JP2005093817A - ファイバレーザ装置及びレーザ光の増幅方法、光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的低出力での光増幅が可能で、また高出力化の可能なファイバレーザ装置、レーザの増幅方法、またこれを利用した光学装置を提供する。
【解決手段】 励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅する光増幅ファイバ７を有するファイバレーザ装置３０であって、この光増幅ファイバ７から出射される増幅レーザ光を分離して、その一部が光増幅ファイバ７の被増幅レーザ光入射側７Ａから入射される構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅する光増幅ファイバを有するファイバレーザ装置及びレーザ光の増幅方法、光学装置に関する。

励起用レーザ光を注入することにより、出力の低い被増幅レーザ光を増幅させて出射する光増幅ファイバ、いわゆるファイバアンプレーザは、例えば第２高調波光を発生するために高い出力を必要とする場合など、種々の分野に利用されている（例えば特許文献１参照。）。

この光増幅ファイバを用いたファイバレーザ装置の一例を図１２の概略構成図を参照して説明する。
励起用レーザ１から出射された励起用レーザ光は、伝送用光ファイバ２を経由して、レンズ３を介して波長選択ミラー５を通過し、レンズ４で集光されて、光増幅ファイバ７の増幅レーザ光の出射端７Ｂより光増幅ファイバ７の後述する第１クラッド部に注入される。このとき励起用レーザ１の波長は、光増幅ファイバ７の中心部に設けられるコア部に添加された希土類の励起波長に合わされている。

一方、比較的低出力の被増幅レーザ、または例えば伝送用光ファイバ等により伝送された信号光等を出射する被増幅レーザ光発生部１４から被増幅レーザ光が出射され、レンズ１３と、戻り光を低減する光アイソレータ１２、旋光子１１を通過し、ミラー１０を介して波長選択ミラー９で反射され、光増幅ファイバ７の被増幅レーザ光入射端７Ａのコア部に注入される。このとき被増幅レーザ光の波長は光増幅ファイバ７のコア部に添加された希土類の誘導放出光の波長に合わされている。

光増幅ファイバ７をレーザ光が伝播していく過程において、第１クラッド中の励起用レーザ光はコア部に添加された希土類に吸収されてコア部に誘導放出光を誘起する。光増幅ファイバ７において片道で吸収されない残りの励起用レーザ光は、リターンミラー１６で光増幅ファイバ７に戻され有効に利用される。

一方、コア部を伝播する被増幅レーザ光は、その誘導放出光をピックアップしながら次第にその強度を増加させ、すなわち増幅が行われる。増幅されたレーザ光は光増幅ファイバ７の被増幅レーザ光の出射端７Ｂより出射される。

一般に、長い光増幅ファイバ７または大出力の励起用レーザ１を用いれば、コア部での吸収量は大きくなり、より大きな増幅、すなわち大出力レーザ光が得られる。具体的なファイバレーザの例としてはコア部に希土類Ｎｄ（ネオジム）を添加した光増幅ファイバ７を用いて、励起用レーザ１に波長約８００ｎｍの半導体レーザ、被増幅レーザ光発生部１４に波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いると、波長１０６４ｎｍの増幅されたレーザ出力が得られる。

以上、一般的なファイバレーザ装置の構成例を説明したが、例えば図１３に他の例の構成図を示すように、励起用レーザ１を光増幅ファイバ７の入射端７Ａから注入してもよい。図１３において図１２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
また２つの励起用レーザ１を用い光増幅ファイバ７の両端７Ａ、７Ｂから注入する方法も用いられる。

次に、図１４の断面図を参照してファイバレーザ装置に用いられる光増幅ファイバの断面構造を説明する。この例においては、その構造からダブルクラッドファイバと呼ばれるクラッド層を２層構成とした光増幅ファイバの例を示す。図１４に示すように、比較的屈折率の高いコア部９１に希土類が添加され、被増幅レーザ光発生部から出射される被増幅レーザ光が注入、伝播、増幅される。

一般にコア部の断面形状は円であるが、偏波面保存のために図示のように楕円形状などが採用されることもある。偏波面保存型構成とする場合は、このように断面楕円形状のコアとして、例えば矢印ｅ１及びｅ２で示すように、例えばその長軸方向および短軸方向に偏光方向を有する光をそれぞれ独立に伝播させる。
またコアの直径は単一モードで伝播させるときには１０ミクロン以下、多モードで伝播させるときには５０ミクロン以上が一般的である。

一方、第１クラッド９２には、励起用レーザから出射される励起用レーザ光が注入される。第２クラッド９３は第１クラッド９２より屈折率が低く、励起用レーザ光は第１クラッド９２内を伝播する。その伝播する過程で励起用レーザ光はコア部９１にも侵入し、侵入した光はコア部９１に添加された希土類に吸収される。第１クラッド９２の直径はコア部９１の直径の２〜１０倍と用途に応じて選択される。第２クラッド９３の外側はバッファ９４、ジャケット９５で、機械的な強度を維持する目的で一般に光学材料以外の材料が用いられる。

