(57)【要約】【課題】出射される緑色光の混色を抑制できる緑色ファイバーレーザを提供する。【解決手段】緑色ファイバーレーザ１は、光源２と、光ファイバー３と、第１反射部材４と、第２反射部材５とを備えている。第１反射部材４は、青色光である励起光を約９５％以上の透過率で透過しつつ、緑色光を約９８％以上の反射率で反射するためのものである。第２反射部材５は、第１誘電体多層膜８及び第２誘電体多層膜９からなる。第１誘電体多層膜８は、緑色光を約９０％〜約９８％の反射率で反射するためのものである。第２誘電体多層膜９は、光源２から入射される青色光である励起光を約９５％以上の反射率で反射するためのものである。【選択図】図１
2009004551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を出射する光源と、
前記光源からの励起光が入射されるとともに、励起光を緑色光に変換するＰｒ３＋がドープされた光ファイバーと、
前記光ファイバーの入射側に設けられた緑色光を反射するための第１反射部材と、
前記光ファイバーの出射側に設けられた緑色光を反射するための第２反射部材とを備え、
前記第２反射部材は、光源からの励起光を反射することを特徴とする緑色ファイバーレーザ。
【請求項２】
前記第２反射部材は、緑色光の反射率が９０％〜９８％であることを特徴とする請求項１に記載の緑色ファイバーレーザ。
【請求項３】
前記光ファイバーの長さは、１ｃｍ〜１０ｃｍであることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の緑色ファイバーレーザ。
【請求項４】
前記第１反射部材は、緑色光の反射率が９８％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の緑色ファイバーレーザ。
【請求項５】
前記第２反射部材は、励起光の反射率が９５％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の緑色ファイバーレーザ。
【請求項６】
前記第１反射部材は、励起光の透過率が９５％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の緑色ファイバーレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバー内で共振させて緑色光を出射可能な緑色ファイバーレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、緑色光を出射可能な緑色ファイバーレーザが知られている（例えば、特許文献１参照）。一般に、緑色ファイバーは、青色光などの励起光を出射する光源と、Ｐｒ３＋などにより蛍光体がドープされ、励起光が入射する光ファイバーと、光ファイバーの入射側に設けられた第１反射部材と、光ファイバーの出射側に設けられた第２反射部材とを備えている。第１反射部材は、励起光を透過可能に、且つ、出射するための緑色光を反射可能に構成されている。また、第２反射部材は、励起光を透過可能に、且つ、一部（例えば、数％）を除き緑色光を反射可能に構成されている。
【０００３】
このような緑色ファイバーレーザでは、光源から出射された励起光（例えば、青色光）は、第１反射部材を透過した後、光ファイバーに入射する。光ファイバーに入射した励起光の一部は、蛍光体により緑色光に波長が変換される。そして、変換された緑色光は、第１反射部材及び第２反射部材との間で反射された後、第２反射部材を透過して緑色光をレーザ発振する。
【特許文献１】特開２００３−１５６６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した緑色ファイバーレーザでは、第２反射部材が励起光を透過するので、緑色光のみならず青色光などの励起光が第２反射光を透過して出射される。このため、出射される光の色は緑色と青色との混色となるといった課題があった。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、出射される緑色光の混色を抑制できる緑色ファイバーレーザを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、励起光を出射する光源と、前記光源からの励起光が入射されるとともに、励起光を緑色光に変換するＰｒ３＋がドープされた光ファイバーと、前記光ファイバーの入射側に設けられた緑色光を反射するための第１反射部材と、前記光ファイバーの出射側に設けられた緑色光を反射するための第２反射部材とを備え、前記第２反射部材は、光源からの励起光を反射することを特徴とする緑色ファイバーレーザである。