(57)【要約】【課題】希土類元素添加ファイバを利用しレーザ光を得るファイバレーザ装置において、励起光が光源に戻らず、結果として安定なレーザが求められていた。【解決手段】励起光源、希土類元素添加ファイバと共振器を備えたファイバレーザ装置において、励起光源と共振器間に、共振器により発生したレーザ光が励起光源に入射するのを吸収、反射、散乱、分岐から選ばれる少なくとも一つの方法により防ぐ、アイソレータ機能を持たない励起光源保護装置を具備するファイバレーザ装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光源、希土類元素添加ファイバと共振器を備えたファイバレーザ装置において、励起光源と共振器間に、共振器により発生したレーザ光が励起光源に入射するのを防ぐ、アイソレータ機能を持たない励起光源保護装置を具備するファイバレーザ装置。
【請求項２】
励起光源保護装置が、共振器で発生したレーザ光を吸収、反射、散乱、分岐から選ばれる少なくとも一つの方法により減衰する請求項１に記載のファイバレーザ装置。
【請求項３】
励起光源が少なくとも１個の半導体レーザを含み、かつ、希土類元素添加ファイバが希土類添加フッ化物ファイバまたは希土類添加フッ素酸化物ファイバであって、共振器により発生するレーザ光の波長が、励起光源の波長に対して短波長である、請求項１または請求項２に記載のファイバレーザ装置。
【請求項４】
励起光源が少なくとも0.5から1.1μm帯の半導体レーザを含み、かつ、希土類元素添加ファイバが少なくともコア部にＥｒ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｈｏから選ばれる１種類以上の希土類元素を添加したフッ化物ファイバであって、共振器により発生するレーザ光が３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光である、請求項３に記載のファイバレーザ装置。
【請求項５】
励起光源保護装置のレーザ光遮断手段に希土類元素添加ファイバの吸収を利用した請求項４に記載のファイバレーザ装置。
【請求項６】
希土類元素添加ファイバ中の希土類元素がＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍのうち少なくとも１つである請求項５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、励起光源保護装置を具備したファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、希土類元素添加ファイバを利用しレーザ光を得る技術、特に加工用途のファイバレーザ技術の進歩はめざましい。また、従来、アップコンバージョン過程を利用した、可視光より短波長なレーザを得る技術も研究されており、ファイバレーザにより様々な波長のレーザを得ることが可能となった(非特許文献１、特許文献１)。
【非特許文献１】「エルビウム添加光ファイバ増幅器」；須藤昭一  編；オプトロニクス社(2002)
【特許文献１】特開２００５−２６４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、励起光源、希土類元素添加ファイバ、共振器等の構成、そして、得ようとするレーザの波長によっては、発振したレーザ光が励起光源に入射し、励起光源を損傷してしまうという問題があった。
【０００４】
励起光の戻り光から励起光源を保護する目的でアイソレータが使用される。アイソレータは励起光とは異なる波長について吸収が存在するため、結果的に励起光源を保護することができる場合がある。しかしながら、そのように意図して設計されたものではないため、確実性がなく使用上の問題があった。また、励起光の波長によってはアイソレータは高価であり、汎用的ではないという問題があった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、発振したレーザ光による励起光源の損傷を防止し、安定なレーザ装置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】
【０００６】
本発明は少なくとも励起光源、希土類元素添加ファイバと共振器を備えたファイバレーザ装置において、励起光源と共振器間に、共振器により発生したレーザ光が励起光源に入射するのを防ぐ、アイソレータ機能を持たない励起光源保護装置を具備するファイバレーザ装置である。
【０００７】
また、上記の励起光源保護装置が、共振器で発生したレーザ光を吸収、反射、散乱、分岐から選ばれる少なくとも一つの方法により減衰する上記のファイバレーザ装置である。
【０００８】
また、励起光源が少なくとも１個の半導体レーザを含み、かつ、希土類元素添加ファイバが希土類添加フッ化物ファイバまたは希土類添加フッ素酸化物ファイバであって、共振器により発生するレーザ光の波長が、励起光源の波長に対して短波長である、上記のファイバレーザ装置である。
【０００９】
また、励起光源が少なくとも0.5から1.1μm帯の半導体レーザを含み、かつ、希土類元素添加ファイバが少なくともコア部にＥｒ、Ｔｍ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｈｏから選ばれる１種類以上の希土類元素を添加したフッ化物ファイバであって、共振器により発生するレーザ光が３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の可視光である、上記のファイバレーザ装置である。
【００１０】
また、励起光源保護装置のレーザ光遮断手段に希土類元素添加ファイバの吸収を利用した上記のファイバレーザ装置である。
