JP2005183853A - 光ファイバレーザ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 励起光のエネルギーロスを防いで高出力のパルスレーザ光を出力し得る光ファイバレーザ装置の提供。
【解決手段】 希土類添加光ファイバ11をレーザ媒質として形成された共振器にQスイッチ15が介在されてなる光ファイバレーザ装置であって、前記QスイッチのOFF時に発生する自然放出光が希土類添加光ファイバに再入射されるのを防ぐ光スイッチング手段が前記希土類添加光ファイバの一端側に設けられており、該光スイッチング手段と前記希土類添加光ファイバの他端側に設けられた前記QスイッチとのON/OFFを同期させる構成としたことを特徴とする光ファイバレーザ装置10。
【選択図】 図2
【解決手段】 希土類添加光ファイバ11をレーザ媒質として形成された共振器にQスイッチ15が介在されてなる光ファイバレーザ装置であって、前記QスイッチのOFF時に発生する自然放出光が希土類添加光ファイバに再入射されるのを防ぐ光スイッチング手段が前記希土類添加光ファイバの一端側に設けられており、該光スイッチング手段と前記希土類添加光ファイバの他端側に設けられた前記QスイッチとのON/OFFを同期させる構成としたことを特徴とする光ファイバレーザ装置10。
【選択図】 図2
Description
本発明は、希土類添加光ファイバをレーザ媒質とし、Qスイッチによるパルス発振を行う光ファイバレーザ装置に関する。本発明のファイバレーザは、パルスレーザ光を用いる医療分野、加工分野などに適用される。
従来、レーザ共振器内にQスイッチを備え、高出力のパルスレーザ光を得るためのレーザ装置については種々提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
また、レーザ媒質として、エルビウムなどの希土類を、コアを構成するガラス中に又はコアとクラッドとのガラス中に添加してなる希土類添加光ファイバを用いた光ファイバレーザ装置も開発されている。
また、レーザ媒質として、エルビウムなどの希土類を、コアを構成するガラス中に又はコアとクラッドとのガラス中に添加してなる希土類添加光ファイバを用いた光ファイバレーザ装置も開発されている。
図1は、従来の光ファイバレーザ装置の一例を示す構成図であり、この図中符号1は希土類添加光ファイバ、2は励起光源、3は励起光を透過するミラー、4はハーフミラー、5はQスイッチである。励起光源2から出力された励起光は、ミラー3を透過して、レーザ媒質である希土類添加光ファイバ1の一端側から光ファイバ内に入射される。励起された希土類添加光ファイバ1の入射端側には、励起光は透過するが誘導放出レーザ光は反射するミラー3が設けられ、出射端側にはハーフミラー4が設けられている。ハーフミラー4と組み合わされたQスイッチ5としては、高速でON/OFFの動作が可能な電気光学素子(E/O素子)や音響光学素子(A/O素子)などが用いられる。
この装置では、希土類添加光ファイバ1の励起が十分に進み反転分布が最高域に達した時点で、QスイッチをONにして共振器を形成すると、誘導放出が発生し、Qスイッチ5とハーフミラー4とを通してパルスレーザ光が出射される。
特開2000−261081号公報
特開2003−17787号公報
この装置では、希土類添加光ファイバ1の励起が十分に進み反転分布が最高域に達した時点で、QスイッチをONにして共振器を形成すると、誘導放出が発生し、Qスイッチ5とハーフミラー4とを通してパルスレーザ光が出射される。
従来の光ファイバレーザ装置では、QスイッチのOFF時に発生する自然放出光が、希土類添加光ファイバ1の端面や共振器のミラー3,4で反射され、希土類添加光ファイバ1内を往復する。そして従来装置にあっては、この自然放出光の増幅に励起光が消費されるため、レーザ発振により出力されるパルスレーザ光のエネルギーが低下するという問題がある。
本発明は前記事情に鑑みてなされ、励起光のエネルギーロスを防いで高出力のパルスレーザ光を出力し得る光ファイバレーザ装置の提供を目的とする。
前記目的を達成するため、本発明は、希土類添加光ファイバをレーザ媒質として形成された共振器にQスイッチが介在されてなる光ファイバレーザ装置であって、前記QスイッチのOFF時に発生する自然放出光が希土類添加光ファイバに再入射されるのを防ぐ光スイッチング手段が前記希土類添加光ファイバの一端側に設けられており、該光スイッチング手段と前記希土類添加光ファイバの他端側に設けられた前記QスイッチとのON/OFFを同期させる構成としたことを特徴とする光ファイバレーザ装置を提供する。
本発明の光ファイバレーザ装置において、前記光スイッチング手段が、前記希土類添加光ファイバの一端側に設けられたシャッタであることが好ましい。
