JP2012129423A - Fiber laser and continuous light oscillation method for fiber laser - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber laser and a continuous light oscillation method for the fiber laser, capable of suppressing generation of a giant pulse light.SOLUTION: A fiber laser includes: a resonator formed by a first mirror 2 and a second mirror 3; a rare-earth doped optical fiber 1 doped with a rare-earth element, provided on an optical path of the resonator; and an excitation light source 5 that excites the rare-earth element. The optical path has a feedback suppression section 7 that suppresses a feedback of spontaneous emission light of the rare-earth element from the first mirror 2 to the rare-earth doped optical fiber 1. The feedback suppression section 7 makes the resonator perform a pulse oscillation by temporarily increasing a feedback amount from the first mirror 2 during the period when there is a risk that parasitic oscillation occurs at ramp-up of the excitation light source 5.

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, Patent Documents 1 to 5). In a fiber laser using a rare earth doped optical fiber, an optical isolator is inserted in the optical path between the rare earth doped optical fiber and the excitation light source in order to prevent light from the rare earth doped optical fiber from entering the excitation light source.

特開2001−358388号公報JP 2001-358388 A 特開2002−530875号公報JP 2002-530875 A 特開2003−29060号公報JP 2003-29060 A 特開2008−254006号公報JP 2008-254006 A 特開2009−101400号公報JP 2009-101400 A

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.

本実施形態に係るファイバレーザの構成例を示す。The structural example of the fiber laser which concerns on this embodiment is shown. 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であり、(a)はレーザ出力パワーを示し、(b)は帰還抑制部の損失を示し、(c)は励起光パワーを示す。It is an example of the starting state of the fiber laser 10 which concerns on this embodiment, (a) shows laser output power, (b) shows the loss of a feedback suppression part, (c) shows pumping light power. 帰還抑制部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。The optical output and inversion distribution rate of a fiber laser not provided with a feedback suppression unit are shown. 本実施形態に係るファイバレーザの光出力と反転分布率を示す。The optical output and inversion distribution rate of the fiber laser according to the present embodiment are shown. 実施例1における帰還抑制部の変調信号を示す。3 shows a modulation signal of a feedback suppression unit in the first embodiment. 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。The output time change of the fiber laser in Example 1 is shown. 実施例2における帰還抑制部の変調信号を示す。6 shows a modulation signal of a feedback suppression unit in the second embodiment. 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。The output time change of the fiber laser in Example 2 is shown. 比較例におけるファイバレーザの出力時間変化を示す。The output time change of the fiber laser in a comparative example is shown.

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 fiber laser 10 according to this embodiment. The fiber laser 10 according to the present embodiment includes a first mirror 2 that is a first reflecting portion and a second mirror 3 that is a second reflecting portion. The first mirror 2 and the second mirror 3 form a resonator. As at least a part of the optical path of the resonator, a rare earth-doped optical fiber 1 to which a rare earth element is added as a laser amplification medium is used. The fiber laser 10 includes a pumping light source 5 that outputs pumping light for pumping the rare earth element of the rare earth-doped optical fiber 1, and a pumping light combiner that guides pumping light output from the pumping light source 5 to the rare earth-doped optical fiber 1. 6 is provided. Further, the fiber laser 10 has a feedback suppression unit 7 in the optical path of the resonator that suppresses the spontaneous emission light and stimulated emission light from the rare earth element from returning from the first mirror 2 to the rare earth doped optical fiber 1. In addition, a feedback control unit 8 for controlling the feedback amount of the feedback suppression unit 7 is provided.

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 optical fiber 1 is an optical fiber for optical amplification in which at least one rare earth element such as Yb is added to the core. The current control unit 4 controls the output power of the pumping light by controlling the driving current of the pumping light source 5 composed of a semiconductor laser. The pumping light source 5 outputs pumping light including a wavelength capable of transitioning the rare earth element added to the rare earth-doped optical fiber 1 to the pumping level. The fiber laser 10 according to the present embodiment includes a plurality of pumping light sources 5 in order to sufficiently pump the rare earth element of the rare earth doped optical fiber 1. The excitation light combiner 6 combines the excitation light from the plurality of excitation light sources 5. Excitation light from the excitation light combiner 6 is input to the entire glass portion of the rare earth-doped optical fiber 1. The first mirror 2 and the second mirror 3 are, for example, fiber Bragg gratings, and emit light in the wavelength band of at least a part of spontaneous emission light and stimulated emission light from the rare earth element emitted from the rare earth-doped optical fiber 1. Reflects to the resonator with a predetermined reflectivity. In the fiber laser 10 according to the present embodiment, the pumping light combiner 6 is connected to a fiber on which a fiber Bragg grating (second mirror 3) is formed. The excitation light is incident on the resonator from the fiber on which the second mirror 3 is formed. Spontaneous emission light and stimulated emission light emitted by sufficiently exciting the rare earth element cause laser oscillation in the resonator formed by the first mirror 2 and the second mirror 3. The first mirror 2 is formed so as to transmit at a predetermined transmittance at the laser oscillation wavelength. Laser light generated by laser oscillation is partially transmitted from the first mirror 2 and emitted from the fiber laser 10.