このような従来型のファイバレーザ装置では、常時被増幅レーザ光を光増幅ファイバ内に注入し続ける必要がある。
また高出力での安定性のために、上述したような光アイソレータ１２など、被増幅レーザ光の注入用光学系に性能の高い部品を用いる必要がある。

また更に、このような利得飽和型の光増幅ファイバを用いたファイバレーザ装置では、注入される励起用レーザ光の出力に比例した増幅レーザ光出力が得られるが、１つの光ファイバに注入できる励起用レーザ光出力には限界がある。すなわち１つの光増幅ファイバによる光増幅出力に上限が存在する。したがって、より高出力化が可能なファイバレーザ装置が望まれている。
国際公開第０２／０３５１３号パンフレット

本発明は、比較的低出力での光増幅が可能で、また高出力化の可能なファイバレーザ装置、レーザの増幅方法、これを用いた光学装置を提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅する光増幅ファイバを有するファイバレーザ装置であって、この光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光を分離して、その一部が光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射される構成とする。

また本発明によるレーザ光の増幅方法は、光増幅ファイバに励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅するレーザ光の増幅方法であって、光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部を分離して、この光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射する。
更に本発明による光学装置は、上述の本発明構成によるファイバレーザ装置型のファイバレーザ部を有する構成とするものである。すなわち、励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅する光増幅ファイバを、ファイバレーザ部に少なくとも一以上設け、この光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光を分離して、その一部が少なくとも光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射される構成とする。

上述の本発明によれば、励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅すると共に、光増幅ファイバから増幅される増幅レーザ光の一部を分離して被増幅レーザ光入射側から入射することにより、一旦励起用レーザ光を注入して増幅レーザ光を増幅して増幅レーザ光を得た後、この増幅レーザ光の一部を更に増幅させて目的とする出力の増幅レーザ光を出力させることにより、元の被増幅レーザ光発生部からのレーザ出力を低減化、もしくは停止することができる。

従って、従来は被増幅レーザを常時動作させる必要があったが、例えば初期のみの動作とすることができる。また、初期のみの動作とする場合、例えば光アイソレータや被増幅レーザ光発生部との光結合部などにおける必要な光学的性能を下げることができ、安価な光学部品の使用が可能となるなど、コストの低減化を図ることも可能となる。

本発明のファイバレーザ装置及びレーザの増幅方法、更に光学装置によれば、光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光を分離して、その一部を光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射させることにより、被増幅レーザを常時動作させることなくレーザ光を増幅することができ、低消費電力化を図ることができる。

また本発明において、被増幅レーザ光の光増幅ファイバへの入射光量を調整する調整手段を設けることにより、増幅レーザ光の出力調整を容易に行うことができる。

更に本発明において、光増幅ファイバから増幅レーザ光を分離する分離手段として偏光ビームスプリッタを用いて、光増幅ファイバを偏波面保存型構成とすることにより、偏光方向の異なる光を、光増幅ファイバに同時に且つ独立に伝播させ、例えば旋光子を光増幅ファイバへの入射光量の調整手段として用いることにより、容易に被増幅レーザ光の注入量を調節し、同様に増幅レーザ光の出力の調整を容易に行うことが可能となる。

更に、本発明において少なくとも２以上の光増幅ファイバを設け、一の光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部を、他の光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射させることによって、いわばアレイ型構成のファイバレーザ装置を構成することができ、このアレイ型構成とすることにより小面積で高出力のレーザ光源を実現することができると共に、１つの被増幅レーザ光発生部だけで複数の被増幅レーザ光が得られるファイバレーザ装置を構成できるので、消費電力も少なくなり、コストの低減化が可能となる。

また本発明によるレーザの増幅方法において、励起用レーザ光を比較的低出力で光増幅ファイバに入射して被増幅レーザ光を増幅した増幅レーザ光を出射する第１増幅状態と、励起用レーザ光を比較的高出力で光増幅ファイバに入射し、この光増幅ファイバにより増幅された増幅レーザ光の一部を光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射し、被増幅レーザ光の入射を低減又は停止する第２の増幅状態とを切り替え可能とすることによって、上述したように、目的とする比較的高出力の増幅レーザ光を得るにあたり、被増幅レーザ光発生部を常時動作させることなく、例えば被増幅レーザ光発生部は初期のみの動作としても所望の高出力のレーザ光を得ることが可能となり、低消費電力化、コストの低減化を容易に図ることが可能となる。

以下本発明によるファイバレーザ装置及びレーザの増幅方法を実施するための最良の形態の各例について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の例に限定されることなく、例えばこのような光増幅ファイバを用いる各種光学装置、又はレーザ光源を有する各種電子装置などに適用し得ることが可能であることはいうまでもない。

