JP2003086868A - 光ファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバレーザから発生した光のファイバ
内でのパワー密度を簡単な構成により高めることが可能
な光ファイバレーザ装置を得る。 【解決手段】 光ファイバレーザの共振器１０８内にコ
ア径の大きい光ファイバ１０１とコア径の小さい光ファ
イバ１０３を配置し、コア径の大きいファイバには希土
類を添加し、励起光を入射して誘導放出を行う。コア径
と大きいファイバと小さいファイバはテーパ型光導波路
１０２で光接続する。これにより、コア径の大きい光フ
ァイバ１０１に励起光を入射できるため励起光の入射が
容易な状態で、コア径の小さい光ファイバ１０３内にレ
ーザ光が閉じ込められているため光のパワー密度を高く
することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コアに希土類が
添加された光ファイバに励起光を入射し、レーザ光を発
生させる光ファイバレーザ装置に関し、特に発生したレ
ーザ光の光ファイバ内でのパワー密度を高めるためにレ
ーザ発振の横モードの制御に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバのコアに希土類を添加し、光
ファイバに励起光を入射してレーザ光を発生させる光フ
ァイバレーザがある。図１３は光ファイバレーザの例で
ある。１０１０１は光ファイバであり、コアに希土類と
して例えばＰｒ³⁺（プラセオジム）とＹｂ³⁺（イッテリ
ビウム）が添加してある。１０１０２は励起光源であり
８５０nmの光を出射する。励起光源１０１０２から出射
された光は、光ファイバ１０１０１に入射する。入射さ
れた８５０nmの光は希土類に吸収され、希土類からは６
３５nmの光が発生する。１０１０３、１０１０４は６３
５nmを反射するミラーであり、発生した６３５nmの光は
ミラー１０１０３、１０１０４との間で繰り返し反射、
増幅される共振器１０１０５を構成し、レーザ光とな
る。ミラー１０１０４の反射率を１０１０３より低くし
ておく、すなわちミラー１０１０４の透過率をミラー１
０１０３より高くしておくことで、レーザ発振した６３
５nmの光をミラー１０１０４の側から取り出すことがで
きる。

【０００３】次に光のパワー密度を高めるためにレーザ
発振した光をコア径の小さい光ファイバに入射すること
を考える。この構成を図１４に示す。図１４において図
１３と同一の構成部分は同一の符号を付す。１０２０１
は光ファイバ１０１０１よりもコア径の小さい光ファイ
バである。レンズ１０２０２を用いて光ファイバ１０１
０１から出射された光を光ファイバ１０２０１に入射し
ようとする場合、光ファイバ１０１０１のコア径を
ｒ₁、光ファイバ１０１０１から出射される光の広がり
角をθ₁、レンズ１０２０２によるｒ₁の結像の大きさを
ｒ₂、広がり角をθ₂とすると、その関係は

【０００４】

【数１】

【０００５】となる。ここで、ｒ₂は光ファイバ１０２
０１のコア径に対応するためｒ₂＜ｒ₁となるにつれ、θ
₂＞θ₁となり光ファイバ１０２０１に入射する光の広が
り角は大きくなる。光ファイバの受光角は限界があるた
め、θ₂が大きくなるとレーザ光を光ファイバ１０２０
１で受光することができなくなり、パワー密度を高める
ことができない。これを防ぐために、予め光ファイバ１
０１０１のコア径を小さくしておけば良いが、この場合
には励起光を入射させることが困難となる。

【０００６】前述した問題を解決する方法として、例え
ば２重クラッドファイバがある。２重クラッドファイバ
の構造を図１５に、２重クラッドファイバを用いた光フ
ァイバレーザの構成を図１６に示す。

