(57)【要約】  従来の光ファイバを用いた光増幅器やファイバレーザの場合、光ファイバ内でシングルモードの光を伝播するためにはコアの直径を波長と同程度（１〜数μｍ程度）にする必要がある。よって、仮に側面から励起光を照射したとしてもコアの径が小さすぎるため、コアに吸収される励起光が少なくなる。光ファイバ（２）はフォトニック結晶ファイバであるため、光伝播領域の径がたとえば１００μｍ程度であってもシングルモードの光を伝播することができる。よって、光ファイバ（２）の側面から受ける励起光（Ｅ）が光伝播領域に効率よく吸収される。よって、小型かつ簡単な構成で、高出力の光を発することが可能な光増幅器およびレーザ装置を提供することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播するフォトニック結晶ファイバ（２）を備え、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）は、
前記信号光を伝播する信号光伝播領域（８）を含み、
前記信号光伝播領域（８）の中心部を囲むように、前記所定の波長の光に対してブラッグ反射条件を満たす互いに屈折率が異なる複数の媒質からなる周期構造（９）が設けられ、かつ、
前記信号光伝播領域（８）に、励起状態において前記信号光が入射すると誘導放出を起こす光増幅物質がドープされており、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）の側面から前記信号光伝播領域（８）に向けて前記信号光と波長が異なる励起光を照射し、前記光物質を励起する励起部（４）をさらに備え、
それにより、前記周期構造（９）により選択される前記所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播し、前記励起光の照射により前記信号光を増幅する光増幅器。
【請求項２】
所定の波長の光を主波長とする信号光を発する信号光源（６）と、
前記信号光を一端面に受け、前記信号光をシングルモードで伝播して他端面から放出するフォトニック結晶ファイバ（２）とを備え、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）は、
前記信号光を伝播する信号光伝播領域（８）を含み、
前記信号光伝播領域（８）の中心部を囲むように、前記所定の波長の光に対してブラッグ反射条件を満たす互いに屈折率が異なる複数の媒質からなる周期構造（９）が設けられ、かつ、
前記信号光伝播領域（８）に、励起状態において前記信号光が入射すると誘導放出を起こす光増幅物質がドープされており、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）の側面から前記信号光伝播領域（８）に向けて前記信号光と波長が異なる励起光を照射し、前記光物質を励起する励起部（４）をさらに備える、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）を伝播する前記信号光を増幅する光増幅器。
【請求項３】
前記周期構造（９）は、前記フォトニック結晶ファイバ（２）の断面において、前記フォトニック結晶ファイバを構成する固体媒質に、空孔が周期的に設けられることにより形成される、請求項１または２に記載の光増幅器。
【請求項４】
レーザ装置（３１）であって、
光増幅器（１）を備え、
前記光増幅器（１）は、
所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播するフォトニック結晶ファイバ（２）を含み、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）は、
前記信号光を伝播する信号光伝播領域（８）を有し、
前記信号光伝播領域（８）の中心部を囲むように、前記所定の波長の光に対してブラッグ反射条件を満たす互いに屈折率が異なる複数の媒質からなる周期構造（９）が設けられ、かつ、
前記信号光伝播領域（８）に、励起状態において前記信号光が入射すると誘導放出を起こす光増幅物質がドープされており、
前記光増幅器（１）は、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）の側面から前記信号光伝播領域（８）に向けて前記信号光と波長が異なる励起光を照射し、前記光物質を励起する励起部（４）をさらに含み、
それにより、前記周期構造（９）により選択される前記所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播し、前記励起光の照射により前記信号光を増幅し、
前記レーザ装置（３１）は、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）のそれぞれの端面に前記信号光を反射する反射部をさらに備える、レーザ装置。
【請求項５】
レーザ装置（１１）であって、
光増幅器（１）を備え、
前記光増幅器（１）は、
所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播するフォトニック結晶ファイバ（２）を含み、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）は、
前記信号光を伝播する信号光伝播領域（８）を有し、
前記信号光伝播領域（８）の中心部を囲むように、前記所定の波長の光に対してブラッグ反射条件を満たす互いに屈折率が異なる複数の媒質からなる周期構造（９）が設けられ、かつ、
前記信号光伝播領域（８）に、励起状態において前記信号光が入射すると誘導放出を起こす光増幅物質がドープされており、
前記光増幅器（１）は、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）の側面から前記信号光伝播領域（８）に向けて前記信号光と波長が異なる励起光を照射し、前記光物質を励起する励起部（４）をさらに含み、
それにより、前記周期構造（９）により選択される前記所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播し、前記励起光の照射により前記信号光を増幅し、
前記レーザ装置（１１）は、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）の一端面に到達した前記信号光を、前記フォトニック結晶ファイバの他端面に戻すための戻り部をさらに備える、レーザ装置。
【請求項６】
前記フォトニック結晶ファイバ（２）は、前記一端面と前記他端面とが近接して設置され、
前記戻り部は、前記他端面から出射する前記信号光のうちの一部を反射して前記一端面に入射するとともに、前記他端面から出射する前記信号光の一部を透過する反射鏡（１３）である、請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記フォトニック結晶ファイバ（２）に対して前記励起部（４Ａ）と反対側に設けられ、前記フォトニック結晶ファイバ（２）に向けて前記励起光を反射する第１の反射部（１６Ａ）をさらに備える、請求項６に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記レーザ装置（１１）は、前記フォトニック結晶ファイバ（２）と前記励起部（４Ａ）との間に設けられる第２の反射部（１６Ｂ）をさらに備え、
