(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ活性物質に励起光を供給することによってレーザ光を発生させるレーザ光発生装置において、
前記レーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う非石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された１つながりの光ファイバと、
前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、
前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、
前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、
を有し、
前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とするレーザ光発生装置。
【請求項２】
前記流動性媒質は、前記光ファイバ及び前記励起光導入部を冷却する冷却媒質であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
【請求項３】
前記レーザ活性物質は、Ｎｄ3+、Ｙｂ3+、Ｅｒ3+、Ｐｒ3+、Ｃｅ3+、Ｔｍ3+、Ｈｏ3+、Ｔｂ3+、Ｄｙ3+、Ｅｕ3+、Ｅｕ2+及び有機色素から選ばれる少なくとも一つの物質であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
【請求項４】
前記光ファイバは、フッ化物ガラスファイバ、弗燐酸塩ガラスファイバ、カルコゲナイドガラスファイバ、オキシカルコゲナイドガラスファイバ、燐酸塩ガラスファイバ、テルライトガラスファイバ、硼酸塩ガラスファイバ、多成分系アルミノシリケートガラスファイバ或いはプラスチックファイバのうち少なくともいずれか１種類であることを特徴とする請求項１記載のレーザ光発生装置。
【請求項５】
レーザ活性物質に励起光を供給することによってレーザ光を発生させるレーザ光発生装置において、
Ｙｂ3+、Ｅｒ3+、Ｃｅ3+、Ｔｍ3+、Ｈｏ3+から選ばれる少なくとも１種類のレーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された１つながりの光ファイバと、
前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、
前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、
前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、
を有し、
前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とするレーザ光発生装置。
【請求項６】
前記流動性媒質は、前記光ファイバ及び前記励起光導入部を冷却する冷却媒質であることを特徴とする請求項５記載のレーザ光発生装置。
【請求項７】
レーザ活性物質に励起光を供給することによって信号光を増幅する光信号増幅器において、
前記レーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う非石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された１つながりの光ファイバと、
前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、
前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、
前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、
を有し、
前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とする光信号増幅器。
【請求項８】
前記流動性媒質は、前記光ファイバ及び前記励起光導入部を冷却する冷却媒質であることを特徴とする請求項７記載の光信号増幅器。
【請求項９】
前記光ファイバは、フッ化物ガラスファイバ、弗燐酸塩ガラスファイバ、カルコゲナイドガラスファイバ、オキシカルコゲナイドガラスファイバ、燐酸塩ガラスファイバ、テルライトガラスファイバ、硼酸塩ガラスファイバ、多成分系アルミノシリケートガラスファイバ或いはプラスチックファイバのうち少なくともいずれか１種類であることを特徴とする請求項７記載の光信号増幅器。
【請求項１０】
前記光ファイバは、複数箇所で折り返して束ねられていることを特徴とする請求項１又は５に記載のレーザ光発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光発生装置及び光信号増幅器に関し、特にレーザファイバのレーザ活性物質に励起光を供給することにより、レーザ光を発生するレーザ光発生装置及び光信号を増幅する光信号増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信または光加工技術分野において、安価で高出力のレーザ光発生装置の実用化が望まれている。
【０００３】
そのような中、光ファイバレーザ発振器または光導波路型レーザ発振器は、コア径及びコアとクラッドの屈折率差を調節して設計、作製することで容易に発振モードを単一にでき、かつ光を高密度に閉じ込めることでレーザ活性物質と光との相互作用を高め、かつ長さを長くすることで相互作用長を大きくとれるので高い効率で空間的に高品質のレーザ光を発生することができることが知られている。
【０００４】
ここで、レーザ光の高出力化または高効率化を実現するには、いかに光ファイバまたは光導波路のレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心添加領域（通常はコア部）に効率よく励起光を導入するかが課題となる。
