JP2010186816A - レーザ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 出力光の波長の帯域幅を狭帯域化することができるレーザ光源を提供する。
【解決手段】 本発明に係るレーザ光源１は、放出光を出力する光増幅性ファイバ１１が共振光路上に配置されたレーザ共振器と、励起光源１２と、レーザ共振器の共振光路上に設けられた第１ポート１３ａと第２ポート１３ｂとを有し、光増幅性ファイバ１１から出力された放出光を第１ポート１３ａに入力して第２ポート１３ｂから出力し、第１ポート１３ａと第２ポート１３ｂとの間の光路の光通過可能状態を制御する光路スイッチ手段と、第２ポート１３ｂから出力された放出光を分光する回折格子１６と、回折格子１６により分光された放出光のうち特定の波長の光を第２ポート１３ｂに反射する全反射ミラー１７とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ光をパルス発振するレーザ光源に関するものである。

レーザ光をパルス発振するレーザ光源は、短時間で発振を起こし、単位時間当たりの出力パワーを非常に高くする、すなわちＱ値を高い値に切り替える操作を行うＱスイッチ手段を備える。このような技術を開示するものとしては、下記の特許文献１がある。

特許文献１には、レーザ共振器の損失を変調するＱスイッチ手段に音響光学素子を含む光ファイバレーザ光源が開示されている。特許文献１の光ファイバレーザ光源は、音響光学素子の一方の出力端に発振波長の光を選択的に反射する反射膜が取り付けられている。また、音響光学素子に高周波電圧が印加されている間だけ音響光学素子に回折格子が形成されて回折光が生じる構成となっている。そのため、音響光学素子に高周波電圧が印加される間だけ回折光が生じてその回折光が反射膜により反射され、レーザ共振器の中で増幅されていく。これに伴って、光ファイバレーザ光源は、共振器中のＱ値が高くなり、パルス発振される。

特許第３３３１７２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光ファイバレーザ光源では、音響光学素子の反射膜から反射された光に含まれるすべての波長成分に対して光増幅されるため、出力光の波長の帯域幅が広くなってしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、出力光の波長帯域幅を狭くすることができる。

上記の問題を解決するため、本発明に係るレーザ光源は、レーザ光をパルス発振するレーザ光源であって、励起エネルギーが供給されることにより放出光を発生して放出光を出力するレーザ媒質が共振光路上に配置されたレーザ共振器と、レーザ媒質に励起エネルギーを連続的に供給する励起手段と、レーザ共振器の共振光路上に設けられた第１ポートと第２ポートとを有し、レーザ媒質から出力された放出光を第１ポートに入力して第２ポートから出力し、第１ポートと第２ポートとの間の光路の光通過可能状態を制御する光路スイッチ手段と、レーザ共振器の共振光路上に設けられており、第２ポートから出力された放出光を分光する分光手段と、分光手段により分光された光の一部の特定の波長の光を第２ポートに反射し、結果として他の波長の光を放出する反射手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係るレーザ光源では、光路スイッチ手段と反射手段との間に、第２ポートから出力された放出光を分光する分光手段を採用することにより、光路スイッチ手段から出力される光を波長に応じて空間的に分光することができる。また、その分光された光のうち、所望の波長を有する光のみを、反射手段を介して第２ポートに帰還させて増幅することができる。従って、本発明に係るレーザ光源によれば、レーザ光源から出力される出力光の波長帯域幅を狭くすることができる。
本発明に係るレーザ光源では、光路スイッチ手段は、第３ポートを有し、第２ポートが光通過可能でないときは、第３ポートに光が通過可能であり、第３ポートは、第1ポートからの光を吸収または放出する吸収・放出端を有することが好適である。

また、分光手段は、回折格子又はプリズムであることが好適である。これにより、光路スイッチ手段の第２ポートから出力された放出光を容易に波長に応じて空間的に分光することができる。

本発明に係るレーザ光源によれば、出力光の波長帯域幅を狭くすることができる。

本発明の第１実施形態に係るレーザ光源１を模式的に示す図である。 本発明の第２実施形態に係るレーザ光源２を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
まず、本発明に係るレーザ光源の第1実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係るレーザ光源１の構成図である。同図に示すように、レーザ光源１は、光増幅性ファイバ１１、励起光源１２、音響光学素子１３、駆動回路１４、吸収・放出端１５、回折格子１６、全反射ミラー１７、レンズ１８ａ，１８ｂ、ダイクロイックミラー１９、可変光減衰器２０及び制御部２１を備える。

光増幅性ファイバ１１は、光導波領域に希土類元素Ｙｂが添加された光ファイバであって、その希土類元素Ｙｂを励起し得る波長の励起光が供給されると、その希土類元素Ｙｂから放出光を発生してその発生された放出光を出力する。すなわち、本実施形態において、光増幅性ファイバ１１は、レーザ媒質として機能する。光増幅性ファイバ１１の一方の端面１１ａは垂直クリーブ面とされており、光増幅性ファイバ１１の他方の端面１１ｂは無反射コーティングが施されている。