前記第２の反射部（１６Ｂ）は、前記励起部（４Ａ）から発せられる前記励起光を透過し、前記第１の反射部（１６Ａ）によって反射された前記励起光を前記フォトニック結晶ファイバ（２）に向けて反射する、請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記第１の反射部（１６Ｃ）の外形は、楕円の少なくとも一部であり、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）は、前記光伝播領域（８）の位置が前記楕円の焦点の位置になるように配置される、請求項７に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
前記フォトニック結晶ファイバ（２Ａ）は、前記信号光の伝播方向に垂直な断面が、楕円の少なくとも一部となる形状を有し、
前記光伝播領域（８）は、前記楕円の焦点の位置に配置される、請求項６に記載のレーザ装置。
【請求項１１】
前記フォトニック結晶ファイバ（２）は、前記複数の励起光源（１９）のうちのいずれかの励起光源から発せられる励起光に応じて前記光増幅物質に生じた自然放出により前記信号光を自ら生成し、生成した前記信号光により、前記光増幅物質に誘導放出を起こさせる、請求項６に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記励起部（４Ａ）は、入射角がブルースター角になるように前記フォトニック結晶ファイバに対して前記励起光を照射する、請求項６に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記励起部（４Ａ）は、前記励起光を連続して発する複数の励起光源（１９）を含む、請求項１２に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
前記戻り部は、
前記一端面に光学的に結合され、前記一端面に到達した前記信号光を前記他端面に向けて戻す第１のファイバグレーティング構造（３６Ａ）と、
前記他端面に光学的に結合され、前記他端面に到達した前記信号光を前記一端面に向けて戻す第２のファイバグレーティング構造（３６Ｂ）とを含む、請求項５に記載のレーザ装置。
【請求項１５】
前記レーザ装置（３１）は、前記励起部（４）と前記フォトニック結晶ファイバ（２）との間に設けられて前記励起光を前記フォトニック結晶ファイバ（２）の側面に導く光導波部（３４）をさらに備え、
前記光導波部（３４）は、前記励起光を面状に放出するための発光面（３５）を含み、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）は、前記発光面（３５）に沿って設けられる、請求項１４に記載のレーザ装置。
【請求項１６】
前記光導波部（３４）は、折り曲げ自在な素材により構成される、請求項１５に記載のレーザ装置。
【請求項１７】
前記レーザ装置（３１）は、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）に対して前記発光面（３５）と反対側に設けられ、前記励起光を、前記フォトニック結晶ファイバ（２）に向けて反射する反射部（１６Ａ）と、
前記発光面（３５）と前記フォトニック結晶ファイバ（２）との間に設けられ、前記励起光を透過する透過部（４５）とをさらに備える、請求項１５に記載のレーザ装置。
【請求項１８】
前記透過部（４５）は、前記励起光のうち、前記光増幅物質を励起する波長の光を透過するダイクロイックミラーである、請求項１７に記載のレーザ装置。
【請求項１９】
前記透過部（４５）は、前記励起光を集光する複数のマイクロレンズ（６０）を含むマイクロレンズアレイである、請求項１７に記載のレーザ装置。
【請求項２０】
前記フォトニック結晶ファイバ（２）は、前記信号光の伝播方向に垂直な断面が放物線となる形状を有し、前記放物線の焦点の位置に前記光伝播領域が配置される、請求項１５に記載のレーザ装置。
【請求項２１】
前記光伝播領域の内部は、断面において、前記光伝播領域内に、前記周期構造を構成する空孔（９Ａ）とは異なる他の空孔（８Ａ）が設けられている、請求項２０に記載のレーザ装置。
【請求項２２】
前記レーザ装置（３１）は、前記フォトニック結晶ファイバ（２）を浸漬して冷却する冷却水（５２）を循環させる冷却部（４２）をさらに備える、請求項１４に記載のレーザ装置。
【請求項２３】
前記励起部（４）と前記フォトニック結晶ファイバ（２）との間に設けられて前記励起光を前記フォトニック結晶ファイバ（２）の側面に導く光導波部（３４）をさらに備え、
前記光導波部（３４）は、前記励起光を面状に放出するための発光面（３５）を含み、
前記フォトニック結晶ファイバ（２）は、前記発光面（３５）に沿って設けられる、請求項１に記載の光増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光増幅器およびレーザ装置に関し、特にフォトニック結晶光ファイバを含む光増幅器およびレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光は様々な産業用途に利用できる。たとえばレーザ光は部品の表面に品質に関する情報をマーキングするための加工に用いられる。また、レーザ光は半導体チップの実装や液晶画素の欠陥の修復等に用いられる。【０００３】
特に微小な領域に製造年月日など多くの情報が記録される場合には、精度よい加工ができなければならない。微細加工に用いられるレーザ光のモードは多モード（マルチモード）よりも単一モード（シングルモード）のほうが適している。【０００４】
レーザ装置は、小型であることや衝撃に対して強いこと、あるいは低コストであることなど、様々な要求に対応しなければならない。このような要望を満たすため、従来はレーザ光の出力やレーザ光の波長、ビーム光のモードなどに応じ、個別にレーザ共振器が設計されていた。また、レーザ共振器の調整は長年にわたり蓄積されたノウハウ等に基づいて行なわれていた。【０００５】
従来の微細加工用レーザ装置の構成について、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）励起固体レーザおよびファイバレーザを例に説明する。【０００６】
図１４は、従来のＬＤ励起固体レーザの共振器の構成を示す図である。図１４を参照して、レーザ装置１００は共振器１０２を備える。共振器１０２は、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）やＹＶＯ４などの結晶１０４、および結晶１０４を介して対向する反射鏡１０６，１０８、パルス発振を起してレーザ光を出力するためのＱスイッチ１１０を含む。Ｑスイッチ１１０はたとえば音響光学素子や電気光学素子などのシャッタである。【０００７】
結晶１０４を励起するための励起光はＬＤアレイ１１２からレンズ１１４を介して結晶１０４の一端面に入力される。励起状態においてＱスイッチ１１０がオンする（シャッタが開く）とレーザ発振が行なわれて反射鏡１０８からレーザ光ＬＡが出射する。【０００８】
ＬＤアレイ１１２には複数のＬＤ素子（図示せず）が設けられる。複数のＬＤ素子の各々から出た励起光をレンズ１１４に導くため、複数のＬＤ素子の各々に対応した複数の光ファイバ１１６が設けられる。複数の光ファイバ１１６はファイバカップリング１１８で束ねられる。複数の光ファイバ１１６の各々を伝達した励起光Ｅはファイバカップリング１１８の一端面から放出される。【０００９】
