JP2004193152A

JP2004193152A - 光源装置

Info

Publication number: JP2004193152A
Application number: JP2002355484A
Authority: JP
Inventors: Takamasa Yamashita; 高雅山下; Daisuke Kaneya; 大祐金屋; 実 ▲吉▼田; Minoru Yoshida
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】ダブルクラッドファイバを用いた光源装置において、不所望な発振を抑制し、あるいは、発振光を抑圧して励起光源などへの悪影響を低減する。
【解決手段】ダブルクラッドファイバ４に、レーザーダイオード２からの励起光を入射させてＡＳＥを出力する光源装置であって、
ダブルクラッドファイバ４の励起光が入射される側に、ダブルクラッドファイバ４のコア５を伝搬する発振光を吸収して損失を与える損失体を含む発振抑圧用ダブルクラッドファイバ１１を設け、レーザーダイオード２とダブルクラッドファイバ４の端面４ａとの間の不所望な発振を抑制するようにしている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＳＥ（ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓＥｍｉｓｓｉｏｎ：自然放出光）を出力するＡＳＥ光源やファイバレーザなどの光源装置に関し、更に詳しくは、ダブルクラッドファイバ（ＤｏｕｂｌｅＣｌａｄＦｉｂｅｒ：ＤＣＦ）を用いた光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡＳＥ光源やファイバレーザなどの光源装置の光パワーは、例えば、通信用途における伝送距離を長くしたり、あるいは、加工用途における加工時間を短縮するなどのために、高出力化が望まれている。
【０００３】
希土類元素をドープした通常のシングルモード光ファイバを用いた光源装置では、コアに励起光を直接入射するために、高出力化が困難であったが、ダブルクラッドファイバでは、コアに比べて遥かに大きな面積を有する内側クラッドから励起光を入射することで高出力化を図ることができ、かかるダブルクラッドファイバを用いたファイバレーザも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ダブルクラッドファイバは、励起光活性物質として希土類元素がドープされたコアと、このコアの周囲を覆う内側クラッドと、この内側クラッドの周囲を覆う外側クラッドとから構成されており、内側クラッドは、励起光を導光し、外側クラッドは、励起光を内側クラッドに閉じ込めるものであり、上述のように、コアに比べて遥かに大きな面積を有する内側クラッドから励起光を導入するので、高出力化を図ることができるものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１３３４６号公報（図１０）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図３は、かかるダブルクラッドファイバを用いた光源装置としてのＡＳＥ光源の構成例を示す図である。
【０００７】
同図において、２は励起光源としてのレーザーダイオード、３はマルチモードファイバ、４はダブルクラッドファイバである。ダブルクラッドファイバ４は、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素がドープされたコア５と、このコア５の外周を覆う内側クラッド６と、この内側クラッド６の外周を覆う外側クラッド７とを有している。
【０００８】
このＡＳＥ光源では、レーザーダイオード２からの励起光を、マルチモードファイバ３を介してダブルクラッドファイバ４に入射すると、励起光によってダブルクラッドファイバ４のエルビウムが励起されてＡＳＥ（自然放出光）が放出されて端面４ａから出力される。
【０００９】
かかるダブルクラッドファイバ４を用いたＡＳＥ光源では、従来のシングルモードファイバを用いたＡＳＥ光源に比べて、励起パワーが、例えば、数Ｗ〜数十Ｗ程度と大きく、高出力、例えば、Ｗクラスとなるために、レーザーダイオード２内部のレンズや発光体とダブルクラッドファイバ４の端面４ａとの間で不所望な発振が生じ易く、発振が生じた場合には、発振光が前後のデバイス、例えば、レーザーダイオード２に入射してその出力を不安定にしたり、レーザーダイオード２を損傷させるといった難点がある。
