(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ活性物質を含むレーザ光導光部とこのレーザ光導光部に励起光を分布導入させる励起光導光部とを有する複合光学媒体であって、前記レーザ光導光部はレーザ活性物質を含むコア部とこのコア部を覆うクラッド部とを備えたレーザ発振可能なファイバであり、前記励起光導光部は少なくとも１本のコア無しファイバであって、前記レーザ光導光部と前記励起光導光部とが並行に配置された状態で互いに一体化されて略リボン状に形成された長尺で可撓性の複合光学媒体を、巻回や折り返しすることによって、前記励起光導光部の少なくとも一部分が、前記巻回や折り返しによって隣り合うようになった他の部分での励起光導光部と、融着、オプチカルコンタクト、または樹脂を用いることによって一体化されるように形成するとともに、
前記一体化された部分に光ダクト、プリズム、ファイバ、回折格子、または溝を形成することによって励起光の導入部を設けたことを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記励起光導光部は矩形状の断面形状を備えた少なくとも１本のコア無しファイバであり、前記励起光導光部の矩形断面の長辺側の面どうしが融着、オプチカルコンタクト、または樹脂を用いることによって一体化されるものであることを特徴とする請求項1に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記励起光導光部は２本のコア無しファイバで構成され、前記レーザ光導光部を前記２本のコア無しファイバの間に挟み込まれた状態で互いに融着・一体化されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記複合光学媒体が巻回または折り返されることにより形成された励起光導光体の複数個所に励起光導入部を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項５】
レーザ活性物質を含むレーザ光導光体とこのレーザ光導光体に励起光を分布導入させる励起光導光体とを有するレーザ装置の製造方法であって、
長尺で可撓性を有するレーザ光導光部と、長尺で可撓性を有する少なくとも１本のコア無しファイバで構成される励起光導光部とが並行に配置された状態で互いに一体化されて略リボン状に形成された長尺で可撓性の複合光学媒体を形成する工程と、
前記複合光学媒体を巻回や折り返しすることによって、前記励起光導光部の少なくとも一部分が、前記巻回や折り返しによって隣り合うようになった他の部分での励起光導光部と、融着、オプチカルコンタクト、または樹脂を用いることによって一体化されるように形成する工程と、
前記一体化された部分に光ダクト、プリズム、ファイバ、回折格子、または溝を形成することによって励起光の導入部を設ける工程と、
を有することを特徴とするレーザ装置の製造方法。
【請求項６】
前記励起光導光部は矩形状の断面形状を備えた少なくとも１本のコア無しファイバであり、前記励起光導光部の矩形断面の長辺側の面どうしが融着、オプチカルコンタクト、または樹脂を用いることによって一体化されるものであることを特徴とする請求項５に記載のレーザ装置の製造方法。
【請求項７】
前記励起光導光部は２本のコア無しファイバで構成され、前記レーザ光導光部を前記２本のコア無しファイバの間に挟み込まれた状態で互いに融着・一体化されることを特徴とする請求項５又は６に記載のレーザ装置の製造方法。
【請求項８】
前記レーザ光導光部と励起光導光部の両母材を密着または一体化させた状態で線引きまたは延伸することにより長尺で可撓性の複合光学媒体を形成することを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のレーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバのような長尺のレーザ光導光体の内部に含まれる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発振もしくは増幅を行わせるレーザ装置とおよびその製造方法、並びにそのレーザ装置を構成するために使用する複合光学媒体に関し、とくに、光通信、光計測、レーザ加工などの分野に適用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、光通信、光計測、レーザ加工の分野では、より高出力またはより高効率で、かつより安価なレーザ装置の開発が望まれている。従来、この要請を満たせる可能性の高いものとして光ファイバレーザ装置が知られている。
【０００３】
光ファイバレーザ装置は、レーザ活性物質を含むコア部とこのコア部を同軸状に囲繞するクラッド部からなる光ファイバをレーザ光導光体（いわゆるレーザ媒体）として使用するものであり、コア部の径並びに、コア部とクラッド部間の光屈折率差等を適切に選定することで、比較的簡単にレーザー発振の横モードを単一にすることができる。
【０００４】
また、光ファイバ内に光を高密度に閉じこめることでレーザ活性物質と光との相互作用を高められる。さらに、光ファイバの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。したがって、質の良いレーザ光を比較的安価に得ることができる。
