(57)【要約】【課題】容易な制御で高出力な発振光を安定して得られるファイバレーザ発振方法および装置を提供すること。【解決手段】制御装置10は異波長の複数の励起光L2,L3,L4のうち光ファイバ1の吸収率が最低の励起光L2を最初に入射するので、励起光L2の強度はファイバ全長において発振光の発振が可能な閾値を超えた値に維持され、ファイバ全体を反転分布の状態にし、反転分布状態に至らないファイバ部分が存在により発生し易いジャイアントパルスによるファイバ破損を防止できる。そして、その後に残りの励起光L3,L4を入射して発振光L1を発生、増幅させるので、容易な制御で高出力な発振光を安定して得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ活性物質を含む光ファイバに波長の異なる複数の励起光を入射して発振光を発生および増幅させ出射するファイバレーザ発振方法であって、
前記複数の励起光のうち前記光ファイバに吸収される吸収率が最も低い前記励起光を前記光ファイバに最初に入射し、
その後に残りの前記励起光を前記光ファイバに入射して前記発振光を発生および増幅させることを特徴とするファイバレーザ発振方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記吸収率が最も低い前記励起光は前記光ファイバの一端側から入射し、残りの前記励起光は前記光ファイバの一端側および他端側の一方もしくは両方から入射することを特徴とするファイバレーザ発振方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記吸収率が最も低い前記励起光が前記光ファイバの内部を進行して端部に達したときに該励起光の強度が前記発振光を発振させることが可能な０より大きい値の閾値を下回らないことを特徴とするファイバレーザ発振方法。
【請求項４】
レーザ活性物質を含む光ファイバと、
該光ファイバに波長の異なる複数の励起光を夫々入射可能な複数の励起光源と、
該複数の励起光源における前記励起光の出射を制御する制御装置と、を備えたファイバレーザ発振装置であって、
前記制御装置は、前記複数の励起光のうち前記光ファイバに吸収される吸収率が最も低い前記励起光を前記光ファイバに最初に入射し、その後に残りの前記励起光を前記光ファイバに入射して前記発振光を発生および増幅させることを特徴とするファイバレーザ発振装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記吸収率が最も低い前記励起光を出射する前記励起光源は前記光ファイバの一端側に配置され、残りの前記励起光を出射する前記励起光源は前記光ファイバの一端側および他端側の一方もしくは両方に配置されていることを特徴とするファイバレーザ発振装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記光ファイバのファイバ長は、一端側から入射される前記吸収率が最も低い前記励起光が他端側に達したときに該励起光の強度が前記発振光を発振させることが可能な０より大きい値の閾値を下回らない長さに設定されていることを特徴とするファイバレーザ発振装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記光ファイバの他端側に達したときの前記吸収率が最も低い前記励起光の強度は、前記光ファイバの一端側における該励起光の強度に対し１０〜３０％の強度であることを特徴とするファイバレーザ発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ活性物質を含むコア部材を内部に有する光ファイバに励起光を入射し、コア部材の内部で発振光を発生および増幅させ出射するファイバレーザ発振方法およびファイバレーザ発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、所定のパターン信号を生成するパターン発生器と、該パターン信号を入力してレーザ光を出射する複数の半導体レーザと、該レーザ光を一端面から入射して増幅し他端面から出射する光ファイバとを備えたファイバレーザ発振装置（ファイバレーザ変調装置）が開示されている。このファイバレーザ発振装置は、パターン信号を低出力期間、出力上昇期間、高出力期間および出力低下期間の４期間の出力レベルで形成しているので、サージパルスを伴わない矩形状のパルス光となるレーザ光を出射することができる。
【０００３】
また、特許文献２には、レーザ活性物質を含む光ファイバと、光ファイバの両端側に配置され所定の波長の光のみ反射する２つのミラーと、光ファイバの一端面から波長の異なる２つの励起光を入射する２つの励起光源とを備え、光ファイバの内部で発振光を発生および増幅させ光ファイバの他端面から出射するファイバレーザ発振装置（光ファイバレーザ）が開示されている。このファイバレーザ発振装置は、一方の励起光源によりレーザ発振状態における所定のエネルギ準位にある原子を下部エネルギ準位へ遷移し、他方の励起光源により発振光を励起しているので、安定したレーザ発振を持続することができる。
【０００４】
また、特許文献３には、ダブルクラッド型の光ファイバと、光ファイバの一端面からコア部材に信号光を入射する信号光源と、光ファイバの一端面からコア部材又は内側クラッド部材に信号光とは波長の異なる励起光を入射する励起光源とを備え、励起光により信号光を増幅させ光ファイバの他端面から出射するファイバレーザ発振装置（ファイバレーザ）が開示されている。このファイバレーザ発振装置は、信号光の出射を待機状態にするときに、入射される励起光のパワーを０より大きなパワーで一定時間保持した後に０としているので、装置の立ち上がり時の信号光の出射状態を改善することができる。
【０００５】
