CN109845053A - 光纤激光装置 - Google Patents

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Abstract

作为光纤激光装置的种光部(MO)具备：一部分共有并光共振的多个光路、形成各个光路的一部分并放大在各个光路中共振的各个光的放大用光纤(13)、和配置于各个光路所共有的部分并被切换成使以规定周期振动并从光路入射的光向光路出射的第1状态和使从光路入射的光向光路以外出射的第2状态的AOM(14)，在各个光路中共振的各个光中的功率最大的光的共振周期与AOM(14)在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系。

Description

光纤激光装置
技术领域
本发明涉及出射脉冲状的输出光的光纤激光装置。
背景技术
作为使用激光进行加工的加工机、使用了激光的手术刀等的医疗设备等所使用的激光装置之一，使用通过掺杂稀土族光纤使信号光放大并出射的光纤激光装置。作为这样的光纤激光装置之一，公知有使种光放大并出射的MO－PA(Master Oscillator PowerAmplifier：主控振荡器的功率放大器)型的光纤激光装置。作为使该光纤激光装置的种光出射的MO部的种光部存在由将基于激励光激发的光作为种光出射的光纤激光装置构成的情况。
在下述专利文献1中，记载了使光在夹持放大用光纤的两端的一对FBG(FiberBragg Grating:光纤布拉格光栅)之间激振的共振型的光纤激光装置、一部分形成放大用光纤并使光在形成环状的光路中激振的光纤环型的光纤激光装置。在这些光纤激光装置中，为了出射脉冲状的光，使用Q开关。通常，Q开关由声光元件(AOM：Acoustic OpticModulation：声光调制)构成，声光元件在接通状态与断开状态下使入射的光向不同的方向传播。在声光元件接通的状态下，声光元件使光以从放大用光纤出射的光的一部分入射至放大用光纤的方式传播。因此，从放大用光纤出射并再次入射至放大用光纤的光被放大，被放大的光出射。另一方面，在声光元件断开的状态下，使光以从放大用光纤出射的光不再次入射至放大用光纤的方式传播。
专利文献1：日本特开2012－164860号公报
然而，声光元件通常与输入的RF信号同步地振动的状态形成接通状态。本发明人等发现了在从上述专利文献1所记载的光纤激光装置出射的光中存在产生与声光元件振动的周期同步的波纹的情况，并发现了存在该波纹增大的情况。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制出射的光的波纹的光纤激光装置。
本发明人等针对与声光元件振动的周期同步的波纹增大的原因进行了专心研究。其结果，发现了存在根据声光元件振动的周期与被放大的光共振的光程长度的关系，该波纹增大的情况。因此，本发明人等进一步进行专心研究，完成了本发明。
即，本发明为一种光纤激光装置，其特征在于，具备：一部分共有并光共振的多个光路；放大用光纤，形成各个上述光路的一部分，并放大在各个上述光路中共振的各个光；和声光元件，配置于各个上述光路所共有的部分，被切换成使以规定周期振动并从上述光路入射的光向上述光路出射的第1状态、和使从上述光路入射的光向上述光路以外出射的第2状态，在各个上述光路中共振的各个光中的功率最大的光的共振周期与上述声光元件在上述第1状态下振动的上述规定周期相互为非整数倍的关系。
本发明人等发现了在上述波纹同步的声光元件的振动的周期与光在光路共振的周期一致的情况下，该波纹增大。另外，发现了不仅在各个周期一致的情况下，在声光元件的振动的周期与光在光路共振的周期相互成为整数倍的关系的情况下，该波纹也增大。另外，在具有多个光路的光纤激光装置中，考虑为在各个光路中共振的光中的功率最大的光的波纹对出射的光的波纹给予最大的影响。在本发明中，该功率最大的光的共振周期与声光元件振动的规定周期相互成为非整数倍的关系。换句话说，该功率最大的光的共振周期为声光元件的振动的规定周期的非整数倍，并且声光元件的振动的规定周期为功率最大的光的共振周期的非整数倍。这样功率最大的光的共振周期与声光元件振动的规定周期相互为非整数倍的关系，由此能够抑制最显著的波纹增大。因此，根据本发明的光纤激光装置，能够抑制出射的光的波纹。
另外，优选在各个上述光路中共振的各个光各自的共振周期与上述声光元件在上述第1状态下振动的上述规定周期相互为非整数倍的关系。
各个光的共振周期与声光元件振动的规定周期相互为非整数倍的关系，由此能够抑制各个光的波纹增大。
另外，优选上述多个光路具有特定的光路以及由上述特定的光路与连接于上述特定的光路的中途的环绕状的环光路构成的光路，在上述特定的光路传播的光以规定的分支比向上述环光路分支，在上述环光路传播的光以上述规定的分支比与上述特定的光路耦合。
若特定的光路的光程长度增长，则存在在该光路共振的光的波形中产生比上述波纹长的周期的起伏的趋势。但是，如上述那样设置环光路，由此能够抑制该起伏。
在该情况下，上述特定的光路也可以是光在一对反射部之间往复的光路。在光往复共振的情况下，在往路与回路光的一部分能够在环光路传播。因此，光路的变化增加，从而能够更加抑制上述起伏。
如上述那样，也可以是，在上述特定的光路是光在一对反射部之间往复的光路的情况下，上述规定的分支比为3dB以下，在上述特定的光路中共振的光的上述共振周期与上述声光元件在上述第1状态下振动的上述规定周期相互为非整数倍的关系。