【００１０】
なお、この図３においては、後述の本発明との比較のために、ダブルクラッドファイバ４への励起光のファイバ径に対する強度分布およびレーザーダイオード２へのＡＳＥあるいは発振光のファイバ径に対する強度分布の略図を併せて示している。
【００１１】
図４は、ダブルクラッドファイバを用いた光源装置としてのファイバレーザの構成例を示す図である。
【００１２】
同図において、２１は励起光源としてのレーザーダイオード、２２はマルチモードファイバ、２３はダブルクラッドファイバ、２４は反射器としての反射ミラーであり、ダブルクラッドファイバ２３は、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素がドープされたコア２５と、このコア２５の外周を覆う内側クラッド２６と、この内側クラッド２６の外周を覆う外側クラッド２７とを有している。
【００１３】
このファイバレーザは、ダブルクラッドファイバ２３をレーザ媒質とし、反射ミラー２４とダブルクラッドファイバ２３の端面２３ａとでファブリペロー型の共振器を構成しており、レーザダイオード２１からの励起光を、マルチモードファイバ２２および反射ミラー２４を介してダブルクラッドファイバ２３に入射させることにより、レーザ発振が行われてレーザ発振光が端面２３ａから出力される。
【００１４】
かかるダブルクラッドファイバ２３を用いたファイバレーザでは、レーザ発振光は、上述のＡＳＥ光源の場合と同様に、シングルモードファイバを用いた場合に比べて高出力であるために、前後のデバイス、例えば、反射ミラー２４を透過してレーザダイオード２１に入射してその出力を不安定にしたり、レーザーダイオード２１を損傷させるといった難点がある。
【００１５】
なお、この図４においては、後述の本発明との比較のために、反射ミラー２４を透過したレーザ発振光およびダブルクラッドファイバ２３からのレーザ発振光のファイバ径に対する強度分布の略図を併せて示している。
【００１６】
本発明は、以上のような点に鑑みて為されたものであって、ダブルクラッドファイバを用いた光源装置において、不所望な発振を抑制し、あるいは、レーザ発振光による悪影響を低減することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
【００１８】
すなわち、本発明の光源装置は、励起光活性物質がドープされたコア、該コアの外周を覆う内側クラッドおよび該内側クラッドの外周を覆う外側クラッドを有するダブルクラッドファイバに、励起光源からの励起光を入射させてＡＳＥ（自然放出光）を出力する光源装置であって、前記ダブルクラッドファイバの前記励起光が入射される側に、該ダブルクラッドファイバの前記コアを伝搬する光に損失を与える損失体を設けている。
【００１９】
ここで、励起光活性物質とは、励起光によって活性される物質であって、例えば、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素である。
【００２０】
損失体は、ダブルクラッドファイバのコアを伝搬する光に損失を与えるものであればよく、例えば、前記コアを伝搬する光を吸収したり、あるいは、散乱したり、反射したりして損失を与えるものであればよい。
【００２１】
本発明によると、ダブルクラッドファイバの励起光が入射される側には、ダブルクラッドファイバのコアを伝搬する光に損失を与える損失体を設けたので、励起光にほとんど影響を与えることなく、ダブルクラッドファイバのコアで発生するＡＳＥあるいは発振光の内、励起光が入射される側に伝搬するＡＳＥあるいは発振光に対して損失体によって損失を与えることができ、これによって、例えば、レーザダイオードなどの励起光源とダブルクラッドファイバの端面との間で生じる不所望な発振を抑制することができる。
【００２２】
また、本発明の光源装置は、励起光活性物質がドープされたコア、該コアの外周を覆う内側クラッドおよび該内側クラッドの外周を覆う外側クラッドを有するダブルクラッドファイバに、励起光源からの励起光を入射させて前記ダブルクラッドファイバをレーザ媒質としてレーザ発振を行う光源装置であって、前記ダブルクラッドファイバの前記励起光が入射される側に、該ダブルクラッドファイバの前記コアを伝搬する光に損失を与える損失体を設けており、好ましくは、前記損失体は、前記ダブルクラッドファイバの前記励起光が入射される側に、反射器を介して配置される。
【００２３】
