(57)【要約】【課題】周囲の温度や振動等の外部環境に左右されずに、ほぼ一定の波長の信号用レーザ光を安定的に出力して増幅されたレーザ光を出力させる。装置自体の小型化及び低コスト化を図りながら信号用レーザ光を所要の利得で増幅させる。【解決手段】レーザ媒質を含み、共振領域及び増幅領域を有した光ファイバーの共振領域に対してレーザ光を入射する共振領域励起用レーザ光源、共振領域側の光ファイバー内にて所要の間隔をおいて設けられ、共振領域励起用レーザ光源からのレーザ光の内、特定波長のレーザ光のみを全反射すると共に他の波長のレーザ光を通過させて両者間で共振して励起されたレーザ媒質より誘導放出して所定波長の信号用レーザ光を放出させる少なくとも一対の反射フィルター手段、光ファイバーの共振領域及び増幅領域間にて励起レーザ光を増幅領域側へ入射してレーザ媒質を励起状態にする増幅領域励起用レーザ光源を備える。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質を含み、共振領域及び増幅領域を有した光ファイバーと、光ファイバーの共振領域に対してレーザ光を入射する共振領域励起用レーザ光源と、
共振領域側の光ファイバー内にて所要の間隔をおいて設けられ、共振領域内で励起されたレーザ媒質より発する特定波長のレーザ光のみを反射すると共に他の波長のレーザ光を通過させて両者間で共振して励起されたレーザ媒質より誘導放出して所定波長の信号用レーザ光を放出させる少なくとも一対の反射フィルター手段と、
光ファイバーの共振領域及び増幅領域間にて励起レーザ光を増幅領域側へ入射してレーザ媒質を励起状態にする増幅領域励起用レーザ光源を備え、
増幅領域励起用レーザ光源からの励起レーザ光により増幅領域内のレーザ媒質を励起状態にした状態で、共振領域から増幅領域内に入射される信号用レーザ光により増幅領域内にて励起状態になったレーザ媒質からレーザ光を誘導放出させることにより所望の利得で増幅されたレーザ光を出力するレーザ光出力装置。
注：共振側及び増幅側の各レーザ光源を「励起用レーザ光源」とした場合には、混同しますので、共振領域励起用レーザ光源、増幅領域励起用レーザ光源とします。
【請求項２】
請求項１において、光ファイバーの増幅領域は、要求される信号用レーザ光の増幅利得に応じた長さで、コイル状に巻回してなるレーザ光出力装置。
【請求項３】
請求項１において、共振領域に設けられる反射フィルター手段はFBG（Fiber Bragg Grating）としたレーザ光出力装置。
【請求項４】
請求項１の共振領域励起用レーザ光源及び増幅領域励起用レーザ光源は、レーザダイオードとしたレーザ光出力装置。
【請求項５】
請求項１の増幅領域励起用レーザ光源は、光ファイバーにおける増幅領域の長さに応じて複数個設けたレーザ光出力装置。
【請求項６】
請求項５において、複数個の増幅領域励起用レーザ光源は、共振領域及び増幅領域間の光ファイバーに結合したレーザ光出力装置。
【請求項７】
請求項５において、複数個の増幅領域励起用レーザ光源は、共振領域及び増幅領域間の光ファイバー及び光ファイバーの出力側にそれぞれ結合したレーザ光出力装置。
【請求項８】
請求項１において、光ファイバーは、共振領域及び増幅領域を有した単一部材としたレーザ光出力装置。
【請求項９】
請求項１において、光ファイバーは、共振領域用光ファイバー及び増幅領域用光ファイバーを、光軸が一致するように結合したレーザ光出力装置。
【請求項１０】
レーザ媒質が添加された光ファイバーの増幅領域に対して励起用レーザ光源から励起レーザ光を入射してレーザ媒質を励起した状態で入射される信号用レーザ光により励起状態のレーザ媒質からレーザ光を誘導放出させてレーザ光を所望の利得で増幅する際に、
