JP2004031434A - ファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コヒーレント加算による加算効率に優れるファイバレーザ装置を提供することを課題とする。
【解決手段】コア２ａ，３ａ内のレーザ活性物質を励起光で励起してレーザ光を発生し、コア２ａ，３ａ内にレーザ光を伝播して端部２ｃ，３ｃより出力するファイバレーザ２，３を複数本備えるファイバレーザ装置１であって、各ファイバレーザ２，３は、両端部２ｂ，２ｃ，３ｂ，３ｃにおいてレーザ光を反射する共振器４，５構造を有するとともにコア２ａ，３ａの一部を細径化した構造を有し、各コア２ａ，３ａの細径化部分を近接し、コア２ａ，３ａ内から出たレーザ光により共振器４，５内で注入同期を行うことを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数本のファイバレーザを備えるファイバレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種レーザに関する開発が盛んに行われており、レーザの中でも高出力でかつ空間コヒーレンスが高いレーザが望まれている。そのための一つ方法として、複数のレーザの出力をコヒーレント加算（結合）して高出力化する方法が知られている。その一例として、レーザアレイ間のエバネッセント結合やタルボット鏡による回折結合によるレーザ間のコヒーレント加算（結合）の研究が進められている。エバネッセント結合の一例としては「Ｄｉｏｄｅ　Ｌａｓｅｒ　Ａｒｒａｙｓ（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ出版）」に開示されており、タルボット共振器の一例としては「レーザ研究（レーザー学会学会誌）」に開示されている。
【０００３】
【課題を解決しようとする課題】
しかし、上記したように従来の方法によるコヒーレント加算では、コヒーレント加算されるスーパモードの他にも様々なスーパモードを励振しやすい。また、コヒーレント加算された遠視野像もレーザアレイの空間周波数に対応したフリンジを持ち、ビームパターンが悪い。そのため、従来の方法では、これらが起因した損失の増大により、高い加算効率が得られない等の課題が多く、実用化に至っていない。特に、タルボット共振器の場合、位相結合を生じさせるために非常に精密な調整が必要であり、産業用として用いるには適さない。
【０００４】
そこで、本発明は、コヒーレント加算による加算効率に優れるファイバレーザ装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るファイバレーザ装置は、コア内のレーザ活性物質を励起光で励起してレーザ光を発生し、コア内にレーザ光を伝播して端部より出力するファイバレーザを複数本備えるファイバレーザ装置であって、各ファイバレーザは、両端部においてレーザ光を反射する共振器構造を有し、各ファイバレーザのコアの一部を近接し、任意のファイバレーザのコア内から出たレーザ光によって他のファイバレーザの共振器内で注入同期を行うことを特徴とする。
【０００６】
このファイバレーザ装置によれば、各ファイバレーザのコアからレーザ光がしみ出し、このしみ出したレーザ光が近接して配置されている他のファイバレーザのコア内に侵入してそのコア内を伝播しているレーザ光と結合して、共振器内で注入同期する。この際、複数本のファイバレーザのうち一本のファイバレーザからレーザ光が出力するように構成しておくと、そのファイバレーザの共振器内で高い加算効率でレーザ光がコヒーレント加算し、端部よりコヒーレント加算したレーザ光が出力する。
【０００７】
本発明の上記ファイバレーザ装置は、各ファイバレーザのコアの一部を細径化し、各コアの細径化部分を近接させるようにしてもよい。
【０００８】
このファイバレーザ装置によれば、コアを細径化することによってレーザ光が多量にしみ出し、注入同期を促進する。
【０００９】