【００１１】
さらに、希土類元素添加ファイバ中の希土類元素がＰｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍのうち少なくとも１つである上記のファイバレーザ装置である。
【発明の効果】
【００１２】
励起光源とレーザ共振器間に発生したレーザ光が励起光源に入射するのを阻止または抑制する励起光源保護装置を配置することで、励起光源の損傷を防止し、安定に動作するファイバレーザ装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、励起光源、希土類元素添加ファイバと共振器を少なくとも備え、共振器により発振したレーザ光が励起光源に入射するのを防ぐ保護装置を励起光源と共振器の間に設置する。保護装置は励起光に対して損失が少ないものを使用する。しかし、反射、吸収、散乱の少なくとも一つの方法により、励起光源にレーザ光が進入し、励起光源が損傷を受けるのを防止する。結果として、出力が安定したファイバレーザ装置が得られる。
【００１４】
以下、本発明を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明のファイバレーザ装置の一例を示す模式図である。ファイバレーザは、励起光源101、第１のファイバブラッググレーティング103、希土類元素添加ファイバ104、第２のファイバブラッググレーティング105、励起光源保護装置102（レーザ光吸収ファイバ）から構成される。
【００１６】
励起光源101は、希土類元素添加ファイバ104中の希土類元素を活性化するためのものであるため、半導体レーザに限定されず、また、この波長にも限定されない。希土類元素の種類、得ようとするレーザ光の波長により、適当なものに代える必要がある。例えば、半導体レーザ、ファイバ結合半導体レーザ、半導体レーザ励起固体レーザ、半導体レーザ励起ファイバレーザ、半導体レーザ励起ラマンレーザ、及び、これらの波長変換レーザなどを使用することが出来る。
【００１７】
第１のファイバブラッググレーティング103、第２のファイバブラッググレーティング105を用い、ファブリペロー型共振器を形成する。ファイバブラッググレーティングは、空間を介した結合系を構築しなくても良いという点で非常に便利である。しかしながら、一般的なファイバブラッググレーティングは、波長に対して鋭い反射ピークを持つため、この例のように第１のファイバブラッググレーティング103、第２のファイバブラッググレーティング105とで、反射ピークの波長が充分に合致している必要がある。場合によっては、どちらか一方に広帯域な反射特性をもつファイバブラッググレーティングを用いることで、双方のファイバブラッググレーティングの反射波長の一致度を高めることが出来る。
【００１８】
ファイバブラッググレーティングを用いることに特に限定される必要はない。共振器によってレーザ発振できる利得波長帯域のうち特定波長の光を反射できれば良く、例えば、第１のファイバブラッググレーティング103、第２のファイバブラッググレーティング105のうち、どちらかが反射ミラーである構成でも構わないし、双方がミラーであっても良い。
【００１９】
また、この例のようにファイバブラッググレーティングを用いファブリペロー型の共振器を作製するのでなく、ング型の共振器や、複数のリングからなる共振器などの複合型共振器であっても何ら問題はない。さらに、共振器中に狭帯域化のためのエタロンや、波長可変のための回折格子など、空間結合型の光部品を挿入しても良い。
【００２０】
励起光源保護装置102にレーザ光吸収ファイバを用いた際、レーザ光吸収ファイバに添加可能な希土類元素は、励起光源の波長と得られるレーザの波長により決定することができる。一例を表１に示す。このほか、遷移元素添加ファイバ、微結晶分散ファイバ等も使用でき、励起光源に対して損失が小さく、得られたレーザ光に対して吸収や散乱など、大きな損失を持つ必要がある。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
励起光源保護装置102は共振器より漏れ出てくるレーザ光から励起光源を保護するためのものである。そのため、共振器と励起光源との間に配置されることが必要である。具体的には、共振器中に励起光を導入するための合波素子と励起光源の間に設置する必要がある。合波素子としては、ダイクロイック機能があるＦＢＧや溶融延伸ファイバ素子やダイクロイックミラーなどを用いることができる。
【００２３】
本例ではレーザ光吸収ファイバを用いたが、この方法に限定されない。他にも特定の波長を選択的に吸収するフィルタを用いる他、反射、散乱、分岐を利用する方法がある。
【００２４】
問題となるレーザ光の減衰率が充分に得られない場合は、同じ手段を直列に用いても良いし、複数の方法を同時に用いても構わない。
【実施例１】
【００２５】
以下、実施例を挙げて本発明を説明する。
【００２６】
図１は、実施例１のファイバレーザ装置を示す模式図である。ファイバレーザは、励起光源101、第１のファイバブラッググレーティング103、希土類元素添加ファイバ104、第２のファイバブラッググレーティング105、励起光源保護装置102（レーザ光吸収ファイバ）から構成される。励起光源101は波長974nmの半導体レーザを用いた。
第１のファイバブラッググレーティング103、第２のファイバブラッググレーティング105を用い、ファブリペロー型共振器を形成した。第１のファイバブラッググレーティング103の反射率は波長543nmにおいて99％で、第２のファイバブラッググレーティング105の波長は波長543nmにおいて80％のものを使用した。
【００２７】
