(57)【要約】【課題】ポラライザを用いなくとも、単一偏波を保持しつつ高出力のレーザ光を発振できること。【解決手段】本発明にかかる光ファイバレーザ１は、希土類添加光ファイバ５の両端に、ＦＢＧ４ａ，６ａをそれぞれ形成した偏波保持光ファイバ４，６を接続し、偏波保持光ファイバ４が形成する２つの反射波長のいずれか一つと偏波保持光ファイバ６が形成する２つの反射波長のいずれか一つとを一致させ、この一致した反射波長の単一偏波レーザ光を発振する。この場合、偏波保持光ファイバ４，６は、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とを平行にする位置関係になるように希土類添加光ファイバ５に融着接続される。【選択図】        図１
2007273600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波保持光ファイバに希土類元素を添加した増幅媒体の両端に、ＦＢＧを形成した偏波保持光ファイバを接続し、前記両端の偏波保持光ファイバのうちの一端の偏波保持光ファイバが形成する２つの反射波長のいずれか一つと他端の偏波保持光ファイバが形成する２つの反射波長のいずれか一つとを一致させ、この一致した反射波長の単一偏波レーザ光を発振することを特徴とする光ファイバレーザ。
【請求項２】
前記両端の偏波保持光ファイバは、互いのスロー軸とファースト軸とを平行にする位置関係に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】
前記一端の偏波保持光ファイバのスロー軸は、前記増幅媒体のファースト軸に直交し、
前記他端の偏波保持光ファイバのスロー軸は、前記増幅媒体のファースト軸に平行であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバレーザ。
【請求項４】
前記両端の偏波保持光ファイバは、前記増幅媒体に融着接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ。
【請求項５】
前記希土類元素は、イットリビウムおよびエルビウムの少なくとも一つを含む元素であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ。
【請求項６】
前記増幅媒体に入力する励起光は、９００〜９８０ｎｍまたは１４５０〜１５００ｎｍの範囲内の波長を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバレーザ。
【請求項７】
前記単一偏波レーザ光は、１０００〜１１５０ｎｍの範囲内の波長を有することを特徴とする請求項６に記載の光ファイバレーザ。
【請求項８】
前記単一偏波レーザ光は、１５２０〜１６００ｎｍの範囲内の波長を有することを特徴とする請求項６に記載の光ファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧと称する）を用いて形成されるファブリペロー型の共振器を備えた光ファイバレーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、イットリビウム（Ｙｂ）等の希土類元素を添加した光ファイバを増幅媒体にし、この増幅媒体の両端にＦＢＧを接続して形成されるファブリペロー型の共振器を備えた光ファイバレーザが提案されている。光ファイバレーザは、かかる共振器の増幅媒体に励起光を入力し、この増幅媒体の希土類元素イオン（例えばイットリビウムイオン）を励起させてレーザ光を発振する。この場合、かかる増幅媒体の両端に接続された光ファイバのＦＢＧは、この希土類元素イオンの励起によって放出された放出光を反射する。このように反射された放出光は、かかる両端のＦＢＧの間（すなわちＦＢＧに挟まれた増幅媒体）を往復するとともに、この増幅媒体によって増幅される。このように増幅された放出光は、かかる両端のＦＢＧのうちの出力側のＦＢＧを透過し、レーザ光として外部に出力される。
【０００３】
このような光ファイバレーザとして、イットリビウムおよびエルビウムを添加した光ファイバを増幅媒体にし、ＦＢＧが形成された標準的な光ファイバをこの増幅媒体の入力端に接続し且つＦＢＧが形成された偏波保持光ファイバをこの増幅媒体の出力端に接続した共振器を有するものがある（例えば、非特許文献１を参照）。この非特許文献１に記載された光ファイバレーザは、増幅媒体の出力端側に接続された偏波保持光ファイバによってレーザ光の出力波長を選択し、この選択した出力波長のレーザ光を出力する。
【０００４】