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、前記第２反射部材は、緑色光の反射率が９０％〜９８％であることを特徴とする請求項１に記載の緑色ファイバーレーザである。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、前記光ファイバーの長さは、１ｃｍ〜１０ｃｍであることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の緑色ファイバーレーザである。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、前記第１反射部材は、緑色光の反射率が９８％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の緑色ファイバーレーザである。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、前記第２反射部材は、励起光の反射率が９５％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の緑色ファイバーレーザである。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、前記第１反射部材は、励起光の透過率が９５％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の緑色ファイバーレーザである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光ファイバーの出射側に設けられた第２反射部材が励起光を反射するように構成されているので、励起光が光ファイバーの出射側から出射されることを抑制できる。これにより、光ファイバーの出射側から出射される緑色光に励起光が混ざり混色することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による緑色ファイバーレーザを説明する。図１は、本発明の実施形態による緑色ファイバーレーザの概略図である。図２は、第１反射部材を説明する概略図である。図３は、第２反射部材を説明する概略図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施形態による緑色ファイバーレーザ１は、光源２と、光ファイバー３と、第１反射部材４と、第２反射部材５とを備えている。
【００１５】
光源２は、ＧａＮ系のＩＩＩ族窒化物半導体からなるレーザダイオードを備えている。光源２は、約４３０ｎｍ〜約４５０ｎｍの波長の青色光（励起光）を出射する。
【００１６】
光ファイバー３は、光源２からの励起光を伝達するとともに、その励起光を緑色光（波長約５１０ｎｍ〜約５４０ｎｍ）に変換するためのものである。光ファイバー３のコアには、約４３０ｎｍ〜約４５０ｎｍの波長の青色光である励起光を約５１０ｎｍ〜約５４０ｎｍの波長の緑色光に変換するためのＰｒ３＋（プラセオジウム）がドープされている。光ファイバー３の長さは、約１．０ｃｍ〜約１０ｃｍに構成されている。
【００１７】
第１反射部材４は、光ファイバー３の入射側に設けられ、青色光である励起光を約９５％以上の透過率で透過しつつ、緑色光を約９８％以上の反射率で反射するためのものである。第１反射部材４は、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）構造を有する誘電体多層膜からなる。具体的には、第１反射部材４は、屈折率の異なる２つの誘電体膜６、７が交互に積層されたものである。ここで、第１反射部材４を構成する各誘電体膜６、７の厚みをｄ、各誘電体膜６、７の屈折率をｎ、レーザ発振させる緑色光の波長をλＬとした場合、第１反射部材４により波長λＬの緑色光を１００％反射するためには各誘電体膜６、７の厚みｄは、
ｄ＝λＬ／（４ｎ）    ・・・・（１）