【０００７】図１５において、１０３０１は希土類が添
加されたコア、１０３０２は内側クラッド、１０３０３
は外側クラッドを示す。２重クラッドファイバでは励起
光は内側クラッド１０３０２に入射し、励起光は内側ク
ラッド１０３０２を伝播する過程でコア１０３０１に添
加された希土類に吸収される。励起光は径の大きい内側
クラッド１０３０２に入射するため入射が容易になると
ともに、レーザ発振はコア１０３０１の小さい径で発振
させることが可能となるため光のパワー密度を高めるこ
とが可能となる。ただし２重クラッドファイバの場合、
励起光の吸収率はコア本来の吸収率の(コア面積／内側
クラッド面積)倍となる。このため励起光を十分に吸収
させようとした場合、コア径と内側クラッド径の差が大
きいほど、長いファイバが必要となる。

【０００８】前述した問題を解決する別の方法として図
１７のような光ファイバレーザの構成がある。図１４と
同一部分は同一符号を示す。図１４との違いは光ファイ
バ１０１０１の終端に光ファイバ１０１０１よりもコア
とクラッド間の屈折率差が小さい別の光ファイバ１０５
０１をつなげることである。光ファイバ１０２０１の受
光角以内にθ₂を抑えるためには、式（１）に従ってθ₁
を抑えればよい。

【０００９】このときのθ₁の値をθ₁’とすると、
θ₁’以上の光を伝播しないように光ファイバ１０５０
１のコアとクラッド間の屈折率差を小さく設定すること
で、θ₁’以下の広がり角をもつ光のみが共振器を形成
し、レーザ光の広がり角がθ₁’以下となるようにす
る。この場合、励起光は屈折率差の大きい（受光角が大
きい）光ファイバ１０１０１で吸収することができるの
で、励起光を容易に入射することができる。

【００１０】この原理を用いてシングルモードのみをレ
ーザ発振する例が、USP.5,774,484に示されている。た
だし、この構成の場合、式（１）に従って光ファイバ１
０５０１の屈折率差を制御する必要があり、接続する光
ファイバのコア径の差が大きい場合には極端に小さい屈
折率差が要求され実現が困難となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の光ファ
イバレーザ装置では、光ファイバから発生した光のファ
イバ内でのパワー密度を高める種々の試みがなされてい
るが、簡単な構成により光ファイバ内でのパワー密度を
高めることは困難であった。

【００１２】この発明の目的は、簡単な構成により光フ
ァイバレーザから発生した光のファイバ内でのパワー密
度を高めることが可能な光ファイバレーザ装置を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、この発明の光ファイバレーザ装置では、コアに
希土類が添加された第１の光ファイバに励起光を入射し
てレーザ光を発生するものにあって、前記第１の光ファ
イバよりもコア径の小さい第２の光ファイバと、前記第
１および第２の光ファイバ間を光接続する光学手段と、
前記第１および第２の光ファイバと前記光学手段を光共
振器内に配置する手段とからなる。

【００１４】上記した手段により、コア径の大きい光フ
ァイバに励起光を入射できるため励起光の入射が容易な
状態で、コア径の小さい光ファイバ内にレーザ光が閉じ
込められているため光のパワー密度を高くすることが可
能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１６】図１は、この発明の第１の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。図１において、１０
１は、たとえばフッ化物ガラスを母材とした光ファイバ
であり、希土類が添加されたコア１０１ａとその周囲の
クラッド１０１ｂから構成する光ファイバである。１０
３は光ファイバ１０１のコア１０１ａよりも径が小さい
コア１０３ａとその周囲のクラッド１０３ｂを有する光
ファイバ、１０２はコア１０２ａの径が、コア１０１ａ
からコア１０３ａまで連続的に変化し、その周囲にクラ
ッド１０２ｂからなるテーパ型光導波路である。１０
４，１０５は、励起光を透過しレーザ光を反射するミラ
ー、１０６は励起光源、１０７はレーザ光を伝送する光
ファイバで、この光ファイバ１０７と光ファイバ１０３
のコア径および開口率は等しいとする。

【００１７】次に、図２を用い光導波路１０２の構造に
ついてさらに説明する。図２（ａ）においてテーパ型光
導波路１０２の径大側２０１のコア形状は、光ファイバ
１０１のコア形状と一致し、径小側２０２のコア形状は
光ファイバ１０３のコア形状と一致する。そこで図２
（ａ）のように、テーパ型光導波路１０２のコア形状が
光ファイバ１０１、１０３のコア形状と一致している場
合、光結合の損失がなく望ましいが、図２（ｂ）のよう
に断面が矩形状をしており、光ファイバのコア形状と完
全に一致していなくても良い。