また、特許文献４には、レーザ活性物質を含む光ファイバと、光ファイバの一端面および他端面から励起光を夫々入射する２つの励起光源とを備え、光ファイバの内部で発振光を発生および増幅させ光ファイバの他端面から出射するファイバレーザ発振装置（ファイバレーザ発振器）が開示されている。このファイバレーザ発振装置は、発振光の出射面である光ファイバの他端面が発振光に対して部分透過性を有し、光ファイバの一端面が発振光に対して高反射性を有するように形成されているので、高出力の発振光を出射することができる。
【０００６】
また、特許文献５には、戻り光防止部を介して連結された２本の光ファイバと、光ファイバの一端面から波長の異なる２つの励起光を入射する２つの励起光源とを備え、各光ファイバの内部で２つの発振光を発生および増幅させ光ファイバの他端面から出射するファイバレーザ発振装置（ファイバレーザ装置）が開示されている。このファイバレーザ発振装置は、一方の波長の光が他方の波長の光を含んで共振状態が起こらないようにしているので、２つの発振光を確実に出射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７‐１４２３８０号公報（段落００１０，００２１、図４）
【特許文献２】特許第２９０５２５１号公報（第２頁左欄第２９行〜第３４行、図１）
【特許文献３】特開２００８‐９１７７３号公報（段落００１０，００１２）
【特許文献４】特開２００９‐２５３０７５号公報（段落００１１，００２２、図１）
【特許文献５】特開２００４‐１６５３９６号公報（段落００１７〜００２２、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の特許文献１に記載のファイバレーザ発振装置では、パターン信号を低出力期間、出力上昇期間、高出力期間および出力低下期間の４期間の出力レベルで形成する必要があるため、制御が複雑で高コストとなる傾向にある。また、特許文献２に記載のファイバレーザ発振装置では、一方の励起光源はレーザ発振状態における所定のエネルギ準位にある原子を下部エネルギ準位へ遷移させるものであり、他方の励起光源のみが発振光を励起させるものであるため、より高出力な発振光を得ることができない。
【０００９】
一方、特許文献３〜５に記載のファイバレーザ発振装置では、複数の励起光源を用いて発振光を励起させているため、より高出力な発振光を得ることができる。ここで、図９（Ａ）に示すように、光ファイバの入射面（一端面）から入射され透過する励起光の強度は、光ファイバの入射面からの距離が長くなるにつれて指数関数的に減少していく。すなわち、励起光は光ファイバの入射面からファイバ内を進行するに従って光ファイバに徐々に吸収される。光ファイバの入射面の近傍の位置Ｐ１においては、励起光の強度は発振光を発振させることが可能な０より大きい値の閾値、すなわち、光ファイバを反転分布の状態にするための励起光の限界強度よりも大きな値となっており、図９（Ｂ）に示すように、エネルギ準位Ｅ０の基底状態にある電子ｅよりもエネルギ準位Ｅ３の励起状態にある電子ｅの数が多い反転分布の状態となっている。電子ｅは、エネルギ準位Ｅ３に遷移し、ある緩和時間がたつとよりエネルギの低い状態に落ちる。そのとき電子ｅは、励起していた準位と遷移した光の単位エネルギ差に等しいエネルギの光を放出する。緩和時間の最も長い準位差のものが最もエネルギ、位相、進行方向の揃った光を放出する。緩和時間が長い準位差の励起側の準位にある電子ｅが誘導放出され、発振光が出射される。
【００１０】
励起光の強度が発振光を発振させることが可能な閾値よりも僅かに大きな値となる光ファイバの入射面から所定距離離間した位置Ｐ２においては、図９（Ｃ）に示すように、エネルギ準位Ｅ０の基底状態にある電子ｅよりもエネルギ準位Ｅ３の励起状態にある電子ｅの数が僅かに多い反転分布の状態となっている。よって、図９（Ｂ）の領域で放出された緩和時間が長い準位差の光により誘導放出され、発振光が出射される。
【００１１】
一方、光ファイバの位置Ｐ２からさらに離間した位置Ｐ３においては、励起光の強度は発振光を発振させることが可能な閾値よりも小さな値となっており、図９（Ｄ）に示すように、エネルギ準位Ｅ０の基底状態にある電子ｅよりもエネルギ準位Ｅ３の励起状態にある電子ｅの数が少なく反転分布の状態に至っていない。よって、図９（Ｂ）〜図９（Ｃ）の領域で放出された緩和時間の長い準位差の光は励起光として吸収され、誘導放出されない。この状態で励起光の入射が継続されると、図９（Ｄ）の領域で吸収が進み、反転分布状態に至った時点でファイバ全体が発振光を出射可能な状態となり、一気に誘導放出が起きるので、光ファイバを破損させるようなジャイアントパルスが発生する。特許文献３〜５に記載のファイバレーザ発振装置では、上述の理由からジャイアントパルスが発生して光ファイバが破損するおそれがある。
【００１２】
本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、容易な制御で高出力な発振光を安定して得ることができるファイバレーザ発振方法およびファイバレーザ発振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】
【００１３】
〔ファイバレーザ発振方法〕
（請求項１）本発明のファイバレーザ発振方法は、レーザ活性物質を含む光ファイバに波長の異なる複数の励起光を入射して発振光を発生および増幅させ出射するファイバレーザ発振方法であって、前記複数の励起光のうち前記光ファイバに吸収される吸収率が最も低い前記励起光を前記光ファイバに最初に入射し、その後に残りの前記励起光を前記光ファイバに入射して前記発振光を発生および増幅させる。
【００１４】
（請求項２）前記吸収率が最も低い前記励起光は前記光ファイバの一端側から入射し、残りの前記励起光は前記光ファイバの一端側および他端側の一方もしくは両方から入射するとよい。
【００１５】
（請求項３）前記吸収率が最も低い前記励起光が前記光ファイバの内部を進行して端部に達したときに該励起光の強度が前記発振光を発振させることが可能な０より大きい値の閾値を下回らないようにするとよい。
【００１６】
〔ファイバレーザ発振装置〕