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 feedback suppression unit 7 is inserted in the optical path of the optical resonator between the first mirror 2 and the second mirror 3. In response to a signal from the feedback control unit 8, the feedback suppression unit 7 reflects the spontaneous emission light and the stimulated emission light generated in the rare earth-doped optical fiber 1 by the first mirror 2 and returns to the optical resonator again. Suppress. The feedback suppression unit 7 is, for example, a loss variable optical element such as an acousto-optic element (A / O element) or an electro-optic element (E / O element) that can vary the transmission loss of light in the wavelength band of spontaneous emission light. It is. This acoustooptic device can control the loss of transmitted light by the high-frequency voltage output from the feedback controller 8. By increasing the transmission loss, the spontaneous emission light and the stimulated emission light generated in the rare earth-doped optical fiber 1 can be prevented from returning to the optical resonator again, and by reducing the transmission loss, the rare earth-doped light is reduced. Spontaneous emission light and stimulated emission light generated in the fiber 1 can be reflected by the first mirror 2 and returned to the optical resonator again. The feedback suppression unit 7 is preferably disposed between the rare earth-doped optical fiber 1 and the first mirror 2. Thereby, the fall of the power of the laser output light by the influence of the transmission loss of the feedback suppression part 7 can be prevented.

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 feedback control unit 8 includes an arithmetic circuit, a clock, and a memory, is electrically connected to the current control unit 4, and acquires current control information of the current control unit 4. In the memory, information for instructing the feedback suppression timing of the feedback suppression unit 7 and information on the high-frequency voltage output to the feedback suppression unit 7 are stored in advance.

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 optical fiber 1 is in a predetermined inversion distribution state, if the loss of the feedback suppression unit 7 is smaller than the predetermined value and the gain as the resonator is positive, the intended laser oscillation by the resonator Occur. On the other hand, if the loss of the feedback suppression unit 7 is made larger than a predetermined value, even if the rare earth element of the rare earth-doped optical fiber 1 is excited, the gain as a resonator does not become positive. Can be prevented.

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 excitation light source 5 is switched from the OFF state to the ON state. The pumping light source 5 takes a predetermined rising time from the OFF state (output: 0) until the optical output necessary for continuous oscillation of the fiber laser 10 is obtained. Immediately after starting the excitation light source 5 from the OFF state to the ON state (immediately after starting to flow current), the light output of the excitation light source 5 is weak. On the other hand, at this time, since the rare earth element of the rare earth-doped optical fiber 1 is in the ground state (not in the inversion distribution state), large absorption of the excitation light occurs near the position where the excitation light is supplied, and only that portion is in the excited state. It becomes. At this time, in the region where the rare earth element Yb atoms are not excited, the rare earth doped optical fiber 1 acts as an absorber for the excitation light. In the optical fiber region where Yb atoms are excited and stimulated emission occurs (with gain), the spontaneous emission light generated is amplified by stimulated emission. Part of the stimulated emission light amplified by a part of the optical resonator is scattered backward in the optical fiber. The backscattered light is further amplified while returning through the rare earth-doped optical fiber 1 that is excited and has gain. Part of this amplified stimulated emission light is again scattered back in the optical fiber. By repeating this scattering and amplification, a giant pulse having a high peak value due to parasitic oscillation may be generated. Thus, in the rare earth element excitation start state of the rare earth-doped optical fiber 1, the light that has not been scattered propagates through the resonator toward the first mirror 2, but the proportion of the optical fiber region that acts as an absorber is small. Since it is large, the gain of the entire fiber laser resonator is smaller than the loss, and laser oscillation as a fiber laser resonator does not occur.

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 light source 5 increases and exceeds a predetermined power, the rare earth element of the rare earth-doped optical fiber 1 can form an inverted distribution state over the entire length of the resonator. The situation of local gain media and absorbers in the length direction is eliminated. In this way, when the rare earth-doped optical fiber 1 is excited over the entire length of the resonator, the gain of the entire resonator is the gain of the parasitic resonance due to scattering that causes parasitic oscillation (resonator). Therefore, parasitic oscillation does not occur and a desired continuous laser oscillation by the resonator can be obtained.