本発明によると、ダブルクラッドファイバの励起光が入射される側には、ダブルクラッドファイバのコアを伝搬する光に損失を与える損失体を設けたので、励起光にほとんど影響を与えることなく、ダブルクラッドファイバのコアで発生するレーザ発振光の内、励起光が入射される側に伝搬して反射器を透過したレーザ発振光に対して損失体によって損失を与えることができ、これによって、反射器を透過したレーザ発振光が、レーザダイオードなどの励起光源に悪影響を与えるのを低減できる。
【００２４】
本発明の一実施態様においては、金属元素がドープされた光ファイバまたは濃度消光が生じる光ファイバによって、前記ダブルクラッドファイバの前記コアを伝搬する光を吸収して損失を与えるものであり、好ましくは、前記光ファイバが溶融着接続されるものである。
【００２５】
ここで、金属元素は、ダブルクラッドファイバのコアを伝搬する光を吸収するなどして損失を与えることができれば、その種類は、特に限定されるものではない。
【００２６】
本発明によると、例えば、希土類元素が濃度消光が生じる濃度までドープされた光ファイバあるいは金属元素がドープされた光ファイバを用いて容易にダブルクラッドファイバのコアを伝搬する光を吸収して損失を与えることができ、また、ドープする元素等の選択によってＡＳＥや発振光の波長に容易に対応することができ、また、溶融着接続することによって、反射等を防止することができる。
【００２７】
他の例として、発振波長が予め分かっているのであれば、その波長をコアからクラッドへ放出するような長周期ファイバグレーティングを付加、あるいは、直接コアへ作製してもよい。
【００２８】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る光源装置としてのＡＳＥ光源１の構成を示す図であり、上述の図３に対応する部分には、同一の参照符号を付す。また、この図１においては、励起光のファイバ径に対する強度分布およびＡＳＥあるいは発振光のファイバ径に対する強度分布の略図を併せて示している。
【００３０】
この実施の形態のＡＳＥ光源１は、励起光源としてのレーザーダイオード２と、マルチモードファイバ３と、ダブルクラッドファイバ４とを備えており、ダブルクラッドファイバ４は、励起光活性物質としてのＥｒ（エルビウム）などの希土類元素がドープされたコア５と、このコア５の外周を覆う内側クラッド６と、この内側クラッド６の外周を覆う外側クラッド７とを有している。以上の構成は、上述の図３と同様である。
【００３１】
この実施の形態では、レーザーダイオード２内部のレンズや発光体とダブルクラッドファイバ４の端面４ａとの間で不所望な発振が生じるのを抑制するために次のように構成している。
【００３２】
すなわち、発振を抑制するには、発振光に損失を与えて共振器となっている部分における利得よりも損失を大きくすればよく、また、上述の図３およびこの図１のＡＳＥあるいは発振光の強度分布に示されるように、ダブルクラッドファイバ４におけるＡＳＥあるいは発振光は、ダブルクラッドファイバ４のシングルモードのコア５で発生しているので、このコア５を伝搬する光に損失を与えればよい。
【００３３】
そこで、この実施の形態では、ダブルクラッドファイバ４の励起光が入射される側の端面４ｂとマルチモードファイバ３との間に、ダブルクラッドファイバ４のコア５を伝搬するＡＳＥあるいは発振光に損失を与えて発振を抑制する損失体を含む発振抑制用ダブルクラッドファイバ１１を設けている。
【００３４】
この発振抑制用ダブルクラッドファイバ１１は、コア１２と、内側クラッド１３と、外側クラッド１４とから構成されており、ダブルクラッドファイバ４のコア５を伝搬するＡＳＥあるいは発振光を吸収して損失を与えるために、損失体としてのコア１２には、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素が高濃度、例えば、濃度消光が生じる程度の高濃度にドープされている。なお、損失を与えることができれば、その濃度は、適宜設定すればよい。
【００３５】
この発振抑制用ダブルクラッドファイバ１１の両端は、マルチモードファイバ３およびダブルクラッドファイバ４にそれぞれ溶融着接続されている。
【００３６】
かかる構成を有するＡＳＥ光源１では、レーザーダイオード２からの励起光を、マルチモードファイバ３および発振抑制用ダブルクラッドファイバ１１を介してダブルクラッドファイバ４に入射すると、励起光によってダブルクラッドファイバ４のエルビウムが励起されて、例えば、１μｍ帯あるいは１．５５μｍ帯のＡＳＥ（自然放出光）が放出されてダブルクラッドファイバ４の端面４ａから出力される。