【００１８】ここで、光ファイバ１０１のコア１０１ａ
の希土類をＰｒ³⁺およびＹｂ³⁺とし、励起光源の波長を
８２０〜８６０nm、レーザ発振させたい光の波長を６３
５nmとした場合を例として図１の動作について説明す
る。

【００１９】この場合、ミラー１０４の反射率は波長８
２０〜８６０nmを透過、６３５nmを反射するように設定
し、ミラー１０５の反射率は６３５nmを反射するように
設定し、かつレーザ光がミラー１０５側から出力可能な
ように、ミラー１０４の反射率を１００％とし、ミラー
１０５の反射率はミラー１０４よりも低く、換言すれば
ミラー１０５の透過率を高く設定する。

【００２０】励起光源１０６から出射された励起光は、
光導波路あるいはレンズなどの光学手段(図１上では省
略)を用いて光ファイバ１０１に入射する。光ファイバ
１０１のコア径は、レーザ発振後の光パワー密度を考慮
して小さくする必要はなく、励起光が入射し易いように
大きくすることができる。ただし、実際にはレーザ発振
に必要な励起光のパワー密度があるため、その値以上と
なるようにコア径を小さくする必要がある。

【００２１】光ファイバ１０１に入射された励起光は、
コア１０１ａに添加されたＰｒ³⁺とＹｂ³⁺に吸収され６
３５nmの光を発生する。６３５nmの光はテーパ型光導波
路１０２を伝播し、光ファイバ１０３に入射する過程で
光ファイバ１０２，１０３の伝播可能な広がり角を超え
る高次横モードの光は光ファイバ外に放出し、伝播可能
な広がり角以内の低次横モードの光のみを光ファイバ１
０３に入射する。光ファイバ１０３に入射された光はミ
ラー１０５で反射し、テーパ型光導波路１０２を介して
光ファイバ１０３に戻り増幅される。

【００２２】このような過程により、光ファイバ１０３
では伝播可能な低次横モードの光のみで共振器１０８が
形成されてレーザ光を発生する。このため光ファイバ１
０３で伝播可能なパワー密度の高い光を得ることがで
き、そのパワー密度の光を光ファイバ１０７で伝送する
ことができる。

【００２３】図３は、この発明の第２の実施の形態につ
いて説明するための構成図であり、図１と同一の構成部
分には同一の符号を付して説明する。図１では共振器１
０８が形成される過程で、伝播可能な横モードの選択は
テーパ型光導波路１０２と光ファイバ１０３により行っ
たが、この実施の形態では、テーパ型光導波路１０２の
コア１０２ａとクラッド１０２ｂ間の屈折率差を、光フ
ァイバ１０３の屈折率差よりも小さくし、光ファイバ１
０３を削除したものである。

【００２４】この場合、テーパ型光導波路１０２を伝播
可能な光は、光ファイバ１０３でも伝播可能となる。そ
のため共振器１０８内に光ファイバ１０３を配置する必
要はなく、テーパ型光導波路１０２のコア径の小さい側
にミラー１０５を配置する。

【００２５】これにより、共振器１０８を形成する際、
テーパ型光導波路１０２と光ファイバ１０３間でのコア
形状の違いによって生じる光結合損失の影響を、光ファ
イバ１０３を削除したことにより少なくすることがで
き、レーザ光出力を向上させることができる。

【００２６】図４、図５はそれぞれこの発明の第３およ
び第４の実施の形態について説明するための構成図であ
る。この実施の形態と図１との違いは、テーパ型光導波
路１０２をコア１０１２に希土類を添加した光ファイバ
１０１１の先端を加工してテーパを形成した点である。
この光ファイバ１０１１のテーパ部分の加工方法として
は、例えば光ファイバを作製する際の線引あるいはボビ
ンへの巻き取り速度を変えることでコア径を連続的に変
化させテーパを形成すれば良い。

