JP2008130629A - 側面励起レーザ - Google Patents

Abstract

【課題】基材内のレーザ活性部に対し励起光を効果的に集光することができる側面励起レーザを得る。
【解決手段】側面励起レーザ装置１０を構成する側面励起ファイバレーザ１１は、発振するレーザの光軸方向に長手のクラッド１４内に設けられレーザ活性物質が添加されたコア１２と、クラッド１４内に設けられた楔状集光部１８とを備えて構成されている。楔状集光部１８は、クラッド１４の側面１４Ａから入射された励起光を、密度を高めながらコア１２に導くようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光軸方向に長手の基材の側面から励起光を入射する側面励起レーザに関する。

円筒形状の塊を形成するように多数回巻き回されて紫外線硬化樹脂で固められたレーザファイバに対し周辺部から励起光を照射することで、該レーザファイバの両端からレーザ発振光を得るレーザ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、励起用半導体レーザからの励起光を固体素子（レーザロッド）に効率良く伝達するために、楔形の励起光伝送光学素子を設けたレーザ増幅装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−１９００９７号公報 特許第３３９１２３５号明細書

しかしながら、特許文献１記載の技術では、励起光をレーザファイバのコアに集光する点につき改善の余地がある。また、特許文献２記載の構成では、励起光をコアに集光するために、該固体素子に対する励起光伝送光学素子の光軸（姿勢）を高精度で調整することが必要になる。

本発明は、上記事実を考慮して、基材内のレーザ活性部に対し励起光を効果的に集光することができる側面励起レーザを得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る側面励起レーザは、発振するレーザの光軸方向に長手の基材内に設けられたレーザ活性部と、前記基材内に設けられ、前記基材の側面から入射された励起光を、密度を高めながら前記レーザ活性部に導く集光部と、を備えている。

請求項１記載の側面励起レーザでは、レーザ活性部及び集光部がそれぞれ基材内に設けられて構成されており、その（基材の）側面（周面）から入射された励起光が集光部を通じてレーザ活性部に到達する。この励起光は、集光部によって密度が高められているので、高密度の励起光を側面から該レーザ活性部に導光することができる。そして、本側面励起レーザでは、集光部がレーザ活性部と共に基材内に設けられているため、換言すれば、レーザ活性部に対する集光部の姿勢が一定しているので、該レーザ活性部に対し励起光の光軸調整を不要とすることができる。

このように、請求項１記載の側面励起レーザでは、基材内のレーザ活性部に対し励起光を効果的に集光することができる。

請求項２記載の発明に係る側面励起レーザは、請求項１記載の側面励起レーザにおいて、前記集光部は、前記光軸方向から見て、前記側面から前記レーザ活性部に向けて連続的に縮幅されて楔状を成している。

請求項２記載の側面励起レーザでは、励起光は、楔状を成す集光部を幅広側から細幅側へ進行しつつ密度が高められて、高密度でレーザ活性部に導光される。

請求項３記載の発明に係る側面励起レーザは、発振するレーザの光軸方向に長手の基材内に設けられたレーザ活性部と、前記基材内における該基材の側面と前記レーザ活性部との間に形成され、前記光軸方向から見て前記側面から前記レーザ活性部に向けて連続的に縮幅された集光部と、を備えている。

請求項３記載の側面励起レーザでは、レーザ活性部及び集光部がそれぞれ基材内に設けられて構成されており、その（基材の）側面（周面）から入射された励起光が集光部を通じてレーザ活性部に到達する。この励起光は、レーザ活性部側で側面側よりも細幅とされた（テーパ状の）集光部を進行しつつ密度が高められて、高密度でレーザ活性部に導光される。これにより、高密度の励起光を側面から該レーザ活性部に導光することができる。そして、本側面励起レーザでは、集光部がレーザ活性部と共に基材内に設けられているため、換言すれば、レーザ活性部に対する集光部の姿勢が一定しているので、該レーザ活性部に対し励起光の光軸調整を不要とすることができる。

このように、請求項３記載の側面励起レーザでは、基材内のレーザ活性部に対し励起光を効果的に集光することができる。

請求項４記載の発明に係る側面励起レーザは、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の側面励起レーザにおいて、前記集光部は、前記基材における該基材を構成する材料とは屈折率の異なる物質を充填した部分間に位置する部分とされており、前記屈折率の異なる物質が充填された部分との境界で励起光が全反射を繰り返しながら前記レーザ活性部に側に進行するように構成されている。

請求項４記載の側面励起レーザでは、基材の側面から入射された励起光は、基材における集光部と屈折率の異なる物質の充填部分との境界面で全反射を繰り返しながらレーザ活性部側に進行することで、その密度が高められ、レーザ活性部に導光される。また、この構成により、基材の側面に対する励起光（の入射角）の光軸に対するずれに対する許容範囲が広い。

請求項５記載の発明に係る側面励起レーザは、請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の側面励起レーザにおいて、前記レーザ活性部は、光ファイバのコアに設けられており、前記基材は、前記光ファイバのクラッドである。

請求項５記載の側面励起レーザは、クラッドに集光部を設けることで、ファイバレーザとして構成されている。このため、細長く可撓性の光ファイバにおいて、コアに設けられたレーザ活性部に対する集光部の姿勢（励起光の光軸）を良好に維持することができる。

請求項６記載の発明に係る側面励起レーザは、請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の側面励起レーザにおいて、前記集光部は、前記基材の周方向に離間して複数設けられている。