【０００５】
ここで、レーザ光のさらなる高出力化または高効率化を実現するには、光ファイバのレーザ活性イオンまたは色素、その他の発光中心（以下、レーザ活性物質という）の添加領域（通常はコア部）に効率良く励起光を導入して吸収させる必要がある。
ところが、通常、単一モードの導波条件を満たすようにコア径を設定すると、その径は十数μｍ以下に限定されるので、この径に効率良く励起光を導入するのは一般的に困難である。
【０００６】
上記困難を克服する手段として、たとえば特願平１０−３５０３０６号公報にて「ファイバレーザ装置及びファイバ加工装置」が提案されている。この提案技術のレーザ装置においては、レーザ活性物質を含むコアを有し、かつその活性物質が励起されることによって端部からレーザ光を出力するレーザファイバが、その活性物質を励起するための励起光を閉じ込める得る導光構造体と直接または光学媒質を介して間接的に接触しており、その接触した部分を通じて入射する励起光により上記活性物質が励起される。
【０００７】
つまり、励起光を閉じ込め得る構造の励起光導光体を使用し、この励起光導光体を介してファイバ状のレーザ光導光体の側面から励起光を導入させるようにしたものであり、励起光はレーザ光導光体の長手方向に分布した状態で導入される。このようにしてレーザ光導光体に分布導入された励起光により、そのレーザ光導光体の内部に含まれるレーザ活性物質を励起することができる。
【０００８】
この場合、励起光導光体への励起光の導入は、その励起光導光体の任意の個所に設けられた入射プリズム部などを介して行うことができる。励起光導光体に入射された励起光は、その励起光導光体の内部で反射を繰り返しながら、その励起光導光体の内部全体に拡がって、レーザ光導光体の側面と直接または間接的に接触する部分から、そのレーザ光導光体に導入される。
【０００９】
励起光導光体は、たとえば中空円筒状あるいは扁平ディスク状の構造体であって、励起光源から導入された励起光を内部反射により閉じ込めながら伝達する。この構造体にファイバ状のレーザ光導光体を巻き付けるなどして、レーザ光導光体が所定長さ範囲にわたって励起光導光体の表面に光学的に接触するようにすると、励起光導光体内部に閉じ込められた励起光が、その接触部分を通してレーザ光導光体に入射する。
【００１０】
このような励起構造を有するレーザ装置は、ファイバ状レーザ光導光体への励起光の導入が容易であるとともに、従来はファイバの両端面からの入射に限られていた励起光の導入が、励起光導光体をなす構造体の任意の位置からの導入が可能になり、これにより、複数の励起源による励起も容易になった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のレーザ装置は、励起光導光体をなす構造体を形成し、この構造体にファイバ状のレーザ光導光体を巻き付けるなどの工程を経て製造されるが、このときに次のような問題があった。
【００１２】
すなわち、上述した従来のレーザ装置では励起光導光体とレーザ光導光体との光学的結合が弱く、少なくとも十分とは言えず、レーザ光導光体に励起光を十分に吸収させるためには、励起光の分布導入範囲を長くする必要があり、このためには、レーザ光導光体をできるだけ長い距離にわたって励起光導光体に接触させる必要があった。
【００１３】
つまり、レーザ光導光体の内部に含まれるレーザ活性物質を効率良く励起させるためには、レーザ光導光体の長さを十分に確保しなければならず、これに伴って、励起光導光体もその十分な長さのレーザ光導光体を巻き付けたりすることができるような表面積を持つ構造としなければならず、このことが、この種のレーザ装置の高効率化と低コスト化を困難にする阻害要因となっていた。
【００１４】
また、励起光導光体は、レーザ光導光体への励起光の分布導入範囲を長くするためには大きな表面積を持つ構造としなければならないが、その反面、励起光の伝達損失を少なくするためにはできるだけ小さな内部容積であることが必要となる。励起光導光体の内部容積が大きいと、その励起光導光体内部での励起光の伝達距離が長くなって伝達損失が増えてしまうからである。
【００１５】
このため、励起光導光体は、たとえば中空円筒状あるいは扁平ディスク状に形成されるが、上記伝達損失を少なくするためには、できるだけ薄肉な構造とする必要があった。しかし、このような構造体をたとえばガラス等の光学材料を成形あるいは加工して形成することはコスト的問題があった。
さらに、上述した諸問題は、レーザ装置の形状に関する自由度を損なうという問題も生じさせる。
【００１６】
以上のように、光ファイバのような長尺で可撓性のレーザ光導光体に励起光導光体を介して励起光を分布導入させる方式のレーザ装置では、励起光導光体とレーザ光導光体との間の光学的結合が弱く、その光学的結合の弱さを克服して励起効率を高めるためには製造上の問題からコスト高になり、さらに形状の自由度も低くなってしまうという問題があった。
【００１７】
