(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被増幅光を出射する被増幅用光源と、
前記被増幅光を入力して、前記被増幅光を増幅して出力する光増幅モジュールとを有し、
前記光増幅モジュールは、
希土類元素Ｙｂを光導波領域に添加され、前記被増幅光を入力する第１光増幅媒体と、
前記第１光増幅媒体と接続され、前記第１光増幅媒体のＹｂ元素濃度より高い濃度のＹｂ元素を光導波領域に添加された第２光増幅媒体と、
前記第１光増幅媒体に励起光を出力し、その結果前記第１光増幅媒体から励起光を前記第２光増幅媒体に伝搬させる励起部と
を備え、
前記第１光増幅媒体および前記第２光増幅媒体は、被増幅光をシングルモード伝搬させるコアと、励起光をマルチモード伝搬させる内側クラッドと、前記内側クラッドを取り囲む外側クラッドとを含み、前記Ｙｂ元素の添加濃度が２０００wt.ppm以上７５００wt.ppm以下であり、
前記第１光増幅媒体中での反転分布率が４０％以上であり、
前記被増幅光を前記第１光増幅媒体および前記第２光増幅媒体において光増幅し、１０６４ｎｍ波長の光を出射する
ことを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記第１光増幅媒体のＹｂ元素濃度が前記第２光増幅媒体のＹｂ元素濃度の半分以下であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記第１光増幅媒体の吸収条長積が前記第２光増幅媒体の吸収条長積の６０％以上であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【請求項４】
前記第２光増幅媒体の励起光入射端領域での反転分布率が４０％未満であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【請求項５】
前記第１光増幅媒体および前記第２光増幅媒体は、Ｙｂ元素以外の３価の正イオンが光導波領域に添加されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被増幅光を光増幅媒体において光増幅する光増幅モジュール、および、このような光増幅モジュールを備えるレーザ光源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、レーザ光を用いた加工技術が注目されており、加工用や医療用など各分野においてレーザ光源の需要が高まっている。各種のレーザ光源の中で特に注目されているレーザ光源として、ファイバレーザ光源が挙げられる。このファイバレーザ光源は、ＹｂやＥｒやＴｍなどの各種希土類元素を添加された光ファイバを光増幅媒体として備え、この光増幅媒体に励起光を供給して被増幅光を光増幅したり、共振器構造によりレーザ発振させたりすることができる。ファイバレーザ光源の利点として、レーザ光が光ファイバ内で閉じ込められていることから扱いが容易である点、熱放射性が良いことから大規模な冷却設備を必要とすることがない点、などが挙げられる。
【非特許文献１】CLEO/Europe Conference’05, No.CP2-2-THU, 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、高パワーの光が光ファイバ内で発生することにより、光ファイバ内の添加物や不純物にダメージを与え、光ファイバ自体の損失が増加してしまう現象が発生してしまう。これは、フォトダークニングと呼ばれる現象であり、反転分布率が高い状態の光増幅媒体内の希土類元素が高出力な光によってダメージを受けてしまうためである。特に希土類添加濃度が高いファイバでは発生しやすい。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、フォトダークニングの発現を抑圧することができる光増幅モジュールおよびレーザ光源を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るレーザ光源は、被増幅光を出射する被増幅用光源と、被増幅光を入力して、被増幅光を増幅して出力する光増幅モジュールとを有する。光増幅モジュールは、(1) 希土類元素Ｙｂを光導波領域に添加され、被増幅光を入力する第１光増幅媒体と、(2) 第１光増幅媒体と接続され、第１光増幅媒体のＹｂ元素濃度より高い濃度のＹｂ元素を光導波領域に添加された第２光増幅媒体と、(3) 第１光増幅媒体に励起光を出力し、その結果第１光増幅媒体から励起光を第２光増幅媒体に伝搬させる励起部とを備え、第１光増幅媒体および第２光増幅媒体は、被増幅光をシングルモード伝搬させるコアと、励起光をマルチモード伝搬させる内側クラッドと、内側クラッドを取り囲む外側クラッドとを含み、Ｙｂ元素の添加濃度が２０００wt.ppm以上７５００wt.ppm以下であり、第１光増幅媒体中での反転分布率が４０％以上であり、被増幅光を第１光増幅媒体および第２光増幅媒体において光増幅し、１０６４ｎｍ波長の光を出射することを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る光増幅モジュールでは、励起部で出力された励起光は、初めに第１光増幅媒体に伝搬され、続いて第２光増幅媒体に伝搬される。そして、入力された被増幅光は、第１光増幅媒体および第２光増幅媒体において光増幅され、その光増幅された光が出力される。初めに励起光が伝搬する第１光増幅媒体では、伝搬する励起光のパワーが比較的大きいものの、Ｙｂ元素濃度が比較的低い。一方、続いて励起光が伝搬する第２光増幅媒体では、Ｙｂ元素濃度が比較的高いものの、伝搬する励起光のパワーが比較的小さくなる。したがって、第１光増幅媒体および第２光増幅媒体の何れにおいても、フォトダークニングの発現が抑制され、高い利得で被増幅光が光増幅され得る。
【０００７】
