JP2012129423A - Fiber laser and continuous light oscillation method for fiber laser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ファイバレーザ及びファイバレーザの連続光発振方法に関し、特に寄生発振によるジャイアントパルス光の発生を抑制することができるファイバレーザ及びファイバレーザの連続光発振方法に関する。 The present invention relates to a fiber laser and a fiber laser continuous light oscillation method, and more particularly to a fiber laser and a fiber laser continuous light oscillation method capable of suppressing the generation of giant pulsed light due to parasitic oscillation.
レーザ媒質に希土類添加光ファイバなどの光ファイバを用いたファイバレーザが提案されている(例えば、特許文献1乃至5参照。)。希土類添加光ファイバを用いたファイバレーザでは、希土類添加光ファイバからの光が励起光源に入射するのを防ぐために、希土類添加光ファイバと励起光源の間の光路に光アイソレータが挿入されている。
A fiber laser using an optical fiber such as a rare earth-doped optical fiber as a laser medium has been proposed (see, for example,
ファイバレーザの励起光源立ち上げ時に、希土類添加光ファイバの励起状態が過渡的に高まり、尖頭値の高いジャイアントパルス光が発生する現象がある。これは寄生発振と呼ばれ、ジャイアントパルス光によって、希土類添加光ファイバのコア若しくは端面又は励起光源が損傷してしまうおそれがある。 When the excitation light source of the fiber laser is started up, there is a phenomenon in which the excitation state of the rare earth-doped optical fiber increases transiently and giant pulsed light with a high peak value is generated. This is called parasitic oscillation, and there is a possibility that the core or end face of the rare earth-doped optical fiber or the excitation light source may be damaged by the giant pulse light.
そこで、本発明は、ジャイアントパルス光の発生を抑制することのできるファイバレーザ及びファイバレーザの連続光発振方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fiber laser capable of suppressing the generation of giant pulse light and a continuous light oscillation method of the fiber laser.
上記目的を達成するために、本願発明のファイバレーザ及びファイバレーザの連続光発振方法は、ファイバレーザの励起光源立ち上げ時等の寄生発振のおそれがある期間に強制的にパルス発振を誘発させることによって、寄生発振によるジャイアントパルス光の発生を抑制することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the fiber laser and the fiber laser continuous light oscillation method of the present invention forcibly induce pulse oscillation during a period when there is a possibility of parasitic oscillation such as when the fiber laser excitation light source is turned on. Thus, the generation of giant pulsed light due to parasitic oscillation is suppressed.
具体的には、本願発明に係るファイバレーザは、第1の反射部と第2の反射部とにより形成された共振器と、前記共振器の光路に設けられ、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバと、前記希土類元素を励起する励起光源と、を備えたファイバレーザであって、前記光路には、前記希土類元素の自然放出光が前記第1の反射部から前記希土類添加光ファイバへの帰還を抑制する帰還抑制部を有し、前記帰還抑制部は、前記励起光源の立ち上げ時の寄生発振が発生するおそれがある期間に、前記第1の反射部から帰還量を一時的に増加させて前記共振器によるパルス発振をさせることを特徴とする。 Specifically, a fiber laser according to the present invention includes a resonator formed by a first reflecting portion and a second reflecting portion, and a rare earth element doped with a rare earth element provided in an optical path of the resonator. A fiber laser comprising an optical fiber and an excitation light source for exciting the rare earth element, wherein the spontaneous emission light of the rare earth element is transmitted from the first reflecting portion to the rare earth doped optical fiber in the optical path. A feedback suppression unit that suppresses feedback, and the feedback suppression unit temporarily increases a feedback amount from the first reflection unit during a period in which parasitic oscillation at the time of startup of the excitation light source may occur. Thus, pulse oscillation is performed by the resonator.
寄生発振は、励起状態の希土類添加光ファイバから発生する自然放出光が希土類添加光ファイバ内で散乱して希土類添加光ファイバ内を往復し、誘導放出により光増幅することによって発生する。帰還抑制部を備えるため、共振器の少なくとも一部を構成する希土類添加光ファイバの励起状態が局所的に高まることなく定常パルス発振を誘発させることができる。これにより、本願発明に係るファイバレーザは、ファイバレーザの励起光源立ち上げ時等の寄生発振によるジャイアントパルス光の発生を抑制することができる。 Parasitic oscillation occurs when spontaneous emission light generated from a rare-earth-doped optical fiber in an excited state is scattered in the rare-earth-doped optical fiber, reciprocates in the rare-earth-doped optical fiber, and is amplified by stimulated emission. Since the feedback suppression unit is provided, steady pulse oscillation can be induced without locally increasing the excited state of the rare earth-doped optical fiber constituting at least a part of the resonator. Thereby, the fiber laser according to the present invention can suppress the generation of giant pulsed light due to parasitic oscillation such as when the excitation light source of the fiber laser is started up.