本発明の上記ファイバレーザ装置は、細径化部分及び近接部分を光ファイバカプラで構成するようにしてもよい。
【００１０】
このファイバレーザ装置によれば、光ファイバカプラによりコアの細径化及びコア間の近接部分を構成することにより、装置全体を簡単に構築することができる。
【００１１】
本発明の上記ファイバレーザ装置は、複数本のファイバレーザのうち一本のファイバレーザ以外のファイバレーザのポート部に損失を与えるようにしてもよい。
【００１２】
このファイバレーザ装置によれば、一本のファイバレーザ以外のファイバレーザのポート部に曲げ損失等の損失を与えることにより、コヒーレント加算したレーザ光を出力するファイバレーザを特定することができる。これによって、ファイバレーザ装置における出力ポートのスイッチングを実現することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係るファイバレーザ装置の実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明は、高加算効率なコヒーレント加算を実現するために、複数本のファイバレーザのコアの一部を細径化してコア内からレーザ光をしみ出させ、そのしみ出したレーザ光を近接配置した他のファイバレーザのコア内に侵入させて注入同期を行うファイバレーザ装置を構成する。そして、このファイバレーザ装置では、ポート部への曲げ損失の印可等によって一本のファイバレーザからレーザ光を出力する状態としておくと、その一本のファイバレーザから他のファイバレーザのレーザ光とコヒーレント加算した出力が得られる。
【００１５】
本実施の形態では、本発明の概念について説明した後、本発明を適用した二本のファイバレーザを備えるファイバレーザ装置について詳細に説明する。また、本実施の形態では、本発明における細径化及び近接を行う部分の構成についても２つのパターンで説明する。
【００１６】
図１及び図２を参照して、本発明に係るファイバレーザ装置の概念について説明する。図１は、本発明に係るファイバレーザ装置の概念図である。図２は、本発明に係るＮ本のファイバレーザを備えるファイバレーザ装置におけるコヒーレント加算の模式図である。
【００１７】
ファイバレーザ装置１は、二本のファイバレーザ２，３を備えている。各ファイバレーザ２，３は、エルビウム（Ｅｒ）等のレーザ活性物質をコア２ａ，３ａ内に添加したシングルモードファイバレーザであり、一端部２ｂ，３ｂがレーザ光に対し完全反射かつ他端部２ｃ，３ｃがレーザ光に対して部分反射からなる共振器４，５を各々構成している。さらに、各ファイバレーザ２，３は、中間部２ｄ，３ｄにおいてコア２ａ，３ａの径を細く形成されている。そして、ファイバレーザ装置１では、コア２ａ，３ａを細径化した中間部２ｄ，３ｄが近接して配置されている。この近接化では、レーザ光の発振波長程度（数μｍ）に近接化する。なお、ファイバレーザ装置１では、中間部２ｄ，３ｄより出力側（光ファイバカプラで構成した場合には、光ファイバカプラより出力側）がファイバレーザ２，３のポート部である。
【００１８】
上記構成のファイバレーザ装置１において、各ファイバレーザ２，３のコア２ａ，３ａに励起光を照射すると、レーザ活性物質が励起されてレーザ発振が起こり、異なる発振波長のレーザ光を各々発生する。この際、ファイバレーザ装置１では、ファイバレーザ２，３の中間部２ｄ，３ｄにおいてコア２ａ，３ａが細径化されているので、その部分からレーザ光が多量にしみ出す。そして、そのしみ出したレーザ光の一部が、他方のファイバレーザ２，３のコア２ａ，３ａ内に侵入し、侵入されたコア２ａ，３ａで発生しているレーザ光と結合して共振器４，５内で注入同期する。このとき、ファイバレーザ２，３のいずれか一方のポート部に損失を与えると、損失を与えられていない他方のファイバレーザ２，３の他端部２ｃ，３ｃからコヒーレント加算されたレーザ光が出力する。このコヒーレント加算された出力は、ファイバレーザ２，３が独立してレーザ光を出力した場合の各レーザ光の出力値のほぼ加算値となる。