なお、結晶１０４がＹＡＧであれば、シングルモードのレーザ光を出力するため反射鏡１０８と結晶１０４との間にはアパーチャ（図示せず）が設けられる。また、結晶１０４がＹＶＯ４である場合、シングルモードのレーザ光を出力するためにａ軸〜ｃ軸の結晶軸のうちのｃ軸方向に沿ってカットした結晶が用いられる。ｃ軸に沿ってカットされた結晶は光路とｃ軸が同一方向になるようにレーザ装置１００に取り付けられる。【００１０】
図１５は、従来のファイバレーザの構成を示す図である。図１５を参照して、レーザ装置２００は、共振器２０２を備える。共振器２０２は、光ファイバにより構成されるリング共振器である。光ファイバの両端にはファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ：Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ；以下、ＦＢＧと称す）２０６、２０８が形成される。ＦＢＧは光ファイバのコア中に形成された回折格子であり、光フィルタとしての機能を有する。【００１１】
共振器２０２に用いられる光ファイバは、コアに希土類元素が添加された光増幅ファイバである。励起光がコアに入射すると、希土類元素が励起される。さらに、信号光（図示せず）がコアに入射すると、励起状態の希土類元素において誘導放出が生じるので信号光が増幅される。なお、希土類元素の種類に応じて励起光の波長および信号光の波長は異なる。【００１２】
図１４のレーザ装置１００と同様に、励起光はＬＤアレイ１１２から光ファイバ１１６を介して共振器２０２に入る。ただし、光ファイバ１１６と共振器２０２（光ファイバ）とは直接接続される。【００１３】
図１６は、図１５の光ファイバ１１６と共振器２０２との接続を示す図である。図１６を参照して、光ファイバ２１０は共振器２０２を構成する。図１６では光ファイバ２１０の断面が示される。光ファイバ２１０にはコア２１８が設けられ、コア２１８を囲むように第１クラッド２２０が設けられる。さらに第１クラッド２２０を囲むように第２クラッド２２２が設けられる。【００１４】
光ファイバ１１６の端面は第２クラッド２２２の端面に接続される。第１クラッド２２０を通る励起光は第１クラッド２２０と第２クラッド２２２との境界で第１クラッド２２０のほうに反射する。第１クラッド２２０からコア２１８に入射する励起光はコア２１８に吸収される。【００１５】
図１７は、従来の光ファイバアンプの構成を示す図である。図１７を参照して、光ファイバアンプ３００は、光増幅ファイバ３０１と、信号光を発する光源３０２と、励起光を発する複数の光源３０４とを備える。複数の光源３０４の各々から発せられる励起光はファイバ支線３０６およびファイバカプラ３０８を介して光増幅ファイバ３０１のコアに入る。光源３０２から光増幅ファイバ３０１の一端面に入射した信号光は光増幅ファイバ３０１により増幅される。光増幅ファイバ３０１の他端部からは増幅後の信号光として信号光Ｓ１００が発せられる。【００１６】
従来の固体レーザの例として、たとえば特許第２８９３８６２号公報（特許文献１）では、レーザ媒質において発生した基本波レーザ光を共振器内に設けた非線形光学結晶素子を通過するように共振動作させることにより、第２高調波レーザ光を発生させると共に、上記基本波レーザ光の２つの偏光モード間の和周波発生によるカップリングを抑制する光学手段を上記共振器内に設けた固体レーザ発振器を開示する。この固体レーザ発振器は、上記基本波レーザ光の２つの偏光モードを、夫々単一の縦モードで発振させる光学手段と、上記基本波レーザ光の２つの偏光モードの発振強度が同一に成るように上記共振器の実効共振器長を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。【００１７】
また、レーザの光軸を調整するための従来技術として、たとえば特開２００４−４７６５０号公報（特許文献２）では、複数のレーザダイオードと、これらのレーザダイオードを、それぞれの発光点が一方向に並ぶ状態に固定保持したブロックと、レーザダイオードから発せられたレーザービームを各々平行光化するコリメータレンズが複数、一方向に並ぶ状態に一体化されてなるコリメータレンズアレイとを備えるレーザ装置を開示する。このレーザ装置では、ブロックの複数のレーザダイオードを固定した部分よりも前方側に、レーザダイオードの発光点から所定距離離れて、レーザダイオードの発光軸に垂直とされた平滑なレンズ規定面が形成され、このレンズ規定面にコリメータレンズアレイの一端面を合わせた状態で、該コリメータレンズアレイがブロックに固定されていることを特徴とする。【００１８】
また、光ファイバアンプの従来例として、たとえば特開２００４−２９７１０１号公報（特許文献３）では、複数の増幅性光ファイバに励起光を供給して信号光を光増幅する光ファイバ増幅器を開示する。この光ファイバ増幅器において、複数の増幅性光ファイバは、信号光入力端側に第１の増幅性ファイバ、信号光出力端側に第２の増幅性ファイバとを有する。また、この光ファイバ増幅器は、第１の増幅性ファイバから第２の増幅性光ファイバにおける信号光増幅利得を算出する第１の利得検出手段と、第1の増幅性光ファイバに励起光を供給する第１の励起光供給手段と、第２の増幅性光ファイバに励起光を供給する第２の励起光供給手段と、第１の励起光供給手段により供給される励起光の強度を一定に制御する第１の制御手段と、第１の利得検出手段により検出された利得に基づいて、第２の励起光供給手段により供給される励起光の強度を利得一定となるように制御する第２の制御手段と、第１の増幅性光ファイバと第２の増幅性光ファイバの間に配置されたアイソレータとを備える。
【特許文献１】特許第２８９３８６２号公報
【特許文献２】特開２００４−４７６５０号公報
【特許文献３】特開２００４−２９７１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
図１４に示すＬＤ励起固体レーザにおいては、２枚の反射鏡１０６，１０８が設けられているため、振動や温度変化により反射鏡の相対的な位置がずれやすい。よって、レーザ装置を設置した際にはレーザ光を出力するための調整が必要となる。【００２０】
また、ＬＤアレイ１１２に含まれる複数のＬＤ素子から発せられる励起光が光ファイバ１１６のコアに入るようにＬＤ素子の光軸を調整しなければならない。調整作業は人手により行なわれるので、ＬＤ励起固体レーザ装置のコストが高くなる。【００２１】
一方、図１５に示すファイバレーザの場合には、光ファイバそのものが共振器であり、ＬＤ励起固体レーザのように反射鏡が設けられていないため、ＬＤ固体励起レーザよりは振動衝撃に対して強い。しかし、光ファイバ１１６を光ファイバ２１０の第１クラッド２２０に接続するための作業が人手により行なわれる。この作業がファイバレーザ装置のコストを高くする要因となっている。つまり従来のレーザ装置では、ＬＤ素子から発せられる励起光をコアに入れるための調整作業に多くの労力が必要であるため、レーザ装置のコストが高くなっていた。【００２２】
また、光ファイバを用いた光増幅器において高出力の光を放出する（増幅率を高くする）ためには、光増幅ファイバの長さを長くする必要があるが、光ファイバが長くなると光ファイバが占有する面積が大きくなるため、装置全体が大型化する。仮に光ファイバの占有面積を小さくするために光ファイバを曲げたとしても曲げられた部分から外に光が逃げてしまうので、光ファイバを曲げた場合には増幅率が下がるという問題がある。【００２３】
