(57)【要約】  【課題】  励起光から発振レーザ光への光交換効率を良くして高出力のレーザ光が得られるファイバレーザ装置を提供する。  【解決手段】  赤外レーザ光をＰｒ３＋とＹｂ３＋が添加されたコア４ａ内で光共振させて波長６３０ｎｍ付近の光を生成させるダブルクラッド型の第１の光ファイバ４と、赤外レーザ光をＰｒ３＋とＹｂ３＋が添加されたコア１４ａ内で光共振させて波長６９０ｎｍ付近の光を生成させるダブルクラッド型の第２の光ファイバ１４と、第１と第２の光ファイバからの光をＴｍ３＋が添加されたコア２６ａ内で光共振させて波長４５０ｎｍ付近の光を生成する第３の光ファイバ２６とを備え、第３の光ファイバのコア径を第１と第２の光ファイバからの光のスポット径とほぼ等しくしたファイバレーザ装置。  【選択図】  図１
2005277090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源と、
第１の希土類イオンが添加されたコアと、このコアを覆う第１のクラッド及び、この第１のクラッドの外側に設けた第２のクラッドを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記励起光源からの励起光が入射されることにより、第１の波長域のレーザ光を出射する第１の光ファイバと、
第２の希土類イオンが添加されたコアを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記第１の光ファイバから出射されたレーザ光が励起光として入射され、前記第１の波長域と異なる第２の波長域のレーザ光を出射する第２の光ファイバとを具備したことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記第１の光ファイバは、前記第１の希土類イオンが添加されたコア内で光共振させて、前記第1の波長域内にある２つの波長のレーザ光を出射することを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記第１の光ファイバのコアに添加された第１の希土類イオンは、プラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）とイットリビウムイオン（Ｙｂ３＋）であり、前記第１の光ファイバに赤外レーザ光を励起光として入射することにより、前記第1の波長域内にある６３０ｎｍ付近の波長と６９０ｎｍ付近の波長のレーザ光を出射することを特徴とする請求項２記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記第１の光ファイバに設けられた第１のクラッドの径は、前記励起光源からの励起光の前記第１の光ファイバの端面におけるスポット径と略同等としたことを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記第２の光ファイバのコアのコア径と開口数の積は、前記第１の光ファイバのコアのコア径とコアの開口数の積と等しいか、あるいは大きいことを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
【請求項６】
励起光源と、
第１の希土類イオンが添加されたコアと、このコアを覆う第１のクラッド及び、この第１のクラッドの外側に設けた第２のクラッドを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記励起光源からの励起光が入射されることにより、第１の波長のレーザ光を出射する第１の光ファイバと、
第１の希土類イオンが添加されたコアと、このコアを覆う第１のクラッド及び、この第１のクラッドの外側に設けた第２のクラッドを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記励起光源からの励起光が入射されることにより、第２の波長のレーザ光を出射する第２の光ファイバと、