励起光源保護装置102（レーザ光吸収ファイバ）には、ホロミウム添加濃度が3000ppmで、長さ100cmのホロミウム添加フッ化物ファイバを用いた。ホロミウムの吸収により、543nmのレーザ光は65dB以上減衰される一方、励起光である974nmの光はほとんど減衰されない。
【００２８】
希土類元素添加ファイバ104として、本実施形態では、長さ200cmのエルビウム添加フッ化物ファイバを使用した。
【００２９】
励起光源101から出射した励起光が希土類元素添加ファイバ104であるエルビウム添加フッ化物ファイバ中のエルビウムを活性化させ、エルビウム添加フッ化物ファイバは543nm近傍のASE光を発生する。ASE光のうち、波長543nmの光は第１のファイバブラッググレーティング103と第２のファイバブラッググレーティング105により折り返され、順次利得を得、第１のファイバブラッググレーティング103および第２のファイバブラッググレーティング105間でレーザ発振する。波長543nmのレーザ光は主に第２のファイバブラッググレーティング105側から出力されるが、第１のファイバブラッググレーティング103側からも出力され、このレーザは励起光源101に入射しようとする。しかし、励起光源保護装置102が第１のファイバブラッググレーティング103側から出力されたレーザ光を吸収するため、結局第１のファイバブラッググレーティング103側から出力されたレーザ光は励起光源101に影響を与えない。結果、励起光源101は発振したレーザ光から守られ安定に動作することができる。以上の結果として、安定に動作するレーザ装置が得られた。
【００３０】
この様な構成のファイバレーザ装置において、励起光源101から励起パワーを500mW投入した。その結果、5mWの出力を得た。
【００３１】
（比較例１）
励起光源保護装置が無い他はすべて実施例1と同様の構成を比較例１とし、図２に示す。励起光源保護装置が無いため、波長543nmの発振が確認されると同時に励起光源が破損した。
【実施例２】
【００３２】
図３は、実施例２のファイバレーザ装置を示す模式図である。ファイバレーザは、励起光源301、第１のレンズ302、第１の共振器ミラー304、第２のレンズ305、希土類元素添加ファイバ306、第３のレンズ307、第２の共振器ミラー308、励起光源保護装置303（レーザ光反射ミラー）から構成される。励起光源301、希土類添加ファイバ306は実施例１と同様のものを用いた。
【００３３】
第１の共振器ミラー304、第２の共振器ミラー308として、誘電体多層膜を用いた。第１の共振器ミラー304は励起光を98％通し、550nm帯の光を99％反射する。第２の共振器ミラー308は励起光を96％反射し、550nm帯の光を60％反射する。
【００３４】
第１のレンズ302、第２のレンズ305、第３のレンズ307としては、コリメータレンズを用いた。励起光源保護装置303（レーザ光反射ミラー）は、45°入射時に550nm帯の波長の光を99％以上反射する誘電体多層膜フィルタを用いた。
【００３５】
励起光源301から出射した励起光は第１のレンズ302によりコリメートされ、第１の共振器ミラー304を透過した励起光が第２のレンズ305で集光されて、希土類元素添加ファイバ306の入力端に入射し、第１の共振器ミラー304と第２の共振器ミラー308の間でレーザ発振する。レーザ光は主に第２の共振器ミラー308側から出力されるが、第１の共振器ミラー304側からも出力され、このレーザは励起光源301に入射しようとする。しかし、励起光源保護装置303となるレーザ光反射ミラーが第１の共振器ミラー304側から出力されたレーザ光を反射するため、結局第１の共振器ミラー304側から出力されたレーザ光は励起光源301に影響を与えない。結果、励起光源301は発振したレーザ光から守られ安定に動作することができる。以上の結果として、安定に動作するレーザ装置が得られた。
【００３６】
この様な構成のファイバレーザ装置において、励起光源301から励起パワーを500mW投入した。その結果、1mWの出力を得た。
【００３７】
（比較例２）
実施例２の励起光源保護装置が無い場合を比較例２とし、図４に示す。波長543nmの発振が確認されたが、励起光源保護装置が無いため励起光源が徐々に損傷し、励起光源の出力が低下し、550nm帯のレーザ出力も低下したため、安定なレーザができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定など光伝送の応用分野にも利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による励起光源保護装置を具備したファイバレーザ装置の最も安価な構成の１つを示すものである。
【図２】図１において、励起光源保護装置のない構成を示すものである。
【図３】本発明におけるファイバレーザ装置において、励起光源保護装置にレーザ光反射ミラーを具備した構成の一つを示すものである。
【図４】図３において、励起光源保護装置のない構成を示すものである。
【符号の説明】
【００４０】
101    励起光源
102    励起光源保護装置
103    第１のファイバブラッググレーティング
104    希土類元素添加ファイバ
105    第２のファイバブラッググレーティング
301    励起光源
302    第１のレンズ
303    励起光源保護装置
304    第１の共振器ミラー
305    第２のレンズ
306    希土類元素添加ファイバ
307    第３のレンズ
308    第２の共振器ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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