【００２７】図４は光ファイバ１０１１の屈折率差が光
ファイバ１０３（１０７）の屈折率差よりも大きい場合
であり、図５は光ファイバ１０１１の屈折率差が光ファ
イバ１０７の屈折率差よりも小さい場合である。

【００２８】このように、光ファイバの先端を加工して
テーパを形成することで、共振器を形成する際、光ファ
イバとテーパ間とのコア形状の違いによって生じる光結
合損失をなくすことができ、レーザ光出力を向上させる
ことができる。

【００２９】なお、図４では希土類を添加した光ファイ
バ側にテーパを加工したが、接続する光ファイバ１０３
側にテーパを加工しても良い。

【００３０】図６は、この発明の第５の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。図１と同一の構成部
分には同一の符号を付して説明する。この実施の形態と
図１との違いは、テーパ型光導波路に代えて凸レンズ６
０１を使用した点にある。

【００３１】凸レンズ6０１は、この部分を拡大して示
した図７のように、光ファイバ１０１端面のコア１０１
ａと光ファイバ１０３端面のコア１０３ａが共役関係と
なる位置に配置する。この位置関係は、凸レンズ６０１
から光ファイバ１０１のコア端面までの距離をａ１、凸
レンズ６０１から光ファイバ１０３のコア端面までの距
離をａ２、光ファイバ１０１のコア径をｒ１、光ファイ
バ１０３のコア径をｒ２、レンズ６０１の焦点距離をｆ
とした場合、次の式で示される。またその広がり角は式
（１）の関係にある。

【００３２】

【数２】

【００３３】光ファイバ１０１から出射された光は、式
（１）の関係に従って凸レンズ６０１により広がり角が
変化する。光ファイバ１０３に入射する際、広がり角が
光ファイバ１０３の受光角を超える光は光ファイバ１０
３を伝播できない。光ファイバ１０３の受光角以内の広
がり角の光のみが光ファイバ１０３を伝播し、ミラー１
０５で反射した後、光ファイバ１０３から出射、凸レン
ズ６０１を介して、光ファイバ１０１に戻る。その結
果、光ファイバ１０３内を伝播可能な低次横モードの光
のみが光ファイバ１０１に戻り共振器１０８を形成する
ため、パワー密度の高い光を得ることができる。

【００３４】図８は、この発明の第６の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。図１と同一の構成部
分には同一の符号を付して説明する。この実施の形態と
図１との違いは、励起光を反射しレーザ光を透過するミ
ラー8０１を光ファイバ１０１とテーパ光導波路１０２
の間に配置した点にある。

【００３５】これにより励起光が往復するため、励起光
の吸収率が向上するとともに、光ファイバ１０１内での
励起光パワー密度の向上を図れ、レーザ光出力を向上さ
せることが可能となる。

【００３６】図９は、図８のテーパ型光導波路１０２の
代えて凸レンズ6０１を使用したこの発明の第７の実施
の形態を示す構成図であり、図６と同一の構成部分には
同一の符号を付して示し詳細な説明については省略す
る。この実施の形態においても、図８と同様にレーザ光
出力を向上を図ることができる。

【００３７】図１０はこの発明の第８の実施の形態につ
いて説明するための構成図であり、図１と同一の構成部
分には同一の符号を付し、ここでは異なる部分を中心に
説明する。この実施の形態は、レーザ発振によって得ら
れたパワー密度の高いレーザ光を、別のファイバレーザ
の励起光として用いたものである。

【００３８】図１０において、１００１はコア１００１
ａに希土類が添加された光ファイバで、コア径は光ファ
イバ１０１よりも小さく設定してある。１００２は励起
光を透過し第１の共振器１００５のレーザ光を反射する
ミラー、１００３は第１の共振器のレーザ光を透過し第
２の共振器１００６のレーザ光を反射するミラー、１０
０４は第１および第２の共振器１００５，１００６のレ
ーザ光ともに反射するミラーである。

