(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ活性物質としてＮｄイオンを含む石英系光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外周部とを有し、所定の間隙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、
前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記間隙を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、前記間隙には、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】
レーザ活性物質としてＮｄイオンを含む石英系光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外周部とを有し、所定の間隙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、
前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記間隙を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、前記間隙には、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４】
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ないという問題がある。特に、耐光パワー性の高い石英系ファイバを用いた場合、その融着温度は１５００℃以上にも及ぶため、製造設備が大がかりとなり、また長い製造時間を必要とすることとなる。
【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、レーザ活性物質としてＮｄイオンを含む石英系光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外周部とを有し、所定の間隙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、前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記間隙を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、前記間隙には、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。
【００１８】
また、レーザ活性物質としてＮｄイオンを含む石英系光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外周部とを有し、所定の間隙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、前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記間隙を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、前記間隙には、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。
【００２０】
【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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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石英クラッド２ｂにより構成されており、ドープコア２ａを中心とし、石英クラッド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。
【００２６】
ここで、石英クラッド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、石英クラッド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、石英クラッド２ｂよりも光の屈折率の大きいものを用いる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、マッチングオイルのレーザ耐性を著しく向上させることができる。加えてレーザファイバの冷却の効果も合わせ持ち、レーザファイバの温度上昇に伴うマッチングオイルの劣化を防ぐ。
【００３３】
【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の石英系ガラスファイバのコア内部に０．２ａｔ％のＮｄ３＋イオンをドープした１００ｍの長さのレーザファイバを２５０×１８０×３０の直方体容器の中に詰め込み、屈折率１．４５８、室温での粘性３０ｐｏｉｓｅの波長０．５〜１．４μｍ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×縦２列の励起光導入用の窓が開けられ、それらの窓には、１．０×０．３ｍｍ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２００Ｗ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８ｋＷの励起光を導入し、レーザファイバの破断面の端面から１．２ｋＷの波長１．０６μｍのレーザ発振を確認した。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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石英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。
【００３７】
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。
【００３８】
【実施例２】
第２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の石英系ガラスファイバのコア内部に０．２ａｔ％のＮｄ３＋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）石英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１．４５８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０．８μｍ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、１．０ｋＷの波長１．０６μｍ帯のレーザ発振を確認できた。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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石英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。
【００４７】
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。
【００４８】
【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の石英系ガラスファイバのコア内部に０．２ａｔ％のＮｄ３＋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）石英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１．４５８のマッチングオイルを０．１リットル／分の割合で流した。励起光はディスク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、１．１ｋＷの波長１．０６μｍ帯のレーザ発振を確認できた。
【００４９】
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に導入するレンズダクト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。
【００５０】
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。
【００５１】
金属基盤３６内に配置されたレーザファイバ３１上には２つのレンズダクト３３ａ、３３ｂが配置され、これらのレンズダクト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、レンズダクト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。