となる。従って、第１反射部材４では、緑色光の反射率が約９８％以上となるように、各誘電体膜６、７の厚みｄが式（１）に基づいて設定される。
【００１８】
第２反射部材５は、光ファイバー３の出射側に設けられ、第１誘電体多層膜８及び第２誘電体多層膜９からなる。
【００１９】
第１誘電体多層膜８は、緑色光を約９０％〜約９８％の反射率で反射するためのものである。第１誘電体多層膜８は、屈折率の異なる２つの誘電体膜１１、１２が交互に積層されたＤＢＲ構造を有する。第１誘電体多層膜８を構成する誘電体膜１１、１２の厚みｄは、式（１）に基づいて緑色光の反射率が約９０％〜約９８％となるように構成されている。
【００２０】
第２誘電体多層膜９は、光源２から入射される青色光である励起光を約９５％以上の反射率で反射するためのものである。第２誘電体多層膜９は、屈折率の異なる２つの誘電体膜１３、１４が交互に積層されたＤＢＲ構造を有する。ここで、第２誘電体多層膜９を構成する誘電体膜１３、１４の厚みをｄ、誘電体膜１３、１４の屈折率をｎ、青色光の波長をλｐとすると、第２誘電体多層膜９により波長λｐの青色光を１００％反射するためには各誘電体膜１３、１４の厚みｄは、
ｄ＝λｐ／（４ｎ）    ・・・・（２）
となる。従って、第２誘電体多層膜９は、青色光の反射率が約９５％以上となるように、各誘電体膜１３、１４の厚みｄが式（２）に基づいて設定される。
【００２１】
尚、上述した各誘電体膜６、７、１１、１２、１３、１４は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３ＺｒＯ２などの誘電体材料により構成することができる。
【００２２】
次に、上述した緑色ファイバーレーザ１の動作説明をする。
【００２３】
まず、光源２に電力が供給されると、青色光が光源２から出射される。光源２から出射された青色光は、第１反射部材４に励起光として入射する。ここで第１反射部材４は、青色光である励起光の透過率が９５％以上に設定されているので、ほとんどの青色光は光ファイバー３へと入射する。
【００２４】
光ファイバー３を導光する励起光の一部は、出射側の端面に設けられた第２反射部材５に達する。第２反射部材５に達した励起光は、第２誘電体多層膜９によって反射されて、光ファイバー３を光源２の方向へと導光する。光源３の方向へと導光する励起光の一部は、そのまま第１反射部材４に達する。そして、励起光は、青色光を９５％以上透過する第１反射部材４を透過して入射側の端面から外部へと出射する。
【００２５】
一方、光ファイバー３を導光する励起光のうち残りは、Ｐｒ＋３により緑色光に変換される。そして、緑色光を９０％〜９８％の反射率で反射する第２反射部材５の第１誘電体多層膜８及び緑色光を９８％以上の反射率で反射する第１反射部材４によって反射されて、光ファイバー３を導光する。そして、第１反射部材４よりも緑色光の反射率が低く設定されている第２反射部材５から緑色のレーザ光を発振する。
【００２６】
上述したように、本実施形態による緑色ファイバーレーザ１は、第２反射部材５の第２誘電体多層膜９が、青色光である励起光を反射可能に構成しているので、出射側の端面から青色光が出射されることを低減できる。これにより、出射される緑色光に励起光の青色光が混じり混色となることを抑制できる。
【００２７】
また、光ファイバー３のファイバー長Ｌを約１．０ｃｍ〜約１０ｃｍに設定するとともに、第２反射部材５の第１誘電体多層膜８の緑色光の反射率を約９０％〜約９８％にすることにより、出力が１Ｗ以下の励起光（即ち、閾値励起光出力が１Ｗ以下）により緑色のレーザ光のレーザ発振を可能とするとともに、緑色光のレーザ出力を１μＷ以上とすることができる。
【００２８】
ここで、出力が１Ｗ以下の励起光は市販の固体レーザ等を光源２として用いても容易に得ることができる。また、レーザ出力を１μＷ以上にすることにより、マイクロディスプレイ等のデバイスの光源として適用することができる。
【００２９】
これらのことを考慮すると、上述した条件からなる本実施形態による緑色ファイバーレーザ１は、容易に入手可能な市販の光源２を用いて種々のデバイスに適用することができる。
【００３０】
次に、上述した緑色ファイバーレーザの効果を証明するために行ったシミュレーションについて説明する。尚、以下のシミュレーションでは、レーザの４次のレート方程式をファイバーレーザに適用させた以下に示す数１〜数４を用いた。