〔１〕第１の形態
図１は、本発明を実施するための最良の形態の一例の概略構成である。図１において、図１２と対応する部分には同一符号を付して示す。
本発明は、図１に示すように、励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅する光増幅ファイバ７を有するファイバレーザ装置３０であって、この光増幅ファイバ７から出射される増幅レーザ光を分離して、その一部が矢印Ｌｒで示すように、光増幅ファイバ７の被増幅レーザ光入射側７Ａから入射される構成とする。

この例においては、光増幅ファイバ７として偏波面保存型構成の光増幅ファイバを用いて、被増幅レーザ光を入射する入射光量を調整する調整手段２３として旋光子を、また増幅レーザ光を分離する分離手段１９として偏光ビームスプリッタを用いる場合を示す。

このような構成において、光増幅ファイバ７の励起用レーザ１は伝送用光ファイバ２を経由して、レンズ３を介して波長選択ミラー５を通過し、レンズ４で集光されて、光増幅ファイバ７の片端、すなわち増幅レーザ光出射端７Ｂより、光増幅ファイバ７の前述の図１４において説明した例えば第１クラッドに注入される。このとき励起用レーザ１の波長は、光増幅ファイバ７のコア部に添加された希土類の励起波長に合わされている。

一方、比較的低出力の被増幅レーザ光発生部１４から出射された被増幅レーザ光は、レンズ１３を介して戻り光を低減する光アイソレータ１２、旋光子より成る調整手段２３を通過し、偏光ビームスプリッタより成る合成手段２２および波長選択ミラー９で反射され、レンズ８を介して光増幅ファイバ７の被増幅レーザ光入射端７Ａからコア部に注入される。

このとき被増幅レーザ光の波長は、光増幅ファイバ７のコア部に添加された希土類の誘導放出光の波長に合わされている。
この場合においても、前述の図１２において説明した例と同様に、光増幅ファイバ７を伝播していく過程において、第１クラッド中の励起用レーザ光はコア部に添加された希土類に吸収されてコア部に誘導放出光を誘起する。そして光増幅ファイバ７を伝播中片道で吸収されない残りの励起用レーザ光は、波長選択ミラー９を通過して、レンズ１５を介してリターンミラー１６で反射され、光増幅ファイバ７に戻され有効に利用される。

一方、コア部を伝播する被増幅レーザ光は、その誘導放出光をピックアップしながら次第にその強度を増加し、すなわち増幅が行われる。増幅されたレーザ光は光増幅ファイバ７の増幅レーザ光出射端７Ｂより出射される。

この例においても、コア部に希土類Ｎｄを添加した光増幅ファイバ７を用いて、励起用レーザ１に波長約８００ｎｍの半導体レーザ、被増幅レーザ光発生部１４に波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いると、波長１０６４ｎｍの増幅された比較的高い出力のレーザ光が得られる。

尚、光増幅ファイバ７の両端から励起用レーザ光と被増幅レーザ光を注入する例を説明したが、前述の図１３において説明した例と同様に、励起用レーザ光を光増幅ファイバ７の被増幅レーザ光入射端７Ａから注入してもよく、また２つの励起用レーザを用い光増幅ファイバ７の両端７Ａ及び７Ｂから注入してもよい。

またこの例においては、光増幅ファイバ７としては、前述の図１４において説明した偏波面保存型構成の光増幅ファイバを用いるものである。すなわち、コア部の断面形状を楕円形状として、異なる偏光方向のレーザ光が例えば楕円の長軸と短軸方向に沿う方向に伝播される構成とする。

そしてこの本発明構成によるファイバレーザ装置においては、光増幅ファイバ７の出射端７Ｂからの増幅レーザ光を旋光子より成る調整手段１８と偏光ビームスプリッタより成る分離手段１９を用いて例えばＰ偏光としてその一部を取り出し、ミラー２０、２１を介して入射側の偏光ビームスプリッタより成る合成手段２２に導く。

被増幅レーザ光発生部１４から出射される被増幅レーザ光は、旋光子より成り、入射光量を調整可能な調整手段２３を介して偏光ビームスプリッタより成る合成手段２２に例えばＳ偏光として入射される。

このような偏光方向の選定により、前述の図１４において説明した矢印ｅ１及びｅ２の両方の偏光光を同軸上で光増幅ファイバ７の入射端７Ａに導くことができる。このファイバレーザ装置の増幅方法として、本発明においては以下の方法を採ることができる。

この例においては、レーザ立ち上げ時の低出力動作時にのみ被増幅レーザ光発生部を被増幅レーザ光源として用い、以降の動作時には、増幅された出力光の一部を被増幅レーザ光として帰還することにより、被増幅レーザ光発生部１４の出力を低減又は停止した状態で、増幅レーザ光を高出力で得ることが実現可能となる。