【００１９】
なお、コア２ａ，３ａの細径化することによりレーザ光のしみ出しを促進しているが、コア２ａ，３ａを細径化しない場合でも、コア２ａ，３ａからはレーザ光がしみ出すので、特に、コア２ａ，３ａを細径化しなくてもよい。最も重要点は、コア２ａ，３ａを近接して配置することである。コア２ａ，３ａ間の距離が短いほど、近接場相互作用が強くなり、コア２ａ，３ａを近接する区間を短くできる（光ファイバカプラで構成した場合には、光ファイバカプラの長さを短くできる）。一方、コア２ａ，３ａ間の距離が長くても、コア２ａ，３ａを近接する区間を長くすることにより同様の作用を得ることができる。
【００２０】
上記原理によるコヒーレント加算は、ファイバレーザの本数に関係なく実現可能である。図２に示すように、Ｎ本のファイバレーザ１２，・・・を備えるファイバレーザ装置１１は、各ファイバレーザ１２，・・・が上記したファイバレーザ２，３と同様の構成を有しており、各ファイバレーザ１２，・・・が独立してレーザ光を出力した場合の出力値をＰとする。このファイバレーザ装置１１では、一本を除いて他のファイバレーザ１２，・・・のポート部に損失を与えると、その損失を与えていない一本のファイバレーザ１２からＮ×Ｐの出力（但し、実際には損失によって数％程度出力が低下する）を得ることができる。
【００２１】
図３を参照して、本実施の形態に係るファイバレーザ装置２１の構成について説明する。図３は、本実施の形態に係るファイバレーザ装置の構成図である。
【００２２】
ファイバレーザ装置２１は、二本のファイバレーザ２２，２３を備えており、二本のファイバレーザ２２，２３のレーザ光をコヒーレント加算した出力を一方のファイバレーザから出力することができる。ファイバレーザ装置２１では、二本のファイバレーザ２２，２３を結合するためにその中間部２２ｄ，２３ｄに光ファイバカプラ２８が設けられており、この光ファイバカプラ２８によって二本のファイバレーザ２２，２３間のレーザ光のコヒーレント結合を行っている。
【００２３】
ファイバレーザ２２は、石英系シングルモード光ファイバ２２ｅのコア内にエルビウムを添加したシングルモードファイバレーザであり、光ファイバ２２ｅ全体で共振器２４を構成しているとともにＷＤＭ［Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ］結合器２６により励起光を導入している。そして、ファイバレーザ２２は、発振波長が１５５６．９ｎｍのレーザ光を他端部２２ｃのポートＡから出力し、非結合時に独立して出力した場合には１．３６Ｗの出力値である。また、ファイバレーザ２２は、レーザ間で偏光を同じにして高い加算効率を得るために、一端部２２ｂ側に偏波制御器３０を備えている。なお、コヒーレント加算は複数の電場の干渉のため、偏光が同じでないと高い加算効率が得られないので、ファイバレーザ装置２１では偏波制御器３０を用いており、ファイバレーザ２２ではなく、ファイバレーザ２３に設けてもよい。なお、偏波を保存するファイバを用いれば、偏波制御器３０は不要である。
【００２４】
共振器２４は、ファイバレーザ２２の一端部２２ｂに設けられたファイバ回折格子（ＦＢＧ［Ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　Ｇｒａｔｉｎｇ］）２４ａ及び他端部２２ｃに設けられた反射端面２４ｂから構成される。ファイバ回折格子２４ａは、波長が１５５６．９ｎｍの光を９９％より大きな反射率（ほぼ１００％の反射率）で反射し、それ以外の波長の光を透過する特性を有する。反射端面２４ｂは、波長が１５５６．９ｎｍの光を３．４％の反射率で反射するとともにその残りを透過する特性を有する。
【００２５】
ＷＤＭ結合器２６は、１４８４ｎｍで２．０５Ｗの励起光を共振器２４内のコアに結合させる。
【００２６】
