JP2011151223A - Laser device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser device which outputs an amplifying light of a wavelength different from a single fiber, in a simple and clear structure. <P>SOLUTION: The laser device is equipped with: a fiber 50 in which a laser medium is doped; a first pump light source 10 for emitting a first pump light Lp<SB>1</SB>which excites the laser medium; a second pump light source 20 for emitting a second pump light Lp<SB>2</SB>for a Raman pump; and a seed light source 30 for emitting a seed light Ls for induced Raman scattering. The laser device 1 is so constituted that the first pump light Lp<SB>1</SB>, the second pump light Lp<SB>2</SB>, and the seed light Ls are made to enter the fiber 50, thereby emitting the amplifying light of a seed light wavelength from the fiber 50. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、誘導ラマン散乱による波長変換系を備えたレーザ装置に関する。   The present invention relates to a laser device including a wavelength conversion system using stimulated Raman scattering.

従来から、エルビウム（Ｅｒ）やイットリビウム（Ｙｂ）などの希土類元素がレーザ媒質としてドープされた希土類添加ファイバーが、１[μm]帯、１．５[μm]帯の、高出力・高輝度光源として用いられてきた（例えば、特許文献１を参照）。また、希土類添加ファイバーから出射された波長１．５[μm]帯のレーザ光を、ラマンシフト用のダブルクラッドファイバーに導入し、誘導ラマン散乱により波長１．６〜１．７[μm]帯に波長変換して出力する技術が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。   Conventionally, rare earth doped fibers doped with rare earth elements such as erbium (Er) and yttrium (Yb) as a laser medium have been used as high-power and high-intensity light sources in 1 [μm] and 1.5 [μm] bands. Have been used (see, for example, Patent Document 1). In addition, a laser beam having a wavelength of 1.5 [μm] emitted from a rare earth-doped fiber is introduced into a double-clad fiber for Raman shift, and a wavelength of 1.6 to 1.7 [μm] is obtained by stimulated Raman scattering. Techniques for wavelength conversion and output have been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).

特開２００４−８６１９３号公報JP 2004-86193 A

JunhuaJi,et.al.,eq.(10),IEEE Journal of selected topics in quantum electronics,vol.15,no.1,Jan/Feb2009,p129-。JunhuaJi, et.al., eq. (10), IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, vol.15, no.1, Jan / Feb2009, p129-.

しかしながら、上記のような希土類添加ファイバーを光源または増幅器として用いたレーザ装置は、出射されるレーザ光の出力波長が限られるという課題があった。一方、非特許文献１に提案されたような技術では、波長変換前のレーザ光（増幅光）を出射する光源系のファイバーと、波長変換系のファイバーとが必要であり、レーザ装置の構成が複雑化するという課題があった。   However, the laser device using the rare earth-doped fiber as described above as a light source or an amplifier has a problem that the output wavelength of the emitted laser light is limited. On the other hand, in the technique proposed in Non-Patent Document 1, a light source fiber that emits laser light (amplified light) before wavelength conversion and a wavelength conversion fiber are required, and the configuration of the laser device is There was a problem of increasing complexity.

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、簡明な構成で、希土類添加ファイバー単体とは異なる波長のレーザ光を出力可能なレーザ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser apparatus that can output laser light having a wavelength different from that of a rare earth-doped fiber alone with a simple configuration.

本発明を例示する態様に従えば、レーザ媒質がドープされたファイバーと、前記レーザ媒質を励起する第１ポンプ光を出射する第１ポンプ光源と、ラマンポンプ用の第２ポンプ光を出射する第２ポンプ光源と、誘導ラマン散乱用のシード光を出射するシード光源とを備え、前記ファイバーに、第１ポンプ光、第２ポンプ光、及びシード光を入射することにより、ファイバーからシード光波長の増幅光を出射させるように構成したことを特徴とするレーザ装置が構成される。   According to an embodiment of the present invention, a fiber doped with a laser medium, a first pump light source that emits a first pump light that excites the laser medium, and a second pump light that emits a second pump light for a Raman pump. A two-pump light source and a seed light source that emits seed light for stimulated Raman scattering, and the first pump light, the second pump light, and the seed light are incident on the fiber, so that the wavelength of the seed light from the fiber is increased. A laser apparatus characterized by emitting amplified light is configured.

