(57)【要約】  ファイバレーザ装置としての種光部（ＭＯ）は、一部が共有され光が共振する複数の光路と、それぞれの光路の一部とされそれぞれの光路で共振するそれぞれの光を増幅する増幅用光ファイバ（１３）と、それぞれの光路の共有される部分に配置され、所定周期で振動して光路から入射する光を光路に出射する第１状態と、光路から入射する光を光路以外に出射する第２状態とに切り換えられるＡＯＭ（１４）と、を備え、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のうち最もパワーの大きな光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ（１４）が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。
2018074511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部が共有され光が共振する複数の光路と、
それぞれの前記光路の一部とされそれぞれの前記光路で共振するそれぞれの光を増幅する増幅用光ファイバと、
それぞれの前記光路の共有される部分に配置され、所定周期で振動して前記光路から入射する光を前記光路に出射する第１状態と、前記光路から入射する光を前記光路以外に出射する第２状態とに切り換えられる音響光学素子と、
を備え、
それぞれの前記光路で共振するそれぞれの光のうち最もパワーの大きな光の共振周期と、前記第１状態において前記音響光学素子が振動する前記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
【請求項２】
それぞれの前記光路で共振するそれぞれの光のそれぞれの共振周期と、前記第１状態において前記音響光学素子が振動する前記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記複数の光路は、特定の光路、及び、前記特定の光路と前記特定の光路の途中に接続される周回状のループ光路とからなる光路を有し、
前記特定の光路を伝搬する光は所定の分岐比で前記ループ光路に分岐し、前記ループ光路を伝搬する光は前記所定の分岐比で前記特定の光路に結合する
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記特定の光路は、一対の反射部間で光が往復する光路である
ことを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記所定の分岐比は３ｄＢ以下とされ、前記特定の光路で共振する光の前記共振周期と、前記第１状態において前記音響光学素子が振動する前記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる
ことを特徴とする請求項４に記載のファイバレーザ装置。
【請求項６】
前記所定の分岐比は３ｄＢ以上４．８ｄＢ以下とされ、前記特定の光路を伝搬する途中で前記ループ光路を１周する光路で共振する光の前記共振周期と、前記第１状態において前記音響光学素子が振動する前記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる
ことを特徴とする請求項４に記載のファイバレーザ装置。
【請求項７】
前記所定の分岐比は４．８ｄＢ以上とされ、前記特定の光路を伝搬する途中で前記ループ光路を２周する光路で共振する光の前記共振周期と、前記第１状態において前記音響光学素子が振動する前記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる
ことを特徴とする請求項４に記載のファイバレーザ装置。
【請求項８】
前記所定の分岐比は２ｄＢ以上８ｄＢ以下とされる
ことを特徴とする請求項４に記載のファイバレーザ装置。
【請求項９】
前記特定の光路は、周回状の光路である
ことを特徴とする請求項３に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、パルス状の出力光を出射するファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を用いて加工を行う加工機や、レーザ光を使ったメス等の医療機器等に用いるレーザ装置の一つとして、希土類添加ファイバにより信号光を増幅して出射するファイバレーザ装置が用いられている。このようなファイバレーザ装置の一つとして、種光を増幅して出射するＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置が知られている。このファイバレーザ装置の種光を出射するＭＯ部である種光部は、励起光に基づいて励振される光を種光として出射するファイバレーザ装置から構成される場合がある。【０００３】
下記特許文献１には、増幅用光ファイバの両端を挟む一対のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）間で光を励振する共振型のファイバレーザ装置や、一部が増幅用光ファイバとされループ状にされた光路において光を励振するファイバリング型のファイバレーザ装置が記載されている。これらのファイバレーザ装置では、パルス状の光を出射するためにＱスイッチが用いられている。一般的にＱスイッチは音響光学素子（ＡＯＭ：Acoustic Optic Modulation）から成り、音響光学素子は、入射する光をオン状態とオフ状態とで異なる方向に伝搬する。音響光学素子がオンの状態では、音響光学素子は増幅用光ファイバから出射する光の一部が増幅用光ファイバに入射するよう光を伝搬する。従って、増幅用光ファイバから出射し再び増幅用光ファイバに入射する光は増幅され、増幅された光が出射する。一方、音響光学素子がオフの状態では、増幅用光ファイバから出射する光が再び増幅用光ファイバに入射しないよう光を伝搬する。【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１６４８６０号公報
【発明の概要】
【０００５】
ところで、音響光学素子は、一般的に入力するＲＦ信号に同期して振動している状態がオン状態とされる。本発明者等は、上記特許文献１に記載のファイバレーザ装置から出射する光において音響光学素子の振動する周期に同期したリップルが出る場合があることを見出し、このリップルが大きくなる場合があることを発見した。
【０００６】
そこで、本発明は、出射する光のリップルを抑制することができるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明者等は、音響光学素子が振動する周期に同期したリップルが大きくなる原因について鋭意検討をした。その結果、音響光学素子が振動する周期と増幅される光が共振する光路長との関係により、当該リップルが大きくなる場合があることを見出した。そこで、本発明者等は更に鋭意検討をして、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、一部が共有され光が共振する複数の光路と、それぞれの前記光路の一部とされそれぞれの前記光路で共振するそれぞれの光を増幅する増幅用光ファイバと、それぞれの前記光路の共有される部分に配置され、所定周期で振動して前記光路から入射する光を前記光路に出射する第１状態と、前記光路から入射する光を前記光路以外に出射する第２状態とに切り換えられる音響光学素子と、を備え、それぞれの前記光路で共振するそれぞれの光のうち最もパワーの大きな光の共振周期と、前記第１状態において前記音響光学素子が振動する前記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされることを特徴とするファイバレーザ装置である。