一方、イットリビウム等の希土類元素を添加した光ファイバを増幅媒体にし、この増幅媒体の両端にＦＢＧが形成された偏波保持光ファイバを接続した共振器を有し、この共振器の出力側にポラライザを設けた光ファイバレーザもある。この場合、光ファイバレーザは、共振器の増幅媒体に励起光を入力することによって、直交する２つの偏波モードでレーザ光を発振し、かかる２つの偏波のレーザ光のうちの１つをポラライザによって取り出すものである。
【０００５】
【非特許文献１】OSA Topical Meeting on Advanced Solid-State Photonics 2004   Postdeadline paper PD5:February 2,2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したようにポラライザを用いて単一偏波のレーザ光を得る光ファイバレーザは、このポラライザにレーザ光を透過させる必要があるため、レーザ光の透過損失が増加し、あるいは、このポラライザに入力したレーザ光が不必要に反射する虞があるという問題点があった。また、共振器にポラライザを設ける必要があるので、光ファイバレーザを構成する部品点数が増加し、装置規模の小型化が困難であるという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ポラライザを用いなくとも、単一の偏波を保持しつつ高出力のレーザ光を発振できる光ファイバレーザ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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる光ファイバレーザは、偏波保持光ファイバに希土類元素を添加した増幅媒体の両端に、ＦＢＧを形成した偏波保持光ファイバを接続し、前記両端の偏波保持光ファイバのうちの一端の偏波保持光ファイバが形成する２つの反射波長のいずれか一つと他端の偏波保持光ファイバが形成する２つの反射波長のいずれか一つとを一致させ、この一致した反射波長の単一偏波レーザ光を発振することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２にかかる光ファイバレーザは、上記の発明において、前記両端の偏波保持光ファイバは、互いのスロー軸とファースト軸とを平行にする位置関係にあることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３にかかる光ファイバレーザは、上記の発明において、前記一端の偏波保持光ファイバのスロー軸は、前記増幅媒体のファースト軸に直交し、前記他端の偏波保持光ファイバのスロー軸は、前記増幅媒体のファースト軸に平行であることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４にかかる光ファイバレーザは、上記の発明において、前記両端の偏波保持光ファイバは、前記増幅媒体に融着接続されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５にかかる光ファイバレーザは、上記の発明において、前記希土類元素は、イットリビウムおよびエルビウムの少なくとも一つを含む元素であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６にかかる光ファイバレーザは、上記の発明において、前記増幅媒体に入力する励起光は、９００〜９８０ｎｍまたは１４５０〜１５００ｎｍの範囲内の波長を有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７にかかる光ファイバレーザは、上記の発明において、前記単一偏波レーザ光は、１０００〜１１５０ｎｍの範囲内の波長を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８にかかる光ファイバレーザは、上記の発明において、前記単一偏波レーザ光は、１５２０〜１６００ｎｍの範囲内の波長を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、増幅媒体とその両側のＦＢＧとによってレーザ光の単一偏波を保持しつつレーザ発振できる共振器を形成することができ、この結果、ポラライザを用いずに、所望の共振波長の単一偏波レーザ光を高出力で発振可能な光ファイバレーザを実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明にかかる光ファイバレーザの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明にかかる実施の形態は、本発明を具体化した例であって、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１８】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる光ファイバレーザの一構成例を示す模式図である。