【０００５】
しかし、通常単一モードの導波条件にコア径を設定するとその径はレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域（通常はコア部）の十数μｍ以下に限定され、この径に効率よく励起光を導入するのは一般に困難である。
【０００６】
そこで、クラッド部の外側にクラッド部よりもさらに屈折率が低い透明物質で構成される第２クラッド部を設け、第２クラッド部とクラッド部の屈折率差に起因する全反射によって端面より導入された励起光を第一クラッド部及びコア部内に閉じ込め、レーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域（通常はコア部）を閉じ込められた励起光が通過するにしたがって徐々にレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心に励起光を吸収させ、高出力のレーザ光を出力する方法が知られている。これが２重クラッド型ファイバレーザである。（E.Snitzer、H.Po、FHakimi、R.Tumminelli、and B.C.McCllum、in Optical Fiber Sensors、Vol.2 of 1988 OSA Tecnical Digest Series(Optical Society of America、Washington、D.C.、1988)、paper PD5.）。
【０００７】
しかし、２重クラッド型ファイバレーザの場合、内部のクラッド部の断面形状が円形であるとレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域（通常はコア部）付近を選択的に透過する励起光のみが効率よくレーザ活性物質に吸収され、そうでない部分の吸収効率が非常に低い。すなわち、モードによる吸収飽和が起こるといった問題があった。
【０００８】
そこで、内部のクラッド部の形状を矩形にするような工夫がおこなわれているが、一般に円形以外の断面形状のファイバを作製するのは困難であり、かつ機械的な強度にも不足しがちである。
【０００９】
これらの問題を解決するものとして、ファイバにおけるレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域（通常はコア部）に対し、側面から励起光を導入する光ファイバレーザ装置（特開平１０−１３５５４８）及びレーザ装置（特開平１０−１９００９７）が提案されている。
【００１０】
側面から励起光をレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域（通常はコア部）に励起光を導入する場合は、通常レーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域（通常はコア部）の直径（ｄ）に比べて導波路長（Ｌ）が非常に長く、Ｌ／ｄ＞１０６以上もとれるので導波路の断面方向から励起光を導入する方法よりも非常に多くの励起エネルギーをファイバまたは導波路内に導入することが可能となる。
【００１１】
このような光ファイバレーザ装置（特開平１０−１３５５４８）及びレーザ装置（特開平１０−１９００９７）では、励起光がファイバを横切る形で伝播していくため、各ファイバ間の隙間を光学的に品質が高い低損失な構成とする必要がある。そのため従来は、ファイバを光学接着剤に埋め込む構成あるいはファイバ間を熱融着させる構成等をとることにより、このような低損失な構成を実現していた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光学接着剤でのファイバ間の隙間埋め込みは、有機物である光学接着剤を用いることとなるため、この光学接着剤が励起光によりダメージを受けやすく、耐光パワー性が低いという問題がある。
【００１３】
一方、熱融着方法には耐光パワー性の問題はないが、一般的に難易度の高い製造工程を取らなければならず、特に非酸化物ガラスを用いたファイバの場合には結晶化に対する安定度が低い為、融着面に結晶が析出し、融着が不可能となるか或いはこの結晶が散乱源となり励起光の吸収効率が低下するという問題がある。
【００１４】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、耐光パワー性が高く、製造が容易な、非石英系ファイバを使用したレーザ光発生装置を提供することを目的とする。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、耐光パワー性が高く、製造が容易な、石英系ファイバを使用したレーザ光発生装置を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、耐光パワー性が高く、製造が容易な、非石英系ファイバを使用した光信号増幅器を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、レーザ活性物質に励起光を供給することによってレーザ光を発生させるレーザ光発生装置において、前記レーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う非石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された１つながりの光ファイバと、前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、を有し、前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とするレーザ光発生装置が提供される。
【００１７】
ここで、光ファイバはレーザ光を発生させ、流動性媒質は各光ファイバ間の隙間を埋めながら流動し、励起光反射部は内部を流動性媒質で満たし、光ファイバの少なくとも一部を収納し、励起光を内部に閉じ込め、励起光導入部は励起光反射部に励起光を導入する。
【００１８】