【０００９】
本発明者等は、上記リップルが同期している音響光学素子の振動の周期と、光が光路を共振する周期とが一致する場合に、当該リップルが大きくなるということを発見した。さらに、それぞれの周期が一致する場合のみならず、音響光学素子の振動の周期と、光が光路を共振する周期とが互いに整数倍の関係になる場合も、当該リップルが大きくなるということを発見した。また、複数の光路を有するファイバレーザ装置においては、それぞれの光路で共振する光のうちパワーが最も大きな光のリップルが、出射する光のリップルに最も大きな影響を与えると考えられる。本発明では、このパワーが最も大きな光の共振周期と、音響光学素子が振動する所定周期とが互いに非整数倍の関係とされる。つまり、このパワーが最も大きな光の共振周期が音響光学素子の振動の所定周期の非整数倍とされ、かつ、音響光学素子の振動の所定周期がパワーが最も大きな光の共振周期の非整数倍とされる。このようにパワーが最も大きな光の共振周期と、音響光学素子が振動する所定周期とが互いに非整数倍の関係とされることで、最も目立つリップルが大きくなることを抑えることができる。このため、本発明のファイバレーザ装置によれば、出射する光のリップルを抑制することができる。
【００１０】
また、それぞれの前記光路で共振するそれぞれの光のそれぞれの共振周期と、前記第１状態において前記音響光学素子が振動する前記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされることが好ましい。
【００１１】
それぞれの光の共振周期と音響光学素子が振動する所定周期とが互いに非整数倍の関係とされることで、それぞれの光のリップルが大きくなることを抑制できる。
【００１２】
また、前記複数の光路は、特定の光路、及び、前記特定の光路と前記特定の光路の途中に接続される周回状のループ光路とからなる光路を有し、前記特定の光路を伝搬する光は所定の分岐比で前記ループ光路に分岐し、前記ループ光路を伝搬する光は前記所定の分岐比で前記特定の光路に結合することが好ましい。
【００１３】
特定の光路の光路長が長くなると、当該光路を共振する光の波形に上記リップルよりも長い周期のうねりが生じる傾向がある。しかし、上記のようにループ光路を設けることで、当該うねりを抑制することができる。
【００１４】
この場合、前記特定の光路は、一対の反射部間で光が往復する光路であることとしても良い。光が往復して共振する場合、往路と復路とで光の一部がループ光路を伝搬することができる。従って、光路のバリエーションが増え、上記うねりをより抑制することができる。
【００１５】
上記のように、前記特定の光路が一対の反射部間で光が往復する光路である場合、前記所定の分岐比は３ｄＢ以下とされ、前記特定の光路で共振する光の前記共振周期と、前記第１状態において前記音響光学素子が振動する前記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされることとされても良い。
【００１６】
一対の反射部間で光が往復する光路で光が共振するファイバレーザ装置から出射する光において、分岐比が３ｄＢ以下の場合には、ループ光路を伝搬せずに特定の光路を伝搬する光のパワーが最も高いことを本発明者等は見出した。このため、上記構成により、パワーが最も大きな光の共振周期と、音響光学素子が振動する所定周期とが互いに非整数倍の関係とされることとなり、最も目立つリップルを抑えることができる。
【００１７】
また、上記のように、前記特定の光路が一対の反射部間で光が往復する光路である場合、前記所定の分岐比は３ｄＢ以上４．８ｄＢ以下とされ、前記特定の光路を伝搬する途中で前記ループ光路を１周する光路で共振する光の前記共振周期と、前記第１状態において前記音響光学素子が振動する前記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされることとされても良い。
【００１８】
一対の反射部間で光が往復する光路で光が共振するファイバレーザ装置から出射する光において、上記と異なり分岐比が３ｄＢ以上４．８ｄＢ以下の場合には、特定の光路の途中でループ光路を１周して伝搬する光のパワーが最も高いことを本発明者等は見出した。このため、上記構成により、パワーが最も大きな光の共振周期と、音響光学素子が振動する所定周期とが互いに非整数倍の関係とされることとなり、最も目立つリップルを抑えることができる。
【００１９】
また、上記のように、前記特定の光路が一対の反射部間で光が往復する光路である場合、前記所定の分岐比は４．８ｄＢ以上とされ、前記特定の光路を伝搬する途中で前記ループ光路を２周する光路で共振する光の前記共振周期と、前記第１状態において前記音響光学素子が振動する前記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされることとされても良い。
【００２０】
一対の反射部間で光が往復する光路で光が共振するファイバレーザ装置から出射する光において、上記分岐比が４．８ｄＢ以上の場合には、特定の光路の途中でループ光路を２周して伝搬する光のパワーが最も高いことを本発明者等は見出した。このため、上記構成により、パワーが最も大きな光の共振周期と、音響光学素子が振動する所定周期とが互いに非整数倍の関係とされることとなり、最も目立つリップルを抑えることができる。
【００２１】
また、上記のように、前記特定の光路が一対の反射部間で光が往復する光路である場合、前記所定の分岐比は２ｄＢ以上８ｄＢ以下とされることが好ましい。
【００２２】
所定の分岐比が２ｄＢ以上８ｄＢ以下である場合、ループ光路を伝搬せずに特定の光路を伝搬する光、特定の光路の途中でループ光路を１周して伝搬する光、特定の光路の途中でループ光路を２周して伝搬する光、特定の光路の途中でループ光路を３周して伝搬する光、といった複数の光路で共振するそれぞれの光のパワーのバランスが保たれることを本発明者等は発見した。従って、上記分岐比とされることで、それぞれの光にうねりが生じる場合であっても、特定の光のうねりが目立つことを抑制でき、出射する光のうねりを低減することができる。
【００２３】
また、前記特定の光路は、周回状の光路であることとしても良い。このような構成により、ファイバリング型のファイバレーザ装置において、リップルを抑制することができる。
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、出射する光のリップルを抑制することができるファイバレーザ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るファイバレーザ装置を光源として有するＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置を示す図である。
【図２】図１の各部位から出射する光のパワーの大きさの様子を模式的に示す図である。
【図３】種光部から出射するパルス状の光の様子を模式的に示す図である。
【図４】種光部のそれぞれの光路で共振して種光部から出射するそれぞれの光のパワーの比率と、光カプラにおける分岐比との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るファイバレーザ装置を光源として有するＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置を示す図である。
【図６】比較例、実施例の光学系から出射する光の強度の時間的変化を示す図である。