本願発明のファイバレーザでは、前記帰還抑制部は、前記励起光源が、このファイバレーザが連続光発振可能なパワーを越えるまで、所定の周期で前記帰還を一時的に増加させることを繰り返してもよい。
ジャイアントパルス光は、ファイバレーザの励起光源の立ち上げ開始から、このファイバレーザが連続発振するまでの間に発生するおそれがある。このため、本発明に係るファイバレーザは、ファイバレーザの励起光源立ち上げ時における寄生発振によるジャイアントパルス光の発生を抑制することができる。
In the fiber laser according to the present invention, the feedback suppression unit may repeatedly increase the feedback temporarily at a predetermined period until the excitation light source exceeds a power at which the fiber laser can continuously oscillate. .
Giant pulsed light may be generated between the start of startup of the fiber laser excitation light source and the continuous oscillation of the fiber laser. For this reason, the fiber laser according to the present invention can suppress the generation of giant pulsed light due to parasitic oscillation when the excitation light source of the fiber laser is started up.
具体的には、本願発明に係るファイバレーザの連続光発振方法は、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバをレーザ媒体としたファイバレーザの連続光発振方法であって、前記希土類元素の自然放出光が共振器の一方のミラーから前記希土類添加光ファイバへの帰還を抑制した状態で、励起光源からの励起光の入射を始める励起開始工程と、予め定められた寄生発振が起こるより短い時間経過後に、前記抑制されていた帰還を一時的に増やして、前記共振器によるQスイッチ発振させるスイッチング工程と、前記励起光源が、前記寄生発振が起き得る励起光パワーを越える励起光パワーより大きな出力まで立ち上がった後に、前記希土類元素の自然放出光の一方のミラーを介した前記希土類添加光ファイバへの帰還を抑制しない一定状態として、連続光発振状態にする連続発振工程と、を有する。 Specifically, the fiber laser continuous light oscillation method according to the present invention is a fiber laser continuous light oscillation method using a rare earth-doped optical fiber doped with a rare earth element as a laser medium, wherein the rare earth element is spontaneously emitted. A pumping start process in which the pumping light starts to be incident from the pumping light source while light is prevented from returning from one mirror of the resonator to the rare earth-doped optical fiber, and a shorter time elapses when a predetermined parasitic oscillation occurs. Later, the suppressed feedback is temporarily increased to perform a Q-switch oscillation by the resonator, and the excitation light source has an output larger than the excitation light power exceeding the excitation light power at which the parasitic oscillation can occur. After standing up, a constant state that does not suppress feedback of the spontaneous emission light of the rare earth element to the rare earth-doped optical fiber via one mirror As, has a continuous oscillation step of the continuous light oscillation state, the.
寄生発振は、励起状態の希土類添加光ファイバから発生する自然放出光が希土類添加光ファイバ内で散乱して希土類添加光ファイバ内を往復し、誘導放出により光増幅することによって発生する。このため、スイッチング工程を有することで、希土類添加光ファイバの励起状態が局所的に高まることなく定常パルス発振を誘発させることができる。これにより、本願発明に係るファイバレーザの連続光発振方法は、ファイバレーザの励起光源立ち上げ等の寄生発振によるジャイアントパルス光の発生を抑制することができる。 Parasitic oscillation occurs when spontaneous emission light generated from a rare-earth-doped optical fiber in an excited state is scattered in the rare-earth-doped optical fiber, reciprocates in the rare-earth-doped optical fiber, and is amplified by stimulated emission. For this reason, by having the switching step, it is possible to induce steady pulse oscillation without locally increasing the excited state of the rare earth-doped optical fiber. Thereby, the continuous light oscillation method of the fiber laser according to the present invention can suppress the generation of giant pulsed light due to parasitic oscillation such as the start-up of the excitation light source of the fiber laser.