（請求項４）本発明のファイバレーザ発振装置は、レーザ活性物質を含む光ファイバと、該光ファイバに波長の異なる複数の励起光を夫々入射可能な複数の励起光源と、該複数の励起光源における前記励起光の出射を制御する制御装置と、を備えたファイバレーザ発振装置であって、前記制御装置は、前記複数の励起光のうち前記光ファイバに吸収される吸収率が最も低い前記励起光を前記光ファイバに最初に入射し、その後に残りの前記励起光を前記光ファイバに入射して前記発振光を発生および増幅させる。
【００１７】
（請求項５）前記吸収率が最も低い前記励起光を出射する前記励起光源は前記光ファイバの一端側に配置され、残りの前記励起光を出射する前記励起光源は前記光ファイバの一端側および他端側の一方もしくは両方に配置されているとよい。
【００１８】
（請求項６）前記光ファイバのファイバ長は、一端側から入射される前記吸収率が最も低い前記励起光が他端側に達したときに該励起光の強度が前記発振光を発振させることが可能な０より大きい値の閾値を下回らない長さに設定されているとよい。
【００１９】
（請求項７）前記光ファイバの他端側に達したときの前記吸収率が最も低い前記励起光の強度は、前記光ファイバの他端側における該励起光の強度の１０〜３０％の強度であるとよい。
【発明の効果】
【００２０】
（請求項１）本発明によると、光ファイバに入射される波長の異なる複数の励起光のうち光ファイバに吸収される吸収率が最も低い励起光を光ファイバに最初に入射しているので、励起光の強度は光ファイバ全長において発振光を発振させることが可能な閾値を超えた値に維持される。よって、光ファイバ全体を反転分布の状態にすることができ、反転分布の状態に至らないファイバ部分が存在しているときに発生し易いジャイアントパルスによる光ファイバの破損を防止することができる。そして、その後に残りの励起光を光ファイバに入射し、最初に入射した励起光を含む全ての波長の異なる励起光により合波した発振光を発生および増幅させているので、容易な制御で高出力な発振光を安定して得ることができる。
【００２１】
（請求項２）吸収率が最も低い励起光は光ファイバの一端側から入射しているので、光ファイバの他端側にて該励起光の漏れ光の処理を行うことができる。また、残りの励起光は光ファイバの一端側および他端側の一方もしくは両方から入射するようにしているので、発振光の出力を広い範囲で制御することができる。
【００２２】
（請求項３）吸収率が最も低い励起光が光ファイバの内部を進行して端部に達したときに該励起光の強度が発振光を発振させることが可能な０より大きい値の閾値を下回らないようにしている。この閾値は、光ファイバを反転分布の状態にするための励起光の限界強度である。よって、光ファイバ全体を反転分布の状態に確実に変化させることができ、ジャイアントパルスの発生を防止して光ファイバの破損を防止することができる。
【００２３】
（請求項４）制御装置により光ファイバに入射される波長の異なる複数の励起光のうち光ファイバに吸収される吸収率が最も低い励起光を光ファイバに最初に入射するように制御しているので、励起光の強度は光ファイバ全長において発振光を発振させることが可能な閾値を超えた値に維持される。よって、光ファイバ全体を反転分布の状態にすることができ、反転分布の状態に至らないファイバ部分が存在しているときに発生し易いジャイアントパルスによる光ファイバの破損を防止することができる。そして、その後に残りの励起光を光ファイバに入射し、最初に入射した励起光を含む全ての波長の異なる励起光により合波した発振光を発生および増幅させるように制御しているので、容易な制御で高出力な発振光を安定して得ることができる。
【００２４】
（請求項５）吸収率が最も低い励起光は光ファイバの一端側から入射するように構成しているので、光ファイバの他端側にて該励起光の漏れ光の処理を行うことができ簡易な構成とすることができる。また、残りの励起光は光ファイバの一端側および他端側の一方もしくは両方から入射するように構成しているので、制御装置により発振光の出力を広い範囲で制御することができる。
【００２５】
（請求項６）光ファイバのファイバ長を一端側から入射される吸収率が最も低い励起光が他端側に達したときに該励起光の強度が発振光を発振させることが可能な０より大きい値の閾値を下回らない長さとなるように設定しているので、光ファイバ全体を反転分布の状態に確実に変化させ、ジャイアントパルスの発生を防止して光ファイバの破損を防止することができる。
【００２６】
（請求項７）光ファイバの他端側に達したときの吸収率が最も低い励起光の励起光強度は、光ファイバの一端側における該励起光の強度の１０〜３０％の強度となるように設定しているので、光ファイバの他端側を発振光の出射面とした場合に該出射面からは適度な漏れ量の漏れ光が出射されることになり、発振効率を高めて高出力の発振光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１のファイバレーザ発振装置における光ファイバに入射され透過する励起光の吸収率の変化を示す図である。
【図３】図１のファイバレーザ発振装置の変形例における光ファイバに入射され透過する励起光の吸収率の変化を示す図である。
【図４】励起光の波長と光ファイバにおける励起光の吸収係数との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置の全体構成を示す図である。
【図６】図５のファイバレーザ発振装置における光ファイバに入射され透過する励起光の吸収率の変化を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置の全体構成を示す図である。
【図８】図７のファイバレーザ発振装置における光ファイバに入射され透過する励起光の吸収率の変化を示す図である。
【図９】光ファイバに入射され透過する励起光の強度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜第１実施形態＞
（ファイバレーザ発振装置の概要）