請求項６記載の側面励起レーザでは、励起光の光軸方向に応じて、複数の集光部の少なくとも一部からレーザ活性部に励起光が導光される。このため、基材内のレーザ活性部に対し励起光を一層効果的に集光することができる。

請求項７記載の発明に係る側面励起レーザは、請求項６記載の側面励起レーザ、前記レーザ活性部は、前記基材の軸心部に配置されており、前記複数の集光部は、前記基材の周方向に等間隔に配置されている。

請求項７記載の側面励起レーザでは、軸対称に形成されているので、複数の集光部の何れかが励起光源側を向くため、励起光源に対する設置方向等に与える制約が少ない。

請求項８記載の発明に係る側面励起レーザは、請求項７記載の側面励起レーザにおいて、前記基材における前記複数の集光部間を隔てる部分は、該集光部よりも断面積が小とされている。

請求項８記載の側面励起レーザでは、集光部が高密度で配設されているので、励起光源に対する設置方向等に与える制約が一層少ない。特に、例えば本側面励起レーザを請求項５に記載の光ファイバにて構成した場合、光ファイバの回転やねじれに対して励起効率の変動が少ないので、励起光源に対する設置方向を気にすることなく設置作業を行うことができる。

請求項９記載の発明に係る側面励起レーザは、請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の側面励起レーザにおいて、前記基材を透過した励起光を該基材側に反射する反射手段をさらに備えた。

請求項９記載の側面励起レーザでは、基材を透過した励起光が反射手段に反射されて再び基材に入射されるので、基材内のレーザ活性部に対し励起光をより効果的に集光することができる。

請求項１０記載の発明に係る側面励起レーザは、請求項９記載の側面励起レーザにおいて、前記反射手段は、前記光軸方向に対し傾斜した反射面を有して構成されている。

請求項１０記載の側面励起レーザでは、基材を透過した励起光（の一部）は、発振されるレーザの光軸方向（基材の長手方向）に進行しながら反射角度が変化するので、基材に再入射されて反射手段とは反対側から透過してしまうことが抑制され、レーザ活性部に有効に導光される。

請求項１１記載の発明に係る側面励起レーザは、請求項９又は請求項１０記載の側面励起レーザにおいて、前記反射手段は、金属材より成る反射鏡であり、前記基材に接触している。

請求項１１記載の側面励起レーザでは、冷却性に優れた金属製の反射鏡が基材に接触しているため、該基材から反射鏡に放熱することができる。これにより、本側面励起レーザの過熱対策を簡素化することが可能である。

請求項１２記載の発明に係る側面励起レーザは、請求項１乃至請求項１１の何れか１項記載の側面励起レーザにおいて、前記基材の側面における特定範囲に励起光を入射させるための補助光学系をさらに備えた。

請求項１２記載の側面励起レーザでは、補助光学系が基材の側面の特定範囲に励起光を導くので、励起光が基材を透過してロスを生じることが抑制される。

以上説明したように本発明に係る太陽光励起発電部は、基材内のレーザ活性部に対し励起光を効果的に集光することができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る側面励起レーザとしての側面励起レーザ装置１０について、図１乃至図６に基づいて説明する。

図１（Ａ）には、側面励起レーザ装置１０の主要部を成す側面励起ファイバレーザ１１の一部が斜視図にて示されており、図１（Ｂ）には、側面励起ファイバレーザ１１の長手方向（発振するレーザの光軸方向）との直交面に沿った断面図が示されている。これらの図に示される如く、側面励起ファイバレーザ１１は、コア１２と、該コア１２を軸心部で被覆保持したクラッド１４と、クラッド１４に形成された集光部１６とを主要部として構成されている。

レーザ活性部としてのコア１２は、レーザ発振用の活性物質が添加されると共に光を透過可能な材料にて、断面視で略円形に形成されている。コア１２に添加される活性物質としては、例えば、Ｎｄを用いることができ、さらにＴｉ、Ｃｒ、Ｃｅ等を添加することが好ましい。

基材としてのクラッド１４は、コア１２とは屈折率の異なる光透過性材料（例えば、石英）より成り、断面視でコア１２と同軸的な円形を成す側面（周面）１４Ａを有する。そして、側面励起ファイバレーザ１１では、クラッド１４の側面１４Ａが励起光の入射面とされている。

図１（Ｂ）に示される如く、集光部１６は、クラッド１４に一体に（クラッド１４の構成材料で）構成されている。集光部１６は、クラッド１４の周方向に沿って配置された複数の楔状集光部１８にて構成されている。より具体的には、各楔状集光部１８は、それぞれ楔状を成す複数の空胴部２０を、コア１２を中心とする放射状に配置されるようにクラッド１４に形成することで、該クラッド１４における周方向に隣接する空胴部２０間の切り残し部分として構成されている。

この実施形態では、互いに同じ形状に形成された複数の空胴部２０が周方向に等間隔で（コア１２に対し同じ姿勢で）配置されることで、各楔状集光部１８は、コア１２に対し同じ姿勢、形状を成す構成とされている。換言すれば、側面励起ファイバレーザ１１は、軸対称に構成されている。なお、空胴部２０は、クラッド１４（楔状集光部１８）とは屈折率が異なる物質（この実施形態では空気）が充填されている。