本願発明のファイバレーザの連続光発振方法では、前記スイッチング工程において、所定の周期で前記帰還量を一時的に増加させてQスイッチ発振を繰り返してもよい。
ジャイアントパルス光は、ファイバレーザの励起光源の立ち上げ開始から、レーザが連続発振するまでの間に発生するおそれがある。このため、本発明に係るファイバレーザの連続光発振方法は、ファイバレーザの励起光源立ち上げ時等の寄生発振によるジャイアントパルス光の発生を抑制することができる。
In the fiber laser continuous light oscillation method of the present invention, in the switching step, Q-switch oscillation may be repeated by temporarily increasing the feedback amount at a predetermined period.
The giant pulsed light may be generated from the start of the start-up of the fiber laser excitation light source until the laser continuously oscillates. For this reason, the continuous light oscillation method of the fiber laser according to the present invention can suppress the generation of giant pulsed light due to parasitic oscillation such as when the fiber laser excitation light source is started up.
本発明によれば、ジャイアントパルス光の発生を抑制することができるファイバレーザ及びファイバレーザの連続光発振方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fiber laser and a continuous light oscillation method of a fiber laser that can suppress the generation of giant pulsed light.
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.
図1に、本実施形態に係るファイバレーザ10の構成例を示す。本実施形態に係るファイバレーザ10は、第1の反射部である第1のミラー2と第2の反射部である第2のミラー3を備える。この第1のミラー2と第2のミラー3により共振器を形成する。この共振器の光路の少なくとも一部は、レーザ増幅媒体としての希土類元素が添加された希土類添加光ファイバ1が用いられる。また、ファイバレーザ10は、希土類添加光ファイバ1の希土類元素を励起するための励起光を出力する励起光源5と、励起光源5から出力される励起光を希土類添加光ファイバ1に導く励起光コンバイナ6を備える。さらに、ファイバレーザ10は、その共振器の光路中に、希土類元素からの自然放出光及び誘導放出光が第1のミラー2から希土類添加光ファイバ1への帰還を抑制する帰還抑制部7を有し、この帰還抑制部7の帰還量を制御するための帰還制御部8を備える。
FIG. 1 shows a configuration example of a
希土類添加光ファイバ1は、Ybなどの少なくとも1種類の希土類元素がコアに添加されている光増幅用光ファイバである。電流制御部4は、半導体レーザで構成される励起光源5の駆動電流を制御することによって、励起光の出力パワーを制御する。励起光源5は、希土類添加光ファイバ1に添加されている希土類元素を励起準位に遷移可能な波長を含む励起光を出力する。本実施形態に係るファイバレーザ10においては、希土類添加光ファイバ1の希土類元素を十分に励起するため、複数の励起光源5を備える。励起光コンバイナ6は、複数の励起光源5からの励起光を合波する。励起光コンバイナ6からの励起光は、希土類添加光ファイバ1のガラス部全体に入力される。第1のミラー2及び第2のミラー3は、例えばファイバブラッググレーティングであり、希土類添加光ファイバ1で放出される希土類元素からの自然放出光及び誘導放出光の少なくとも一部の波長帯域の光を所定の反射率で共振器へ反射する。本実施形態に係るファイバレーザ10において、励起光コンバイナ6は、ファイバブラッググレーティング(第2のミラー3)が形成されたファイバに接続される。励起光は、第2のミラー3が形成されたファイバから共振器に入射される。希土類元素を十分に励起することにより放出する自然放出光及び誘導放出光が、第1のミラー2及び第2のミラー3で構成される共振器でレーザ発振を起こす。第1のミラー2は、レーザ発振波長において所定の透過率で透過するように形成されている。レーザ発振によって発生したレーザ光は、第1のミラー2から一部透過して、ファイバレーザ10から出射される。
The rare earth doped