第２の希土類イオンが添加されたコアを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記第１、第２の光ファイバから出射されたレーザ光がそれぞれ励起光として入射され、前記第１，第２の波長と異なる第３の波長のレーザ光を出射する第３の光ファイバとを具備したことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項７】
前記第１の光ファイバのコアに添加された第１の希土類イオンは、プラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）とイットリビウムイオン（Ｙｂ３＋）であり、前記第１の光ファイバに赤外レーザ光を励起光として入射することにより、前記第1の波長域内にある６３０ｎｍ付近の波長レーザ光を出射し、
前記第２の光ファイバのコアに添加された第１の希土類イオンは、プラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）とイットリビウムイオン（Ｙｂ３＋）であり、前記第２の光ファイバに赤外レーザ光を励起光として入射することにより、６９０ｎｍ付近の波長レーザ光を出射することを特徴とする請求項６記載のファイバレーザ装置。
【請求項８】
前記第１、第２の光ファイバから出射されたレーザ光を、光結合手段により結合して１軸上に出力し、前記第３の光ファイバの励起光として入射するようにしたことを特徴とする請求項６記載のファイバレーザ装置。
【請求項９】
前記第１の光ファイバ及び第２の光ファイバに設けられたそれぞれの第１のクラッドの径は、前記第１の光ファイバ及び第２の光ファイバの端面における前記励起光源からの励起光のスポット径と略同等としたことを特徴とする請求項６記載のファイバレーザ装置。
【請求項１０】
前記第３の光ファイバのコアのコア径と開口数の積は、前記第１，第２の光ファイバのそれぞれのコアのコア径とコアの開口数の積と等しいか、あるいは大きいことを特徴とする請求項６記載のファイバレーザ装置。
【請求項１１】
赤外励起光を発生する励起光源と、
プラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）とイットリビウムイオン（Ｙｂ３＋）が添加されたコアと、このコアを覆う第１のクラッド及び、この第１のクラッドの外側に設けた第２のクラッドを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記励起光源からの励起光が入射されることにより、６３０ｎｍ付近の波長のレーザ光を出射する第１の光ファイバと、
プラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）とイットリビウムイオン（Ｙｂ３＋）が添加されたコアと、このコアを覆う第１のクラッド及び、この第１のクラッドの外側に設けた第２のクラッドを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記励起光源からの励起光が入射されることにより、６９０ｎｍ付近の波長のレーザ光を出射する第２の光ファイバと、
ツリウムイオン（Ｔｍ３＋）が添加されたコアを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記第１、第２の光ファイバから出射された６３０ｎｍ付近及び６９０ｎｍ付近の波長のレーザ光がそれぞれ励起光として入射され、４５０ｎｍ付近の波長の青色レーザ光を出射する第３の光ファイバとを具備したことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項１２】
前記第３の光ファイバから出力された第３の波長付近の光を投射型映像表示装置の青色用の光源として用いることを特徴とする請求項１１記載のファイバレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、励起光源として半導体レーザ素子を用い、ディスプレイ用等の可視光を出力するファイバレーザ装置に関し、特に波長４５０ｎｍ付近の青色レーザ光を得るファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色波長のレーザ光が求められている。この青色波長のレーザ光は、投射型映像表示装置、光記憶装置、光情報処理装置、光センサー等の広い分野での利用が考えられる。