本発明の目的は、小型かつ簡単な構成で、高出力の光を発することが可能な光増幅器およびレーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は要約すれば、光増幅器であって、所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播するフォトニック結晶ファイバを備える。フォトニック結晶ファイバは、信号光を伝播する信号光伝播領域を含み、信号光伝播領域の中心部を囲むように、所定の波長の光に対してブラッグ反射条件を満たす互いに屈折率が異なる複数の媒質からなる周期構造が設けられ、かつ、信号光伝播領域に、励起状態において信号光が入射すると誘導放出を起こす光増幅物質がドープされている。光増幅器は、フォトニック結晶ファイバの側面から信号光伝播領域に向けて信号光と波長が異なる励起光を照射し、光物質を励起する励起部をさらに備え、それにより、周期構造により選択される所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播し、励起光の照射により信号光を増幅する。【００２５】
本発明の他の局面に従うと、光増幅器であって、所定の波長の光を主波長とする信号光を発する信号光源と、信号光を一端面に受け、信号光をシングルモードで伝播して他端面から放出するフォトニック結晶ファイバとを備える。フォトニック結晶ファイバは、信号光を伝播する信号光伝播領域を含み、信号光伝播領域の中心部を囲むように、所定の波長の光に対してブラッグ反射条件を満たす互いに屈折率が異なる複数の媒質からなる周期構造が設けられ、かつ、信号光伝播領域に、励起状態において信号光が入射すると誘導放出を起こす光増幅物質がドープされている。光増幅器はフォトニック結晶ファイバの側面から信号光伝播領域に向けて信号光と波長が異なる励起光を照射し、光物質を励起する励起部をさらに備える。光増幅器はフォトニック結晶ファイバを伝播する信号光を増幅する。【００２６】
好ましくは、周期構造は、フォトニック結晶ファイバの断面において、フォトニック結晶ファイバを構成する固体媒質に、空孔が周期的に設けられることにより形成される。【００２７】
空孔は、固体媒質がなく、空気が存在する。断面において周期構造を構成する個々の空孔は、フォトニック結晶ファイバの一方の端面から他方の端面まで同じ断面形状が連続して繋がった空孔となる。【００２８】
本発明のさらに他の局面に従うと、レーザ装置であって、光増幅器を備える。光増幅器は、所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播するフォトニック結晶ファイバを含む。フォトニック結晶ファイバは、信号光を伝播する信号光伝播領域を有し、信号光伝播領域の中心部を囲むように、所定の波長の光に対してブラッグ反射条件を満たす互いに屈折率が異なる複数の媒質からなる周期構造が設けられ、かつ、信号光伝播領域に、励起状態において信号光が入射すると誘導放出を起こす光増幅物質がドープされている。光増幅器は、フォトニック結晶ファイバの側面から信号光伝播領域に向けて信号光と波長が異なる励起光を照射し、光物質を励起する励起部をさらに含み、それにより、周期構造により選択される所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播し、励起光の照射により信号光を増幅する。レーザ装置は、フォトニック結晶ファイバのそれぞれの端面に信号光を反射する反射部をさらに備える。【００２９】
本発明のさらに他の局面に従うと、レーザ装置であって、光増幅器を備える。光増幅器は、所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播するフォトニック結晶ファイバを含む。フォトニック結晶ファイバは、信号光を伝播する信号光伝播領域を有すし、信号光伝播領域の中心部を囲むように、所定の波長の光に対してブラッグ反射条件を満たす互いに屈折率が異なる複数の媒質からなる周期構造が設けられ、かつ、信号光伝播領域に、励起状態において信号光が入射すると誘導放出を起こす光増幅物質がドープされている。光増幅器は、フォトニック結晶ファイバの側面から信号光伝播領域に向けて信号光と波長が異なる励起光を照射し、光物質を励起する励起部をさらに含み、それにより、周期構造により選択される所定の波長の光を主波長とする信号光をシングルモードで伝播し、励起光の照射により信号光を増幅する。レーザ装置は、フォトニック結晶ファイバの一端面に到達した信号光を、フォトニック結晶ファイバの他端面に戻すための戻り部をさらに備える。【００３０】
さらに好ましくは、フォトニック結晶ファイバは、一端面と他端面とが近接して設置され、戻り部は、他端面から出射する信号光のうちの一部を反射して一端面に入射するとともに、他端面から出射する信号光の一部を透過する反射鏡である。【００３１】
さらに好ましくは、レーザ装置は、フォトニック結晶ファイバに対して励起部と反対側に設けられ、フォトニック結晶ファイバに向けて励起光を反射する第１の反射部をさらに備える。【００３２】
さらに好ましくは、レーザ装置は、フォトニック結晶ファイバと励起部との間に設けられる第２の反射部をさらに備え、第２の反射部は、励起部から発せられる励起光を透過し、第１の反射部によって反射された励起光をフォトニック結晶ファイバに向けて反射する。【００３３】
さらに好ましくは、第１の反射部の外形は、楕円の少なくとも一部であり、フォトニック結晶ファイバは、光伝播領域の位置が楕円の焦点の位置になるように配置される。【００３４】
さらに好ましくは、フォトニック結晶ファイバは、信号光の伝播方向に垂直な断面が、楕円の少なくとも一部となる形状を有し、光伝播領域は、楕円の焦点の位置に配置される。【００３５】
さらに好ましくは、フォトニック結晶ファイバは、複数の励起光源のうちのいずれかの励起光源から発せられる励起光に応じて光増幅物質に生じた自然放出により信号光を自ら生成し、生成した信号光により、光増幅物質に誘導放出を起こさせる。【００３６】
さらに好ましくは、励起部は、入射角がブルースター角になるようにフォトニック結晶ファイバに対して励起光を照射する。【００３７】
さらに好ましくは、励起部は、励起光を連続して発する複数の励起光源を含む。
さらに好ましくは、戻り部は、一端面に光学的に結合され、一端面に到達した信号光を他端面に向けて戻す第１のファイバグレーティング構造と、他端面に光学的に結合され、他端面に到達した信号光を一端面に向けて戻す第２のファイバグレーティング構造とを含む。【００３８】
さらに好ましくは、レーザ装置は、励起部とフォトニック結晶ファイバとの間に設けられて励起光をフォトニック結晶ファイバの側面に導く光導波部をさらに備え、光導波部は、励起光を面状に放出するための発光面を含み、フォトニック結晶ファイバは、発光面に沿って設けられる。【００３９】
さらに好ましくは、光導波部は、折り曲げ自在な素材により構成される。
さらに好ましくは、レーザ装置は、フォトニック結晶ファイバに対して発光面と反対側に設けられ、励起光を、フォトニック結晶ファイバに向けて反射する反射部と、発光面とフォトニック結晶ファイバとの間に設けられ、励起光を透過する透過部とをさらに備える。【００４０】
さらに好ましくは、透過部は、励起光のうち、光増幅物質を励起する波長の光を透過するダイクロイックミラーである。【００４１】
さらに好ましくは、透過部は、励起光を集光する複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイである。
さらに好ましくは、フォトニック結晶ファイバは、信号光の伝播方向に垂直な断面が放物線となる形状を有し、放物線の焦点の位置に光伝播領域が配置される。【００４２】
