(57)【要約】【課題】ファイバーレーザーのゲインピークの波長でレーザー発振が起こらないようにようにして、半導体レーザーを損傷する恐れを排除する。【解決手段】半導体レーザーとファイバーブラッググレーティングとの間に配置された波長分割多重結合器を備えるようにしたものであり、上記波長分割多重結合器は、上記波長分割多重結合器に入射された光を上記所定の波長の光と上記ファイバーレーザーの上記レーザー発振波長とは異なるゲインピークの波長の光とに分離し、上記レーザー発振波長とは異なるゲインピークの波長の光を上記半導体レーザーへ戻さない。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーのコアにレーザー活性媒質をドープして前記光ファイバー自体がレーザーの共振器を構成するファイバーレーザーと、
前記ファイバーレーザーの一方の端部に所定の波長の励起光を入射する半導体レーザーと、
前記ファイバーレーザーの前記一方の端部側に配置されるとともにレーザー発振波長の光を反射してレーザー発振波長を特定するファイバーブラッググレーティングと、
前記ファイバーレーザーの他方の端部側に配置されるとともに前記他方の端部から出射された光を反射する誘電体多層膜ミラーと
を有するレーザーシステムにおいて、
前記半導体レーザーと前記ファイバーブラッググレーティングとの間に配置された波長分割多重結合器を有し、
前記波長分割多重結合器は、前記波長分割多重結合器に入射された光を前記所定の波長の光と前記ファイバーレーザーの前記レーザー発振波長とは異なるゲインピークの波長の光とに分離し、前記レーザー発振波長とは異なるゲインピークの波長の光を前記半導体レーザーへ戻さない
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザーシステムにおいて、
前記他方の端部側と前記誘電体多層膜ミラーとの間に非線形光学素子を配置した
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載のレーザーシステムにおいて、
前記他方の端部側と前記誘電体多層膜ミラーとの間にパッシブファイバーを配置した
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項４】
光ファイバーのコアにレーザー活性媒質をドープして前記光ファイバー自体がレーザーの共振器を構成するファイバーレーザーと、
前記ファイバーレーザーの一方の端部に所定の波長の励起光を入射する半導体レーザーと、
前記ファイバーレーザーの前記一方の端部側に配置されるとともにレーザー発振波長の光を反射してレーザー発振波長を特定するファイバーブラッググレーティングと、
前記ファイバーレーザーの他方の端部側に配置されるとともに前記他方の端部から出射された光を反射する誘電体多層膜ミラーと
を有するレーザーシステムにおいて、
前記半導体レーザーと前記ファイバーブラッググレーティングとの間に配置された長周期回折格子を有し、
前記長周期回折格子は、入射された光のうちゲインファイバーのゲインピーク付近の波長をクラッドに結合し、帯域ブロックフィルターとして機能し、前記波長域における前記半導体レーザー端面からの光帰還を抑制する
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザーシステムにおいて、
前記他方の端部側と前記誘電体多層膜ミラーとの間に非線形光学素子を配置した
ことを特徴とするレーザーシステム。
【請求項６】
請求項４または５のいずれか１項に記載のレーザーシステムにおいて、
前記他方の端部側と前記誘電体多層膜ミラーとの間にパッシブファイバーを配置した
ことを特徴とするレーザーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーシステムに関し、さらに詳細には、光ファイバー自体をレーザー装置としたファイバーレーザーを用いたレーザーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信で使われている光ファイバーのガラスにレーザー活性な元素を添加して光ファイバー自体をレーザー装置としたファイバーレーザーが、例えば、半導体製造工程などの電子産業分野などにおける微細加工技術への応用を目指して種々提案されている。
【０００３】
なお、ファイバーレーザーとは、具体的には、光ファイバーのコアにレーザーの活性媒質として、例えば、エルビウムイオンやイットリビウムイオンなどの希土類イオンをドープしたものであり、光ファイバー自体がレーザーの共振器を構成するようになされたものである。 
図１には、こうしたファイバーレーザーを用いた従来のレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。
【０００４】