ファイバレーザ２３は、石英系シングルモード光ファイバ２３ｅのコア内にエルビウムを添加したシングルモードファイバレーザであり、光ファイバ２３ｅ全体で共振器２５を構成しているとともにＷＤＭ結合器２７により励起光を導入している。そして、ファイバレーザ２３は、発振波長が１５５７．１ｎｍのレーザ光を他端部２３ｃのポートＢから出力し、非結合時に独立して出力した場合には１．４７Ｗの出力値である。
【００２７】
共振器２５は、ファイバレーザ２３の一端部２３ｂに設けられたファイバ回折格子（ＦＢＧ）２５ａ及び他端部２３ｃに設けられた反射端面２５ｂから構成される。ファイバ回折格子２５ａは、波長が１５５７．１ｎｍの光を９９％より大きな反射率（ほぼ１００％の反射率）で反射し、それ以外の波長の光を透過する特性を有する。反射端面２５ｂは、波長が１５５７．１ｎｍの光を３．４％の反射率で反射するとともにその残りを透過する特性を有する。
【００２８】
ＷＤＭ結合器２７は、１４８４ｎｍで２．０５Ｗの励起光を共振器２５内のコアに結合させる。
【００２９】
図４も参照して、光ファイバカプラ２８について説明する。図４は、図３の光ファイバカプラであり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は溶融延伸部の平面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【００３０】
光ファイバカプラ２８は、２×２で分岐比５０：５０の光ファイバカプラであり、二本の光ファイバ２２ｅ，２３ｅのコア２２ａ，２３ａからレーザ光をしみ出させ、そのしみ出したレーザ光を他方のコア２２ａ，２３ａ内で結合させる機能を有する。そのために、光ファイバカプラ２８は、二本の光ファイバ２２ｅ，２３ｅの中間部２２ｄ，２３ｄを溶融して延伸し、その二本の光ファイバ２２ｅ，２３ｅのクラッド２２ｆ，２３ｆ間を接合させた溶融延伸部２８ａを有する。溶融延伸部２８ａでは、光ファイバ２２ｅ，２３ｅ（コア２２ａ，２３ａ）が細径化し、コア２２ａ，２３ａが非常に近接して配置された状態となっている。
【００３１】
光ファイバカプラ２８では、溶融延伸部２８ａを石英系のサブストレート２８ｂ上に固定するとともにインバー２８ｃ，２８ｃ及びシール材２８ｄ，２８ｄで形成する熱膨張係数の小さい空間内で封止している。
【００３２】
また、ファイバレーザ装置２１は、コヒーレント加算したレーザ光を一方のファイバレーザ２２，２３から出力するために、他方の光ファイバ２２ｅ，２３ｅのポート部に損失を与えている。そのために、ファイバレーザ装置２１では、一方の光ファイバ２２ｅ，２３ｅのポート部の曲げ損失を積極的に増加させるために、光ファイバ２２ｅ，２３ｅの一方のポート部に曲げ損失部２９を設け、光ファイバ２２ｅ，２３ｅの一方のポート部の曲げ回数を多くして曲げ損失を強制的に増加している。図３では、光ファイバ２３ｅのポート部の曲げ損失を増加しているので、ファイバレーザ２２のポートＡからコヒーレント加算したレーザ光が出力する。
【００３３】
図５も参照して、ファイバレーザ装置２１の作用について説明する。図５は、ファイバレーザ装置の出力スペクトルを示す図である。
【００３４】
ファイバレーザ装置２１では、各ＷＤＭ結合器２６，２７から各光ファイバ２２ｅ，２３ｅのコア２２ａ，２３ａに励起光を結合すると、コア２２ａ，２３ａ内のエルビウムが励起状態となり、各共振器２４，２５内を往き来する。そして、各共振器２４，２５内でレーザ増幅を受け、各共振器２４，２５内で異なる発振波長（１５５６．９ｎｍと１５５７．１ｎｍ）のレーザ光を各々発生し、各レーザ光がコア２２ａ，２３ａ内を伝播する。
【００３５】
このとき、光ファイバカプラ２８の溶融延伸部２８ａでは、コア２２ａ，２３ａが細径化しているため、コア２２ａ，２３ａからレーザ光がしみ出す。また、一方の光ファイバ２３ｅには曲げ損失部２９において曲げによる損失が与えられているので、光ファイバカプラ２８の溶融延伸部２８ａでは、コア２３ａからしみ出したレーザ光が、近接して配置されているコア２２ａ内に引き込まれ、その引き込まれたレーザ光がコア２２ａを伝播する。そして、その引き込まれたレーザ光が、共振器２４内を往き来しているうちに、共振器２４において発生してコア２２ａを伝播しているレーザ光とコヒーレント結合し、位相が同期（注入同期）する。そして、このコヒーレント結合（加算）したレーザ光が、反射端面２４ｂを透過し、ポートＡより出力する。