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 light source 5 rises from the OFF state to the specified steady state are the absorption coefficient, gain, scattering coefficient, and time constant until the pumping light source of the rare earth-doped optical fiber 1 is started up. Therefore, if the rare earth-doped optical fiber, the excitation light source, and the current control unit to be used are determined, it can be known in advance through experiments, simulations, and the like.

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 fiber laser 10 according to the present embodiment, in order to suppress parasitic oscillation, the Q switch method is used when the fiber laser is started up. That is, in a period in which parasitic oscillation at the time of start-up that can be known in advance can occur, the loss of the feedback suppression unit 7 is changed from a large state to a small state (feedback from a small state to a large state) at a predetermined timing. Q switch pulse oscillation by. In this way, by causing intentional Q switch pulse oscillation, relaxation of the localized excited state in the length direction of the rare earth-doped optical fiber 1 can be promoted. If the output of the excitation light source 5 after the first Q switch pulse oscillation is in a state where parasitic oscillation is possible, the Q switch pulse oscillation is caused again after a predetermined time while further raising the excitation light source 5. By repeating this up to the output of the pumping light source 5 that cannot oscillate parasitically, the loss of the feedback suppression unit 7 is minimized when the output of the pumping light source 5 that cannot oscillate parasitically is reached. It can be performed. Note that the loss controlled by the feedback suppression unit 7 preferably includes an oscillation wavelength (mirror wavelength band) of the resonator.

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P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 fiber laser 10 according to the present embodiment. 2A shows the laser output power of the fiber laser 10, FIG. 2B shows the loss of spontaneous emission light of the rare earth-doped optical fiber 1 of the feedback suppression unit 7, and FIG. 2C shows the pumping light power. Incidentally, the pumping light power P S from the rise of the excitation light source 5, a power of the pumping light source 5 is the upper limit that parasitic oscillation can occur, the excitation light source, is determined rare earth doped optical fiber, a first mirror and a second mirror For example, the value is uniquely determined in advance.

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 optical fiber 1 from the excitation light source 5. At this time, the feedback suppression unit 7 is set to a state in which the light transmission loss in the wavelength band including the peak of spontaneous emission light of the rare earth-doped optical fiber 1 is a predetermined large value. In this state, since spontaneous emission light and stimulated emission light generated in the rare earth-doped optical fiber 1 are suppressed from being reflected by the first mirror 2 and returning to the optical resonator again, the laser by the fiber laser resonator is suppressed. Oscillation does not occur.

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(t)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(t)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、t=t+t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tにおける励起光源5の出力が、寄生発振し得る状態(P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(t)。この後、所定の時間(t)経過後(tt2+t)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Pを超えた後(t)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 feedback suppression unit 7 is temporarily reduced for a time (t 1 ) that is shorter than the time at which parasitic oscillation may occur from the start of excitation in the fiber laser 10. That is, feedback of spontaneous emission light and stimulated emission light to the rare earth-doped optical fiber 1 through the first mirror 2 is increased. By this time (t 1 ), the rare earth-doped optical fiber 1 is in a predetermined excitation state by the incidence of excitation light. As a result, the loss of the resonator is reduced transiently and Q-switch oscillation occurs. State of lowering the transmission loss of the feedback suppression unit 7 will be maintained until t 2 = t 1 + t a . The output of the pumping light source 5 at t 2 in the first round of Q after the switch pulse oscillation, if the parasitic oscillation and may state (P S hereinafter), while further promoting the launch of the excitation light source 5, the feedback suppression unit 7 The amount of the transmission loss is such that spontaneous emission light and stimulated emission light generated in the rare earth-doped optical fiber 1 are reflected by the first mirror 2 and are fed back to the optical resonator to cause no laser oscillation by the resonator. Increase again (t 2 ). Thereafter, after a predetermined time (t b ) has elapsed (t 3 = t 2 + t b ), the transmission loss of the feedback suppression unit 7 is temporarily reduced again to cause Q switch pulse oscillation. Such repeated operation, the excitation light source 5, the output power to stabilize the output to a predetermined output power after exceeding the P S (t S). In the continuous light oscillation method of the fiber laser according to the present embodiment, four Q-switch oscillations are caused in the switching process.

