(57)【要約】【課題】本発明は、優れた発振効率で高いレーザ出力が得られる光ファイバレーザ及び２．８μｍ帯のレーザ光の発振方法を提供する。【解決手段】本発明は、エルビウム添加ガラスファイバ３を利得媒質とした２．８μｍ帯の光ファイバレーザ１であって、９８０ｎｍよりも長波長の励起光４を発振する励起光源２を用いた構成とする。前記励起光４の波長は９８５〜１０００ｎｍが好ましい。また本発明の２．８μｍ帯のレーザ光６の発振方法は、利得媒質のエルビウム添加ガラスファイバ３に励起光４を入射させて２．８μｍ帯のレーザ光６を発振する方法であって、９８０ｎｍよりも長波長の励起光４を用いる構成とする。【選択図】  図１
2004363188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エルビウム添加ガラスファイバを利得媒質とした２．８μｍ帯の光ファイバレーザであって、
９８０ｎｍよりも長波長の励起光を発振する励起光源を用いたことを特徴とする光ファイバレーザ。
【請求項２】
励起光の波長が９８５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザ。
【請求項３】
利得媒質のエルビウム添加ガラスファイバに励起光を入射させて２．８μｍ帯のレーザ光を発振する方法であって、
９８０ｎｍよりも長波長の励起光を用いることを特徴とする２．８μｍ帯のレーザ光の発振方法。
【請求項４】
９８５〜１０００ｎｍの励起光を用いることを特徴とする請求項３に記載の２．８μｍ帯のレーザ光の発振方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エルビウム添加ガラスファイバを利得媒質とした光ファイバレーザに関し、特に２．８μｍ帯のレーザ光を高出力で発振する光ファイバレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療用途を中心として、発振波長が、水の吸収帯域である２．９μｍ帯域のレーザが利用されている。この２．９μ帯域のレーザとして、エルビウム添加ガラスファイバ（以下、ＥＤＦと言う場合がある。）を利得媒質とした光ファイバレーザが提案されている。一般に光ファイバレーザでは、レーザ光の出力を高めるためには、利得媒体となる光ファイバを長くする必要がある。しかし、光ファイバが長くなることによって共振器長が長くなってしまうため、レーザ光のスペクトル形状は、ピークパワーが小さく、かつ時間半値幅が広いものとなってしまう。
このためレーザの発振効率を高め、比較的短い長さで高いレーザ出力が得られるようにする必要がある。
【０００３】
図３は、エルビウム添加ガラスファイバのエネルギー準位図である。ＥＤＦに９８０ｎｍ帯域の励起光が入射すると、基底準位吸収（以下、ＧＳＡと言う。）が生じて基底状態（４Ｉ１５／２）の電子が励起状態（４Ｉ１１／２）に励起される。そして、この励起状態（４Ｉ１１／２）から基底状態（４Ｉ１３／２）に遷移するときに２．８μｍのレーザ光が発振される。
前記励起状態（４Ｉ１１／２）において、励起準位吸収（以下、ＥＳＡと言う。）が生じると電子がレーザ上準位（４Ｆ７／２）に励起されてしまい、２．８μｍのレーザ光の発振効率が低下してしまう。
【０００４】
近年、前記ＥＤＦの９８０ｎｍ帯域でのＧＳＡ及びＥＳＡの吸収スペクトルが報告された（非特許文献１参照。）。前記ＥＳＡを低減することによって、優れた発振効率が得られ、光ファイバを長くすることなく光ファイバレーザのレーザ出力を高めることができるが、励起条件に関する研究が十分行われておらず、非特許文献１においても励起光の最適波長に関する知見が得られていないのが現状である。
【０００５】
【非特許文献１】
