JP2011060957A

JP2011060957A - ファイバレーザ装置

Info

Publication number: JP2011060957A
Application number: JP2009208266A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takada; 弘之高田; Shinji Okuma; 慎治大熊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】励起光源が逆行するレーザ光によってダメージを受けないようにする。
【解決手段】少なくとも利得媒質である希土類添加光ファイバ１５と、前記希土類添加光ファイバ１５を光励起するためのレーザ光を発生する励起光源１１１〜１１８と、前記励起光源１１１〜１１８で発生される励起用のレーザ光と信号光伝送用ファイバ１４１からの信号光とを光結合させて前記希土類添加光ファイバ１５に入射するコンバイナー１３１，１３２とを具備し、前記励起光源のレーザ光出射端と前記コンバイナーの励起光入射端との間に前記コンバイナー１３１，１３２から前記励起光源１１１〜１１８に向けて逆行する特定の波長域のレーザ光を吸収する光吸収素材ファイバ１２１〜１２８を介在させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばファイバレーザ発振器、ファイバアンプとして利用されるファイバレーザ装置に係り、特に励起用レーザダイオードの損傷を解するための技術に関する。

全てファイバで構成されるファイバを使用したファイバレーザ発振器またはファイバアンプ等のファイバレーザ装置は、レーザダイオード（以下、ＬＤ）から出射される励起光を、コンバイナーを介して希土類ドープファイバに入射する。発振器の場合、ファイバブラッググレーティングで構成された共振器でレーザ光を生成する構成となっている。また、アンプの場合、コンバイナーの一部となるシグナル光入射用のファイバからシグナル光を入射し、希土類ドープファイバで増幅する構成となっている。

ところで、コンバイナーは製作の都合上、シグナル光の一部がシグナル用ファイバに伝播せず、逆行して励起光用ファイバに漏れる性質がある。

ファイバレーザ発振器の場合は、融着不良やファイバ端からの反射光等により出力方向と逆方向にレーザ光が発生すると、前述の理由でコンバイナーを逆行し、レーザダイオードに戻ってしまうことがある。また、アンプの場合は、シグナル光を入射しない状態で励起すると、励起光が出力方向だけでなく逆方向に伝播し、その逆方向に伝播した光がレーザダイオードに戻ってしまうことがある。

従来、このような逆方向にレーザ光が発生して励起光源（レーザダイオード）に戻ってダメージを受けないようにするため、励起光源に入射される光を遮断するための手段を講じたものが提案されている（特許文献１参照）。但し、この提案の手法では、遮断のオンオフ制御が必要で構造が複雑となってしまう。

特開２００６−２２２３５２号公報

以上のように、従来のファイバレーザ装置にあっては、レーザ光の逆行により励起光源がダメージを受けることがあった。

この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、レーザ光の逆行を抑制して励起光源にダメージを与えないようにすることのできるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係るファイバレーザ装置は以下のような態様の構成とする。

（１）少なくとも利得媒質である希土類添加光ファイバと、前記希土類添加光ファイバを光励起するためのレーザ光を発生する励起光源と、前記励起光源で発生される励起用のレーザ光と信号光伝送用ファイバを伝送する信号光とを光結合させて前記希土類添加光ファイバに入射する光カプラとを具備し、前記励起光源のレーザ光出射端と前記光カプラのレーザ光入射端との間に前記希土類添加光ファイバから前記光カプラを介して前記励起光源に入射される特定の波長域の光を吸収する光吸収素材ファイバを介在させる態様とする。