本发明人等发现了在从光在一对反射部之间往复的光路中共振的光纤激光装置出射的光中，在分支比为3dB以下的情况下，在环光路不传播而在特定的光路传播的光的功率最高。因此，通过上述结构，功率最大的光的共振周期与声光元件振动的规定周期相互为非整数倍的关系，从而能够抑制最显著的波纹。
另外，如上述那样，也可以是，在上述特定的光路为光在一对反射部之间往复的光路的情况下，上述规定的分支比为3dB以上且4.8dB以下，在上述特定的光路传播的中途在上述环光路环绕1周的光路中共振的光的上述共振周期与上述声光元件在上述第1状态下振动的上述规定周期相互为非整数倍的关系。
本发明人等发现了在从光在一对反射部之间往复的光路中共振的光纤激光装置出射的光中，在与上述不同分支比为3dB以上且4.8dB以下的情况下，在特定的光路的中途在环光路环绕1周传播的光的功率最高。因此，通过上述结构，功率最大的光的共振周期与声光元件振动的规定周期相互为非整数倍的关系，从而能够抑制最显著的波纹。
另外，如上述那样，也可以是，在上述特定的光路为光在一对反射部之间往复的光路的情况下，上述规定的分支比为4.8dB以上，在上述特定的光路传播的中途在上述环光路环绕2周的光路中共振的光的上述共振周期与上述声光元件在上述第1状态下振动的上述规定周期相互为非整数倍的关系。
本发明人等发现了在从光在一对反射部之间往复的光路中共振的光纤激光装置出射的光中，在上述分支比为4.8dB以上的情况下，在特定的光路的中途在环光路环绕2周传播的光的功率最高。因此，通过上述结构，功率最大的光的共振周期与声光元件振动的规定周期相互为非整数倍的关系，从而能够抑制最显著的波纹。
另外，如上述那样，在上述特定的光路为光在一对反射部之间往复的光路的情况下，优选上述规定的分支比为2dB以上且8dB以下。
本发明人等发现了在规定的分支比为2dB以上且8dB以下的情况下，能够保持在环光路不传播而在特定的光路传播的光、在特定的光路的中途在环光路环绕1周传播的光、在特定的光路的中途在环光路环绕2周传播的光、在特定的光路的中途在环光路环绕3周传播的光之类的在多个光路共振的各个光的功率的平衡。因此，通过形成上述分支比，即便在各个光产生起伏的情况下，也能够抑制特定的光的起伏显著，从而能够减少出射的光的起伏。
另外，上述特定的光路也可以为环绕状的光路。通过这样的结构，在光纤环型的光纤激光装置中，能够抑制波纹。
如以上说明的那样，根据本发明，提供一种能够抑制出射的光的波纹的光纤激光装置。
附图说明
图1是表示作为光源具有本发明的第1实施方式的光纤激光装置的MO－PA型的光纤激光装置的图。
图2是示意性表示从图1的各部位出射的光的功率的大小的样子的图。
图3是示意性地表示从种光部出射的脉冲状的光的样子的图。
图4是表示在种光部的各个光路中共振并从种光部出射的各个光的功率的比率与光耦合器的分支比的关系的图。
图5是表示作为光源具有本发明的第2实施方式的光纤激光装置的MO－PA型的光纤激光装置的图。
图6是表示从比较例、实施例的光学系统出射的光的强度的时间变化的图。
图7是被图6的虚线围起的部分的放大图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的光纤激光装置的适当的实施方式详细地进行说明。
(第1实施方式)
图1是表示本实施方式的光纤激光装置的图。
如图1所示，光纤激光装置1作为主要的结构具备：出射种光的种光部MO、放大从种光部MO出射的种光的前置放大器PR、主放大器PA、设置于种光部MO与前置放大器PR之间的波长变换部RF、设置于波长变换部RF与主放大器PA之间的波长选择滤波器FL。这样，光纤激光装置1是种光部MO为Master Oscillator(主振荡器)，主放大器PA为Power Amplifier(功率放大器)的所谓的MO－PA型的光纤激光装置。
＜种光部MO的结构＞
种光部MO作为主要的结构具备：出射激励光的激励光源11、供从激励光源11出射的激励光入射并添加有被该激励光激励的活性元素的放大用光纤13、设置于放大用光纤13的一端侧的作为第1反射部的FBG(Fiber Bragg Grating)12、连接于放大用光纤13的另一端并兼作第2反射部的声光元件(AOM)14、设置于FBG12与AOM14之间的光耦合器16、和连接于光耦合器16的环光纤15。这样，种光部MO由共振型的光纤激光装置构成。
种光部MO的激励光源11是出射连续光的光源，例如由激光二极管构成。激励光源11出射激励添加于放大用光纤13的活性元素的波长的激励光，例如波长为915nm的光。另外，激励光源11连接于第1光纤18，从种光部MO的激励光源11出射的光在第1光纤18传播。
种光部MO的放大用光纤13具有纤芯、和无间隙地包围纤芯的外周面的包层。在放大用光纤13中，纤芯的折射率高于包层的折射率，作为构成纤芯的材料，例如能够列举添加了使折射率上升的锗等元素、以及被从种光部MO的激励光源11出射的种光部的光激励的镱(Yb)等活性元素的石英。作为这样的活性元素，能够列举稀土族元素，作为稀土族元素，除了上述Yb之外，能够列举铥(Tm)、铈(Ce)、钕(Nd)、铕(Eu)、铒(Er)等。另外，作为活性元素，除了稀土族元素之外，能够列举铋(Bi)等。另外，作为构成放大用光纤13的包层的材料，例如能够列举不添加任何掺杂剂的纯石英。
上述的第1光纤18与放大用光纤13的一端连接，第1光纤18的纤芯与放大用光纤13的纤芯光学耦合。另外，在第1光纤18的纤芯设置有FBG12。这样，FBG12设置于放大用光纤13的一端侧。FBG12构成为使沿着第1光纤18的长边方向折射率以恒定的周期增高的部分重复，通过调整该周期而反射成为激励状态的放大用光纤13的活性元素释放出的光内的特定波长的光。FBG12如上述那样在添加于放大用光纤13的活性元素为镱的情况下，例如，波长为1060nm的光的反射率形成为100％。
