形のコア１２０２と、コア１２０２の外周に位置し断面が正五角形の第１クラッド１２０４と、第１クラッド１２０４の外周に位置する第２クラッド１２０６を有している。
コア１２０２には、Eｒ、Yｂ、Tｍなどのレーザ活性元素が溶解されている（レーザ活性元素を含んで構成されている）。
第１クラッド１２０４の断面は、５角形に限定されず、３角形や四角形、六角形などであってもよい。なお、このような断面形状を有するダブルクラッドファイバ１２は、押し出し成形により簡単に製造される。
そして、ダブルクラッドファイバ１２の長手方向の部分に、第２クラッド１２０６を取り除き第１クラッド１２０４を露出させた第１クラッド露出部１２１０が設けられている。なお、第２クラッド１２０６の取り除きは、例えば、炭酸ガスレーザを照射し第２クラッド１２０６を蒸発させることで簡単になされる。
【０００８】
図３に示すように、ハーフミラー１４は、ダブルクラッドファイバ１２の長さ方向の一方の端面に配設され、全反射ミラー１６は、ダブルクラッドファイバ１２の長さ方向の他方の端面に配設されている。
ハーフミラー１４は、ダブルクラッドファイバ１２の長さ方向の一方の端面にコーティングされたハーフミラー膜で構成してもよく、あるいは、ファイバーブラックグレーティングや端面の外側に設けられた独立したハーフミラーで構成してもよい。
全反射ミラー１６は、ダブルクラッドファイバ１２の長さ方向の他方の端面にコーティングされた全反射ミラー膜、あるいは、ファイバーブラックグレーティングや端面の外側に設けられた独立した全反射ミラーで構成してもよい。
すなわち、ハーフミラー１４や全反射ミラー１６は、ダブルクラッドファイバ１２とは別に設けられる場合もあり、また、ダブルクラッドファイバ１２の両端面や両端部に形成される場合もあり、本実施例では、ハーフミラー１４や全反射ミラー１６は、適宜物質をダブルクラッドファイバ１２のそれぞれの端面にコーティングし膜を形成することで構成されている。
【０００９】
励起光導入用光ファイバ１８は、本実施の形態では３本用いられている。
図２に示すように、各励起光導入用光ファイバ１８の長さ方向の端部（光出射端）は、その長手方向と交差する平面により斜めに切断され、平坦で細長形状の端面１８Ａが形成されている。なお、図２において、符号１８０２はコアを示す。
各励起光導入用光ファイバ１８の端面１８Ａは、その全域が、第１クラッド露出部１２１０において、第１クラッド１２０４の互いに異なる３つの側面１２０４Ａにそれぞれ接合されている。
この接合は、熱による溶着により簡単に確実になされる。
なお、第１クラッド露出部１２１０を、ダブルクラッドファイバ１２の長手方向に間隔をおいて複数設け、複数の励起光導入用光ファイバ１８の各端部を、各第１クラッド露出部において第１クラッド１２０４の異なった側面に、あるいは、同一の側面に接合してもよい。
【００１０】
なお、図４に示すように、励起光導入用光ファイバ１８により導かれる全ての励起光を第１クラッドに閉じ込めるには、例えば、励起光導入用光ファイバ１８としてNA＝０．２のマルチモードファイバを用い、ダブルクラッドファイバ１２としてNA＝0.４６ファイバを用いた場合、ダブルクラッドファイバ１２（第１クラッド１２０４の側面）に対する励起光導入用光ファイバ１８の接合角αは１０．３度以下にする必要があり、また、励起光導入用光ファイバ１８としてNA＝０．１のマルチモードファイバを用い、ダブルクラッドファイバ１２としてNA＝0.４６ファイバを用いた場合、接合角αは１３．４度以下にする必要がある。
このようなことから、励起光導入用光ファイバ１８からの励起光のうちなるべく多くの励起光を第１クラッド１２０４に閉じ込める観点からすると、ダブルクラッドファイバ１２（第１クラッド１２０４の側面）に対する励起光導入用光ファイバ１８の接合角αを、おおよそ１５度以下とすることが好ましい。
【００１１】
次に、作用効果について説明する。
３つの半導体レーザから出射した励起用レーザ光が励起光導入用光ファイバ１８に入射され、励起用レーザ光は３つの側面１２０４Ａから第１クラッド１２０４に至り、第１クラッド１２０４内を導波し効率良くコア１２０２のレーザ活性元素で吸収される。
そして、レーザ活性元素の発光はコア１２０２を導波し、ハーフミラー１４と全反射ミラー１６で構成される共鳴器によりレーザ発振し、ハーフミラー１４を通して高品質で大出力のレーザビームが出射される。
【００１２】
本実施の形態では、第１クラッド１２０４の断面が多角形となったダブルクラッドファイバ１２を使用し、複数の励起光導入用光ファイバ１８の端部を、平坦面である第１クラッド１２０４の異なった側面１２０４Ａに接合するようにしたので、各励起光導入用光ファイバ１８の端部を３つの側面１２０４Ａにそれぞれ簡単に確実に接合でき、励起光をダブルクラッドファイバ１２に確実に導入できる。
したがって、高品質で大出力のレーザビームが得られると共に、レーザビーム発生装置１０を安価に製造する上で極めて有利となる。
【００１３】
なお、本発明は、レーザビーム発生装置１０のみに限定されるものではなく、信号光を伝播させたダブルクラッドファイバに対して励起光導入用光ファイバから励起光を導入することで、コアに溶解されたレーザ活性元素を励起させることによってレーザ活性元素の誘導放出現象を利用して前記信号光を増幅するレーザビームの増幅方法及び増幅器にも無論適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ダブルクラッドファイバの斜視図である。
【図２】励起光導入用光ファイバの斜視図である。
【図３】レーザビーム発生装置の要部の側面図である。
【図４】励起光導入用光ファイバのダブルクラッドファイバ１２に対する取り付け状態の説明図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０……レーザ光発生装置、１２……ダブルクラッドファイバ、１４……ハーフミラー、１６……全反射ミラー、１８……励起光導入用光ファイバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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