なお、前記ファイバーはシングルクラッド構造であり、第１ポンプ光、第２ポンプ光、及びシード光がコアに入射されることが本発明の好ましい一態様である。また、前記ファイバーはレーザ媒質がコアにドープされたダブルクラッド構造であり、第２ポンプ光及びシード光がコアに入射され、第１ポンプ光がクラッドに入射されることも本発明の好ましい一態様である。さらに、前記ファイバーはレーザ媒質が第１クラッドにドープされたトリプルクラッド構造であり、シード光がコアに入射され、第２ポンプ光が第１クラッドに入射され、第１ポンプ光が第２クラッドに入射されることも本発明の好ましい一態様である。   In addition, it is a preferable aspect of the present invention that the fiber has a single cladding structure, and the first pump light, the second pump light, and the seed light are incident on the core. In addition, it is preferable that the fiber has a double clad structure in which a laser medium is doped in a core, the second pump light and the seed light are incident on the core, and the first pump light is incident on the clad. It is. Further, the fiber has a triple clad structure in which a laser medium is doped in the first clad, the seed light is incident on the core, the second pump light is incident on the first clad, and the first pump light is incident on the second clad. Incident incidence is also a preferable aspect of the present invention.

以上の本発明において、前記ファイバーの長さが、当該ファイバーから出射させるストークス光の波長に基づいて設定されることが好ましい態様である。   In the present invention described above, it is preferable that the length of the fiber is set based on the wavelength of Stokes light emitted from the fiber.

本発明のレーザ装置によれば、レーザ媒質がドープされたファイバーに、レーザ媒質を励起する第１ポンプ光、ラマンポンプ用の第２ポンプ光、及び誘導ラマン散乱用のシード光を入射することにより、ファイバーからシード光波長の増幅光が出射される。すなわち、ひとつのファイバー内で、基本レーザ光の増幅〜ラマンポンプ〜ラマンシフトが行われる。そのため、簡明な構成で、例えば１．１〜１．２[μm]帯や１．６〜１．７[μm]帯などのような、希土類添加ファイバー単体と異なる波長の増幅光を出力可能なレーザ装置を提供することができる。   According to the laser apparatus of the present invention, the first pump light for exciting the laser medium, the second pump light for the Raman pump, and the seed light for stimulated Raman scattering are incident on the fiber doped with the laser medium. The amplified light having the seed light wavelength is emitted from the fiber. That is, amplification of the basic laser beam, Raman pump, and Raman shift are performed in one fiber. Therefore, it is possible to output amplified light having a wavelength different from that of a rare earth-doped fiber alone, such as a 1.1 to 1.2 [μm] band or a 1.6 to 1.7 [μm] band, with a simple configuration. A laser device can be provided.

第１構成形態のレーザ装置の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the laser apparatus of a 1st structure form. 上記レーザ装置のファイバーの断面図である。It is sectional drawing of the fiber of the said laser apparatus. 第２構成形態のレーザ装置の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the laser apparatus of a 2nd structure form. 上記レーザ装置のファイバーの断面図である。It is sectional drawing of the fiber of the said laser apparatus. 第３構成形態のレーザ装置の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the laser apparatus of a 3rd structure form. 上記レーザ装置のファイバーの断面図である。It is sectional drawing of the fiber of the said laser apparatus. 第３構成形態のレーザ装置における、ファイバー内での各波長の光の強度変化を示すシミュレーションデータである。It is simulation data which shows the intensity | strength change of the light of each wavelength in the fiber in the laser apparatus of a 3rd structure form. 上記シミュレーションデータの算出条件である。This is the calculation condition of the simulation data.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。第１構成形態のレーザ装置１の概要構成を図１に示す。本発明のレーザ装置は、レーザ媒質がドープされたファイバー５０と、レーザ媒質を励起する第１ポンプ光を出射する第１ポンプ光源１０と、ラマンポンプ用の第２ポンプ光を出射する第２ポンプ光源２０と、誘導ラマン散乱用のシード光を出射するシード光源３０と、これらの光源の作動を制御する制御装置（不図示）とを備え、ファイバー５０に、第１ポンプ光、第２ポンプ光、及びシード光を入射することにより、ファイバー５０からシード光波長の増幅光を出射させるように構成される。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. A schematic configuration of the laser apparatus 1 of the first configuration form is shown in FIG. The laser apparatus of the present invention includes a fiber 50 doped with a laser medium, a first pump light source 10 that emits first pump light for exciting the laser medium, and a second pump that emits second pump light for a Raman pump. A light source 20, a seed light source 30 that emits seed light for stimulated Raman scattering, and a control device (not shown) that controls the operation of these light sources are provided, and a first pump light and a second pump light are provided in the fiber 50. , And the seed light is incident, and the amplified light having the seed light wavelength is emitted from the fiber 50.