【０００３】
この青色波長のレーザ光を発するレーザ装置として、例えば、特許文献１に提案されているアップコンバージョンレーザ装置がある。この特許文献１の第８の実施例（図１０）には、半導体レーザから出力された赤外域の励起光を、プラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）とイットリビウムイオン（Ｙｂ３＋）の希土類イオンが添加されたコアを有する光ファイバに入射し、この希土類添加ファイバのアップコンバージョンを利用して、波長６３０ｎｍ付近のレーザ光と、波長６９０ｎｍ付近のレーザ光を発振させ、この２つの波長のレーザ光を波長合成器を用いて合成し、ツリウムイオン（Ｔｍ３＋）が添加されたコアを有する光ファイバに入射して波長４５０ｎｍ付近の青色レーザ光を得るファイバレーザ装置が記載されている。
【０００４】
この特許文献１の図１０においては、波長６３０ｎｍ付近のレーザ光と、波長６９０ｎｍ付近のレーザ光を発振させる光ファイバの形状構成については、明確に記載されていないが、一般的には、シングルクラッドファイバを使用した形式が考えられる。
【０００５】
即ち、波長６３０ｎｍ付近のレーザ光を発生させる例としては、Ｐｒ３＋とＹｂ３＋が添加されたコアと、このコアの周囲に設けられたクラッドとからなる第１の光ファイバを備え、この光ファイバの入射端面と出射端面に反射素子を配置して光共振器を構成し、第１の半導体レーザから出射された赤外レーザ光を第１の光ファイバに入射して励起することにより、前記励起光がコアに添加されたＰｒ３＋とＹｂ３＋  によって吸収され、かつ第１の光ファイバの両端面に設けられた反射素子により光共振することで波長６３０ｎｍ付近のレーザ光を生成することができる。
【０００６】
また、波長６９０ｎｍ付近のレーザ光を発生させる例としては、Ｐｒ３＋とＹｂ３＋が添加されたコアと、このコアの周囲に設けられたクラッドとからなる第２の光ファイバを備え、この光ファイバの入射端面と出射端面に反射素子を配置して光共振器を構成し、第２の半導体レーザから出射された赤外レーザ光を第２の光ファイバに入射して励起することにより、前記励起光がコアに添加されたＰｒ３＋とＹｂ３＋  によって吸収され、かつ第２の光ファイバの両端面に設けられた反射素子により光共振することで波長６９０ｎｍ付近のレーザ光を生成することができる。尚、上記波長６３０ｎｍ，６９０ｎｍを出力する上で、反射素子の透過特性や反射特性の設定が重要である。
【０００７】
こうして第１の光ファイバ５３からの波長６３０ｎｍ付近のレーザ光と、第２の光ファイバからの波長６９０ｎｍ付近のレーザ光は、波長合成器を用いて合成し、ツリウムイオン（Ｔｍ３＋）が添加されたコアを有する第３の光ファイバに入射することで、第３の光ファイバの出力端面から波長４５０ｎｍ付近の青色レーザ光を得ることができる。勿論、第３の光ファイバの両端にも反射素子が配置されており、光共振器を形成している。
【０００８】
ところで、上記したファイバレーザ装置においては、第３の光ファイバから出射される波長４５０ｎｍ付近のレーザ光の強度を大出力にするためには、第１，第２の光ファイバから出力された波長６３０ｎｍ付近及び波長６９０ｎｍ付近のレーザ光が大出力にするだけでは、不十分であり、第１，第２の光ファイバから出力されるレーザ光の密度（光密度）が大きい必要がある。
【０００９】
なぜならば、ファイバレーザ発振の特性として、ファイバ内の単位面積当たりの励起光密度と、単位面積当たりの発振レーザ光密度は、図２に示すような関係がある。図２において、横軸は単位面積当たりの励起光密度を示し、縦軸は単位面積当たりの発振レーザ光密度を示している。つまり、単位面積当たりの励起光密度が小さい場合には、レーザ光発振が生じないが、励起光密度が発振しきい値を越えるとレーザ光発振が生じる特性となっている。