本発明の光ファイバレーザ装置において、前記光スイッチング手段が、Qスイッチを兼ねた光透過孔付き回転ミラーであることが好ましい。
本発明の光ファイバレーザ装置において、前記希土類添加光ファイバの両端が無反射処理されていることが好ましい。
本発明によれば、QスイッチOFF時に発生する自然放出光の希土類添加光ファイバへの再入射を防ぐことができ、余分な自然放出光の増幅が抑制され、これによりパルスレーザ光の高出力化が可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図2は、本発明による光ファイバレーザ装置の第1実施形態を示す図であり、この図中符号10は光ファイバレーザ装置、11は希土類添加光ファイバ、12は励起光源、13はミラー、14はハーフミラー、15はQスイッチ、16は合波フィルタ、17は光スイッチング手段としてのシャッタ、18はQスイッチ15とシャッタ17のON/OFFを制御する制御装置である。
図2は、本発明による光ファイバレーザ装置の第1実施形態を示す図であり、この図中符号10は光ファイバレーザ装置、11は希土類添加光ファイバ、12は励起光源、13はミラー、14はハーフミラー、15はQスイッチ、16は合波フィルタ、17は光スイッチング手段としてのシャッタ、18はQスイッチ15とシャッタ17のON/OFFを制御する制御装置である。
この光ファイバレーザ装置10は、希土類添加光ファイバ11の一端側(出射端11b)にハーフミラー14を、他端側(入射端11a)にミラー13をそれぞれ配置し形成される共振器内に、Qスイッチ15とシャッタ17とを設けた構成になっている。このQスイッチ15は、ミラー13と希土類添加光ファイバ11の入射端11aとの間に設けられ、またシャッタ17は、ハーフミラー14と希土類添加光ファイバ11の出射端11bとの間に設けられている。またQスイッチ15と希土類添加光ファイバ11の入射端11aとの間に合波フィルタ16を設け、励起光源12からの励起光が希土類添加光ファイバ11の入射端11aから該光ファイバ内に入射可能になっている。また前記Qスイッチ15とシャッタ17は、制御装置18に接続されており、この制御装置18から出力される信号によってON/OFF同期制御がなされるようになっている。
希土類添加光ファイバ11は、コアに希土類元素が添加された光ファイバである。添加される希土類元素としては、希土類元素、特に3価の希土類元素の中から選択される1種又は2種以上を用いることができ、それらの中でもエルビウム、ネオジム、プラセオジム、イッテルビウムなどが好ましく、目的とするパルスレーザ光の波長に応じてこれらを適宜選択することが好ましい。
励起光源12としては、半導体レーザ(LD)、ファイバレーザなどが用いられる。合波フィルタ16は、本例示では励起光を反射し、希土類添加光ファイバ11からのレーザ光は透過するものが用いられ、例えば誘電体多層膜フィルタなどが用いられる。
希土類添加光ファイバ11としてエルビウム添加フッ化物ファイバを、励起光源として波長0.98μmのLDを用いることで、2.8μmのレーザ光を得ることができる。
希土類添加光ファイバ11としてエルビウム添加フッ化物ファイバを、励起光源として波長0.98μmのLDを用いることで、2.8μmのレーザ光を得ることができる。
前記Qスイッチ15は、非常に高速のON/OFF動作、例えば1マイクロ秒以下、好ましくは500ナノ秒以下の動作速度を有する光スイッチング素子が用いられ、例えば電気光学素子(E/O素子)や音響光学素子(A/O素子)などが用いられる。
前記シャッタ17は、Qスイッチ15よりも光スイッチング動作が遅い機械式シャッタなどを用いることができる。このシャッタ17の動作速度は1ミリ秒以下であればよく、数百マイクロ秒以下が好ましい。なお、シャッタ17として前記Qスイッチ15と同等のものを使用することもできる。
前記シャッタ17は、Qスイッチ15よりも光スイッチング動作が遅い機械式シャッタなどを用いることができる。このシャッタ17の動作速度は1ミリ秒以下であればよく、数百マイクロ秒以下が好ましい。なお、シャッタ17として前記Qスイッチ15と同等のものを使用することもできる。
この希土類添加光ファイバ11の両端は、ファイバ長手方向に対し、端面が斜めになるように研磨して無反射処理が施されている。このように希土類添加光ファイバ11の両端に斜め研磨を施して無反射処理することで、自然放出光が希土類添加光ファイバ11に再入射される可能性を低減することができる。
次に、このように構成された光ファイバレーザ装置10によるパルスレーザ光の出力及び自然放射光の遮断方法について説明する。励起光源12から励起光を合波フィルタ16を介して入射すると、希土類添加光ファイバ11のレーザ媒質が励起される。