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、レーザ活性物質を含むレーザ導光体と、励起光を導光する励起光導光体との間に十分な光学的結合を確保して、励起光を効率良くレーザ光導光体に導入させることができ、さらに形状に関する高い自由度を得ることができるレーザ装置およびその製造方法、並びにそのようなレーザ装置を構成するのに適した複合光学媒体を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の手段は、レーザ活性物質を含むレーザ光導光部とこのレーザ光導光部に励起光を分布導入させる励起光導光部とが非同軸状に並行する状態で一体化された長尺で可撓性の複合光学媒体が、巻回または折り返されることにより所定形状を形作っていることを特徴とするレーザ装置である。
【００１９】
第２の手段は、第１の手段において、複合光学媒体の励起光導光部の少なくとも一部分が、巻回や折り返えしによって隣り合う他の部分での励起光導光部に光学的に接続されていることを特徴とする記載のレーザ装置である。
【００２０】
第３の手段は、第１または第２の手段において、複合光学媒体の励起光導光部の少なくとも一部分が、巻回や折り返えしによって隣り合う他の部分での励起光導光部と、融着、オプチカルコンタクト、または樹脂を用いることによって一体化されていることを特徴とするレーザ装置である。
【００２１】
第４の手段は、第１から第３のいずれかの手段において、複合光学媒体の励起光導光部の少なくとも一部分が、巻回や折り返しによって隣り合う他の部分での励起光導光部と、融着、オプチカルコンタクト、または樹脂を用いることによって一体化されており、その一体化された部分に光ダクト、プリズム、ファイバ、回折格子、または溝を構成することによって励起光の導入を行わせるようにしたことを特徴とするレーザ装置である。
【００２２】
第５の手段は、第１から第４のいずれかの手段において、複合光学媒体が巻回または折り返されることにより形成された励起光導光体の複数個所に励起光導入部を設けたことを特徴とするレーザ装置である。
【００２３】
第６の手段は、レーザ活性物質を含むレーザ光導光体とこのレーザ光導光体に励起光を分布導入させる励起光導光体とを有するレーザ装置の製造方法であって、
共に長尺で可撓性を有するレーザ光導光部と励起光導光部とが非同軸状に並行する状態で一体化された長尺で可撓性の複合光学媒体を形成する工程と、
上記複合光学媒体を巻回または折り返すことによって所定形状の構造体を形作る工程と、
を行うことを特徴とするレーザ装置の製造方法である。
【００２４】
第７の手段は、第６の手段において、レーザ光導光部と励起光導光部の両母材を密着または一体化させた状態で線引きまたは延伸することにより長尺で可撓性の複合光学媒体を形成することを特徴とするレーザ装置の製造方法である。
【００２５】
第８の手段は、第６または第７の手段において、複合光学媒体の励起光導光部同士が層状に重なるように上記複合光学媒体を巻回または折り返すことにより所定形状の励起光導光体を形作ることを特徴とするレーザ装置の製造方法である。
【００２６】
第９の手段は、レーザ活性物質を含むコア部とこのコア部を同軸状に囲繞するクラッド部からなるレーザ光導光部と、このレーザ光導光部に非同軸状態で並行しながら上記クラッド部と光学的な分布結合をなす励起光導光部とを有するとともに、全体が断面積に比べて長尺に形成されることにより巻回または折り返し等が可能な可撓性を備えたことを特徴とする複合光学媒体である。
【００２７】
第１０の手段は、第９の手段において、レーザ光導光部と励起光導光部とが一列配置で並行する状態で一体化されていることを特徴とする複合光学媒体である。
【００２８】
上述した手段によれば、レーザ活性物質を含むレーザ導光体と、励起光を導光する励起光導光体との間に十分な光学的結合を確保して、励起光を効率良くレーザ光導光体に導入させることができ、さらに形状に関する自由度の高いレーザ装置を構成することができる。また、そのようなレーザ装置を簡単に構成することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示すものとする。
図１は、本発明によるレーザ装置を構成するために使用する複合光学媒体の断面形状を示す。
【００３０】
本発明によるレーザ装置は、図１の（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ例示するような断面形状を有する複合光学媒体３を用いて構成される。
同図に示すように、複合光学媒体３はファイバ状またはリボン状に形成された長尺で可撓性の媒体であって、レーザ活性物質を含むレーザ光導光部１と、このレーザ光導光部１に励起光を分布導入させる励起光導光部２とが、互いに非同軸状に並行する状態で一体化されている。この複合光学媒体３は、全体が断面積に比べて長尺に形成されることにより巻回または折り返し等が可能な可撓性を備えることができる。
【００３１】
レーザ光導光部１は、レーザ活性物質を含んだコア部１１と、このコア部１１を同軸状に囲繞するクラッド部１２とにより形成される。このレーザ導光部１は、コア部１１の径並びに、コア部１１とクラッド部１２間の光屈折率差等を適切に選定することにより、単一横モードでレーザ発振可能である。
【００３２】