第１の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置の概要を説明する。ファイバレーザ発振装置は、ジャイアントパルスの発生を防止しつつ、高出力の発振光を得ることができるようにしている。
【００２９】
ここで、図９を参照して説明したように、緩和時間の長い準位差の光は励起光として吸収され、誘導放出されない状態で励起光の入射が継続されると吸収が進む。そして、反転分布状態に至った時点でファイバ全体が発振光を出射可能な状態となり、一気に誘導放出が起きるので、光ファイバを破損させるようなジャイアントパルスが発生する。そこで、光ファイバの一端側から入射される励起光が他端側に達したときに該励起光の強度が発振光を発振させることが可能な０より大きい値の閾値、すなわち、光ファイバを反転分布の状態にするための励起光の限界強度を下回らない長さとなるようにファイバ長を設定、すなわち図９に示す光ファイバの入射面から所定距離離間した位置Ｐ２を出射面として形成する。これにより、光ファイバ全体を反転分布の状態に確実に変化させ、ジャイアントパルスの発生を防止して光ファイバの破損を防止することができる。
【００３０】
また、発振光を発振させる際の効率を高めるためには光ファイバはある程度の長さが必要であり、高出力の発振光を得るためには光ファイバには波長の異なる複数の励起光を入射する必要がある。しかし、複数の励起光すべてが、上述したように、ジャイアントパルスの発生を防止できるような構成とすることは容易ではない。
【００３１】
そこで、複数の励起光のうち光ファイバに吸収される吸収率が最も低い励起光を上述の所定長の光ファイバに最初に入射する。そうすることで、励起光の強度を光ファイバ全長において発振光を発振させることが可能な閾値を超えた値に維持することができ、光ファイバ全体を反転分布の状態にすることができる。
【００３２】
そして、その後に残りの励起光を光ファイバに入射する。残りの励起光は、当該励起光が他端側に達したときに、当該励起光の強度が発振光を発振させることが可能な閾値を下回るものを選択することもできる。仮に、残りの励起光単独で、光ファイバに入射した場合には、ジャイアントパルスが発生するおそれがある。しかし、残りの励起光が光ファイバに入射される前に、既に最低吸収率の励起光が光ファイバに入射されている。そのため、光ファイバ全体が既に反転分布の状態になっている。従って、残りの励起光を入射したとしても、ジャイアントパルスが発生することはない。そして、最初に入射した励起光を含む全ての波長の異なる励起光により合波した高出力な発振光を容易な制御で安定して得ることができる。
【００３３】
ところで、出射面からの漏れ光は漏れ量が多い場合は発振効率が低下して高出力の発振光を得ることが困難となるため、入射面において励起光の強度を１００％としたときに出射面において１０〜３０％の強度の漏れ光となるように光ファイバのファイバ長を設定する。
【００３４】
（ファイバレーザ発振装置の詳細構成）
次に、ファイバレーザ発振装置の詳細構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、ファイバレーザ発振装置は、光ファイバ１と、第１〜第３励起光源２〜４と、第１〜第３ダイクロイックミラー５〜７と、コリメートレンズ８と、集光レンズ９と、第１〜第３励起光源２〜４の励起光の出射を制御する制御装置１０とを備えている。光ファイバ１の一端側（図示左側）の端面を光の入射面１ａとしたとき、入射面１ａに対し垂直方向に延びる光軸Ａ１上において入射面１ａよりも遠方から順（左から順）に、第１ダイクロイックミラー５、第２ダイクロイックミラー６、コリメートレンズ８、集光レンズ９が配置され、光ファイバ１の他端側（図示右側）の端面（出射面１ｂ）に対し垂直方向に延びる光軸Ａ１上において第３ダイクロイックミラー７が配置されている。
【００３５】
そして、第１ダイクロイックミラー５は、光ファイバ１の光軸Ａ１に垂直な面に対し図示左回りにθ°回転配置されている。第２ダイクロイックミラー６は、光ファイバ１の光軸Ａ１に垂直な面に対し図示右回りにθ°回転配置されている。第１励起光源２は、該光源２から出射される励起光Ｌ２が第１ダイクロイックミラー５で反射されたとき、励起光Ｌ２の光軸Ａ２が光ファイバ１の光軸Ａ１と一致するように配置されている。第２励起光源３は、該光源３から出射される励起光Ｌ３が第２ダイクロイックミラー６で反射されたとき、励起光Ｌ３の光軸Ａ３が光ファイバ１の光軸Ａ１と一致するように配置されている。第３励起光源４は、該光源４から出射される励起光Ｌ４の光軸Ａ４が光ファイバ１の光軸Ａ１と一致するように配置されている。第３ダイクロイックミラー７は、光ファイバ１の光軸Ａ１に垂直な面に対し図示左回りにθ°回転配置されている。なお、各励起光源２，３からの励起光Ｌ２，Ｌ３の入射角（θ°）を小さくすることによりミラーコーティングのコストを低く抑えたファイバレーザ発振装置を構成することができる。
【００３６】
光ファイバ１は、断面の中心に形成され、例えば、レーザ活性物質である希土類元素としてＹｂがドープされたコア部材１ｃと、該コア部材１ｃの周囲に形成されコア部材１ｃよりも低屈折率の第１クラッド部材１ｄと、該第１クラッド部材１ｄの周囲に形成され第１クラッド部材１ｄよりも低屈折率の第２クラッド部材１ｅとで構成されたダブルクラッドタイプのアクティブファイバである。光ファイバ１の入射面１ａには、発振光Ｌ１を反射する全反射ミラーが設けられ、光ファイバ１の出射面１ｂには、低強度の発振光を反射し高強度の発振光Ｌ１を透過する出力ミラーが設けられている。
【００３７】
この光ファイバ１の励起光としては、例えば、９１５ｎｍ、９４０ｎｍ、９７６ｎｍの３種類の波長で効率よく励起させることができる。図４に示すように、励起光の波長を変化させたときのこの光ファイバ１の吸収係数は、波長が９１５ｎｍのときは０．５ｄＢ／ｍ、９４０ｎｍのときは０．２ｄＢ／ｍ、９７６ｎｍのときは２．０ｄＢ／ｍとなる。この光ファイバ１は、例えば、Ｙｂなどを配合しているものとしている。つまり、９４０ｎｍの波長の励起光の吸収係数が最小、すなわち吸収率（＝１０＾（−吸収係数／１０＊光ファイバにおける入射面から距離））が最低となる（図２参照）。よって、光ファイバ１のファイバ長は、入射面において励起光の強度を１００％としたときに出射面において１５％程度の強度の漏れ光となるように、４０ｍと設定される。