すなわち、少なくとも励起用レーザ光を比較的低出力で光増幅ファイバ７に入射して被増幅レーザ光を増幅した増幅レーザ光を出射する第１の増幅状態と、この光増幅ファイバ７により増幅された増幅レーザ光の一部を光増幅ファイバ７の被増幅レーザ光入射側７Ａから入射し、被増幅レーザ光の入射を低減又は停止して、励起用レーザ光を比較的高出力で光増幅ファイバ７に入射する第２の増幅状態とをとり、これら第１及び第２の増幅状態を切り替え可能とする。

以下、これら第１および第２の増幅状態について具体的に説明する。

（１）第１の増幅状態
例えば動作開始時において、励起用レーザ１を低出力で動作させて、光増幅ファイバ７に注入すると共に、被増幅レーザ光発生部１４からの被増幅レーザ光を上述したように旋光子より成る調整手段２３を調整して、例えばＳ偏光として光増幅ファイバ７に注入する。
この状態で、光増幅ファイバ７において被増幅レーザ光を増幅させて、増幅光出射端７Ｂから出射させる。

（２）第２の増幅状態
光増幅ファイバ７から出射された増幅レーザ光を、旋光子より成る調整手段１８と偏光ビームスプリッタより成る分離手段１９を用いてその一部を取り出し、上述したように例えばＰ偏光でミラー２０、２１を介して入射側の偏光ビームスプリッタより成る合成手段２２に導き、光増幅ファイバ７の入射端７Ａに帰還させて注入する。このとき光増幅ファイバ７内では、被増幅レーザ光と帰還レーザ成分でＰ偏光光及びＳ偏光光として独立に伝播増幅され、定常状態でレーザ増幅動作する。それぞれの増幅利得は原理的には励起用レーザ１の吸収に対して５０％ずつに等配分される。尚、Ｓ偏光とＰ偏光とを変換しても同様であることはいうまでもない。

この状態で、被増幅レーザ光発生部１４からの光増幅ファイバ７への注入量を減少させる。その調整手段としては、被増幅レーザ光発生部１４がレーザ光源であるときはそのものの出力を下げてもよいし、旋光子より成る調整手段２３を回転させて偏光ビームスプリッタより成る合成手段２２における反射光量を減少させてもよい。

この入射光量減少の過程で、増幅利得は帰還レーザ成分に多く配分されるようになり、被増幅レーザ光の光増幅ファイバ７への注入量を０にした時点で、増幅利得はすべて帰還レーザ成分に移され、レーザは動作を継続する。

そしてこの後励起用レーザ１を高出力動作にする。旋光子より成る調整手段１８を調整して、必要最小限の帰還レーザ光量に調整して、偏光ビームスプリッタより成る分離手段１９を反射させて、増幅された高出力のレーザ光を取り出すことができる。

以上が本発明のファイバレーザ構成と増幅方法の一例である。上述の第１の増幅状態と第２の増幅状態とを切り替え可能とすることによって、容易に低出力から高出力動作への切り替えを行うことができる。
尚、帰還用の増幅レーザ光は、上述のミラー２０及び２１に代えて伝送用光ファイバで伝送する構成も可能である。

このような本発明構成によるいわば帰還型のファイバレーザ装置の利点は、被増幅レーザ光発生部１４を常時動作させるわけではないので消費電力の低減化を図ることが可能となる。

また上述の構成において、被増幅レーザ光の光増幅ファイバへの入射光量を調整する調整手段１８、２３を設けることにより、増幅レーザ光の出力調整を容易に行うことができる。

更に、光増幅ファイバから増幅レーザ光を分離する分離手段１９として偏光ビームスプリッタを用いて、光増幅ファイバ７を偏波面保存型構成とすることにより、上述したように偏光方向の異なる光を同時に光増幅ファイバにおいて独立に伝播させ、旋光子等の調整手段１８、２３を用いることにより、容易に被増幅レーザ光の注入量を調節し、同様に増幅レーザ光の出力の調整を容易に行うことが可能となる。

また高出力動作時に被増幅レーザ光を使用しないので、光増幅ファイバ７からの戻り光が被増幅レーザ光発生部１４の発振に与える影響が低減される。すなわち光アイソレータ１２や被増幅レーザ光発生部１４自体に必要な戻り光防止機能等の性能を下げることができ、例えば比較的安価な光学部品を使用することができるなど、コストの低減化を実現できる。

〔２〕第２の形態
次に、より大出力のレーザ光を得る場合の形態の一例について図２の概略構成図を参照して説明する。

前述したように、利得飽和型の光増幅ファイバを用いたファイバレーザ装置では、注入される励起用レーザ光の出力に比例した増幅レーザ光出力が得られるが、１つの光ファイバに注入できる励起用レーザ光出力には現状では限界があり、すなわち１つの光増幅ファイバによる光増幅出力に上限が存在する。
そこで大出力のレーザを実現するには多数のファイバレーザ装置を並列にして使用する必要がある。その場合、微小面積にレーザの光源位置を集積することが困難であった。また使用部品等の共通化も望まれている。