また、図１（Ｂ）に示される如く、各楔状集光部１８は、側面１４Ａ側でコア１２側よりも幅広となるように連続的に幅が変化した楔状（テーパ状）を成している。これにより、図２に示される如く、側面１４Ａから入射された励起光は、コア１２側に進行しつつ電力密度（パワー密度）が高められ、高電力密度でコア１２に導入される構成とされている。さらに、楔状集光部１８は、空胴部２０よりも周方向に幅すなわち断面積が大きく構成され、周方向に高密度で設けられている。この実施形態では、楔状集光部１８は、クラッド１４の周方向に沿って数十個設けられている（図１（Ｂ）は、模式的に少数だけ示している）。

より具体的には、各楔状集光部１８は、周方向両縁を規定する空胴部２０との界面１８Ａで励起光が全反射を繰り返しつつコア１２側に進行するように、寸法形状が決められている。これにより、側面励起ファイバレーザ１１では、集光部１６に入射された励起光をロスなくコア１２に導くことができる構成とされている。各楔状集光部１８を石英にて構成すると共に空胴部２０を空気で満たした本実施形態では、各楔状集光部１８と空胴部２０との界面１８Ａの臨界角が非常に大きいため、各楔状集光部１８において、入射励起光に対し電力密度を略８０倍から１００倍にする（集光密度で略８０〜１００倍を得る）ことが可能とされている。

以下、図３を参照しつつ、この点につき補足する。図３には、側面１４Ａ側の幅ｗ１、コア１２側の幅ｗ２（ｗ２＜ｗ１）、長さＬの寸法を有する楔状集光部１８が模式図にてされている。また、同図に示すθ１は、励起光の光軸方向（クラッド１４の径方向）に対する励起光の入射角度を、θ２は、励起光の光軸方向に対する出射角度をそれぞれ示している。ここで、各楔状集光部１８の長さＬを無限大である（幅ｗ１、ｗ２が長さＬに対し十分に短い）と仮定すると、すなわち、出射角θ２が界面１８Ａに対する角度であると仮定すると、全反射が維持できなくなる条件は、楔状集光部１８の空気に対する屈折率をｎとして、
π／２−θ２＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ） （１）
となる。

例えば石英の空気に対する屈折率ｎ＝１．４５を式（１）に代入すると、θ２≒０．８０９［ｒａｄ］を得る。一方、楔状集光部１８のコア１２側端部の幅ｗ２は、
ｗ２＝θ１／θ２×ｗ１ （２）
で近似される。

また例えば励起光として太陽光を用いる場合、θ１≒０．０１［ｒａｄ］であるから、これを式（２）に代入すると、ｗ２≒ｗ１／８０となる。すなわち、入射側の幅ｗ１に対し出力側の幅ｗ２を１／８０まで狭めることができるので、この例では、略８０倍の集光密度を得ることができる。なお、この集光密度の限界は、クラッド１４（光ファイバ）を構成する材料、空胴部２０を満たす材料（の屈折得率）によって変わることは言うまでもない。

この実施形態では、各楔状集光部１８が、それぞれ本発明における「集光部」に相当する。なお、側面励起ファイバレーザ１１は、クラッド１４の両端面を壁開したままで共振器として機能する構成とすることも可能であるが、例えば、光ファイバの両端に誘電体ミラーを形成したり、反射鏡（金属ミラー等）を取り付けたり、グレーティングを書き込んだりすることで共振器を構成することが好ましい。特に、空胴部２０への異物の侵入を防止するために、反射鏡にて空胴部２０の両開口端を封止することが好ましい。

以上説明した側面励起ファイバレーザ１１を製造するに当たっては、例えば図４（Ａ）に示される如く、中心部に活性物質を添加したコア１２の材料２２を配置した石英より成る円筒状部材２４に対し、直接加工を施して空胴部２０となる部分を除去して（くり抜いて）ファイバ母材２６を形成する。又は、図４（Ｂ）に示される如く、活性物質が添加されコア１２となるコア母材２８と、石英より成る円筒状のクラッド母材３０と、それぞれ石英より成り楔状集光部１８となる複数の集光路母材３２とを用意し、これらを組み合わせて石英の融点付近で溶融して固着することで、図４（Ａ）に示すのとほぼ同形状のファイバ母材３４を形成する。

このファイバ母材２６又はファイバ母材３４を紡糸炉にて延伸して光ファイバ化することで、側面励起ファイバレーザ１１を得ることができる。側面励起ファイバレーザ１１（クラッド１４）の外径は、目標とする特性に応じて決められるが、概ね１２５μｍ〜１０００μｍの範囲内に設定される。

そして、側面励起ファイバレーザ１１のクラッド１４は、図５（Ａ）に示される如く、略渦巻状に巻き回されて全体として円板状に形成されたり、図５（Ｂ）に示される如く、交互に（千鳥状に）折り返されて全体として矩形板状に形成されたりして、配置されるようになっている。

図２に示される如く、側面励起レーザ装置１０は、側面励起ファイバレーザ１１の上記形状を維持するための保持台３６を備えている。保持台３６は、金属材にて構成されており、側面励起ファイバレーザ１１の直径に対応する開口幅を有すると共に側面励起ファイバレーザ１１の配置（敷設）形状に対応した平面視形状を有するＵ字溝（半円弧溝）３６Ａを有する。保持台３６は、側面励起ファイバレーザ１１におけるクラッド１４の側面１４Ａに略半周（図２では略下半分）に亘り接触（密着）していることで、レーザ発振に伴って側面励起ファイバレーザ１１に生じた熱を放熱するようになっている。図示は省略するが、保持台３６に放熱フィンを設けたり、冷媒流路を形成したりしても良い。