【００３９】ファイバ１０１のコアの希土類をＰｒ³⁺お
よびＹｂ³⁺、光ファイバ１００１のコアの希土類をＴｍ
³⁺（ツリウム）、励起光源１０６の波長８２０〜８６０
nm、第１の共振器１００５によって得るレーザ光の波長
を６３５nmおよび６９５nm、第２の共振器１００６によ
って得る波長を４８０nmとして図１０のミラーの構成に
ついて説明する。

【００４０】この場合、ミラー１００２の反射率は、波
長８２０〜８６０nmを透過し６３５nmと６９５nmを反射
するように設定し、ミラー１００３の反射率は６３５nm
と６９５nmを透過し４８０nmを反射するよう設定し、ミ
ラー１００４の反射率は６３５nm、６９５nm、４８０nm
すべてを反射するように設定する。６３５nm、６９５nm
の光は外部に出力する必要がないため、ミラー１００
２、１００４の６３５nm、６９５nmの反射率は１００％
で良い。４８０nmに関してはレーザ光がミラー１００４
側から出力可能なようにミラー１００３の反射率を１０
０％としてミラー１００４の反射率をミラー１００３よ
り低く設定する。

【００４１】次に、図１０の動作について説明する。励
起光源１０６から出射された励起光は、光導波路あるい
はレンズなどの光学手段（図１０上では省略）を用いて
光ファイバ１０１に入射する。光ファイバ１０１に入射
された励起光は、コア１０１ａに添加したＰｒ³⁺とＹｂ
³⁺に吸収され６３５nm、６９５nmの光を発生し、ミラー
１００２、１００４間で反射され第１の共振器１００５
を形成する。このとき光ファイバ１００１を伝播可能な
低次横モードのみで第１の共振器１００５を形成させる
ために、光ファイバ１００１内でパワー密度の高い６３
５nm、６９５nmの光を得ることができる。

【００４２】次に第２の共振器１００６について説明す
る。発生した６３５nm、６９５nmの光は、光ファイバ１
００１のコアに添加したＴｍ³⁺に吸収され４８０nmの光
を発生する。発生した光はミラー１００３、１００４間
で反射し第２の共振器１００６を形成して１００４から
外部へ出力する。

【００４３】コア１００１ａに添加されたＴｍ³⁺から４
８０nmのレーザ光を得るには、励起光として使用する６
３５nm、６９５nmの光のパワー密度が高いことが必要だ
が、図１０の構成とすることで光パワー密度の高い６３
５nm、６９５nmの光を得ることができる。

【００４４】なお、第２の共振器１００６を第１の共振
器１００５内に配置したが、第２の共振器１００６が第
１の共振器１００５の外にあってもよく、第２の共振器
１００６で用いる励起光の光パワー密度が高くなるよう
に構成すれば良い。

【００４５】図１１は、この発明の第９の実施の形態に
ついて説明するための構成図である。この実施の形態に
おいて図１０と同一の構成部分は同一符号を付して説明
する。この実施の形態と図１０との違いは、レーザ発振
によって得られたパワー密度の高いレーザ光を、別の光
ファイバレーザの励起光として用いる場合に、共振器を
並列に配置して複数の励起光用のレーザ光を発生した
後、複数のレーザ光を合成して、別の光ファイバレーザ
の励起光とする点にある。

【００４６】図１１において、１１０１、１１０２は第
１の共振器１１１０のレーザ光を反射するミラー、１１
０３、１１０４は第２の共振器１１１１のレーザ光を反
射するミラー、１１０５、１１０６は第３の共振器１１
１２のレーザ光を反射するミラーである。１１０７、１
１０８はそれぞれ第１、第２の共振器１１１０，１１１
１の横モードを制御するためのテーパ型光導波路であ
る。第１と第２の共振器１１１０，１１１１で発生した
レーザ光を光導波路１１０９で合成する際、合成後の径
が光ファイバ１００１のコア径以内となり、かつ合成後
の光の広がり角が光ファイバ１００１の受光角以内とな
るようにテーパ型光導波路１１０７、１１０８のコア径
およびコアとクラッド間の屈折率差を決定する。