本例においては、上述の図１において説明した帰還型のファイバレーザ構成を併用して光増幅ファイバを複数用いる構成とした高出力化の容易なアレイ型ファイバレーザ装置である。図２の例においては、２つの光増幅ファイバをアレイ化した例を示す。図２において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この場合図２に示すように、一方の光増幅ファイバ７１では、図１において説明した例と同様に、この光増幅ファイバ７１の出射端７１Ｂから出射された増幅レーザ光の一部を分離手段１９により分離して、光増幅ファイバ７１の被増幅レーザ光の入射端７１Ａに帰還して注入される構成とする。この例では、前述の図１３において説明した例と同様に、励起用レーザ光と被増幅レーザ光とを光増幅レーザ７１の被増幅レーザ光入射端７１Ａから入射させる。そして高出力時には、被増幅レーザ光発生部１４からのレーザ光注入を減少ないしは停止させる。

一方、この光増幅ファイバ７１から出射された増幅レーザ光の更に一部を、他方の光増幅ファイバ７２の被増幅レーザ光入射端７２Ａ側から例えば伝送用光ファイバ８１を用いて注入する。
この例では、光増幅ファイバ７１から出射された増幅レーザ光を偏光ビームスプリッタ等の分離手段４１で分離し、レンズ４２を介して更にビームスプリッタ４３で分離し、一方の増幅レーザ光を光増幅レーザ７１に帰還させ、他方の増幅レーザ光をレンズ４４を介して伝送用光ファイバ８１に入射させる構成としている。なお、図示の例においては、分離手段４１と光増幅ファイバ７１の出射端７１Ｂとの間の旋光子等より成る調整手段を省略して示す。

なお、各光増幅ファイバ７１及び７２の出射端７１Ｂ及び７２Ｂは、１つのファイバアレイマウント４０上に配置される。図３及び図４にファイバアレイマウント４０とそこに配置された２本のファイバ端の正面図及び側面図を示す。このように、例えばファイバアレイマウント４０にＶ字状の溝部４０ａを設け、そこに各ファイバ７１、７２を載置して接着する。２本のファイバ端をより近づけることにより小面積で高出力のレーザ光源として扱えるようになる。

またレーザ特性の改善のためには光増幅ファイバ７１及び７２の出射端７１Ｂ及び７２Ｂは、ファイバの軸に対して垂直から一定の角度をもつことが望ましいが、ファイバアレイマウント４０の材料に研磨可能なたとえばガラスなどを選べば、図４に示すように、光増幅ファイバ７１及び７２の出射端をファイバアレイマウント４０に取り付けた後に角度研磨することが可能となりプロセスの簡略化が図れるといった長所もある。

上述の図２に示す構成とする場合は、第２の光増幅ファイバ７２の被増幅レーザ光発生部が不要となるので、比較的高価な被増幅レーザの削減が可能となり、コストの低減化を図ることができる。
更に、第２の光増幅ファイバ７２においても、その増幅レーザ光の一部を帰還させて注入することにより、高出力動作時において第１の光増幅ファイバ７１から増幅レーザ光を分離させて注入させる入射光量を減少ないしは停止することも可能である。

〔３〕第３の形態
この例においては、前述の図２において説明した２本のアレイ型構成を発展させ、ｎ本の光増幅ファイバを用いる構成とするもので、図５にその一例の概略構成を示す。
この場合においても、光増幅ファイバ７１からの増幅レーザ光の一部を他方の被増幅レーザ光として利用する構成とするものである。図５において、図１及び図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

図５に示すように、任意の１つの光増幅ファイバ（図示の例では７１）にのみ被増幅レーザ光発生部１４からの被増幅レーザ光を用いてレーザ光を増幅させる。そして増幅レーザ光の一部を、例えば２番目の光増幅ファイバ７２の被増幅レーザ光として図２において説明した例と同様に伝送用光ファイバ８１を利用して注入する。

そして更に２番目の光増幅ファイバ７２からの増幅レーザ光の一部を、同様に伝送用光ファイバ８２を利用して、レンズ４６、光アイソレータ４７、旋光子４８、ミラー４９、波長選択ミラー５５、レンズ５４を介して次の光増幅ファイバ７３の被増幅レーザ光として注入し、以下同様に順次増幅レーザ光の一部を分離して、伝送用光ファイバ８３〜８ｎ−１を利用して被増幅レーザ光として利用するアレイ型ファイバレーザ装置を構成することができる。２５、４５はそれぞれ伝送用光ファイバ８１及び８２の出射端を固定する支持台である。光増幅ファイバ７３に励起用レーザ５１から励起用レーザ光を、伝送用光ファイバ５２を利用してレンズ５３を介して注入するのは同様で、以下同様の構成とする。このような構成において、増幅レーザ光Ｌ１〜Ｌｎが出射される光出射端のファイバアレイマウント６０の具体的な構成例を以下説明する。