希土類添加光ファイバ11の励起が十分に進み反転分布が最高域に達した時点で、Qスイッチ15とシャッタ17を共にONにすると、誘導放出が発生し、シャッタ17とハーフミラー14とを通してパルスレーザ光が出射される。
希土類添加光ファイバ11の励起が十分に進み反転分布が最高域に達した時点で、Qスイッチ15とシャッタ17を共にONにすると、誘導放出が発生し、シャッタ17とハーフミラー14とを通してパルスレーザ光が出射される。
パルスレーザ光の出射後、Qスイッチ15とシャッタ17は共にOFFとなる。このOFF時、自然放出光が出射されても、シャッタ17によって遮蔽され、希土類添加光ファイバ11に再入射されないようになっている。従って、Qスイッチ15とシャッタ17とのOFF時、自然放出光の増幅に励起光が消費され、レーザ発振により出力されるパルスレーザ光のエネルギーが低下するのを防ぐことができる。
この光ファイバレーザ装置10は、Qスイッチ15のOFF時に発生する自然放出光の希土類添加光ファイバ11への再入射を防ぐためのシャッタ17を設けた構成としたので、余分な自然放出光の増幅が抑制され、これによりパルスレーザ光の高出力化が可能となる。
図3は、本発明による光ファイバレーザ装置の第2実施形態を示す図であり、この図中符号20は光ファイバレーザ装置、21は希土類添加光ファイバ、22は励起光源、23は回転ミラー、24はミラー部、25は光透過孔、26はハーフミラー、27は合波フィルタ、28,29はレンズである。
この光ファイバレーザ装置20において、希土類添加光ファイバ21、励起光源22、ハーフミラー26及び合波フィルタ27は、前記第1実施形態における希土類添加光ファイバ11、励起光源12、ハーフミラー14及び合波フィルタ16と同様のものを用いることができる。この光ファイバレーザ装置20では、希土類添加光ファイバ21の出力端21bとハーフミラー26との間の光路上に、Qスイッチと光スイッチング手段とを兼用する光透過光25付きの回転ミラー23を設けたことを特徴としている。
この回転ミラー23は、レーザ光を反射可能なミラー部24と、出射端21bから出射されるパルスレーザ光が透過し得る光透過孔25とを備え、図3中の矢印で示す方向に(逆方向でもよい)高速で回転する図示しない回転軸に取り付けられている。この回転ミラー23は、その向きによってパルスレーザ光の出力をON/OFFするQスイッチとして機能する。
次に、このように構成された光ファイバレーザ装置20によるパルスレーザ光の出力及び自然放射光の遮断方法について説明する。
励起光源22から励起光を合波フィルタ27を介して入射すると、希土類添加光ファイバ21のレーザ媒質が励起される。
希土類添加光ファイバ21の励起が十分に進み反転分布が最高域に達した時点で、回転ミラー23が図3中に示す通り、回転ミラー23の入力端21aと回転ミラー23のミラー部24との光軸が一致するとともに、出射端21bの光軸が光透過孔25を通過し、ハーフミラー26に達する向きになるとON状態となり、誘導放出が発生し、ハーフミラー26を通してパルスレーザ光が出射される。
励起光源22から励起光を合波フィルタ27を介して入射すると、希土類添加光ファイバ21のレーザ媒質が励起される。
希土類添加光ファイバ21の励起が十分に進み反転分布が最高域に達した時点で、回転ミラー23が図3中に示す通り、回転ミラー23の入力端21aと回転ミラー23のミラー部24との光軸が一致するとともに、出射端21bの光軸が光透過孔25を通過し、ハーフミラー26に達する向きになるとON状態となり、誘導放出が発生し、ハーフミラー26を通してパルスレーザ光が出射される。
パルスレーザ光の出射後、回転ミラー23は回転し、光軸がずれることから、レーザ発振はOFF状態となる。このOFF時、自然放出光が出射されても回転ミラー23により遮蔽され、希土類添加光ファイバ21に再入射されない。従って、このOFF時、自然放出光の増幅に励起光が消費され、レーザ発振により出力されるパルスレーザ光のエネルギーが低下するのを防ぐことができる。
この光ファイバレーザ装置20は、OFF時に発生する自然放出光の希土類添加光ファイバ21への再入射を防ぐことができる、Qスイッチを兼ねる回転ミラー23を設けた構成としたので、余分な自然放出光の増幅が抑制され、これによりパルスレーザ光の高出力化が可能となる。
図4は、図2に示す光ファイバレーザ装置における入力側のQスイッチ15と出力側のシャッタ17の光のON/OFFタイミングチャートである。Qスイッチ15のON/OFFは極めて高速度で行われており、シャッタ17のON/OFFはそれより遅い。Qスイッチ15とシャッタ17のON/OFFは同期させて行っている。