【００３８】
第１励起光源２は、例えば、波長が９４０ｎｍの励起光Ｌ２を出射可能な光源である。第２励起光源３は、例えば、波長が９１５ｎｍの励起光Ｌ３を出射可能な光源である。第３励起光源４は、例えば、波長が９７６ｎｍの励起光Ｌ４を出射可能な光源である。そして、第１ダイクロイックミラー５は、波長が９４０ｎｍの励起光Ｌ２を反射可能であって波長が９７６ｎｍの励起光Ｌ４を透過可能なミラーである。第２ダイクロイックミラー６は、波長が９１５ｎｍの励起光Ｌ３を反射可能であって波長が９４０ｎｍおよび９７６ｎｍの励起光Ｌ２，Ｌ４を透過可能なミラーである。第３ダイクロイックミラー７は、波長が９４０ｎｍの漏れ光Ｌａを反射可能であって発振光Ｌ１を透過可能なミラーである。
【００３９】
（ファイバレーザ発振装置の動作）
このような構成のファイバレーザ発振装置の動作を説明する。先ず、制御装置１０は、第１励起光源２から９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２を出射させる。９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２は、第１ダイクロイックミラー５で反射されて第２ダイクロイックミラー６を透過し、コリメートレンズ８で平行光にされ集光レンズ９で光ファイバ１の入射面１ａに集光されて光ファイバ１内に導光される。光ファイバ１内に導光された９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２は、第２クラッド１ｅ内面で反射しながら第１クラッド１ｄ内を透過する。このとき、図２に示すように、９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２は光ファイバ１に吸収されつつも光ファイバ１の出射面１ｂまで到達するので、光ファイバ１全体を一様の反転分布の状態にすることができる。さらに、９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２が第１クラッド１ｄ内を透過するときにコア部材１ｃを透過するとコア部材１ｃ内の希土類元素が励起されて発振光が発生する。
【００４０】
次に、制御装置１０は、第２励起光源３から９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３を出射させると共に第３励起光源４から９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４を出射させる。これらの励起光Ｌ３，Ｌ４の出射タイミングは同時に出射、もしくは何れか一方の励起光を先に出射した後に他方の励起光を出射する。９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３は、第２ダイクロイックミラー６で反射されてコリメートレンズ８で平行光にされ、集光レンズ９で光ファイバ１の入射面１ａに集光されて光ファイバ１内に導光される。９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４は、第１ダイクロイックミラー５および第２ダイクロイックミラー６を透過してコリメートレンズ８で平行光にされ、集光レンズ９で光ファイバ１の入射面１ａに集光されて光ファイバ１内に導光される。
【００４１】
光ファイバ１内に導光された９１５ｎｍおよび９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ３，Ｌ４は、第２クラッド１ｅ内面で反射しながら第１クラッド１ｄ内を透過する。このとき、図２に示すように、９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３は、９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２よりも大量に光ファイバ１に吸収されて光ファイバ１の出射面１ｂに到達するまでに略０になる。９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４は、９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３よりもさらに大量に光ファイバ１に吸収されて光ファイバ１の出射面１ｂに到達する前に略０になる。これら両励起光Ｌ３，Ｌ４は、吸収率が１００％になるまでに透過したコア部材１ｃ内の希土類元素を励起して発振光を発生させる。
【００４２】
以上の３つの励起光Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４により発生した発振光は合波され、光ファイバ１の出射面１ｂと入射面１ａとの間で反射され増幅されて最終的に高強度となった発振光Ｌ１が出射面１ｂから出射される。出射面１ｂから出射された発振光Ｌ１は、第３ダイクロイックミラー７を透過して図略のレーザ出射部に導光されて出射される。また、出射面１ｂから漏れる９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２の漏れ光Ｌａは、第３ダイクロイックミラー７で反射されて図略の漏れ光処理部に導光されて装置外部に漏れないように処理される。
【００４３】
（ファイバレーザ発振装置の作用効果）