帰還抑制部7は、第1のミラー2と第2のミラー3の間の光共振器の光路に挿入される。帰還抑制部7は、帰還制御部8からの信号に応じて、希土類添加光ファイバ1で発生した自然放出光及び誘導放出光が第1のミラー2で反射して再び光共振器に帰還することを抑制する。帰還抑制部7は、例えば、自然放出光の波長帯域の光の透過損失を可変することができる音響光学素子(A/O素子)や電気光学素子(E/O素子)などの損失可変光学素子である。この音響光学素子は、帰還制御部8から出力された高周波電圧により透過光の損失を制御することができる。透過損失を増加させることにより、希土類添加光ファイバ1で発生した自然放出光及び誘導放出光が再び光共振器に帰還することを抑制することができ、透過損失を減少させることにより、希土類添加光ファイバ1で発生した自然放出光及び誘導放出光が第1のミラー2で反射して再び光共振器に帰還させることができる。帰還抑制部7は、希土類添加光ファイバ1と第1のミラー2の間に配置されることが好ましい。これにより、帰還抑制部7の透過損失の影響によるレーザ出力光のパワーの低下を防ぐことができる。
The
帰還制御部8は、演算回路、クロック、メモリを備え、電流制御部4と電気的に接続され、電流制御部4の電流制御情報を取得する。メモリには、帰還抑制部7の帰還抑制タイミングを指示する情報、および、帰還抑制部7に出力する高周波電圧に関する情報を予め記憶されている。
The
希土類添加光ファイバ1の希土類元素が所定の反転分布状態にある場合に、帰還抑制部7の損失が所定より小さくなり、共振器としてのゲインが正であれば、共振器による意図したレーザ発振が起こる。一方、帰還抑制部7の損失を所定より大きくすれば、希土類添加光ファイバ1の希土類元素を励起しても、共振器としてのゲインが正になることは無いため、共振器間のレーザ発振を防止することができる。
When the rare earth element of the rare earth doped
次に、従来のファイバレーザの立ち上げ、すなわち励起光源5をOFF状態からON状態にする場合の動作について説明する。励起光源5は、OFF状態(出力:0)からファイバレーザ10が連続光発振するために必要な光出力となるまでに、所定の立ち上がり時間が掛かる。励起光源5をOFF状態からON状態とし始めた直後(電流を流し始めた直後)は、励起光源5の光出力は弱い。一方、この時、希土類添加光ファイバ1の希土類元素は基底状態である(反転分布状態ではない)ため、励起光が供給される位置近傍で励起光の大きな吸収が起こり、その部分だけが励起状態となる。このとき、希土類元素であるYb原子が励起されない領域では、希土類添加光ファイバ1は励起光に対して吸収体として作用する。Yb原子が励起されて誘導放出が生じる(利得がある)光ファイバ領域では、発生した自然放出光が誘導放出により増幅される。この光共振器の一部で増幅された誘導放出光の一部は、光ファイバ中で後方に散乱される。この後方散乱光は、励起されて利得がある希土類添加光ファイバ1内を戻りながらさらに増幅される。この増幅された誘導放出光の一部は、光ファイバ中で後方に再度散乱される。この散乱と増幅を繰り返すことで、寄生発振による尖頭値が高いジャイアントパルスが発生する場合がある。このように希土類添加光ファイバ1の希土類元素の励起開始状態において、散乱されなかった光は、共振器を第1のミラー2に向かって伝搬するが、吸収体として作用する光ファイバ領域の割合が大きいため、ファイバレーザ共振器全体の利得は損失よりも小さく、ファイバレーザ共振器としてのレーザ発振は起きない。
Next, a description will be given of the operation when the conventional fiber laser is started up, that is, when the
さらに励起光源5の出力が大きくなり、所定のパワーを超えると、希土類添加光ファイバ1の希土類元素を共振器全長に亘って、反転分布状態を形成することができるため、希土類添加光ファイバ1の長さ方向に局所的な利得媒体と吸収体とが存在するという状況は解消される。このように、希土類添加光ファイバ1が共振器全長に亘って、励起された状態となれば、共振器全体としての利得が、寄生発振の原因となる散乱による寄生的な共振の利得(共振器全体の損失)より大きくなるため、寄生発振は起きず、共振器による所望の連続レーザ発振を得ることができる。
Further, when the output of the pumping
なお、励起光源5をOFF状態から規定の定常状態に立ち上がるまでに、寄生発振が起こる条件は、希土類添加光ファイバ1の励起光の吸収係数、利得、散乱係数、励起光源が立ち上がるまでの時定数等により決まるため、使用する希土類添加光ファイバ、励起光源、及び電流制御部が決まれば、実験、シミュレーション等で予め知ることができる。
The conditions for the occurrence of parasitic oscillation before the pumping