【００３１】
まず、図４を参照して、閾値における励起光出力（以下、閾値励起光出力）Ｐｐｕｍｐ＿ｔｈについて説明する。第２反射部材５の第１誘電体多層膜８の緑色光の反射率Ｒ２を８０％〜９９．８％の間で変えて、光ファイバー３のファイバー長Ｌと光源２の閾値励起光出力Ｐｐｕｍｐ＿ｔｈとの関係を、式（３）を用いてシミュレーションを行った。図４における各曲線の添え字は、第２反射部材５の緑色光の反射率Ｒ２を示す。尚、反射率Ｒ２は、８０％〜９９％の間では、１％刻みで変化させている。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
また、各パラメータは以下の通りである。
Ｌ：光ファイバーの長さ（ファイバー長：ｃｍ）
Ａｆ：光ファイバー（コア）の断面積（＝２．８×１０−７ｃｍ２）
Ｒ１：第１反射部材の緑色光の反射率（＝０．９９９）
Ｒ２：第２反射部材の緑色光の反射率（＝０．９９８〜０．８０）
λｐ：励起光（青色光）の波長（＝４４４ｎｍ）
αａｂｓ：励起光を蛍光体が吸収する際の吸収係数（＝０．５５ｄＢ／ｍ）
αｅｍ：蛍光体が発した光をその蛍光体が吸収する際の吸収係数（０．２３ｄＢ／ｍ）
σｅｍ：放射断面積（＝８．００×１０−２５ｍ２）
β：分岐比（＝０．６４）
τ２：蛍光体の上準位（励起準位）のライフタイム（＝０．００１５ｓ）
Γ１：光源と光ファイバーとの間の注入効率（＝０．５）
ｈ：プランク定数（＝６．６３×１０−３４Ｊｓ）
ｃ：光速（＝２．９９７９×１０８ｍ／ｓ）
【００３４】
図４に示すように、第２反射部材５の緑色光の反射率Ｒ２を９０％〜９８％設定した場合、この範囲内のいずれの反射率Ｒ２においても、ファイバー長Ｌが１ｃｍ以上であれば、閾値励起光出力Ｐｐｕｍｐ＿ｔｈを１Ｗ以下にすることができることがわかる。具体的には、反射率Ｒ２を９０％、且つ、ファイバー長Ｌを１ｃｍに設定した際に、閾値励起光出力Ｐｐｕｍｐ＿ｔｈが最大値の約６９３ｍＷになり、それ以外の条件では６９３ｍＷ以下でレーザ発振させることができる。また、図４から明らかなように、反射率Ｒ２を高くすれば同じファイバー長Ｌでは閾値励起光出力Ｐｐｕｍｐ＿ｔｈが小さくなることがわかる。更に、図４から明らかなように、ファイバー長Ｌを長くすれば、同じ反射率Ｒ２では閾値励起光出力Ｐｐｕｍｐ＿ｔｈが小さくなることがわかる。
【００３５】
次に、図５を参照して、スロープ効率Ｓについて説明する。第２反射部材５の第１誘電体多層膜８の緑色光の反射率Ｒ２を８０％〜９９．８％の間で変えて、光ファイバー３のファイバー長Ｌとスロープ効率Ｓとの関係を式（４）を用いてシミュレーションを行った。図５における各曲線の添え字は、第２反射部材５の緑色光の反射率Ｒ２を示す。尚、反射率Ｒ２は、８０％〜９９％の間では、１％刻みで変化させている。
【００３６】
【数２】
2009004551.tif 000004
【００３７】
また、新たに設定した各パラメータは以下の通りである。
Ｓ：スロープ効率
Ｐａｕｓ：緑色光のレーザ光の出力（レーザ出力）
Ｐｐｕｍｐ：励起光出力（ｍＷ）
λＬ：レーザ光（緑色光）の波長（＝５３０ｎｍ）
【００３８】
図５に示すように、反射率Ｒ２を９０％〜９８％に設定した場合、ファイバー長Ｌが１ｃｍ〜１０ｃｍの間にスロープ効率Ｓの最大値が存在することがわかる。具体的には、反射率Ｒ２が９０％では、ファイバー長Ｌが１．２ｃｍでスロープ効率Ｓが最大値（９．４８×１０−３）となる。また、図５から明らかなように、反射率Ｒ２が小さくなる程、スロープ効率Ｓの最大値が、ファイバー長Ｌが長い方へとシフトすることがわかる。
【００３９】
次に、図６を参照して、レーザ出力Ｐａｕｓについて説明する。第２反射部材５の第１誘電体多層膜８の緑色光の反射率Ｒ２を８０％〜９９．８％の間で変えて、光ファイバー３のファイバー長Ｌとレーザ出力Ｐａｕｓとの関係を、式（５）を用いてシミュレーションを行った。図６における各曲線の添え字は、第２反射部材５の緑色光の反射率Ｒ２を示す。尚、反射率Ｒ２は、８０％〜９９％の間では、１％刻みで変化させている。
【００４０】
また、新たに設定したパラメータは以下の通りである。
Ｐｐｕｍｐ：励起光出力（＝１Ｗ）
【００４１】
【数３】
2009004551.tif 000005
【００４２】