以上説明したように、第１の実施の形態のファイバレーザ発振装置によれば、制御装置１０により光ファイバ１に入射される波長の異なる３つの励起光Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のうち光ファイバ１に吸収される吸収率が最も低い励起光Ｌ２を光ファイバ１に最初に入射するように制御している。よって、励起光の強度は光ファイバ１全長において発振光Ｌ１を発振させることが可能な閾値を超えた値に維持され、光ファイバ１全体を反転分布の状態にすることができる。その結果、反転分布の状態に至らないファイバ部分が存在しているときに発生し易いジャイアントパルスによる光ファイバ１の破損を防止することができる。そして、その後に残りの励起光Ｌ３，Ｌ４を光ファイバ１に入射している。従って、最初に入射した励起光Ｌ２を含む全ての波長の異なる励起光Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４により合波した発振光を発生および増幅させるように制御しているので、容易な制御で高出力な発振光Ｌ１を安定して得ることができる。
【００４４】
また、吸収率が最も低い励起光Ｌ２は光ファイバ１の一端側から入射するように構成しているので、光ファイバ１の他端側にて該励起光Ｌ２の漏れ光Ｌａの処理を行うことができ簡易な構成とすることができる。また、残りの励起光Ｌ３，Ｌ４は光ファイバ１の一端側から入射するように構成しているので、制御装置１０により発振光Ｌ１の出力を広い範囲で制御することができる。
【００４５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置を、第１の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置を示す図１に対応させた図５を参照して説明する。なお、図５において図１に示す構成と同一な構成は同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００４６】
（ファイバレーザ発振装置の構成）
図５に示すように、ファイバレーザ発振装置は、光ファイバ１と、第１〜第５励起光源２〜４，１１，１２と、第１〜第５ダイクロイックミラー５〜７，１３，１４と、２つのコリメートレンズ８，１５と、２つの集光レンズ９，１６と、第１〜第５励起光源２〜４，１１，１２の励起光の出射を制御する制御装置１７とを備えている。
【００４７】
光ファイバ１の入射面１ａ側の光学系の配置は第１の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置と同一構成であるが、光ファイバ１の出射面１ｂ側の光学系の配置は第１の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置とは異なる構成となっている。すなわち、光ファイバ１の出射面１ｂに対し垂直方向に延びる光軸Ａ１上において出射面１ｂよりも遠方から順（右から順）に、第４ダイクロイックミラー１３、第５ダイクロイックミラー１４、第３ダイクロイックミラー７、コリメートレンズ１５、集光レンズ１６が配置されている。
【００４８】
そして、第４ダイクロイックミラー１３は、光ファイバ１の光軸Ａ１に垂直な面に対し図示左回りにθ°回転配置されている。第５ダイクロイックミラー１４は、光ファイバ１の光軸Ａ１に垂直な面に対し図示右回りにθ°回転配置されている。第４励起光源１１は、該光源１１から出射される励起光Ｌ５が第４ダイクロイックミラー１３で反射されたとき、励起光Ｌ５の光軸Ａ５が光ファイバ１の光軸Ａ１と一致するように配置されている。第５励起光源１２は、該光源１２から出射される励起光Ｌ６の光軸Ａ６が光ファイバ１の光軸Ａ１と一致するように配置されている。
【００４９】
第４励起光源１１は、例えば、波長が９１５ｎｍの励起光Ｌ５を出射可能な光源である。第５励起光源１２は、例えば、波長が９７６ｎｍの励起光Ｌ６を出射可能な光源である。そして、第４ダイクロイックミラー１３は、波長が９１５ｎｍの励起光Ｌ５を反射可能であって波長が９７６ｎｍの励起光Ｌ６を透過可能なミラーである。第５ダイクロイックミラー１４は、発振光Ｌ１を反射可能であって波長が９１５ｎｍおよび９７６ｎｍの励起光Ｌ５，Ｌ６を透過可能なミラーである。
【００５０】
（ファイバレーザ発振装置の動作）
このような構成のファイバレーザ発振装置の動作を説明する。先ず、制御装置１７は、第１励起光源２から９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２を出射させる。９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２は、第１ダイクロイックミラー５で反射されて第２ダイクロイックミラー６を透過し、コリメートレンズ８で平行光にされ集光レンズ９で光ファイバ１の入射面１ａに集光されて光ファイバ１内に導光される。光ファイバ１内に導光された９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２は、第２クラッド１ｅ内面で反射しながら第１クラッド１ｄ内を透過する。このとき、図６に示すように、９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２は光ファイバ１に吸収されつつも光ファイバ１の出射面１ｂまで到達するので、光ファイバ１全体を一様の反転分布の状態にすることができる。さらに、９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２が第１クラッド１ｄ内を透過するときにコア部材１ｃを透過するとコア部材１ｃ内の希土類元素が励起されて発振光が発生する。
【００５１】