さらに好ましくは、光伝播領域の内部は、断面において、光伝播領域内に、周期構造を構成する空孔とは異なる他の空孔が設けられている。【００４３】
さらに好ましくは、レーザ装置は、フォトニック結晶ファイバを浸漬して冷却する冷却水を循環させる冷却部をさらに備える。【００４４】
好ましくは、光増幅器は、励起部とフォトニック結晶ファイバとの間に設けられて励起光をフォトニック結晶ファイバの側面に導く光導波部をさらに備える。光導波部は、励起光を面状に放出するための発光面を含む。フォトニック結晶ファイバは、発光面に沿って設けられる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の光増幅器によれば、シングルモードの光を伝播し、かつ、光増幅を行なうフォトニック結晶ファイバの側面に励起光を照射することにより、励起光をコアに入力するための調整を簡単にすることができるとともに、小型でありながら高い出力の光を出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の光増幅器の構成を示す概念図である。
【図２】図１の光ファイバ２の断面を模式的に示す図である。
【図３】実施の形態２のレーザ装置の構成を示す概略図である。
【図４】図３の光増幅器１の構成を示す概略図である。
【図５】実施の形態２における光増幅器１の別の構成例を示す図である。
【図６】実施の形態２における光増幅器１のさらに別の構成例を示す図である。
【図７】実施の形態３のレーザ装置の構成を示す概略図である。
【図８】実施の形態４のレーザ装置の構成を示す概略図である。
【図９】図８のレーザ装置３１を上方から見た図である。
【図１０】図８の線分Ｘ−Ｘ部の断面図である。
【図１１】実施の形態４における光ファイバ２の一例を示す図である。
【図１２】実施の形態４における光ファイバ２の別の例を示す図である。
【図１３】透過部４５の別の構成例を示す図である。
【図１４】従来のＬＤ励起固体レーザの共振器の構成を示す図である。
【図１５】従来のファイバレーザの構成を示す図である。
【図１６】図１５の光ファイバ１１６と共振器２０２との接続を示す図である。
【図１７】従来の光ファイバアンプの構成を示す図である。
【図１８】図１の光ファイバ２の断面を具体的に示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  光増幅器、２，２Ａ，１１６，２１０  光ファイバ、２Ｄ  空孔、４Ａ  励起光源、４  励起部、６  光源、８  信号光伝播領域、９  周期構造領域、８Ａ，９Ａ  空孔、１１，２１，３１，１００，２００  レーザ装置、１２  パルス発振ＬＤ、１３  反射鏡、１４Ａ，１４Ｂ  コリメータレンズ、１５  巻き枠、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ  反射部、１８  ヒートシンク、１９  ＬＤ素子、１９Ａ  電極、２２  反射鏡、３２  制御部、３４  ライトガイド、３５  発光面、３６Ａ，３６Ｂ  波長選択部、３６Ｃ  放射面、３８  指示部、４０  ドライバ  ４２  冷却部、４３  アイソレータ、４４  放熱板、４５  透過部、４６Ａ，４６Ｂ  シール、５０  シリンドリカルレンズ、５２  冷却水、６０  マイクロレンズ、９１〜９４  境界線、１０２，２０２  共振器、１０４  結晶、１０６，１０８  反射鏡、１１０  Ｑスイッチ、１１２  ＬＤアレイ、１１４  レンズ、１１８  ファイバカップリング、２１８  コア、２２０  第１クラッド、２２２  第２クラッド、３００  光ファイバアンプ、３０１  光増幅ファイバ、３０２，３０４  光源、３０６  ファイバ支線、３０８  ファイバカプラ、Ｄ１  距離、Ｅ  励起光、Ｌ１，Ｌ２，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１００  信号光、Ｌ３  透過光、Ｌ４  反射光、ＬＡ  レーザ光、Ｐ１  位置。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。【００４９】
［実施の形態１］
図１は、本発明の光増幅器の構成を示す概念図である。図１を参照して、光増幅器１は光ファイバ２、光ファイバ２の側面から光ファイバの光伝播領域に向けて励起光Ｅを照射する励起部４および光ファイバの一端面に、信号光Ｓ１を入射する光源６とを備える。信号光Ｓ１は光ファイバ２において増幅され、光ファイバ２の他端面から信号光Ｓ２として出力される。【００５０】
光ファイバ２はフォトニック結晶ファイバである。フォトニック結晶とは屈折率の異なる２種類の物質を光の波長程度のサイズおよび間隔で周期的に配列させた人工結晶である。フォトニック結晶は波長選択性を有し、結晶の周期に応じた波長の光のみ、界面で反射する性質を持つ。その理由として、周期構造によるエネルギーバンド構造（フォトニックバンド）により、結晶の周期に応じた波長はフォトニック結晶中での存在が許されないためである。【００５１】
周期構造により選択された波長の光はフォトニック結晶中に侵入できない。よって光はフォトニック結晶に囲まれた光伝播領域を伝播する。フォトニック結晶ファイバは従来の光導波路が有していた様々な制限を受けなくなる。たとえば曲げ半径を小さくしても光ファイバの外部に漏れ出す光を少なくすることができる。【００５２】
本発明では信号光Ｓ１がフォトニックバンドギャップの波長の光に相当する。励起光Ｅの波長はフォトニックバンドの透過領域にある波長である。よって信号光Ｓ１の波長と励起光Ｅの波長とは異なる。【００５３】
図２は、図１の光ファイバ２の断面を模式的に示す図である。図２を参照して、光ファイバ２は、信号光伝播領域８および周期構造領域９を含む。周期構造領域９は、信号光伝播領域８の中心部を囲み、信号光の波長の光に対してブラッグ反射条件を満たすように、ガラスやプラスチックなどの透明な物質に空孔９Ａが周期的に設けられた構造を持つ領域である。空孔には空気が存在することになる。【００５４】
屈折率が周期的に変化するような回折格子では、入射する光の方向における回折格子の周期と光の波長との関係から、特定の波長の光を強く反射し、その他の波長の光を透過する。このような反射をブラッグ反射と呼ぶ。光ファイバ内に設ける空孔９Ａの周期が信号光の波長程度の間隔およびサイズで透明な物質に設け、周期構造の配置を適切に行なうことによって、ファイバ内を伝播する信号光に対してはブラッグ反射が生じるようにすることができ、信号光が信号光伝播領域８内に閉じ込められた状態で伝播することができる。なお、周期構造が有限であれば特定波長を中心に一定の広がりを持つ波長も、ブラッグ反射条件を満たすがそのような場合も含まれるものとする。【００５５】
周期構造領域９において、励起光は信号光とは波長が異なり、ブラッグ反射条件を満たさないように周期構造を設計することにより、高い透過率でファイバ側面からの励起光は信号光伝播領域８に到達できる。【００５６】
信号光伝播領域８には光増幅物質として希土類元素がドープされる。図１の励起光Ｅが信号光伝播領域８に入射すると信号光伝播領域８にドープされた希土類元素が励起光Ｅにより励起される。さらに信号光伝播領域８に信号光Ｓ１が入射すると励起状態の希土類元素において誘導放出が生じ、信号光Ｓ１が増幅される。【００５７】