この実施形態に係る側面励起レーザ装置１０では、側面励起ファイバレーザ１１は、励起光として太陽光がクラッド１４の側面１４Ａから入射されるようになっており、太陽光による励起によってコア１２においてレーザ発振が生じ、長手方向端部からレーザ光を出力するようになっている。そして、この実施形態では、側面励起ファイバレーザ１１は、図６に示される如く、太陽光励起レーザ装置として太陽光励起発電装置３８に適用されている。

太陽光励起発電装置３８は、側面励起レーザ装置１０と、光電変換素子としての単色光太陽電池４０を有する発電部４２と、発電部４２で発電された電気エネルギ（電力）を蓄える蓄電手段としての２次電池４４と、側面励起ファイバレーザ１１と発電部４２との間のレーザ光伝送路を構成する光ファイバ４６と、発電部４２と２次電池４４との間を導通（電気的に接続）する電線４８とを主要構成要素として構成されている。光ファイバ４６のレーザ光入力端は、側面励起ファイバレーザ１１のレーザ光出力端に融着されている。

発電部４２を構成する単色光太陽電池４０は、特定波長の光のエネルギを電気エネルギ（電力）に変換するものであり、例えば、Ｓｉ系の光電変換素子（単結晶、多結晶、アモルファス型）、化合物半導体系（ＩＩＩ−Ｖ族（ＧａＡｓ系、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ等）、ＩＩ−ＶＩ族（ＣｄＳ／ＣｄＴｃ系、Ｃｕ_２Ｓ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等）、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族（ＣｕＩｎＳｅ_２系、ＡｇＩｎＳｅ_２、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｕＧａＳｅ_２等）の光電変換素子、有機半導体系の光電変換素子、色素増感型の光電変換素子等を採用することができる。この単色光太陽電池４０は、透過したレーザ光を入射面側に反射するための誘電体反射膜等から成る裏面反射部４０Ａを有している。

また、発電部４２は、単色光太陽電池４０（の裏面反射部４０Ａ）が反射したレーザ光を該単色光太陽電池４０に向けてさらに反射するドーム型反射器４５を備えて構成されている。ドーム型反射器４５は、単色光太陽電池４０側に開口端を向けたドーム状（略半球隔状）に形成されており、その内面が側面励起ファイバレーザ１１のレーザ光に合わせた誘電体反射膜や金属ミラー等にて構成された反射面とされている。光ファイバ４６のレーザ光出力端は、ドーム型反射器４５の反射面側に露出した状態で取り付けられている。

また、太陽光励起発電装置３８では、電線４８を介して発電部４２に電気的に接続された２次電池４４は、該発電部４２が発生した電気エネルギを蓄えるようになっている。２次電池４４は、発電部４２の近傍に配置されることで、電線４８による電気エネルギの伝送ロスが抑制されるようになっている。この２次電池４４には、図示しない負荷に電気エネルギを供給可能に接続されても良く、充電後に電線４８から切り離されて負荷装置に装着される構成としても良い。前者の構成においては、発電部４２が発生した電気エネルギ（の少なくとも一部）を直接的に付加に供給し得る構成とすることも可能である。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

上記構成の側面励起レーザ装置１０が適用された太陽光励起発電装置３８では、側面励起ファイバレーザ１１の側面１４Ａに向けて太陽光が照射されると、該太陽光（励起光源）側に向けて配置された各楔状集光部１８に太陽光が励起光として入射される。この各楔状集光部１８では、励起光は界面１８Ａで全反射を繰り返して電力密度が高められつつコア１２側に進行し、活性物質を含むコア１２に導光、吸収される。これにより、側面励起ファイバレーザ１１では、この太陽光を励起光としてレーザ発振が生じ、そのレーザ光出力端から所定波長のレーザ光を出力する。このレーザ光は、光ファイバ４６を経由して発電部４２に伝送される。

そして、発電部４２の単色光太陽電池４０の入射面に向けて照射されたレーザ光は、単色光太陽電池４０に吸収された一部が光電変換（発電）に寄与し、単色光太陽電池４０を透過した一部が裏面反射部４０Ａにて反射され、さらにドーム型反射器４５の反射面（内面）で単色光太陽電池４０に向けて反射され、単色光太陽電池４０に再び入射されて光電変換（発電）に寄与する。これを繰り返すことで、レーザ光は、時間的、空間（平面）的に分散されつつ全て単色光太陽電池４０に吸収される。発電部４２で生じた電気エネルギは、電線４８を介して２次電池４４に供給され、該２次電池４４にて蓄えられる（２次電池４４が充電される）。

ここで、側面励起レーザ装置１０では、側面励起ファイバレーザ１１のクラッド１４に設けられた楔状集光部１８によって、励起光としての太陽光を集光して電力密度（パワー密度）を高めた状態でコア１２に導くことができる。この実施形態では、略80倍の集光密度を実現することができる。また、楔状に形成された楔状集光部１８では、励起光としての太陽光が界面１８Ａで全反射を繰り返しながらコア１２に導かれるため、励起光のロスが少ない。さらに、側面励起ファイバレーザ１１では、それぞれ側面１４Ａからコア１２に向かう複数の楔状集光部１８が設けられているため、図２に示される如く、複数の経路で高電力密度の太陽光をコア１２に導くことができる。