本発明に係るレーザ光源は、第１光増幅媒体のＹｂ元素濃度が第２光増幅媒体のＹｂ元素濃度の半分以下であるのが好適である。第１光増幅媒体の吸収条長積が第２光増幅媒体の吸収条長積の６０％以上であるのが好適である。第２光増幅媒体の励起光入射端領域での反転分布率が４０％未満であるのが好適である。また、第１光増幅媒体および第２光増幅媒体は、Ｙｂ元素以外の３価の正イオンを光導波領域に添加されているのが好適である。これらの場合には、フォトダークニングの発現が更に効果的に抑制され得る。
【０００９】
本発明に係るレーザ光源は、被増幅光を出力する被増幅光用光源を有し、被増幅光を第１光増幅媒体に出力する上記の本発明に係る光増幅モジュールとを備えることを特徴とする。このレーザ光源では、被増幅光用光源から出力された被増幅光は光増幅モジュールにおいて光増幅され、その光増幅された光が出力される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フォトダークニングの発現を抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係るレーザ光源１の構成図である。この図に示される本実施形態のレーザ光源１は、被増幅光用光源１０および光増幅モジュール２０を備える。このレーザ光源１では、被増幅光用光源１０から出力された被増幅光は光増幅モジュール２０において光増幅され、その光増幅された光が出力される。
【００１３】
光増幅モジュール２０は、第１光増幅媒体２１、第２光増幅媒体２２および励起部２３を備える。第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２それぞれは、希土類元素を光導波領域に添加された光導波路であり、好適には希土類元素としてのＹｂ元素をコア領域に添加された光ファイバである。第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２は、各々の一端が互いに光学的に接続され、好適には融着接続されている。第１光増幅媒体２１の希土類元素濃度より第２光増幅媒体２２の希土類元素濃度が高い。
【００１４】
励起部２３は、励起光源２４および光カプラ２５を含む。励起光源２４は、第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２それぞれに添加された希土類元素を励起し得る波長の励起光を出力するものであり、好適にはレーザダイオードを含む。光カプラ２５は、励起光源２４から出力された励起光を入力して、その励起光を第１光増幅媒体２１へ出力する。
【００１５】
この光増幅モジュール２０では、励起光源２４から出力された励起光は、光カプラ２５を経て、第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２の順に伝搬する。被増幅光用光源１０から出力された被増幅光は光増幅モジュール２０に入力され、その被増幅光は光カプラ２５を経た後に第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２において光増幅さる。そして、この光増幅された光が光増幅モジュール２０から出力される。
【００１６】
このように、本実施形態では、励起部２３で出力された励起光は、初めに第１光増幅媒体２１に伝搬され、続いて第２光増幅媒体２２に伝搬される。初めに励起光が伝搬する第１光増幅媒体２１では、伝搬する励起光のパワーが比較的大きいものの、希土類元素濃度が比較的低い。一方、続いて励起光が伝搬する第２光増幅媒体２２では、希土類元素濃度が比較的高いものの、伝搬する励起光のパワーが比較的小さくなる。したがって、第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２の何れにおいても、フォトダークニングの発現が抑制され、高い利得で被増幅光が光増幅され得る。
【００１７】
第１光増幅媒体２１中での反転分布率が４０％以上であり、第１光増幅媒体２１の希土類元素濃度が第２光増幅媒体２２の希土類元素濃度の半分以下であるのが好適である。第１光増幅媒体２１の吸収条長積が第２光増幅媒体２２の吸収条長積の６０％以上であるのが好適である。第２光増幅媒体２２の励起光入射端領域での反転分布率が４０％未満であるのが好適である。また、第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２それぞれは、希土類元素以外の３価の正イオン（例えばＡｌ３＋）を光導波領域に添加されているのが好適である。これらの場合には、フォトダークニングの発現が更に効果的に抑制され得る。
【００１８】
図２は、第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２それぞれの断面および屈折率プロファイルを示す図である。同図（ａ）は断面を示し、同図（ｂ）は径方向の屈折率プロファイルを示す。この図に示されるように、第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２それぞれは、希土類元素を添加され被増幅光をシングルモード伝搬させるコア２０１と、励起光をマルチモード伝搬させる内側クラッド２０２と、この内側クラッド２０２を取り囲む外側クラッド２０３とを含むのが好適である。また、第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２それぞれの希土類元素濃度が２０００wt.ppm以上であるのが好適である。これらの場合には、フォトダークニングの発現が抑制され、更に高い利得で被増幅光が光増幅され得る。
【００１９】
図３は、比較例のレーザ光源９の構成図である。この図に示される比較例のレーザ光源９は、被増幅光用光源１０および光増幅モジュール２０Ａを備える。このレーザ光源９では、被増幅光用光源１０から出力された被増幅光は光増幅モジュール２０Ａにおいて光増幅され、その光増幅された光が出力される。この比較例の光増幅モジュール２０Ａは、本実施形態に係る光増幅モジュール２０中の第１光増幅媒体２１を除いた構成である。
【００２０】