（２）（１）において、前記励起光源として、前記レーザ光出射端に前記光吸収素材ファイバを一体的に形成してなるレーザダイオードを用いる態様とする。

（３）（１）において、前記光カプラとして、前記レーザ光入射端に前記光吸収素材ファイバを一体的に形成してなるコンバイナーを用いる態様とする。

本発明によれば、レーザ光の逆行を抑制して励起光源にダメージを与えないようにすることのできるファイバレーザ装置を提供することができる。

本発明に係るファイバレーザ装置の一実施形態としてのファイバアンプの構成を示すブロック図。上記実施形態に用いられるコンバイナーの構造を示す概略図。上記実施形態に用いられる高ＯＨファイバの波長に対する透過率を示す特性図。上記実施形態に用いられる高ＯＨファイバ使用のレーザダイオード、コンバイナーを示す概念図。本発明に係るファイバレーザ装置の他の実施形態としての光ファイバレーザ発振器の構成を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係るファイバレーザ装置の一実施形態として、ファイバアンプの構成を示すブロック図である。図１において、１１１〜１１４，１１５〜１１８はそれぞれ励起光源としてレーザ光を発生するファイバカップルタイプのレーザダイオードであり、各レーザダイオード１１１〜１１４から出射される励起光としてのレーザ光（以下、励起光）はそれぞれ高ＯＨファイバ１２１〜１２４を介してコンバイナー１３１に送られる。同様に、各レーザダイオード１１５〜１１８から出射される励起光はそれぞれ高ＯＨファイバ１２５〜１２８を介してコンバイナー１３２に送られる。

上記コンバイナー１３１，１３２は、それぞれ希土類ドープファイバ１５の両端と融着接続され、レーザダイオード１１１〜１１４または１１５〜１１８からの励起光を光結合させて希土類ドープファイバ１５にその両端から入射する。この状態で、一方のコンバイナー１３１は、信号光伝送用ファイバ１４１を通じて送られてくる信号光を取り込んで希土類ドープファイバ１５に入射する。このとき、希土類ドープファイバ１５では、入射された信号光がコンバイナー１３１，１３２からの励起光で光増幅されて他方のコンバイナー１３２を通じて信号伝送用光ファイバ１４２に送出される。尚、信号光がファイバ１４２から入射され、その増幅光がファイバ１４１から送出される場合は、上記の例と信号光の伝送方向が逆になるだけで、その動作は同じである。

図２は上記コンバイナー１３１（１３２は１３１と同構成であるのでここでは説明を割愛する）の具体的な構造を示す概略図である。図２において、１３ａは信号光伝送用ファイバ１４１に結合されるシグナル用ファイバ、１３ｂはレーザダイオード（図示せず）それぞれのレーザ光出射端に接続され、励起光を取り込む励起光用ファイバ、１３ｃはシグナル用ファイバ１３ａからの信号光を取り込んで結合用ファイバ１３ｄのコアｄ１に送り、励起光用ファイバ１３ｂからの励起光を取り込んで結合用ファイバ１３ｄのクラッドｄ２に送る光結合部、１３ｄは希土類ドープファイバ１５の一方端に光接続され、コアｄ１及びクラッドｄ２を伝播する信号光及び励起光を希土類ドープファイバ１５に送出する結合用ファイバである。

上記構造によるコンバイナー１３１（１３２も同様）では、その製造の都合上、逆行する信号光の一部がシグナル用ファイバ１３ａに伝播せず、励起光用ファイバ１３ｂに漏れる性質がある。このため、図１に示すファイバアンプでは、光ファイバ間の融着不良やファイバ端からの反射等により出力方向と逆方向にレーザ光が発生すると、このレーザ光が前述の理由によりコンバイナー１３１，１３２を逆行し、レーザダイオード１１１〜１１４，１１５〜１１８に戻ってしまう。このままでは逆行したレーザ光の強度が損傷閾値を超えた場合に、レーザダイオード１１１〜１１４，１１５〜１１８が破損してしまう。

そこで、本発明では、レーザダイオード１１１〜１１４，１１５〜１１８とコンバイナー１３１，１３２との間に高ＯＨファイバ１２１〜１２４，１２５〜１２８を介在させるようにした。上記高ＯＨファイバは、図３（波長に対する透過率を示す特性図）を参照して明らかなように、特定の波長域の光を吸収する素材で形成されたファイバである。ここでは、特定の波長域として励起光とは逆行するレーザ光（図３の例では1900〜2100nm（伝送ロス：dB/m））を吸収する波長域を選定する。これにより、逆行するレーザ光は高ＯＨファイバ１２１〜１２４，１２５〜１２８で吸収されるため、レーザダイオード１１１〜１１４，１１５〜１１８に到達する前に抑圧される。

したがって、上記構成によるレーザアンプによれば、コンバイナー１３１，１３２を逆行するレーザ光がレーザダイオード１１１〜１１４，１１５〜１１８のレーザ光出射端に到達する前にその逆行レーザ光を抑圧することができ、その破損を防止することができる。