レーザ光導光部１と励起光導光部２は、レーザ光導光部１の導波構造に影響を及ぼさないように、かつクラッド部１２との隣接部分にて励起光の行き来が可能なように一体化されている。光屈折率については、コア部１１の光屈折率がクラッド部１２よりも大きくなるうように選定する。また、クラッド部１２と励起光導光部２については、両者の屈折率を同じくするか、あるいはクラッド部１２の方が大きな屈折率となるように選定する。
このように各部の屈折率を適切に選定することにより、励起光は、励起光導光部２からクラッド部１２に導入され、さらにそのクラッド部１２からコア部１１に導入されて、最終的にレーザ活性物質に吸収されるようになる。
【００３３】
レーザ光導光部１と励起光導光部２の各断面形状とその配置状態は、たとえば図１の（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示すように、種々の形態をとることができる。
同図の（ａ）に示す複合光学媒体３は、円形断面形状のレーザ光導光部１と略矩形断面形状の励起光導光部２とが非同軸状態で並行に配置されて一体化されていて、略リボン状を成している。
（ｂ）は、共に円形断面形状のレーザ光導光部１と励起光導光部２が非同軸状態で並行に配置されて一体化されている。
（ｃ）と（ｄ）はそれぞれ、１本のレーザ光導光部１に対して２本の励起光導光部２，２が一列配置で並行する状態で一体化されている。
【００３４】
（ａ）〜（ｃ）に示す複合光学媒体３はレーザ光導光部１と励起光導光部２とが互いに接触する部分にて融着接続されているが、（ｄ）に示すものでは、レーザ光導光部１と励起光導光部２とが接着性の樹脂からなる光学媒体２１を介して一体化されている。この場合、その光学媒体２１は、励起光導光部２からレーザ光導光部１に励起光を導入させるのに適した光屈折率を有する材質であることが好ましい。
【００３５】
本発明によるレーザ装置は、レーザ活性物質を含むレーザ光導光体とこのレーザ光導光体に励起光を分布導入させる励起光導光体とを有するレーザ装置であるが、このレーザ装置は上記複合光学媒体３を用いることによって容易に製造することができる。
【００３６】
すなわち、まず、上記複合光学媒体３を形成する。
この複合光学媒体３は、レーザ光導光部１と励起光導光部２の両母材（プリフォーム）を密着または一体化させた状態で線引きまたは延伸することにより、たとえば図１の（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示したような断面形状のものを高効率かつ再現性良く作製することができる。
【００３７】
次に、上記複合光学媒体３を巻回または折り返えすことによって所定形状の構造体を形作る。
このとき、その巻回または折り返しのやり方により、様々な形状の励起光導光体を形作ることができる。
たとえば、複合光学媒体３の励起光導光部２同士が層状に重なるように、その複合光学媒体３を巻回または折り返すことにより、ディスク状あるいは中空円筒状の励起光導光体を形作ることができる。
【００３８】
これにより、ガラス等の光学材料を成形あるいは加工することによっては形成が困難であった中空円筒状あるいは扁平ディスク状の励起光導光体を使わなくても、結果的に、その中空円筒状あるいは扁平ディスク状の励起光導光体に長尺で可撓性のレーザ光導光体を巻き付けたのと同等の構造を簡単に得ることができる。
【００３９】
また、励起光導光体での励起光の伝達損失を少なくするためには、その励起光導光体をできるだけ薄肉な構造とする必要があるが、このような薄肉構造も、ガラス等の光学材料の成形あるいは加工という従前の方法では加工が高コストであったが、上記複合光学媒体３を使えば簡単に形作ることができる。
【００４０】
さらに、上記複合光学媒体３はレーザ光導光部１と励起光導光部２とがあらかじめ非同軸状に並行する状態で一体化されたものであるため、これによって形作られたレーザ光導光体と励起光導光体の間には、比較的短い距離でもって励起光を効率良く導入させるのに十分な光学的結合状態を確保することができる。
【００４１】
そして、上記複合光学媒体３は、その巻回または折り返しのやり方により、中空円筒状または扁平ディスク状、あるいはその他の形状を自由に形作ることができる。これにより、レーザ装置の形状に関する自由度も大幅に高めることができる。
【００４２】
図２は、上記複合光学媒体３によって形作られる励起光導光構造体の例を一部破断面図で示す。
同図において、（ａ）は、レーザ光導光部１と励起光導光部２とからなる複合光学媒体３をヘリカル状に密巻きすることによって中空円筒状の励起光導光構造体２０が形成される状態を示す。
（ｂ）は、上記複合光学媒体３を同一平面内で密巻きすることによってディススク状の励起光導光構造体２０が形成される状態を示す。
【００４３】
このように、上述した複合光学媒体３は、その巻回または折り返しのやり方によって、種々の形状の励起光導光構造体２０を簡単に形作ることができる。そして、このようにして形成される励起光導光構造体２０は、隣接する励起光導光部２同士を密着あるいは適当な光学媒質を介して光学的に結合させることにより、あたかも単一構造の励起光導光体として機能を持つことができる。
【００４４】
この励起光導光構造体２０への励起光の導入は、図示は省略するが、たとえば中空円筒状あるいはディスク状をなす励起光導光構造体２０の任意の個所から行わせることが可能である。つまり、ガラス等の光学材料を成形等により加工して得られる従来の導光構造体と構造的に同等の機能を、上記複合光学媒体３を用いることで簡単に得ることができる。