【図７】図６の点線で囲まれた部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係るファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。
【００２８】
図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、種光を出射する種光部ＭＯと、種光部ＭＯから出射する種光を増幅するプリアンプＰＲと、メインアンプＰＡと、種光部ＭＯとプリアンプＰＲとの間に設けられる波長変換部ＲＦと、波長変換部ＲＦとメインアンプＰＡとの間に設けられる波長選択フィルタＦＬと、を主な構成として備える。このようにファイバレーザ装置１は、種光部ＭＯが、Master Oscillatorとされ、メインアンプＰＡがPower Amplifierとされる、いわゆるＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置である。
【００２９】
＜種光部ＭＯの構成＞
種光部ＭＯは、励起光を出射する励起光源１１と、励起光源１１から出射する励起光が入射し、当該励起光により励起される活性元素が添加される増幅用光ファイバ１３と、増幅用光ファイバ１３の一端側に設けられる第１反射部としてのＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）１２と、増幅用光ファイバ１３の他端に接続され第２反射部を兼ねる音響光学素子（ＡＯＭ）１４と、ＦＢＧ１２とＡＯＭ１４との間に設けられる光カプラ１６と、光カプラ１６に接続されるループ光ファイバ１５と、を主な構成として備える。このように種光部ＭＯは、共振型のファイバレーザ装置から成る。
【００３０】
種光部ＭＯの励起光源１１は、連続光を出射する光源であり、例えばレーザダイオードから構成される。励起光源１１は、増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの光を出射する。また、励起光源１１は第１光ファイバ１８に接続されており、種光部ＭＯの励起光源１１から出射する光は、第１光ファイバ１８を伝搬する。
【００３１】
種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲むクラッドとを有する。増幅用光ファイバ１３において、コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも高く、コアを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素、及び、種光部ＭＯの励起光源１１から出射する種光部の光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等が挙げられる。また、増幅用光ファイバ１３のクラッドを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。
【００３２】
上記の第１光ファイバ１８は増幅用光ファイバ１３の一端と接続されており、第１光ファイバ１８のコアと増幅用光ファイバ１３のコアとが光学的に結合している。また、第１光ファイバ１８のコアには、ＦＢＧ１２が設けられている。こうしてＦＢＧ１２は、増幅用光ファイバ１３の一端側に設けられている。ＦＢＧ１２は、第１光ファイバ１８の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ１３の活性元素が放出する光の内、特定波長の光を反射するように構成されている。ＦＢＧ１２は、上述のように増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、例えば、波長が１０６０ｎｍの光の反射率が１００％とされる。
【００３３】
増幅用光ファイバ１３の他端には、第２光ファイバ１９の一端が接続されている。第２光ファイバの構成は第１光ファイバと同様とされ、第２光ファイバ１９のコアと増幅用光ファイバ１３のコアとが光学的に結合している。
【００３４】
ループ光ファイバ１５は、第１光ファイバ１８及び第２光ファイバ１９と同様の構成とされ、第２光ファイバ１９の途中に設けられる光カプラ１６において、第２光ファイバ１９と接続されている。具体的には、ループ光ファイバ１５を構成する光ファイバの一端及び他端が接続された状態で、当該一端及び他端を含む部位と第２光ファイバ１９とが互いに所定回数捩じられて融着されている。こうして第２光ファイバ１９とループ光ファイバ１５とが融着された部位が光カプラ１６となる。このため、光カプラ１６では、第２光ファイバ１９のコアとループ光ファイバ１５のコアとが所定の分岐比で光学的に結合している。
【００３５】
この分岐比とは、次の２つの比を意味する。一方の比は、光カプラ１６において、第２光ファイバ１９からループ光ファイバ１５に分岐せずに第２光ファイバを伝搬する光のパワーに対する、第２光ファイバ１９からループ光ファイバ１５に分岐する光のパワーの比である。他方の比は、光カプラ１６において、ループ光ファイバ１５から第２光ファイバ１９に結合せずにループ光ファイバ１５を伝搬する光のパワーに対する、ループ光ファイバ１５から第２光ファイバ１９に結合する光のパワーの比である。この場合、それぞれの比は互いに等しい。このパワーの比をデシベル表記する場合、例えば、３ｄＢであれば、第２光ファイバ１９を伝搬して光カプラ１６に入射する光のうち、約５０％のパワーの光が第２光ファイバ１９を伝搬し、残りの約５０％のパワーの光がループ光ファイバ１５に分岐する。従って、分岐比が０ｄＢに近付く場合、第２光ファイバ１９を伝搬する光は、ループ光ファイバ１５に殆ど分岐しない。この分岐比は、ループ光ファイバ１５と第２光ファイバ１９とを上記のように融着する際に、ループ光ファイバ１５を構成する光ファイバと第２光ファイバ１９とが互いに捩じられる上記所定回数により定められる。
【００３６】
第２光ファイバ１９の他端にはＡＯＭ１４が接続されている。ＡＯＭ１４は、第１状態と第２状態とを切り換えることができる。第１状態は、ＡＯＭ１４がオンとされる状態であり、ＡＯＭ１４は所定周期で振動する。第１状態では、第２光ファイバ１９のコアから入射する光が、ＡＯＭ１４をプリアンプＰＲに向かって伝搬しつつＡＯＭ１４のプリアンプＰＲ側の端面でフルネル反射を起こし、再び第２光ファイバ１９のコアに向かって出射する。このフルネル反射の反射率は、ＦＢＧ１２の反射率よりも低くされる。また、第２状態はＡＯＭ１４がオフとされる状態や第１状態と異なる周期でＡＯＭ１４が振動する状態とされる。第２状態では、第２光ファイバ１９のコアから入射する光がＡＯＭ１４内を第１状態と異なる方向に向かって伝搬する。このため、第２状態では、ＡＯＭ１４に入射した光は第２光ファイバ１９と異なる方向に出射する。
【００３７】
以上のように、本実施形態の種光部ＭＯは、第１光ファイバ１８の一部と、増幅用光ファイバ１３と、第２光ファイバ１９と、ＡＯＭ１４とから成る光路を光が往復し共振する。この光路を特定の光路とし、ループ光ファイバ１５からなる周回状の光路をループ光路とすると、種光部ＭＯは、上記特定の光路の他に、当該特定の光路とループ光路とから成る光路も有することとなる。特定の光路とループ光路とから成る光路は、特定の光路と異なる光路であり、当該特定の光路と一部を共有することとなる。この光路を伝搬する光は、光カプラ１６において第２光ファイバ１９からループ光ファイバ１５に分岐して、ループ光ファイバ１５を１周以上周回した後、光カプラ１６においてループ光ファイバ１５から第２光ファイバ１９に結合する。また、ループ光路を含む光路であっても、ループ光ファイバ１５を周回する回数が異なれば、互いに異なる光路である。このようにループ光ファイバ１５が特定の光路に途中に接続されるため、それぞれの光路の光路長は互いに異なり、それぞれの光路で共振するそれぞれの光の共振周期は互いに異なる。