そこで、本実施形態に係るファイバレーザ10において、寄生発振を抑圧するために、ファイバレーザ立ち上げ時にQスイッチ方式を利用している。すなわち、予め分かっている立ち上げ時の寄生発振が発生しうる期間において、所定のタイミングで帰還抑制部7の損失を大きい状態からから小さい状態(帰還を小さい状態から大きい状態)にさせて共振器によるQスイッチパルス発振をさせる。このように意図的なQスイッチパルス発振を起こすことにより、希土類添加光ファイバ1の長さ方向の局在的な励起状態の緩和を促進することができる。第一回のQスイッチパルス発振後の励起光源5の出力が、寄生発振し得る状態であれば、励起光源5の立ち上げをさらに進めながら、所定時間後に再度Qスイッチパルス発振を起こす。これを、寄生発振しえない励起光源5の出力まで繰り返すことにより、寄生発振しえない励起光源5の出力に到達したときに帰還抑制部7の損失を最小にして、安定した連続光レーザ発振を行うことができる。なお、帰還抑制部7が制御する損失は、共振器による発振波長(ミラーの波長帯域)を含むことが好ましい。
Therefore, in the
次に、本実施形態に係るファイバレーザの連続光発振方法について説明する。図2は、本実施形態に係るファイバレーザ10の立ち上げ状態の一例を示す図である。図2(a)は、ファイバレーザ10のレーザ出力パワーを示し、(b)は帰還抑制部7の希土類添加光ファイバ1の自然放出光の損失を示し、(c)は励起光パワーを示す。なお、励起光パワーPSは、励起光源5の立ち上がりから、寄生発振が起こりえる上限の励起光源5のパワーであり、励起光源、希土類添加光ファイバ、第1のミラー及び第2のミラーを決めれば、予め一意に決まる値である。
Next, a continuous light oscillation method of the fiber laser according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a startup state of the
まず、励起開始工程において、励起光源5から希土類添加光ファイバ1に励起光を入射し始める。この時、帰還抑制部7は、希土類添加光ファイバ1の自然放出光のピークを含む波長帯域の光透過損失が所定の大きい状態に設定されている。この状態では、希土類添加光ファイバ1で発生した自然放出光および誘導放出光が第1のミラー2で反射して再び光共振器に帰還することが抑制されているので、ファイバレーザ共振器によるレーザ発振が起きることはない。
First, in the excitation start step, excitation light starts to enter the rare earth-doped
次に、スイッチング工程において、ファイバレーザ10において励起開始から寄生発振が発生するおそれがある時間よりも短い時間(t1)に、帰還抑制部7の透過損失を一時的に減少させる。すなわち、自然放出光及び誘導放出光の第1のミラー2を介した希土類添加光ファイバ1への帰還を増やす。この時(t1)までに、希土類添加光ファイバ1は、励起光の入射により、所定の励起状態となっている。これにより、共振器の損失が過渡的に減少し、Qスイッチ発振が起こる。帰還抑制部7の透過損失を下げた状態は、t2=t1+taまで維持する。この第1回目のQスイッチパルス発振後のt2における励起光源5の出力が、寄生発振し得る状態(PS以下)であれば、励起光源5の立ち上げをさらに進めながら、帰還抑制部7の透過損失を、希土類添加光ファイバ1で発生した自然放出光および誘導放出光が第1のミラー2で反射して再び光共振器に帰還して共振器によるレーザ発振が起きることはない量まで再び増加させる(t2)。この後、所定の時間(tb)経過後(t3=t2+tb)に、再度、帰還抑制部7の透過損失を一時的に減少させてQスイッチパルス発振を起こす。このような動作を繰り返し、励起光源5は、出力パワーがPSを超えた後(tS)に所定の出力パワーに安定出力させる。本実施形態に係るファイバレーザの連続光発振方法においては、スイッチング工程において、4回のQスイッチ発振を起こしている。
Next, in the switching step, the transmission loss of the
図2(b)において帰還抑制部7の損失量の変化を矩形状に増減させる例を示したが、所定のタイミングでQスイッチ発振を起こすことができる帰還量の変動であれば、変化の態様は矩形状に限らず、パルス状等であってもよい。このとき、励起開始から帰還抑制部7の損失を小さくするまでの時間t1は、寄生発振が発生するおそれがある時間よりも短い時間にする。励起開始から第1回目のQスイッチ発振までの間隔(t1)、および、第1回目のQスイッチ発振と第2回目以降のQスイッチ発振との間隔(tb)は、寄生発振が起きない間隔に設定される。これらの間隔t1、および、tbは、励起光源5、希土類添加光ファイバ1、第1のミラー2、第2のミラー3を決めれば、予め実験もしくはシミュレーションにより定めることができる。
FIG. 2B shows an example in which the change in the loss amount of the