また、レーザ活性物質に励起光を供給することによってレーザ光を発生させるレーザ光発生装置において、Ｙｂ3+、Ｅｒ3+、Ｃｅ3+、Ｔｍ3+、Ｈｏ3+から選ばれる少なくとも１種類のレーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された１つながりの光ファイバと、前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、を有し、前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とするレーザ光発生装置が提供される。
【００１９】
ここで、光ファイバはレーザ光を発生させ、流動性媒質は各光ファイバ間の隙間を埋めながら流動し、励起光反射部は内部を流動性媒質で満たし、光ファイバの少なくとも一部を収納し、励起光を内部に閉じ込め、励起光導入部は励起光反射部に励起光を導入する。
【００２０】
さらに、レーザ活性物質に励起光を供給することによって信号光を増幅する光信号増幅器において、前記レーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う非石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された１つながりの光ファイバと、前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、を有し、前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とする光信号増幅器が提供される。
【００２１】
ここで、光ファイバは信号光を増幅させ、流動性媒質は各光ファイバ間の隙間を埋めながら流動し、励起光反射部は内部を流動性媒質で満たし、光ファイバの少なくとも一部を収納し、励起光を内部に閉じ込め、励起光導入部は励起光反射部に励起光を導入する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、本発明における第１の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、第１の実施の形態におけるレーザ光発生装置１の構成図である。
レーザ光発生装置１は、レーザ光を発生する１本につながった非石英系光ファイバであるレーザファイバ２、レーザファイバ２の一部が収納されるファイバ収納ボックス４、レーザファイバ２の一端に取り付けられる反射ミラー５及びファイバ収納ボックス４内に励起光を導入する励起光導入用ファイバ３により構成されている。ファイバ収納ボックス４には、ファイバ収納ボックス４内にマッチングオイル６を導入するマッチングオイル導入口４ａ及びファイバ収納ボックス４内からマッチングオイル６を排出するマッチングオイル排出口４ｂが設置されており、これらによりマッチングオイル６の導入及び排出が行われる。
【００２４】
レーザファイバ２はファイバ収納ボックス４内に収納され、その両端部をファイバ収納ボックス４の外部に配置する。ファイバ収納ボックス４の外部に配置されたレーザファイバ２の一端には反射ミラー５が取り付けられる。
【００２５】
レーザファイバ２としてフッ化物ガラスやカルコゲナイドガラス、テルライトガラス等を用いた非石英系ファイバを用いる場合、その低いマルチフォノン吸収によって、石英系ファイバでは実現し得ない主に中赤外域の波長を含むレーザ発振が可能になる。例えば、ドープコア２ａの材質としてＣｅ3+を用いた場合、発信されるレーザの波長は５μｍであり、Ｐｒ3+を用いた場合には、５μｍ、１．３  μｍ及び２．３μｍの波長のレーザ光を発信することができる。その他、非石英系ファイバにおけるドープコア２ａの材質と、それらに対応する発信レーザの波長を羅列すると、Ｎｄ3+：５μｍ、２．５μｍ／Ｔｂ3+：５μｍ／Ｄｙ3+：３μｍ、１．３４μｍ、１．７μｍ／Ｈｏ3+：５μｍ、４μｍ、３μｍ、２μｍ／Ｅｒ3+：３μｍ、３．５μｍ、４μｍ／Ｔｍ3+：５．５μｍ、４μｍ、２μｍ、１．２μｍ／Ｅｕ2+：０．５〜０．４μｍのようになる。
【００２６】
また、一般にフッ化物ガラスやカルコゲナイドガラス、テルライトガラス等は、ＥＳＡ（励起準位からの吸収）による多光子吸収も石英系ガラスに比べてその強度が大きく、長波長から短波長への振動数上方変換が可能である。例えばＥｒ3+による緑色光レーザ、Ｐｒ3+による赤、緑、青色レーザ、Ｔｍ3+による青色レーザ等が知られている。
【００２７】
また光増幅器においてはＰｒ3+を添加したフッ化物またはカルコゲナイドガラスファイバで、石英系ファイバでは増幅困難な１．３μｍ帯の波長の光信号を増幅する事もできる。また、Ｅｒ3+を添加した多成分アルミノシリケートガラスやテルライトガラスではその１．５μｍ帯域の光信号増幅において増幅利得の波長依存性が石英系ファイバに比べて少なく、波長多重光通信において非常に広帯域の増幅が可能になる。
【００２８】
励起光導入用ファイバ３は、その先端がファイバ収納ボックス４の内部に達するように取り付けられ、その先端から励起光をファイバ収納ボックス４内に照射する。励起光源としては、一般に市販されている波長１．５μｍ、０．９８μｍ、０．９μｍ、０．８μｍ、０．６７μｍのＬＤ等を用いる。その外にＬＤ励起の固体レーザを励起光源にする事もできる。この場合、１．０６μｍ、１．１μｍ、０．５３μｍ等の波長が使用できる。
【００２９】
マッチングオイル６は、流動性を上げるためになるべく低粘性のものが好ましい。また、後述する非石英ガラスクラッド２ｂは水分によって劣化するため、マッチングオイル６には水分含有量の少ないものが好ましい。
【００３０】
図２は、ファイバ収納ボックス４内部の様子を表した拡大断面図である。
ファイバ収納ボックス４の内部は、まず一面に金メッキ加工が施されることにより金メッキ層４ｃが構成されており、さらにその金メッキ層４ｃの表面には、透明フッ素樹脂による透明フッ素樹脂クラッド層４ｄが形成されている。
【００３１】