次に、制御装置１７は、第２励起光源３から９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３を出射させ、第３励起光源４から９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４を出射させる。さらに、制御装置１７は、第４励起光源１１から９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ５を出射させ、第５励起光源１２から９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ６を出射させる。これらの励起光Ｌ３〜Ｌ６の出射タイミングは同時に出射、もしくは任意の順に励起光を出射する。第２励起光源３の９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３は、第２ダイクロイックミラー６で反射されてコリメートレンズ８で平行光にされ、集光レンズ９で光ファイバ１の入射面１ａに集光されて光ファイバ１内に導光される。第３励起光源４の９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４は、第１ダイクロイックミラー５および第２ダイクロイックミラー６を透過してコリメートレンズ８で平行光にされ、集光レンズ９で光ファイバ１の入射面１ａに集光されて光ファイバ１内に導光される。
【００５２】
一方、第４励起光源１１の９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ５は、第４ダイクロイックミラー１３で反射されて第５ダイクロイックミラー１４および第３ダイクロイックミラー７を透過し、コリメートレンズ１５で平行光にされて集光レンズ１６で光ファイバ１の出射面１ｂに集光されて光ファイバ１内に導光される。第５励起光源１２の９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ６は、第４ダイクロイックミラー１３、第５ダイクロイックミラー１４および第３ダイクロイックミラー７を透過してコリメートレンズ１５で平行光にされ、集光レンズ１６で光ファイバ１の出射面１ｂに集光されて光ファイバ１内に導光される。
【００５３】
光ファイバ１内に導光された各励起光Ｌ２〜Ｌ６は、第２クラッド１ｅ内面で反射しながら第１クラッド１ｄ内を透過する。このとき、図６に示すように、第２励起光源３の９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３は、９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２よりも大量に光ファイバ１に吸収されて光ファイバ１の出射面１ｂに到達するまでに略０になる。第３励起光源４の９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４は、９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３よりもさらに大量に光ファイバ１に吸収されて光ファイバ１の出射面１ｂに到達する前に略０になる。これら両励起光Ｌ３，Ｌ４は、吸収率が１００％になるまでに透過したコア部材１ｃ内の希土類元素を励起して発振光を発生させる。
【００５４】
一方、第４励起光源１１の９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ５の吸収率の変化は、第２励起光源３の９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３の吸収率の変化と光ファイバ１の長手中央で対称形状であり光ファイバ１の入射面１ａに到達するまでに略０になる。第５励起光源１２の９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ６の吸収率の変化は、第３励起光源４の９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４の吸収率の変化と光ファイバ１の長手中央で対称形状であり光ファイバ１の入射面１ａに到達する前に略０になる。これら両励起光Ｌ５，Ｌ６は、吸収率が１００％になるまでに透過したコア部材１ｃ内の希土類元素を励起して発振光を発生させる。
【００５５】
以上の５つの励起光Ｌ２〜Ｌ６により発生した発振光は合波され、光ファイバ１の出射面１ｂと入射面１ａとの間で反射され増幅されて最終的に高強度となった発振光Ｌ１が出射面１ｂから出射される。出射面１ｂから出射された発振光Ｌ１は、集光レンズ１６、コリメートレンズ１５および第３ダイクロイックミラー７を透過し、第５ダイクロイックミラー１４で反射され図略のレーザ出射部に導光されて出射される。また、出射面１ｂから漏れる９４０ｎｍの波長の励起光Ｌ２の漏れ光Ｌａは、集光レンズ１６およびコリメートレンズ１５を透過し、第３ダイクロイックミラー７で反射されて図略の漏れ光処理部に導光されて装置外部に漏れないように処理される。
【００５６】
（ファイバレーザ発振装置の作用効果）
以上説明したように、第２の実施の形態のファイバレーザ発振装置によれば、第１の実施の形態のファイバレーザ発振装置と同様の効果を得ることができる。さらに、５つの励起光Ｌ２〜Ｌ６により発振光を発生させているので、より高出力な発振光Ｌ１を得ることができる。また、励起光Ｌ２以外の励起光Ｌ３〜Ｌ６は光ファイバ１の一端側および他端側の両方から入射するように構成しているので、制御装置１７により発振光Ｌ１の出力をさらに広い範囲で制御することができる。
【００５７】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置を、第１の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置を示す図１に対応させた図７を参照して説明する。なお、図７において図１に示す構成と同一な構成は同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００５８】
（ファイバレーザ発振装置の構成）