以下では、比較例のレーザ光源９と対比しつつ、本実施形態に係るレーザ光源１の作用効果について更に説明する。第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２それぞれは、図２に示されるような構成の光ファイバであって、希土類元素としてＹｂ元素がコア２０１に添加されている。励起光の波長は９１５ｎｍであり、被増幅光の波長は１０６４ｎｍである。第２光増幅媒体２２のＹｂ元素濃度は１５０００wt.ppmである。
【００２１】
図４は、比較例のレーザ光源９に含まれる光増幅媒体２２における反転分布率の長手方向分布を示す図である。横軸は、光カプラ２５からの励起光伝搬距離を表している。この図に示されるように、光増幅媒体２２において、励起光入射端に近いほど、反転分布率が高く、増幅度も大きい。それ故、フォトダークニングが発現し易い。
【００２２】
図５は、本実施形態に係るレーザ光源１に含まれる第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２における反転分布率の長手方向分布を示す図である。横軸は、光カプラ２５からの励起光伝搬距離を表している。ここでは、上記比較例の場合と同じ出力パワーとなるように励起光パワーを一定とした。上記比較例の場合と同じ吸収条長積となるように、第１光増幅媒体２１の希土類添加濃度および長さＬ１を調整するとともに、第２光増幅媒体２２の長さＬ２を調整した。この図に示されるように、例えば、第１光増幅媒体２１の希土類イオン濃度を第２光増幅媒体２２の希土類イオン濃度の半分（つまり、第１光増幅媒体２１の希土類イオン濃度を７５００wt.ppm）とし、第２光増幅媒体２２の長さＬ２を５〜６ｍとすると、第２光増幅媒体２２の励起光入射端での反転分布率は、約４０〜５０％となり、十分に低くなっていることがわかる。したがって、フォトダークニングの発現が抑制され得る。
【００２３】
また、励起光波長を９７４ｎｍとし、上記と同じ励起光パワーとし、上記と同じ出力パワーとなるように、第１光増幅媒体２１の長さＬ１および第２光増幅媒体２２の長さＬ２を調整した。第１光増幅媒体２１を用いること無く、濃度が大きい第２光増幅媒体２２を全て使った場合、第２光増幅媒体２２の長さＬ２は約６ｍで十分であることを確認した。これは、Ｙｂ元素が添加された光増幅媒体において、波長９７４ｎｍの方が波長９１５ｎｍに比べ吸収係数が大きく、長さが短くて澄むからである。
【００２４】
図６は、本実施形態に係るレーザ光源１に含まれる第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２における反転分布率の長手方向分布を示す図である。ここでは、励起光波長を９７４ｎｍとし、濃度の小さい第１光増幅媒体２１を用い、第２光増幅媒体２２の長さＬ２を３.５ｍとして、第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２のトータルの吸収条長積を調整した。その結果、第２光増幅媒体２２の励起光入射端での反転分布率は、約４０％となり、十分に低くなることがわかる。フォトダークニングの発現を抑圧するためには、波長９７４ｎｍの励起光を用いた方が、反転分布率を小さくでき、抑圧法として有効である。
【００２５】
本実施形態に係るレーザ光源１または光増幅モジュール２０において、第１光増幅媒体２１の濃度が薄いことは、光増幅媒体２１，２２の全体の長さが長くなってしまうことと同義であり、その故、光増幅媒体２１，２２において非線形シフト量が大きくなってしまう。図７は、本実施形態に係るレーザ光源１において第２光増幅媒体２２の長さＬ２と非線形シフト量との関係を示す図である。励起光波長が９７４ｎｍであって、第２光増幅媒体２２の長さＬ２が３.５ｍである場合、非線形シフト量は、比較例の構成（図３）の非線形シフト量に対して約１ｄＢ以下に抑圧され得る。この値は、第１光増幅媒体２１と第２光増幅媒体２２との間の融着部の損失ばらつきや、第２光増幅媒体２２から出力端までの間の損失ばらつきの範囲内と判断できるため、第１光増幅媒体２１を用いることに因り増加する非線形シフト量は問題にならない。
【００２６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記実施形態では、被増幅光の伝搬方向と同じ方向に励起光を伝搬させる前方向励起であったが、被増幅光の伝搬方向と逆の方向に励起光を伝搬させる後方向励起であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係るレーザ光源１の構成図である。
【図２】第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２それぞれの断面および屈折率プロファイルを示す図である。
【図３】比較例のレーザ光源９の構成図である。
【図４】比較例のレーザ光源９に含まれる増幅媒体２２における反転分布率の長手方向分布を示す図である。
【図５】本実施形態に係るレーザ光源１に含まれる第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２における反転分布率の長手方向分布を示す図である。
【図６】本実施形態に係るレーザ光源１に含まれる第１光増幅媒体２１および第２光増幅媒体２２における反転分布率の長手方向分布を示す図である。
【図７】本実施形態に係るレーザ光源１において第２光増幅媒体２２の長さＬ２と非線形シフト量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…レーザ光源、１０…被増幅光用光源、２０…光増幅モジュール、２１…第１光増幅媒体、２２…第２光増幅媒体、２３…励起部、２４…励起光源、２５…光カプラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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