【００３８】
本実施形態では、少なくとも、上記のそれぞれの光路で共振するそれぞれの光のうち最もパワーの大きな光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する上記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。つまり、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のうち最もパワーの大きな光の共振周期が第１状態でＡＯＭ１４が振動する所定周期の非整数倍とされ、かつ、第１状態でＡＯＭ１４が振動する所定周期がそれぞれの光路で共振するそれぞれの光のうち最もパワーの大きな光の共振周期の非整数倍とされる。さらに、上記のそれぞれの光路で共振するそれぞれの光のそれぞれの共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する上記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされることが好ましい。この場合、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のそれぞれの共振周期が第１状態でＡＯＭ１４が振動する所定周期の非整数倍とされ、かつ、第１状態でＡＯＭ１４が振動する所定周期がそれぞれの光路で共振するそれぞれの光のそれぞれの共振周期の非整数倍とされる。例えば、ＡＯＭ１４が振動する振動数が１３５ＭＨｚとされる場合、振動周期は７４×１０−１０秒となる。上記特定の光路の長さを基本光路長Ｓとし、光速を２９９，７９２，４５８ｍ／ｓ、光ファイバの屈折率が１．４４５の場合、物質中での光の速度が１／屈折率倍になることから基本光路長Ｓが１ｍであれば、特定の光路を共振する光の共振周期は、当該特定の光路を往復する時間に等しく約１．０×１０−８秒となる。この場合、特定の光路で共振する光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。また、基本光路長Ｓが１ｍでループ光ファイバ１５の長さであるループ光路長Ｌが０．５ｍである場合、光が共振する間にループ光路を１周する光路では、共振する光の共振周期は約１．３×１０−８秒となり、光が共振する間にループ光路を２周する光路では、共振する光の共振周期は約１．５×１０−８秒となる。従って、この場合、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のそれぞれの共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。
【００３９】
なお、増幅用光ファイバ１３はそれぞれの光路の一部とされ、ＡＯＭ１４はそれぞれの光路の共有される部分に配置されることとなる。
【００４０】
＜プリアンプＰＲの構成＞
プリアンプＰＲは、励起光源２１と、増幅用光ファイバ２３と、カプラ２２とを主な構成として備える。
【００４１】
プリアンプＰＲの励起光源２１は、例えば複数のレーザダイオードから構成され、後述のようにプリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源２１は、光ファイバ２８に接続されており、励起光源２１から出射する励起光は、光ファイバ２８を伝搬する。光ファイバ２８としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、当該励起光は光ファイバ２８をマルチモード光として伝搬する。
【００４２】
プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドとを有している。増幅用光ファイバ２３において、コアの屈折率は内側クラッドの屈折率よりも高く、内側クラッドの屈折率は外側クラッドの屈折率よりも高くされる。つまり、増幅用光ファイバ２３はダブルクラッド構造とされる。増幅用光ファイバ２３において、コアを構成する材料としては、例えば、上記の種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３のコアと同様の材料を挙げることができ、内側クラッドを構成する材料としては、例えば、上記の種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３のクラッドと同様の材料を挙げることができる。また、増幅用光ファイバ２３の外側クラッドを構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂を挙げることができる。
【００４３】
本実施形態において、種光部ＭＯのＡＯＭ１４は、光ファイバ２９に接続される。カプラ２２は、光ファイバ２９及び光ファイバ２８と、増幅用光ファイバ２３の一端とを接続している。具体的には、カプラ２２において、光ファイバ２９のコアが、増幅用光ファイバ２３のコアに接続されており、さらに光ファイバ２８のコアが、増幅用光ファイバ２３の内側クラッドに接続されている。従って、種光部ＭＯのＡＯＭ１４から出射する光は、光ファイバ２９を介して、増幅用光ファイバ２３のコアに入射してコアを伝搬する。また、励起光源２１から出射する励起光は、増幅用光ファイバ２３の内側クラッドに入射し内側クラッドを主に伝搬する。従って、増幅用光ファイバ２３のコアを伝搬する光により、励起光源２１が出射する励起光により励起される活性元素が誘導放出を起こすことで、当該コアを伝搬する光を増幅する。
【００４４】
＜波長変換部ＲＦ、波長選択フィルタＦＬの構成＞
波長変換部ＲＦは、プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３に接続されている。波長変換部ＲＦは、入射する光のうちパワーが所定のパワーより大きな光を、入射する光より長波長の光に変換して出射し、入射する光のうちパワーが所定のパワーより小さな光を、入射する光の波長のまま出射する。
【００４５】
このような波長変換部ＲＦとしては、誘導ラマン散乱を起こすラマン光ファイバを挙げることができる。このラマン光ファイバとしては、コアに非線形光学定数を上昇させるドーパントが添加される光ファイバが挙げられる。このようなドーパントとしては、ゲルマニウムやリンが挙げられる。この波長変換部ＲＦがラマン光ファイバである場合、波長変換する光の強度の閾値は、コアの直径、ドーパントの添加濃度、長さ等によって変えることができる。
【００４６】
波長選択フィルタＦＬには、プリアンプＰＲから出射する光が波長変換部ＲＦを介して入射する。そして、波長変換部ＲＦにおいて波長変換された光が入射する場合、この光をメインアンプＰＡに向かって透過し、波長変換部ＲＦにおいて波長変換されない光が入射する場合に、この光のメインアンプＰＡに向かう透過が抑制される。従って、プリアンプＰＲから出射する光が波長変換部ＲＦで波長変換される場合、波長選択フィルタＦＬに入射する光は、波長選択フィルタＦＬからメインアンプＰＡに向かって透過する。一方、プリアンプＰＲから出射する光が波長変換部ＲＦにおいて波長変換されない場合、波長選択フィルタＦＬに入射する光は、波長選択フィルタＦＬからメインアンプＰＡへの透過が抑制される。このような波長選択フィルタＦＬとしては、例えば、ＷＤＭカプラや誘電体多層膜フィルタを挙げることができる。
【００４７】
＜メインアンプＰＡの構成＞
メインアンプＰＡは、入射する光をプリアンプＰＲよりも高い増幅率で増幅する点においてプリアンプＰＲと異なり、複数の励起光源３１と、増幅用光ファイバ３３と、カプラ３２とを主な構成として備える。