第１構成形態のレーザ装置１においては、ファイバー５０としてシングルクラッド構造のファイバー５１が用いられ、第１ポンプ光、第２ポンプ光、及びシード光がコアに入射される。具体的には、図２にファイバー５１の断面図を示すように、コア５１ａにレーザ媒質としてＹｂ（イットリビウム）がドープされたシングルクラッド構造の希土類添加ファイバーが例示される。   In the laser device 1 having the first configuration, the single-clad fiber 51 is used as the fiber 50, and the first pump light, the second pump light, and the seed light are incident on the core. Specifically, as shown in a cross-sectional view of the fiber 51 in FIG. 2, a rare-earth-doped fiber having a single clad structure in which a core 51a is doped with Yb (yttrium) as a laser medium is exemplified.

第１ポンプ光源１０は、Ｙｂを励起する励起光（第１ポンプ光）Ｌp1を出射するレーザ光源であり、例えば、出力波長９７６[nm]の半導体レーザが用いられる。第２ポンプ光源２０は、ラマン媒質（石英）を励起する励起光（第２ポンプ光）Ｌp2を出射するレーザ光源であり、例えば、出力波長１０６４[nm]の半導体レーザやＹＶＯ４レーザ、ＤＰＳＳ（半導体励起固体レーザ）レーザなどが用いられる。シード光源３０は、誘導ラマン散乱用のシード光Ｌsを出射するレーザ光源であり、例えば、第１ストークス（１st stokes）光の波長に相当する波長１１１３[nm]のレーザ光を出力する半導体レーザなどが用いられる。 The first pump light source 10 is a laser light source that emits excitation light (first pump light) Lp 1 for exciting Yb. For example, a semiconductor laser having an output wavelength of 976 [nm] is used. The second pump light source 20 is a laser light source that emits excitation light (second pump light) Lp 2 for exciting the Raman medium (quartz). For example, a semiconductor laser, YVO4 laser, DPSS (output wavelength 1064 [nm]) A semiconductor excitation solid state laser) laser or the like is used. The seed light source 30 is a laser light source that emits seed light Ls for stimulated Raman scattering, such as a semiconductor laser that outputs laser light having a wavelength of 1113 [nm] corresponding to the wavelength of the first stokes light. Is used.

第１ポンプ光源１０の出力は、カプラ４１を介してファイバー５１のコア５１ａに結合されており、第１ポンプ光源１０から出射されたＹｂ励起用の第１ポンプ光Ｌp1がコア５１ａに導入される。第２ポンプ光源２０の出力及びシード光源３０の出力は、カプラ４２を介してファイバー５１のコア５１ａに結合されており、これらの光源から出射されたラマンポンプ用の第２ポンプ光Ｌp2及び第１ストークスのシード光Ｌｓがコア５１ａに導入される。 The output of the first pump light source 10 is coupled to the core 51a of the fiber 51 via the coupler 41, and the first pump light Lp 1 for Yb excitation emitted from the first pump light source 10 is introduced into the core 51a. The The output of the second pump light source 20 and the output of the seed light source 30 are coupled to the core 51a of the fiber 51 through the coupler 42, and the second pump light Lp 2 for the Raman pump emitted from these light sources and the second pump light Lp 2 are output. One Stokes seed light Ls is introduced into the core 51a.

このような構成のレーザ装置１においては、まず、コア５１ａにおいて波長９７６[nm]の第１ポンプ光Ｌp1によりレーザ媒質のＹｂが励起され、コア５１ａを伝播する波長１０６４[nm]の第２ポンプ光Ｌp2がシード光となって、誘導放出により波長１０６４[nm]のレーザ光が増幅される。波長１０６４[nm]の光強度が高くなると、コアの基材である石英がラマン媒質として励起され、コア５１ａを伝播する波長１１１３[nm]のシード光Ｌｓ（第１ストークス光）が誘導ラマン散乱効果により増幅される。そのため、ファイバー５１のコア径およびファイバー長を適切に設定することにより、ファイバー５１からストークス波長（例えば第１ストークス波長１１１３[nm]）の増幅光を出力させることができる。 In the laser apparatus 1 having such a configuration, first, Yb of the laser medium is excited by the first pump light Lp 1 having a wavelength of 976 [nm] in the core 51a, and the second of the wavelength 1064 [nm] propagating through the core 51a. The pump light Lp 2 becomes seed light, and laser light having a wavelength of 1064 [nm] is amplified by stimulated emission. When the light intensity at a wavelength of 1064 [nm] increases, quartz that is a core substrate is excited as a Raman medium, and seed light Ls (first Stokes light) at a wavelength of 1113 [nm] propagating through the core 51a is stimulated Raman scattering. Amplified by effect. Therefore, by appropriately setting the core diameter and the fiber length of the fiber 51, it is possible to output amplified light having a Stokes wavelength (for example, the first Stokes wavelength 1113 [nm]) from the fiber 51.