光ファイバーの前段側に設けた信号用レーザ光源から入射される信号用レーザ光及び増幅領域に対する励起用レーザ光の光強度とタイミング及び時間長を制御して光ファイバーから増幅されて出力される出力レーザ光を最適化するレーザ光発振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振部と増幅部を一体化したファイバーレーザからなるレーザ光出力装置及びレーザ光発振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ光出力装置としては、例えば特許文献１に示すものが知られている。該レーザ光出力装置はパルス状のレーザ光を出力する信号用レーザ光源、希土類元素を含み前記信号用レーザ光源からのレーザ光が一方の端面から入射されるとともに他方の端面をレーザ光の出射端面とした屈曲可能な希土類ドープ光ファイバー及びこの希土類ドープ光ファイバー中にレーザ光を入射することでその内部の希土類元素を励起状態とする励起用レーザ光源を備えたレーザ発生手段と、前記信号用レーザ光源および励起用レーザ光源を制御するレーザ発振制御手段とを具備し、前記励起用レーザ光源は、前記レーザ発振制御手段が被マーキング対象物へのマーキング動作を行わない場合でも駆動されて前記希土類ドープ光ファイバーをマーキング不能な低レベルの励起状態とするための低レベル用の励起用半導体レーザと、前記レーザ発振制御手段がマーキング動作を行う場合に駆動されて前記希土類ドープ光ファイバーをマーキング可能な高レベルの励起状態とするための高レベル用の励起用半導体レーザとから構成されている。
【０００３】
上記レーザ光出力装置にあっては、増幅される信号用レーザ光源及びレーザ媒質を励起する励起用レーザ光源としてレーザダイオード（以下、ＬＤと称する。）を使用しているが、その内の信号用レーザ光源ＬＤは、出力されるレーザ光と同一波長のレーザ光を出力する必要がある。
【０００４】
しかし、ＬＤにあっては、出力されるレーザ光の波長は、周囲の温度や振動等の外部環境に大きく左右され易く、出力レーザ光と同一波長のレーザ光を安定的に出力させるには、温度管理や振動吸収等を確実に行う必要がある。特に、ＬＤからのレーザ光の波長が周囲の温度変化等によりレーザ媒質の利得帯域外に変動した場合にあっては、該レーザ媒質から所望波長のレーザ光を誘導放出させることができなかった。
この欠点は、信号用レーザ光源としてのＬＤの温度管理、振動吸収を高い精度で行うことにより解決できるが、装置自体の大型化及び高コスト化を招く問題を有している。
【特許文献１】特許第３４１１８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、信号用レーザ光の出力波長が周囲の温度や振動等の外部環境に大きく左右され易く、増幅されたレーザ光を安定的に出力することができない点にある。また、安定した波長の信号用レーザ光を出力するには、信号用レーザ光源の温度管理や振動吸収等を確実に行う必要があり、装置自体の大型化及び高コスト化する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１のレーザ光出力装置は、レーザ媒質を含み、共振領域及び増幅領域を有した光ファイバーと、光ファイバーの共振領域に対してレーザ光を入射する共振領域励起用レーザ光源と、共振領域側の光ファイバー内にて所要の間隔をおいて設けられ、共振領域励起用レーザ光源から入射し励起したレーザー媒質より発生する特定波長のレーザ光のみを反射すると共に他の波長のレーザ光を通過させて両者間で共振して励起されたレーザ媒質より誘導放出して所定波長の信号用レーザ光を放出させる少なくとも一対の反射フィルター手段と、光ファイバーの共振領域及び増幅領域間にて励起レーザ光を増幅領域側へ入射してレーザ媒質を励起状態にする増幅領域励起用レーザ光源を備え、増幅領域励起用レーザ光源からの励起レーザ光により増幅領域内のレーザ媒質を励起状態にした状態で、共振領域から増幅領域内に入射される信号用レーザ光により増幅領域内にて励起状態になったレーザ媒質からレーザ光を誘導放出させることにより所望の利得で増幅されたレーザ光を出力することを特徴とする。
【０００７】
請求項１０のレーザ光発振方法は、レーザ媒質が添加された光ファイバーの増幅領域に対して増幅領域励起用レーザ光源から励起レーザ光を入射してレーザ媒質を励起した状態で入射される信号用レーザ光により励起状態のレーザ媒質からレーザ光を誘導放出させてレーザ光を所望の利得で増幅する際に、光ファイバーの前段側に設けた信号用レーザ光源から入射される信号用レーザ光及び増幅領域に対する励起用レーザ光の光強度とタイミング及び時間長を制御して光ファイバーから増幅されて出力される出力レーザ光を最適化することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、周囲の温度や振動等の外部環境に左右されずに、ほぼ一定の波長の信号用レーザ光を安定的に出力して増幅されたレーザ光を出力可能にする。また、装置自体の小型化及び低コスト化を図りながら信号用レーザ光を所要の利得で増幅させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、レーザ媒質を含み、共振領域及び増幅領域を有した光ファイバーを使用し、共振領域に入射されて励起するレーザ光によりレーザ媒質を励起して信号用レーザ光を得、この信号用レーザ光により増幅領域内のレーザ媒質から誘導放出して信号用レーザ光を所要の利得で増幅出力することを最良の形態とする。