図１に示すように、この実施の形態にかかる光ファイバ１は、所定の波長帯域の励起光を発する励起光源２と、ＦＢＧ４ａを形成した偏波保持光ファイバ４と、希土類添加光ファイバ５と、ＦＢＧ６ａを形成した偏波保持光ファイバ６とを有する。この場合、光ファイバレーザ１の励起光入力端に励起光源２が設けられ、かかる励起光源２の後段に、ＦＢＧ４ａを形成した偏波保持光ファイバ４、希土類添加光ファイバ５、ＦＢＧ６ａを形成した偏波保持光ファイバ６が順次直列に接続される。また、光ファイバレーザ１のレーザ光出力端（すなわち偏波保持光ファイバ６の後段）には、受光部７が接続される。
【００１９】
励起光源２は、例えば半導体レーザ等を用いて実現され、所定の波長帯域の励起光を発する。かかる励起光源２によって発せられた励起光は、ＦＢＧ４ａを透過して希土類添加光ファイバ５に達する。この場合、かかる励起光は、希土類添加光ファイバ５を伝搬するとともに、この希土類添加光ファイバ５に添加されている希土類元素イオンを励起する。このような励起光源２は、例えば光ファイバレーザ１が１０００〜１１５０ｎｍの範囲内の波長を有するレーザ光を発振する場合、９００〜９８０ｎｍの範囲内の波長を有する励起光をマルチモードで発振し、かかるマルチモードの励起光を希土類添加光ファイバ５に入力する。
【００２０】
偏波保持光ファイバ４，６は、互いに直交する２軸方向についてコア部に複屈折特性を持たせた光ファイバであり、直交する２つの偏波面をそれぞれ規定するスロー軸（Ｓｌｏｗ軸）とファースト軸（Ｆａｓｔ軸）とを形成する。このような偏波保持光ファイバ４，６のコア部にグレーティングを形成することによって、ＦＢＧ４ａ，６ａがそれぞれ形成される。ＦＢＧ４ａ，６ａは、光ファイバレーザ１がレーザ光を発振するための共振器を形成する反射器として機能する。具体的には、ＦＢＧ４ａ，６ａは、偏波保持光ファイバ４，６の各コア部にそれぞれ形成され、かかる各コア部の屈折率を光の進行方向に沿って周期的に変化させることによって、所定の波長帯域の光を反射する。
【００２１】
このようなＦＢＧ４ａ，６ａが形成された偏波保持光ファイバ４，６は、Ｓｌｏｗ軸の方向に偏波する光（以下、Ｓｌｏｗ軸の光と称する）をその偏波面（Ｓｌｏｗ軸に規定される偏波面）を保持しつつ伝搬し、Ｆａｓｔ軸の方向に偏波する光（以下、Ｆａｓｔ軸の光と称する）をその偏波面（Ｆａｓｔ軸に規定される偏波面）を保持しつつ伝搬する。なお、かかるＳｌｏｗ軸およびＦａｓｔ軸は、偏波保持光ファイバの横断面上においてコア部を中心に直交する偏波軸である。
【００２２】
具体的には、ＦＢＧ４ａを形成した偏波保持光ファイバ４は、一端に例えば励起光源２が接続され且つ他端に希土類添加光ファイバ５が接続される。かかるＦＢＧ４ａは、偏波保持光ファイバの複屈折率特性のため、波長λ１，λ２（λ１＜λ２）をそれぞれ反射中心波長とする２つの反射波長帯域を形成し、かかる反射波長帯域内の波長の光を反射する。具体的には、ＦＢＧ４ａは、励起光源２によって発振された励起光を透過させるとともに、希土類添加光ファイバ５によって放出された光（例えば自然放出光）またはＦＢＧ６ａによって反射された光を比較的高い反射率（例えば９９％以上の反射率）で反射する。このようなＦＢＧ４ａを形成した偏波保持光ファイバ４は、励起光源２からの励起光を希土類添加光ファイバ５に伝搬するとともに、希土類添加光ファイバ５によって放出された光またはＦＢＧ４ａ，６ａによって反射された光をその偏波面を保持しつつ伝搬する。
【００２３】
ここで、かかるＦＢＧ４ａが形成する２つの反射波長帯域のうち、波長λ１を反射中心波長とする反射波長帯域はＦａｓｔ軸の光の反射波長帯域であり、波長λ２を反射中心波長とする反射波長帯域はＳｌｏｗ軸の光の反射波長帯域である。
【００２４】
一方、ＦＢＧ６ａを形成した偏波保持光ファイバ６は、一端に希土類添加光ファイバ５が接続され且つ他端に受光部７が接続される。かかるＦＢＧ６ａは、波長λ３，λ４（λ３＜λ４）をそれぞれ反射中心波長とする２つの反射波長帯域を形成し、かかる反射波長帯域内の波長を有する光を反射する。具体的には、ＦＢＧ６ａは、希土類添加光ファイバ５の中で活性化されたレーザ光を出力端側（すなわち受光部７側）に透過させるとともに、希土類添加光ファイバ５によって放出された光またはＦＢＧ４によって反射された光をＦＢＧ４に比して低い反射率（例えば９０％以下の反射率）で反射する。この場合、ＦＢＧ６ａは、光ファイバレーザ１の共振器を形成する出力端側の反射器として機能するとともにアウトプットカプラとして機能する。このようなＦＢＧ６ａを形成した偏波保持光ファイバ６は、希土類添加光ファイバ５によって活性化されたレーザ光を受光部７に伝搬するとともに、希土類添加光ファイバ５によって放出された光またはＦＢＧ４ａ，６ａによって反射された光をその偏波面を保持しつつ伝搬する。