【００３７】
発振抑制用ダブルクラッドファイバ１１に入射される励起光は、図１に示されるように、強度分布がコアの径方向に沿ってほぼ平坦であるのに対して、ＡＳＥあるいは発振光は、ダブルクラッドファイバ４の中心部のコア５で発生するので、その強度分布は、中心部に集中したものとなる。
【００３８】
この実施の形態では、ダブルクラッドファイバ４のコア５に対応して中心部に損失体としてのコア１２を含む発振抑制用ダブルクラッドファイバ１１を設けているので、発振抑制用ダブルクラッドファイバ１１を通過した励起光の強度分布に示されるように、励起光にはほとんど影響を与えることなく、発振抑制用ダブルクラッドファイバ１１の前後のＡＳＥあるいは発振光の強度分布に示されるように、ダブルクラッドファイバ４のコア５を伝搬するＡＳＥあるいは発振光のみに大きな損失を与えることができる。
【００３９】
これによって、レーザーダイオード２内部のレンズや発光体とダブルクラッドファイバ４の端面４ａとの間で不所望な発振が生じるのを抑制することができ、これによって、発振光が前後のデバイス、例えば、レーザーダイオード２に入射してその出力を不安定にしたり、レーザーダイオード２を損傷させるといったことを防止できることになる。
【００４０】
このようにして不所望な発振を抑制できるので、ダブルクラッドファイバ４の端面４ａに発振を抑制するための特殊な加工を施すといった必要もない。
【００４１】
なお、発振抑制用ダブルクラッドファイバ１１のコア１２の屈折率を高く、すなわち、比屈折率差を大きくすることによって、損失を大きくしてもよい。
【００４２】
（実施の形態２）
図２は、本発明の他の実施の形態に係る光源装置としてのファイバレーザの構成図であり、上述の図４に対応する部分には、同一の参照符号を付す。また、この図２においては、レーザ発振光のファイバ径に対する強度分布の略図を併せて示している。
【００４３】
この実施の形態のファイバレーザ２０は、励起光源としてのレーザーダイオード２１と、マルチモードファイバ２２と、ダブルクラッドファイバ２３と、反射ミラー２４とを備えており、ダブルクラッドファイバ２３をレーザ媒質とし、反射ミラー２４とダブルクラッドファイバ２３の端面２３ａとでファブリペロー型の共振器を構成している。ダブルクラッドファイバ２３は、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素がドープされたコア２５と、このコア２５の外周を覆う内側クラッド２６と、この内側クラッド２６の外周を覆う外側クラッド２７とを有している。以上の構成は、上述の図４と同様である。
【００４４】
この実施の形態では、ダブルクラッドファイバ２３の端面２３ａとの間で共振器を構成する反射ミラー２４を透過するレーザ発振光が、レーザダイオード２１に入射してその出力を不安定にしたり、レーザーダイオード２１を損傷させるといったことを防止するために、次のように構成している。
【００４５】
すなわち、この実施の形態では、ダブルクラッドファイバ２３の励起光が入射される側の反射ミラー２４とマルチモードファイバ２２との間に、反射ミラー２４を透過したダブルクラッドファイバ２３のコア２５を伝搬するレーザ発振光に損失を与えてレーザ発振光を抑圧するための損失体を含む発振光抑圧用ダブルクラッドファイバ２８を設けている。
【００４６】
この発振光抑圧用ダブルクラッドファイバ２８は、コア２９と、内側クラッド３０と、外側クラッド３１とから構成されており、反射ミラー２４を透過したダブルクラッドファイバ２３のコア２５を伝搬するレーザ発振光を吸収して損失を与えるために、損失体としてのコア２９には、Ｅｒ（エルビウム）などの希土類元素が高濃度、例えば、濃度消光が生じる程度の高濃度にドープされている。
【００４７】
この発振光抑圧用ダブルクラッドファイバ２８は、マルチモードファイバ２２と溶融着接続されている。
【００４８】
かかる構成を有するファイバレーザ２０では、レーザダイオード２１からの励起光を、マルチモードファイバ２２および発振光抑圧用ダブルクラッドファイバ２８を介してダブルクラッドファイバ２３に入射させることにより、レーザ発振が行われて、例えば、１μｍ帯あるいは１．５５μｍ帯のレーザ発振光がダブルクラッドファイバ２３の端面２３ａから出力される。
【００４９】
この実施の形態では、ダブルクラッドファイバ２３のコア２５に対応して中心部に損失体としてのコア２９を含む発振光抑圧用ダブルクラッドファイバ２８を設けているので、発振光抑圧用ダブルクラッドファイバ２８の前後のレーザ発振光の強度分布に示されるように、反射ミラー２４を透過したレーザ発振光に大きな損失を与えることができる。