これらにより、側面励起ファイバレーザ１１では、クラッド１４の側面（側面）１４Ａから、励起光をコア１２に有効に導光することができ、該コア１２にレーザ発振に十分な（電力密度、量ともに）励起光を導光することができる。すなわち、例えば図１７に示される比較例に係る側面励起ファイバレーザ１００の如く、太陽光を集光することなく側面１４Ａからコア１２に導光する構成では、太陽光を励起光として効率良くコア１２に導くことができない。これに対してクラッド１４に集光部１６を設けた側面励起ファイバレーザ１１では、上記の通り太陽光を効率良くコア１２に導いて吸収させることができ、太陽光励起によるレーザ発振を実現することができる。

またここで、側面励起レーザ装置１０では、側面励起ファイバレーザ１１のクラッド１４に楔状集光部１８（集光部１６）が一体に設けられているため、コア１２に対する励起光の光軸調整（アライメント）調整が不要となる。すなわち、例えば図１８（Ａ）に示される比較例に係る側面励起ファイバレーザ１１０の如く、集光系として別体のレンズ１１２を用いた構成では、コア１２に対するレンズ１１２の光軸調整が要求されるが、側面励起ファイバレーザ１１では、このような光軸調整を不要とすることができる。

さらに、側面励起レーザ装置１０では、楔状に形成された楔状集光部１８において励起光としての太陽光が界面１８Ａで全反射を繰り返しながらコア１２に導かれるため、入射される励起光の光軸に対するずれの許容範囲が広い。すなわち、例えば図１８（Ｂ）に示される如く、側面励起ファイバレーザ１１０において励起光の入射方向がずれると、光軸がずれてコア１２に効率良く導光することができなくなる。特に、時間と共に入射方向の変化する太陽光を励起光として用いる構成では、光軸維持の対策が必要になる。これに対して側面励起ファイバレーザ１１では、楔状集光部１８において励起光が全反射を繰り返しながらコア１２側に進行するため、励起光の入射方向がずれてもコア１２に効率良く励起光を入射させることができる。

しかも、側面励起ファイバレーザ１１では、複数の楔状集光部１８がコア１２の廻りに放射状に配置されているため、換言すれば、全体として軸対称に構成されているため、励起光の入射方向のずれを主たる導光経路となる楔状集光部１８の変化によって吸収することができる。また、複数の楔状集光部１８が周方向に高密度で配置されているので、励起光の入射角のずれに起因するコア１２への導光量の変動が小さく抑えられる。

同様に、側面励起レーザ装置１０では、側面励起ファイバレーザ１１が上記の如く軸対称に構成されているため、励起光減に対する姿勢に依らずコア１２に励起光を効率良く導光することができる。すなわち、側面励起ファイバレーザ１１の回転やねじれに対する励起効率の変動が極めて小さく抑えられている。したがって、側面励起レーザ装置１０では、側面励起ファイバレーザ１１を保持台３６に保持させる際に、該側面励起ファイバレーザ１１の回転やねじれを気にすることなく保持作業を行うことができる。

（他の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部分等については、上記第１の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がある。

（第２の実施形態）
図７には、本発明の第２の実施形態に係る側面励起レーザ装置５０が図２に対応する断面図にて示されている。この図に示される如く、側面励起レーザ装置５０は、保持台３６に代えて保持台５２を備えている点で、第１の実施形態とは異なる。

保持台５２は、金属材にて構成されており、側面励起ファイバレーザ１１の直径に対応する開口幅を有すると共に側面励起ファイバレーザ１１の配置（敷設）形状に対応した平面視形状を有するＶ字溝５２Ａを有する。保持台５２は、側面励起ファイバレーザ１１におけるクラッド１４の１４Ａに接触していることで、レーザ発振に伴って側面励起ファイバレーザ１１に生じた熱を放熱するようになっている。

また、保持台５２は、Ｖ字溝５２Ａの溝壁面５２Ｂが鏡面仕上げされて金属鏡として構成されている。このため、保持台５２は、その溝壁面５２Ｂによって、図７に矢印Ａにて示す如くクラッド１４を透過した励起光を反射するようになっている。これにより、側面励起レーザ装置５０では、クラッド１４を透過した太陽光を再度励起光としてクラッド１４に入射させることができる構成とされている。側面励起レーザ装置５０の他の構成は、側面励起レーザ装置１０の対応する構成と同じである。

したがって、第２の実施形態に係る側面励起レーザ装置５０によっても、第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０と基本的に同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、側面励起レーザ装置５０では、クラッド１４を透過した太陽光を、保持台５２の溝壁面５２Ｂにて励起光としてクラッド１４に再入射させるため、太陽光を励起光として一層効率良くコア１２に導光することができる。

（第３の実施形態）
図８には、本発明の第３の実施形態に係る側面励起レーザ装置５５が断面図にて示されている。この図に示される如く、側面励起レーザ装置５５では、巻き回され又は繰り返し折り返された側面励起ファイバレーザ１１の側面１４Ａを接触（隣接）させている点で、第１の実施形態に係る１０とは異なる。これに対応して、側面励起レーザ装置５５では、保持台３６に代えて、平板状の保持台５６上に側面励起ファイバレーザ１１を配置している。保持台５６は、金属材にて構成され、その表面５６Ａが鏡面仕上げされている。側面励起レーザ装置５５の他の構成は、側面励起レーザ装置１０の対応する構成と同じである。