【００４８】
メインアンプＰＡの励起光源３１のそれぞれは、例えば複数のレーザダイオードから構成され、後述のようにメインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、それぞれの励起光源３１は、光ファイバ３８に接続されており、それぞれの励起光源３１から出射する励起光はそれぞれの光ファイバ３８を伝搬する。それぞれの光ファイバ３８としては、例えば、プリアンプＰＲの励起光源２１に接続される光ファイバ２８と同様とされ、この場合、当該励起光は光ファイバ３８をマルチモード光として伝搬する。
【００４９】
メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３は、プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３と同様の構成とされる。
【００５０】
また、本実施形態において、波長選択フィルタＦＬは光ファイバ３９に接続される。カプラ３２は、光ファイバ３９及びそれぞれの光ファイバ３８と、増幅用光ファイバ３３の一端とを接続している。具体的には、カプラ３２において、光ファイバ３９のコアが、増幅用光ファイバ３３のコアに接続されており、さらにそれぞれの光ファイバ３８のコアが、増幅用光ファイバ３３の内側クラッドに接続されている。従って、波長選択フィルタＦＬからメインアンプＰＡに向かって出射する光は光ファイバ３９を介して、増幅用光ファイバ３３のコアに入射してコアを伝搬し、それぞれの励起光源３１から出射する励起光は、増幅用光ファイバ３３の内側クラッドに入射し内側クラッドを主に伝搬する。従って、増幅用光ファイバ３３のコアを伝搬する光により、励起光源３１が出射する励起光により励起される活性元素が誘導放出を起こすことで、当該コアを伝搬する光を増幅する。
【００５１】
メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３の他端には光ファイバ４０が接続されている。この光ファイバ４０は、増幅用光ファイバ３３から出射する光を所定の場所まで伝搬させて出射する光ファイバであり、デリバリ光ファイバと呼ばれる場合がある。
【００５２】
＜ファイバレーザ装置１の動作＞
次に、このようなファイバレーザ装置１からパルス状の光が出射する動作について説明する。
【００５３】
本実施形態のファイバレーザ装置１では、種光部ＭＯの励起光源１１から常時励起光が出射されており、待機状態において、種光部ＭＯのＡＯＭ１４が第２状態とされる。従って、第２光ファイバ１９からＡＯＭ１４に入射した光は、第２光ファイバ１９に反射することなく、外部に放出される。従って、ＦＢＧ１２とＡＯＭ１４のプリアンプ側の端面との間の光路、すなわち特定の光路や特定の光路とループ光路とから成る光路で光は共振しない。このため、増幅用光ファイバ１３の活性元素の励起状態が高くなる。また、本実施形態では、待機状態において、それぞれの励起光源２１、３１が出射状態とされる。このためプリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３、及び、メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３のそれぞれに添加される活性元素は励起状態とされる。なお、種光部ＭＯのＡＯＭ１４が第２状態とされる期間は、増幅用光ファイバ１３において自己発振しない期間とされる。また、増幅用光ファイバ２３、及び、増幅用光ファイバ３３に励起光が入射される期間は自己発振しない期間とされる。従って、待機状態において、増幅用光ファイバ１３，２３，３３から意図しないジャイアントパルス光が出射することが抑制されている。
【００５４】
次に、パルス状の光が出射する時点から僅かに前のタイミングで、ＡＯＭ１４が第１状態とされる。すると、ＦＢＧ１２とＡＯＭ１４のプリアンプ側の端面との間の光路、すなわち、第１光ファイバ１８の一部と、増幅用光ファイバ１３と、第２光ファイバ１９と、ＡＯＭ１４とから成る特定の光路や、当該特定の光路とループ光路とから成る光路を光が往復して、それぞれの光路で光が共振する。この共振光により、上記のように高い励起状態とされた増幅用光ファイバ１３の活性元素が誘導放出を起こし、共振光が増幅されＡＯＭ１４からパルス状の光が出射し、種光部ＭＯから種光としてのパルス状の光が出射する。
【００５５】
図２は、パルス状の光の出射時における各部位から出射する光のパワーの大きさの様子を示す図である。具体的には、種光部ＭＯから出射する光、プリアンプＰＲから出射する光、波長変換部ＲＦから出射する光、波長選択フィルタＦＬから出射する光、メインアンプＰＡから出射する光のパワーの大きさの時間的変化及び波長の様子を示す図である。図２のそれぞれ光のパワーの時間的変化を示す部分において、縦軸が光のパワー密度を示し、横軸が時間を示す。
【００５６】
種光部ＭＯから出射するパルス状の光のパワーの時間的変化の形状はガウス分布形状とされる。また、種光部ＭＯから出射するパルス状の光の波長は、例えば、１０６０ｎｍとされる。上記のように種光部ＭＯから出射するパルス状の光は、増幅用光ファイバ２３のコアに入射する。
【００５７】
プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３では、上記のように励起光により活性元素が励起状態とされている。従って、種光部ＭＯからパルス状の光が増幅用光ファイバ２３に入射すると、励起された活性元素は種光部ＭＯからの光により誘導放出を起こし、この誘導放出により当該光のパワーが増幅されて、増幅用光ファイバ２３からパルス状の光が出射する。増幅用光ファイバ２３は、パワーの時間的変化がガウス分布形状の光が入射すると、入射光に対してパワー密度が増幅されたガウス分布形状の光を出射する。従って、図２に示すように、プリアンプＰＲからは、種光部ＭＯから出射する光に対してパワーの時間的変化の形状がパワー密度の方向に延伸されたガウス分布形状の光が出射する。
【００５８】
プリアンプＰＲから出射した光の一部は、波長変換部ＲＦで波長変換されるパワー密度とされる。従って、波長変換部ＲＦでは、プリアンプＰＲから入射した光のうち、ある特定のパワー密度より高いパワー密度の光成分が一次散乱光とされる。例えば、上記のように種光部ＭＯから出射する光の波長が１０６０ｎｍである場合、波長変換部ＲＦでは所定のパワーより大きなパワーの光の波長が例えば１１２０ｎｍとされる。そして、波長変換部ＲＦからは、波長変換されない光及び一次散乱光が出射する。波長変換部ＲＦから出射する光のパワーの時間的変化の形状は、プリアンプＰＲから出射する光のパワーの時間的変化の形状と同じである。このうち、図２に示すように、波長変換されない波長１０６０ｎｍの光はガウス分布形状における裾引き部分を含むパワー密度の低い光であり、一次散乱光である波長１１２０ｎｍの光はガウス分布形状の頂点部分を含むパワー密度の高い光である。
【００５９】
波長変換部ＲＦから出射する光は、波長選択フィルタＦＬに入射する。上記のように波長選択フィルタＦＬは、波長変換部ＲＦにおいて波長変換された光が入射するとこの光をメインアンプＰＡに向かって透過し、波長変換部ＲＦにおいて波長変換されない光が入射するとこの光のメインアンプＰＡに向かう透過を抑制する。従って、図２において破線で示すようにプリアンプＰＲから出射する光のうち、波長変換されないパワー密度の小さな光の波長選択フィルタＦＬの透過は抑制され、図２において実線で示されるプリアンプＰＲから出射する光の一次散乱は波長選択フィルタＦＬを透過する。この一次散乱光のパルス幅は、プリアンプＰＲから出射する光のパルス幅よりも小さくされる。
【００６０】
メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３では、上記のように励起光により活性元素が励起状態とされている。従って、パルス幅が小さくされたパルス状の光が波長選択フィルタＦＬに入射すると、励起された活性元素は当該光により誘導放出を起こし、この誘導放出により当該光のパワーが増幅されて、増幅用光ファイバ３３からパルス状の光が出射する。従って、種光部ＭＯから出射する光よりもパルス幅が狭くパワーが増幅された光が出射する。
【００６１】
メインアンプＰＡから出射する光は、光ファイバ４０を伝搬し、ファイバレーザ装置１から出射する。
【００６２】
なお、種光部ＭＯからパルス状の光が出射する場合以外にパワー密度の低い光が出射することがあり、当該光により励起状態とされたプリアンプＰＲの活性元素が誘導励起を起こし、当該光は増幅される。しかし、この場合の種光部ＭＯからの光は上記のようにパワーが小さいため、プリアンプＰＲから出射する光のパワーは、波長変換部ＲＦで波長変換される程のパワーに達しない。このため、この場合にプリアンプＰＲから出射する光は、波長変換部ＲＦで波長変換されず、波長選択フィルタＦＬにより、メインアンプＰＡへの入射が抑制される。
【００６３】
次に、種光部ＭＯから出射するパルス状の光について、更に詳しく説明する。
【００６４】
図３は、種光部ＭＯから出射する光を示す図である。図３の左側には図２にも記載した種光部ＭＯから出射する光が示され、図３の右側には、図３の左側の破線で囲まれた部分を拡大した様子が示されている。図３に示すように、種光部ＭＯから出射するパルス状の光を拡大すると、小さなリップルが重畳していることが分かる。このリップルは、第１状態におけるＡＯＭ１４の振動に起因するものである。ＡＯＭ１４は、第１状態において、振動することにより、光を透過し易い状態とこれに比べて僅かに光が透過しにくい状態とを繰り返す。このためＡＯＭ１４を透過して出射する光に、ＡＯＭ１４が振動する所定周期に合わせてリップルが生じる傾向がある。
【００６５】
しかし、上記のように、本実施形態のファイバレーザ装置１では、種光部ＭＯにおける上記のそれぞれの光路で共振するそれぞれの光のそれぞれの共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する上記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。本発明者等は、共振する光の共振周期と第１状態においてＡＯＭ１４が振動する上記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる場合に当該リップルが増幅されることが抑制されることを発見した。従って、種光部ＭＯから出射するパルス状の光において、ＡＯＭ１４の振動に起因して生じるリップルが増幅されることが抑制される。
【００６６】
次に、本実施形態において、種光部ＭＯのそれぞれの光路で共振して種光部ＭＯから出射するそれぞれの光のパワーと光カプラ１６における分岐比との関係について説明する。
【００６７】
図４は、種光部ＭＯのそれぞれの光路で共振して種光部ＭＯから出射するそれぞれの光のパワーの比率と、光カプラ１６における分岐比との関係とを示す図である。本発明者等は、分岐比を変化させるとそれぞれの光路で共振するそれぞれの光のパワーの比率が変化することを発見し、図４の傾向は、光路長や波長等に依存しないことを見出した。
【００６８】
図４において、上記のように特定の光路の長さを基本光路長Ｓとすると、当該特定の光路を往復する距離は２Ｓとなる。また、ループ光ファイバ１５の長さをループ光路長Ｌとすると、特定の光路を伝搬する途中でループ光路を１周する光路を往復する距離は２Ｓ＋Ｌとなる。この場合、共振する光は、特定の光路の往路でループ光路を１周し復路でループ光路を周回しない場合と、特定の光路の往路でループ光路を周回せず復路でループ光路を１周する場合とがある。また、特定の光路を伝搬する途中でループ光路を２周する光路を往復する距離は２Ｓ＋２Ｌとなる。この場合、共振する光は、特定の光路の往路でループ光路を２周し復路でループ光路を周回しない場合と、特定の光路の往路でループ光路を周回せず復路でループ光路を２周する場合と、特定の光路の往路でループ光路を１周し復路でもループ光路を１周する場合とがある。同様に考え、特定の光路を伝搬する途中でループ光路を３周する光路を往復する距離は２Ｓ＋３Ｌとなり、特定の光路を伝搬する途中でループ光路を４周する光路を往復する距離は２Ｓ＋４Ｌとなり、特定の光路を伝搬する途中でループ光路を５周する光路を往復する距離は２Ｓ＋５Ｌとなる。これらの場合においても、特定の光路の往路と復路とで、ループ光路をどのように周回するかについて、全ての組み合わせが適用される。
【００６９】
図４より明らかなように、光カプラ１６での分岐比が３ｄＢ以下では、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のうちループ光路を周回せずに特定の光路で共振する光のパワーの比率が最も高い。従って、光カプラ１６での分岐比が３ｄＢ以下では、ループ光路を周回せずに特定の光路で共振する光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。この場合、他の光路で共振する光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされることが好ましいが、上記リップルはループ光路を周回せずに特定の光路で共振する光の影響を最も受けるため、他の光路で共振する光の共振周期とＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされなくても良い。
【００７０】
また、光カプラ１６での分岐比が３ｄＢ以上４．８ｄＢ以下では、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のうちループ光路を１周する光路で共振する光のパワーの比率が最も高い。従って、光カプラ１６での分岐比が３ｄＢ以上４．８ｄＢ以下では、特定の光路の途中でループ光路を１周して共振する光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。この場合、他の光路で共振する光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされることが好ましいが、上記リップルは特定の光路の途中でループ光路を１周して共振する光の影響を最も受けるため、他の光路で共振する光の共振周期とＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされなくても良い。
【００７１】
また、光カプラ１６での分岐比が４．８ｄＢ以上では、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のうちループ光路を２周する光路で共振する光のパワーの比率が最も高い。従って、光カプラ１６での分岐比が４．８ｄＢ以上では、特定の光路の途中でループ光路を２周して共振する光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。この場合、他の光路で共振する光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされることが好ましいが、上記リップルは特定の光路の途中でループ光路を２周して共振する光の影響を最も受けるため、他の光路で共振する光の共振周期とＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされなくても良い。