前記第1実施形態では、2つのスイッチング素子(Qスイッチ15とシャッタ17)が必要であり、またこれらの同期制御のための制御装置18が必要である。一方、第2実施形態では光スイッチング手段として、Qスイッチを兼ねる回転ミラー23だけで希土類添加光ファイバ21の入出力のスイッチングが可能であり、同期制御の必要がない。
前記第1実施形態では、2つのスイッチング素子(Qスイッチ15とシャッタ17)が必要であり、またこれらの同期制御のための制御装置18が必要である。一方、第2実施形態では光スイッチング手段として、Qスイッチを兼ねる回転ミラー23だけで希土類添加光ファイバ21の入出力のスイッチングが可能であり、同期制御の必要がない。
図2に示す構成を有する医療用光ファイバレーザ装置を作製した。
希土類添加光ファイバとして、コア径10μm、クラッド径200μm、エルビウム添加濃度40000ppm(モル濃度)のエルビウム添加フッ化物ファイバ(長さ6m)を用いた。
励起光源であるLDから波長0.98μmの励起光をエルビウム添加フッ化物ファイバに入射し、その一端側に設けたシャッタと他端側に設けたQスイッチとを、図4に示す通り動作させた。その結果、医療用として実用性のある発振波長2.8μmのパルスレーザ光が放出された。
希土類添加光ファイバとして、コア径10μm、クラッド径200μm、エルビウム添加濃度40000ppm(モル濃度)のエルビウム添加フッ化物ファイバ(長さ6m)を用いた。
励起光源であるLDから波長0.98μmの励起光をエルビウム添加フッ化物ファイバに入射し、その一端側に設けたシャッタと他端側に設けたQスイッチとを、図4に示す通り動作させた。その結果、医療用として実用性のある発振波長2.8μmのパルスレーザ光が放出された。
1,11,21…希土類添加光ファイバ、2,12,22…励起光源、3,13…ミラー、4,14,26…ハーフミラー、5,15…Qスイッチ、16,27…合波フィルター、17…シャッタ、18…制御装置、23…回転ミラー、24…ミラー部、25…光透過孔、28,29…レンズ。
Claims (4)
- 希土類添加光ファイバをレーザ媒質として形成された共振器にQスイッチが介在されてなる光ファイバレーザ装置であって、
前記QスイッチのOFF時に発生する自然放出光が希土類添加光ファイバに再入射されるのを防ぐ光スイッチング手段が前記希土類添加光ファイバの一端側に設けられており、該光スイッチング手段と前記希土類添加光ファイバの他端側に設けられた前記QスイッチとのON/OFFを同期させる構成としたことを特徴とする光ファイバレーザ装置。 - 前記光スイッチング手段が、前記希土類添加光ファイバの一端側に設けられたシャッタであることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記光スイッチング手段が、Qスイッチを兼ねた光透過孔付き回転ミラーであることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバレーザ装置。
- 前記希土類添加光ファイバの両端が無反射処理されている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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003426000A JP2005183853A (ja) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | 光ファイバレーザ装置 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007096039A (ja) * | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光源装置 |
CN100395925C (zh) * | 2006-04-07 | 2008-06-18 | 清华大学 | 利用对接损耗变化产生全光纤调q激光的调q装置 |
WO2010002003A1 (ja) * | 2008-07-03 | 2010-01-07 | 株式会社フジクラ | パルス光発生器及びパルスファイバレーザ |
JP2010141038A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レーザ光源 |
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2003
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