ところで、上記実施形態では、レーザダイオード１１１〜１１４，１１５〜１１８とコンバイナー１３１，１３２の励起光用ファイバとの間に高ＯＨファイバ１２１〜１２４，１２５〜１２８を介在させるようにしたが、図４（ａ）に示すように、最初からレーザダイオード１１１〜１１４，１１５〜１１８のレーザ光出射端に高ＯＨファイバ１２１〜１２４，１２５〜１２８を直接装着して一体形成するようにしてもよい。また、図４（ｂ）に示すように、コンバイナー１３１，１３２の励起光用ファイバ１３ｂに高ＯＨファイバを利用するようにしても同様に実施可能である。

また、上記実施形態では、レーザアンプを例にとって説明したが、ファイバレーザ発振器の場合も同様に実施可能である。

図５は本発明に係るファイバレーザ装置の他の実施形態としての光ファイバレーザ発振器の構成を示すブロック図である。図５において、２１１〜２１４はそれぞれ励起光源としてレーザ光を発生するファイバカップルタイプのレーザダイオードであり、各レーザダイオード２１１〜２１４から出射される励起光はそれぞれ高ＯＨファイバ２２１〜２２４を介してコンバイナー２３に送られる。コンバイナー２３は各レーザダイオード２１１〜２１４からの励起光を光結合する光カプラであり、その出射端は第１ファイバブラッググレーティング２４１の入射端に融着接続される。この第１ファイバブラッググレーティング２４１の出射端は希土類ドープファイバ２５の入射端に融着接続され、その出射端は第２ファイバブラッググレーティング２４２に融着接続される。上記希土類ドープファイバ２５を挟んで第１及び第２ファイバブラッググレーティング２４１，２４２の間で励起光を共振させることで、レーザ光を発振出力する。

上記構成に於いても、コンバイナー２３の出射端部にて光ファイバ間の融着不良やファイバ端からの反射等により出力方向と逆方向に向かうレーザ光が発生し、励起光用のレーザダイオード２１１〜２１４の出射端に戻ってしまい、その強度によってはレーザダイオード２１１〜２１４が破損してしまう。そこで、本実施形態ではレーザダイオード２１１〜２１４とコンバイナー２３との間に高ＯＨファイバ２２１〜２２４を介在させるようにした。これにより、逆行するレーザ光は高ＯＨファイバ２２１〜２２４で吸収されるため、レーザダイオード２１１〜２１４に到達する前に抑圧される。

したがって、上記構成によるファイバレーザ発振器によれば、コンバイナー２３を逆行するレーザ光がレーザダイオード２１１〜２１４のレーザ光出射端に到達する前にその逆行レーザ光を抑圧することができ、その破損を防止することができる。

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１１１〜１１４，１１５〜１１８…レーザダイオード、１２１〜１２４，１２５〜１２８…高ＯＨファイバ、１３１，１３２…コンバイナー、１４１，１４２…信号光伝送用ファイバ、１５…希土類ドープファイバ、１３ａ…シグナル用ファイバ、１３ｂ…励起光用ファイバ、１３ｃ…光結合部、１３ｄ…結合用ファイバ、ｄ１…コア、ｄ２…クラッド、２１１〜２１４…レーザダイオード、２２１〜２２４…高ＯＨファイバ、２３…コンバイナー、２４１，２４２…第１ファイバブラッググレーティング、２５…希土類ドープファイバ。

Claims

少なくとも利得媒質である希土類添加光ファイバと、
前記希土類添加光ファイバを光励起するためのレーザ光を発生する励起光源と、
前記励起光源で発生される励起用のレーザ光と信号光伝送用ファイバを伝送する信号光とを光結合させて前記希土類添加光ファイバに入射する光カプラと
を具備し、
前記励起光源のレーザ光出射端と前記光カプラのレーザ光入射端との間に前記希土類添加光ファイバから前記光カプラを介して前記励起光源に入射される特定の波長域の光を吸収する光吸収素材ファイバを介在させるようにしたことを特徴とする光ファイバレーザ装置。
前記励起光源として、前記レーザ光出射端に前記光吸収素材ファイバを一体的に形成してなるレーザダイオードを用いることを特徴とする請求項１記載の光ファイバレーザ装置。
前記光カプラとして、前記レーザ光入射端に前記光吸収素材ファイバを一体的に形成してなるコンバイナーを用いることを特徴とする請求項１記載の光ファイバレーザ装置。