【実施例】
【００１０】
以下に実施形態を示す図に従って本発明を説明する。
図１において、本発明に係るレーザ光出力装置１はコアにエルビウム（Ｅｒ）等のレーザ媒質を添加した光ファイバー３を使用する。該光ファイバー３の入射側は共振領域３ａに、また出力側は増幅領域３ｂに設定される。図示の例では増幅領域３ｂはコイル状に巻回されて所望の利得を得るのに必要な長さを確保している。また、図１において共振領域３ａの光ファイバー３を直線状とした場合を示すが、共振領域３ａの光ファイバー３をコイル状に卷回した構成であってもよい。
【００１１】
光ファイバー３における共振領域３ａの入射端側には共振領域励起用レーザ光源としての共振領域励起用ＬＤ５が設けられ、該共振領域励起用ＬＤ５は、図示しないレーザ制御装置により所定周期でパルス駆動されてレーザ光を共振領域３ａ内に入射させる。
【００１２】
共振領域３ａ内には所要の間隔をおいた一対の反射フィルター手段を構成するＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）７ａ・７ｂが形成されている。このＦＢＧ７ａ・７ｂは共振領域励起用ＬＤ５から入射された励起用レーザ光を透過してレーザ媒質を励起し、そのうちの一方のＦＢＧ７ａはレーザ媒質から誘導放出される特定波長のレーザ光のみを全反射する全反射ミラー機能を有していると共に他方のＦＢＧ７ｂは特定波長のレーザ光の一部を透過する半透過ミラー機能を有している。即ち、光ファイバー３の共振領域３ａ内に入射されたレーザ光により励起されたレーザ媒質から誘導放出される特定波長のレーザ光が一対のＦＢＧ７ａ，７ｂ間にて反射して共振することにより増幅されて一部が他方のＦＢＧ７ｂを透過して信号用レーザ光として発振される。
【００１３】
光ファイバー３における共振領域３ａと増幅領域３ｂの中間部には増幅領域励起用レーザ光源としての２個の増幅領域励起用ＬＤ１１ａ，１１ｂに接続された光ファイバー１３ａ・１３ｂが接続される光結合部９が設けられている。これら増幅領域励起用ＬＤ１１ａ，１１ｂは、光結合部９を介して光ファイバー３の増幅領域３ｂ内に励起用レーザ光を入射して該増幅領域３ｂ内のレーザ媒質を励起させる。
【００１４】
尚、光結合部９及び共振領域３ａ間の光ファイバー３内にはＦＢＧ７ａ，７ｂとは別のＦＢＧ１５が形成されている。該ＦＢＧ１５は増幅領域励起用ＬＤ１１ａ，１１ｂからの励起用レーザ光が光結合部９から光ファイバー３内に入射された際に、入射された励起用レーザ光が共振領域３ａ側へ入射するのを規制する。
【００１５】
次に、レーザ出力装置１による増幅されたレーザ光の出力作用及び信号用レーザ光の発振方法を説明する。
図２に示すよう、直流電流を印加して連続駆動される増幅領域励起用ＬＤ１１ａ，１１ｂから励起用レーザ光を光ファイバー３の増幅領域３ｂ内に入射すると、増幅領域３ｂ内のレーザ媒質は、入射された励起用レーザ光の所定波長レーザ光を吸収して励起される。
【００１６】
上記状態にて共振領域励起用ＬＤ５を、所要デューティでパルス駆動して光ファイバー３の共振領域３ａ内にレーザ光を入射してレーザ媒質を励起すると、レーザ媒質から誘導放出される特定波長のレーザ光をＦＢＧ７ａ・７ｂ間にて反射させながら共振させることにより増幅し、その一部をＦＢＧ７ｂから透過して信号用レーザ光として増幅領域３ｂ側へ入射させる。これにより共振領域３ａ内においては、共振領域励起用ＬＤ５からのレーザ光がＦＢＧ７ａ，７ｂ間にてレーザ媒質を励起して特定波長のレーザ光を共振、誘導放出させることにより信号用レーザ光を発振させる。
【００１７】
そしてＦＢＧ７ｂを透過して光ファイバー３の増幅領域３ｂ内に信号用レーザ光が入射されると、信号用レーザ光により増幅領域３ｂ内で予め増幅領域励起用ＬＤ１１ａ・１１ｂにより高準位の励起状態になったレーザ媒質からレーザ光を誘導放射させることにより信号用レーザ光を所要の利得で増幅出力させる。