在放大用光纤13的另一端连接有第2光纤19的一端。第2光纤的结构与第1光纤相同，第2光纤19的纤芯与放大用光纤13的纤芯光学耦合。
环光纤15形成与第1光纤18以及第2光纤19相同的结构，在设置于第2光纤19的中途的光耦合器16中，与第2光纤19连接。具体而言，在构成环光纤15的光纤的一端以及另一端被连接的状态下，包含该一端以及另一端的部位与第2光纤19相互扭转规定次数并熔融。这样第2光纤19与环光纤15熔融的部位成为光耦合器16。因此，在光耦合器16中，第2光纤19的纤芯与环光纤15的纤芯以规定的分支比光学耦合。
该分支比意味着接下来的2个比。一个比是在光耦合器16中，从第2光纤19向环光纤15分支的光的功率、相对于不从第2光纤19向环光纤15分支而在第2光纤传播的光的功率的比。另一个比是在光耦合器16中，从环光纤15向第2光纤19耦合的光的功率、相对于不从环光纤15向第2光纤19耦合而在环光纤15传播的光的功率的比。在该情况下，各个比相互相等。在对该功率的比进行分贝标记的情况下，例如，若为3dB，则在第2光纤19传播并入射至光耦合器16的光中的约50％的功率的光在第2光纤19传播，剩余的约50％的功率的光向环光纤15分支。因此，在分支比接近0dB的情况下，在第2光纤19传播的光几乎不向环光纤15分支。该分支比在使环光纤15与第2光纤19如上述那样熔融时，通过构成环光纤15的光纤与第2光纤19相互扭转的上述规定次数而决定。
在第2光纤19的另一端连接有AOM14。AOM14能够切换第1状态与第2状态。第1状态是AOM14被接通的状态，AOM14以规定周期振动。在第1状态下，从第2光纤19的纤芯入射的光在AOM14朝向前置放大器PR传播，并且在AOM14的前置放大器PR侧的端面引起菲涅耳反射，再次朝向第2光纤19的纤芯出射。该菲涅耳反射的反射率低于FBG12的反射率。另外，第2状态形成为AOM14被断开的状态、或AOM14以与第1状态不同的周期振动的状态。在第2状态下，从第2光纤19的纤芯入射的光在AOM14内朝向与第1状态不同的方向传播。因此，在第2状态下，入射至AOM14的光向与第2光纤19不同的方向出射。
如以上那样，本实施方式的种光部MO使光在由第1光纤18的一部分、放大用光纤13、第2光纤19、AOM14构成的光路往复共振。若将该光路设为特定的光路，将由环光纤15构成的环绕状的光路设为环光路，则除了上述特定的光路之外，种光部MO还具有由该特定的光路与环光路构成的光路。由特定的光路与环光路构成的光路是与特定的光路不同的光路，与该特定的光路共有一部分。在该光路传播的光在光耦合器16中从第2光纤19向环光纤15分支，当在环光纤15环绕1周以上后，在光耦合器16中从环光纤15向第2光纤19耦合。另外，即便是包含环光路的光路，若环光纤15环绕的次数不同，则也是相互不同的光路。这样环光纤15在中途连接于特定的光路，因此各个光路的光程长度相互不同，在各个光路共振的各个光的共振周期相互不同。
在本实施方式中，至少，在上述的各个光路中共振的各个光中的功率最大的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的上述规定周期相互为非整数倍的关系。换句话说，在各个光路中共振的各个光中的功率最大的光的共振周期形成为AOM14在第1状态下振动的规定周期的非整数倍，并且，AOM14在第1状态下振动的规定周期为在各个光路中共振的各个光中的功率最大的光的共振周期的非整数倍。另外，优选在上述的各个光路共振的各个光各自的共振周期与AOM14在第1状态下振动的上述规定周期相互为非整数倍的关系。在该情况下，在各个光路共振的各个光各自的共振周期形成为AOM14在第1状态下振动的规定周期的非整数倍，并且，AOM14在第1状态下振动的规定周期为在各个光路共振的各个光各自的共振周期的非整数倍。例如，在AOM14振动的频率为135MHz的情况下，振动周期成为74×10－10秒。在将上述特定的光路的长度设为基本光程长度S，将光速设为299，792，458m/s，光纤的折射率为1.445的情况下，由于物质中的光的速度成为1/折射率倍，所以若基本光程长度S为1m，则在特定的光路共振的光的共振周期与在该特定的光路往复的时间相等，成为约1.0×10－8秒。在该情况下，在特定的光路中共振的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系。另外，在基本光程长度S为1m且作为环光纤15的长度的环光程长度L为0.5m的情况下，在光共振的期间在环光路环绕1周的光路中，共振的光的共振周期成为约1.3×10－8秒，在光共振的期间在环光路环绕2周的光路中，共振的光的共振周期成为约1.5×10－8秒。因此，在该情况下，在各个光路共振的各个光各自的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系。
此外，放大用光纤13形成为各个光路的一部分，AOM14配置于各个光路所共有的部分。
＜前置放大器PR的结构＞
前置放大器PR作为主要的结构具备激励光源21、放大用光纤23、和耦合器22。
前置放大器PR的激励光源21例如由多个激光二极管构成，出射如后述那样激励添加于前置放大器PR的放大用光纤23的活性元素的波长的激励光，例如波长为915nm的激励光。另外，激励光源21连接于光纤28，从激励光源21出射的激励光在光纤28传播。作为光纤28，例如能够列举多模光纤，在该情况下，该激励光在光纤28中作为多模光传播。