【００４５】
励起光の導入は、上記複合光学媒体３を形成している励起光導光部２の端部からも行うことができる。その励起導光部２の断面形状が縦横どちらか一方に長い長方形あるいはその他の異形形状である場合は、その断面全体に励起光が均等に分布して導入されるようにすることが望ましい。このためには、たとえば励起光源として複数の半導体レーザ素子を使用し、この複数の半導体レーザ素子を励起光導光部２の入光端面形状に合わせて配列すると良い。
【００４６】
この場合、複数の半導体レーザ素子の発光面を励起光導光部２の入光端面に直接突き合わせても良いが、レーザ素子ごとに光ファイバを介して励起光導光部２の端部に導入させる方が、光源等の配置に高い自由度が得られるという利点が得られる。
【００４７】
複合光学媒体３を巻回または折り返して所定形状の構造体を形作る場合、たとえばヘリカル状に巻回して円筒状の構造体を形作る場合は、目的とする構造体の形状に応じた支持体、たとえば円筒状の構造体を形作る場合には円筒状の支持体を使用し、この支持体に複合光学媒体３を巻き付けたりすることによって、作業を容易にすることができる。この支持体は、上記複合光学媒体３の巻回や折り返しにより形作った構造体形状の保形および補強の機能も併せ持つことができる。また、その支持体を放熱体として利用することもできる。
【００４８】
他方、上記支持体は、複合光学媒体３の巻回等によって構造体を形作った後で取り去るようにしてもよい。この場合、構造体の形状保持および補強は、上記複合光学媒体３の励起光導光部２同士を融着あるいは接着等によって固定することにより行うことができる。
【００４９】
また、複合光学媒体３の励起光導光部２の少なくとも一部分を、巻回や折り返えしによって隣り合う他の部分での励起光導光部２に光学的に接続することにより、その複合光学媒体３の巻回や折り返しによって形成される励起光導光構造体２０での導光効率を一層向上させることができる。
【００５０】
この場合の光学的な接続は、融着、オプチカルコンタクト、または樹脂を用いることによって行うことができる。
【００５１】
複合光学媒体３の励起光導光部２の少なくとも一部分を、巻回や折り返しによって隣り合う他の部分での励起光導光部２と、融着、オプチカルコンタクト、または樹脂を用いることによって一体化させた場合、その一体化させた部分に光ダクト、プリズム、ファイバ、回折格子、または溝を構成することによって励起光の導入を行わせるようにすると良い。
これにより、複合光学媒体の巻回や折り返しによって形成される励起光導光構造体での導光効率を一層向上させることができるとともに、その構造体への励起光の導入も一層効率的に行わせることができる。
【００５２】
複合光学媒体が巻回または折り返されることにより形成された励起光導光体には、複数個所に励起光導入部を設けることにより、励起光をレーザ光導光部１の全体にわたって均一かつ高効率に吸収させることができる。
【００５３】
上記複合光学媒体３の巻回等によって形作られる励起光導光構造体２０の形状は、図示例の円筒状またはディスク状に限定されず、従来の光学材料の成形や加工では成し得ないような複雑な形状も可能である。
たとえば、上記複合光学媒体３をヘリカル状に巻回する際、レーザ導光部１と励起光導光部２とが交互に並ぶように巻回することによって、ヘリカル状の励起光導光構造体を形作ることができる。このような形状の励起光導光構造体は、従来の光学材料の成形や加工では考えられない形状であった。
【００５４】
【実施例】
以下、本発明をその代表的な実施例によってさらに具体的に詳述する。
図３は、本発明の第１の実施例を示す模式図である。
同図において、（ａ）はレーザ光導光部１と励起光導光部２とを一体化させた複合光学媒体３、（ｂ）はその複合光学媒体３を用いて形作られた構造体５をそれぞれ示す。また、同図の（ｃ）は上記構造体３の一部拡大断面図を示す。
【００５５】
この実施例では、１本のレーザ光導光部１と２本の励起光導光部２，２を横一列配置状態で一体化した略リボン状の複合光学媒体３を使用した。
【００５６】
まず、複合光学媒体３を以下のように作製した。
石英ガラスを母材とし、かつレーザ活性物質を含有（ドーピング）させたコアを中に有するプリフォーム（予備成型品）と、石英ガラスのみからなるプリフォームを用意する。前者のコア有りプリフォームの両側に、後者のコア無しプリフォームをそれぞれ密着させ、コア有りプリフォームがコア無しプリフォームによって両側から挟み込まれるような一列配置状態にする。この状態で上記３つのプリフォームを一緒に線引きすることにより、図３の（ａ）に示すような複合光学媒体３を作製した。
【００５７】
この場合、各プリフォームの外径はそれぞれ１０ｍｍとし、中央のプリフォームの中にあるコア部の径は４ｍｍとした。そのコア部にはＮｄ3+イオンが０．５ａｔ％の濃度でドープされている。
【００５８】
作製された複合光学媒体３は、２本のコア無しファイバをなす励起光導光部２，２の間にコア有りファイバをなすレーザ光導光部１が挟み込まれた状態で互いに融着・一体化されている。各導光部２，１，２の直径はそれぞれ約１２５μｍ、コア部の直径は５０μｍである。
【００５９】
次に、構造体５を以下のように形成した。