次に、第２構成形態のレーザ装置２について、図３及び図４を参照して説明する。このレーザ装置２は、ファイバー５０としてレーザ媒質Ｙｂがコア５２ａにドープされたダブルクラッド構造のファイバー５２が用いられ、コア５２ａに第２ポンプ光Ｌp2及びシード光Ｌs、第１クラッド５２ｂに第１ポンプ光Ｌp1が入射される。第１ポンプ光源１０、第２ポンプ光源２０、シード光源３０は、上述したレーザ装置１と同様であるが、第１ポンプ光源１０は、図示のように複数のレーザ光源１１，１１，１１…から構成することが可能であり、導入可能な最大の個数は、第１クラッド５２ｂの形状（直径、ＮＡ）、およびレーザ光源１１の出力ファイバーの形状（直径、ＮＡ）などから決まる。 Next, the laser device 2 having the second configuration will be described with reference to FIGS. 3 and 4. The laser device 2, laser medium Yb as fiber 50 fiber 52 doped double-clad structure is used in the core 52a, the second pump light Lp 2 and the seed light Ls to the core 52a, first to the first clad 52 b 1 Pump light Lp 1 is incident. The first pump light source 10, the second pump light source 20, and the seed light source 30 are the same as those of the laser device 1 described above, but the first pump light source 10 includes a plurality of laser light sources 11, 11, 11,. The maximum number that can be introduced is determined by the shape (diameter, NA) of the first cladding 52b, the shape (diameter, NA) of the output fiber of the laser light source 11, and the like.

第１ポンプ光源１０（１１，１１，１１…）の出力は、カプラ４３を介してファイバー５２の第１クラッド５２ｂに結合されており、第１ポンプ光源１０から出射されたＹｂ励起用の第１ポンプ光Ｌp1が第１クラッド５２ｂに導入される。第２ポンプ光源２０の出力及びシード光源３０の出力は、カプラ４４を介してファイバー５２のコア５２ａに結合されており、これらの光源から出射されたラマンポンプ用の第２ポンプ光Ｌp2及び第１ストークスのシード光Ｌｓがコア５２ａに導入される。 The output of the first pump light source 10 (11, 11, 11,...) Is coupled to the first cladding 52b of the fiber 52 via the coupler 43, and the first Yb excitation first light emitted from the first pump light source 10 is output. Pump light Lp 1 is introduced into the first cladding 52b. The output of the second pump light source 20 and the output of the seed light source 30 are coupled to the core 52a of the fiber 52 via the coupler 44, and the second pump light Lp 2 for the Raman pump emitted from these light sources and the second pump light Lp 2 are output. One Stokes seed light Ls is introduced into the core 52a.

このような構成のレーザ装置２においては、第１クラッド５２ｂに導入された波長９７６[nm]の第１ポンプ光Ｌp1がファイバーの長さ方向に伝播しつつコア５２ａに入射してＹｂを励起し、コア５２ａに導入された波長１０６４[nm]の第２ポンプ光Ｌp2がシード光となって、誘導放出により波長１０６４[nm]のレーザ光が増幅される。波長１０６４[nm]の光強度が高くなると、基材である石英がラマン媒質として励起され、コア５２ａを伝播する波長１１１３[nm]のシード光Ｌｓ（第１ストークス光）が誘導ラマン散乱効果により増幅される。なお、シード光Ｌｓとして第２、第３ストークス波長の光を入射し、これらの波長の増幅光を取り出すように構成してもよい。 In the laser apparatus 2 having such a configuration, the first pump light Lp 1 having a wavelength of 976 [nm] introduced into the first cladding 52b is incident on the core 52a while propagating in the length direction of the fiber, thereby exciting Yb. Then, the second pump light Lp 2 having a wavelength of 1064 [nm] introduced into the core 52a becomes seed light, and the laser light having a wavelength of 1064 [nm] is amplified by stimulated emission. When the light intensity at the wavelength 1064 [nm] increases, the quartz that is the base material is excited as a Raman medium, and the seed light Ls (first Stokes light) at the wavelength 1113 [nm] propagating through the core 52a is caused by the stimulated Raman scattering effect. Amplified. Note that it may be configured such that light having the second and third Stokes wavelengths is incident as the seed light Ls, and amplified light having these wavelengths is extracted.

