JP2015018984A - ファイバーレーザ光源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】励起光を受けて当該励起光と異なる波長の光を発光する光ファイバーと、この光ファイバーの両端面に配置された共振器とにより構成されたファイバーレーザを有するファイバーレーザ光源装置において、前記ファイバーレーザの出射側端面または前記光ファイバーの出射側端面に、前記励起光を反射する励起光反射膜が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
そして、画像投影装置においては、小型で、投影面における平均照度が高いものが求められている。このため、用いられるファイバーレーザにおいては、小型で、発振されるレーザ光の放射強度が高いものが要求されている。
しかしながら、全長が小さい光ファイバーを用いた場合には、レーザ媒質中における励起光の光路が短いため、光ファイバーの一端面に入射された励起光の一部が光ファイバーを透過する。その結果、励起光の利用効率が低下するため、高い放射強度のレーザ光を発振することが困難となる、という問題がある。
一方、全長が大きい光ファイバーを用いた場合には、レーザ媒質中における励起光の光路が長いため、励起光の利用効率を高めることができるが、小型のファイバーレーザを構成することはできない。
前記出射側ミラーの外表面または前記光ファイバーの出射側端面と前記出射側ミラーとの間に、前記励起光を反射する励起光反射膜が形成されていることを特徴とする。
また、前記励起光反射膜は、誘電体多層膜よりなることが好ましい。
また、全長の小さい光ファイバーを用いることができるため、装置の小型化を図ることができる。
図1は、本発明のファイバーレーザ光源装置の一例における要部の構成を示す説明用断面図である。このファイバーレーザ光源装置は、ファイバーレーザ10を備えてなる。
ファイバーレーザ10は、励起光を受けて当該励起光と異なる波長の光を発光する光ファイバー11を有する。この光ファイバー11において、その一端面(図において左端面)は、励起光が入射される入射側端面12とされ、その他端面は、レーザ光が出射される出射側端面13とされている。光ファイバー11の両端面には、共振器20が設けられている。具体的には、共振器20は、光ファイバー11の入射側端面12に配置された入射側ミラー21と、光ファイバー11の出射側端面13に配置された出射側ミラー22とにより構成されている。また、出射側ミラー22の外表面には、励起光を反射する励起光反射膜25が、当該出射側ミラー22に積層された状態で形成されている。
共振器20における入射側ミラー21に対向する位置には、2つのレンズ36,37よりなる結合レンズユニット35を介して、光ファイバー11に励起光を入射する励起用レーザ素子40が配置されている。また、熱伝導部材30における入射側の端部には、結合レンズユニット35および励起用レーザ素子40を収納して保持する円筒状の保持部材45が設けられている。
コア15の母材としては、フッ化アルミニウム系フッ化物材料、ZBLANP(ZrF4 −BaF2 −LaF3 −AlF3 −AlF3 −NaF−PbF2 )等のZr系フッ化物ガラスなどを用いることができる。
コア15中に含有される発光物質としては、希土類元素イオンを用いることができ、その具体例としては、プラセオジムイオン(Pr3+)、ツリウム(Tm3+)、ネオジウム(Nd3+)、イッテルビウム(Yb3+)、エルビウム(Er3+)、ホルミウム(Ho3+)などが挙げられる。コア15中における希土類元素イオンの割合は、例えば500〜6000ppmである。
光ファイバー11におけるクラッド16を構成する材料としては、ZBLAN(ZrF4 −BaF2 −LaF3 −AlF3 −NaF)等のZr系フッ化物ガラスやAlF系(AlF3 −BaF2 −SrF2 −CaF2 −MgF2 −YF3 )のフッ化物ガラスなどを用いることができる。