ファイバ収納ボックス４の内部に収納されるレーザファイバ２は、励起光によりレーザ光を発生するドープコア２ａ及びそれを取り囲む非石英ガラスクラッド２ｂにより構成されており、ドープコア２ａを中心とし、非石英ガラスクラッド２ｂを外周部とする同軸構成をとっている。そして、各レーザファイバ２は、流動性を有するマッチングオイル６によってその隙間を埋められている。
【００３２】
ここで、非石英ガラスクラッド２ｂ及びマッチングオイル６は、お互いに光の屈折率がほぼ等しいものを用い、透明フッ素樹脂クラッド層４ｄは、非石英ガラスクラッド２ｂ及びマッチングオイル６よりも光の屈折率が小さいものを用いる。また、ドープコア２ａは、非石英ガラスクラッド２ｂよりも光の屈折率の大きいものを用いる。
【００３３】
次に、図１及び図２を用いて本形態のレーザ光発生装置１の動作について説明する。
まず、マッチングオイル６の流れについて説明する。
【００３４】
ポンプ等により圧力を加えられたマッチングオイル６は、マッチングオイル導入口４ａからファイバ収納ボックス４の内部に注入される。ファイバ収納ボックス４の内部に注入されたマッチングオイル６は、ファイバ収納ボックス４の内部を隙間なく満たし、マッチングオイル排出口４ｂより排出される。これにより、ファイバ収納ボックス４の内部には、マッチングオイル６が常に流動した状態が作り出される。一般に、非石英系ファイバは石英系ファイバに比べて耐熱性が低い。非石英系ファイバを用いる場合、このマッチングオイル６の流動により、マッチングオイル６の劣化を防止するだけではなく、非石英系ファイバの劣化も防止する。
【００３５】
次に、レーザ光発生の動作について説明する。
励起光導入用ファイバ３によりファイバ収納ボックス４の内部に導入された励起光は、ファイバ収納ボックス４内のレーザファイバ２及びマッチングオイル６を横切りながらファイバ収納ボックス４内部を進み、ファイバ収納ボックス４の内側壁に達した励起光は金メッキ層４ｃあるいは透明フッ素樹脂クラッド層４ｄで反射される。反射された励起光は同じようにファイバ収納ボックス４内を進み、金メッキ層４ｃあるいは透明フッ素樹脂クラッド層４ｄでの反射を繰り返す。
【００３６】
このとき各レーザファイバ２を横切る励起光の一部は、ドープコア２ａに達し、励起光が照射されたドープコア２ａはレーザ光を発生する。発生したレーザ光はドープコア２ａ内を進み、レーザファイバ２の両端に達する。レーザファイバ２の両端のうち反射ミラー５が設置された側に達したレーザ光はそこで反射され、レーザファイバ２のもう一端から取り出される。
【００３７】
このように、本形態では、ファイバ収納ボックス４内にレーザファイバ２を収納し、それをマッチングオイル６で満たし、ファイバ収納ボックス４内部に励起光を導入し、導入された励起光はファイバ収納ボックス４内部で反射を繰り返しながら、レーザファイバ２のドープコア２ａを励起し、レーザ光を発生させることとしたため、効率のよいレーザ光の発生を簡単な装置構成で実現することが可能となり、装置の生産コスト低減が可能となる。
【００３８】
また、マッチングオイル６を流動させながら励起光を照射することとしたため、マッチングオイルを形成する分子の一部が常に強いレーザ光で照射されることがなくなり、マッチングオイル６のレーザ耐性を著しく向上させることができる。
【００３９】
さらに、マッチングオイル６を流動させながら励起光を照射することとしたため、熱に弱い非石英ガラスクラッド２ｂの冷却を行うことが可能となり、レーザファイバ２の耐久性を向上させることが可能となる。
【００４０】
なお、本形態ではレーザファイバ２として非石英系ファイバを用いたが、レーザ活性物質にＹｂ3+、Ｅｒ3+、Ｃｅ3+、Ｔｍ3+、Ｈｏ3+等を用い、クラッドに石英ガラスを用いることとしてもよい。
【００４１】
また、非石英ガラスクラッド２ｂとほぼ同じ屈折率で励起光波長において透明な樹脂を用い、非石英ガラスクラッド２ｂの外周を被覆することとしてもよい。この場合、この被覆ができるだけ薄い方が冷却効率を高くすることができ、レーザダメージの発生確率も小さいので好ましい。
【００４２】
【実施例１】
第１の実施の形態において、コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、開口数０．２のＺｒＦ4系フッ化物ガラスファイバのコア内部に１ａｔ％のＮｄ3+イオンをドープした５０ｍの長さのレーザファイバを２５０ｘ１８０ｘ３０の直方体容器の中に詰め込み、屈折率１．５１、室温での粘性３０ｐｏｉｓｅの波長０．５〜０．８５μｍにわたって透明なマッチングオイルを流量１リットル／分でこの直方体容器に流すこととした。この容器は厚さ０．５ｍｍの透明弗素樹脂で形成されており、その外側を金でコートしてある。この容器において、長さが１８０ｍｍである側の側面には等間隔に横２０列ｘ縦２列の励起光導入用の窓が開けられ、それらの窓には、１．０ｘ０．３ｍｍの矩形断面を有する長さ１．５ｍの励起光導入用ファイバ（開口数０．２）が接続されている。励起光導入用ファイバの容器に接続されていない側の一端は、それぞれ波長０．８μｍ、出力１００Ｗのレーザダイオードと光学レンズを介し結合した。レーザファイバの一方の端面には反射率９９．９％の反射ミラーを垂直に押し付け、もう一方の端面は破断面のままにした（反射率約４％）。合計２ｋＷの励起光を導入し、レーザファイバの破断面の端面から０．５ｋＷの波長１．０５μｍのレーザ発振を確認した。
【００４３】
次に、図３を使用して第２の実施の形態を説明する。
図３は、第２の実施の形態におけるレーザ光発生装置１０の構成図である。
本形態のレーザ光発生装置１０は、１つながりの非石英系光ファイバであるレーザファイバ１１、マッチングオイルの流れをスムーズにするセパレータ１２、反射ミラー１３、励起光を導入する励起光ＬＤ１４、表面に鏡面金メッキ処理された金属基盤１５、マッチングオイルを金属基盤１５内部に導入するマッチングオイル導入部１７及びマッチングオイルを金属基盤１５から排出するマッチングオイル排出部１６により構成されている。
【００４４】