【００３６】
ポートＡから出力したコヒーレント加算されたレーザ光は、２．５７Ｗの出力値であり、各ファイバレーザ２２，２３で独立して出力した場合（ポートＡ：１．３６Ｗ、ポートＢ：１．４７Ｗ）の２倍近い出力値である。また、図５に示すように、各ファイバレーザ２２，２３から独立してレーザ光を出力する場合には各共振器２４，２５の波長特性に応じて異なる出力スペクトルであるが、コヒーレント結合して出力する場合には各ファイバレーザ２２，２３の各発振波長の中間波長である１５５７．０５ｎｍ付近でシングルピークを示す出力スペクトルとなる。ちなみに、コヒーレント結合時には、ポートＢから出力されたレーザ光は、０．１７Ｗの出力値であり、ポートＡからの出力スペクトルと同様に、中間波長である１５５７．０５ｎｍ付近でシングルピークを示す出力スペクトルとなる。この場合、コヒーレント加算の加算効率は、９１％であり、十分に実用可能な加算効率である。なお、図５は、横軸が波長（ｎｍ）、縦軸が光の出力（Ｗ／ｎｍ）であり、実線がポートＡからの出力スペクトル、破線がポートＢからの出力スペクトルであり、太線がコヒーレント結合時の出力スペクトル、細線が各ファイバレーザ独立時の出力スペクトルである。
【００３７】
図６及び図７を参照して、ファイバレーザ装置２１における結合原理と印可する損失についてもう少し説明しておく。図６は、Ｙモードによる出力パターンを示す図であり、（ａ）はポートＡから出力する場合であり、（ｂ）はポートＢから出力する場合である。図７は、ファイバレーザ装置においてポートＡに印可する曲げ損失を変えた場合のポートＡ及びポートＢの出力の変化を示す図である。
【００３８】
ファイバレーザ装置２１では、二本のファイバレーザ２２，２３が共振器長やファイバ伝搬定数が完全にバランスされている場合、スーパモード理論により、ポートＡとポートＢに等価な出力を持ち、相対位相のみが異なる２つのモードに対角化される。しかし、共振器長を異ならせる等のアンバランスな状態にした場合、図６に示すように、ファイバレーザ装置２１では、引き込み効果等の影響により、一方のポートにのみ出力が集中し、各々のポート部を軸とする２つのＹモードに対角化される。つまり、２つのポートＡ，Ｂの損失をアンバランスにすることにより、２つのＹモードの閾値に差を与えることができ、損失が少ないポートのＹモードが選択的に励振される。
【００３９】
そこで、ファイバレーザ装置２１では、２つのＹモードの閾値に差を与えていずれかのＹモードを選択励振するために、一方のポート部の曲げ損失を強制的に大きくしている。図７は、横軸が曲げ損失（％）、縦軸がポートからの出力（Ｗ）であり、ポートＢ側の曲げ損失が９％の場合にポートＡ側の曲げ損失を変化させた場合のポートＡ及びポートＢの出力を示している。ポートＡ側へ与える曲げ損失が９％より小さい場合、ファイバレーザ装置２１では、ポートＡからコヒーレント加算されたレーザ光が出力する。一方、ポートＡ側へ与える曲げ損失が９％より大きい場合、ファイバレーザ装置２１では、ポートＢからコヒーレント加算されたレーザ光が出力する。また、ポートＡ側へ与える曲げ損失が９％程度の場合、ファイバレーザ装置２１では、ポートＡ側とポートＢ側では曲げ損失がほぼ等しくなり、ポートＡ及びポートＢから同程度のレーザ光が出力する。したがって、ファイバレーザ装置２１では、光ファイバ２２ｅ，２３ｅのポート部に損失を印可することにより、出力ポートのスイッチングを実現できる。
【００４０】