また、光ファイバー11におけるコア15の外径は、例えば7〜40μmである。
入射側ミラー21としては、励起用レーザ素子40からの励起光の透過率が大きく、発振されるレーザ光の波長域の光の反射率が大きいものが用いられる。また、出射側ミラー22としては、発振されるレーザ光の波長域の光の反射率が入射側ミラー21よりも僅かに小さいものが用いられる。具体的な一例を示すと、入射側ミラー21は、波長430〜480nmの光の透過率が95%以上で、波長615nmの光の反射率が99%以上である。また、出射側ミラー22は、波長615nmの光の反射率が95%である。
励起光反射膜25を構成する誘電体多層膜の具体例としては、Ta2 O5 よりなる低屈折率層とZrOよりなる高屈折率層との多層膜、SiO2 よりなる低屈折率層とTiO2 よりなる高屈折率層との多層膜、ZnSよりなる低屈折率層とPbTeよりなる高屈折率層との多層膜、SiO2 よりなる低屈折率層とTa2 O5 よりなる高屈折率層との多層膜、SiO2 よりなる低屈折率層とNb2 O5 よりなる高屈折率層との多層膜、SiO2 よりなる低屈折率層とHfO2 よりなる高屈折率層との多層膜、SiO2 よりなる低屈折率層とZrO2 よりなる高屈折率層との多層膜、SiO2 よりなる低屈折率層とY2 O3 よりなる高屈折率層との多層膜、SiO2 よりなる低屈折率層とAlNよりなる高屈折率層との多層膜、SiO2 よりなる低屈折率層とSiNよりなる高屈折率層との多層膜などが挙げられる。
また、全長の小さい光ファイバー11を用いることができるため、装置の小型化を図ることができる。
また、光ファイバー11の外周面には、当該外周面を覆う円筒状の熱伝導部材30が設けられているため、当該光ファイバー11に生ずる熱が放熱される。従って、光ファイバー11の過熱による破損などを防止または抑制することができる。
例えば励起光反射膜25は、図3に示すように、光ファイバー11の出射側端面13と出射側ミラー22との間に形成されていてもよい。
励起用レーザ素子40に照射される励起光を抑制する手段としては、例えば下記(1)〜(3)に示す手段が挙げられる。
上記の範囲の波長の励起光を用いることにより、光ファイバー11の全長が30mm以上(往復の光路の全長が60mm以上)であれば、励起用レーザ素子40に照射される励起光を、例えば初期強度の10%以下となるよう抑制することができる。
(2)コア15中における希土類元素イオンの割合が例えば5000ppm以上の光ファイバー11を用いることにより、励起用レーザ素子40に照射される励起光を抑制する。 コア15中に高濃度で希土類元素イオン(例えば、Pr3+)が含有されることにより、当該コア15中における光の吸収率が高くなる。そのため、励起光の波長が440〜453nmで、光ファイバー11の全長が30mm以上であれば、励起用レーザ素子40に照射される励起光を、例えば初期強度の10%以下となるよう抑制することができる。
(3)図4に示すように、励起用レーザ素子40と光ファイバー11との間、例えば結合レンズユニット35におけるレンズ36,37の間に、偏光板38および1/4波長板39を配置することにより、励起用レーザ素子40に照射される励起光を抑制する。
図1および図2に示す構成に従い、下記の仕様のファイバーレーザ光源装置を作製した。
[光ファイバー]
光ファイバーの全長:40mm
コアの材質:フッ化アルミニウム系フッ化物材料中に3000ppmのプラセオジムイオンがドープされてなるもの
コアの外径:15μm
開口数:0.30
[共振器]
入射側ミラーの構成:SiO2 (波長500nmの光による屈折率=1.46)よりなる低屈折率層(層数=15、厚みの最小値=56nm,厚みの最大値=187nm)とTa2 O5 (波長500nmの光による屈折率=2.0)よりなる高屈折率層(層数=14、厚みの最小値=64nm,厚みの最大値=87nm)とが交互に積層されてなる誘電体多層膜(全体の厚み=2.5μm)