図７に示すように、ファイバレーザ発振装置は、光ファイバ１と、第２および第３励起光源３，４と、第１および第３ダイクロイックミラー６，７と、コリメートレンズ８と、集光レンズ９と、第２および第３励起光源３，４の励起光の出射を制御する制御装置１８とを備えている。すなわち、第３の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置は、第１の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置の第１励起光源２および第２ダイクロイックミラー６が除かれた構成となっている。この場合、最低吸収率の励起光は第２励起光源３が出射する波長が９１５ｎｍの励起光Ｌ３となり、光ファイバ１の長さは第１の実施の形態に係るファイバレーザ発振装置の光ファイバ１の長さよりも短くなる。すなわち、光ファイバ１のファイバ長は、入射面において励起光の強度を１００％としたときに出射面において１８％程度の強度の漏れ光となるように、１５ｍと設定される。
【００５９】
（ファイバレーザ発振装置の動作）
このような構成のファイバレーザ発振装置の動作を説明する。先ず、制御装置１８は、第２励起光源３から９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３を出射させる。９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３は、第２ダイクロイックミラー６で反射され、コリメートレンズ８で平行光にされ集光レンズ９で光ファイバ１の入射面１ａに集光されて光ファイバ１内に導光される。光ファイバ１内に導光された９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３は、第２クラッド１ｅ内面で反射しながら第１クラッド１ｄ内を透過する。このとき、図８に示すように、９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３は光ファイバ１に吸収されつつも光ファイバ１の出射面１ｂまで到達するので、光ファイバ１全体を一様の反転分布の状態にすることができる。さらに、９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３が第１クラッド１ｄ内を透過するときにコア部材１ｃを透過するとコア部材１ｃ内の希土類元素が励起されて発振光が発生する。
【００６０】
次に、制御装置１８は、第３励起光源４から９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４を出射させる。９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４は、第２ダイクロイックミラー６を透過してコリメートレンズ８で平行光にされ、集光レンズ９で光ファイバ１の入射面１ａに集光されて光ファイバ１内に導光される。光ファイバ１内に導光された励起光Ｌ４は、第２クラッド１ｅ内面で反射しながら第１クラッド１ｄ内を透過する。このとき、図８に示すように、９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４は、９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３よりも大量に光ファイバ１に吸収されて光ファイバ１の出射面１ｂに到達するまでに略０になる。９７６ｎｍの波長の励起光Ｌ４は、強度が０になるまでに透過したコア部材１ｃ内の希土類元素を励起して発振光を発生させる。
【００６１】
以上の２つの励起光Ｌ３，Ｌ４により発生した発振光は合波され、光ファイバ１の出射面１ｂと入射面１ａとの間で反射され増幅されて最終的に高強度となった発振光Ｌ１が出射面１ｂから出射される。出射面１ｂから出射された発振光Ｌ１は、第３ダイクロイックミラー７を透過して図略のレーザ出射部に導光されて出射される。また、出射面１ｂから漏れる９１５ｎｍの波長の励起光Ｌ３の漏れ光Ｌａは、第３ダイクロイックミラー７で反射されて図略の漏れ光処理部に導光されて装置外部に漏れないように処理される。
【００６２】
（ファイバレーザ発振装置の作用効果）
以上説明したように、第３の実施の形態のファイバレーザ発振装置によれば、第１の実施の形態のファイバレーザ発振装置と同様の効果を得ることができる。さらに、励起光源３，４が２つであるため第１の実施の形態のファイバレーザ発振装置と比較して光学素子が少なくなり、コストを低減させることができる。
【００６３】
＜第１、第２、第３実施形態の変形態様＞
なお、上述した各実施形態では、光ファイバ１の出射面１ｂから漏れる漏れ光Ｌａは、第３ダイクロイックミラー７で反射されて漏れ光処理部に導光される構成とした。この構成に代えて、光ファイバ１の出射面１ｂを漏れ光Ｌａの反射が可能な機能を有するように形成することにより、例えば、図１に示すように、光ファイバ１の出射面１ｂで反射された励起光Ｌ２を漏らさずに光ファイバ１で吸収させることができる。これにより、第３ダイクロイックミラー７が不要となり、低コスト化を図ることができる。また、光ファイバ１として希土類元素としてＹｂを含むアクティブファイバを選択したが、他のレーザ活性物質を含むアクティブファイバを選択しても同様の効果を得ることができる。また、各実施形態での励起光源の数および配置に限定されるものではなく、任意の数の励起光源を選択することができ、それらを光ファイバ１の一端側および他端側の一方もしくは両方の任意の位置に配置することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１：光ファイバ、  １ａ：入射面、  １ｂ：出射面、  ２〜４，１１，１２：第１〜第５励起光源、  ５〜７，１３，１４：第１〜第５ダイクロイックミラー、  ８，１５：コリメートレンズ、  ９，１６：集光レンズ、  １０，１７，１８：制御装置
【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】
2012129264.tif 000008
【図７】
2012129264.tif 000009
【図８】
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【図９】
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