次に、連続発振工程において、励起光源5の出力パワーがPsを超えた後、帰還抑制部7の損失を最小にして、安定した連続光レーザ発振を行う。以上の立ち上げ方法により、ファイバレーザ10は、OFF状態から寄生発振を起こすことなく連続発振させることができる。これにより、寄生発振により発生するジャイアントパルスによって、励起光源5やファイバコア、端面の損傷を防ぎ、安全に連続発振に移行することができる。
Next, in the continuous oscillation step, after the output power of the
次に、本実施形態に係るファイバレーザ10の立ち上げ時に寄生発振を抑制することができることについて、ファイバレーザの光出力と反転分布率との関係から説明する。発明者によれば、寄生発振によるジャイアントパルスは、希土類添加光ファイバを励起状態としたときの反転分布率に依存することがわかった。図3に、帰還抑制部7を備えないファイバレーザの光出力と反転分布率を示す。励起光パワー(定常時)は5W、励起光自体の立ち上がり時間は0とした。図3(a)はレーザ出力パワーの時間変化を示し、図3(b)は第2のミラー3からのファイバ長(m)における反転分布率(%)の時間変化を示す。時間は、励起されていない状態(基底状態)から、励起光の入射開始時間を0としている。また、励起光は、ファイバ長:0(第2のミラー3)の側から入射させている。図3(b)に示すように、反転分布率は時間経過とともに上昇していく。例えば、ファイバレーザの立ち上げ時(0ms)から0.02ms後にかけては励起光の入射端の反転分布率が上昇し、ファイバレーザの立ち上げ時から0.05ms後にファイバ長方向での反転分布率に偏りができ始め、ファイバレーザの立ち上げ時から0.057ms後には、ファイバ長方向の一部分のファイバ領域が反転分布率100%に達している。その後、図3(a)に示すように、寄生発振によるジャイアントパルスが発生している。ジャイアントパルス発生時の反転分布率は100%と高く、励起状態の電子が一度にエネルギーを放出するため非常に尖頭値が高いパルスとなってしまう。
Next, the fact that parasitic oscillation can be suppressed when the
図4に、本実施形態に係るファイバレーザ10の光出力と反転分布率を示す。図4(a)はレーザ出力パワーの時間変化を示し、図4(b)は第2のミラー3からのファイバ長(m)における反転分布率(%)の時間変化を示す。帰還抑制部7が時間0〜1msの間で自然放出光の帰還抑制状態と帰還状態を100回繰り返した場合、この周期に対応した定常パルス発振し、反転分布率はファイバの長さ方向に100%となるような局在を作ることなく徐々に上昇する。ファイバレーザの立ち上げ時から1msの時点では、第1のミラー2と第2のミラー3の間で連続してレーザ発振する励起光パワーの励起光を励起光源5が出力している。この場合、ファイバレーザの立ち上げ時から1ms以降は帰還抑制部7の透過損失を最小(帰還率最大)にして自然放出光が希土類添加光ファイバ1に帰還される状態にしている。こうすることで、希土類添加光ファイバ1全長に亘って、所定の反転分布率より高くなるにつれファイバレーザの出力パワーが振動し、寄生発振が起こることなく最終的に連続発振へ移行する。なお、この連続発振開始時の光出力の振動のピーク値は、寄生発振時の光出力のピーク値と比較して十分小さく、ファイバレーザを構成する部品等に損傷を与えるものではない。
FIG. 4 shows the light output and inversion distribution rate of the
なお、帰還抑制部7は、希土類添加光ファイバ1へ自然放出光の帰還量を高速に(例えば1μs以下)増減させてQスイッチングを行えるものであればよく、損失可変光学素子に限定されない。例えば、帰還抑制部7は、第1のミラー2の反射率を可変する反射率可変手段であってもよいし、光の減衰率を可変する減衰率可変手段であってもよいし、第1のミラー2の反射方向を可変する反射方向可変手段であってもよい。
The
また、希土類元素添加光ファイバ1は高強度の励起光を入射できるよう低屈折率樹脂で被覆されたダブルクラッド構造となっていてもよい。希土類元素添加光ファイバ1に高強度の励起光を入射するために、電流制御部4で励起光源5を動作させることで複数の励起光源5からの光を励起光コンバイナ6により光結合してもよい。希土類元素添加光ファイバ1に高強度の励起光を入射するために、励起光源5には、高出力の半導体レーザ光を使用することが好ましい。さらに、本実施形態に係るファイバレーザ10においては、励起光を第2のミラー3を通して入射させる構成としたが、希土類添加光ファイバ1のクラッドに励起光を導入する構成であれば、第1のミラー2と第2のミラー3との共振器の間にカプラを設ける構成であっても良い。また、出射側の第1のミラー2は、ファイバブラックミラーによるものとしたが、所望の発振波長に対して所定の反射率を示すものであれば、多層膜ミラーで構成しても良いし、帰還抑制部7に用いる音響光学素子や電気光学素子(E/O素子)の端面のフレネル反射を用いても良い。
The rare earth element-doped