【００１８】
そして光ファイバー３の出力端には、増幅出力されたレーザ光をワーク上に照射する、レーザ光を引き出す光ファイバー、コリメートレンズ、集光レンズ、または出力用全反射ミラー、出力ミラー等による光回路が設けられ、光ファイバー３の出力端から出力される増幅された出力レーザ光をワークに照射し、その熱エネルギーによりワークを溶接加工、熱処理加工、切削加工等の所望の状態で加工する。
【００１９】
図２は増幅領域３ｂに入射される励起用レーザ光及び信号用レーザ光の光強度や入射時間等を可変した際の出力レーザ光の光強度及び出力時間等の関係を示す。レーザ制御装置により励起用レーザ光及び信号用レーザ光の励起時間を長くすることにより増幅された出力レーザ光の出力時間を長く設定する。また、励起用レーザ光の光強度を高くすることにより増幅された出力レーザ光の出力強度（光強度）を強くする。反対に励起用レーザ光の光強度を低くすることにより増幅された出力レーザ光の出力強度（光強度）を弱くする。このようにレーザ制御装置は、信号用レーザ光及び励起用レーザ光の光強度とタイミング及び時間長を制御することにより光ファイバーから増幅されて出力される出力レーザ光がワークに適応するように最適化させる。
【００２０】
本実施例は、単一の光ファイバー３を共振領域３ａ及び増幅領域３ｂに分けて共振領域３ａにおいて信号用レーザ光を発振させると共に増幅領域３ｂにて信号用レーザ光を所望の利得で増幅する構成とすることにより共振領域励起用ＬＤ５から出力されるレーザ光の波長が、周囲の温度変化により変動した場合であっても、常に所要波長の信号用レーザ光を発振させて所望の利得で増幅することができる。これにより増幅されたレーザ光を安定的に出力させることができると共に装置自体を小型化及び低コスト化することができる。
【００２１】
本発明は、以下のように変更実施することができる。
１．上記説明は、２個の増幅領域励起用ＬＤ１１ａ・１１ｂを使用して光ファイバー３における増幅領域３ｂのレーザ媒質を励起状態にする構成としたが、本発明は増幅領域のレーザ媒質を励起するのに充分な個数、例えば１個、３個以上の励起用ＬＤであってもよい。
【００２２】
また、共振領域及び増幅領域間の光ファイバーに対して励起用レーザ光を入射させる構成にあっては、途中のレーザ媒質にレーザ光が吸収されて増幅領域における出力側のレーザ媒質を充分に励起できない場合がある。この場合にあっては、図３に示すように光ファイバー３における増幅領域３ｂの出力側に対し、増幅領域励起用ＬＤ１１ｃからの励起用レーザ光を入射させる構成とすればよい。
【００２３】
２．上記説明は、レーザ媒質が添加された単一の光ファイバー３を共振領域３ａ及び増幅領域３ｂに分ける構成としたが、図４に示すように共振領域３１ａと増幅領域３３ａを、レーザ媒質がそれぞれ添加された光ファイバー３１・３３により構成し、これら光ファイバー３１・３３を光結合部３５にてそれぞれの光軸が一致するように結合する構成であってもよい。
【００２４】
３．増幅領域に対して励起用ＬＤからの励起用レーザ光を連続出力した状態で共振領域からの信号用レーザ光を増幅領域に対して連続して入射させることにより増幅された出力レーザ光を連続して出力させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】レーザ光出力装置の概略を示す説明図である。
【図２】共振領域励起用ＬＤ、増幅領域励起用ＬＤ及び光ファイバー出力端からの各レーザ光の出力状態を示す説明図である。
【図３】本発明の変更実施例を示す説明図である。
【図４】本発明の変更実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  レーザ光出力装置
３  光ファイバー
３ａ  共振領域
３ｂ  増幅領域
５  共振領域励起用レーザ光源としての共振領域励起用ＬＤ
７ａ・７ｂ  反射フィルター手段としてのＦＢＧ
１１ａ・１１ｂ  増幅領域励起用レーザ光源としての増幅領域励起用ＬＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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