【００１０】
さらに、変換効率＝（単位面積当たりの発振レーザ高密度）／（単位面積当たりの励起光密度）で表わされるが、変換効率は励起光の単位面積当たりの密度を増加させると、大きくすることができる。これは、励起光を光ファイバに入射させる場合、同じ入射強度であっても、その励起光の単位面積当たりの光密度を大きくすることにより変換効率が大きくなり、発振レーザ光強度が大きくなることを意味する。
【００１１】
しかしながら、従来のファイバレーザ装置は、第１，第２の半導体レーザから出射された赤外レーザ光を、第１，第２の光ファイバのコアに正確に入射させなければ、光ファイバ内をうまく伝播せず、かつ、コアに添加されているＰｒ３＋とＹｂ３＋による励起吸収が十分に行われない。このために、第１，第２の光ファイバのコア径と、第１，第２の半導体レーザから出射される赤外レーザ光のスポット径をほぼ同じになるように設定する必要があり、一般的には、半導体レーザと光ファイバの間にレンズ、光導波路などで構成される光学システムを設けるなどの対策を講じている。
【００１２】
また、第１と第２の光ファイバから出射するレーザのスポット径は、第１，第２の光ファイバのコア径とほぼ等しく、第１と第２の光ファイバのコアの開口数と、第３の光ファイバのコアの開口数が等しい場合は、第１，第２の光ファイバのコア径と、第３の光ファイバのコアのコア径をほぼ等しくしなければ、Ｔｍ３＋を励起するレーザが第３の光ファイバのコアに入射できず、第３の光ファイバのコアに添加されているＴｍ３＋を十分に励起させることができないという不具合があった。
【特許文献１】特開２００１−２０３４１２号公報（第７頁左欄、図１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように従来のファイバレーザ装置では、第１，第２の光ファイバから出射されたレーザ光の、第３の光ファイバ内での光密度を大きくするためには、第１、第２の光ファイバのコア径を小さくすればよかったが、第１，第２の半導体レーザから出射される赤外レーザ光の第１，第２の光ファイバへの入射効率を高くするためには、第１、第２の光ファイバのコア径は第１，第２の半導体レーザの第１、第２の光ファイバの端面でのスポット径とほぼ等しいか、それよりも大きくしなければならなかった。そのために、第１，第２の光ファイバのコア径を小さくすることをできず、高光密度の励起レーザ光を得て、高出力のファイバレーザを得ることが出来なかった。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光ファイバへの入射効率を高くしたまま、第１，第２の光ファイバから出射する励起光の単位面積当たりの光密度を大きくして、高出力のレーザ光を生成できるファイバレーザ装置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】
【００１５】
本発明のファイバレーザ装置は、励起光源と；第１の希土類イオンが添加されたコアと、このコアを覆う第１のクラッド及び、この第１のクラッドの外側に設けた第２のクラッドを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記励起光源からの励起光が入射されることにより、第１の波長域のレーザ光を出射する第１の光ファイバと；第２の希土類イオンが添加されたコアを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記第１の光ファイバから出射されたレーザ光が励起光として入射され、前記第１の波長域と異なる第２の波長域のレーザ光を出射する第２の光ファイバとを具備したことを特徴とする。
【００１６】