【００７２】
次に、光路長が長い場合に生じ易い光のパルス状の光のうねりについて説明する。
【００７３】
特定の光路の基本光路長Ｓが長い場合、出射するパルス状の光の形状がガウス分布形状にうねりが生じた形状となる場合がある。このうねりの周期は上記リップルの周期と比べると非常に大きなものとなる。しかし、本実施形態のファイバレーザ装置では、特定の光路で共振する光のみならず、当該特定の光路に加えてループ光路を周回して共振する光が存在する。従って、基本光路長Ｓが長く、特定の光路を共振する光のパルス形状にうねりが生じる場合であっても、種光部ＭＯから出射する光には、ループ光路を周回せずに特定の光路を共振する光と、特定の光路の途中でループ光路を周回して共振する光とが合わされているため、当該うねりが低減される。特に図４より、光カプラ１６の分岐比が２ｄＢ以上８ｄＢ以下であれば、ループ光路を周回せずに特定の光路を共振する光のパワーと、特定の光路の途中でループ光路を１周する光路で共振する光のパワーと、特定の光路の途中でループ光路を２周する光路で共振する光のパワーとが、それぞれバランスされている。従って、特定の光路の基本光路長Ｓが長い場合であっても、光カプラ１６の分岐比が２ｄＢ以上８ｄＢ以下であれば、出射するパルス状の光にうねりが生じることをより適切に低減することができる。なお、このようにうねりが生じることを低減することが目的であれば、本実施形態と異なり、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のうち最もパワーの大きな光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされなくとも良い。
【００７４】
以上説明したように本実施形態のファイバレーザ装置１では、種光部ＭＯは、一部が共有され光が共振する複数の光路を有しており、少なくとも、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のうち最もパワーの大きな光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。パワーが最も大きな光の共振周期と、ＡＯＭ１４が振動する所定周期とが互いに非整数倍の関係とされることで、最も目立つリップルが大きくなることを抑えることができ、種光部ＭＯから出射する光のリップルを抑制することができる。従って、ファイバレーザ装置１から出射する光のリップルを抑制することができる。
【００７５】
さらに、本実施形態のファイバレーザ装置１において、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のそれぞれの共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされれば、それぞれの光のリップルが大きくなることをより抑制でき好ましい。
【００７６】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について図５を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００７７】
図５は、本実施形態のファイバレーザ装置を示す図である。図５に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置２は、種光部ＭＯがファイバリング型のファイバレーザ装置から成る点において、第１実施形態のファイバレーザ装置１と異なる。
【００７８】
本実施形態の種光部ＭＯは、励起光源１１と、第１光ファイバ１８と、光カプラ５１と、増幅用光ファイバ１３と、光フィルタ５３と、第２光ファイバ５４と、ＡＯＭ１４と、第３光ファイバ５５と、光カプラ１６と、ループ光ファイバ１５と、光カプラ５２と、を主な構成として備える。
【００７９】
光カプラ５１は、第１光ファイバ１８のコアと増幅用光ファイバ１３とのコアとを光学的に結合する。従って、励起光源１１から出射して第１光ファイバ１８を伝搬する励起光を増幅用光ファイバ１３に入射する。なお、本実施形態の第１光ファイバ１８は、ＦＢＧが形成されていない点において、第１実施形態の第１光ファイバ１８と異なる。
【００８０】
光フィルタ５３は、所定波長の光を透過して他の波長の光の透過を抑制するバンドパスフィルタである。この光フィルタ５３は、例えば、波長選択フィルタＦＬと同様の構成とされ、例えば、増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、波長が１０６０ｎｍの光を透過する。光フィルタ５３は、第２光ファイバ５４の一端に接続されている。第２光ファイバ５４は第１実施形態の第２光ファイバ１９と同様の構成とされる。
【００８１】
第２光ファイバ５４の他端には、ＡＯＭ１４が接続されている。本実施形態のＡＯＭ１４は、光の出射する端面に反射防止加工が施されている点において第１実施形態のＡＯＭ１４と異なる。本実施形態のＡＯＭ１４は、所定周期で振動する第１状態において、第２光ファイバ５４から入射する光を透過する。ＡＯＭ１４の第２光ファイバ５４側と反対側には第３光ファイバ５５の一端が接続されている。第３光ファイバ５５は第２光ファイバ５４と同様の構成とされる。ＡＯＭ１４は、第１状態において、第２光ファイバ５４から入射する光を第３光ファイバ５５に出射する。また、ＡＯＭ１４は第２状態においては、第２光ファイバ５４から入射する光を第３光ファイバ５５とは異なる方向に出射する。
【００８２】
また、第３光ファイバ５５の途中には、光カプラ１６が設けられており、第１実施形態において光カプラ１６において第２光ファイバ１９とループ光ファイバ１５とが接続されるのと同様にして、光カプラ１６において第３光ファイバ５５とループ光ファイバ１５とが接続されている。
【００８３】
また、第３光ファイバ５５の光カプラ１６を基準としたＡＯＭ１４側と反対側の途中には、光カプラ５２が設けられている。光カプラ５２は、第３光ファイバ５５とプリアンプＰＲの光ファイバ２９とを接続している。従って、第３光ファイバ５５を伝搬する光は、ある分岐比で光ファイバ２９に分岐して光ファイバ２９を伝搬する。
【００８４】
また、第３光ファイバ５５の他端は光カプラ５１に接続されている。つまり、光カプラ５１は、第１光ファイバ１８の端部及び第３光ファイバ５５の端部と、増幅用光ファイバ１３の端部とを接続し、第１光ファイバ１８のコア及び第３光ファイバ５５のコアと、増幅用光ファイバ１３のコアとが光学的に結合している。
【００８５】
本実施形態の種光部ＭＯでは、増幅用光ファイバ１３と、光フィルタ５３と、第２光ファイバ５４とＡＯＭ１４と第３光ファイバ５５とから成る光路を特定の光路とすると、当該特定の光路は、周回状の光路とされる。また、本実施形態の種光部ＭＯにおいても、ループ光ファイバ１５からなるループ光路が特定の光路に接続されているため、種光部ＭＯは、複数の光路を有することとなる。本実施形態においても、特定の光路とループ光路とから成る光路は、特定の光路と異なる光路であり、当該特定の光路と一部を共有することとなる。この光路を伝搬する光は、光カプラ１６において第３光ファイバ５５からループ光ファイバ１５に分岐して、ループ光ファイバ１５を１周以上周回した後、光カプラ１６においてループ光ファイバ１５から第３光ファイバ５５に結合する。また、ループ光路を含む光路であっても、ループ光ファイバ１５を周回する回数が異なれば、互いに異なる光路である。このようにループ光ファイバ１５が特定の光路に途中に接続されるため、それぞれの光路の光路長は互いに異なる。従って、ループ光路を分岐することなく特定の光路を周回して共振する光の共振周期、及び、特定の光路を周回する途中でループ光路を１周以上周回して共振する光の共振周期は互いに異なる。