そのため、ファイバー５２のコア／クラッド径およびファイバー長を適切に設定することにより、ファイバー５２からストークス波長（例えば第１ストークス波長１１１３[nm]）の増幅光を出力させることができる。また、レーザ装置２によれば、レーザ装置１に比べて、より高出力の第１ポンプ光（Ｙｂ励起光）をファイバー５２に導入し、ラマンポンプ光の光強度を増大させることができるため、高出力のストークス光を得ることができる。   Therefore, by appropriately setting the core / cladding diameter and the fiber length of the fiber 52, it is possible to output amplified light having a Stokes wavelength (for example, the first Stokes wavelength 1113 [nm]) from the fiber 52. Further, according to the laser device 2, since the first pump light (Yb excitation light) with higher output can be introduced into the fiber 52 than the laser device 1, the light intensity of the Raman pump light can be increased. High output Stokes light can be obtained.

次に、第３構成形態のレーザ装置３について、図５及び図６を参照して説明する。このレーザ装置３は、ファイバー５０として第１クラッド５３ｂにレーザ媒質Ｙｂがドープされたトリプルクラッド構造のファイバー５３が用いられ、コア５３ａにシード光Ｌｓ、第１クラッド５３ｂに第２ポンプ光Ｌp2、第２クラッド５３ｃに第１ポンプ光Ｌp1が入射される。なお、第１クラッド５３ｂ及びコア５３ａにＹｂをドープしてもよい。第１ポンプ光源１０、第２ポンプ光源２０、シード光源３０は、上記レーザ装置２と同様であり、第１ポンプ光源１０は、図示のように複数のレーザ光源１２，１２，１２…から構成することが可能であり、導入可能な最大の個数は、第１クラッド５３ｂの形状（直径、ＮＡ）、およびレーザ光源１２の出力ファイバーの形状（直径、ＮＡ）などから決まる。 Next, the laser device 3 having the third configuration will be described with reference to FIGS. 5 and 6. In this laser apparatus 3, a fiber 53 having a triple clad structure in which the first clad 53b is doped with the laser medium Yb is used as the fiber 50, the seed light Ls is used as the core 53a, the second pump light Lp 2 is used as the first clad 53b, The first pump light Lp 1 is incident on the second cladding 53c. The first cladding 53b and the core 53a may be doped with Yb. The 1st pump light source 10, the 2nd pump light source 20, and the seed light source 30 are the same as that of the said laser apparatus 2, and the 1st pump light source 10 is comprised from several laser light sources 12, 12, 12, ... as shown in the figure. The maximum number that can be introduced is determined by the shape (diameter, NA) of the first cladding 53b and the shape (diameter, NA) of the output fiber of the laser light source 12.

第１ポンプ光源１０（１２，１２，１２…）の出力はカプラ４５を介してファイバー５３の第２クラッド５３ｃに結合されており、第１ポンプ光源１０から出射されたＹｂ励起用の第１ポンプ光Ｌp1が第２クラッド５３ｃに導入される。第２ポンプ光源２０の出力はカプラ４６を介して第１クラッド５３ｂに結合されており、第２ポンプ光源２０から出射されたラマンポンプ用の第２ポンプ光Ｌp2が第１クラッド５３ｂに導入される。シード光源３０の出力はカプラ４６を介してコア５３ａに結合されており、シード光源３０から出射された第１ストークスのシード光Ｌｓがコア５３ａに導入される。 The output of the first pump light source 10 (12, 12, 12,...) Is coupled to the second cladding 53c of the fiber 53 via the coupler 45, and the first pump for Yb excitation emitted from the first pump light source 10 is used. Light Lp 1 is introduced into the second cladding 53c. The output of the second pump light source 20 is coupled to the first cladding 53b via a coupler 46, a second pump light Lp 2 for Raman pump emitted from the second pump light source 20 is introduced into the first cladding 53b The The output of the seed light source 30 is coupled to the core 53a via the coupler 46, and the first Stokes seed light Ls emitted from the seed light source 30 is introduced into the core 53a.