リチャード・クインビー（Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｑｕｉｍｂｙ），プロシーディングス・オブ・ザ・ミーティング：ファイバ・レーザ・ソーシーズ・アンド・アンプリファイアーズ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｍｅｅｔｉｎｇ：Ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｓｏｕｒｃｅｓ  ａｎｄ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ），ザ・インターナショナル・ソサイエティー・フォー・オプティカル・エンジニアリング（Ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ），１９９１年，１５８１巻，ｐ．７２−７９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち優れた発振効率で高いレーザ出力が得られる光ファイバレーザ及び２．８μｍ帯のレーザ光の発振方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、エルビウム添加ガラスファイバを利得媒質とした２．８μｍ帯の光ファイバレーザであって、９８０ｎｍよりも長波長の励起光を発振する励起光源を用いたことを特徴とする光ファイバレーザである。
請求項２に係る発明は、励起光の波長が９８５〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザである。
請求項３に係る発明は、利得媒質のエルビウム添加ガラスファイバに励起光を入射させて２．８μｍ帯のレーザ光を発振する方法であって、９８０ｎｍよりも長波長の励起光を用いることを特徴とする２．８μｍ帯のレーザ光の発振方法である。
請求項４に係る発明は、９８５〜１０００ｎｍの励起光を用いることを特徴とする請求項３に記載の２．８μｍ帯のレーザ光の発振方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
図１は、本実施形態の光ファイバレーザの一例を示す概略図である。この光ファイバレーザ１は、励起光源２と、利得媒質のエルビウム添加ガラスファイバ（以下、ＥＤＦとも言う。）３を有する。
励起光源２は、９８０ｎｍよりも長波長のレーザ光４が出射できる半導体レーザモジュール２１から構成される。この半導体レーザモジュール２１のレーザ出射口２１ａと対向するように、集光レンズ５が設置されている。この集光レンズ５は、半導体レーザモジュール２１から出射された励起用レーザ光４を集光し、後述するリアミラー７１が蒸着されたＥＤＦ３の入射端面３１に励起用レーザ光４を結合するように機能するものである。
【０００９】
ＥＤＦ３は、フッ化物ガラスや石英ガラス等にエルビウムが添加されたガラス材料から構成され、利得媒質として利用できるものであり、２．８μｍ帯のレーザ光６を発振できるように調整されている。
例えばＥＤＦ３は、エルビウムが添加されたフッ化物ガラスから構成され、ダブルクラッド構造を有するクラッドポンプ方式を採用したシングルモードファイバである。ダブルクラッド構造とは、コアの周囲に２重クラッドが設けられたものであり、励起用レーザ光がコアを取り囲む第１クラッドを伝搬し、発振レーザ光がコアを伝搬できるようになっている。
ＥＤＦ３は、その一方の端面（以下、入射端面とも言う。）３１が集光レンズ５に対向するように配置されている。
【００１０】
前記ＥＤＦ３の入射端面３１にはリアミラー７１が蒸着され、また他方の端面（以下、出射端面とも言う。）３２側には、アウトプットカプラ７２が設けられている。このアウトプットカプラ７２は、フレネル反射を利用して反射鏡として機能するものや、多層膜ミラーからなるもの等が挙げられる。アウトプットカプラ７２は、ＥＤＦ３の出射端面３２上に蒸着法等によって形成しても構わない。
前記リアミラー７１とアウトプットカプラ７２は反射鏡であり、ＥＤＦ３を介して対向配置し、共振器７として機能する。
また、ＥＤＦ３の出射端面３２側に屈折率の異なる複数の酸化物が積層されて構成された長波域フィルタ（ｌｏｎｇ  ｗａｖｅ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）８が設けられ、ＥＤＦ３から出射された発振レーザ光６のうち、例えば２．５６μｍ以上の長波域の光のみが透過されて出力されるようになっている。
【００１１】