【００２５】
ここで、かかるＦＢＧ６ａが形成する２つの反射波長帯域のうち、波長λ３を反射中心波長とする反射波長帯域はＦａｓｔ軸の光の反射波長帯域であり、波長λ４を反射中心波長とする反射波長帯域はＳｌｏｗ軸の光の反射波長帯域である。
【００２６】
なお、かかるＦＢＧ４ａ，６ａをそれぞれ形成した偏波保持光ファイバａ，６は、互いに直交する２軸方向（Ｓｌｏｗ軸方向およびＦａｓｔ軸方向）についてコア部に複屈折特性を持たせたものであり、例えば、コア部の両側に応力付与部を配置したＰＡＮＤＡ（Polarization maintaining AND Absorption-reducing）型の偏波保持ファイバであってもよいし、楕円クラッド型の偏波保持ファイバであってもよい。
【００２７】
希土類添加光ファイバ５は、励起光源２によって発振された励起光を用いて光を放出するとともに、上述したＦＢＧ４，６の間で繰り返し反射される光を増幅してレーザ光を生成する増幅媒体として機能する。具体的には、希土類添加光ファイバ５は、ＰＡＮＤＡ型または楕円クラッド型の偏波保持光ファイバのコア部に希土類元素を添加したものであって、このコア部の外周に２層のクラッド部を配置したダブルクラッド構造を有する。すなわち、希土類添加光ファイバ５は、伝搬する光（例えばＳｌｏｗ軸の光またはＦａｓｔ軸の光）の偏波を保持する偏波保持機能と、ダブルクラッド構造のＣＰＦ（Cladding-pumped Fiber）と同様の光増幅機能とを兼ね備える。
【００２８】
また、希土類添加光ファイバ５は、一端（励起光入力側）に偏波保持光ファイバ４が接続され且つ他端（レーザ光出力側）に偏波保持光ファイバ６が接続される。この場合、希土類添加光ファイバ５は、励起光入力側の接続部Ｃ１において偏波保持光ファイバ４と融着接続され、レーザ光出力側の接続部Ｃ２において偏波保持光ファイバ６と融着接続される。このような希土類添加光ファイバ５は、ＦＢＧ４を透過した励起光がコア部の希土類元素イオンを励起することによって光を放出し、この放出した光（自然放出光）をＦＢＧ４ａ，６ａに伝搬する。さらに、希土類添加光ファイバ５は、かかるＦＢＧ４ａ，６ａの間で反射を繰り返す光を増幅し、この結果、レーザ光を発生する。
【００２９】
なお、この希土類添加光ファイバ５のコア部に添加される希土類元素は、例えば、光ファイバレーザ１が１．５５μｍ帯域（１５２０〜１６００ｎｍ）のレーザ光を発振する場合にはエルビウムであり、１０００〜１１５０ｎｍの範囲内の波長を有するレーザ光を発振する場合にはイットリビウムである。また、かかる希土類元素は、エルビウムおよびイットリビウムを含むもの（Ｅｒ−Ｙｂ）であってもよい。
【００３０】
ここで、かかる希土類添加光ファイバ５の両端にそれぞれ接続された偏波保持光ファイバ４，６は、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とを平行にする位置関係にある。すなわち、偏波保持光ファイバ４のＳｌｏｗ軸およびＦａｓｔ軸は、偏波保持光ファイバ６のＳｌｏｗ軸およびＦａｓｔ軸をコア部を中心に９０度回転したものと略同じである。このような位置関係にある偏波保持光ファイバ４，６は、上述した波長λ１，λ２を反射中心波長とする２つの反射波長帯域のいずれか一つと波長λ３，λ４を反射中心波長とする２つの反射波長帯域のいずれか一つとを一致させる。この場合、ＦＢＧ４ａ，６ａは、このように一致した反射波長帯域内の反射波長の光を繰り返し反射する。
【００３１】
このようなＦＢＧ４ａ，６ａと希土類添加光ファイバ５とを用いて形成される共振器は、ＦＢＧ４ａ，６ａの間で一致させた単一の反射波長帯域内の反射波長（すなわち共振波長）で光を共振させ、この共振波長の光をＦＢＧ４ａ，６ａの間で繰り返し反射するとともに希土類添加光ファイバ５によって増幅する。この結果、かかる共振器は、単一偏波を保持しつつこの共振波長のレーザ光（すなわち単一偏波レーザ光）を高出力で発振する。かかる共振器によって発振されたレーザ光は、単一偏波を維持しつつ偏波保持光ファイバ６を伝搬するとともにＦＢＧ６ａを透過し、その後、受光部７に入力される。具体的には、かかる共振器は、励起光源２によって９００〜９８０ｎｍの励起光が入力された場合、１０００〜１１５０ｎｍの範囲内の共振波長の単一偏波レーザ光を発振する。この場合、かかる共振器は、例えば１０〜１００Ｗの高い出力でこの単一偏波レーザ光を発振できる。
【００３２】