また、ファイバレーザを利用してレーザ光をコヒーレント加算することによって高い加算効率が得られる理由についてもう少し説明しておく。ファイバレーザは、共振器長が１０ｍ前後と長いために縦モード間隔が１０ＭＨｚ程度に過ぎないので、注入同期におけるＬｏｃｋｉｎｇ　Ｒａｎｇｅとほぼ同等であり、ファイバレーザ間の縦モードの僅かな違いが補償される。そのため、マルチ縦モードのファイバレーザにかかわらず、高加算効率が実現できると考えられる。また、ファイバレーザの特長である横モードの完全な制御性、長共振器長による縦モード間隔の高密度性や高利得特性等が、従来にない高い加算効率を得るために寄与していると考えられる。
【００４１】
このファイバレーザ装置２１によれば、光ファイバカプラ２８によってコア２２ａ，２３ａを細径化するとともに近接して配置し、一方の光ファイバ２２ｅ，２３ｅのポート部に損失を与えるだけの簡単な構成によりレーザ光のコヒーレント加算を実現でき、しかも、加算効率が非常に高い。また、このファイバレーザ装置２１では、一方の光ファイバ２２ｅ，２３ｅのポート部に損失を与えることによって、出力ポートのスイッチングを実現できる。さらに、このファイバレーザ装置２１では、一方のコアからしみ出したレーザ光によって他方の共振器内で注入同期を行うので、位相結合するために精密な調整を必要としない。
【００４２】
図８を参照して、コアの細径化及び近接を行う部分を一体型ファイバカプラで構成した場合のファイバレーザ装置３１について説明する。図８は、コアの細径化及び近接を行う部分を一体型ファイバカプラで構成した場合の模式図である。
【００４３】
ファイバレーザ装置３１は、八本のファイバレーザ３２〜３９を備えており、八本のファイバレーザ３２〜３９のレーザ光をコヒーレント加算した出力を一本のファイバレーザから出力することができる。そのために、ファイバレーザ装置３１には光ファイバカプラ４０が設けられており、この光ファイバカプラ４０によって八本のファイバレーザ３２〜３９間のレーザ光のコヒーレント結合を行っている。八本のファイバレーザ３２〜３９は、上記したファイバレーザ２２，２３と同様の構成を有するものとする。なお、各ファイバレーザ３２〜３９のレーザ光の発振波長は異なっていてもよいが、各共振器の発振可能帯域は重なっていなければならない。
【００４４】
光ファイバカプラ４０は、８×８で等分岐比の光ファイバカプラであり、八本の光ファイバ３２ｅ〜３９ｅのコアからレーザ光をしみ出させ、そのしみ出したレーザ光を他のコア内で結合させる機能を有する。そのために、光ファイバカプラ４０は、八本の光ファイバ３２ｅ〜３９ｅを溶融して延伸し、その八本の光ファイバ３２ｅ〜３９ｅのクラッド間を接合させた溶融延伸部を有する。溶融延伸部では、八本の光ファイバ３２ｅ〜３９ｅ（コア）が細径化し、八本のコアが非常に近接して配置された状態となっている。
【００４５】
また、ファイバレーザ装置３１は、コヒーレント加算したレーザ光を一本のファイバレーザから出力するために、他の七本の光ファイバに損失を与えている。図８の例では、ファイバレーザ３５から出力するために、その他の七本の光ファイバ３２ｅ〜３４ｅ，３６ｅ〜３９ｅに損失を与えている。このように構成すると、ファイバレーザ装置３１では、各ファイバレーザ３２〜３９から独立して出力した場合の８倍弱のレーザ出力がファイバレーザ３５から得られる。
【００４６】
ファイバレーザ装置３１によれば、８×８の光ファイバカプラ４０によって八本のファイバレーザ３２〜３９を結合する簡単な構成で、高出力のレーザ出力を高加算効率で得ることができる。この例では８×８の光ファイバカプラ４０で８倍弱のレーザ出力を得る構成について説明したが、その数に限定することなく、Ｎ×Ｎの光ファイバカプラによりＮ倍弱のレーザ出力を得ることが可能である。
【００４７】
図９を参照して、コアの細径化及び近接を行う部分をカスケード接続で構成した場合のファイバレーザ装置５１について説明する。図９は、コアの細径化及び近接を行う部分をカスケード接続で構成した場合の模式図である。
【００４８】