励起光源１２は、光増幅性ファイバ１１に添加された希土類元素Ｙｂを励起するための励起光を連続的に出力する。具体的には、９７５ｎｍの中心波長を有する光を出力するレーザダイオードである。ダイクロイックミラー１９は、この励起光源１２から出力された励起光を入力して、この励起光をレンズ１８ａへ反射する。レンズ１８ａは、ダイクロイックミラー１９から到達した励起光を入力して、この励起光を光増幅性ファイバ１１の端面１１ａに集光して入力させる。また、レンズ１８ａは、光増幅性ファイバ１１の希土類元素Ｙｂから放出されて増幅され、端面１１ａから出力された光を入力して、その光を平行化してダイクロイックミラー１９へ出力する。ダイクロイックミラー１９は、このレンズ１８ａから到達した光を入力して、この光を可変光減衰器２０へ出力する。

可変光減衰器２０は、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａから出力されてレンズ１８ａおよびダイクロイックミラー１９を透過した光を入力して、この光のパワーを減衰して出力する。すなわち、可変光減衰器２０は光減衰器である。可変光減衰器２０の減衰率は可変である。

音響光学素子（光路スイッチ手段の一部）１３は、第１ポート１３ａ、第２ポート１３ｂおよび第３ポート１３ｃを有する。第１ポート１３ａはレンズ１８ｂを介して光増幅性ファイバの端面１１ｂと光学的に接続され、第２ポート１３ｂは回折格子１６を介して全反射ミラー１７と光学的に接続され、また、第３ポート１３ｃは吸収・放出端１５と光学的に接続されている。音響光学素子１３は、駆動回路１４により駆動されて動作し、第１ポート１３ａ及び第２ポート１３ｂの間の第１光路と、第１ポート１３ａ及び第３ポート１３ｃの間の第２光路の一方が、選択的に光通過可能状態となる。

具体的に説明すると、駆動回路１４により音響光学素子１３に高周波電圧が印加されない状態になっているときには、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂからの光は回折されずに第２光路を通過して吸収・放出端１５へ出力され、吸収・放出端１５において吸収または放出される。一方、駆動回路１４により音響光学素子１３に高周波電圧が印加される状態になっているときには、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂからの光は回折されて、第１光路を通過して回折格子１６へ出力される。

レンズ１８ｂは、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出力された光を入力し、この入力された光を平行化して音響光学素子１３の第１ポート１３ａに入力させる。また、レンズ１８ｂは、音響光学素子１３の第１ポート１３ａから出力された光を入力し、この光を光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに集光して入力させる。

回折格子１６は、反射型であり、音響光学素子１３の第２ポート１３ｂから出力された光を入力して波長に応じた回折角で光を回折させて各波長へと分光し、分光された光を異なる光路で全反射ミラー１７へ向けて出力する。全反射ミラー１７は、回折格子１６により分光された光のうち所望の波長を有する光の光路上に配置されており、入力されたその所望の波長の光を全反射し、その反射された光を音響光学素子１３の第２ポート１３ｂに入力させる。反射されなかった光は、結果として放出され、共振光路上から除外される。

制御部２１は、駆動回路１４による音響光学素子１３の状態設定を制御し、また、励起光源１２及び可変光減衰器２０の光パワー調整を制御する。

このように構成されるレーザ光源１において、励起光源１２、ダイクロイックミラー１９及びレンズ１８ａは、レーザ媒質である光増幅性ファイバ１１に励起光を入力して光増幅性ファイバ１１に励起エネルギーを連続的に供給する励起手段として作用する。また、本実施形態に係るレーザ光源１においては、音響光学素子１３の第１ポート１３ａと第２ポート１３ｂとの間の第１光路が光通過可能状態となっているときには、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａと全反射ミラー１７との間の光学系がファブリペロ型のレーザ共振器を構成し、レーザ媒質である光増幅性ファイバ１１はレーザ共振器の共振光路上に位置する。

また、駆動回路１４により音響光学素子１３の第１ポート１３ａと第２ポート１３ｂとの間の第１光路が光通過可能状態となっているときには、レーザ共振器の共振器損失が変調されて高いＱ値に切替えられ、パルスレーザ光が出力されるようになるため、駆動回路１４及び音響光学素子１３は光路スイッチ手段として作用する。

以下、レーザ光源１の動作を説明する。

励起光源１２から出力された中心波長９７５ｎｍの励起光がダイクロイックミラー１９及びレンズ１８ａを経て光増幅性ファイバ１１の端面１１ａに入力され、光増幅性ファイバ１１に励起エネルギーが供給されると、光増幅性ファイバ１１の光導波領域に添加されたＹｂは上位エネルギー準位へ励起され、その上位エネルギー準位から下位エネルギー準位へ遷移する際にＹｂから放出光が発生されてその発生された放出光が光増幅性ファイバ１１から出力される。

光増幅性ファイバ１１から出力された放出光は、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａでは反射される一方、端面１１ｂからは出力され、音響光学素子１３の第１ポート１３ａに入力される。第１ポート１３ａに入力された放射光は、駆動回路１４により音響光学素子１３に高周波電圧が印加されて光通過可能状態となっている第１光路を通過して、回折格子１６へ出力される。回折格子１６に到達した放射光は、回折格子１６に入力され波長に応じて空間的に分光され、分光された光は異なる光路で全反射ミラー１７へ向けて出力される。