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t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(t)、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(t)は、寄生発振が起きない間隔に設定される。これらの間隔t、および、t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 feedback suppression unit 7 is increased or decreased in a rectangular shape. However, if the change in the feedback amount can cause the Q switch oscillation at a predetermined timing, the change mode Is not limited to a rectangular shape, and may be a pulse shape. At this time, the time t 1 from the start of excitation until the loss of the feedback suppression unit 7 is reduced is set to be shorter than the time at which parasitic oscillation may occur. Parasitic oscillation does not occur in the interval from the start of excitation to the first Q switch oscillation (t 1 ) and in the interval between the first Q switch oscillation and the second and subsequent Q switch oscillations (t b ). Set to interval. These intervals t 1 and t b can be determined in advance by experiment or simulation if the pumping light source 5, the rare earth-doped optical fiber 1, the first mirror 2, and the second mirror 3 are determined.

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 excitation light source 5 exceeds Ps, the loss of the feedback suppression unit 7 is minimized and stable continuous laser oscillation is performed. With the above-described startup method, the fiber laser 10 can continuously oscillate without causing parasitic oscillation from the OFF state. Thereby, damage to the excitation light source 5, the fiber core, and the end face can be prevented by the giant pulse generated by the parasitic oscillation, and the continuous oscillation can be safely performed.

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 fiber laser 10 according to the present embodiment is started up will be described from the relationship between the optical output of the fiber laser and the inversion distribution rate. According to the inventors, it has been found that the giant pulse due to parasitic oscillation depends on the inversion distribution rate when the rare earth-doped optical fiber is in an excited state. FIG. 3 shows the light output and inversion distribution rate of a fiber laser that does not include the feedback suppression unit 7. The excitation light power (steady time) was 5 W, and the rise time of the excitation light itself was 0. 3A shows the time change of the laser output power, and FIG. 3B shows the time change of the inversion distribution ratio (%) in the fiber length (m) from the second mirror 3. As for the time, the incident start time of excitation light is set to 0 from an unexcited state (ground state). The excitation light is incident from the side of the fiber length: 0 (second mirror 3). As shown in FIG. 3B, the inversion distribution rate increases with time. For example, the inversion distribution rate of the incident end of the excitation light increases from 0.02 ms after the start of the fiber laser (0 ms), and the inversion distribution rate in the fiber length direction 0.05 ms after the start of the fiber laser. In 0.057 ms after the start of the fiber laser, a part of the fiber region in the fiber length direction reaches an inversion distribution rate of 100%. Thereafter, as shown in FIG. 3A, a giant pulse due to parasitic oscillation is generated. When the giant pulse is generated, the inversion distribution rate is as high as 100%, and the excited electrons emit energy at one time, resulting in a pulse having a very high peak value.

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 fiber laser 10 according to the present embodiment. 4A shows the time change of the laser output power, and FIG. 4B shows the time change of the inversion distribution ratio (%) in the fiber length (m) from the second mirror 3. When the feedback suppression unit 7 repeats the feedback suppression state and the feedback state of spontaneous emission light 100 times between time 0 and 1 ms, steady pulse oscillation corresponding to this period occurs, and the inversion distribution rate is 100 in the fiber length direction. It rises gradually without making a localization that becomes%. At 1 ms from the start of the fiber laser, the pumping light source 5 outputs pumping light of pumping light power that continuously oscillates between the first mirror 2 and the second mirror 3. In this case, after 1 ms from the start of the fiber laser, the transmission loss of the feedback suppression unit 7 is minimized (maximum feedback rate) so that spontaneous emission light is fed back to the rare earth-doped optical fiber 1. By doing so, the output power of the fiber laser oscillates over the entire length of the rare-earth-doped optical fiber 1 and becomes higher than a predetermined inversion distribution rate, and finally shifts to continuous oscillation without causing parasitic oscillation. Note that the peak value of the vibration of the optical output at the start of continuous oscillation is sufficiently smaller than the peak value of the optical output at the time of parasitic oscillation, and does not damage the components constituting the fiber laser.

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 feedback suppression unit 7 is not limited to a loss variable optical element as long as it can perform Q switching by increasing or decreasing the feedback amount of spontaneous emission light to the rare earth-doped optical fiber 1 at high speed (for example, 1 μs or less). For example, the feedback suppression unit 7 may be a reflectance variable unit that varies the reflectance of the first mirror 2, an attenuation factor varying unit that varies the attenuation factor of light, or the first The reflection direction variable means for changing the reflection direction of the mirror 2 may be used.