又、本発明のファイバレーザ装置は、励起光源と；第１の希土類イオンが添加されたコアと、このコアを覆う第１のクラッド及び、この第１のクラッドの外側に設けた第２のクラッドを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記励起光源からの励起光が入射されることにより、第１の波長のレーザ光を出射する第１の光ファイバと；第１の希土類イオンが添加されたコアと、このコアを覆う第１のクラッド及び、この第１のクラッドの外側に設けた第２のクラッドを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記励起光源からの励起光が入射されることにより、第２の波長のレーザ光を出射する第２の光ファイバと；第２の希土類イオンが添加されたコアを有し、端面に反射素子を配置して光共振器を形成し、前記第１、第２の光ファイバから出射されたレーザ光がそれぞれ励起光として入射され、前記第１，第２の波長と異なる第３の波長のレーザ光を出射する第３の光ファイバとを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のファイバレーザ装置は、半導体レーザ素子から投射された赤外励起光をダブルクラッドファイバの第１クラッドに伝播させ、第１クラッド内部の希土類イオンが添加されたコアで吸収させ、スポット径の小さいレーザ光を出力し、そのレーザ光を利用することで異なる波長のレーザ光（例えば青色レーザ光）を高出力で出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係るファイバレーザ装置を示す構成図であり、１は、半導体レーザ素子であり、例えば波長８３５ｎｍの赤外レーザ光を出力する。この半導体レーザ素子１から出射した波長８３５ｎｍの赤外レーザ光２は、集光レンズ３により集光されて第１の光ファイバ４の入射端面に入射される。
【００２０】
この第１の光ファイバ４は、希土類イオンであるプラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）とイットリビウムイオン（Ｙｂ３＋）が添加されたコア４ａ、このコア４ａの外周に設けられた第１のクラッド４ｂと第２のクラッド４ｃを有し、二層クラッドからなるダブルクラッドファイバを構成している。
【００２１】
半導体レーザ素子１からの波長８３５ｎｍの赤外レーザ光２は、第１クラッド４ｂの径と略同径となるように集光レンズ２により集光されて第１の光ファイバ４に入射され、第１のクラッド４ｂ及びコア４ａを伝播する。この第１の光ファイバ４のコア４ａの屈折率をｎａ、第１のクラッド４ｂの屈折率をｎｂ、第２のクラッド４ｃの屈折率をｎｃとすると、それぞれの屈折率は、ｎａ＞ｎｂ＞ｎｃを満たすように設定されている。
【００２２】
前記第１の光ファイバ４に入射された赤外レーザ光２は、コア４ａと第１クラッド４ｂを伝播している間に、コア４ａに添加されたＰｒ３＋とＹｂ３＋に吸収されて、Ｐｒ３＋とＹｂ３＋を励起する。このコア４ａに添加されたＰｒ３＋とＹｂ３＋は、励起状態から緩和する時に第１の波長付近の光である波長６３０ｎｍ付近の光を生成する。
【００２３】
即ち、第１の光ファイバ４の入射端には反射素子５が配置され、出射端には反射素子６が設けられており、光共振器を形成している。反射素子５，６は例えば誘電体ミラーで構成され、波長６３０ｎｍ付近の光が誘導放出により増幅されてレーザ発振が起こるようにしている。
【００２４】
この光共振器を構成する反射素子５は、波長６３０ｎｍ付近の光の反射率を略１００％に設定しており、反射素子６は、波長６３０ｎｍ付近の光の反射率を１００％よりも低く設定しており、第１の光ファイバ４のコア４ａの出射面から波長６３０ｎｍ付近のレーザ光７が出射されるようになっている。
【００２５】
なお、半導体レーザ１から出射した波長８３５ｎｍの光は、第１の光ファイバ４内を伝播している間に、コア４ａに添加したＰｒ３＋とＹｂ３＋に吸収されるが、Ｐｒ３＋とＹｂ３＋に吸収されずに反射素子６に到達する光も存在する。この吸収されずに反射素子６を透過した光は有効に使われないため、反射素子６は波長８３５ｎｍ付近の光の反射率を高反射率にすることが望ましい。
【００２６】