受光部７は、上述したような構成を有する光ファイバレーザ１をレーザ光源とする各種装置であり、例えば、入力されたレーザ光を１／２波長の光に変換するＳＨＧ素子、レーザマーキング装置等である。例えば、受光部７がＳＨＧ素子である場合、かかる受光部７は、光ファイバレーザ１によって発振された１０８０ｎｍのレーザ光（赤外色）を５４０ｎｍのレーザ光（緑色）に変換することができる。ここで、ＳＨＧ素子は、一般に、偏波依存性の高いデバイスである。このため、かかるＳＨＧ素子に入力されるレーザ光は、単一偏波を維持したものであることが望ましい。本発明の実施の形態にかかる光ファイバレーザ１は、上述したように、単一偏波を保持しつつハイパワーなレーザ光を発振できる。したがって、光ファイバレーザ１は、ＳＨＧ素子等の偏波依存性のあるデバイスにレーザ光を入力するレーザ光源に好適なものである。
【００３３】
つぎに、上述した偏波保持光ファイバ４，６と希土類添加光ファイバ５との接続方法について説明する。図２は、希土類添加光ファイバ５の両端に接続される偏波保持光ファイバ４，６の接続状態を例示する模式図である。偏波保持光ファイバ４，６は、上述したように、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とを平行にする位置関係になるように希土類添加光ファイバ５の両端に融着接続される。具体的には、図２に示すように、希土類添加光ファイバ５の両端に偏波保持光ファイバ４，６を接続した一連の光ファイバの横断面においてコア部を中心に直交する２軸（Ｘ軸およびＹ軸）を設定した場合、偏波保持光ファイバ４のＳｌｏｗ軸、希土類添加光ファイバ５のＦａｓｔ軸、および偏波保持光ファイバ６のＦａｓｔ軸は、このＸ軸に平行であり、偏波保持光ファイバ４のＦａｓｔ軸、希土類添加光ファイバ５のＳｌｏｗ軸、および偏波保持光ファイバ６のＳｌｏｗ軸は、Ｙ軸に平行である。
【００３４】
ここで、偏波保持光ファイバ４と希土類添加光ファイバ５とが融着接続された接続部Ｃ１において、偏波保持光ファイバ４のＳｌｏｗ軸は、希土類添加光ファイバ５のＦａｓｔ軸に平行であり（すなわち一致し）、偏波保持光ファイバ４のＦａｓｔ軸は、希土類添加光ファイバ５のＦａｓｔ軸に直交する。この場合、偏波保持光ファイバ４のＳｌｏｗ軸およびＦａｓｔ軸は、希土類添加光ファイバ５のＳｌｏｗ軸およびＦａｓｔ軸をコア部を中心に９０度回転したものと略同じである。すなわち、接続部Ｃ１は、コア部を中心に相対的に９０度回転させた偏波保持光ファイバ４と希土類添加光ファイバ５とを融着接続した部分（９０度融着接続部）である。
【００３５】
一方、偏波保持光ファイバ６と希土類添加光ファイバ５とが融着接続された接続部Ｃ２において、偏波保持光ファイバ６のＳｌｏｗ軸は、希土類添加光ファイバ５のＦａｓｔ軸に直交し、偏波保持光ファイバ６のＦａｓｔ軸は、希土類添加光ファイバ５のＦａｓｔ軸に平行である（すなわち一致する）。この場合、偏波保持光ファイバ６のＳｌｏｗ軸およびＦａｓｔ軸は、希土類添加光ファイバ５のＳｌｏｗ軸およびＦａｓｔ軸と略同じである。
【００３６】
このような位置関係になるように希土類添加光ファイバ５の両端に偏波保持光ファイバ４，６を接続した場合、ＦＢＧ４ａによって反射されたＳｌｏｗ軸の光は、接続部Ｃ１を境に希土類添加光ファイバ５のＦａｓｔ軸の光に転換され、その後、Ｆａｓｔ軸の光として偏波保持光ファイバ６を伝搬し、ＦＢＧ６ａに達する。これと同様に、ＦＢＧ４ａによって反射されたＦａｓｔ軸の光は、接続部Ｃ１を境に希土類添加光ファイバ５のＳｌｏｗ軸の光に転換され、その後、Ｓｌｏｗ軸の光として偏波保持光ファイバ６を伝搬し、ＦＢＧ６ａに達する。一方、ＦＢＧ６ａによって反射されたＳｌｏｗ軸の光は、Ｓｌｏｗ軸の光として希土類添加光ファイバ５を伝搬し、接続部Ｃ１を境に偏波保持光ファイバ４のＦａｓｔ軸の光に転換され、その後、Ｆａｓｔ軸の光として偏波保持光ファイバ４を伝搬し、ＦＢＧ４ａに達する。これと同様に、ＦＢＧ６ａによって反射されたＦａｓｔ軸の光は、Ｆａｓｔ軸の光として希土類添加光ファイバ５を伝搬し、接続部Ｃ１を境に偏波保持光ファイバ４のＳｌｏｗ軸の光に転換され、その後、Ｓｌｏｗ軸の光として偏波保持光ファイバ４を伝搬し、ＦＢＧ４ａに達する。
【００３７】
このように偏波保持光ファイバ４，６および希土類添加光ファイバ５を直列接続した一連の光ファイバは、上述したように、９０度融着接続部である接続部Ｃ１を境に伝搬光の偏波軸を転換しつつ、この伝搬光の単一偏波を保持している。この場合、かかる一連の光ファイバ（すなわちＦＢＧ４ａ，６ａと希土類添加光ファイバ５とによって形成される共振器）は、ＦＢＧ４ａの反射中心波長である２つの波長λ１，λ２のいずれか一つとＦＢＧ６ａの反射中心波長である２つの波長λ３，λ４のいずれか一つとを一致させる。この結果、かかる光ファイバレーザ１の共振器は、波長λ１，λ２を反射中心波長とする２つの反射波長帯域のいずれか一つと波長λ３，λ４を反射中心波長とする２つの反射波長帯域のいずれか一つとを一致させる。このようにして、光ファイバレーザ１の共振器は、単一の反射波長帯域を得る。光ファイバレーザ１の共振器は、このようにして得られた単一の反射波長帯域内の反射波長を共振波長にしてレーザ光を発振する。