この従来のレーザーシステム１００は、光ファイバーのコアにレーザー活性媒質をドープして当該光ファイバー自体がレーザーの共振器を構成するファイバーレーザー１０２と、ファイバーレーザー１０２における励起光の入射側の端部１０２ａに結合されて端部１０２ａに励起光を入射する半導体レーザー１０４と、ファイバーレーザー１０２におけるレーザービームの出射側の端部１０２ｂの後段に配置されて端部１０２ｂから出射されたレーザービームを集光する集光レンズ１０６と、集光レンズ１０６の後段に配置されて集光レンズ１０６により集光されたレーザービームの一部を透過するとともに残部を反射して光帰還する誘電体多層膜ミラー１０８と、ファイバーレーザー１０２の端部１０２ｂに配設されてレーザー発振波長に関してほぼ１００％の反射率を持ちレーザー発振波長を特定するファイバーブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＦＢＧ）１１０とを有して構成されている。
【０００５】
ここで、半導体レーザー１０４により発生される励起光の波長をλ１とする。また、波長をλ１の励起光により励起されてファイバーブラッググレーティング１１０により反射されるレーザー発振波長をλ２とし、ファイバーレーザー１０２のゲインピークの波長をλ３とする。即ち、ファイバーレーザー１０２は、波長λ２と波長λ３とにゲインがあるが、波長λ３の方がゲインが大きいものである。
【０００６】
また、誘電体多層膜ミラー１０８は、波長λ２の光の一部のみを透過（例えば、透過率は１０％である。）して、外部へレーザービームとして出力する。従って、波長λ２の光の残部や波長λ３の光などは、誘電体多層膜ミラー１０８により反射されて、集光レンズ１０６を介してファイバーレーザー１０２へ戻され光帰還される。
【０００７】
以上の構成において、従来のレーザーシステム１００によれば、半導体レーザー１０４からファイバーレーザー１０２の端部１０２ａへ波長λ１の励起光を入射すると、当該励起光によりレーザー活性媒質が励起されてファイバーブラッググレーティング１１０により反射される波長λ２でレーザー発振し、端部１０２ｂから出射された波長λ２の光は集光レンズ１０６により集光されて、その一部が誘電体多層膜ミラー１０８を透過して外部へレーザービームとして出射される。
【０００８】
しかしながら、上記した従来のレーザーシステム１００においては、誘電体多層膜ミラー１０８によりファイバーレーザー１０２のゲインピークの波長λ３の光も反射されて、波長λ３の光が集光レンズ１０６を介してファイバーレーザー１０２へ戻され光帰還されることになる。このため、誘電体多層膜ミラー１０８と半導体レーザー１０４の発光面との間において、ファイバーレーザー１０２のゲインピークの波長λ３で強いレーザー発振が起こり、半導体レーザー１０４の発光面が損傷する恐れがあるという問題点があった。
【０００９】
また、こうした半導体レーザー１０４の損傷の発生に伴い、上記した従来のレーザーシステム１００は信頼性に乏しいということが指摘されていた。
【００１０】
なお、一般に、ファイバーレーザーと励起光を発生する半導体レーザーとの間に波長分離ファイバーデバイスとして波長分割多重結合器（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  Ｃｏｕｐｌｅｒ；ＷＤＭ  Ｃｏｕｐｌｅｒ）を配置し、波長λ１の励起光とレーザー発振波長たる波長λ２の光とを分離することは屡々行われていた。ところが、こうした手法によっても、ファイバーレーザーのゲインピークの波長λ３の光は分離されることがないため、やはりファイバーレーザーのゲインピークの波長λ３で強いレーザー発振が起こり、半導体レーザーを損傷する恐れを解消することはできなかった。
【００１１】
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ファイバーレーザーのゲインピークの波長でレーザー発振が起こらないようにようにして、半導体レーザーを損傷する恐れを排除したレーザーシステムを提供しようとするものである。
【００１３】
また、本発明の目的とするところは、半導体レーザーを損傷する恐れを排除することにより、信頼性を向上させたレーザーシステムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明によるレーザーシステムは、ファイバーレーザーのゲインピーク波長と励起光の波長とを分離する波長分割多重結合器を用いて、ファイバーレーザーのゲインピーク波長での不要なレーザー発振を抑制し、半導体レーザーの発光面の損傷を未然に防止するようにしたものである。
【００１５】
即ち、本発明によるレーザーシステムは、ファイバーレーザーにおける励起光の入射側の端部と当該端部に励起光を入射する半導体レーザーとの間に波長分割多重結合器を配置するようにしたものであり、この波長分割多重結合器は、励起光の波長とレーザー発振波長とを分離するものではなく、励起光の波長とファイバーレーザーのゲインピークの波長とを分離するようにして、ファイバーレーザーのゲインピークの波長の光をファイバーレーザーへ戻さないようにしたものである。