上記複合光学媒体３を、外径１０ｃｍ、内径９ｃｍ、長さ６ｃｍのアルミニウム製円筒（支持体）４１に約１２０周、長さで約４０ｍ巻いて、ヘリカル状の巻き付け構造体５を形成した。巻き付けは密巻きではなく、若干のピッチ間隔を置きながら巻く疎巻きとした。
【００６０】
円筒１は、その表面に金コート（メッキ）４２による鏡面反射面が形成され、その上に屈折率約１．３８の樹脂４３が均一にコート（被覆）されたものを使用した。
【００６１】
複合光学媒体３の一端面は平面研磨された後に、レーザ発振波長１．０６μｍにおいて反射率が９８％以上となるような多層膜コートが施されている。また、その他端面は、垂直破断しただけの面であって、反射率はレーザ発振波長１．０６μｍに対して４％程度である。
【００６２】
上記構造体５によって以下のようなレーザ装置を構成した。
図示を省略するが、レーザ装置の励起光源として、発振波長０．８μｍのＬＤ（半導体レーザ）素子が１９個一列に並べられたＬＤ集合素子（ＬＤバーまたはＬＤアレイ）を用いた。このＬＤ集光素子からの出力光は、各素子ごとに直径２５０μｍの励起光導入用光ファイバの一端を突き合わせることによって取り出す。この励起光導入用光ファイバは石英製で、コア無しファイバ（空気クラッド・タイプ）を使用し、その使用本数は１９個のＬＤ素子に対応して１９本である。
【００６３】
各光ファイバと各ＬＤ素子との突き合わせには、図示を省略するが、９０度のＶ字形断面を有する案内溝を５００μｍピッチで１９条並べて形成した保持具を使用した。この１９条の案内溝に位置決めされた１９本の光ファイバの各一端面を１９個のＬＤ素子の発光面に直接対向させた。これにより、ＬＤ素子と光ファイバ間の光学的接続を約８０％の効率で行うことができた。各ＬＤ素子の光出力はそれぞれ約２Ｗであり、これを効率約８０％で取り出すことにより、全体として約３０Ｗの光出力を励起光として取り出せるようにした。
【００６４】
励起光導入用光ファイバは、図３の（ｃ）にて、その他端側部分だけを符号６１にて示してある。この光ファイバ６１の他端は、１本ごとに、上記構造体５をなす複合光学媒体３の励起光導光部２に融着接続した。このとき、その融着接続は隣り合う２本の励起光導光部２，２に跨るように行った。この融着接続は複合光学媒体３の６周回ごとに行い、全体としては１９本の光ファイバ６１に対応する計１９個所にて行った。
【００６５】
以上のようにして、１９個のＬＤ素子からの出力光をそれぞれ励起光として上記構造体５の１９個所に分散導入させるレーザ装置を構成した。
【００６６】
この実施例では、各ＬＤ素子から２Ｗずつの光出力を効率８０％で取り出すことにより上記構造体５に約３０Ｗの励起光を導入させ、これにより、波長１．０６μｍでレーザ出力１３Ｗという高出力を得ることができた。
【００６７】
また、この実施例では、図３の（ｃ）に示すように、励起光導入用光ファイバ６１の他端を、隣り合う２本のコア無しファイバすなわち励起光導光部２，２に跨って融着接続したことにより、レーザファイバすなわちレーザ光導光部１の導波構造に悪影響を及ぼすことなく、励起光の効率的な導入を可能にしている。これにより、レーザの発振特性が変化することなく、安定かつ良好なレーザ発振が可能になった。
【００６８】
さらに、この実施例では、複合光学媒体３の６周回ごとに励起光導入用のガラス製光ファイバ６１を融着接続しているが、このようにして励起光の導入を複数個所に分散して行わせるようにしたことにより、励起光をレーザ光導光部１の全体にわたって均一かつ高効率に吸収させることができるようになった。しかも、この実施例では、各接続個所から励起光が外部に放射されるということもほとんどなかった。
【００６９】
上述した実施例では、図３の（ｃ）に示すように、隣り合う２本の励起光導光部２，２間を接続していない構造としていたが、たとえばＣＯ2レーザなどを用いて融着接続した構造としてもよい。
【００７０】
また、励起光導入用光ファイバ６１と励起光導光部２，２間の接続は、上述した実施例では融着により行っていたが、これは、たとえば接着剤と光学材料を兼ねる樹脂などの中間媒体を介して行うこともできる。
【００７１】
図４は本発明の第２の実施例を示す模式図である。
同図において、（ａ）はレーザ光導光部１と励起光導光部２とを一体化させた複合光学媒体３、（ｂ）はその複合光学媒体３を用いて形作られた構造体５をそれぞれ示す。
る。
【００７２】
この実施例では、レーザ光導光部１と励起光導光部２を１本ずつ計２本を対にして一体化した複合光学媒体３を使用する。
【００７３】
まず、複合光学媒体３を以下のように作製した。
石英ガラスを母材とし、かつレーザ活性物質を含有（ドーピング）させたコア部を中に有するプリフォーム（予備成型品）と、石英ガラスのみからなるプリフォームとを互いに密着させた状態で並べる。この状態で両プリフォームを一緒に線引きすることにより、図４の（ａ）に示すような複合光学媒体３を作製した。
【００７４】
レーザ光導光部１のプリフォームはコア有りで、クラッド部とコア部の断面形状は共に円形である。クラッド部の外径は１０ｍｍ、コア部の径（直径）は４ｍｍとした。コア部にはＮｄ3+イオンが０．５ａｔ％の濃度でドープされている。
【００７５】
励起光導光部２のプリフォームはコア無しで、断面形状は１０ｍｍ×２０ｍｍのほぼ矩形（長方形）状である。この矩形の短辺側に上記レーザ導光部１のプリフォームを配置して線引きを行った。