金属基盤１５の内部には円筒状の空間を設けており、レーザファイバ１１は、その円筒内の外周から中心に向かう渦巻き状に配置される。そして、この渦巻きの中心に位置することとなるレーザファイバ１１の端面には反射ミラー１３が取り付けられ、レーザファイバ１１の残りのもう一端は金属基盤１５の外部に引き出される。レーザファイバ１１の構成については、第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００４５】
金属基盤１５の内部に配置されたレーザファイバ１１の上には、レーザファイバ１１からドープコアを除いたコア無しファイバであるセパレータ１２が中心点に終端部をもたない渦巻き状に配置される。マッチングオイル導入部１７から導入されるマッチングオイルは、このセパレータ１２に沿って金属基盤１５内部を流動し、マッチングオイル排出部１６から排出される。ここで、セパレータ１２の材質は、第１の実施の形態で説明した非石英ガラスクラッドと同じであり、その光の屈折率はマッチングオイルとほぼ等しいため、セパレータ１２は励起光の進行を妨げない。
【００４６】
励起光ＬＤ１４は、金属基盤１５内部の円筒の側面に複数配置され、この円筒内に励起光を導入する。
導入された励起光は、金属基盤１５内で反射を繰り返しながら、レーザファイバ１１を励起しレーザ光を発生させる。発生したレーザ光は、レーザファイバ１１の両端に進み、反射ミラー１３に達したレーザ光はそこで反射され、レーザファイバ１１のもう一端から取り出される。
【００４７】
【実施例２】
第２の実施の形態において、コア径１００μｍ、クラッド径１２５μｍ、開口数０．２のＡｌＦ3−ＺｒＦ4系ガラスファイバのコア内部に５ａｔ％のＥｒ3+イオンをドープしたレーザファイバを外周１００ｍｍφの渦巻状（１層）にして金めっきを施した金属板で構成される筐体に収めた。そして、このように配置されたレーザファイバの上に太さ１００μｍのコアなし（単層）ＡｌＦ3−ＺｒＦ4系ガラスファイバをセパレータとして配置した。このファイバはマッチングオイルの流れをスムーズにする役割を果たす。このセパレータはレーザファイバのクラッドと同じ材質で作成されているのでマッチングオイルに浸されると光学的に同一となり、励起光の進行を何ら妨害しない。セパレータの端面付近にマッチングオイルを流すためのマッチングオイル導入部、排出口を設け、０．１リットル／分の割合で屈折率１．４４８のマッチングオイルを流した。励起光はディスクの周囲に配置された発振波長０．９８μｍのパルス的発振のレーザダイオードによって行い、合計で平均５００Ｗ投入した。レーザファイバの片端面は反射率９９％のミラーを押し付け、もう一端面は破断面のままとした。結果、平均５０Ｗ，繰り返し１００Ｈｚの波長２．８μｍ帯のパルスレーザ発振を確認できた。
【００４８】
次に、図４を使用して第３の実施の形態を説明する。
図４は、第３の実施の形態におけるレーザ光発生装置２０の構成図である。
レーザ光発生装置２０は、１つながりの非石英系光ファイバであるレーザファイバ２１、反射ミラー２２、内側構成体２３ｆ、外側構成体２３ｅ、金属製筐体２３、マッチングオイル導入部２３ｂ、マッチングオイル排出部２３ａ及びマッチングオイルの流れをスムーズにするセパレートファイバ２３ｃ、２３ｄによって構成されている。
【００４９】
金属製筐体２３は、その内側を金メッキ処理されており、その内部に円筒形の外側構成体２３ｅを有している。外側構成体２３ｅの内部には、外側構成体２３ｅよりもその底面半径の小さい円筒形の内側構成体２３ｆが配置され、この内側構成体２３ｆの側面と外側構成体２３ｅの側面とに囲まれた空間の上下を金メッキ層の表面に透明フッ素樹脂層を設けた板でふさぐことにより密封される。内側構成体２３ｆ及び外側構成体２３ｅは共に透明フッ素樹脂により構成されており、内側構成体２３ｆはその内側の側面に金メッキ処理が施されている。
【００５０】
レーザファイバ２１は、内側構成体２３ｆの側面に複数回巻き付けられることにより内側構成体２３ｆの側面と外側構成体２３ｅの側面とに囲まれた空間内に配置され、その両端を金属製筐体２３の外部に引き出される。金属製筐体２３の外部に引き出されたレーザファイバ２１の一端には反射ミラー２２が取り付けられ、もう一端は破断面のまま配置される。
【００５１】
内側構成体２３ｆの側面と外側構成体２３ｅの側面とに囲まれた空間の上部には、マッチングオイル導入部２３ｂ及びマッチングオイル排出部２３ａが配置され、この空間内部にマッチングオイルを循環させる。
【００５２】
また、この空間内部には複数のセパレートファイバ２３ｃ、２３ｄが配置される。各セパレートファイバ２３ｃ、２３ｄは、内側構成体２３ｆの側面に巻き付けられたレーザファイバ２１の外側に金属製筐体２３の底面と垂直方向に配列される。各セパレートファイバ２３ｃ、２３ｄは、内側構成体２３ｆの側面と外側構成体２３ｅの側面との隙間と同じ程度の太さを有しており、それらをある一定の間隔で配置することにより、マッチングオイルの流動経路を形成する。
【００５３】
複数配置されるセパレートファイバ２３ｃ、２３ｄのうちマッチングオイル導入部２３ｂとマッチングオイル排出部２３ａとの間に配置されるセパレートファイバ２３ｃは、その長さを内側構成体２３ｆ及び外側構成体２３ｅの高さと同一とし、マッチングオイル導入部２３ｂが接続される領域とマッチングオイル排出部２３ａが接続される領域とを分割する。
【００５４】
それ以外セパレートファイバ２３ｄの長さはセパレートファイバ２３ｃよりも短いものとし、それにより生じた隙間をマッチングオイルが通過することとなる。これらのセパレートファイバ２３ｄは、その一端を内側構成体２３ｆと外側構成体２３ｅとに囲まれた空間の上面もしくは下面に接して配置され、１つのセパレートファイバ２３ｄが内側構成体２３ｆと外側構成体２３ｅとに囲まれた空間の上面に接して配置されているときには、その隣に配置されるセパレートファイバ２３ｄは内側構成体２３ｆと外側構成体２３ｅとに囲まれた空間の下面に接して配置され、内側構成体２３ｆと外側構成体２３ｅとに囲まれた空間の下面に接して配置されているセパレートファイバ２３ｄの隣に配置されるセパレートファイバ２３ｄは、内側構成体２３ｆと外側構成体２３ｅとに囲まれた空間の上面に接して配置される。このようにセパレートファイバ２３ｄを配置することにより、マッチングオイルは内側構成体２３ｆ及び外側構成体２３ｅの側面を上下に移動しながら流動していく。