【００４７】図１０で説明した同様の波長のレーザ光を
得る場合の図１１の具体的な構成を次に示す。光ファイ
バ１０１のコアにはＰｒ³⁺およびＹｂ³⁺、光ファイバ１
００１のコアにはＴｍ³⁺が添加してある。励起光源１０
６１，１０６２は波長８２０〜８６０nmの光をそれぞれ
出力する。

【００４８】第１の共振器１１１０では６３５nmのレー
ザ光を発生するためにミラー１１０１，１１０２の反射
率は８２０〜８６０nmを透過し、６３５nmを反射するよ
うに設定し、かつミラー１１０２側からレーザ光が出力
するように、ミラー１１０１の反射率を１００％としミ
ラー１１０２の反射率をミラー１１０１よりも低く設定
する。

【００４９】第２の共振器１１１１では６９５nmのレー
ザ光を発生するためにミラー１１０３，１１０４の反射
率は８２０〜８６０nmを透過し、６９５nmを反射するよ
うに設定し、かつミラー１１０４側からレーザ光が出力
するように、ミラー１１０３の反射率を１００％としミ
ラー１１０４の反射率をミラー１１０３よりも低く設定
する。

【００５０】第３の共振器１１１２では４８０nmのレー
ザ光を発生するためにミラー１１０５、１１０６の反射
率は６３５nm、６９５nmを透過し、４８０nmを反射する
ように設定し、かつミラー１１０６側からレーザ光が出
力するようにミラー１１０５の反射率を１００％とし、
ミラー１１０６の反射率をミラー１１０５よりも低く設
定する。

【００５１】図１１の動作について説明する。励起光源
１０６から出射した励起光は光ファイバ１０１に入射
し、Ｐｒ³⁺とＹｂ³⁺に吸収され、第１の共振器１１１０
では６３５nm、第２の共振器１１１１では６９５nmのレ
ーザ光をそれぞれ発生する。このとき、テーパ型光導波
路１１０７、１１０８によって低次横モードのみが発振
する。６３５nm,６９５nmのレーザ光は光導波路１１０
９で合成され、光ファイバ１００１に入射する。光ファ
イバ１００１に入射された６３５nm、６９５nmの光は、
光ファイバ１００１のコアに添加したＴｍ³⁺に吸収され
４８０nmの光を発生する。発生した光はミラー１１０
５、１１０６間で反射し第３の共振器を形成してミラー
１１０６から外部へ出力する。

【００５２】この実施の形態の場合、図１０の構成にく
らべ６３５nmと６９５nmのレーザ光の発生を独立に制御
できる利点がある。

【００５３】図１２は、この発明の第１０の実施の形態
について説明するための構成図である。図１０と同一構
成部分には同一の符号を付して説明する。この実施の形
態は、レーザ発振によって得られたパワー密度の高いレ
ーザ光を、別の光ファイバレーザの励起光として用いる
場合に、２つの励起光用のレーザ光を別の光ファイバレ
ーザの両端から入射するものである。

【００５４】図１２において、１２０１は第１の共振器
１２０７のレーザ光を反射するミラー、１２０２は第２
と第３の共振器１２０８，１２０９のレーザ光を反射す
るミラー、１２０３は第１と第３の共振器１２０７，１
２０９のレーザ光を反射するミラー、１２０４は第２の
共振器１２０８のレーザ光を反射するミラー、１２０５
は第３の共振器１２０９によって得たレーザ光を反射し
て外部へ出力するためのミラーである。ミラー１２０５
は、テーパ型光導波路１２０６の光ファイバ１００１の
コア１００１ａと同径部分の位置に斜めに角度を持たせ
て取り付けてある。

【００５５】図１０での説明と同様の波長のレーザ光を
得る場合の図１２の具体的な構成を次に示す。光ファイ
バ１０１のコアにはＰｒ³⁺およびＹｂ³⁺、光ファイバ１
００１のコアにはＴｍ³⁺が添加してある。励起光源１０
６１，１０６２は、それぞれ波長８２０〜８６０nmの光
を出力する。