したがって、第３の実施形態に係る側面励起レーザ装置５５によっても、第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０と基本的に同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、側面励起レーザ装置５５では、クラッド１４を透過した太陽光を、保持台５６の表面５６Ａにて反射させ、励起光としてクラッド１４に再入射させることができるため、太陽光を励起光として一層効率良くコア１２に導光することができる。さらに、側面励起レーザ装置５５では、側面励起ファイバレーザ１１の長手方向の異なる部分を径方向に隣接させているため、換言すれば、側面励起ファイバレーザ１１が密に配置されているため、スペース効率が良好である。

（第４の実施形態）
図９には、本発明の第４の実施形態に係る側面励起レーザ装置６０が断面図にて示されている。この図に示される如く、側面励起レーザ装置６０は、平板状の保持台５６に代えて、Ｕ字溝６２Ａを有する金属製の保持台６２を有する点で、第３の実施形態に係る５５とは異なる。保持台６２のＵ字溝６２Ａは、断面視で保持台３６のＵ字溝３６Ａと同様に形成されており、平面視では側面励起ファイバレーザ１１の配設形状に対応して例えば渦巻状や繰り返し折り返し形状等に形成されている。側面励起レーザ装置６０の他の構成は、側面励起レーザ装置１０、５５の対応する構成と同じである。

したがって、第４の実施形態に係る側面励起レーザ装置６０によっても、第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０と基本的に同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、側面励起レーザ装置６０では、保持台３６におけるＵ字溝３６Ａの溝壁が略半周に亘り側面励起ファイバレーザ１１の側面１４Ａに接触しているので、側面励起レーザ装置５５と比較して側面励起ファイバレーザ１１の冷却性能が良好である。さらに、第３の実施形態に係る側面励起レーザ装置５５と同様に、側面励起ファイバレーザ１１が密に配置されているため、スペース効率が良好である。

（第５の実施形態）
図１０には、本発明の第５の実施形態に係る側面励起レーザ装置６５が断面図にて示されている。この図に示される如く、側面励起レーザ装置６５は、金属製の保持台６２に代えて、透明な保持台６６を励起光源側に配置している点で、第４の実施形態に係る側面励起レーザ装置６０とは異なる。保持台６６は、例えば樹脂材等にて構成されており、側面励起ファイバレーザ１１の励起光源側の略半分を接触状態で入り込ませるＵ字溝６６Ａを有する。すなわち、保持台６６のＵ字溝６６Ａは、断面視で保持台３６のＵ字溝３６Ａと同様に形成されており、底面視では側面励起ファイバレーザ１１の配設形状に対応して例えば渦巻状や繰り返し折り返し形状等に形成されている。なお、保持台６６の屈折率は、クラッド１４の屈折率と同じであっても異なっていても良い。

また、側面励起レーザ装置６５は、側面励起ファイバレーザ１１における保持台６６から突出した下側略半分の側面１４Ａを覆う裏面側反射部６８を備えている。裏面側反射部６８は、例えば誘電体反射膜や金属鏡とすることができる。側面励起レーザ装置６５の他の構成は、側面励起レーザ装置１０、６０の対応する構成と同じである。

したがって、第５の実施形態に係る側面励起レーザ装置６５によっても、金属製の保持台３６による冷却効果を除いて、第１及び第４の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０と基本的に同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、側面励起レーザ装置６５では、クラッド１４を透過した太陽光が裏面側反射部６８にてクラッド１４内に効果的に反射され、励起光として再度利用されるので、太陽光を励起光として一層効率良くコア１２に導光することができる。

（第６の実施形態）
図１１には、本発明の第６の実施形態に係る側面励起レーザ装置７０が断面図にて示されている。この図に示される如く、側面励起レーザ装置７０は、裏面側反射部６８に代えて保持台６２を備える点で、第５の実施形態に係る６５とは異なる。換言すれば、側面励起レーザ装置７０では、側面励起ファイバレーザ１１が保持台６２と保持台６６とで挟み込まれている。側面励起レーザ装置７０の他の構成は、側面励起レーザ装置１０、６５の対応する構成と同じである。

したがって、第６の実施形態に係る側面励起レーザ装置７０によっても、第１及び第４の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０と基本的に同様の作用によって同様の効果を得ることができる。すなわち、側面励起レーザ装置７０では、裏面側反射部６８による透過光の再利用効果に代えて、保持台６２による側面励起ファイバレーザ１１の冷却効果を得ることができる。また、側面励起ファイバレーザ１１が効果的に保護される。

（第７の実施形態）
図１２には、本発明の第７の実施形態に係る側面励起レーザ装置７５が断面図にて示されている。この図に示される如く、側面励起レーザ装置７５は、側面励起ファイバレーザ１１の所定範囲に太陽光を導くための補助レンズ７６を備える点で、第６の実施形態に係る側面励起レーザ装置７０とは異なる。補助レンズ７６は、太陽光を集光部１６（複数の楔状集光部１８）における特定の範囲（主にクラッド１４を透過しない範囲）に補助的に集光するようになっている。側面励起レーザ装置７５の他の構成は、側面励起レーザ装置１０、７０の対応する構成と同じである。

したがって、第７の実施形態に係る側面励起レーザ装置７５によっても、第１及び第６の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０、７０と基本的に同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、側面励起レーザ装置７５では、補助レンズ７６により太陽光がクラッド１４を透過することが制限されるように入射されるため、太陽光を励起光として一層効率良くコア１２に導光することができる。また、コア１２に入射される励起光の電力密度を増すことができる。