【００５２】
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。
【００５３】
励起光はレンズダクト３３ａ、３３ｂに導入され、レンズダクト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。
【００５４】
【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の石英系ガラスファイバのコア内部に０．４ａｔ％のＮｄ３＋イオンをドープした全長５００ｘ２５ｍｍの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。
【００５５】
そして、基盤に並べられたレーザファイバ上部に、レンズ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。
【００５６】
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。
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１．４５８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レンズ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、１．２ｋＷの波長１．０６μｍ帯のレーザ発振を確認できた。
【００５７】
次に、図６を使用して第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レーザ光発生装置４０の構造図である。
レーザ光発生装置４０は、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基盤４３、１つながりのレーザファイバ４１、金線４８ａ、４８ｂ、反射ミラー４２、隔壁４６、レンズダクト４４ａ、４４ｂ、マッチングオイル導入部４５及びマッチングオイル排出部４７により構成されている。
【００５８】
金属基盤４３内部には金線４８ａ、４８ｂが円形に配置され、それらの円はその中心を共通とし、金線４８ａが形作る円の半径は金銭４８ｂが形作る円の半径より大きいものとする。
【００５９】
レーザファイバ４１は、その一端を金線４８ｂが形作る円内部に配置し、そこから金線４８ｂが形作る円の外周に密着して一回巻き付けられ、次に、巻き付けられたレーザファイバ４１の外周に沿って環状平面状に巻き付けていく。環状平面状に巻き付けられたレーザファイバ４１の最外周は、金線４８ａが形作る円の内周に密着させて配置され、レーザファイバ４１最外周側に位置する端面は金属基盤４３外部に配置される。また、金線４８ｂが形作る円内部に配置されたレーザファイバ４１の端面には、反射ミラー４２が取り付けられる。
【００６０】
金線４８ａが形作る円と金線４８ｂが形作る円で囲まれた環状平面領域は、金線４８ａが形作る円と金線４８ｂが形作る円を短絡するように設けられた１つの隔壁４６によってその領域を分岐されており、その分岐された一方の領域の隔壁４６付近にマッチングオイル導入部４５の先端部分が取り付けられ、分岐されたもう一方の領域の隔壁４６付近にマッチングオイル排出部４７の先端部分が取り付けられる。また、隔壁４６によって分岐された環状平面領域双方の隔壁４６付近には、各領域に１つずつレンズダクト４４ａ、４４ｂがレーザファイバ４１上に配置される。そして、金線４８ａが形作る円と金線４８ｂが形作る円で囲まれた環状平面領域は、内面に金メッキ処理が施され、さらにその金メッキの表面に透明フッ素樹脂加工を施した板によって閉じられる。
【００６１】
マッチングオイル導入部４５から導入されたマッチングオイルは、金線４８ａが形作る円と金線４８ｂが形作る円で囲まれた環状平面領域を満たしながら流動し、マッチングオイル排出部４７から排出される。
【００６２】
励起光はレンズダクト４４ａ、４４ｂに導入され、レンズダクト４４ａ、４４ｂは励起光をレーザファイバ４１に導入する。励起光を導入されたレーザファイバ４１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４１の両端に伝わり、反射ミラー４２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４２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５】
第５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の石英系ガラスファイバでコア内部に０．４ａｔ％のＮｄ３＋イオンをドープした一つながりのレーザファイバをおよそ２００ｍｍφの環状平板状に密に並べた（一層）。基盤には鏡面の金の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た。環状平板状に並べたレーザファイバの最内周の内側、及び最外周の外側には透明弗素樹脂の被覆を薄く付けた２００μｍφの純金線を円形に配置した。内側の金線の端面とレーザファイバ端面は垂直面同士を押し付けることにより完全に密着させ、反射率９８％のミラーにもなるようにした。レーザファイバ上部にはレンズダクト及びマッチングオイルの導入、流出口を一個所づつ配置するための窓を設けた平板をかぶせた。この平板は、金属板に鏡面金メッキ処理を施し、さらにその表面に０．０１ｍｍの透明弗素樹脂を塗布したものとした。レンズダクトの裏側にはマッチングオイルの導入口及びマッチングオイルの流出口を設けた。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１．４５８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レンズダクトを通して合計で４００Ｗ投入した。レーザ光の取り出し端面は破断面のままとした。結果、７０Ｗの波長１．０６μｍ帯のレーザ発振を確認できた。
【００６４】
次に、図７を用いて第６の実施の形態を説明する。
図７は第６の実施の形態におけるレーザ光発生装置５０の構成図である。
レーザ光発生装置５０は、１つながりのレーザファイバ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、反射ミラー５６、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。
【００６５】
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の一方の端面には反射ミラー５６が設置され、もう一方の端面は破断面のまま配置される。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
図８にバンドル部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及び石英クラッド５１ｂにより構成されており、ドープコア５１ａを中心とし石英クラッド５１ｂを外周とする同軸構造を有する。
【００７１】
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。
【００７２】
ここで、石英クラッド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、石英クラッド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、石英クラッド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。
【００７３】
図９に、図７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。
【００７４】
図９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。
【００７５】
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。
【００７６】
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９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。
【００７７】
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。
【００７８】
次に、図７を用いてレーザ光発生装置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満たし、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。