【００３８】
また、かかる光ファイバレーザ１の共振器は、このような共振波長で発振するレーザ光の単一偏波を保持する。すなわち、かかる光ファイバレーザ１の共振器によって発振された単一偏波レーザ光は、このような共振波長を有するとともに、図２に示すＸ軸方向の偏波およびＹ軸方向の偏波のいずれか一つ（すなわち単一偏波）を維持する。なお、このＸ軸方向の偏波は、偏波保持光ファイバ４のＳｌｏｗ軸（または希土類添加光ファイバ５および偏波保持光ファイバ６のＦａｓｔ軸）によって規定される。このＹ軸方向の偏波は、偏波保持光ファイバ４のＦａｓｔ軸（または希土類添加光ファイバ５および偏波保持光ファイバ６のＳｌｏｗ軸）によって規定される。
【００３９】
つぎに、本発明の実施の形態にかかる光ファイバレーザ１の共振器の偏波保持特性について説明する。図３は、光ファイバレーザ１の共振器を形成するＦＢＧ４ａ，６ａの反射スペクトラムの一例を示す模式図である。なお、図３において、曲線Ｌ１は、ＦＢＧ４ａによって反射される光の反射率と波長との関係（すなわちＦＢＧ４ａの反射スペクトラム）を示す。曲線Ｌ２は、ＦＢＧ６ａによって反射される光の反射率と波長との関係（すなわちＦＢＧ６ａの反射スペクトラム）を示す。
【００４０】
上述した光ファイバレーザ１の共振器は、例えば図２に示したような位置関係にある偏波保持光ファイバ４，６と希土類添加光ファイバ５とを直列に接続して形成されるので、ＦＢＧ４ａの反射中心波長である２つの波長λ１，λ２のいずれか一つとＦＢＧ６ａの反射中心波長である２つの波長λ３，λ４のいずれか一つとを一致させる。具体的には、かかる光ファイバレーザ１の共振器は、希土類添加光ファイバ５を介して偏波保持光ファイバ４のＦａｓｔ軸と偏波保持光ファイバ６のＳｌｏｗ軸とを平行にすることによって、図３に示すように波長λ１と波長λ４とを一致させることができる。
【００４１】
ここで、波長λ１は、ＦＢＧ４ａによって反射されるＦａｓｔ軸の光の反射中心波長であり、波長λ２（＞λ１）は、ＦＢＧ４ａによって反射されるＳｌｏｗ軸の光の反射中心波長である。すなわち図３の曲線Ｌ１に示すように、波長λ１を反射中心波長とする反射波長帯域（Ｆａｓｔ側の反射波長帯域）は、波長λ２を反射中心波長とする反射波長帯域（Ｓｌｏｗ側の反射波長帯域）に比して低い波長帯域である。一方、波長λ３は、ＦＢＧ６ａによって反射されるＦａｓｔ軸の光の反射中心波長であり、波長λ４（＞λ３）は、ＦＢＧ６ａによって反射されるＳｌｏｗ軸の光の反射中心波長である。すなわち図３の曲線Ｌ２に示すように、波長λ３を反射中心波長とする反射波長帯域（Ｆａｓｔ側の反射波長帯域）は、波長λ４を反射中心波長とする反射波長帯域（Ｓｌｏｗ側の反射波長帯域）に比して低い波長帯域である。
【００４２】
このような波長λ１と波長λ４とを一致させることによって、偏波保持光ファイバ４が形成するＦａｓｔ側の反射波長帯域と偏波保持光ファイバ６が形成するＳｌｏｗ側の反射波長帯域とをほぼ一致させることができる。この場合、波長λ２，λ３は波長λ１（＝λ４）を挟んで大きく離れている（すなわち波長λ２，λ３の波長間隔が大きい）ので、偏波保持光ファイバ４が形成するＳｌｏｗ側の反射波長帯域と偏波保持光ファイバ６が形成するＦａｓｔ側の反射波長帯域とは一致しない。したがって、偏波保持光ファイバ４のＦａｓｔ軸の光および偏波保持光ファイバ６のＳｌｏｗ軸の光（すなわち図２に示すＹ軸方向に偏波した光）は、ＦＢＧ４ａ，６ａの間で繰り返し反射されるとともに共振する。一方、偏波保持光ファイバ４のＳｌｏｗ軸の光および偏波保持光ファイバ６のＦａｓｔ軸の光（すなわち図２に示すＸ軸方向に偏波した光）は、ＦＢＧ４ａ，６ａによって反射されずにＦＢＧ４ａ，６ａを透過する。
【００４３】
この結果、光ファイバレーザ１の共振器は、図３の曲線Ｌ３に示すように、波長λ１（＝λ４）を反射中心波長とする単一の反射波長帯域を得ることができる。この場合、光ファイバレーザ１の共振器は、共振波長をかかる単一の反射波長帯域内の波長、例えば反射中心波長に固定してレーザ光を発振するとともに、この共振波長を有するレーザ光の単一偏波（例えばＹ軸方向の偏波）を保持する。
【００４４】
なお、上述したように偏波保持光ファイバ４が形成するＦａｓｔ側の反射波長帯域と偏波保持光ファイバ６が形成するＳｌｏｗ側の反射波長帯域とを一致させる場合に限らず、波長λ２と波長λ３とを一致させることによって、偏波保持光ファイバ４が形成するＳｌｏｗ側の反射波長帯域と偏波保持光ファイバ６が形成するＦａｓｔ側の反射波長帯域とを一致させてもよい。図４は、光ファイバレーザ１の共振器を形成するＦＢＧ４ａ，６ａの反射スペクトラムの別の一例を示す模式図である。