本実施形態に係るファイバレーザ10では、希土類添加光ファイバ1の出射端面に向かって励起光を入射する後方励起方式としたが、前方励起方式としても良く、前後方励起方式としてもよい。この場合は、帰還抑制部7の配置は、励起光を入射したときに希土類添加光ファイバ1の利得が最も高くなる位置とすることが好ましい。これにより、レーザ発振光のパワーを高くすることができる。
In the
本実施形態に係るファイバレーザを用いて、ファイバレーザ出力を測定した。
実施例1で評価した条件を以下に記載する。希土類添加光ファイバ1は波長976nmでの単位長さあたりの吸収量620dB/m、ファイバ伝送損失25dB/km、コア/クラッド径10μm/130μm、ファイバ長11mであるものを使用した。第2のミラー3の反射帯域は1064.187nm〜1064.525nmで励起光損失0.1dBであるものを使用した。第1のミラー2の中心反射波長は1064.38nm、反射率は10%であるものを使用し、励起光源5は1台あたりの出力パワーが10Wである波長915nmの高出力半導体レーザを2台使用した。ファイバレーザ出力を測定する光検出器には光パワーメータを使用した。帰還抑制部7への印加電圧は、図5に示すとおり、繰り返し周波数100kHz、デューティー比10%、電圧0V−5Vの矩形波とした。
The fiber laser output was measured using the fiber laser according to the present embodiment.
The conditions evaluated in Example 1 are described below. The rare earth-doped
図6に、実施例1におけるファイバレーザの出力時間変化を示す。ファイバレーザの立ち上げ時に帰還抑制部7の透過損失を時間的に変動させているため、透過損失の変動の周期に対応した定常パルスが出力される。このように、実施例1のファイバレーザの立ち上げに際しては、寄生発振によるジャイアントパルスの発生を回避している。そして、励起光パワーが連続発振閾値PSを超えた後に、帰還抑制部7の希土類添加光ファイバ1へ自然放出光及び誘導放出光の帰還量を最大(透過損失が低い状態)とすることで安全に連続発振に移行させることが可能となる
FIG. 6 shows changes in the output time of the fiber laser in the first embodiment. Since the transmission loss of the
実施例2では、実施例1で評価した条件と帰還抑制部7が異なる。実施例2では、帰還抑制部7に可変光減衰器を用い、帰還抑制部7への印加電圧は図7に示すとおり、繰り返し周波数100kHz、デューティー比10%、電圧0V−5Vの矩形波とした。
In the second embodiment, the conditions evaluated in the first embodiment and the
図8に、実施例2におけるファイバレーザの出力時間変化を示す。ファイバレーザの立ち上げ時に帰還抑制部7の透過損失を時間的に変動させているため、透過損失の変動の周期に対応した定常パルスが出力される。このように、実施例2のファイバレーザの立ち上げに際しては、寄生発振によるジャイアントパルスの発生を回避している。そして、励起光パワーが連続発振閾値PSを超えた後に帰還抑制部7の希土類添加光ファイバ1へ自然放出光及び誘導放出光の帰還量を最大(透過損失を低い状態)とすることで安全に連続発振に移行させることが可能となる。
FIG. 8 shows changes in the output time of the fiber laser in the second embodiment. Since the transmission loss of the
実施例1と同じ構成のファイバレーザにおいて、帰還抑制部7を希土類添加光ファイバ1へ自然放出光の帰還量を最大(透過損失が低い状態)で一定に保ち、ファイバレーザ出力を測定した。この状態は、第1のミラー2と第2のミラー3との間の共振器内に帰還抑制部7を配置しないことと実質的に等価である。図9に、比較例におけるファイバレーザの出力時間変化を示す。ファイバレーザの立ち上げから約15μs後に、寄生発振によるジャイアントパルスが発生した。このジャイアントパルスは、第2のミラー3を損傷させるおそれがあるほどのパワーであった。
In the fiber laser having the same configuration as that of Example 1, the
本発明のファイバレーザは、高出力のファイバレーザであるため、情報通信産業のほか、レーザ加工など幅広い産業に適用することができる。 Since the fiber laser of the present invention is a high-power fiber laser, it can be applied to a wide range of industries such as laser processing in addition to the information communication industry.