希土類元素の種類に応じて励起光および誘導放出光の波長は異なる。希土類元素の具体例としてはネオジウム（Ｎｄ）、イッテリビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）などである。希土類元素に対応する励起光の波長および信号光の波長の例を示すと、たとえばネオジウムの場合、励起光の波長は８０８ｎｍであり、誘導放出光の波長は１０６４ｎｍである。イッテリビウムの場合、励起光の波長は９４０±１０ｎｍおよび９７０ｎｍであり、誘導放出光の波長は１０３０ｎｍである。エルビウムの場合、励起光の波長は９８０ｎｍおよび１４８０ｎｍであり、誘導放出光の波長は１５５０ｎｍである。よって、光増幅器１は必要となる信号光Ｓ２の波長に応じて光ファイバ２を交換することで、異なる波長の光を出力することができる。【００５８】
さらに、光ファイバ２全体（実際には希土類元素が添加された領域）の面積に、均一に励起光を照射することによって、過剰な照射によって生じる励起光の吸収確率（吸収断面積）の減少の影響を回避し、高い吸収確率を維持することによって信号光の増幅率を高くして、光ファイバから光を放出することが可能になる。【００５９】
従来の光ファイバを用いた光増幅器やファイバレーザの場合、シングルモードの光を伝播するためには光伝播領域の直径が波長と同程度（１〜数μｍ程度）でなければならない。よって仮に従来の光増幅器においてファイバの側面から励起光を照射したとしても光伝播領域の径が小さすぎるため、光伝播領域に吸収される励起光が少なくなる。光ファイバ２はフォトニック結晶ファイバであるため光伝播領域の径がその１０倍程度であってもシングルモードの光を伝播することができる。よって光ファイバ２の側面から信号光伝播領域８に向けて励起部４が励起光Ｅを照射しても信号光伝播領域８は効率よく励起光Ｅを吸収できる。よって光増幅器１では従来の光増幅器に比べ、光ファイバ２に対する励起部の位置を調整することが容易になる。【００６０】
続いて、図１８を参照しながら本発明の実施の形態におけるフォトニック結晶ファイバの構成例を具体的に説明する。【００６１】
図１８は、図１の光ファイバ２の断面を具体的に示す図である。
図１８を参照して、信号光伝播領域８内には、周期構造領域９を構成する空孔９Ａとは異なる他の空孔８Ａ（コア）が設けられる。複数の空孔９Ａは信号光伝播領域８の空孔８Ａを多重に囲み、かつ、周期的に配置される。いわば周期構造領域９は空孔８Ａの周りにガラスやプラスチックなどの透明な物質および空孔が層状に重ねられた構成を有する。なお境界線９１〜９４は、各層の境界として便宜的に示した線である。【００６２】
空孔８Ａの径は約１５μｍ程度である。また空孔の屈折率はほぼ１に等しくなる。信号光伝播領域８には光増幅物質としてイッテリビウム（Ｙｂ）が添加される。イッテリビウムは第１層目（空孔８Ａと境界線９１との間の領域）に添加される。【００６３】
光ファイバ２の構造がフォトニックバンドギャップ構造となるためには上述した層が１層〜６層程度必要となるが、光ファイバ２がシングルモードで光を伝播するためには４層程度必要となる（図１８では４層の例を示す）。【００６４】
なおレーザ発振波長が１０６４ｎｍの場合には、２つの空孔９Ａ間のピッチΛは約２〜３μｍとなり、空孔９Ａの径ｄは約２〜３μｍとなり、構造パラメータｄ／Λは約１となる。【００６５】
また、図１８に示す構造において、第１層にイッテリビウム（Ｙｂ）が添加され、第１層および第２層にエルビウム（Ｅｒ）等のレーザドーパントが添加されてもよい。エルビウムはファイバ外部（ファイバ側面）からの励起光を受けてイッテリビウムの励起光に近い波長の光を発光する。エルビウムが発した光はファイバ中心部のイッテリビウムを励起する。また、エルビウムは第１層から第６層（あるいはそれ以上の層）に添加されてもよい。【００６６】
以上のように、実施の形態１によれば、希土類元素が添加された信号光伝播領域を有し、かつ、信号光伝播領域の中心部を囲むように、所定の波長の光に対してブラッグ反射条件を満たす、互いに屈折率が異なる透明な物質と空孔とからなる周期構造を有するフォトニック結晶ファイバと、このフォトニック結晶ファイバの側面から光伝播領域に向けて励起光を照射する励起部とを備えることによって、光ファイバに対する励起部の配置を容易に設定することが可能になるとともに、小型で高出力の光増幅器を実現することができる。【００６７】
［実施の形態２］
図３は、実施の形態２のレーザ装置の構成を示す概略図である。図３を参照して、レーザ装置１１は、光増幅器１と、反射鏡１３と、コリメータレンズ１４Ａ，１４Ｂとを備える。反射鏡１３は、光ファイバ２の一端面から出射する信号光Ｌ２のうちの一部を反射して光ファイバ２の他端面に入射するとともに、信号光Ｌ２の一部を透過する。光増幅器１による信号光Ｌ２の増幅と反射鏡による信号光Ｌ２の損失やファイバ内の損失やドーパント濃度による消光、ファイバ長さに依存して起こる消光とが釣り合うとレーザ発振が生じ、反射鏡１３からレーザ光ＬＡが外部に発せられる。消光とは発振波長の光を吸収して再度蓄光するために、一般的にはフォノン放出などによって熱として光エネルギーが失われる現象を指す。【００６８】
光増幅器１は、光ファイバ２、複数の励起光源４Ａ、パルス発振ＬＤ１２、円筒形の巻き枠１５、反射部１６およびヒートシンク１８により構成される。光ファイバ２は巻き枠１５の側面に沿って巻かれることによりリング状に設置される。光ファイバ２はフォトニック結晶ファイバであるので巻き枠１５に沿って巻かれていても曲げに対して耐性が極めて強く、曲げられた部分から殆ど光が漏れない。よって光ファイバ２を長くしても光増幅器１が大型化することを防げるのでレーザ装置１１は小型であるとともに高出力のレーザ光を発することができる。【００６９】
複数の励起光源４Ａは図１の励起部４を構成する。光ファイバ２が巻き枠１５の周囲に沿って巻かれているため励起光源４Ａは巻き枠１５の径方向に励起光を発する。励起光源４Ａには連続発振を行なうＬＤ素子（図示せず）が含まれる。ＬＤ素子の発振波長は希土類元素の励起波長であるとともにフォトニックバンドの透過領域にある波長である。光ファイバ２の光伝播領域に添加される希土類元素およびフォトニックバンドの透過領域に応じて発振波長は適切に定められる。【００７０】
励起光源４Ａは８個設けられているが、励起光源４Ａの数は異なっていてもよい。励起光源４Ａを複数設けることによって、いずれかの励起光源４Ａが故障等の理由により励起光を発しなくなっても他の励起光源４Ａが励起光を発するのでレーザ装置１１はレーザ光ＬＡを発することができる。また、レーザ装置１１に含まれる励起光源４Ａの数が多いほどレーザ光の出力を高くすることができる。【００７１】
光増幅器１は光ファイバ２をはさむように設けられる反射部１６を含む。反射部１６は励起光源４Ａから出た励起光が効率よく光ファイバ２の光伝播領域に吸収されるために設けられる。【００７２】
反射部１６は反射部１６Ａ，１６Ｂを含む。反射部１６Ａは光ファイバ２に対して励起光源４Ａと反対側に設けられ、励起光を、光ファイバ２の光伝播領域に向けて反射する。反射部１６Ｂは光ファイバに沿って励起光源４Ａから励起光が照射される領域を除いて設けられる。反射部１６Ｂは反射部１６Ａとともに、反射された励起光を光ファイバ２に向けて反射する。このように、反射部１６Ａ，１６Ｂによって繰り返し励起光が反射されるので、光伝播領域に効率よく励起光が吸収される。なお、反射部１６Ａ，１６Ｂは、たとえばプリズムシート（回折格子シート）や金属蒸着シート、多層誘電体コート付きシートなどによって構成される。【００７３】