【００７６】
作製された複合光学媒体３は、直径が約１２５μｍのレーザ光導光部１と、断面が約１２５μｍ×２５０μｍの扁平な矩形で略リボン状をなす励起光導光部２とが、互いに融着された構造を成している。レーザ光導光部１のコア部の径（直径）は約５０μｍである。
【００７７】
次に、構造体５を以下のように形成した。
上記複合光学媒体３を、図４の（ｂ）に示すように、励起光導光部２の長辺側面が重なり合うようにスパイラル状に巻回することにより、内径約６０ｍｍ、外径約１００ｍｍ、厚さ約３７５μｍのディスク状構造体５を作製した。
【００７８】
このときの巻回は、ＣＯ2レーザを励起光導光部２の部分に選択的に照射しながら行った。これにより、図５に示すように、ディスク状に巻回された励起光導光部２の部分が互いに融着接続して、厚さ２５０μｍのほぼ均一なガラス円盤が形成されるようにした。このガラス円盤は一体の構造体と見ることができる。
図５は、ディスク状に巻回された励起光導光部２の部分が互いに融着接続された状態を示す。
【００７９】
レーザ光導光部１は上記ガラス円盤の面に沿って巻回されている形となるが、このレーザ光導光部１の端面はあらかじめ光学研磨された上に、レーザ発振波長１．０６μｍにおいて反射率９８％以上となるような多層膜コートが施されている。また、その他端面は、垂直破断しただけの面であって、反射率はレーザ発振波長１．０６μｍに対して４％程度である。
【００８０】
上述のように構成された構造体５を用いてレーザ発振を行わせるために、図示を省略するが、第１の実施例の場合と同様、励起光源として、発振波長０．８μｍのＬＤ（半導体レーザ）素子が複数個に配列されたＬＤ集合素子を使用し、各ＬＤ素子の出力光を複数本の励起光導入用光ファイバを介して、ディスク状の構造体を成している励起光導光部２に導入させるようにした。
【００８１】
この場合、励起光導入用光ファイバと励起光導光部２間の接続は、第１の実施例の場合と同様、融着により行い、その融着接続個所は、励起光の導入が均一に行われるように分散させた。これにより、レーザ光導光部１の出力端から、波長１．０６μｍでレーザ出力７Ｗを得ることができた。
【００８２】
この実施例では、複合光学媒体３によってディスク状の構造体型ファイバレーザを容易に作成することができるとともに、円筒などの構造体を用いた構成に比べて小型なレーザ装置を構成することができる。また、複合光学媒体３の巻回によって形作られるディスクは非常に薄い構造とすることができるため、励起光の伝達損失を少なくできることに加えて、放熱効率が非常に良いという利点も得ることができる。
【００８３】
上述した２つの実施例では、レーザ光導光部１と励起光導光部２とを１対１のペアで一体化した複合光学媒体３を使用したが、たとえば図２の（ｂ）に示すように、レーザ光導光部１の両側に励起光導光部２，２を配置した１対２配置の複合光学媒体３を使用すれば、両面に薄板構造の励起光導光体を配置した構造体型レーザファイバを作製することができる。このような構造とすることにより、より多くの励起光を効率良く導入させることが可能になって、レーザ出力をさらに高めることができる。
【００８４】
上述した２つの実施例では、励起光導光体への励起光の導入を励起光導入用のガラス製光ファイバの融着接続個所から行うようにしていたが、励起光導光部２が巻回および融着によって一体構造のディスク形状をなす場合には、そのディスク形状の一部に励起光導入用のプリズム部を設けて、このプリズム部から励起光導入を行わせるようにしてもよい。
【００８５】
または、上記プリズム部の代わりに、その一体構造のディスク面（表裏面）に直接、半導体レーザ光を導入させる励起構造も可能である。
【００８６】
以上説明したように、本発明の第１の発明は、レーザ活性物質を含むレーザ光導光部とこのレーザ光導光部に励起光を分布導入させる励起光導光部とが非同軸状に並行する状態で一体化された長尺で可撓性の複合光学媒体が、巻回または折り返されることにより所定形状を形作っていることを特徴とするレーザ装置である。
これにより、レーザ活性物質を含むレーザ導光体と、励起光を導光する励起光導光体との間に十分な光学的結合を確保して、励起光を効率良くレーザ光導光体に導入させることができるとともに、形状に関する高い自由度を得ることができる。
【００８７】
第２の発明は、第１の発明において、複合光学媒体の励起光導光部の少なくとも一部分が、巻回や折り返えしによって隣り合う他の部分での励起光導光部に光学的に接続されていることを特徴とする記載のレーザ装置である。
これにより、複合光学媒体の巻回や折り返しによって形成される励起光導光構造体での導光効率を一層向上させることができる。
【００８８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、複合光学媒体の励起光導光部の少なくとも一部分が、巻回や折り返えしによって隣り合う他の部分での励起光導光部と、融着、オプチカルコンタクト、または樹脂を用いることによって一体化されていることを特徴とするレーザ装置である。
これにより、複合光学媒体の巻回や折り返しによって形成される励起光導光構造体での導光効率を一層向上させることができる。