ファイバレーザ装置５１は、八本のファイバレーザ５２〜５９を備えており、八本のファイバレーザ５２〜５９のレーザ光をコヒーレント加算した出力を一本のファイバレーザから出力することができる。そのために、ファイバレーザ装置５１では、第一階層として、四個の２×２の光ファイバカプラ６０〜６３によって二本毎にファイバレーザ５２〜５９を結合する。さらに、ファイバレーザ装置５１では、第二階層として、二個の２×２の光ファイバカプラ６４，６５によって、コヒーレント加算されたレーザ光を出力する四本のファイバレーザ５３，５４，５７，５８を二本毎に結合する。さらに、ファイバレーザ装置５１では、第三階層として、一個の２×２の光ファイバカプラ６６によって、コヒーレント加算されたレーザ光を出力する二本のファイバレーザ５４，５７を結合する。八本のファイバレーザ５２〜５９は、上記したファイバレーザ２２，２３と同様の構成を有するものとする。なお、各ファイバレーザ５２〜５９のレーザ光の発振波長は異なっていてもよいが、各共振器の発振可能帯域は重なっていなければならない。また、光ファイバカプラ６０〜６６は、上記した光ファイバカプラ２８と同様の構成を有するものとする。
【００４９】
また、ファイバレーザ装置５１は、コヒーレント加算したレーザ光を一本のファイバレーザから出力するために、他の七本の光ファイバに段階的に損失を与えている。図９の例では、まず、第１階層でファイバレーザ５３，５４，５７，５８から出力するためにその他の四本の光ファイバ５２ｅ，５５ｅ，５６ｅ，５９ｅに損失を与え、さらに、第二階層でファイバレーザ５４，５７から出力するためにその他の二本の光ファイバ５３ｅ，５８ｅに損失を与え、第三階層でファイバレーザ５４から出力するためにその他の一本の光ファイバ５７ｅに損失を与えている。このように構成すると、ファイバレーザ装置５１では、各ファイバレーザ５２〜５９から独立して出力した場合の８倍弱のレーザ出力がファイバレーザ５４から得られる。
【００５０】
ファイバレーザ装置５１によれば、７個の２×２の光ファイバカプラ６０〜６６を用いてカスケード接続することによって、八本のファイバレーザ５２〜５９のコヒーレント結合を実現し、高出力のレーザ出力を高加算効率で得ることができる。この例では７個の２×２の光ファイバカプラ６０〜６６を用いて８個のファイバレーザ５２〜５９をコヒーレン結合する構成について説明したが、その数に限定することなく、簡単な構成により多段でコヒーレント加算することができる。また、４×４や３×３の光ファイバカプラ等を用いてカスケード接続によって、多段でコヒーレント加算することも可能である。
【００５１】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００５２】
例えば、本実施の形態ではファイバレーザ装置に二本のファイバレーザを備える構成について詳細に説明したが、三本以上のファイバレーザを備えるファイバレーザ装置でも同様の作用効果を有し、多数本のファイバレーザにより高出力のレーザ光を得ることが可能となる。
【００５３】
また、本実施の形態では損失として曲げ損失を与えたが、端面に処理を施す等の他の手段により損失を与えてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態ではコアの細径化部分に光ファイバカプラ、共振器としてＦＢＧや励起光の導入にＷＤＭ結合器等を用いたが、これら構成に限定されることなく、その他の手段によって各部を構成してよい。特に、コアの細径化部分は、光ファイバカプラでなくても、ビームスプリッタであればよい。
【００５５】
また、本実施の形態でレーザ活性物質としてエルビウムを用いたが、他の希土類元素等を用いてもよい。
【００５６】
また、本実施の形態では二本のファイバレーザのレーザ光の発振波長を異なる波長（１５５６．９ｎｍと１５５７．１ｎｍ）としたが、同じ波長でもよい。異なる波長とする場合には、各共振器の発振可能帯域は重なっていなければならない。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係るファイバレーザ装置は、コア間を近接させてコアからしみ出したレーザ光によって注入同期させるという簡単な構成で、加算効率が非常に高いレーザ間のコヒーレント加算を実現できる。また、このファイバレーザ装置は、一方のコアからしみ出したレーザ光によって他方の共振器内で注入同期を行うので、位相結合するために精密な調整を必要としない。そのため、このファイバレーザ装置は、広く産業用として実用可能である。