複数の励起光源４Ａの各々の間にはヒートシンク１８が設けられる。ヒートシンク１８によって励起光源に含まれるＬＤ素子から出る熱を放出することができるので、ＬＤ素子の温度上昇を抑えることができる。よって、励起光の波長が安定する。【００７４】
なお図３において、励起光源４Ａは光ファイバ２に対して巻き枠１５の内側に設けられているが光ファイバ２に対して巻き枠１５の外側に設けられていてもよい。【００７５】
反射鏡１３は、たとえば石英ガラスにより構成される。石英ガラスは温度による体積膨張が小さいという利点を有する。信号光Ｌ２を反射するため、反射鏡１３の反射面には、たとえば誘電体多層膜が積層される。反射面での信号光Ｌ２の反射率は、反射面に誘電体多層膜を用いた場合９９％以上を確保できる。なお、光ファイバ２と反射鏡１３との距離を変えることで、レーザ光の発振波長を微調整することが可能になる。【００７６】
このように実施の形態２のレーザ装置では光ファイバ２に対して１つの反射鏡のみが設けられる。よって、従来のＬＤ励起固体レーザと比較して反射鏡の数が少ないので、振動衝撃によって光増幅器１と反射鏡１３との位置がずれたとしても容易に位置を調整することができる。【００７７】
コリメータレンズ１４Ａ，１４Ｂは、光ファイバ２に入る信号光Ｌ２および光ファイバ２から出る信号光Ｌ２のそれぞれを平行な光線にするために設けられる。【００７８】
図４は、図３の光増幅器１の構成を示す概略図である。図４を参照して、励起光源４Ａには連続発振を行なうＬＤ素子１９が複数設けられる。ＬＤ素子１９の数は光伝播領域を励起するために必要な励起光のパワーに応じて適切に定められる。なお、図４では図が煩雑になるのを避けるため、ヒートシンク１８が示されていない。また、同様に図が煩雑になるのを避けるため、励起光源４Ａは２つのみ示される。【００７９】
光ファイバ２に対する励起光Ｅの入射角Ａは、ブルースター角を中心として入射させるようにすることが特に好ましい。ブルースター角とは入射面に対して平行な電界成分のみを持つ直線偏光（Ｐ偏光）が入射する際に反射が０となる入射角をいう。励起光に用いるＬＤの偏光方向および入射角の中心値がブルースター角であれば励起光Ｅが効率よく光ファイバ２に入ることになるので励起光は光伝播領域に効率よく吸収される。なお実施の形態２におけるブルースター角は約３４°になる。【００８０】
図５は、実施の形態２における光増幅器１の別の構成例を示す図である。図５を参照して、光ファイバ２、反射部１６Ｃ、ＬＤ素子１９および電極１９Ａが示される。電極１９ＡはＬＤ素子１９に対して駆動電圧の印加や動作の制御を行なうための電極である。なお図５は光増幅器１の主要部分について、信号光の伝播方向から見た断面を示す。【００８１】
反射部１６Ｃの外形は楕円の少なくとも一部である。楕円は２つの焦点を有する。よってＬＤ素子１９を点光源とみなせば、光伝播領域の位置が楕円の第１の焦点になるように光ファイバ２を設け、第２の焦点の位置にＬＤ素子１９の発光面を設けることで、ＬＤ素子１９から発せられる励起光Ｅを光ファイバ２に集めることができる。なお、図５に示す光増幅器１の場合、反射部１６Ｃは光ファイバ２に沿って設けられるので、反射部１６Ｃの長さは光ファイバ２の長さだけ必要になる。【００８２】
図６は、実施の形態２における光増幅器１のさらに別の構成例を示す図である。図６を参照して、光ファイバ２Ａ、ＬＤ素子１９および電極１９Ａが示される。図５と同様に、図６は光増幅器１の主要部分について、信号光の伝播方向から見た断面を示す。【００８３】
図６に示す光増幅器１では、光ファイバ２Ａの形状が楕円の一部になっている。楕円の第１の焦点の位置に信号光伝播領域８が設けられ、第２の焦点の位置にＬＤ素子１９の発光面が設けられる。図５に示す光増幅器１と同様に、ＬＤ素子１９から発せられる励起光Ｅは信号光伝播領域８に集まるので、光伝播領域では励起光Ｅを効率よく吸収することができる。図６に示す光増幅器の場合には光ファイバの外側に反射部を設ける必要がないのでレーザ装置のコストを下げることができる。【００８４】
なお、ＬＤ素子１９と光ファイバとの間にコリメータレンズが設けられる場合には光ファイバに入射する励起光が平行光線になる。励起光が平行光線であれば図５に示す光増幅器１では反射部１６Ｃの外形が放物線になり、放物線の焦点に光ファイバ２が設けられる。同様に図６に示す光増幅器１では光ファイバ２Ａの外形が放物線になり、放物線の焦点に信号光伝播領域８が設けられる。【００８５】
以上のように実施の形態２によれば、１枚の反射鏡によってフォトニック結晶ファイバを含む光増幅器から出た光を光増幅器に帰還させることによって、反射鏡と光増幅器との相対的な位置の調整を容易に行なうことができ、かつ、レーザ光の波長や出力を容易に変える事が可能なレーザ装置が実現可能になる。【００８６】
［実施の形態３］
図７は、実施の形態３のレーザ装置の構成を示す概略図である。図７を参照して、レーザ装置２１はパルス発振ＬＤ１２が含まれていない点および反射鏡２２が含まれる点において図２のレーザ装置１１と異なる。レーザ装置２１の他の部分の構成についてはレーザ装置１１の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。【００８７】
レーザ装置２１は連続発振が可能なレーザである。複数の励起光源４Ａの各々の出力を徐々に高くしていくと、光ファイバ２の光伝播領域では自然放出による光が生じる。この光が信号光となり、光ファイバ２を伝播するうちに増幅される。光ファイバ２の一端面から出た信号光Ｌ２の一部は反射鏡１３により反射して光ファイバ２の他端面に入り、一部は反射鏡１３を透過して放出される。光増幅器１による信号光Ｌ２の増幅と反射鏡１３による信号光Ｌ２の放出とが釣り合うとレーザ発振が生じる。【００８８】
実施の形態２では光ファイバ２の一端面から信号光Ｌ１が入ることにより、増幅後の信号光Ｌ２は一方向（時計方向）のみに進む。実施の形態３では信号光Ｌ２の進行方向は特に限定されないため、時計方向や反時計方向、あるいは時計方向および反時計方向が進行方向として考えられる。特に進行方向が時計方向と反時計方向との両方向である場合、光ファイバ２の両端面から信号光Ｌ２が出力される。よって、反射鏡１３を透過する光としてレーザ光以外に透過光Ｌ３が発生する。【００８９】
実施の形態３では透過光Ｌ３を反射する反射鏡２２を備える。反射鏡２２で透過光Ｌ３が反射され、反射光Ｌ４とレーザ光ＬＡとが反射鏡１３上の位置Ｐ１において合成される。よって、実施の形態３ではレーザ光ＬＡの出力が下がることを防ぐことができる。また、実施の形態３では、レーザ光ＬＡ以外に外部に放出される光がなくなるので、レーザ装置を用いて作業者が製品の加工を行なう場合において、作業者は容易にレーザ装置を取り扱うことができる。【００９０】
なお、反射光Ｌ４とレーザ光ＬＡとを合成した場合にレーザ光ＬＡの出力が下がらないためには、位置Ｐ１においてレーザ光ＬＡの位相と光Ｌ４の位相とが同じでなくてはならない。このため、位置Ｐ１から反射鏡２２までの距離Ｄ１は、発振波長の半分の長さ（半波長）の整数倍の長さになるように設定されなければならない。【００９１】
実施の形態３においても実施の形態２と同様に、反射部１６に代えて図５に示す反射部１６Ｃが用いられてもよい。また、実施の形態３において、光ファイバ２に代えて光ファイバ２Ａが用いられてもよい。【００９２】
以上のように実施の形態３によれば、励起光源から出力される励起光の出力を、光増幅ファイバの光伝播領域で自然放出が生じるほど高くすることによって、連続発振を行なうレーザ装置を実現することができる。【００９３】
［実施の形態４］