【００８９】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、複合光学媒体の励起光導光部の少なくとも一部分が、巻回や折り返しによって隣り合う他の部分での励起光導光部と、融着、オプチカルコンタクト、または樹脂を用いることによって一体化されており、その一体化された部分に光ダクト、プリズム、ファイバ、回折格子、または溝を構成することによって励起光の導入を行わせるようにしたことを特徴とするレーザ装置である。
これにより、複合光学媒体の巻回や折り返しによって形成される励起光導光構造体での導光効率を一層向上させることができるとともに、その構造体への励起光の導入も一層効率的に行わせることができる。
【００９０】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、複合光学媒体が巻回または折り返されることにより形成された励起光導光体の複数個所に励起光導入部を設けたことを特徴とするレーザ装置である。
これにより、励起光をレーザ光導光部１の全体にわたって均一かつ高効率に吸収させることができるようになる。
【００９１】
第６の発明は、レーザ活性物質を含むレーザ光導光体とこのレーザ光導光体に励起光を分布導入させる励起光導光体とを有するレーザ装置の製造方法であって、
共に長尺で可撓性を有するレーザ光導光部と励起光導光部とが非同軸状に並行する状態で一体化された長尺で可撓性の複合光学媒体を形成する工程と、
上記複合光学媒体を巻回または折り返すことによって所定形状の構造体を形作る工程と、
を行うことを特徴とするレーザ装置の製造方法である。
これにより、ガラス等の光学材料を成形または加工する困難を伴うことなく、励起光の導光効率の高い導光構造体を簡単に形成して高効率のレーザ装置を構成することができるとともに、形状に関する高い自由度を得ることができる。
【００９２】
第７の発明は、第６の発明において、レーザ光導光部と励起光導光部の両母材を密着または一体化させた状態で線引きまたは延伸することにより長尺で可撓性の複合光学媒体を形成することを特徴とするレーザ装置の製造方法である。
これにより、共に長尺で可撓性を有するレーザ光導光部と励起光導光部とが非同軸状に並行する状態で一体化された長尺で可撓性の複合光学媒体を効率良く作製することができる。
【００９３】
第８の発明は、第６または第７の発明において、複合光学媒体の励起光導光部同士が層状に重なるように上記複合光学媒体を巻回または折り返すことにより所定形状の励起光導光体を形作ることを特徴とするレーザ装置の製造方法である。これにより、一体構造の励起光導光体を形成して励起光の導入を、より効率良く行わせることが可能になる。
【００９４】
第９の発明は、レーザ活性物質を含むコア部とこのコア部を同軸状に囲繞するクラッド部からなるレーザ光導光部と、このレーザ光導光部に非同軸状態で並行しながら上記クラッド部と光学的な分布結合をなす励起光導光部とを有するとともに、全体が断面積に比べて長尺に形成されることにより巻回または折り返し等が可能な可撓性を備えたことを特徴とする複合光学媒体である。
これにより、ガラス等の光学材料を成形または加工する困難を伴うことなく、高い形状自由度でもって、励起光の導光効率の高い導光構造体を簡単に形成することができる。
【００９５】
第１０の発明は、第９の発明において、レーザ光導光部と励起光導光部とが一列配置で並行する状態で一体化されていることを特徴とする複合光学媒体である。
これにより、励起光導光部同士を重ね合わせて所定形状に一体構造化することが容易に行えるようになる。
【００９６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明は、レーザ活性物質を含むレーザ光導光部とこのレーザ光導光部に励起光を分布導入させる励起光導光部とが非同軸状に並行する状態で一体化された長尺で可撓性の複合光学媒体を使用し、この複合光学媒体の巻回または折り返し等によって所定形状のレーザ構造体を形作ることにより、レーザ導光体と励起光導光体との間に十分な光学的結合を確保して、励起光を効率良くレーザ光導光体に導入させることができ、さらに形状に関する自由度の高いレーザ装置を簡単に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザ装置を構成するために使用する複合光学媒体の断面形状を示す図である。
【図２】本発明の複合光学媒体によって形作られる励起光導光構造体の例を示す一部破断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す模式図である。
【図５】ディスク状に巻回された励起光導光部の部分が互いに融着接続された状態を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザ光導光部
１１  コア部
１２  クラッド部
２  励起光導光部
２０  励起光導光構造体
３  複合光学媒体
４１  円筒
４２金コート（メッキ）
４３  被覆樹脂
５  複合光学媒体３で形作った構造体
６１  励起光導入用光ファイバ
【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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