前置放大器PR的放大用光纤23具有纤芯、无间隙地包围纤芯的外周面的内侧包层、和覆盖内侧包层的外周面的外侧包层。在放大用光纤23中，纤芯的折射率高于内侧包层的折射率，内侧包层的折射率高于外侧包层的折射率。换句话说，放大用光纤23形成为双包层构造。在放大用光纤23中，作为构成纤芯的材料，例如能够列举与上述的种光部MO的放大用光纤13的纤芯相同的材料，作为构成内侧包层的材料，例如能够列举与上述的种光部MO的放大用光纤13的包层相同的材料。另外，作为构成放大用光纤23的外侧包层的材料，例如能够列举紫外线固化树脂。
在本实施方式中，种光部MO的AOM14连接于光纤29。耦合器22将光纤29以及光纤28与放大用光纤23的一端连接。具体而言，在耦合器22中，光纤29的纤芯连接于放大用光纤23的纤芯，另外，光纤28的纤芯连接于放大用光纤23的内侧包层。因此，从种光部MO的AOM14出射的光经由光纤29入射至放大用光纤23的纤芯，并在纤芯传播。另外，从激励光源21出射的激励光入射至放大用光纤23的内侧包层，并主要在内侧包层传播。因此，通过在放大用光纤23的纤芯传播的光，被激励光源21出射的激励光激励的活性元素引起受激辐射，由此使在该纤芯传播的光放大。
＜波长变换部RF、波长选择滤波器FL的结构＞
波长变换部RF连接于前置放大器PR的放大用光纤23。波长变换部RF将入射的光中的功率大于规定的功率的光从入射的光变换成长波长的光并出射，将入射的光中的功率小于规定的功率的光保持入射的光的波长不变地出射。
作为这样的波长变换部RF，能够列举引起受激拉曼散射的拉曼光纤。作为该拉曼光纤，能够列举对纤芯添加使非线性光学常量上升的掺杂剂的光纤。作为这样的掺杂剂，能够列举锗、磷。在该波长变换部RF为拉曼光纤的情况下，波长变换的光的强度的阈值能够根据纤芯的直径、掺杂剂的添加浓度、长度等而变化。
从前置放大器PR出射的光经由波长变换部RF入射至波长选择滤波器FL。然后，在波长变换部RF中被波长变换的光入射的情况下，使该光朝向主放大器PA透过，在波长变换部RF中不被波长变换的光入射的情况下，抑制该光的朝向主放大器PA的透过。因此，在从前置放大器PR出射的光被波长变换部RF波长变换的情况下，入射至波长选择滤波器FL的光从波长选择滤波器FL朝向主放大器PA透过。另一方面，在从前置放大器PR出射的光不被波长变换部RF波长变换的情况下，入射至波长选择滤波器FL的光从波长选择滤波器FL向主放大器PA的透过被抑制。作为这样的波长选择滤波器FL，例如能够列举WDM耦合器、电介质多层膜滤波器。
＜主放大器PA的结构＞
主放大器PA在以高于前置放大器PR的放大率放大入射的光这点与前置放大器PR不同，作为主要的结构具备多个激励光源31、放大用光纤33、和耦合器32。
主放大器PA的激励光源31分别例如由多个激光二极管构成，出射如后述那样激励添加于主放大器PA的放大用光纤33的活性元素的波长的激励光，例如波长为915nm的激励光。另外，各个激励光源31连接于光纤38，从各个激励光源31出射的激励光在各个光纤38中传播。作为各个光纤38，例如与连接于前置放大器PR的激励光源21的光纤28相同，在该情况下，该激励光作为多模光在光纤38传播。
主放大器PA的放大用光纤33形成为与前置放大器PR的放大用光纤23相同的结构。
另外，在本实施方式中，波长选择滤波器FL连接于光纤39。耦合器32连接光纤39以及各个光纤38与放大用光纤33的一端。具体而言，在耦合器32中，光纤39的纤芯连接于放大用光纤33的纤芯，另外，各个光纤38的纤芯连接于放大用光纤33的内侧包层。因此，从波长选择滤波器FL朝向主放大器PA出射的光经由光纤39入射至放大用光纤33的纤芯并在纤芯传播，从各个激励光源31出射的激励光入射至放大用光纤33的内侧包层，并主要在内侧包层传播。因此，通过在放大用光纤33的纤芯传播的光，被激励光源31出射的激励光激励的活性元素引起受激辐射，由此放大在该纤芯传播的光。
在主放大器PA的放大用光纤33的另一端连接有光纤40。该光纤40是使从放大用光纤33出射的光传播至规定的场所并出射的光纤，存在被称为传输光纤的情况。
＜光纤激光装置1的动作＞
接下来，对从这样的光纤激光装置1出射脉冲状的光的动作进行说明。
在本实施方式的光纤激光装置1中，从种光部MO的激励光源11始终出射激励光，在待机状态下，种光部MO的AOM14形成为第2状态。因此，从第2光纤19入射至AOM14的光不在第2光纤19反射，而向外部释放。因此，光在FBG12与AOM14的前置放大器侧的端面之间的光路，即在特定的光路、由特定的光路与环光路构成的光路中不共振。因此，放大用光纤13的活性元素的激励状态提高。另外，在本实施方式中，在待机状态下，各个激励光源21、31形成为出射状态。因此，分别添加于前置放大器PR的放大用光纤23以及主放大器PA的放大用光纤33的活性元素形成为激励状态。此外，种光部MO的AOM14形成为第2状态的期间是在放大用光纤13中不进行自激振荡的期间。另外，向放大用光纤23以及放大用光纤33入射激励光的期间是不进行自激振荡的期间。因此，在待机状态下，抑制从放大用光纤13、23、33出射不希望的巨型脉冲光。