図８は、実施の形態４のレーザ装置の構成を示す概略図である。図８を参照してレーザ装置３１は、光増幅器１と、ヒートシンク１８と、制御部３２と、ライトガイド３４と、波長選択部３６Ａ，３６Ｂとを備える。【００９４】
光ファイバ２の両端部には波長選択部３６Ａ，３６Ｂが設けられる。波長選択部３６Ａ，３６Ｂは従来のＦＢＧに相当する機能を有し、特定の波長に対してのみ選択的に反射率が高く設定されている。なお、波長選択部３６Ａ，３６Ｂに代え、端面で信号光を反射し、光ファイバ２の内部に信号光を戻すための反射膜が光ファイバ２の両端面にコーティングされていてもよい。【００９５】
波長選択部３６Ａ，３６Ｂの各々では信号光の一部が光ファイバ２に戻されるとともに信号光の一部が外部に放出される。光ファイバ２による信号光の増幅と波長選択部３６Ａ，３６Ｂの各々による信号光の放出とが釣り合うとレーザ光ＬＡがレーザ装置３１から発せられる。なお、レーザ光が外部に発せられる放射面３６Ｃにはミラーコーティングが施され、大部分の光を反射するとともに一部の光を透過させている。【００９６】
励起部４は光源である複数のＬＤ素子１９を含む。実施の形態２，３と同様に複数のＬＤ素子１９が励起部４に含まれることにより、いずれか１つのＬＤ素子が故障により励起光を発しなくなったとしても他のＬＤ素子によって光ファイバ２を励起することができる。なお、励起部４に含まれる光源としてはＬＤ素子１９以外にもＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤバックライトを含む）やランプであってもよい。【００９７】
ライトガイド３４は励起部４と光ファイバ２との間に設けられ、励起光Ｅを光ファイバ２の側面に導くための光導波部である。ＬＤ素子１９から出た励起光Ｅはライトガイド３４により反射され、光ファイバ２の側面から光ファイバ２に入る。ライトガイド３４は励起光Ｅを面状に放出するための発光面を有する。光ファイバ２はライトガイド３４から励起光Ｅが放出される発光面上に設けられる。光ファイバ２に対して局所的に励起光を照射するのではなく、均一に励起光を照射するので吸収飽和が発生しにくくなり、損失を多くすることなく、効率的に希土類元素を励起することができる。【００９８】
制御部３２は、たとえば任意の波形を生成するパルスジェネレータである。制御部３２はレーザ光の出力や温度を制御するための指示を出力する指示部３８と、指示部３８から送られる指示に基づいてパルス発振ＬＤ１２に注入する電流を制御する処理を行なうドライバ４０とを含む。【００９９】
レーザ装置３１は、さらに、光ファイバ２を冷却する冷却部４２を備える。光ファイバ２は冷却水に浸漬される。冷却部４２は冷却水を循環させて光ファイバ２を冷却する。【０１００】
実施の形態２および実施の形態３では光ファイバはリング状に曲げられているが実施の形態４では光ファイバ２は面に沿って曲げられる。光ファイバ２はフォトニック結晶ファイバであるので、発光面上に所定の曲げ半径以下で自由に設けることができる。なお、多くの励起光を吸収できるよう、発光面全体を覆うように光ファイバが設けられることが好ましい。【０１０１】
図９は、図８のレーザ装置３１を上方から見た図である。図９を参照してライトガイド３４は発光面３５を有する。発光面３５に沿って光ファイバ２が設けられる。なお、パルス発振ＬＤ１２と波長選択部３６Ａとの間にはアイソレータ４３が設けられる。アイソレータ４３は、パルス発振ＬＤ１２から出た信号光Ｌ１を光ファイバ２に通すが、光ファイバ２からパルス発振ＬＤ１２に戻る光を遮断する。アイソレータ４３によってパルス発振ＬＤ１２には戻り光が入らない。よって、パルス発振ＬＤ１２が保護される。なお、アイソレータ４３はレーザ装置３１に含まれていなくてもよい。【０１０２】
図１０は、図８の線分Ｘ−Ｘ部の断面図である。図１０を参照して、光ファイバ２は反射部１６Ａおよび透過部４５に挟まれる。反射部１６Ａは放熱板４４の表面に積層された金属膜である。反射部１６Ａは光ファイバ２に対して発光面３５と反対側に設けられ、励起光Ｅを光ファイバ２に向けて反射する。透過部４５は励起部４から発せられた励起光Ｅのうち、光伝播領域にドープされた光増幅物質を励起する波長の光を透過する。透過部４５は、たとえばダイクロイックミラーである。【０１０３】
なお、ヒートシンク１８上面（ライトガイド３４の反射面）の角度および放熱板４４の下面の角度は、反射部１６Ａで反射された励起光がＬＤ素子に戻らないような角度に設定されることが好ましい。【０１０４】
励起光源から出た励起光Ｅはシリンドリカルレンズ５０によって平行光線となる。ライトガイド３４には傾斜が設けられる。励起光Ｅはライトガイド３４の傾斜面により反射され、透過部４５を介して光ファイバ２に入射する。【０１０５】
ライトガイド３４は励起光Ｅを透過する透明な物質である。ライトガイド３４はたとえばガラスや樹脂であるが、特にレーザ装置３１を小型化するために折り曲げ自在な素材で構成されることが好ましい。ライトガイド３４の素材の具体例としては、たとえばＰＥＴ（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）である。【０１０６】
シール４６Ａ，４６Ｂは光ファイバ２間の冷却水５２を封じるために用いられる。冷却水５２の熱を外部に放出するため、シール４６Ａ，４６Ｂの素材は高い熱導電性を有することが好ましい。さらにシール４６Ａ，４６Ｂの各々の光ファイバ２に対向する面には、励起光Ｅを反射する反射膜（図示せず）がコーティングされる。【０１０７】
なお実施の形態２および実施の形態３と同様に、実施の形態４においても光増幅器１での増幅率を高めるために、光ファイバの光伝播領域に効率よく励起光Ｅを集めることが好ましい。以下、光伝播領域に効率よく励起光を集めることが可能なフォトニック結晶ファイバの形状や構成について説明する。【０１０８】
図１１は、実施の形態４における光ファイバ２の一例を示す図である。図１１を参照して、光ファイバ２の断面が示される。図１１に示す断面は信号光の伝播方向に垂直である。断面の形状は放物線になる。ライトガイド３４から光ファイバ２に送られる励起光Ｅは平行光線であるので、信号光伝播領域８を放物線の焦点の位置に設けることによって励起光Ｅを効率よく信号光伝播領域８に集めることが可能になる。【０１０９】
図１２は、実施の形態４における光ファイバ２の別の例を示す図である。図１２を参照して、光ファイバ２の形状は放物線である。ただし、断面において信号光伝播領域８には空孔２Ｄが設けられる。特に高出力のレーザ光を出力する場合にはこのような空孔が信号光伝播領域８に設けられることで光が高密度で存在することによる吸収係数の増加現象を避け、出力の損失を抑えることが可能になる。【０１１０】
図１３は、透過部４５の別の構成例を示す図である。図１３を参照して発光面３５には透過部４５としてマイクロレンズ６０を含むマイクロレンズアレイが形成される。光ファイバ２はマイクロレンズアレイ上に設けられる。マイクロレンズ６０によって励起光が集光されて光ファイバ２に入射するので、光伝播領域に効率よく光を集めることが可能になる。【０１１１】
以上のように実施の形態４によれば、発光面からフォトニック結晶ファイバの側面に励起光を入射することによって、小型でありながら、かつ、シングルモードのレーザ光を出力することが可能になる。【０１１２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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