【００５８】
さらに、本発明に係るファイバレーザ装置は、光ファイバカプラによりコアの細径化部分及びコア間の近接部分を構成することにより、装置全体を簡単に構築することができる。また、本発明に係るファイバレーザ装置は、出力をさせるファイバレーザ以外のファイバレーザのポート部に損失を印可することにより、出力先を制御でき、スイッチングが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るファイバレーザ装置の概念図である。
【図２】本発明に係るＮ本のファイバレーザを備えるファイバレーザ装置におけるコヒーレント加算の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るファイバレーザ装置の構成図である。
【図４】図３の光ファイバカプラであり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は溶融延伸部の平面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図５】図３のファイバレーザ装置の出力スペクトルを示す図である。
【図６】Ｙモードによる出力パターンを示す図であり、（ａ）はポートＡから出力する場合であり、（ｂ）はポートＢから出力する場合である。
【図７】図３のファイバレーザ装置においてポートＡに印可する損失を変えた場合のポートＡ及びポートＢの出力の変化を示す図である。
【図８】本発明に係るコアの細径化及び近接を行う部分を一体型ファイバカプラで構成した場合のファイバレーザ装置の模式図である。
【図９】本発明に係るコアの細径化及び近接を行う部分をカスケード接続で構成した場合の模式図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，５１…ファイバレーザ装置、２，３，１２，２２，２３，３２〜３９，５２〜５９…ファイバレーザ、２ａ，３ａ，２２ａ，２３ａ…コア、２ｂ，３ｂ，２２ｂ，２３ｂ…一端部、２ｃ，３ｃ，２２ｃ，２３ｃ…他端部、２ｄ，３ｄ，２２ｄ，２３ｄ…中間部、２２ｅ，２３ｅ，３２ｅ〜３９ｅ、５２ｅ〜５９ｅ…光ファイバ、２２ｆ，２３ｆ…クラッド、４，５，２４，２５…共振器、２４ａ，２５ａ…ファイバ回折格子、２４ｂ，２５ｂ…反射端面、２６，２７…ＷＤＭ結合器、２８，４０，６０〜６６…光ファイバカプラ、２８ａ…溶融延伸部、２８ｂ…サブストレート、２８ｃ…インバー、２８ｄ…シール材、２９…曲げ損失部、３０…偏波制御器

Claims (4)

1. コア内のレーザ活性物質を励起光で励起してレーザ光を発生し、コア内にレーザ光を伝播して端部より出力するファイバレーザを複数本備えるファイバレーザ装置であって、
   前記各ファイバレーザは、両端部においてレーザ光を反射する共振器構造を有し、
   前記各ファイバレーザのコアの一部を近接し、任意のファイバレーザのコア内から出たレーザ光によって他のファイバレーザの共振器内で注入同期を行うことを特徴とするファイバレーザ装置。
2. 前記各ファイバレーザは、コアの一部を細径化した構造を有し、
   前記各コアの細径化部分を近接することを特徴とする請求項１に記載するファイバレーザ装置。
3. 前記細径化部分及び前記近接部分を光ファイバカプラで構成することを特徴とする請求項２に記載するファイバレーザ装置。
4. 前記複数本のファイバレーザのうち一本のファイバレーザ以外のファイバレーザのポート部に損失を与えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載するファイバレーザ装置。

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