接下来，在比出射脉冲状的光的时刻稍靠前的时机，AOM14形成为第1状态。于是，光在FBG12与AOM14的前置放大器侧的端面之间的光路，即在由第1光纤18的一部分、放大用光纤13、第2光纤19、AOM14构成的特定的光路、由该特定的光路与环光路构成的光路往复，从而光在各个光路共振。通过该共振光，如上述那样形成为较高的激励状态的放大用光纤13的活性元素引起受激辐射，从而共振光被放大并从AOM14出射脉冲状的光，而从种光部MO出射作为种光的脉冲状的光。
图2是表示脉冲状的光的出射时的从各部位出射的光的功率的大小的样子的图。具体而言，是表示从种光部MO出射的光、从前置放大器PR出射的光、从波长变换部RF出射的光、从波长选择滤波器FL出射的光、从主放大器PA出射的光的功率的大小的时间变化以及波长的样子的图。在图2的表示各个光的功率的时间变化的部分，纵轴表示光的功率密度，横轴表示时间。
从种光部MO出射的脉冲状的光的功率的时间变化的形状为正态分布形状。另外，从种光部MO出射的脉冲状的光的波长例如为1060nm。如上述那样从种光部MO出射的脉冲状的光入射至放大用光纤23的纤芯。
在前置放大器PR的放大用光纤23中，如上述那样通过激励光使活性元素为激励状态。因此，若从种光部MO向放大用光纤23入射脉冲状的光，则被激励的活性元素通过来自种光部MO的光而引起受激辐射，通过该受激辐射使该光的功率放大，从放大用光纤23出射脉冲状的光。放大用光纤23若入射功率的时间变化呈正态分布形状的光，则相对于入射光出射功率密度被放大的正态分布形状的光。因此，如图2所示，相对于从种光部MO出射的光，从前置放大器PR出射功率的时间变化的形状呈沿功率密度的方向延伸的正态分布形状的光。
从前置放大器PR出射的光的一部分为被波长变换部RF波长变换的功率密度。因此，在波长变换部RF中，从前置放大器PR入射的光中的高于某特定的功率密度的功率密度的光成分为一次散射光。例如，在如上述那样从种光部MO出射的光的波长为1060nm的情况下，在波长变换部RF中，大于规定的功率的功率的光的波长例如为1120nm。然后，从波长变换部RF出射不被波长变换的光以及一次散射光。从波长变换部RF出射的光的功率的时间变化的形状与从前置放大器PR出射的光的功率的时间变化的形状相同。其中，如图2所示，不被波长变换的波长1060nm的光是正态分布形状中的包含底部扩展部分的功率密度较低的光，作为一次散射光的波长1120nm的光是正态分布形状的包含顶点部分的功率密度较高的光。
从波长变换部RF出射的光入射至波长选择滤波器FL。如上述那样，波长选择滤波器FL若入射有被波长变换部RF波长变换的光，则使该光朝向主放大器PA透过，若入射有不被波长变换部RF波长变换的光，则抑制该光的朝向主放大器PA的透过。因此，如在图2中由虚线表示的那样，抑制从前置放大器PR出射的光中的不被波长变换的功率密度较小的光的波长选择滤波器FL的透过，在图2中由实线表示的从前置放大器PR出射的光的一次散射光透过波长选择滤波器FL。该一次散射光的脉冲宽度小于从前置放大器PR出射的光的脉冲宽度。
在主放大器PA的放大用光纤33中，如上述那样通过激励光使活性元素为激励状态。因此，若脉冲宽度较小的脉冲状的光入射至波长选择滤波器FL，则被激励的活性元素通过该光而引起受激辐射，通过该受激辐射放大该光的功率，从放大用光纤33出射脉冲状的光。因此，相比从种光部MO出射的光，脉冲宽度较窄且功率被放大的光出射。
从主放大器PA出射的光在光纤40传播，而从光纤激光装置1出射。
此外，除了从种光部MO出射脉冲状的光的情况以外，还存在出射功率密度较低的光，通过该光形成激励状态的前置放大器PR的活性元素引起受激激励，而使该光放大。但是，该情况下的来自种光部MO的光如上述那样功率较小，因此从前置放大器PR出射的光的功率不到达被波长变换部RF波长变换的程度的功率。因此，在这种情况下，从前置放大器PR出射的光不被波长变换部RF波长变换，而被波长选择滤波器FL抑制向主放大器PA的入射。
接下来，对从种光部MO出射的脉冲状的光进一步详细地进行说明。
图3是表示从种光部MO出射的光的图。图3的左侧示出了也记载于图2的从种光部MO出射的光，图3的右侧示出了放大被图3的左侧的虚线围起的部分的样子。如图3所示，若放大从种光部MO出射的脉冲状的光，则明确较小的波纹重叠。该波纹引起第1状态下的AOM14的振动。AOM14在第1状态下振动，由此反复使光容易透过的状态和与此相比光稍微难以透过的状态。因此，存在在透过AOM14出射的光与AOM14振动的规定周期一致地产生波纹的趋势。
但是，如上述那样，在本实施方式的光纤激光装置1中，种光部MO的在上述的各个光路共振的各个光各自的共振周期与AOM14在第1状态下振动的上述规定周期相互为非整数倍的关系。本发明人等发现了在共振的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的上述规定周期相互为非整数倍的关系的情况下，抑制该波纹被放大。因此，在从种光部MO出射的脉冲状的光中，抑制因AOM14的振动而产生的波纹被放大。
接下来，在本实施方式中，对在种光部MO的各个光路中共振并从种光部MO出射的各个光的功率与光耦合器16的分支比的关系进行说明。
图4是表示在种光部MO的各个光路中共振并从种光部MO出射的各个光的功率的比率与光耦合器16的分支比的关系的图。本发明人等发现了若使分支比变化，则在各个光路中共振的各个光的功率的比率发生变化，并发现了图4的趋势不取决于光程长度、波长等。