【００１６】
また、本発明によるレーザーシステムは、入射された光のうちゲインファイバーのゲインピーク付近の波長をクラッドに結合して帯域ブロックフィルターとして機能する長周期回折格子を用いて、入射された光のうちゲインファイバーのゲインピーク付近の波長域における半導体レーザー端面からの光帰還を抑制するようにしたものである。
【００１７】
こうした本発明のうち請求項１に記載の発明は、光ファイバーのコアにレーザー活性媒質をドープして上記光ファイバー自体がレーザーの共振器を構成するファイバーレーザーと、上記ファイバーレーザーの一方の端部に所定の波長の励起光を入射する半導体レーザーと、上記ファイバーレーザーの上記一方の端部側に配置されるとともにレーザー発振波長の光を反射してレーザー発振波長を特定するファイバーブラッググレーティングと、上記ファイバーレーザーの他方の端部側に配置されるとともに上記他方の端部から出射された光を反射する誘電体多層膜ミラーとを有するレーザーシステムにおいて、上記半導体レーザーと上記ファイバーブラッググレーティングとの間に配置された波長分割多重結合器を有し、上記波長分割多重結合器は、上記波長分割多重結合器に入射された光を上記所定の波長の光と上記ファイバーレーザーの上記レーザー発振波長とは異なるゲインピークの波長の光とに分離し、上記レーザー発振波長とは異なるゲインピークの波長の光を上記半導体レーザーへ戻さないようにしたものである。
【００１８】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記他方の端部側と上記誘電体多層膜ミラーとの間に非線形光学素子を配置するようにしたものである。
【００１９】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記他方の端部側と上記誘電体多層膜ミラーとの間にパッシブファイバーを配置するようにしたものである。
【００２０】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、光ファイバーのコアにレーザー活性媒質をドープして上記光ファイバー自体がレーザーの共振器を構成するファイバーレーザーと、上記ファイバーレーザーの一方の端部に所定の波長の励起光を入射する半導体レーザーと、上記ファイバーレーザーの上記一方の端部側に配置されるとともにレーザー発振波長の光を反射してレーザー発振波長を特定するファイバーブラッググレーティングと、上記ファイバーレーザーの他方の端部側に配置されるとともに上記他方の端部から出射された光を反射する誘電体多層膜ミラーとを有するレーザーシステムにおいて、上記半導体レーザーと上記ファイバーブラッググレーティングとの間に配置された長周期回折格子を有し、上記長周期回折格子は、入射された光のうちゲインファイバーのゲインピーク付近の波長をクラッドに結合し、帯域ブロックフィルターとして機能し、上記波長域における上記半導体レーザー端面からの光帰還を抑制するようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、本発明のうち請求項４に記載の発明において、上記他方の端部側と上記誘電体多層膜ミラーとの間に非線形光学素子を配置するようにしたものである。
【００２２】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、本発明のうち請求項４または５のいずれか１項に記載の発明において、上記他方の端部側と上記誘電体多層膜ミラーとの間にパッシブファイバーを配置するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ファイバーレーザーのゲインピークの波長でレーザー発振が起こらなくなり、半導体レーザーを損傷する恐れがないという優れた効果が奏される。
【００２４】
また、本発明によれば、半導体レーザーを損傷する恐れがなくなるため、信頼性を著しく向上することができるという優れた効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるレーザーシステムの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００２６】
なお、以下の説明においては、それぞれ同一または相当する構成については、それぞれ同一の符号を付して示すことにより、重複する構成ならびに作用の説明は適宜に省略する。
【００２７】
図２には、本発明の実施の形態の一例によるレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。
【００２８】