【００５０】
これによって、レーザーダイオード２１に入射するレーザ発振光のパワーをほぼゼロにすることができ、レーザーダイオード２１の出力が不安定になるのを防止することができ、安定した発振が行えることになる。
【００５１】
なお、反射ミラー２４に代えて、反射器としてＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）を用いてもよく、また、反射器を、ダブルクラッドファイバの両端に設けて共振器を構成してもよい。
【００５２】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、ダブルクラッドファイバ１１，２８を用いて損失を与えるようにしたけれども、ダブルクラッドファイバに代えてシングルモードファイバなどの他の光ファイバを用いてもよい。
【００５３】
また、上述の実施の形態では、希土類元素を高濃度にドープしたダブルクラッドファイバ１１，２８を用いて損失を与えたけれども、本発明の他の実施の形態として、金属元素や他の不純物をドープした光ファイバを用いて損失を与えるようにしてもよい。
【００５４】
本発明の他の実施の形態として、マルチモードファイバ３，２２省略してもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＡＳＥを出力する光源装置において、ダブルクラッドファイバの励起光が入射される側には、ダブルクラッドファイバのコアを伝搬する光に損失を与える損失体を設けたので、励起光にほとんど影響を与えることなく、励起光が入射される側に伝搬するダブルクラッドファイバからの発振光に損失を与えて不所望な発振を抑制することができ、これによって、発振光が、ダブルクラッドファイバの前後のデバイス、例えば、レーザーダイオードなどの励起光源に入射してその出力を不安定にしたり、励起光源を損傷させるといったことを防止できることになる。
【００５６】
また、本発明によれば、レーザ発振光を出力する光源装置において、ダブルクラッドファイバの励起光が入射される側には、ダブルクラッドファイバのコアを伝搬する光に損失を与える損失体を設けたので、励起光にほとんど影響を与えることなく、励起光が入射される側に伝搬して反射器を透過したレーザ発振光に損失を与えてレーザーダイオードなどの励起光源に悪影響を与えるのを抑制して安定な発振を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る光源装置の構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の光源装置の構成図である。
【図３】ＡＳＥ光源の構成図である。
【図４】ファイバレーザの構成図である。
【符号の説明】
１，２０光源装置
２，２１レーザーダイオード
４，２３ダブルクラッドファイバ
１１発振抑制用ダブルクラッドファイバ
２４反射ミラー
２８発振光抑圧用ダブルクラッドファイバ

Claims

励起光活性物質がドープされたコア、該コアの外周を覆う内側クラッドおよび該内側クラッドの外周を覆う外側クラッドを有するダブルクラッドファイバに、励起光源からの励起光を入射させてＡＳＥ（自然放出光）を出力する光源装置であって、
前記ダブルクラッドファイバの前記励起光が入射される側に、該ダブルクラッドファイバの前記コアを伝搬する光に損失を与える損失体を設けたことを特徴とする光源装置。
励起光活性物質がドープされたコア、該コアの外周を覆う内側クラッドおよび該内側クラッドの外周を覆う外側クラッドを有するダブルクラッドファイバに、励起光源からの励起光を入射させて前記ダブルクラッドファイバをレーザ媒質としてレーザ発振を行う光源装置であって、
前記ダブルクラッドファイバの前記励起光が入射される側に、該ダブルクラッドファイバの前記コアを伝搬する光に損失を与える損失体を設けたことを特徴とする光源装置。
前記損失体は、前記ダブルクラッドファイバの前記励起光が入射される側に、反射器を介して配置される請求項２記載の光源装置。
金属元素がドープされた光ファイバまたは濃度消光が生じる光ファイバによって、前記ダブルクラッドファイバの前記コアを伝搬する光を吸収して損失を与える請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
前記光ファイバが溶融着接続される請求項４記載の光源装置。