全反射ミラー１７に向けて出力された光のうちの所望の波長を有する光は、その光路上に位置された全反射ミラー１７により全反射され、全反射された光は音響光学素子１３の第２ポート１３ｂに入力される。音響光学素子１３の第２ポート１３ｂに入力された光は、光増幅性ファイバ１１と全反射ミラー１７との間を往復することで、光増幅性ファイバ１１と相互作用して増幅され、共振器のＱ値が急に高くなる。すると、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａから、中心波長を１０６０ｎｍに有すると共に４ｎｍの波長の帯域幅を有するパルス光が出力され、その出力されたパルス光はレンズ１８ａ及びダイクロイックミラー１９を通って、可変光減衰器２０に入力される。可変光減衰器２０に入力されたパルス光は、可変光減衰器２０において光パワーが調整されて出力される。

本実施形態に係るレーザ光源１は、音響光学素子１３と全反射ミラー１７との間に回折格子１６を備えている。そのため、音響光学素子１３の第２ポート１３ｂから出力される光を波長に応じて空間的に分光することができる。その分光された光のうち、所望の波長を有する光のみが、全反射ミラー１７を介して音響光学素子１３の第２ポート１３ｂに帰還されて増幅される。従って、レーザ光源１によれば、レーザ光源１から出力される出力光の波長帯域幅を狭くすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２に示すように、第２実施形態に係るレーザ光源２は、分光手段として回折格子１６に替えてプリズム２６を有する点で、第１実施形態のレーザ光源１と相違する。なお、その他の構成は、レーザ光源１の構成と同等であるため、同一の符号を付して重複説明を省略する。

プリズム２６は、音響光学素子１３の第２ポート１３ｂから出力された光を入力し、波長に応じた屈折角で光を屈折させて各波長へと分光し、分光された光を異なる光路で全反射ミラー１７へ向けて出力する。全反射ミラー１７は、プリズム２６により分光された光のうち所望の波長を有する光の光路上に配置されており、入力されたその所望の波長の光を全反射し、その反射した光を音響光学素子１３の第２ポート１３ｂに入力させる。

本実施形態に係るレーザ光源２においては、分光手段として回折格子１６に替えてプリズム２６が用いられているものの、プリズム２６はレーザ光源１の回折格子１６と同等の作用を果たす。従って、レーザ光源２によっても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。本実施形態に係る光路スイッチ手段は、音響光学素子１３を有するものとして説明してきたが、これに限らず、電気光学効果を利用したもの又はピエゾ光学効果を利用したものを光路スイッチ手段として有するものであってもよい。また、レーザ光源１に用いられる回折格子１６は反射型であるが、複数の全反射ミラー等を用いて増幅対象である所望の波長の光を音響光学素子１３の第２ポート１３ｂに帰還させることができるならば透過型であってもよい。

また、音響光学素子１３における駆動回路１４の光通過可能状態の制御が逆であってもよい。すなわち、音響光学素子１３に高周波電圧が印加されていないときに、第１光路が光通過可能状態であり、音響光学素子１３に高周波電圧が印加されているときに、第２光路が光通過可能状態であってもよい。また、Ｙｂが添加されている光増幅性ファイバ１１がレーザ媒質として用いられているが、Ｅｒ等の他の希土類元素を含み、他の蛍光性元素が添加されたものであってもよい。

１，２…レーザ光源、１１…光増幅性ファイバ、１２…励起光源、１３…音響光学素子、１４…駆動回路、１５…吸収・放出端、１６…回折格子、１７…全反射ミラー、１８ａ，１８ｂ…レンズ、１９…ダイクロイックミラー、２０…可変光減衰器、２１…制御部、２６…プリズム。

Claims (3)

1. レーザ光をパルス発振するレーザ光源であって、
   励起エネルギーが供給されることにより放出光を発生して前記放出光を出力するレーザ媒質が共振光路上に配置されたレーザ共振器と、
   前記レーザ媒質に前記励起エネルギーを連続的に供給する励起手段と、
   前記レーザ共振器の前記共振光路上に設けられた第１ポートと第２ポートとを有し、前記レーザ媒質から出力された前記放出光を前記第１ポートに入力して前記第２ポートから出力し、前記第１ポートと前記第２ポートとの間の光路の光通過可能状態を制御する光路スイッチ手段と、
   前記レーザ共振器の前記共振光路上に設けられており、前記第２ポートから出力された前記放出光を分光する分光手段と、
   前記分光手段により分光された光の一部の特定の波長の光を前記第２ポートに反射し、結果として他の波長の光を放出する反射手段と
   を備えることを特徴とするレーザ光源。
2. 前記光路スイッチ手段は、第３ポートを有し、前記第２ポートが光通過可能でないときは、前記第３ポートに光が通過可能であり、
   前記第３ポートは、前記第1ポートからの光を吸収または放出する吸収・放出端を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
3. 前記分光手段は、回折格子又はプリズムであることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源。

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