【００５５】
ここで、セパレートファイバ２３ｃ、２３ｄは、第１の実施の形態で説明した非石英ガラスクラッドと同じ材質で構成されており、マッチングオイルとも光の屈折率がほぼ等しいため、励起光の進行を妨げない。
【００５６】
励起光は、内側構成体２３ｆと外側構成体２３ｅとに囲まれた空間の上部から照射され、照射された励起光はこの空間内で反射を繰り返しながら、レーザファイバ２１を励起し、それにより生じたレーザ光は、反射ミラー２２が取り付けられていないレーザファイバ２１の一端から取り出されることとなる。
【００５７】
【実施例３】
第３の実施の形態において、コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、開口数０．２のＧａ−Ｎａ−Ｓ系ガラスファイバのコア内部に０．４ａｔ％のＤｙ3+イオンをドープしたレーザファイバを外周１００ｍｍφの円筒の側面に１層巻き付けた。この円筒は透明弗素樹脂により形成されており、その内側を金メッキ加工してある。そして、図４に示すように巻き付けたレーザファイバの外側に、太さ１００μｍのコアなし（単層）Ｇａ−Ｎａ−Ｓ系ガラスファイバをセパレータとして配置した。このファイバはマッチングオイルの流れをスムーズにする役割を果たす。このセパレータはレーザファイバのクラッドと同じ材質で構成されており、マッチングオイルに浸されると光学的にクラッド及びマッチングオイル同一となるため、励起光の進行を何ら妨害しない。このように組み合わせた構成体の外側に内径１００．３０ｍｍ、厚み０．５ｍｍの透明弗素樹脂を配置する。その外側は割り型の内面金の鏡面を有する金属型で覆った。シリンダーの上部にはマッチングオイルを流すための導入、排出口が設けてあり、屈折率２．１４のマッチングオイルを０．１リットル／分の割合で流した。励起光は円筒の周囲に配置された発振波長０．８μｍのレーザダイオードによって行い、合計で２．５ｋＷ投入した。レーザファイバの片端面は波長３．３μｍの光に対して反射率９９％のミラーを押し付け、もう一端面は破断面のままとした。結果、１５０Ｗの波長３．３μｍ帯のレーザ発振を確認できた。
【００５８】
次に、図５を使用して第４の実施の形態を説明する。
図５は、第４の実施の形態におけるレーザ光発生装置３０の構成図である。
本形態のレーザ光発生装置３０は、１つながりのレーザファイバ３１、マッチングオイル導入部３２、励起光をレーザファイバ３１に導入する光ダクト３３ａ、３３ｂ、マッチングオイル排出部３４、反射ミラー３５、表面を透明フッ素樹脂加工された金線３７ａ、３７ｂ、及び表面を金メッキされ、さらにその表面を透明フッ素樹脂加工した金属基盤３６により構成されている。
【００５９】
レーザファイバ３１は複数箇所で折り返されながら金属基盤３６内に平面的に配置され、金属基盤３６内に平面状に並べられたレーザファイバ３１の列の両端部分には、そのレーザファイバと平行に金線３７ａ、３７ｂが配置される。
【００６０】
金属基盤３６内に配置されたレーザファイバ３１上には２つの光ダクト３３ａ、３３ｂが配置され、これらの光ダクト３３ａ、３３ｂを介して励起光がレーザファイバ３１に導入される。そして、これらの金属基盤３６内に配置されたレーザファイバ３１、金線３７ａ、３７ｂ、光ダクト３３ａ、３３ｂは、表面を金メッキ処理され、さらにその表面を透明フッ素樹脂加工した板を金属基盤３６にかぶせることにより、金属基盤３６内に収納される。この際、金線３７ａ、３７ｂが配置されていることにより、金属基盤３６内に配置されたレーザファイバ３１の列は、金線３７ａ、３７ｂ、金属基盤３６及び表面を金メッキ処理され、さらにその表面を透明フッ素樹脂加工した板により、その周囲を囲まれ、マッチングオイル導入部３２及びマッチングオイル排出部３４以外の部分を密封されることとなる。
【００６１】
マッチングオイル導入部３２からはマッチングオイルが導入され、導入されたマッチングオイルは、金属基盤３６内に配置されたレーザファイバ３１を満たしながら流動し、マッチングオイル排出部３４から排出される。
【００６２】
励起光は光ダクト３３ａ、３３ｂに導入され、光ダクト３３ａ、３３ｂに導入された励起光は金属基盤３６内のレーザファイバ３１に導入される。励起光を導入されたレーザファイバ３１は、レーザ光を発生させ、発生したレーザ光はレーザファイバ３１の両端に伝わり、反射ミラー３５が設置されていない端面に達したレーザ光はそこから取り出され、反射ミラー３５が配置されている側に達したレーザ光は、そこで反射され、反射ミラー３５が設置されていない端面から取り出される。
【００６３】
【実施例４】
第４の実施の形態において、コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、開口数０．２のＡｌＦ3系フッ化物ガラスファイバのコア内部に１．０ａｔ％のＮｄ3+イオンと０．０１ａｔ％のＣｅ3+イオンを共ドープした全長２００ｘ幅２５ｍｍの形状に一つながりのレーザファイバを折り返しながら平板状に密に配置した。基盤には鏡面の金表面を有する平板に厚さ０．０１μｍの透明弗素樹脂皮膜を均質に付けたものを用い、基盤に平面状に並べられたレーザファイバの列の両端部分には、そのレーザファイバと平行に透明弗素樹脂の被覆を薄く付けた２００μｍの純金線を配置した。
【００６４】
そして、基盤に並べられたレーザファイバ上部に、光ダクトに励起光を導入するための窓を有する鏡面金めっき表面に０．０１ｍｍの透明弗素樹脂を塗布した金属板をかぶせた。
【００６５】