このような構成のレーザ装置３においては、第２クラッド５３ｃに導入された波長９７６[nm]の第１ポンプ光Ｌp1がファイバーを伝播しつつ第１クラッド５３ｂに入射してＹｂを励起し、第１クラッド５３ｂに導入された波長１０６４[nm]の第２ポンプ光Ｌp2がシード光となって、波長１０６４[nm]のレーザ光が増幅される。増幅された波長１０６４[nm]のレーザ光はコア５３ａに入射し、基材である石英がラマン媒質として励起され、コア５３ａを伝播する波長１１１３[nm]のシード光Ｌｓ（第１ストークス光）が誘導ラマン散乱効果により増幅される。 In the laser device 3 having such a configuration, the first pump light Lp 1 having a wavelength of 976 [nm] introduced into the second clad 53c is incident on the first clad 53b while propagating through the fiber to excite Yb, The second pump light Lp 2 having a wavelength of 1064 [nm] introduced into the first cladding 53b serves as seed light, and the laser light having a wavelength of 1064 [nm] is amplified. The amplified laser light having a wavelength of 1064 [nm] is incident on the core 53a, and the quartz that is the base material is excited as a Raman medium, and propagates through the core 53a, and the seed light Ls (first Stokes light) having a wavelength of 1113 [nm]. Is amplified by the stimulated Raman scattering effect.

そのため、ファイバー５３の各層の断面積およびファイバー長を適切に設定することにより、ファイバー５３からストークス波長（例えば第１ストークス波長１１１３[nm]）の増幅光を出力させることができる。また、レーザ装置３によれば、レーザ装置１，２の構成と比較して、レーザ媒質を添加した領域の断面積を大きくすることができる。これは、ファイバー光増幅器として見たときのSaturation Energyが大きく、一方、シード光Ｌｓは直径の小さなコア５３ａを伝播しており、誘導ラマン散乱効果により増幅される際もビーム品質の劣化がない。従って、この構成によれば、ビーム品質が高くかつ大きなパルスエネルギーを持つ高出力のストークス光を得ることができる。   Therefore, by appropriately setting the cross-sectional area and the fiber length of each layer of the fiber 53, the amplified light having the Stokes wavelength (for example, the first Stokes wavelength 1113 [nm]) can be output from the fiber 53. Further, according to the laser device 3, the cross-sectional area of the region to which the laser medium is added can be increased as compared with the configurations of the laser devices 1 and 2. This has a large Saturation Energy when viewed as a fiber optical amplifier, while the seed light Ls propagates through the core 53a having a small diameter, and there is no deterioration in beam quality even when amplified by the stimulated Raman scattering effect. Therefore, according to this configuration, high-power Stokes light with high beam quality and large pulse energy can be obtained.

次に、第３構成形態のレーザ装置３で、波長１１１３[nm]の第１ストークスの増幅光を出力させる場合について、図７にシミュレーション結果、図８にその算出条件を示す。ここで、図７の横軸はファイバー５３の入射端を０としたときのファイバー長さ方向の位置、縦軸はファイバー内のレーザ光のパワーであり、図中に実線で波長９７６[nm]のレーザ光（第１ポンプ光）の強度変化、一点鎖線で波長１０６４[nm]のレーザ光（第２ポンプ光）の強度変化、点線で波長１１１３[nm]のレーザ光（第１ストークス光）の強度変化を示す。なお、図中には細かい点線で第２ストークス光の強度変化を付記している。   Next, with respect to the case where the first Stokes amplified light having a wavelength of 1113 [nm] is output by the laser device 3 having the third configuration, FIG. 7 shows the simulation results, and FIG. Here, the horizontal axis of FIG. 7 is the position in the fiber length direction when the incident end of the fiber 53 is 0, and the vertical axis is the power of the laser light in the fiber. The solid line in the figure shows a wavelength of 976 [nm]. Intensity change of laser light (first pump light), laser light intensity of 1064 [nm] with a dashed line (second pump light) intensity change, laser light of 1113 [nm] with dotted line (first Stokes light) The intensity change of is shown. In the figure, the change in the intensity of the second Stokes light is indicated by a fine dotted line.

また、図８に示すように、Ｙｂ励起用の第１ポンプＬp1光は平均パワー１００[W]のＣＷ（連続波）、ラマンポンプ用の第２ポンプ光Ｌp2はパルス繰り返し周波数４[MHz]、パルス幅１[nsec]、入射パワーのピーク１２５[W]平均０．５[W]であり、第１ストークスのシード光Ｌｓの入射パワーは平均０．１[W]である。なお、第１ストークスのシード光ＬｓはＣＷでも、第２ポンプ光Ｌp2に同期したパルス光のどちらでも良い。 As shown in FIG. 8, the first pump Lp 1 light for Yb excitation has CW (continuous wave) with an average power of 100 [W], and the second pump light Lp 2 for Raman pump has a pulse repetition frequency of 4 [MHz. ], Pulse width 1 [nsec], incident power peak 125 [W] average 0.5 [W], and the first Stokes seed light Ls incident power average 0.1 [W]. Incidentally, the seed light Ls of the first Stokes even CW, may be either synchronized with the pulsed light to the second pump light Lp 2.