また１１は、半導体レーザ素子であり、例えば波長８３５ｎｍの赤外レーザ光を出力する。この半導体レーザ素子１１から出射した波長８３５ｎｍの赤外レーザ光１２は、集光レンズ１３により集光されて第２の光ファイバ１４の入射端面に入射される。
【００２７】
この第２の光ファイバ１４は、希土類イオンであるプラセオジウムイオン（Ｐｒ３＋）とイットリビウムイオン（Ｙｂ３＋）が添加されたコア１４ａ、このコア１４ａの外周に設けられた第１のクラッド１４ｂと第２のクラッド１４ｃを有し、二層クラッドからなるダブルクラッドファイバを構成している。
【００２８】
半導体レーザ素子１１からの波長８３５ｎｍの赤外レーザ光１２は、第１クラッド１４ｂの径と略同径となるように集光レンズ１３により集光されて第２の光ファイバ１４に入射され、第１のクラッド１４ｂ及びコア１４ａを伝播する。この第２の光ファイバ１４のコア１４ａの屈折率をNａ、第１のクラッド１４ｂの屈折率をNｂ、第２のクラッド１４ｃの屈折率をNｃとすると、それぞれの屈折率は、Nａ＞Nｂ＞Nｃを満たすように設定されている。
【００２９】
前記第２の光ファイバ１４に入射された赤外レーザ光１２は、コア１４ａと第１クラッド１４ｂを伝播している間に、コア１４ａに添加されたＰｒ３＋とＹｂ３＋に吸収されて、Ｐｒ３＋とＹｂ３＋を励起する。このコア１４ａに添加されたＰｒ３＋とＹｂ３＋は、励起状態から緩和する時に第２の波長付近の光である波長６９０ｎｍ付近の光を生成する。
【００３０】
即ち、第２の光ファイバ１４の入射端には反射素子１５が配置され、出射端には反射素子１６が設けられており、光共振器を形成している。反射素子１５，１６は例えば誘電体ミラーで構成され、波長６９０ｎｍ付近の光が誘導放出により増幅されてレーザ発振が起こるようにしている。
【００３１】
この光共振器を構成する反射素子１５は、波長６９０ｎｍ付近の光の反射率を略１００％に設定しており、反射素子１６は、波長６９０ｎｍ付近の光の反射率を１００％よりも低く設定しており、第２の光ファイバ１４のコア１４ａの出射面から波長６９０ｎｍ付近のレーザ光１７が出射されるようになっている。
【００３２】
なお、半導体レーザ１１から出射した波長８３５ｎｍの光は、第２の光ファイバ４内を伝播している間に、コア１４ａに添加したＰｒ３＋とＹｂ３＋に吸収されるが、Ｐｒ３＋とＹｂ３＋に吸収されずに反射素子1６に到達する光も存在する。この吸収されずに反射素子１６を透過した光は有効に使われないため、反射素子１６は波長８３５ｎｍ付近の光の反射率を高反射率にすることが望ましい。
【００３３】
次に、前述した第１の光ファイバ４から出射された波長６３０ｎｍ付近のレーザ光７は、コリメータレンズ２１により平行光に変換されて、誘電体ミラー２３に入射される。また、第２の光ファイバ１４から出射された波長６９０ｎｍ付記のレーザ光１７は、コリメータレンズ２２により平行光に変換されて誘電体ミラー２３に入射される。誘電体ミラー２３は、コリメータレンズ２１によって平行光化された波長６３０ｎｍ付近のレーザ光７を透過し、コリメータレンズ２２によって平行光化された波長６９０ｎｍ付近のレーザ光１７を反射して、波長６３０ｎｍ付近のレーザ光と波長６９０ｎｍ付近のレーザ光を同一光軸上に合波したレーザ光２５を出射させる。この誘電体ミラー２３からの合波レーザ光２５は、集光レンズ２４により集光されて、第３の光ファイバ２６に入射される。
【００３４】
つまり、コリメータレンズ２１，２２、誘電体ミラー２３、集光レンズ２４は、第１，第２の光ファイバ４，１４からのレーザ光７、１７を第３の光ファイバ２６に入射させるための光結合手段を構成する。
【００３５】
前記第３の光ファイバ２６は、希土類イオンであるツリウムイオン（Ｔｍ３＋）が添加されたコア２６ａ、このコア２６ａの周囲に設けられたクラッド２６ｂからなるシングルクラッドファイバであり、その入射端面には反射素子２７が設けられ、出射端面には反射素子２８が設けられている。これら反射素子２７，２８は例えば誘電体ミラーで構成されている。
【００３６】