【００４５】
具体的には、上述した光ファイバレーザ１の共振器は、希土類添加光ファイバ５を介して偏波保持光ファイバ４のＳｌｏｗ軸と偏波保持光ファイバ６のＦａｓｔ軸とを平行にすることによって、図４に示すように波長λ２と波長λ３とを一致させることができる。このように波長λ２と波長λ３とを一致させることによって、偏波保持光ファイバ４が形成するＳｌｏｗ側の反射波長帯域と偏波保持光ファイバ６が形成するＦａｓｔ側の反射波長帯域とをほぼ一致させることができる。この場合、波長λ１，λ４は波長λ２（＝λ３）を挟んで大きく離れている（すなわち波長λ１，λ４の波長間隔が大きい）ので、偏波保持光ファイバ４が形成するＦａｓｔ側の反射波長帯域と偏波保持光ファイバ６が形成するＳｌｏｗ側の反射波長帯域とは一致しない。
【００４６】
このように偏波保持光ファイバ４が形成するＳｌｏｗ側の反射波長帯域と偏波保持光ファイバ６が形成するＦａｓｔ側の反射波長帯域と一致させる場合、偏波保持光ファイバ４のＳｌｏｗ軸の光および偏波保持光ファイバ６のＦａｓｔ軸の光（すなわち図２に示すＸ軸方向に偏波した光）は、ＦＢＧ４ａ，６ａの間で繰り返し反射されるとともに共振する。一方、偏波保持光ファイバ４のＦａｓｔ軸の光および偏波保持光ファイバ６のＳｌｏｗ軸の光（すなわち図２に示すＹ軸方向に偏波した光）は、ＦＢＧ４ａ，６ａによって反射されずにＦＢＧ４ａ，６ａを透過する。
【００４７】
この結果、光ファイバレーザ１の共振器は、図４の曲線Ｌ３に示すように、波長λ２（＝λ３）を反射中心波長とする単一の反射波長帯域を得ることができる。この場合、光ファイバレーザ１の共振器は、共振波長をかかる単一の反射波長帯域内の波長、例えば反射中心波長に固定してレーザ光を発振するとともに、この共振波長を有するレーザ光の単一偏波（例えばＸ軸方向の偏波）を保持する。
【００４８】
なお、希土類添加光ファイバ５の両端に接続される偏波保持光ファイバ４，６は、上述したように互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とを平行にする位置関係にあることが望ましい。これは、図３に示したように波長λ１と波長λ４とを確実に一致させることができ、あるいは、図４に示したように波長λ２と波長λ３とを確実に一致させることができるからである。しかし、かかるＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸との間に反射する波長のずれがある場合であっても、ＦＢＧ４ａ，６ａのグレーティングの間隔を微調整することによって、波長λ１，λ４または波長λ２，λ３を一致させることができる。かかるＦＢＧ４ａ，６ａのグレーティングの間隔は、かかるＦＢＧ４ａ，６ａを形成した偏波保持光ファイバ４，６の温度またはテンションを調節することによって微調整できる。
【００４９】
また、偏波保持光ファイバ４と希土類添加光ファイバ５とは接続部Ｃ１において互いのＦａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸とを一致させて融着接続されることが望ましいが、かかる接続部Ｃ１において偏波保持光ファイバ４と希土類添加光ファイバ５との間に回転ずれが生じた場合であっても、接続部Ｃ１におけるＳｌｏｗ軸の光とＦａｓｔ軸の光との消光比が絶対値で２０ｄＢ以上であればよい。これと同様に、接続部Ｃ２において希土類添加光ファイバ５と偏波保持光ファイバ６との間に回転ずれが生じた場合であっても、かかる接続部Ｃ２におけるＳｌｏｗ軸の光とＦａｓｔ軸の光との消光比が絶対値で２０ｄＢ以上であればよい。
【００５０】
以上、説明したように、本発明の実施の形態では、コア部に希土類元素を添加した偏波保持光ファイバの構造を有する増幅媒体の両端に、ＦＢＧを形成した偏波保持光ファイバを接続し、かかる両端の偏波保持光ファイバのうちの一端の偏波保持ファイバが形成する２つの反射波長のいずれか一つと他端の偏波保持光ファイバが形成する２つの反射波長のいずれか一つとを一致させ、この一致した反射波長（例えば反射波長帯域の反射中心波長）を共振波長に固定してレーザ光を発振するように構成した。このため、かかる増幅媒体と両端の偏波保持光ファイバとによって、この共振波長のレーザ光の偏波を単一方向（例えば上述したＸ軸方向またはＹ軸方向）のものに保持しつつレーザ発振できる共振器を形成することができる。この結果、ポラライザを用いずに、かかる共振波長の単一偏波レーザ光を発振できる光ファイバレーザを実現することができる。
【００５１】
本発明にかかる光ファイバレーザは、共振器内の増幅媒体のコア部に添加した希土類元素イオンを励起する励起光の光パワーを調節することによって、例えば数ｍＷの単一偏波レーザ光または１０〜１００Ｗ、およびそれ以上のハイパワーな単一偏波レーザ光を発振することができる。