シミュレーションデータから、まず、第２クラッド５３ｃに入射された波長９７６[nm]の第１ポンプ光Ｌp1が、第１クラッド５３ｂにドープされたＹｂを励起して急速に減衰する一方、第１クラッド５３ｂに入射された波長１０６４[nm]の第２ポンプ光Ｌp2がシード光となり、誘導放出により平均パワー９０[W]程度（ピークパワー２０[kW]程度）に増幅される（ファイバー端から４[m]程度）。 From the simulation data, first, the first pump light Lp 1 having a wavelength of 976 [nm] incident on the second cladding 53c is rapidly attenuated by exciting Yb doped in the first cladding 53b. Second pump light Lp 2 having a wavelength of 1064 [nm] incident on 53b becomes seed light and is amplified to an average power of about 90 [W] (peak power of about 20 [kW]) by stimulated emission (4 from the end of the fiber). [m] degree).

次に、増幅された波長１０６４[nm]のレーザ光がポンプ光となり、コア５３ａを伝播する波長１１１３[nm]のシード光Ｌｓ（第１ストークス光）が誘導ラマン散乱効果により増幅される。この例ではファイバー端から７ｍ程度で、第１ストークス光が平均パワー約８０[W]（ピークパワー２０[kW]）まで増幅されることがわかる。その後第１ストークス光が減衰し、ラマン散乱により第２ストークス光が発生する。   Next, the amplified laser light having a wavelength of 1064 [nm] serves as pump light, and the seed light Ls (first Stokes light) having a wavelength of 1113 [nm] propagating through the core 53a is amplified by the stimulated Raman scattering effect. In this example, it can be seen that the first Stokes light is amplified to an average power of about 80 [W] (peak power of 20 [kW]) at about 7 m from the fiber end. Thereafter, the first Stokes light is attenuated, and second Stokes light is generated by Raman scattering.

ここではファイバー端から１０[m]まで計算しており、第２ストークス光が発生しているが、このデータから明らかなように、ファイバー長を７[m]程度に設定することにより第２ストークス光の発生を抑止し第１ストークス光のみを出射させることができる。このように、２次のストークス光を発生させないようにするには、ファイバー長を最適化すれば良いが、第１ストークス光（シード光Ｌs）の入射パワーを調整しても良い。なお、第２ストークス波長の増幅光を出射させる場合には、第１ストークス波長のシード光に加えて、第２ストークス波長のシード光を入射することにより単色性を高めることができる。第３ストークス以降も同様である。   Here, the calculation is performed up to 10 [m] from the fiber end, and the second Stokes light is generated. As is apparent from this data, the second Stokes light is set by setting the fiber length to about 7 [m]. Generation of light can be suppressed and only the first Stokes light can be emitted. Thus, in order not to generate the secondary Stokes light, the fiber length may be optimized, but the incident power of the first Stokes light (seed light Ls) may be adjusted. When the amplified light having the second Stokes wavelength is emitted, the monochromaticity can be improved by making the seed light having the second Stokes wavelength incident in addition to the seed light having the first Stokes wavelength. The same applies to the third Stokes and beyond.