図６は増幅レーザ光出射端のファイバアレイマウント６０の構成例を示す。ファイバアレイマウント６０には、図３において説明した例と同様にｎ個のＶ字状の溝部６０ａを設けて各光増幅ファイバ７１〜７ｎの光出射端を接着して例えば等間隔に固定配置することができる。このような構成とすることにより、隣接するファイバ間の距離をより近づけることができ、より小面積で高出力のレーザ光源として扱えるようになる。

図７及び図８に、このファイバアレイマウント６０近傍の光学部品の配置構成の一例における正面図及び側面図を示す。図７に示すように、ファイバアレイマウント６０上の各光増幅ファイバ７１〜７ｎの光出射端に対向して、例えばビームスプリッタ６１を配置する。このビームスプリッタ６１により例えば図７の紙面において上方向に分離された光Ｌ１ｓ〜Ｌｎ−１ｓは、微小レンズアレイ６２により、伝送用光ファイバ８１〜８ｎ−１の入射端面に集光される。

例えば１番目の光増幅ファイバ７１の光出射端からの増幅レーザ光の一部を２番目の光増幅ファイバ７２への伝送用光ファイバ８１の入射端へ、２番目の光増幅ファイバ７２からの増幅レーザ光の一部を３番目の光増幅ファイバ７３への伝送用光ファイバ８２の入射端へ、更にこれを順次繰り返して、最後にｎ−１番目の光増幅ファイバ７ｎ−１からの増幅レーザ光の一部をｎ番目の光増幅ファイバへの伝送用光ファイバ８ｎ−１の入射端へと導かれる構成とする。

尚、伝送用光ファイバ８１〜８ｎ−１と、そのマウント６３の形状構成は、前述のファイバアレイマウント６０の構成と同様として、例えばＶ字状溝に接着する構成とすることができる。これらにより小型で集積化された高出力の増幅レーザ光が得られるファイバレーザ装置が実現される。

また図８に示すように、ファイバアレイマウント６０及び６３の材料に、研磨可能な例えばガラスなどを選べば、光増幅ファイバの出射端及び伝送用光ファイバの入射端をファイバアレイマウント６０又は６３に取り付けた後に角度研磨することが可能となり、プロセスの簡略化が図れるといった長所もある。図８において、図７と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。Ｌｏは増幅された出力レーザ光、Ｌｓは分離された増幅レーザ光、矢印Ｌｒは分離された帰還レーザ光の進行方向を示す。

以上第１〜第３の形態の各例を説明したが、このような本発明のファイバレーザ装置によれば、被増幅レーザ光発生部を常時動作させる必要がなくなることから、消費電力の低減化を図ることができる。また、光アイソレータや被増幅レーザ光源などにおける戻り光低減などの必要な性能を下げることができ、安価な光学部品の適用が可能となるなど、コストの低減化が可能となる。

また上述の構成において、被増幅レーザ光の光増幅ファイバへの入射光量を調整する調整手段を設けることにより、増幅レーザ光の出力調整を容易に行うことができる。

更に、光増幅ファイバから増幅レーザ光を分離する分離手段として偏光ビームスプリッタを用いて、光増幅ファイバ７を偏波面保存型構成とすることにより、上述したように偏光方向の異なる光を同時に光増幅ファイバにおいて独立に伝播させ、旋光子等の調整手段を用いることにより、容易に被増幅レーザ光の注入量を調節し、同様に増幅レーザ光の出力の調整を容易に行うことが可能となる。

また第２及び第３の形態におけるようにアレイ型構成とすることにより、小面積で高出力のレーザ光源が実現できる。
更に、１つの被増幅レーザ光源だけで複数のファイバレーザを構成できるので、消費電力も少なくなり安価な装置の実現が可能となる。

〔４〕第４の形態
次に、上述の本発明構成によるファイバレーザ部を有する光学装置、すなわち励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅する光増幅ファイバを、ファイバレーザ部に少なくとも一以上設け、この光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光を分離して、その一部が少なくとも光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射される構成としたファイバレーザ部を設ける光学装置の各例について説明する。

この例においては、光増幅ファイバを複数用いるいわゆるファイバレーザアレイを用いる例を示し、図９にその概略構成を示すように、例えば前述の第３の形態において図５〜図８を用いて説明したアレイ型構成のファイバレーザ部１０１を設ける。そして、このファイバレーザ部１０１からの出力光、すなわち各光増幅ファイバ７１〜７ｎからの出力光Ｌ１〜Ｌｎを例えばシリンドリカルレンズアレイ１０３を通して出射させ、例えば矢印Ｙで示す図９の紙面に垂直な方向に曲率をもつシリンドリカルレンズ１０４を通し、更に矢印Ｘで示す図９の紙面に平行な方向に曲率をもつコンデンサレンズ１０５で照明面１０６に集光する。こうして形成されたビームは楕円形状となり、この楕円ビーム状の増幅レーザ光は、例えば面状にレーザ光を照射するレーザ加工などの種々のレーザ加工に用いることができる。図９において、一点鎖線cは光軸を示す。