【００５６】第１の共振器１２０７では６３５nm、第２
の共振器１２０８では６９５nm、第３の共振器１２０９
では４８０nmのレーザ光をそれぞれ発生する。そのため
ミラー１２０１の反射率は８２０〜８６０nmを透過し、
６３５nmを反射するように設定する。ミラー１２０２の
反射率は６３５nmを透過し、６９５nmと４８０nmを反射
するように設定する。ミラー１２０３の反射率は６９５
nmを透過し、６３５nmと４８０nmを反射するように設定
する。ミラー１２０４の反射率は８２０〜８６０nmを透
過し、６９５nmを反射するように設定する。ミラー１２
０５の反射率は６９５nmを透過し、４８０nmを反射する
ように設定する。６３５nm、６９５nmの光は外部へ出力
する必要がないため、１２０１と１２０３の６３５nmの
反射率、およびミラー１２０２と１２０４の６９５nmの
反射率は１００％で良い。４８０nmのレーザ光はミラー
１２０５で反射して外部へ出力するため、ミラー１２０
５の４８０nmの反射率は１００％、また４８０nmの光は
第３の共振器１２０９のミラー１２０３側から出力する
ためミラー１２０２の４８０nmの反射率は１００％、ミ
ラー１２０３の４８０nmの反射率はミラー１２０２より
低く設定する。

【００５７】図１２の動作について説明する。励起光源
１０６１，１０６２から出射された励起光はそれぞれ光
ファイバ１０１に入射する。光ファイバ１０１に入射し
た励起光はコアに添加したＰｒ³⁺とＹｂ³⁺に吸収され第
１の共振器１２０７で６３５nm、第２の共振器１２０８
で６９５nmのレーザ光を発生する。この際、光ファイバ
１００１を伝播可能な低次横モードのみで共振器が形成
されるために光ファイバ１００１内でパワー密度の高い
６３５nm、６９５nmの光を得ることができる。発生した
６３５nm、６９５nmの光は光ファイバ１００１のコアに
添加したＴｍ³⁺に吸収され第３の共振器１２０９で４８
０nmのレーザ光を発生する。４８０nmの光はミラー１２
０３から出力後、ミラー１２０５で全反射して光ファイ
バ外部へ出力する。

【００５８】なお、第３の共振器１２０９を第１と第２
の共振器１２０７，１２０８内に配置したが、第３の共
振器１２０９が第１と第２の共振器１２０８の外にあっ
てもよく、第３の共振器１２０９で用いる励起光の光パ
ワー密度が高くなるように構成すれば良い。

【００５９】図１１と図１２では第１と第２の共振器に
使用する励起光源、コアに添加する希土類が同じ例を示
したが、目的のレーザ光に合わせたシステムを構成すれ
ば良く、励起光源やコアに添加する希土類が同じである
必要はない。また、図１２のの実施の形態において得た
いレーザ光が４５５nmの場合、４８０nmを反射するミラ
ーを４５５nmを反射するミラーに置き換えればよい。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光ファ
イバレーザ装置では、励起光の入射が容易な状態の光フ
ァイバレーザの共振器内にコア径の小さい光ファイバを
配置することで、光パワー密度の高いレーザ光を得るこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態について説明する
ための構成図。