このように、以上説明したレーザ装置によれば、ひとつのファイバー内で、基本レーザ光の増幅〜ラマンポンプ〜ラマンシフトが行われるため、簡明な構成で、希土類添加ファイバー単体と異なる波長の増幅光を出力可能なレーザ装置を提供することができる。   As described above, according to the laser device described above, amplification of the basic laser light, Raman pump, and Raman shift are performed in one fiber, so that the amplified light having a simple configuration and a wavelength different from that of the rare earth-doped fiber alone is obtained. Can be provided.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、実施形態では、レーザ媒質としてＹｂ（イットリビウム）をドープしたファイバーを例示したが、Ｅｒ（エルビウム）等の他のレーザ媒質をドープしたファイバーであってもよい。ファイバー５０（５１，５２，５３）としてＥｒドープファイバーを用いる場合について簡潔に構成を例示すると、第１ポンプ光源１０（１１，１２）には、波長９８０[nm]の半導体レーザを用い、Ｅｒを励起する。第２ポンプ光源２０には波長１５５０[nm]の半導体レーザを用い、波長１５５０[nm]の光は励起されたＥｒによって増幅される。第３ポンプ光源３０には波長１６５０[nm]の半導体レーザを用い、波長１６５０[nm]のシード光は、誘導ラマン散乱効果により増幅される。これにより、Ｅｒ添加ファイバー単体と異なる波長１６５０[nm]の増幅光を出力させることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the embodiment, a fiber doped with Yb (yttrium) is exemplified as the laser medium, but a fiber doped with another laser medium such as Er (erbium) may be used. When the Er-doped fiber is used as the fiber 50 (51, 52, 53), the configuration is briefly illustrated. For the first pump light source 10 (11, 12), a semiconductor laser having a wavelength of 980 [nm] is used, and Er is used. Excited. A semiconductor laser having a wavelength of 1550 [nm] is used as the second pump light source 20, and light having a wavelength of 1550 [nm] is amplified by the excited Er. A semiconductor laser having a wavelength of 1650 [nm] is used as the third pump light source 30, and the seed light having a wavelength of 1650 [nm] is amplified by the stimulated Raman scattering effect. Thereby, amplified light having a wavelength of 1650 [nm] different from that of the Er-doped fiber can be output.

Ｌp1 第１ポンプ光
Ｌp2 第２ポンプ光
Ｌs シード光
１〜３ レーザ装置
１０ 第１ポンプ光源
２０ 第２ポンプ光源
３０ シード光源
５０ ファイバー
５１ シングルクラッド構造のファイバー（５１ａ コア）
５２ ダブルクラッド構造のファイバー（５２ａ コア、５２ｂ 第１クラッド）
５３ トリプルクラッド構造のファイバー（５３ａ コア、５３ｂ 第１クラッド、５３ｃ 第２クラッド） Lp 1 First pump light Lp 2 Second pump light Ls Seed light 1 to 3 Laser apparatus 10 First pump light source 20 Second pump light source 30 Seed light source 50 Fiber 51 Single clad structure fiber (51a core)
52 Double clad fiber (52a core, 52b first clad)
53 Triple-clad fiber (53a core, 53b first clad, 53c second clad)

Claims (5)

レーザ媒質がドープされたファイバーと、
前記レーザ媒質を励起する第１ポンプ光を出射する第１ポンプ光源と、
ラマンポンプ用の第２ポンプ光を出射する第２ポンプ光源と、
誘導ラマン散乱用のシード光を出射するシード光源とを備え、
前記ファイバーに、前記第１ポンプ光、前記第２ポンプ光、及び前記シード光を入射することにより、前記ファイバーから前記シード光波長の増幅光を出射させるように構成したことを特徴とするレーザ装置。 A fiber doped with a laser medium;
A first pump light source that emits first pump light for exciting the laser medium;
A second pump light source that emits a second pump light for a Raman pump;
A seed light source that emits seed light for stimulated Raman scattering,
A laser apparatus configured to emit amplified light having a wavelength of the seed light from the fiber by causing the first pump light, the second pump light, and the seed light to enter the fiber. . 前記ファイバーはシングルクラッド構造であり、
前記第１ポンプ光、前記第２ポンプ光、及び前記シード光がコアに入射されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。 The fiber is a single clad structure,
The laser device according to claim 1, wherein the first pump light, the second pump light, and the seed light are incident on a core. 前記ファイバーは、前記レーザ媒質がコアにドープされたダブルクラッド構造であり、
前記第２ポンプ光及び前記シード光が前記コアに入射され、前記第１ポンプ光がクラッドに入射されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。 The fiber has a double clad structure in which the laser medium is doped in the core,
2. The laser device according to claim 1, wherein the second pump light and the seed light are incident on the core, and the first pump light is incident on a clad. 前記ファイバーは、前記レーザ媒質が第１クラッドにドープされたトリプルクラッド構造であり、
前記シード光が前記コアに入射され、前記第２ポンプ光が前記第１クラッドに入射され、前記第１ポンプ光が第２クラッドに入射されることを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。 The fiber has a triple clad structure in which the laser medium is doped in a first clad,
2. The laser device according to claim 1, wherein the seed light is incident on the core, the second pump light is incident on the first cladding, and the first pump light is incident on the second cladding. . 前記ファイバーの長さは、当該ファイバーから出射させるストークス光の波長に基づいて設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ装置。   The laser device according to claim 1, wherein the length of the fiber is set based on a wavelength of Stokes light emitted from the fiber.
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