1:希土類添加光ファイバ
2:第1のミラー
3:第2のミラー
4:電流制御部
5:励起光源
6:励起光コンバイナ
7:帰還抑制部
8:帰還制御部
10:ファイバレーザ
1: rare earth doped optical fiber 2: first mirror 3: second mirror 4: current control unit 5: excitation light source 6: excitation light combiner 7: feedback suppression unit 8: feedback control unit 10: fiber laser
Claims (4)
前記共振器の光路に設けられ、希土類元素が添加された希土類添加光ファイバと、
前記希土類元素を励起する励起光源と、
を備えたファイバレーザであって、
前記光路には、前記希土類元素の自然放出光が前記第1の反射部から前記希土類添加光ファイバへの帰還を抑制する帰還抑制部を有し、
前記帰還抑制部は、前記励起光源の立ち上げ時の寄生発振が発生するおそれがある期間に、前記第1の反射部から帰還量を一時的に増加させて前記共振器によるパルス発振をさせることを特徴とするファイバレーザ。 A resonator formed by the first reflecting portion and the second reflecting portion;
A rare earth-doped optical fiber provided in the optical path of the resonator and doped with a rare earth element;
An excitation light source for exciting the rare earth element;
A fiber laser comprising:
The optical path includes a feedback suppression unit that suppresses spontaneous emission of the rare earth element from the first reflection unit to the rare earth-doped optical fiber,
The feedback suppression unit temporarily increases a feedback amount from the first reflection unit to cause pulse oscillation by the resonator during a period in which parasitic oscillation at the time of startup of the excitation light source may occur. A fiber laser.
前記希土類元素の自然放出光が共振器の一方のミラーから前記希土類添加光ファイバへの帰還を抑制した状態で、励起光源からの励起光の入射を始める励起開始工程と、
予め定められた寄生発振が起こるより短い時間経過後に、前記抑制されていた帰還を一時的に増やして、前記共振器によるQスイッチ発振させるスイッチング工程と、
前記励起光源が、前記寄生発振が起き得る励起光パワーを越える励起光パワーより大きな出力まで立ち上がった後に、前記希土類元素の自然放出光の一方のミラーを介した前記希土類添加光ファイバへの帰還を抑制しない一定状態として、連続光発振状態にする連続発振工程と、
を有することを特徴とするファイバレーザの連続光発振方法。 A fiber laser continuous light oscillation method using a rare earth-doped optical fiber doped with a rare earth element as a laser medium,
In the state in which the spontaneous emission light of the rare earth element suppresses the feedback from one mirror of the resonator to the rare earth-doped optical fiber, the excitation start step for starting the incidence of the excitation light from the excitation light source,
A switching step of temporarily increasing the suppressed feedback after a shorter period of time than a predetermined parasitic oscillation occurs, and causing a Q-switch oscillation by the resonator;
After the pumping light source rises to an output larger than the pumping light power exceeding the pumping light power at which the parasitic oscillation can occur, the rare earth element spontaneous emission light is returned to the rare earth-doped optical fiber via one mirror. As a constant state that does not suppress, a continuous oscillation process to make a continuous light oscillation state,
A continuous light oscillation method of a fiber laser, comprising:
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014225584A (en) * | 2013-05-16 | 2014-12-04 | 株式会社フジクラ | Fiber laser device |
WO2018074511A1 (en) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | 株式会社フジクラ | Fiber laser device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004287105A (en) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical switch and fiber laser using optical switch |
JP2010141038A (en) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Laser light source |
JP2012129264A (en) * | 2010-12-14 | 2012-07-05 | Jtekt Corp | Fiber laser oscillation method and fiber laser oscillation device |
-
2010
- 2010-12-16 JP JP2010281035A patent/JP2012129423A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004287105A (en) * | 2003-03-24 | 2004-10-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Optical switch and fiber laser using optical switch |
JP2010141038A (en) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Laser light source |
JP2012129264A (en) * | 2010-12-14 | 2012-07-05 | Jtekt Corp | Fiber laser oscillation method and fiber laser oscillation device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014225584A (en) * | 2013-05-16 | 2014-12-04 | 株式会社フジクラ | Fiber laser device |
WO2018074511A1 (en) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | 株式会社フジクラ | Fiber laser device |
US11070021B2 (en) | 2016-10-21 | 2021-07-20 | Fujikura Ltd. | Fiber laser device |
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