在图4中，若如上述那样将特定的光路的长度设为基本光程长度S，则在该特定的光路往复的距离成为2S。另外，若将环光纤15的长度设为环光程长度L，则在特定的光路传播的中途在环光路环绕1周的光路往复的距离成为2S+L。在该情况下，共振的光存在在特定的光路的往路中在环光路环绕1周而在回路中在环光路不环绕的情况、与在特定的光路的往路中在环光路不环绕而在回路中在环光路环绕1周的情况。另外，在特定的光路传播的中途在环光路环绕2周的光路往复的距离成为2S+2L。在该情况下，共振的光存在在特定的光路的往路中在环光路环绕2周而在回路中在环光路不环绕的情况、在特定的光路的往路中在环光路不环绕而在回路中在环光路环绕2周的情况、和在特定的光路的往路中在环光路环绕1周而在回路中也在环光路环绕1周的情况。相同地，在特定的光路传播的中途在环光路环绕3周的光路往复的距离成为2S+3L，在特定的光路传播的中途在环光路环绕4周的光路往复的距离成为2S+4L，在特定的光路传播的中途在环光路环绕5周的光路往复的距离成为2S+5L。在这些情况下，针对在特定的光路的往路与回路，使环光路如何环绕，应用全部的组合。
如根据图4明确的那样，在光耦合器16中的分支比为3dB以下，在各个光路中共振的各个光中的环光路不环绕而在特定的光路中共振的光的功率的比率最高。因此，在光耦合器16中的分支比为3dB以下，在环光路不环绕而在特定的光路中共振的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系。在该情况下，优选在其他的光路中共振的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系，但上述波纹最受在环光路不环绕而在特定的光路中共振的光的影响，因此在其他的光路中共振的光的共振周期与AOM14振动的规定周期也可以相互不为非整数倍的关系。
另外，在光耦合器16中的分支比为3dB以上且4.8dB以下，在各个光路中共振的各个光中的在环光路环绕1周的光路中共振的光的功率的比率最高。因此，在光耦合器16中的分支比为3dB以上且4.8dB以下，在特定的光路的中途在环光路环绕1周并共振的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系。在该情况下，优选在其他的光路中共振的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系，但上述波纹最受在特定的光路的中途在环光路环绕1周并共振的光的影响，因此在其他的光路共振的光的共振周期与AOM14振动的规定周期也可以相互不为非整数倍的关系。
另外，在光耦合器16中的分支比为4.8dB以上，在各个光路中共振的各个光中的在环光路环绕2周的光路中共振的光的功率的比率最高。因此，在光耦合器16中的分支比为4.8dB以上，在特定的光路的中途在环光路环绕2周并共振的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系。在该情况下，优选在其他的光路中共振的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系，但上述波纹最受在特定的光路的中途在环光路环绕2周并共振的光的影响，因此在其他的光路中共振的光的共振周期与AOM14振动的规定周期也可以相互不为非整数倍的关系。
接下来，对在光程长度较长的情况下容易产生的光的脉冲状的光的起伏进行说明。
在特定的光路的基本光程长度S较长的情况下，存在出射的脉冲状的光的形状成为在正态分布形状产生起伏的形状的情况。该起伏的周期与上述波纹的周期相比非常大。但是，在本实施方式的光纤激光装置中，不仅在特定的光路中共振的光，还存在除了该特定的光路之外在环光路环绕并共振的光。因此，即便在基本光程长度S较长，且在特定的光路共振的光的脉冲形状产生起伏的情况下，也在从种光部MO出射的光中，合并有在环光路不环绕而在特定的光路共振的光与在特定的光路的中途在环光路环绕并共振的光，因此能够减少该起伏。特别是，基于图4，若光耦合器16的分支比为2dB以上且8dB以下，则在环光路不环绕而在特定的光路共振的光的功率、在特定的光路的中途在环光路环绕1周的光路中共振的光的功率、在特定的光路的中途在环光路环绕2周的光路中共振的光的功率分别平衡。因此，即便在特定的光路的基本光程长度S较长的情况下，若光耦合器16的分支比为2dB以上且8dB以下，则也能够更加适当地减少在出射的脉冲状的光产生起伏。此外，若这样以减少产生起伏为目的，则与本实施方式不同，在各个光路中共振的各个光中的功率最大的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期也可以相互不为非整数倍的关系。
如以上说明的那样，在本实施方式的光纤激光装置1中，种光部MO具有共有一部分并供光共振的多个光路，至少，在各个光路中共振的各个光中的功率最大的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系。功率最大的光的共振周期与AOM14振动的规定周期相互为非整数倍的关系，由此能够抑制最显著的波纹增大，从而能够抑制从种光部MO出射的光的波纹。因此，能够抑制从光纤激光装置1出射的光的波纹。
另外，在本实施方式的光纤激光装置1中，若在各个光路共振的各个光各自的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系，则能够更加抑制各个光的波纹增大，从而优选。
(第2实施方式)
接下来，参照图5，对本发明的第2实施方式详细地进行说明。此外，除了特别说明的情况之外，对与第1实施方式相同或者同等的构件标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