ここで、レーザファイバの両端部分に配置された純金線によって両端部分の機密性が高められるため、強い圧力でのマッチングオイルの流動が可能となる。作成されたファイバ整列部全体を直角に横断するように波長１．０５μｍのレーザ光を反射するマスクを置き、そこにエキシマーレーザ（波長２５６ｎｍ）を照射し、その屈折率変化を誘起することによりレーザファイバのコア内部にチャープドグレーティングを形成した。このチャープドグレーティングはマルチモードのモード分散に対応し、各モードにおいて波長１．０５μｍ付近の透過率を低くする。その結果、波長１．０５μｍ付近の増幅された自然放出光は抑制され、波長１．３３μｍのレーザ発振が可能になる。
【００６６】
マッチングオイル導入部から０．１リットル／分の割合で屈折率１．４３２のマッチングオイルを流し、発振波長０．８μｍのレーザダイオードからの励起光を配置された光ダクトを通して合計で２．８ｋＷ投入した。レーザファイバの片端面は反射率９９％のミラーに押し付け、もう一端面は破断面のままとした。結果、０．５ｋＷの波長１．３３μｍ帯のレーザ発振を確認できた。
【００６７】
次に、図６を用いて第５の実施の形態を説明する。
図６は第５の実施の形態における光信号増幅器５０の構成図である。
光信号増幅器５０は、１つながりの非石英系光ファイバであるレーザファイバ５１、レーザファイバ５１を巻き付ける巻き付けドラム５２、励起光導入用ファイバ５３、マッチングオイル導入部５４、マッチングオイル排出部５５、バンドル部５７、Ｏ−リング５８、隔壁５９、内面を金メッキ処理され、さらにその表面を透明フッ素樹脂加工された金属治具６０によって構成されている。
【００６８】
レーザファイバ５１は、複数箇所で折り返されバンドル部５７に束ねられる。レーザファイバ５１の折り返し部分は、バンドル部の両端に位置する巻き付けドラム５２に巻き付けられ固定される。レーザファイバ５１の両端面は破断面のまま配置される。
【００６９】
バンドル部５７のレーザファイバ５１の長手方向における両端部分には複数の励起光導入用ファイバ５３の先端が配置され、バンドル部５７内への励起光の導入を行う。
【００７０】
バンドル部５７の長手方向の中央部分には、バンドル部５７を挟み込むように隔壁５９が取り付けられ、隔壁５９の外側にはＯ―リング５８が取り付けられる。
【００７１】
そして、このように配置されたレーザファイバ５１、巻き付けドラム５２、励起光導入用ファイバ５３、バンドル部５７、隔壁５９、Ｏ―リング５８は、箱状の金属治具６０内部に納められ、さらにその上部を、内部を金メッキし、さらにその表面を透明フッ素樹脂で覆った板によりふさがれる。
【００７２】
この際、レーザファイバ５１の両端部分及び励起光導入用ファイバ５３のバンドル部に接続されていない側の端面部分は、金属治具６０の外部に配置される。隔壁５９は金属治具６０内部を２つの領域に分割し、Ｏ−リング５８はその機密性を高める。隔壁５９によって分割された一方の領域には、マッチングオイル導入部５４が接続され、もう一方の領域にはマッチングオイル排出部５５が取り付けられる。
【００７３】
図７に、図６におけるバンドル部５７のＡ−Ａ断面図を示す。
バンドル部５７は、折り返されたレーザファイバ５１が束ねられており、その束の隙間をマッチングオイル６１が満たしている。レーザファイバ５１は、ドープコア５１ａ及び非石英ガラスクラッド５１ｂにより構成されており、ドープコア５１ａを中心とし非石英ガラスクラッド５１ｂを外周とする同軸構造を有する。
【００７４】
バンドル部の外壁部分は、その内部を鏡面金メッキ処理された鏡面金メッキ金属治具５７ｂ及び鏡面金メッキ金属治具５７ｂの鏡面金メッキ処理部の表面を覆う透明フッ素樹脂クラッド５７ａにより構成されており、内部に取り込まれた励起光バンドル部内で反射させる構造となっている。
【００７５】
ここで、非石英ガラスクラッド５１ｂ及びマッチングオイル６１は光の屈折率がほぼ等しいものとし、ドープコア５１ａの光の屈折率は、非石英ガラスクラッド５１ｂ及びマッチングオイル６１よりも大きいものとする。また、透明フッ素樹脂クラッド５７ａの光の屈折率は、非石英ガラスクラッド５１ｂ、マッチングオイル６１及びドープコア５１ａよりも小さいものとする。
【００７６】
図８に、図６におけるＢ部の詳細図を示す。
Ｂ部には、励起光導入用ファイバ５３の先端が配置され、この励起光導入用ファイバ５３の先端から励起光を照射することにより、レーザファイバ５１に励起光を導入する。励起光導入用ファイバ５３には、比較的太い径のもの、または市販の高出力レーザダイオードと結合の良い帯状のファイバを使用する。
【００７７】
図８において、θｐは励起光導入用ファイバ５３の全反射臨界角を示しており、励起光導入用ファイバ５３から照射される励起光は、２×（９０−θｐ）の角度で広がりをもった光としてレーザファイバ５１内に導入される。
【００７８】
θｂは、マッチングオイル６１と透明フッ素樹脂クラッド５７ａにおける全反射臨界角を示しており、この全反射臨界角θｂ以内の角度で透明フッ素樹脂クラッド５７ａに達した励起光は、透明フッ素樹脂クラッド５７ａで全反射され、透明フッ素樹脂クラッド５７ａ内部に閉じこめられることとなる。
【００７９】
励起光の導入部であるＢ部は、励起光の導入の効率を図るため、レーザファイバ５１及び透明フッ素樹脂クラッド５７ａに広がりをもたせており、図８の場合、Ｂ部におけるレーザファイバ５１及び透明フッ素樹脂クラッド５７ａは、バンドル部５７の中心軸に対し、外部にθｔの角度をもった広がりを有している。
【００８０】
ここで、励起光導入用ファイバ５３からレーザファイバ５１に導入されるすべての励起光は透明フッ素樹脂クラッド５７ａで全反射されバンドル部５７内に導入されることが望ましいが、その為には励起光導入用ファイバ５３から照射される励起光と透明フッ素樹脂クラッド５７ａ表面からなる角度が、全反射臨界角θｂ以下である必要がある。この励起光導入用ファイバ５３から照射される励起光と透明フッ素樹脂クラッド５７ａ表面からなる角度がもっとも大きくなるのは、励起光導入用ファイバ５３から照射された励起光が、上記に述べたバンドル部５７の中心軸に対し外部にθｔの角度の広がりをもった透明フッ素樹脂クラッド５７ａに到達するときであり、その時の励起光導入用ファイバ５３から照射される励起光と透明フッ素樹脂クラッド５７ａ表面からなる角度は、（θｐ＋θｔ）で表される。そのため、Ｂ部のレーザファイバ５１及び透明フッ素樹脂クラッド５７ａの広がりは、Ｂ部の外部への広がり角θｔが（θｐ＋θｔ）＜θｂを満たすように構成される。