【００８６】
本実施形態においても、上記のそれぞれの光路で共振するそれぞれの光のうち、少なくとも、最もパワーの大きな光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。さらに、上記のそれぞれの光路で共振するそれぞれの光のそれぞれの共振周期と、ＡＯＭ１４が振動する上記所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされることが好ましい。例えば、第１実施形態での例示のようにＡＯＭ１４が振動する振動数が１３５ＭＨｚとされ、振動周期は７４×１０−１０秒であるとする。この場合、上記特定の光路の長さを基本光路長Ｓとし、光速を２９９，７９２，４５８ｍ／ｓ、光ファイバの屈折率が１．４４５の場合、基本光路長Ｓが１ｍであれば、特定の光路を周回して共振する光の共振周期は約１．０×１０−８秒となる。この場合、特定の光路で共振する光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。また、上記のように基本光路長Ｓが１ｍでループ光ファイバ１５の長さであるループ光路長Ｌが０．５ｍである場合、光が共振する間にループ光路を１周する光路では、共振する光の共振周期は約１．３×１０−８秒となり、光が共振する間にループ光路を２周する光路では、共振する光の共振周期は約１．５×１０−８秒となる。従って、この場合、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のそれぞれの共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。
【００８７】
本実施形態の種光部ＭＯにおいては、励起光源１１から常時励起光が出射されており、待機状態において、ＡＯＭ１４が第２状態とされる。従って、待機状態では、増幅用光ファイバ１３から放出される光が光フィルタ５３を透過して第２光ファイバ５４を伝搬する場合であっても、第２光ファイバ５４からＡＯＭ１４に入射した光は、第３光ファイバ５５に入射されることなく、外部に放出される。従って、特定の光路や、特定の光路とループ光路とから成る光路を光が周回せず、光が共振しない。このため、増幅用光ファイバ１３の活性元素の励起状態が高くなる。なお、本実施形態においても、種光部ＭＯのＡＯＭ１４が第２状態とされる期間は、増幅用光ファイバ１３において自己発振しない期間とされる。
【００８８】
次に、パルス状の光が出射する時点から僅かに前のタイミングで、ＡＯＭ１４が第１状態とされる。すると、第２光ファイバ５４からＡＯＭ１４に入射する光は第３光ファイバ５５に透過する。このため、特定の光路や、特定の光路とループ光路とから成る光路を光が周回し、それぞれの光路で光が共振する。この共振光により、上記のように高い励起状態とされた増幅用光ファイバ１３の活性元素が誘導放出を起こし、共振光が増幅されＡＯＭ１４からパルス状の光が出射し、当該光が光カプラ５２からプリアンプＰＲの光ファイバ２９に出射する。そして、第１実施形態と同様にしてプリアンプＰＲ、メインアンプＰＡで光が増幅されて、増幅されたパルス状の光は光ファイバ４０から出射する。
【００８９】
上記のように、それぞれの光路で共振するそれぞれの光のうち、最もパワーの大きな光の共振周期と、第１状態においてＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされる。従って、本実施形態においても、種光部ＭＯから出射するパルス状の光のリップルを抑制することができる。従って、ファイバレーザ装置２から出射する光のリップルを抑制することができる。
【００９０】
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００９１】
例えば、上記実施形態のファイバレーザ装置１において、種光部ＭＯのＡＯＭ１４が光を反射する例を示したが、本発明はこれに限らない。例えば、ＡＯＭ１４の端面が無反射加工されると共にＡＯＭ１４とプリアンプＰＲとの間にＦＢＧ１２よりも反射率が低い第２のＦＢＧを設けても良い。この場合、ＡＯＭ１４がオンとなり光がＡＯＭ１４を透過すると第２のＦＢＧで光が反射して、ＦＢＧ１２と第２のＦＢＧとの間で発振を起こすことができる。この場合、ＦＢＧ１２と第２のＦＢＧとの間が特定の光路となる。
【００９２】
また、上記ファイバレーザ装置１，２は、種光部ＭＯの他に、プリアンプＰＲと、メインアンプＰＡと、波長変換部ＲＦと、波長選択フィルタＦＬとを備えた。しかし、ファイバレーザ装置である種光部ＭＯから出射する光のパワーが大きければ、プリアンプＰＲと、メインアンプＰＡと、波長変換部ＲＦと、波長選択フィルタＦＬとが備わっていなくても良い。
【実施例】
【００９３】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。【００９４】
＜比較例＞
第１実施形態の種光部ＭＯの構成と同じ構成の光学系を準備した。この光学系では、ＡＯＭ１４が振動する所定周期を１３５ＭＨｚとした。また、この光学系で、ＡＯＭ１４からループ光ファイバ１５を経由せずにＦＢＧ１２に至る特定の光路の光路長である基本光路長Ｓと、ループ光ファイバ１５の光路長であるループ光路長Ｌとの関係を以下の様にした。
２Ｓ＋３Ｌ＝７４０ｃｍ【００９５】
つまり、本光学系では、ＡＯＭ１４とＦＢＧ１２とを往復する間にループ光ファイバ１５を３回転する光路であり、その光路長を７４０ｃｍとした。この光路長は、１３５ＭＨｚの周波数で１０周期の間に光が光ファイバを伝搬する距離に等しい。つまり、この光学系における光の共振周期と、ＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに整数倍の関係とされている。【００９６】
＜実施例＞
比較例の光学系よりも基本光路長の長さを１ｃｍ増やして、光路長を７４２ｃｍとしたこと以外は、比較例と同じ光学系を準備した。この光学系では、光の共振周期と、ＡＯＭ１４が振動する所定周期とが、互いに非整数倍の関係とされている。【００９７】
次に比較例、実施例の光学系から出射する光の強度の時間的変化を測定した。その結果を図６に示し、図６の点線で囲まれた部分を図７に示す。図６、図７に示すように、光の共振周期とＡＯＭ１４が振動する所定周期とが互いに整数倍の関係とされる比較例では、リップルが生じた。一方、光の共振周期とＡＯＭ１４が振動する所定周期とが互いに非整数倍の関係とされる実施例では、比較例と比べてリップルが抑制されることが示された。【００９８】
以上、実施例及び比較例で示されたように、本発明によれば、出射する光のリップルを抑制することができることが示された。【００９９】
以上説明したように、本発明によれば、出射する光のリップルを抑制することができるファイバレーザ装置が提供され、加工機や、医療機器といったレーザ光を用いる分野での利用ができる。
【符号の説明】
【０１００】
１，２・・・ファイバレーザ装置
１１，２１，３１・・・励起光源
１３，２３，３３・・・増幅用光ファイバ
１５・・・ループ光ファイバ
ＦＬ・・・波長選択フィルタ
ＭＯ・・・種光部（ファイバレーザ装置）
ＰＡ・・・メインアンプ
ＰＲ・・・プリアンプ
ＲＦ・・・波長変換部
【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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【国際調査報告】
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