【図２】図１のテーパ型光導波路について説明するため
の斜視図。

【図３】この発明の第２の実施の形態について説明する
ための構成図。

【図４】この発明の第３の実施の形態について説明する
ための構成図。

【図５】この発明の第４の実施の形態について説明する
ための構成図。

【図６】この発明の第５の実施の形態について説明する
ための構成図。

【図７】図６の一部を拡大して示した構成図。

【図８】この発明の第６の実施の形態について説明する
ための構成図。

【図９】この発明の第７の実施の形態について説明する
ための構成図。

【図１０】この発明の第８の実施の形態について説明す
るための構成図。

【図１１】この発明の第９の実施の形態について説明す
るための構成図。

【図１２】この発明の第１０の実施の形態について説明
するための構成図。

【図１３】従来の光ファイバレーザの構成図。

【図１４】従来の光ファイバレーザの出力をコア径の小
さいファイバに入射する場合の説明図。

【図１５】従来のダブルクラッドファイバについて説明
するための斜視図。

【図１６】従来の光ファイバレーザの構成図でダブルク
ラッドファイバを用いた場合の構成図。

【図１７】従来の光ファイバレーザの構成図で屈折率の
違うファイバを用いた場合の構成図。

【符号の説明】

１０１，１０３，１０７，１０１１，１００１…光ファ
イバ、１０１ａ，１０２ａ，１０３ａ，１０１２…コ
ア、１０２，１１０７，１１０８,１２０６…テーパ型
光導波路、１０４，１０５，８０１，１１０１，１１０
２，１１０３，１１０４，１１０５，１１０６，１２０
１，１２０２，１２０３，１２０４，１２０５…ミラ
ー、１０６，１０６１，１０６２…励起光源、１０８…
共振器、６０１…凸レンズ、１００５，１１１０，１２
０７…第１の共振器、１００６，１１１１，１２０８…
第２の共振器、１２０９…第３の共振器、１１０９…光
導波路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川井 清幸 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5F072 AB07 AK06 JJ20 KK06 KK18 KK30 PP07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コアに希土類を添加し、該コアに励起光を
   照射してレーザ光を発生させる第１の光ファイバと、 前記第１の光ファイバよりもコア径の小さい第２の光フ
   ァイバと、 前記第１および第２の光ファイバ間を光接続する光学手
   段と、 前記励起光で前記第１および第２の光ファイバと前記光
   学手段間を光共振させるための共振手段とを具備してな
   ることを特徴とする光ファイバレーザ装置。
2. 【請求項２】光学手段は、コアがテーパ形状の光導波路
   であり、該テーパ形状光導波路の一端面のコア形状は希
   土類を添加した光ファイバのコアと同形状をしており、
   他端面のコア形状はコア径の小さい光ファイバのコアと
   同形状をしていることを特徴とする請求項１記載の光フ
   ァイバレーザ装置。
3. 【請求項３】光学手段は凸レンズであり、第１の光ファ
   イバ端面のコア形状と第２の光ファイバ端面のコア形状
   とが前記凸レンズを介して共役関係となっていることを
   特徴とする請求項１記載の光ファイバレーザ装置。
4. 【請求項４】コアに希土類を添加した光ファイバの前記
   光学手段側端面に励起光を反射するミラーを配置したこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファ
   イバレーザ装置。
5. 【請求項５】少なくともコアに希土類が添加された第１
   の光ファイバと該第１の光ファイバよりもコア径の小さ
   い第２の光ファイバと前記第１および第２の光ファイバ
   間を光接続する光学手段とを光共振器内に配置してなる
   第１のファイバレーザと、 コアに希土類を添加した第３の光ファイバに、前記第１
   のファイバレーザから発生したレーザ光を励起光として
   入射してレーザ光を発生する第２のファイバレーザとか
   らなることを特徴とする光ファイバレーザ装置。
6. 【請求項６】少なくともコアに希土類を添加した第１の
   光ファイバと該第１の光ファイバよりもコア径の小さい
   第２の光ファイバと前記第１および第２の光ファイバ間
   を光接続する光学手段とを光共振器内に配置してなる第
   １のファイバレーザと、 前記第２の光ファイバのコアに希土類を添加して前記第
   １のファイバレーザから発生したレーザ光を励起光とし
   てレーザ光を発生する第２のファイバレーザとからなる
   ことを特徴とする光ファイバレーザ装置。
7. 【請求項７】前記第１のファイバレーザの希土類はＰｒ
   ³⁺とＹｂ³⁺であり、励起光の波長は８２０nmから８６０
   nmの範囲とし、発生するレーザ光の波長は６３５nm付近
   と６９５nm付近であり、前記第２のファイバレーザの希
   土類はＴｍ³⁺であり、発生するレーザ光の波長は４５５
   nm付近または４８０nm付近であることを特徴とする請求
   項５または６記載のファイバレーザ装置。