【００７９】
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はレーザ光を発生する。発生したレーザ光はレーザファイバ５１の両端に伝わり、反射ミラー５６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５６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５６が設置されていない端面から取り出される。
【００８０】
【実施例６】
第６の実施の形態において、コア径８０μｍ、クラッド径１２５μｍ、開口数０．２の石英系ガラスファイバのコア内部に０．４ａｔ％のＮｄ３＋イオン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。
【００８１】
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。
【００８２】
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１．４５８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１．０６μｍの光を９９％反射するミラーを押し付け、もう一方の片端面は破断面のままとした。
【００８３】
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０．８μｍ、最大出力２００Ｗ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。その結果波長１．０６μｍ帯で出力１．２ｋＷのレーザ発振を確認できた。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。
【００８４】
次に、図１０を用いて第７の実施の形態について説明する。
図１０は、第７の実施の形態におけるレーザ光発生装置６０の構成図である。
レーザ光発生装置６０は、表面を金メッキ加工され、そらにその表面を透明フッ素樹脂で覆った金属基盤６７、１つながりのレーザファイバ６１、マッチングオイル排出部６２、マッチングオイル導入部６３、反射ミラー６４、隔壁６５ａ、６５ｂ、励起光導入用ファイバ６６ａ、６６ｂ及び金属治具６８により構成されている。
【００８５】
レーザファイバ６１は複数箇所で折り返され、折り返しの束を形成する。
金属基盤６７は、中心部分に終点を持たない渦巻き状のファイバ束ガイド溝６７ａを有しており、このファイバ束ガイド溝６７ａに沿ってレーザファイバ６１の折り返しの束が配置される。ここで、レーザファイバ６１の折り返し部分及び両端面は、ファイバ束ガイド溝６７ａの２箇所の出口部分より金属基盤６７の外部に取り出されて配置される。そして、外部に取り出されたレーザファイバ６１の１端面には反射ミラー６４が取り付けられる。ファイバ束ガイド溝６７ａの２箇所の出口部分には励起光導入用ファイバ６６ａ、６６ｂの先端部分が取り付けられ、ここから励起光の導入を行う。
【００８６】
このようにレーザファイバ６１及び励起光導入用ファイバ６６ａ、６６ｂが配置された金属基盤６７は金属治具６８内部に納められる。この際レーザファイバ６１及び励起光導入用ファイバ６６ａ、６６ｂの金属基盤６７に接続されていない端面は、金属治具６８の外部に配置される。また、この際、２つの隔壁６５ａ、６５ｂが金属治具６８の内壁と金属基盤６７に接するように取り付けられ、これにより、金属治具６８内壁と金属基盤６７外部で囲まれる空間を２つの領域に分割する。分割された２つの領域の一方側にはマッチングオイル導入部６３が取り付けられ、もう一方側にはマッチングオイル排出部６２が取り付けられる。
【００８７】
マッチングオイル導入部６３から金属治具６８内部に導入されたマッチングオイルは、隔壁６５ａ、６５ｂにより分岐された金属治具６８内壁と金属基盤６７外部で囲まれる空間の一方の領域をみたし、その後金属基盤６７内部を流動して隔壁６５ａ、６５ｂ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６２から排出される。
【００８８】
励起光導入用ファイバ６６ａ、６６ｂから導入された励起光は、金属基盤６７内で反射を繰り返しながらレーザファイバ６１に達し、励起光が照射されたレーザファイバ６１はレーザ光を発生する。発生したレーザ光はレーザファイバ６１の両端に伝わり、反射ミラー６４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６４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６４が設置されていない端面から取り出される。
【００８９】
なお、本形態では本構成をレーザ光発生装置として用いることとしたが、本構成から反射ミラー６４を除く構成とすることで光信号増幅器として使用することも可能である。
【００９０】
【実施例７】
第７の実施の形態における光信号増幅器としての実施例について説明する。
第７の実施の形態において、コア径７μｍ、クラッド径６０μｍ、開口数０．１１の石英系ガラスファイバでコア内部に０．４ａｔ％のＮｄ３＋イオンをドープしたレーザファイバをバンドル部分長が２．０ｍになるように折り返した。全長６１０ｍのファイバを使用し、バンドルの折り返し数を２４０回とすることにより、ファイバ一往復あたりの長さを２．５ｍ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２本ずつ、合計４本を差し込み、１ｘ１ｍｍの矩形断面状をもち、終端が中心に無い渦巻状形状に溝の掘ってある金属治具の渦巻状形状に沿って配置した。ここで、金属治具は真鍮をベースにしており、その表面に鏡面純金メッキ処理を施し、さらにその表面は、屈折率１．３４の透明弗素樹脂により覆われている。
【００９１】
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、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。
【００９２】
そして、金属治具内に屈折率１．４５８のマッチングオイルを流速０．１リットル／分で流し、レーザファイバの片端には波長１．０６４μｍの信号光源を結合させ−１０ｄＢｍの信号光を入射させた。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０．８μｍ、最大出力２００Ｗの半導体レーザに接続され、励起光をバンドル部分に導入することとした。その結果、波長１．０６４μｍで出力５５ｄＢｍの増幅した信号光を確認できた。この光ファイバ増幅器は宇宙空間にて人工衛星間の光通信を行なう目的で使用される。
【００９３】
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。
【００９４】
また、以上の実施の形態では、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もできる。
【００９５】
【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。
【００９６】
また、流動性媒質を流動させることとしたので、発熱などによる流動性媒質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。本発明の光信号増幅器は、励起光反射部に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造図である。
【図７】  第６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８】  バンドル部のＡ−Ａ断面図を示す図である。
【図９】  図７におけるＢ部の詳細図を示す図である。
【図１０】  第７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。
【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】
0004285830.tif 000002
【図２】
0004285830.tif 000003
【図３】
0004285830.tif 000004
【図４】
0004285830.tif 000005
【図５】
0004285830.tif 000006
【図６】
0004285830.tif 000007
【図７】
0004285830.tif 000008
【図８】
0004285830.tif 000009
【図９】
0004285830.tif 000010
【図１０】
0004285830.tif 000011