（第８の実施形態）
図１３には、本発明の第８の実施形態に係る側面励起レーザ装置８０が断面図にて示されている。この図に示される如く、側面励起レーザ装置８０は、側面励起ファイバレーザ１１の長手方向の異なる部分が径方向に離間して配置されている点で、第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０と共通し、第７の実施形態に係る側面励起レーザ装置７５とは異なる。また、側面励起レーザ装置８０は、透明な保持台８２を備える点で、第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０とは異なる。

このため、側面励起ファイバレーザ１１は、保持台３６にて下方から略半周に亘る接触状態で保持されると共に、該保持台３６を上下に反転させたようにＵ字溝３６Ａに対応するＵ字溝８２Ａが形成された透明な保持台８２にて上方から略半周に亘る接触状態で保持されている。換言すれば、側面励起レーザ装置８０は、第１の実施形態に透明な保持台８２、補助レンズ８４を付加した構成として把握することができる。なお、補助レンズ８４は、補助レンズ７６と同様の機能を果たすように、側面励起ファイバレーザ１１の配置（形状）に対応して形成されている。側面励起レーザ装置８０の他の構成は、側面励起レーザ装置１０の対応する構成と同じである。

したがって、第８の実施形態に係る側面励起レーザ装置８０によっても、第１及び第７の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０、７５と基本的に同様の作用によって同様の効果を得ることができる。なお、側面励起レーザ装置８０から補助レンズ８４を除いた構成とすることも可能である。

（第９の実施形態）
図１４には、本発明の第９の実施形態に係る側面励起レーザ装置８５が断面図にて示されている。この図に示される如く、側面励起レーザ装置８５は、側面励起ファイバレーザ１１の所定範囲に太陽光を導くための補助レンズ８６を備える点で、第４の実施形態に係る側面励起レーザ装置６０とは異なる。補助レンズ８６は、太陽光を集光部１６（複数の楔状集光部１８）における特定の範囲（主にクラッド１４を透過しない範囲）補助的に集光するようになっている。側面励起レーザ装置８５の他の構成は、側面励起レーザ装置１０、６０の対応する構成と同じである。

したがって、第９の実施形態に係る側面励起レーザ装置８５によっても、第１及び第４の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０、６０と基本的に同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、側面励起レーザ装置８５では、補助レンズ８６により太陽光がクラッド１４を透過することが制限されるように入射されるため、太陽光を励起光として一層効率良くコア１２に導光することができる。また、コア１２に入射される励起光の電力密度を増すことができる。

（第１０の実施形態）
図１５には、本発明の第１０の実施形態に係る側面励起レーザ装置９０が断面図にて示されている。この図に示される如く、側面励起レーザ装置９０は、側面励起ファイバレーザ１１の所定範囲に太陽光を導くための補助レンズ９２を備える点で、第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０とは異なる。補助レンズ９２は、太陽光を集光部１６（複数の楔状集光部１８）における特定の範囲（主にクラッド１４を透過しない範囲）補助的に集光するようになっている。側面励起レーザ装置９０の他の構成は、側面励起レーザ装置１０の対応する構成と同じである。

したがって、第１０の実施形態に係る側面励起レーザ装置９０によっても、第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０と基本的に同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、側面励起レーザ装置９０では、補助レンズ８６により太陽光がクラッド１４を透過透過することが制限されるように入射されるため、太陽光を励起光として一層効率良くコア１２に導光することができる。また、コア１２に入射される励起光の電力密度を増すことができる。

（第１１の実施形態）
図１６には、本発明の第１１の実施形態に係る側面励起レーザ装置９５が側断面図にて示されている。この図に示される如く、側面励起レーザ装置９５は、保持台３６に代えて保持台９６を備える点で、第１の実施形態に係る１０とは異なる。保持台９６は、金属製とされ、側面励起ファイバレーザ１１の励起光源とは反対側（下側）の略半分を入り込ませるＵ字溝９６Ａを有し、Ｕ字溝９６Ａの底面９６Ｂは、側面励起ファイバレーザ１１の光軸方向すなわちクラッド１４の長手方向に対し傾斜している。

したがって、側面励起レーザ装置９５では、クラッド１４の側面１４Ａ（の少なくとも一部）とＵ字溝９６Ａの底面９６Ｂとは、互いに離間している。保持台９６におけるＵ字溝９６Ａの底面９６Ｂを含む溝壁９６Ｃは、鏡面に仕上げられて金属鏡として構成されている。このため、保持台９６は、その底面９６Ｂを含む溝壁９６Ｃによって、クラッド１４を透過した励起光を反射するようになっている。また、側面励起レーザ装置９５では、底面９６Ｂがクラッド１４（側面１４Ａ）の長手方向に対し傾斜していることにより、図１６に矢印Ｂにて示す如くクラッド１４を透過した光を反射する際に、側面視の反射角度すなわちクラッド１４への再入射角度を変換するようになっている。これにより、側面励起レーザ装置９５は、保持台９６によって反射されクラッド１４に再入射した励起光が該クラッド１４を透過し難い構成とされている。側面励起レーザ装置９５の他の構成は、側面励起レーザ装置１０の対応する構成と同じである。