图5是表示本实施方式的光纤激光装置的图。如图5所示，本实施方式的光纤激光装置2在种光部MO由光纤环型的光纤激光装置构成这点，与第1实施方式的光纤激光装置1不同。
本实施方式的种光部MO作为主要的结构具备：激励光源11、第1光纤18、光耦合器51、放大用光纤13、滤光器53、第2光纤54、AOM14、第3光纤55、光耦合器16、环光纤15、和光耦合器52。
光耦合器51使第1光纤18的纤芯与放大用光纤13的纤芯光学耦合。因此，使从激励光源11出射并在第1光纤18传播的激励光入射至放大用光纤13。此外，本实施方式的第1光纤18在不为FBG这点，与第1实施方式的第1光纤18不同。
滤光器53是供规定波长的光透过并抑制其他的波长的光的透过的带通滤波器。该滤光器53例如为与波长选择滤波器FL相同的结构，例如，在添加于放大用光纤13的活性元素为镱的情况下，供波长为1060nm的光透过。滤光器53连接于第2光纤54的一端。第2光纤54为与第1实施方式的第2光纤19相同的结构。
在第2光纤54的另一端连接有AOM14。本实施方式的AOM14在对光出射的端面实施防反射加工这点与第1实施方式的AOM14不同。本实施方式的AOM14在以规定周期振动的第1状态下，供从第2光纤54入射的光透过。在AOM14的与第2光纤54侧的相反侧连接有第3光纤55的一端。第3光纤55为与第2光纤54相同的结构。AOM14在第1状态下，使从第2光纤54入射的光向第3光纤55出射。另外，AOM14在第2状态下，使从第2光纤54入射的光向与第3光纤55不同的方向出射。
另外，在第3光纤55的中途设置有光耦合器16，在第1实施方式中，在光耦合器16连接有第2光纤19与环光纤15，与此相同，在光耦合器16连接有第3光纤55与环光纤15。
另外，在第3光纤55的与以光耦合器16为基准的AOM14侧的相反侧的中途设置有光耦合器52。光耦合器52连接第3光纤55与前置放大器PR的光纤29。因此，在第3光纤55传播的光以某分支比向光纤29分支并在光纤29传播。
另外，第3光纤55的另一端连接于光耦合器51。换句话说，光耦合器51连接第1光纤18的端部以及第3光纤55的端部、与放大用光纤13的端部，从而第1光纤18的纤芯以及第3光纤55的纤芯、与放大用光纤13的纤芯光学耦合。
在本实施方式的种光部MO中，若将由放大用光纤13、滤光器53、第2光纤54、AOM14、第3光纤55构成的光路设为特定的光路，则该特定的光路形成为环绕状的光路。另外，在本实施方式的种光部MO中，由环光纤15构成的环光路也连接于特定的光路，因此种光部MO具有多个光路。在本实施方式中，由特定的光路与环光路构成的光路也是与特定的光路不同的光路，与该特定的光路共有一部分。在该光路传播的光在光耦合器16中从第3光纤55向环光纤15分支，当在环光纤15环绕1周以上后，在光耦合器16中从环光纤15向第3光纤55耦合。另外，即便是包含环光路的光路，若在环光纤15环绕的次数不同，则也是相互不同的光路。这样，环光纤15在中途连接于特定的光路，因此各个光路的光程长度相互不同。因此，不在环光路分支而在特定的光路环绕并共振的光的共振周期以及在特定的光路环绕的中途在环光路环绕1周以上并共振的光的共振周期相互不同。
在本实施方式中，在上述的各个光路中共振的各个光中的至少功率最大的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期也相互为非整数倍的关系。另外，优选在上述的各个光路共振的各个光各自的共振周期与AOM14振动的上述规定周期相互为非整数倍的关系。例如，如第1实施方式中例示的那样，AOM14振动的频率为135MHz，振动周期为74×10－10秒。在该情况下，在将上述特定的光路的长度设为基本光程长度S，将光速设为299,792,458m/s，光纤的折射率为1.445的情况下，若基本光程长度S为1m，则在特定的光路环绕并共振的光的共振周期成为约1.0×10－8秒。在该情况下，在特定的光路中共振的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系。另外，如上述那样，在基本光程长度S为1m且作为环光纤15的长度的环光程长度L为0.5m的情况下，在光共振的期间在环光路环绕1周的光路中，共振的光的共振周期成为约1.3×10－8秒，在光共振的期间在环光路环绕2周的光路中，共振的光的共振周期成为约1.5×10－8秒。因此，在该情况下，在各个光路共振的各个光各自的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系。
在本实施方式的种光部MO中，从激励光源11始终出射激励光，在待机状态下，AOM14为第2状态。因此，在待机状态下，即便在从放大用光纤13释放出的光透过滤光器53在第2光纤54传播的情况下，从第2光纤54入射至AOM14的光也不入射至第3光纤55，向外部被释放。因此，光在特定的光路、由特定的光路与环光路构成的光路不环绕，从而光不共振。因此，放大用光纤13的活性元素的激励状态提高。此外，在本实施方式中，在种光部MO的AOM14为第2状态的期间，在放大用光纤13中也成为不进行自激振荡的期间。
接下来，在比出射脉冲状的光的时刻稍靠前的时机，AOM14形成为第1状态。于是，从第2光纤54入射至AOM14的光透过第3光纤55。因此，光在特定的光路、由特定的光路与环光路构成的光路环绕，从而光在各个光路共振。通过该共振光，如上述那样形成为较高的激励状态的放大用光纤13的活性元素引起受激辐射，从而共振光被放大，从AOM14出射脉冲状的光，该光从光耦合器52向前置放大器PR的光纤29出射。然后，与第1实施方式相同地，通过前置放大器PR、主放大器PA放大光，从而被放大的脉冲状的光从光纤40出射。