この本発明によるレーザーシステム１０と従来のレーザーシステム１００とは、レーザーシステム１００がファイバーレーザー１０２の端部１０２ａに半導体レーザー１０４を結合しているのに対して、レーザーシステム１０がファイバーレーザー１０２の端部１０２ａに波長分割多重結合器１２を介して半導体レーザー１０４を結合している点において、両者は異なる。
【００２９】
より詳細には、レーザーシステム１０においては、端部１０２ａに波長分割多重結合器１２が結合されており、半導体レーザー１０４とファイバーブラッググレーティング１１０との間に波長分割多重結合器１２が配置されることになる。
【００３０】
この波長分割多重結合器１２は、波長分割多重結合器１２に入射された光を励起光の波長λ１の光とファイバーレーザー１０２のゲインピークの波長λ３の光とに分離するものである。
【００３１】
半導体レーザー１０４と波長分割多重結合器１２とは、ゲインを持たないパッシブファイバー１４により結合されている。また、波長分割多重結合器１２には、波長分割多重結合器１２に入射された光から分離された波長λ３の光を分離するためのゲインを持たないパッシブファイバー１６が接続されている。このパッシブファイバー１６は、波長λ３の光を反射しないように終端されている。
【００３２】
以上の構成において、このレーザーシステム１０によれば、半導体レーザー１０４からパッシブファイバー１４ならびに波長分割多重結合器１２を介してファイバーレーザー１０２の端部１０２ａへ波長λ１の励起光を入射すると、当該励起光によりレーザー活性媒質が励起されてファイバーブラッググレーティング１１０により反射される波長λ２でレーザー発振し、端部１０２ｂから出射された波長λ２の光は集光レンズ１０６により集光されて、その一部が誘電体多層膜ミラー１０８を透過して外部へレーザービームとして出射される。
【００３３】
この際に、レーザーシステム１０においては、誘電体多層膜ミラー１０８によりファイバーレーザー１０２のゲインピークの波長λ３の光も反射されて、波長λ３の光が集光レンズ１０６を介してファイバーレーザー１０２へ戻され光帰還されることになる。
【００３４】
ここで、誘電体多層膜ミラー１０８によりファイバーレーザー１０２へ戻された波長λ３の光は、波長分割多重結合器１２により分離されて、波長λ３の光を反射しないように終端されたパッシブファイバー１６へ導光される。
【００３５】
従って、波長λ３の光はファイバーレーザー１０２内を往復することがないため、ファイバーレーザー１０２における波長λ３でのレーザー発振の発生が未然に防止され、これにより半導体レーザー１０４を損傷することも防止される。
【００３６】
また、レーザーシステム１０によれば、このように半導体レーザー１０４を損傷することがないので、システムとしての信頼性を向上することができるようになる。
【００３７】
さらに、ファイバーレーザー１０２においては、波長λ３でのレーザー発振を防止するに際して、ファイバーレーザー１０２内に部品を追加することがないため、レーザー発振の効率を低下させることがない。
【００３８】
なお、波長分割多重結合器１２としては、例えば、所謂、融着型のものを用いればよく、分離される波長の帯域幅は概ね数ｎｍ程度である。従って、波長λ２に関しては、特に仕様を定めることはない。
【００３９】
ここで、ファイバーレーザー１０２としてＹｂイオンを添加した石英系光ファイバーを用い、かつ、半導体レーザー１０４の励起光の波長λ１が波長約９７５ｎｍであり、かつ、レーザー発振させる波長λ２が１０１７ｎｍである場合について説明する。
【００４０】
このＹｂイオンを添加した石英系光ファイバーたるファイバーレーザー１０２は、波長１０１７ｎｍでレーザー発振させるために十分なゲインを持つが、そのゲインピークである波長λ３は波長約１０３０ｎｍにある。
【００４１】
また、ファイバーブラッググレーティング１１０は、レーザー発振させる波長λ２が１０１７ｎｍで高反射となっており、反射バンドの幅（反射バンド幅）は約０．１ｎｍである。
【００４２】
一方、誘電体多層膜ミラー１０８は、一般に数十ｎｍの反射バンド幅を持っており、波長１０１７ｎｍ（波長λ２）と波長１０３０ｎｍ（波長λ３）とのいずれに関しても高反射率を備えている。
【００４３】
従って、誘電体多層膜ミラー１０８により反射された波長１０３０ｎｍ（波長λ３）の光は、ファイバーブラッググレーティング１１０で反射されることなく波長分割多重結合器１２へ到達することになる。
【００４４】
そして、波長分割多重結合器１２へ到達した波長１０３０ｎｍ（波長λ３）の光は、波長分割多重結合器１２により分離されて、波長１０３０ｎｍ（波長λ３）の光を反射しないように終端されたパッシブファイバー１６へ導光されることになり、ファイバーレーザー１０２における波長１０３０ｎｍ（波長λ３）でのレーザー発振の発生が未然に防止される。
【００４５】
次に、図３には、本発明の実施の形態の他の例によるレーザーシステムの概念構成説明図が示されている。
【００４６】