入射側ミラーの光学特性:波長430〜480nmの光の透過率>95%,波長615nmの光の反射率>99%
出射側ミラーの構成:SiO2 (波長500nmの光による屈折率=1.46)よりなる低屈折率層(層数=10、厚みの最小値=121nm,厚みの最大値=232nm)とTa2 O5 (波長500nmの光による屈折率=2.0)よりなる高屈折率層(層数=9、厚みの最小値=26nm,厚みの最大値=83nm)とが交互に積層されてなる誘電体多層膜(全体の厚み=1.9μm)
出射側ミラーの光学特性:波長615nmの光の透過率=95%
[励起用レーザ素子]
GaN系レーザダイオード(励起光の波長=438〜458nm,ピーク波長=448nm)
[励起光反射膜]
励起光反射膜の構成:SiO2 (波長500nmの光による屈折率=1.46)よりなる低屈折率層とTiO2 (波長500nmの光による屈折率=2.59)よりなる高屈折率層とが交互に積層されてなる誘電体多層膜(全体の厚み=2.2μm)
励起光反射膜の光学特性:波長430〜460nmの光の反射率>95%,波長615nmの光の透過率>92%
励起光反射膜を形成しなかったこと以外は実施例1と同様の構成のファイバーレーザ光源装置を作製した。
光ファイバーを全長が90mmのものに変更し、励起光反射膜を形成しなかったこと以外は実施例1と同様の構成のファイバーレーザ光源装置を作製した。
実施例1、比較例1および参考例1の各々に係るファイバーレーザ光源装置を作動させ、発振されるレーザ光の放射強度を測定し、参考例1に係るファイバーレーザ光源装置によるレーザ光の放射強度を100としたときの相対値を求めた。その結果、実施例1に係るファイバーレーザ光源装置によるレーザ光の放射強度が100、比較例1に係るファイバーレーザ光源装置によるレーザ光の放射強度が70であった。
以上の結果から、実施例1に係るファイバーレーザ光源装置によれば、励起光の利用効率が高く、高い放射強度のレーザ光を発振することができることが確認された。
また、実施例1に係るファイバーレーザ光源装置によれば、その光ファイバーの全長が参考例1に係るファイバーレーザ光源装置の光ファイバーよりも相当に小さいため、装置の小型化を図ることが可能である。
11 光ファイバー
12 入射側端面
13 出射側端面
15 コア
16 クラッド
17 ジャケット
18 フェルール
20 共振器
21 入射側ミラー
22 出射側ミラー
25 励起光反射膜
30 熱伝導部材
31 キャップ
35 結合レンズユニット
36,37 レンズ
38 偏光板
39 1/4波長板
40 励起用レーザ素子
45 保持部材
前記励起光は440〜445nmの波長であって、
前記光ファイバーは、前記励起光を受けて蛍光を発光する発光物質としてプラセオジムイオンが3000ppm以上含有されてなるコアを有し、
前記出射側ミラーの外表面または前記光ファイバーの出射側端面と前記出射側ミラーとの間に、前記励起光を反射する励起光反射膜が形成されていることを特徴とする。
Claims (3)
- 励起光を受けて当該励起光と異なる波長の光を発光する光ファイバーと、この光ファイバーの両端面に配置された、入射側ミラーおよび出射側ミラーよりなる共振器とにより構成されたファイバーレーザを有するファイバーレーザ光源装置において、
前記出射側ミラーの外表面または前記光ファイバーの出射側端面と前記出射側ミラーとの間に、前記励起光を反射する励起光反射膜が形成されていることを特徴とするファイバーレーザ光源装置。 - 前記光ファイバーは、前記励起光を受けて蛍光を発光する発光物質としてプラセオジムイオンが含有されてなるコアを有することを特徴とする請求項1に記載のファイバーレーザ光源装置。
- 前記励起光反射膜は、誘電体多層膜よりなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のファイバーレーザ光源装置。
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