励起光源２から９８０ｎｍよりも長波長の励起用レーザ光４を出射すると、この励起用レーザ光４は集光レンズ５にて集光され、リアミラー７１が蒸着されたＥＤＦ３の入射端面３１に結合される。そして、ＥＤＦ３は入射した励起用レーザ光４によって励起され、２．８μｍ帯のレーザ光６が出射端面３２から出射される。
【００１２】
図２は、励起用レーザ光４の波長を９６６ｎｍ〜１０１１ｎｍの範囲で変化させたときのＥＤＦ３から出射された２．８μｍ帯の発振レーザ光６の光出力と、励起用レーザ光４の波長との関係を示す図である。
ここで、図２は、ＥＤＦ３として、エルビウムが添加されたフッ化ガラスから構成され、ダブルクラッド構造を有するシングルモードファイバを用いた結果である。ＥＤＦ３はＺｒ−Ｂａ−Ｌａ−Ａｌ−Ｎａ系フッ化物（以下、ＺＢＬＡＮとも言う。）から構成され、そのコア径は１０μｍであり、また第１クラッドの断面形状は、１００μｍ×２００μｍの長方形状である。また、ＥＤＦ３に入射する励起用レーザ光４の出力は２Ｗで一定とした。
【００１３】
励起用レーザ光４の波長が９６５ｎｍ〜９８５ｎｍの範囲では、励起用レーザ光４の波長が長いほど、得られる発振レーザ光６の光強度が高くなり、励起用レーザ光４の波長が９８５ｎｍのとき、発振レーザ光６の光強度は極大となる。
また、励起用レーザ光４の波長が９８５〜１０００ｎｍのとき、発振レーザ光６の光強度は２４０ｍＷ以上であり、励起用レーザ光４の波長が９８０ｎｍのときよりも高強度の発振レーザ光６が得られることが分かる。
【００１４】
本実施形態では、励起用レーザ光４の波長を９８０ｎｍよりも長波長とすることによって、２．８μｍ帯のレーザ光６を高い発振効率で発振することができる。前記励起用レーザ光４の波長は、好ましくは９８５〜１０００ｎｍであり、これにより、従来の約９８０ｎｍの励起用レーザ光を用いた場合よりも優れた発振効率で高出力のレーザ光６が得られる。
【００１５】
また、フッ化物ガラスから構成されたＥＤＦ３は、２．８μｍ帯での光吸収がほとんど無く、２．８μｍ帯の発振レーザ光６の伝搬損失を抑えることができ、これにより効率良く高出力の２．８μｍ帯のレーザ光６を発振できる。
またＥＤＦ３はダブルクラッド構造を有し、励起用レーザ光４がコアを取り囲む第１クラッドが励起領域となるため、励起用レーザ光４はＥＤＦ３の入射端面３１のうち、第１クラッドも含めた広い面積に照射できることとなり、例えば高出力の半導体レーザを励起用光源２として利用できる。これにより、高出力の２．８μｍ帯のレーザ光６を比較的容易に実現できる。
【００１６】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、励起光源２として、出射口に口出し用ファイバが設けられ、この口出し用ファイバから励起光が出射されるものを用い、口出し用ファイバとＥＤＦ３とを突合せ接合（Ｂｕｔｔ  Ｊｏｉｎｔとも言う。）した構成でもよい。
またＥＤＦ３のコア半径、屈折率分布形状、エルビウムの濃度分布等は特に限定されず、例えばＤＥＦ３は、マルチモードファイバや、ＥＤＦ３の断面において第１クラッドの外周が正方形又は円状であるものであっても構わない。
また、ＥＤＦ３の入射端面３１側又は出射端面３２側にＱスイッチ等を設け、レーザ光６がパルス発振できるようにした構成であっても構わない。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の光ファイバレーザは、励起光波長を９８０ｎｍよりも長波長とすることによって、２．８μｍ帯のレーザ光を効率良く高出力で発振することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の光ファイバレーザの一例を示す概略図である。
【図２】エルビウム添加ガラスファイバから出射された２．８μｍ帯の発振レーザ光の光出力と、励起用レーザ光の波長との関係を示す図である。
【図３】エルビウム添加ガラスファイバのエネルギー準位図である。
【符号の説明】
１‥‥光ファイバレーザ、２‥‥励起光源、３‥‥エルビウム添加ガラスファイバ、４‥‥励起光、６‥‥２．８μｍ帯のレーザ光
【図１】
2004363188.tif 000003
【図２】
2004363188.tif 000004
【図３】
2004363188.tif 000005