したがって、第２の実施形態に係る側面励起レーザ装置５０によっても、第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置１０と基本的に同様の作用によって同様の効果を得ることができる。また、側面励起レーザ装置５０では、クラッド１４を透過した太陽光を、保持台９６の底面９６Ｂを含む溝壁９６Ｃにて励起光としてクラッド１４に再入射させるため、太陽光を励起光として一層効率良くコア１２に導光することができる。しかも、底面９６Ｂがクラッド１４の長手方向に対し傾斜していることにより、該底面９６Ｂを含む溝壁９６Ｃで反射されクラッド１４に再入射された励起光が該クラッド１４を透過し難いので、太陽光を励起光としてより一層効率良くコア１２に導光することができる。

なお、このように底面９６Ｂがクラッド１４の長手方向に対し傾斜した構成は、上記した各実施形態に適宜適用することができる。

また、上記した各実施形態では、励起光として太陽光を利用する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば半導体レーザ等の各種光源からの光を励起光として用いることができる。

さらに、上記した実施形態では、側面励起ファイバレーザ１１を含んで構成された側面励起レーザ装置１０等が太陽光励起発電装置３８に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、各主用途に側面励起ファイバレーザ１１、側面励起レーザ装置１０等を適用することができる。

さらにまた、上記した各実施形態では、側面励起ファイバレーザ１１を保持台３６等に保持した側面励起レーザ装置１０が本発明における側面励起レーザに相当する例を示したが、本発明はこれに限定されず、側面励起ファイバレーザ１１単体で本発明における側面励起レーザに相当すると把握することが可能である。

また、上記実施形態では、側面励起ファイバレーザ１１がコア１２とクラッド１４とを有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、レーザ活性部として固体ロッドを用い、該固体ロッドを覆う基材に集光路を設けた構成とすることも可能である。

本発明の第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置を構成する側面励起ファイバレーザを示す図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は軸直角断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置を構成する側面励起ファイバレーザの集光路による集光密度の計算例を説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置を構成する側面励起ファイバレーザを製造するための母材を示す図であって、（Ａ）は第１例を示す斜視図、（Ｂ）は第２例を示す斜視図である。 発明の第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置を構成する側面励起ファイバレーザの配置例を示す図であって、（Ａ）は第１例を示す斜視図、（Ｂ）は第２例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る側面励起レーザ装置を太陽光励起発電装置に適用した例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の第８の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の第９の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の第１０の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の第１１の実施形態に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 本発明の実施形態との比較例に係る側面励起レーザ装置の軸直角断面図である。 （Ａ）は、本発明の実施形態との他の比較例に係る側面励起レーザ装置を示す軸直角断面図、（Ｂ）は、上記他の比較例における光軸がずれた状態を模式的に示す軸直角断面図である。

符号の説明

１０ 側面励起レーザ装置（側面励起レーザ）
１１ 側面励起ファイバレーザ（側面励起レーザ）
１２ コア（レーザ活性部）
１４ クラッド（基材）
１８ 楔状集光部（集光部）
１８Ａ 界面（屈折率の異なる物質で充填された部分との境界）
２０ 空胴部（屈折率の異なる物質で充填された部分）
５０・５５・６０・６５・７０・７５・８０・８５・９０・９５ 側面励起レーザ装置
５２ 保持台（反射手段）
６８ 裏面側反射部（反射手段）
９６ 保持台（反射手段）
９６Ｂ 底面（反射面）

Claims (12)

1. 発振するレーザの光軸方向に長手の基材内に設けられたレーザ活性部と、
   前記基材内に設けられ、前記基材の側面から入射された励起光を、密度を高めながら前記レーザ活性部に導く集光部と、
   を備えた側面励起レーザ。
2. 前記集光部は、前記光軸方向から見て、前記側面から前記レーザ活性部に向けて連続的に縮幅されて楔状を成している請求項１記載の側面励起レーザ。
3. 発振するレーザの光軸方向に長手の基材内に設けられたレーザ活性部と、
   前記基材内における該基材の側面と前記レーザ活性部との間に形成され、前記光軸方向から見て前記側面から前記レーザ活性部に向けて連続的に縮幅された集光部と、
   を備えた側面励起レーザ。
4. 前記集光部は、前記基材における該基材を構成する材料とは屈折率の異なる物質を充填した部分間に位置する部分とされており、前記屈折率の異なる物質が充填された部分との境界で励起光が全反射を繰り返しながら前記レーザ活性部に側に進行するように構成されている請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の側面励起レーザ。
5. 前記レーザ活性部は、光ファイバのコアに設けられており、前記基材は、前記光ファイバのクラッドである請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の側面励起レーザ。
6. 前記集光部は、前記基材の周方向に離間して複数設けられている請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の側面励起レーザ。
7. 前記レーザ活性部は、前記基材の軸心部に配置されており、
   前記複数の集光部は、前記基材の周方向に等間隔に配置されている請求項６記載の側面励起レーザ。
8. 前記基材における前記複数の集光部間を隔てる部分は、該集光部よりも断面積が小とされている請求項７記載の側面励起レーザ。
9. 前記基材を透過した励起光を該基材側に反射する反射手段をさらに備えた請求項１乃至請求項８の何れか１項記載の側面励起レーザ。
10. 前記反射手段は、前記光軸方向に対し傾斜した反射面を有して構成されている請求項９記載の側面励起レーザ。
11. 前記反射手段は、金属材より成る反射鏡であり、前記基材に接触している請求項９又は請求項１０記載の側面励起レーザ。
12. 前記基材の側面における特定範囲に励起光を入射させるための補助光学系をさらに備えた請求項１乃至請求項１１の何れか１項記載の側面励起レーザ。
    

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