この本発明によるレーザーシステム２０とレーザーシステム１０とは、レーザーシステム１０が集光レンズ１０６と誘電体多層膜ミラー１０８との間に非線形光学素子を配置していないのに対して、レーザーシステム２０が集光レンズ１０６と誘電体多層膜ミラー１０８との間に非線形光学素子を配置している点において、両者は異なる。
【００４７】
より詳細には、レーザーシステム２０においては、集光レンズ１０６の後段に波長λ２の光は反射するが波長λ２の１／２、即ち、波長λ２／２の光は透過する半透過ミラー２２が配置され、半透過ミラー２２と誘電体多層膜ミラー１０８との間に第二高調波を発生する非線形光学素子２４が配置されている。
【００４８】
従って、このレーザーシステム２０によれば、集光レンズ１０６により集光されたレーザ発振波長λ２（例えば、１０１７ｎｍである。）のレーザービームは半透過ミラー２２に反射されて非線形光学素子２４に入射され、誘電体多層膜ミラー１０８に反射されて非線形光学素子２４ならびに半透過ミラー２２を介して外部へ出射されるものであり、これによりレーザ発振波長λ２の半分の波長たる波長λ２／２（例えば、５０８．５ｎｍである。）のレーザービームを効率よく発生させることができるとともに、半導体レーザー１０４の損傷も未然に防ぐことができる。
【００４９】
なお、上記した各実施の形態において、波長分割多重結合器１２に代えて、長周期回折格子を配置するようにしてもよい。図４には、長周期回折格子の説明図が示されており、図５には、長周期回折格子の特性例を示すグラフが示されている。
【００５０】
一般に用いられる反射素子としてのファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）は、反射波長における入射波（波数ベクトルｋ）と反射波（波数ベクトル−ｋ）との差である＋／−２ｋのグレーティングベクトルを有する。即ち、グレーティングピッチはファイバー内での波長の半分程度、つまり、１μｍ帯の反射バンドを持つものであれば０．３μｍ程度の周期である。
【００５１】
これに対して、長周期回折格子（ＬＰＧ：ロングピリオドグレーティング）は、グレーティングの周期が長い。これは、同方向に伝播するクラックモードに結合するためである。クラッドに結合された光は、ジャケットなどによる損失のため減衰され、結果的に、長周期回折格子は、特定波長のみをクラッドに結合することにより減衰し、特定波長帯域に対するバンドブロックフィルターとして働くものである。
【００５２】
従って、この長周期回折格子を上記した各実施の形態における波長分割多重結合器１２と置換することにより、長周期回折格子は、ファイバーレーザー１０２に入射された光のうちゲインファイバーのゲインピーク付近の波長をクラッドに結合し、帯域ブロックフィルターとして機能して、当該波長域における半導体レーザー１０４端面からの光帰還を抑制するようになる。
【００５３】
なお、特に図示はしないが、ファイバーレーザー１０２の端部１０２ｂと集光レンズ１０６との間に、ゲインを持たないパッシブファイバーを接続し、このパッシブファイバーから出射された光を集光レンズ１０６で集光するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、電子産業分野などにおける微細加工や微細構造の検査などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、ファイバーレーザーを用いた従来のレーザーシステムの概念構成説明図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態の一例によるレーザーシステムの概念構成説明図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態の他の例によるレーザーシステムの概念構成説明図である。
【図４】図４は、長周期回折格子の説明図である。
【図５】図５は、長周期回折格子の特性例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０      レーザーシステム
１２      波長分割多重結合器
１４      パッシブファイバー
１６      パッシブファイバー
２０      レーザーシステム
２２      半透過ミラー
２４      非線形光学素子
１００      レーザーシステム
１０２      ファイバーレーザー
１０２ａ    端部
１０２ｂ    端部
１０４      半導体レーザー
１０６      集光レンズ
１０８      誘電体多層膜ミラー
１１０      ファイバーブラッググレーティング
【図１】
2007173346.tif 000003
【図２】
2007173346.tif 000004
【図３】
2007173346.tif 000005
【図４】
2007173346.tif 000006
【図５】
2007173346.tif 000007