図１０Ａ及びＢに、この場合の照明面１０６におけるＸ軸方向（図９において矢印Ｘで示す方向）及びＹ軸方向（図９において矢印Ｙで示す方向）の光強度分布をそれぞれ実線Ｉｘ及びＩｙとして示す。すなわち、Ｘ軸方向に一定の広がりを有し、Ｙ軸方向に比較的急峻な強度分布を有する楕円ビーム形状のレーザ光を得ることができる。
また、このように楕円状ビームとする他、集光光学系を調整して円状ビームを得ることも可能であり、その他種々のレーザ光利用分野に適用することができることはいうまでもない。

更にこのような楕円ビーム形状のレーザ光を例えば光空間変調器を利用して情報信号に対応して変調し、例えばスクリーンに映像情報等を表示する投射型光学装置、いわゆるレーザプロジェクタを構成することもできる。この場合の一構成例を図１１に示す。図１１において、図９と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

図１１に示すように、この場合本発明構成によるファイバレーザ部１０１からの出力光を楕円ビーム形状に集光し、その照明面に光空間変調器１０７を配置する。この光空間変調器１０７としては、例えば液晶パネル等の透過型変調器を用いることができる。そして、この光空間変調器１０７から出射されたレーザ光を光偏向器１０８により例えば図１１の紙面と直交するＹ軸方向に偏向すなわち走査照射させ、投影レンズ１０９によりスクリーン１１０上に例えばＳ１〜Ｓ３で示すように画像情報に対応させた光を投影させて、画像表示等を行ういわゆるレーザプロジェクタ装置を構成することができる。

尚、上述の光空間変調器としては、その他例えばリボン素子の相対位置を電圧印加等により変化させて回折格子状態を変化させ、これにより光変調を行うＧＬＶ（Ｇｌａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）等の光空間変調器を用いることができる。この場合は反射型の光空間変調器であるため、光空間変調器１０７から反射されたレーザ光を光偏向器１０８に入射する構成とすればよい。
また光偏向器１０８として、ポリゴンミラー等のミラー型、すなわち反射型のものを用いる場合も同様に、この光偏向器１０８により反射されたレーザ光を投影レンズ１０９に入射させる構成とすればよい。

更に、上述の例においては、ファイバレーザ部１０１の出射側に波長変換部１０２を設ける構成とするものであるが、この場合例えば波長１０６４ｎｍのレーザ光を波長５３２ｎｍの緑色レーザ光に変換して利用することができる。
またこの例に限定されることなく、上述の第１〜第３の各形態においても同様に、その他の波長帯域の励起用レーザ、光増幅ファイバに本発明を適用し得ることはいうまでもなく、例えば上述の図１１において示す例において、赤及び青色のレーザ光に波長変換して３原色光を得るなど、種々の変形、変更が可能である。

このように、本発明によるファイバレーザ装置をファイバレーザ部の少なくとも一部に適用して、レーザ光を用いる投影装置などの各種光学装置に利用することにより、前述の第１〜第３の形態における各例と同様に、被増幅レーザ光発生部すなわち例えば励起用レーザを常時動作させる必要がなくなり、また戻り光低減などに要する性能を下げることができることから、その低消費電力化、コストの低減化、小面積での高出力化を図ることができる。
またその他本発明構成のファイバレーザ装置を少なくとも光学系の一部に用いる各種加工装置、電子装置などに利用する場合においても、同様の効果が得られることはいうまでもない。

本発明によるファイバレーザ装置の一例の概略構成図である。 本発明によるファイバレーザ装置の一例の概略構成図である。 本発明によるファイバレーザ装置の一例のファイバアレイマウント部の正面図である。 本発明によるファイバレーザ装置の一例のファイバアレイマウント部の側面図である。 本発明によるファイバレーザ装置の一例の概略構成図である。 本発明によるファイバレーザ装置の一例のファイバアレイマウント部の正面図である。 本発明によるファイバレーザ装置の一例のファイバアレイマウント部の正面図である。 本発明によるファイバレーザ装置の一例のファイバアレイマウント部の側面図である。 本発明による光学装置の一例の概略構成図である。 Ａはファイバレーザ光の強度分布の説明図である。Ｂはファイバレーザ光の強度分布の説明図である。 本発明による光学装置の一例の概略構成図である。 ファイバレーザ装置の一例の概略構成図である。 ファイバレーザ装置の他の例の概略構成図である。 光増幅ファイバの一例の要部の拡大断面図である。