この第３の光ファイバ２６には、前記した波長６３０ｎｍ付近のレーザ光７と波長６９０ｎｍ付近のレーザ光１７からなる合波レーザ光２５が入射され、コア２６ａを伝播する。このコア２６ａを伝播する間に、合成レーザ光２５の波長６３０ｎｍ付近のレーザ光７と波長６９０ｎｍ付近のレーザ光１７は、コア２６ａに添加されたＴｍ３＋に吸収され、Ｔｍ３＋を励起する。このコア２６ａに添加されたＴｍ３＋は、励起状態から緩和する時に波長４５０ｎｍ付近の光を出す。
【００３７】
即ち、第３の光ファイバ４は、入射端面及び出射端面に設けられた反射素子２７と２８によって光共振器を形成しており、反射素子２７は、波長４５０ｎｍ付近の光の反射率を略１００％に設定しており、反射素子２８は、波長４５０ｎｍ付近の光の反射率を１００％よりも低く設定している。これによって、波長４５０ｎｍ付近の光が誘導放出により増幅されてレーザ発振が起こり、第３の光ファイバ２６のコア２６ａの出射端面から波長４５０ｎｍ付近のレーザ光３１が出射されるようになっている。  
なお、合波レーザ光２５の波長６３０ｎｍ付近のレーザ光７と波長６９０ｎｍ付近のレーザ光１７は、第３の光ファイバ２６内を伝播している間に、コア２６ａに添加したＴｍ３＋に吸収されるが、Ｔｍ３＋に吸収されずに反射素子２８に到達する光も存在する。この吸収されずに反射素子２８を透過した光は、有効に使用できないために、反射素子２８は波長６３０ｎｍ付近と波長６９０ｎｍ付近の光の反射率を高反射率とするのが望ましい。
【００３８】
このような構成のファイバレーザ装置において、第１の光ファイバ４のコア４ａから出射された波長６３０ｎｍ付近のレーザ光７の出射端におけるレーザ径と広がり角は、コア４ａの径と、コア４ａと第１クラッド４ｂの屈折率ｎａ，ｎｂにより定められるコアの開口数により規定される。また第１の光ファイバ４のコア４ａから出射される波長６３０ｎｍ付近のレーザ光７のレーザ径とsin(広がり角)の積は一定であるため、第３の光ファイバ２６のコア２６ａの径と開口数の積は、第１の光ファイバ４のコア４ａのコア径と開口数の積と等しくするか、または、大きくすることによって、第１の光ファイバ４から出射される波長６３０ｎｍ付近のレーザ光７のほぼ全てを第３の光ファイバ２６のコア２６ａに入射させることができる。
【００３９】
第１の光ファイバ４が従来のようにシングルクラッドファイバでは、高入射効率で赤外励起レーザを第１の光ファイバに入射させようとすると、赤外励起レーザの第１ファイバの入射端におけるスポット径は、コア径とほぼ同じであるか小さくなければならなかった。そして、第１の光ファイバ４のから出射される波長６３０ｎｍ付近のレーザ光の第１の光ファイバの出射端におけるスポット径はコア径とほぼ同じであることから、波長６３０ｎｍ付近のレーザ光の第１の光ファイバの出射端におけるスポット径は赤外励起レーザの第１ファイバの入射端におけるスポット径と等しいまたは、大きくなっていた。
【００４０】
本発明のようにダブルクラッドファイバを使用し、赤外励起レーザを第１クラッド４ｂ内で伝播させ、この第１クラッドの内部にコア４ａを設けて赤外励起レーザを吸収させる構造とすることにより、出射される波長６３０ｎｍ付近のレーザ光のスポット径を小さくすることができる。
【００４１】
つまり、コア４ａは、第１クラッド４ｂの中に設けられており、しかも第１クラッド４ｂの径は、半導体レーザ素子１からの赤外レーザ光２の第１の光ファイバ４の入射端におけるスポット径と同じであり、コア４ａの径は第１クラッド４ｂの径よりも小さいので、このコア４ａに添加されたＰｒ３＋とＹｂ３＋により生成される波長６３０ｎｍ付近のレ−ザの第１の光ファイバ４の出射端におけるスポット径が、赤外レーザ光２の第１の光ファイバ４の入射端のスポット径よりも小さくする事ができる。
【００４２】
同様に、コア１４ａは、第１クラッド１４ｂの中に設けられており、しかも第１クラッド１４ｂの径は、半導体レーザ素子１１からの赤外レーザ光１２の第２の光ファイバ１４の入射端におけるスポット径と同じあり、コア１４ａの径は第１クラッド１４ｂの径よりも小さいので、このコア１４ａに添加されたＰｒ３＋とＹｂ３＋により生成される波長６９０ｎｍ付近のレ−ザの第２の光ファイバ１４出射端におけるスポット径が、赤外レーザ光１２の第２の光ファイバ１４の入射端のスポット径よりも小さくする事ができる。