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 optical fiber 1 may have a double clad structure coated with a low refractive index resin so that high-intensity excitation light can enter. Even if the excitation light source 5 is operated by the current control unit 4 so that the high-intensity excitation light is incident on the rare earth element-doped optical fiber 1, the light from the plurality of excitation light sources 5 is optically coupled by the excitation light combiner 6. Good. In order to make high-intensity excitation light incident on the rare earth element-doped optical fiber 1, it is preferable to use high-power semiconductor laser light as the excitation light source 5. Furthermore, in the fiber laser 10 according to the present embodiment, the pumping light is incident through the second mirror 3. However, if the pumping light is introduced into the cladding of the rare earth-doped optical fiber 1, the first A configuration in which a coupler is provided between the resonators of the mirror 2 and the second mirror 3 may be employed. The first mirror 2 on the emission side is a fiber black mirror, but may be a multilayer mirror as long as it exhibits a predetermined reflectance with respect to a desired oscillation wavelength. You may use the Fresnel reflection of the end surface of the acousto-optic element used in the feedback suppression part 7, or an electro-optic element (E / O element).

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 fiber laser 10 according to the present embodiment, the backward pumping method in which the excitation light is incident on the emission end face of the rare earth-doped optical fiber 1 is used, but the forward pumping method or the front / back pumping method may be used. In this case, the feedback suppression unit 7 is preferably disposed at a position where the gain of the rare earth-doped optical fiber 1 is highest when pump light is incident. Thereby, the power of the laser oscillation light can be increased.

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 optical fiber 1 used had an absorption amount of 620 dB / m per unit length at a wavelength of 976 nm, a fiber transmission loss of 25 dB / km, a core / cladding diameter of 10 μm / 130 μm, and a fiber length of 11 m. The reflection band of the second mirror 3 is 1064.187 nm to 1064.525 nm and the excitation light loss is 0.1 dB. The first mirror 2 has a central reflection wavelength of 1064.38 nm and a reflectance of 10%, and the excitation light source 5 includes two high-power semiconductor lasers with a wavelength of 915 nm and an output power of 10 W per unit. used. An optical power meter was used as a photodetector for measuring the fiber laser output. As shown in FIG. 5, the voltage applied to the feedback suppression unit 7 was a rectangular wave having a repetition frequency of 100 kHz, a duty ratio of 10%, and a voltage of 0V-5V.

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P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 feedback suppression unit 7 is temporally changed when the fiber laser is started up, a steady pulse corresponding to the transmission loss fluctuation period is output. As described above, when the fiber laser according to the first embodiment is started, generation of a giant pulse due to parasitic oscillation is avoided. After the pumping light power exceeds the continuous oscillation threshold P S, the feedback amount of spontaneous emission and stimulated emission light to the rare-earth doped optical fiber 1 of the feedback suppression unit 7 by the maximum (transmission loss is low) It becomes possible to shift to continuous oscillation safely.

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 feedback suppression unit 7 are different. In Example 2, a variable optical attenuator is used for the feedback suppression unit 7, and the voltage applied to the feedback suppression unit 7 is a rectangular wave having a repetition frequency of 100 kHz, a duty ratio of 10%, and a voltage of 0V-5V as shown in FIG. .

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P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 feedback suppression unit 7 is temporally changed when the fiber laser is started up, a steady pulse corresponding to the transmission loss fluctuation period is output. As described above, when the fiber laser according to the second embodiment is started, generation of a giant pulse due to parasitic oscillation is avoided. The safety that the pumping light power is maximum (low transmission loss state) and the feedback amount of spontaneous emission and stimulated emission light to the rare-earth doped optical fiber 1 of the feedback suppression unit 7 after exceeding the continuous oscillation threshold P S It is possible to shift to continuous oscillation.

比較例Comparative example

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 feedback suppression unit 7 was kept constant with the maximum amount of spontaneously emitted light fed back to the rare earth-doped optical fiber 1 (low transmission loss), and the fiber laser output was measured. This state is substantially equivalent to not arranging the feedback suppression unit 7 in the resonator between the first mirror 2 and the second mirror 3. FIG. 9 shows changes in the output time of the fiber laser in the comparative example. About 15 μs after the start of the fiber laser, a giant pulse due to parasitic oscillation was generated. The giant pulse has such a power that the second mirror 3 may be damaged.

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)

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.
前記帰還抑制部は、前記励起光源が、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量を一時的に増加させることを繰り返すことを特徴とする請求項1に記載のファイバレーザ。   The said feedback suppression part repeats increasing the said feedback amount temporarily with a predetermined period until the said excitation light source exceeds the power which fiber laser can oscillate continuously. Fiber laser. 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:
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すことを特徴とする請求項3に記載のファイバレーザの連続光発振方法。   4. The fiber laser continuous light oscillation method according to claim 3, wherein in the switching step, the feedback amount is temporarily increased at a predetermined period to repeat Q-switch oscillation.
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