如上述那样，在各个光路中共振的各个光中的功率最大的光的共振周期与AOM14在第1状态下振动的规定周期相互为非整数倍的关系。因此，在本实施方式中，也能够抑制从种光部MO出射的脉冲状的光的波纹。因此，能够抑制从光纤激光装置2出射的光的波纹。
以上，以实施方式为例，对本发明进行了说明，但本发明不限定于这些。
例如，在上述实施方式的光纤激光装置1中，示出了种光部MO的AOM14反射光的例子，但本发明不限定于此。例如，也可以对AOM14的端面进行无反射加工，并且在AOM14与前置放大器PR之间设置反射率低于FBG12的第2FBG。在该情况下，若AOM14成为接通，光透过AOM14，则通过第2FBG反射光，能够在FBG12与第2FBG之间引起振荡。在该情况下，FBG12与第2FBG之间成为特定的光路。
另外，上述光纤激光装置1、2除了种光部MO之外，还具备前置放大器PR、主放大器PA、波长变换部RF、波长选择滤波器FL。但是，若从作为光纤激光装置的种光部MO出射的光的功率较大，则也可以不具备前置放大器PR、主放大器PA、波长变换部RF、波长选择滤波器FL。
实施例
以下，列举实施例以及比较例，对本发明的内容更加具体地进行说明，但本发明不限定于此。
比较例
准备了与第1实施方式的种光部MO的结构相同的结构的光学系统。在该光学系统中，将AOM14振动的规定周期设为135MHz。另外，在该光学系统中，使作为从AOM14不经由环光纤15而到达FBG12的特定的光路的光程长度的基本光程长度S与作为环光纤15的光程长度的环光程长度L的关系为以下那样。
2S+3L＝740cm
换句话说，在本光学系统中，是在AOM14与FBG12往复的期间在环光纤15旋转3周的光路，使其光程长度为740cm。该光程长度与光以135MHz的频率在10个周期的期间在光纤传播的距离相等。换句话说，该光学系统中的光的共振周期与AOM14振动的规定周期相互为整数倍的关系。
实施例
准备了除了使基本光程长度的长度比比较例的光学系统增加1cm，使光程长度为742cm以外，与比较例相同的光学系统。在该光学系统中，光的共振周期与AOM14振动的规定周期相互为非整数倍的关系。
接下来，测定了从比较例、实施例的光学系统出射的光的强度的时间变化。其结果示于图6，被图6的虚线围起的部分示于图7。如图6、图7所示，在光的共振周期与AOM14振动的规定周期相互为整数倍的关系的比较例中，产生了波纹。另一方面，在光的共振周期与AOM14振动的规定周期相互为非整数倍的关系的实施例中，示出了与比较例相比，能够抑制波纹。
以上，如实施例以及比较例中表示的那样，根据本发明，能够抑制出射的光的波纹。
如以上说明的那样，根据本发明，提供一种能够抑制出射的光的波纹的光纤激光装置，能够利用于加工机、医疗设备之类的使用激光的领域。
附图标记的说明
1、2…光纤激光装置；11、21、31…激励光源；13、23、33…放大用光纤；15…环光纤；FL…波长选择滤波器；MO…种光部(光纤激光装置)；PA…主放大器；PR…前置放大器；RF…波长变换部。

Claims (9)

1.一种光纤激光装置，其特征在于，具备：
一部分共有并光共振的多个光路；
放大用光纤，形成各个所述光路的一部分，并放大在各个所述光路共振的各个光；和
声光元件，配置于各个所述光路所共有的部分，被切换成使以规定周期振动并从所述光路入射的光向所述光路出射的第1状态、和使从所述光路入射的光向所述光路以外出射的第2状态，
在各个所述光路共振的各个光中功率最大的光的共振周期与所述声光元件在所述第1状态下振动的所述规定周期相互为非整数倍的关系。
2.根据权利要求1所述的光纤激光装置，其特征在于，
在各个所述光路共振的各个光各自的共振周期与所述声光元件在所述第1状态下振动的所述规定周期相互为非整数倍的关系。
3.根据权利要求1所述的光纤激光装置，其特征在于，
所述多个光路具有特定的光路以及由所述特定的光路与连接于所述特定的光路的中途的环绕状的环光路构成的光路，
在所述特定的光路传播的光以规定的分支比向所述环光路分支，在所述环光路传播的光以所述规定的分支比与所述特定的光路耦合。
4.根据权利要求3所述的光纤激光装置，其特征在于，
所述特定的光路是光在一对反射部之间往复的光路。
5.根据权利要求4所述的光纤激光装置，其特征在于，
所述规定的分支比为3dB以下，在所述特定的光路共振的光的所述共振周期与所述声光元件在所述第1状态下振动的所述规定周期相互为非整数倍的关系。
6.根据权利要求4所述的光纤激光装置，其特征在于，
所述规定的分支比为3dB以上且4.8dB以下，在所述特定的光路传播的中途在所述环光路环绕1周的光路共振的光的所述共振周期与所述声光元件在所述第1状态下振动的所述规定周期相互为非整数倍的关系。
7.根据权利要求4所述的光纤激光装置，其特征在于，
所述规定的分支比为4.8dB以上，在所述特定的光路传播的中途在所述环光路环绕2周的光路共振的光的所述共振周期与所述声光元件在所述第1状态下振动的所述规定周期相互为非整数倍的关系。
8.根据权利要求4所述的光纤激光装置，其特征在于，
所述规定的分支比为2dB以上且8dB以下。
9.根据权利要求3所述的光纤激光装置，其特征在于，
所述特定的光路是环绕状的光路。
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