【００４３】
一方、第１と第２の光ファイバ４，１４から出射され、反射素子２３により合波された合波レーザ光２５の第３の光ファイバ２６の入射端におけるスポット径と、第３の光ファイバ２６のコア２６ａの径を同じにするか、または第３の光ファイバ２６のコア２６ａの径を大きくすることにより、第３の光ファイバ２６のコア２６ａに、前記第１と第２の光ファイバ４，１４からの赤色レーザ光７，１７のほぼ全てを入射することができる。
【００４４】
以上説明したように、本発明のファイバレーザ装置は、第１，第２の光ファイバ４、１４としてダブルクラッド構造の光ファイバを用いたことにより、第１，第２の光ファイバのコア４ａ，１４ａの径を第１のクラッド４ｂ，１４ｂの径よりも小さくすることができるために、第１，第２の光ファイバ４，１４から出射される波長６３０ｎｍ付近及び波長６９０ｎｍ付近の赤色レーザ光のスポット径を小さくすることができる。
【００４５】
また、それに伴って第３の光ファイバ２６のコア２６ａの径を小さくすることができるので、コア２６ａ内の波長６３０ｎｍ付近及び波長６３０ｎｍ付近のレーザ光の光密度を大きくすることができ、高出力の波長４５０ｎｍ付近の青色レーザ光３１を得ることができる。
【００４６】
光ファイバ４、１４にシングルクラッドファイバを使っていた構成では、赤外励起レーザの光ファイバ４、１４の入射端面でのスポット径によって、第３の光ファイバのコア径が規定されていたために、第３の光ファイバ内の光密度を高くすることが出来なかったが、以上のような光ファイバ４、１４にダブルクラッドファイバを使った構成にすることによって、赤外励起レーザの光ファイバ４、１４の入射端面でのスポット径よりも光ファイバ４、１４のコア径を小さく設定し、それによって光ファイバ２６のコア径をより小さく設定し、第３の光ファイバ内の励起レーザ光の光密度を高くし、波長４５０ｎｍ付近の青色レーザ光の強度を大きくする事ができる。
【００４７】
尚、以上の説明においては、第１の光ファイバ４から波長６３０ｎｍ付近の赤色レーザ光７を出力し、第２の光ファイバ１４から波長６９０ｎｍ付近の赤色レーザ光１７を出力する例を説明したが、いずれか１つの光ファイバを利用して２つの波長のレーザ光を出力するように構成することも可能である。即ち、コアに添加されているＰｒ３＋とＹｂ３＋と、光共振器を形成する入射側、反射側の反射素子の特性を設定することにより、波長６３０ｎｍ付近と波長６９０ｎｍ付近に光共振させることができ、１つの光ファイバから赤色波長域にある２つの波長の赤色レーザ光７，１７を出射させることもできる。
【００４８】
また、本発明のファイバレーザ装置の第３の光ファイバ２６から出力される波長４５０ｎｍ付近の青色レーザ光３１は、投射型映像装置の光源として用いることもでき、高出力の青色レーザ光の出力により映像の色再現性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態に係るファイバレーザ装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係るファイバレーザ装置の単位面積当たりの励起光密度と発振レーザ光密度の関係を説明する説明図。
【符号の説明】
【００５０】
１， １１…半導体レーザ素子、
２，１２…赤外レーザ光、
３，１３…集光レンズ、
４…第１の光ファイバ、
１４…第２の光ファイバ、
４ａ，１４ａ…コア、
４ｂ，１４ｂ…第１クラッド、
４ｃ，１４ｃ…第２クラッド、
５，６，１５，１６，…反射素子、
７，１７…赤色レーザ光、
２１,２２…コリメータレンズ、
２３…誘電体ミラー、
２４…集光レンズ、
２５…合波レーザ光、
２６…第３の光ファイバ、
２６ａ…コア、２６ｂ…クラッド、
２７，２８…反射素子、
３１…レーザ光。  
代理人  弁理士  伊藤  進
【図１】
2005277090.tif 000003
【図２】
2005277090.tif 000004