【００５２】
また、本発明にかかる光ファイバレーザは、ポラライザを必要としないので、ポラライザに起因する様々な問題点を解消することができる。例えば、本発明にかかる光ファイバレーザは、ポラライザにレーザ光を透過させた際に生じるレーザ光の透過損失の増加、ポラライザからの不必要なレーザ光反射、共振器長または光ファイバレーザ長の増加、および構成部品の増加等の各種問題点を解消できる。したがって、本発明にかかる光ファイバレーザは、装置規模の小型化と製造コストの低減とを促進するとともに、単一偏波レーザ光の損失を低減することができる。
【００５３】
本発明にかかる光ファイバレーザを用いることによって、ＳＨＧ素子等の偏波依存性のある各種デバイスに所望の光パワーのレーザ光を入力するレーザ光源として好適なものを容易に実現することができる。
【００５４】
なお、本発明の実施の形態では、単一偏波レーザ光を発振する共振器の増幅媒体として、希土類元素を添加したコア部の外周に２層のクラッド部を配置したダブルクラッド構造を有する偏波保持光ファイバを用いたが、これに限らず、偏波保持光ファイバのコア部に希土類元素を添加した増幅媒体であれば、このコア部の外周に２層のクラッド部が形成されたもの（すなわちダブルクラッド構造を有する偏波保持光ファイバ）であってもよいし、このコア部の外周に１層のクラッドが形成されたシングルクラッド構造の偏波保持光ファイバであってもよい。すなわち、かかる増幅媒体を形成する偏波保持光ファイバは、コア部をシングルモードで伝搬する励起光によって光を放出または増幅するものであってもよいし、クラッド部をマルチモードで伝搬する励起光によって光を放出または増幅するものであってもよい。
【００５５】
また、本発明の実施の形態では、単一の励起光源２によって発振されるマルチモードの励起光を希土類添加光ファイバ５に入力していたが、これに限らず、例えば、米国特許第５，８６４，６４４号に開示されたようなマルチモードの励起光合成器やＷＤＭカプラ等の合波器を用い、複数の励起光源から発振されるマルチモードの励起光を合波して希土類添加光ファイバ５に入力してもよいし、かかる複数の励起光源からシングルモードの励起光を合波して希土類添加光ファイバ５に入力してもよい。なお、このような励起光源（例えば上述した励起光源２）がシングルモードの励起光を発振する場合、かかる励起光源と偏波保持光ファイバ４との間にアイソレータを設けてもよい。
【００５６】
さらに、本発明の実施の形態では、接続部Ｃ１，Ｃ２において偏波保持光ファイバ４，６と希土類添加光ファイバ５とを融着接続していたが、これに限らず、偏波保持光ファイバ４，６が互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とを平行にする位置関係にあれば、接続部Ｃ１，Ｃ２において偏波保持光ファイバ４，６と希土類添加光ファイバ５とをコネクタ等を用いた突き合せによって接続してもよいし、コネクタ等を用いた空間結合によって接続してもよい。
【００５７】
また、本発明の実施の形態では、励起光入力端側の接続部Ｃ１において偏波保持光ファイバ４と希土類添加光ファイバ５とを相対的に９０度回転させた状態で接続していたが、これに限らず、偏波保持光ファイバ４，６が互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とを平行にする位置関係にあれば、レーザ光出力端側の接続部Ｃ２において偏波保持光ファイバ６と希土類添加光ファイバ５とを相対的に９０度回転させた状態で接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる光ファイバレーザの一構成例を示す模式図である。
【図２】増幅媒体の両端に接続される偏波保持光ファイバの接続状態を例示する模式図である。
【図３】本発明にかかる光ファイバレーザの共振器を形成する両端のＦＢＧの反射スペクトラムの一例を示す模式図である。
【図４】本発明にかかる光ファイバレーザの共振器を形成する両端のＦＢＧの反射スペクトラムの別の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  光ファイバレーザ
２  励起光源
４，６  偏波保持光ファイバ
４ａ，６ａ  ＦＢＧ
５  希土類添加光ファイバ
Ｃ１，Ｃ２  接続部
【図１】
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【図２】
2007273600.tif 000004
【図３】
2007273600.tif 000005
【図４】
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