図６に示すように、第２反射部材５の緑色光の反射率Ｒ２を９０％〜９８％設定した場合、この範囲内のいずれの反射率Ｒ２においても、ファイバー長Ｌが１ｃｍ〜１０ｃｍであれば、レーザ出力Ｐａｕｓを１μＷ以上にすることができることがわかる。具体的には、反射率Ｒ２を９８％、且つ、ファイバー長Ｌを１０ｃｍに設定した際に、レーザ出力Ｐａｕｓが最小値になるが、この場合でもレーザ出力Ｐａｕｓは約４．５ｍＷになる。また、図６から明らかなように、反射率Ｒ２を９０％〜９８％に設定した場合、ファイバー長Ｌが１ｃｍ〜１０ｃｍの範囲内に、レーザ出力Ｐａｕｓのピークが現れることがわかる。
【００４３】
次に、図７を参照して、１μＷ以上のレーザ出力Ｐａｕｓを得るのに必要な励起光出力Ｐｐｕｍｐについて説明する。第２反射部材５の第１誘電体多層膜８の緑色光の反射率Ｒ２を８０％〜９９．８％の間で変えて、光ファイバー３のファイバー長Ｌと１μＷ以上のレーザ出力Ｐａｕｓを得るのに必要な励起光出力Ｐｐｕｍｐとの関係を、式（６）を用いてシミュレーションを行った。図７における各曲線の添え字は、第２反射部材５の緑色光の反射率Ｒ２を示す。尚、反射率Ｒ２は、８０％〜９９％の間では、１％刻みで変化させている。
【００４４】
【数４】
2009004551.tif 000006
【００４５】
図７に示すように、第２反射部材５の緑色光の反射率Ｒ２を９０％〜９８％設定した場合、この範囲内のいずれの反射率Ｒ２においても、ファイバー長Ｌが１ｃｍ以上であれば、励起光出力Ｐｐｕｍｐが１Ｗ以下でもレーザ出力Ｐａｕｓを１μＷ以上にすることができることがわかる。具体的には、反射率Ｒ２を９０％、且つ、ファイバー長Ｌを１ｃｍに設定した際に、励起光出力Ｐｐｕｍｐが最大値の約６９３ｍＷになる。また、図７から明らかなように、反射率Ｒ２を高くすれば同じファイバー長Ｌでは励起光出力Ｐｐｕｍｐが小さくなることがわかる。更に、図７から明らかなように、ファイバー長Ｌを長くすれば、同じ反射率Ｒ２では励起光出力Ｐｐｕｍｐが小さくなることがわかる。
【００４６】
以上のシミュレーションからわかるように、第２反射部材５の緑色光の反射率Ｒ２を９０％〜９８％に設定するとともに、光ファイバー３のファイバー長Ｌを１ｃｍ〜１０ｃｍに設定することにより、閾値励起光出力Ｐｐｕｍｐ＿ｔｈを１Ｗ以下にすることができるとともに、レーザ出力Ｐａｕｓを１μＷ以上にすることができることがわかる。
【００４７】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００４８】
例えば、上述した各パラメータなどは適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態による緑色ファイバーレーザの概略図である。
【図２】第１反射部材を説明する概略図である。
【図３】第２反射部材を説明する概略図である。
【図４】光ファイバーのファイバー長と光源の閾値励起光出力との関係を示す図である。
【図５】光ファイバーのファイバー長とスロープ効率との関係を示す図である。
【図６】光ファイバーのファイバー長とレーザ出力との関係示す図である。
【図７】光ファイバーのファイバー長と励起光出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１     緑色ファイバーレーザ
２     光源
３     光ファイバー
４     第１反射部材
５     第２反射部材
６、７ 誘電体膜
８     第１誘電体多層膜
９     第２誘電体多層膜
１１、１２    誘電体膜
１３、１４    誘電体膜
Ｌ     ファイバー長
Ｐａｕｓ  レーザ出力
Ｐｐｕｍｐ 励起光出力
Ｐｐｕｍｐ＿ｔｈ     閾値励起光出力
Ｒ１    反射率
Ｒ２    反射率
λｐ    波長
λＬ    波長
【図１】
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【図２】
2009004551.tif 000008
【図３】
2009004551.tif 000009
【図４】
2009004551.tif 000010
【図５】
2009004551.tif 000011
【図６】
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【図７】
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