符号の説明

１ 励起用レーザ
２ 伝送用光ファイバ
３ レンズ
４ レンズ
５ 波長選択ミラー
７ 光増幅ファイバ
７Ａ 被増幅レーザ光入射端
７Ｂ 増幅レーザ光出射端
８ レンズ
９ 波長選択ミラー
１２ 光アイソレータ
１３ レンズ
１４ 被増幅レーザ光発生部
１５ レンズ
１６ リターンミラー
３０ ファイバレーザ装置
７１ 光増幅ファイバ
７２ 光増幅ファイバ
８１ 伝送用光ファイバ
８２ 伝送用光ファイバ
９１ コア部
９２ 第１クラッド
９３ 第２クラッド
９４ バッファ
９５ ジャケット
１０１ ファイバレーザ部
１０２ 波長変換部
１０３ シリンドリカルレンズアレイ
１０４ シリドリカルレンズ
１０５ コンデンサレンズ
１０６ 照明面
１０７ 光空間変調器
１０８ 光偏向器
１０９ 投影レンズ
１１０ スクリーン

Claims (18)

1. 励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅する光増幅ファイバを有するファイバレーザ装置であって、
   上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光が分離され、その一部が上記光増幅ファイバの上記被増幅レーザ光入射側から入射される
   ことを特徴とするファイバレーザ装置。
2. 被増幅レーザ光の上記光増幅ファイバへの入射光量を調整する調整手段が設けられて成る
   ことを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
3. 上記光増幅ファイバから増幅レーザ光を分離する分離手段が偏光ビームスプリッタとされ、
   上記光増幅ファイバが偏波面保存型構成とされる
   ことを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
4. 上記光増幅ファイバから増幅レーザ光を分離する分離手段が偏光ビームスプリッタとされ、
   上記光増幅ファイバが偏波面保存型構成とされる
   ことを特徴とする請求項２記載のファイバレーザ装置。
5. 少なくとも２以上の上記光増幅ファイバが設けられ、
   上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部が、他の光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射される
   ことを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。
6. 少なくとも２以上の上記光増幅ファイバが設けられ、
   上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部が、他の光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射される
   ことを特徴とする請求項２記載のファイバレーザ装置。
7. 少なくとも２以上の上記光増幅ファイバが設けられ、
   上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部が、他の光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射される
   ことを特徴とする請求項３記載のファイバレーザ装置。
8. 少なくとも２以上の上記光増幅ファイバが設けられ、
   上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部が、他の光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射される
   ことを特徴とする請求項４記載のファイバレーザ装置。
9. 光増幅ファイバに励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅するレーザ光の増幅方法であって、
   上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部を分離して、上記光増幅ファイバの上記被増幅レーザ光入射側から入射する
   ことを特徴とするレーザ光の増幅方法。
10. 上記光増幅ファイバへの被増幅レーザ光の入射光量を調節可能とする
    ことを特徴とする請求項９記載のレーザ光の増幅方法。
11. 上記光増幅ファイバを偏波面保存型構成とし、
    偏光ビームスプリッタにより上記増幅レーザ光の一部を分離する
    ことを特徴とする請求項９記載のレーザ光の増幅方法。
12. 上記光増幅ファイバを偏波面保存型構成とし、
    偏光ビームスプリッタにより上記増幅レーザ光の一部を分離する
    ことを特徴とする請求項１０記載のレーザ光の増幅方法。
13. 少なくとも２以上の上記光増幅ファイバを設け、
    上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部を、他の光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射する
    ことを特徴とする請求項９記載のレーザ光の増幅方法。
14. 少なくとも２以上の上記光増幅ファイバを設け、
    上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部を、他の光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射する
    ことを特徴とする請求項１０記載のレーザ光の増幅方法。
15. 少なくとも２以上の上記光増幅ファイバを設け、
    上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部を、他の光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射する
    ことを特徴とする請求項１１記載のレーザ光の増幅方法。
16. 少なくとも２以上の上記光増幅ファイバを設け、
    上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光の一部を、他の光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射する
    ことを特徴とする請求項１２記載のレーザ光の増幅方法。
17. 少なくとも励起用レーザ光を比較的低出力で上記光増幅ファイバに入射して被増幅レーザ光を増幅した増幅レーザ光を出射する第１の増幅状態と、
    上記光増幅ファイバにより増幅された増幅レーザ光の一部を上記光増幅ファイバの被増幅レーザ光入射側から入射し、被増幅レーザ光の入射を低減又は停止して、励起用レーザ光を比較的高出力で上記光増幅ファイバに入射する第２の増幅状態とをとり、
    上記第１及び第２の増幅状態を切り替え可能とする
    ことを特徴とする請求項９記載のレーザ光の増幅方法。
18. 励起用レーザ光を注入して被増幅レーザ光を増幅する光増幅ファイバが、ファイバレーザ部に少なくとも一以上設けられ、
    上記光増幅ファイバから出射される増幅レーザ光が分離され、その一部が少なくとも上記光増幅ファイバの上記被増幅レーザ光入射側から入射される
    ことを特徴とする光学装置。

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