【００８１】
次に、図６を用いて光信号増幅器５０の動作について説明する。
マッチングオイル導入部５４から導入されたマッチングオイルは、隔壁５９により分岐された一方の領域をみたし、その後バンドル部５７内部を流動して隔壁５９により分岐されたもう一方の領域に達する。その後、マッチングオイルはその領域を満たし、マッチングオイル排出部５５から排出される。
【００８２】
励起光導入用ファイバ５３から導入された励起光は、バンドル部５７内で反射を繰り返しながらレーザファイバ５１のドープコア５１ａに達し、励起光が照射されたレーザファイバ５１はレーザファイバ５１の片端より導入された入植信号光を増幅する。そして、もう一方の端面より増幅された信号光が取り出される。
【００８３】
【実施例５】
第５の実施の形態において、コア径１０μｍ、クラッド径１２５μｍ、開口数０．１１の多成分アルミノシリケートガラスファイバのコア内部に５０００ｐｐｍｗｔのＥｒ3+イオンと５ｗｔ％のＹｂ3+イオンをコドープしたレーザファイバをドープしたレーザファイバをバンドル部分長が２５０ｍｍになるように折り返した。全長２３０ｍのファイバを用い、バンドルの折り返し数を４５２回とすることにより、ファイバ一往復あたりの長さを１０００ｍｍとした。バンドル部の両端面に断面形状１０．０×０．１ｍｍ矩形の励起光導入用ファイバ５本ずつ、合計１０本を差し込み、中央に隔壁を取り付けた金属治具で囲い込んだ。金属治具は、真鍮をベースとし、その表面に鏡面純金メッキ処理を施し、さらにその表面を屈折率１．３４の透明弗素樹脂で覆った。
【００８４】
レーザファイバの励起光導入部分より外にはみ出した部分には屈折率１．３４の透明弗素樹脂を塗布し、励起光導入用ファイバには屈折率１．４４５の透明紫外線硬化樹脂を塗布した。
【００８５】
このように構成したレーザ本体を金属筐体中に収めた。この際、レーザ本体の隔壁により金属筐体の内部を２つの領域に区分することとした。一方の領域にはマッチングオイル導入部が設置され、もう一方の領域にはマッチングオイル排出部が設置される。そして、マッチングオイル導入部をオイル循環ポンプに接続して屈折率１．５２３の透明マッチングオイルを筐体内部に流し込み、圧力をかけてレーザバンドル部分を透過するようにマッチングオイルを循環させた。ここでの圧力は３ｋｇ／ｃｍ2とした。ファイバの取り出し部分はしっかりと樹脂で封止し、筐体内部から取り出し圧力がもれないようにした。レーザファイバの片端には波長１．５３〜１．５７μｍの信号光を４０波長同時に入射できるようにした。そして、もう一方の片端面は、斜め破断接続で信号光の取り出し用石英ファイバと接続した。
【００８６】
励起光導入用ファイバは、シリンドリカルレンズを介して発振波長約０．９８μｍ、最大出力５０Ｗの半導体レーザに結合され、励起光をバンドル部分に導入することととした。導入した信号光の強度は合計６ｄＢｍ，そして増幅された信号光の出力は合計５５ｄＢｍに達した。この際、マッチングオイルの励起光レーザによるレーザ損傷は全く観察されなかった。また、励起光強度を調整する事によって波長間の増幅偏差を±１ｄＢ以下に抑える事ができた。
【００８７】
なお、以上の説明において、レーザファイバの断面形状を円形及び四角形として説明したが、その他の形状のレーザファイバを使用してもよく、効率の上では、矩形ないしＤ型、樽型のほうが好ましい。
【００８８】
また、第１、第２、第３、第４及び第５の実施の形態では、それぞれの構成をレーザ光発生装置として説明したが、各構成において反射ミラーを取り除くことにより、光信号増幅器として使用することとしてもよい。
【００８９】
さらに、第６の実施の形態では、その構成を光信号増幅器として説明したが、この構成においてレーザファイバ５１の一端面にミラーを取り付けることにより、レーザ光発生装置として使用することとしてもよい。
【００９０】
【発明の効果】
本発明のレーザ光発生装置は、励起光反射部に非石英系光ファイバの外周部と略屈折率が等しい流動性媒質と十分長い光ファイバとを収納することとしたので、製造が容易で、効率のよいレーザ光発生装置を実現できる。
【００９１】
また、流動性媒質を流動させることとしたので、発熱等による流動性媒質の劣化及び非石英系光ファイバの劣化を抑えることができ、耐光パワー性が高いレーザ光発生装置を実現できる。
【００９２】
本発明の光信号増幅器は、励起光反射部に光ファイバの外周部と略屈折率が等しい流動性媒質と十分長い非石英系光ファイバとを収納することとしたので、製造が容易で、効率のよい光信号増幅器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態におけるレーザ光発生装置の構成図である。
【図２】ファイバ収納ボックス４内部の様子を表した拡大断面図である。
【図３】第２の実施の形態におけるレーザ光発生装置の構成図である。
【図４】第３の実施の形態におけるレーザ光発生装置の構成図である。
【図５】第４の実施の形態におけるレーザ光発生装置の構成図である。
【図６】第５の実施の形態におけるレーザ光発生装置の構成図である。
【図７】図６におけるバンドル部のＡ−Ａ断面図を示す。
【図８】図６におけるＢ部の詳細図を示す。
【符号の説明】
１    レーザ光発生装置
２    レーザファイバ
３    励起光導入用ファイバ
４    ファイバ収納ボックス
４ａ  マッチングオイル導入口
４ｂ  マッチングオイル排出口
５    反射ミラー
６    マッチングオイル
【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】
0004344066.tif 000007
【図７】
0004344066.tif 000008
【図８】
0004344066.tif 000009