JP2015179761A - ファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に光源部に近い側の位置において光ファイバの端部に反射膜を用いなくても安定的にレーザ発振を行うことのできるファイバレーザ装置を実現する。【解決手段】 ファイバレーザ装置は、光ファイバの第一端と光源部との間に設けられてブラッググレーティングが形成されてなる第一導光体と、光ファイバの第一端とは反対側の端部である第二端の位置、又は当該第二端よりも光源部に対して光軸方向に遠ざかる位置に設けられ、第一導光体のブラッググレーティングと共に共振器ミラーを構成する光反射部とを有し、第一導光体は、光源部と同じ側の端部である第一端の径が、第一端と反対側の端部である第二端の径より大きく、且つ当該第二端の径がコア部の径と同じ又は小さい。【選択図】 図１

Description

本発明はファイバレーザ装置に関する。

従来、コア部に希土類元素をドープし、両端面に共振器ミラーを構成してなる光ファイバに、所定波長の励起光（励起用レーザ光）を入射させることで、励起光とは異なる波長のレーザ光を発振させる技術がある。例えばコア部にＰｒをドープした光ファイバに、ＧａＮ系半導体レーザから射出された励起光を入射させることで、可視域の波長のレーザ光を発振させる技術が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。この技術を用い、ファイバレーザから取り出される光をプロジェクタ等の光源に利用することが検討されている。

特開平１１−２０４８６２号公報

図６は、特許文献１に開示されたファイバレーザ装置の構成を模式的に示す図面である。図６に示すファイバレーザ装置７０は、励起光を射出する光源部１１、及び光ファイバ体６９を有する。また、ファイバレーザ装置７０は、光源部１１から射出された励起光を光ファイバ体６９に導くための結合光学系１２、光ファイバ体６９から射出される所望波長のレーザ光を後段の光学系に導くための光学部材６１を備える。図６では、結合光学系１２をレンズで構成し、光学部材６１を石英ファイバで構成している。

光ファイバ体６９は、一方の端面に反射膜５１が形成され、他方の端面に反射膜５２が形成されている。

図７Ａは、図６に示す光ファイバ体６９を反射膜５１側から見た図である。なお、説明の都合上、図７Ａには反射膜５１の図示を省略している。また、図７Ｂは、光ファイバ体６９を図７ＡにおけるＡ−Ａ線で切断したときの模式的な断面図である。

図６、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、光ファイバ体６９は、光ファイバ２０と、筒状に形成されてその内側に光ファイバ２０が挿入されるフェルール２５とを備えている。光ファイバ２０とフェルール２５の間には接着層２４が介在しており、この接着層２４によって光ファイバ２０とフェルール２５とが固着されている。接着層２４は一般的なエポキシ系の接着剤で構成される。

光ファイバ２０は、コア部２１、コア部２１よりも低屈折率の材料で構成されたクラッド部２２、及びクラッド部２２の外側に配置されてクラッド部２２を被覆する被覆部２３を備える。コア部２１にはＰｒがドープされている。

反射膜５１は、光源部１１から射出される励起光に対しては透過率の高い膜で構成される。励起光が結合光学系１２を介して光ファイバ２０のコア部２１に導かれると、当該コア部２１とクラッド部２２の境界において反射を繰り返しながら、反射膜５２の側へと進行する。このとき、励起光の一部がコア部２１によって吸収されることで、コア部２１にドープされたＰｒが励起され、励起光とは異なる波長の蛍光を生じさせる。

反射膜５１及び反射膜５２は、この蛍光が示す波長の光に対して極めて高い反射率を有するように設計される。より詳細には、反射膜５１は蛍光が示す波長の光に対してほぼ１００％に近い極めて高い反射率を有するように設計され、反射膜５２は蛍光が示す波長の光に対して反射膜５１よりも反射率が少し低くなるように設計される。これにより、反射膜５１及び反射膜５２によって蛍光が示す波長の光に対する共振器ミラーが形成される。すなわち、光ファイバ２０の両端間で、前記蛍光が反射を繰り返しながら増幅し、発振条件が成立した時点で反射膜５２からレーザ光として取り出される。このレーザ光が光学部材６１を介して後段の光学系へと導かれる。

ファイバレーザ装置においては、光源部１１から射出される励起光がコア部２１内に正しく導かれることが重要となる。この点につき、図８を参照して説明する。図８において、光源部１１から射出される励起光の最も外側の光束を破線で模式的に示している。

励起光がコア部２１に正しく導かれるためには、光源部１１から射出された励起光が、光ファイバ２０のコア部２１内に正しく入射されるよう、光源部１１、結合光学系１２、及び光ファイバ２０の位置合わせを精度よく行うことが要求される。この位置合わせは「調心」とも呼ばれる。

図８（ａ）に示すように、結合光学系１２から射出された前記励起光が光ファイバ２０のコア部２１にのみ入射されるように光学系が調心されていれば、上述したように励起光はコア部２１内において蛍光励起のために高効率で利用され得る。

しかしながら、前記調心が正しく行われていない場合には、例えば図８（ｂ）に示すように、結合光学系１２から射出された励起光の、反射膜５１における入射面の面積Ｓ２は、図８（ａ）における面積Ｓ１よりも大きくなる。このとき、励起光がコア部２１のみならずクラッド部２２やその外側の被覆部２３に入射される。

励起光がクラッド部２２や更にその外側の部分に入射した場合、コア部２１とクラッド部２２との屈折率の関係により、励起光がクラッド部２２からコア部２１内に入ることはなく、接着層２４に吸収されて熱に変化する。光ファイバ体６９の構成部材の中で接着層２４が最も熱膨張係数が高い材料で構成されているため、この熱によって接着層２４が熱膨張をする。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、接着層２４の内側には光ファイバ２０が位置し、外側にはフェルール２５が位置している。そして光ファイバ２０とフェルール２５とが接着層２４によって固着されている。すなわち、接着層２４は径方向には固定されているため、熱が加えられた接着層２４は軸方向に熱膨張する。このとき、反射膜５１及び反射膜５２に対して、光ファイバ体６９の外側に向かう軸方向に押し出す力が加えられ、反射膜５１及び／又は反射膜５２が破損してしまうことがある。このような事態になると、両反射膜（５１，５２）の間でレーザ発振できなくなってしまう。

更に、図８（ｂ）に示すように、結合光学系１２から射出された前記励起光の、光ファイバ２０の反射膜５１側における入射面積が大きくなると、反射膜５１上の広い範囲にこの励起光が入射される。励起光は高エネルギーを有するため、このような励起光が反射膜５１上の広い範囲に照射されることで、反射膜５１が破損するおそれがある。

本発明は、上記の課題に鑑み、特に光源部に近い側の位置において光ファイバの端部に反射膜を用いなくても安定的にレーザ発振を行うことのできるファイバレーザ装置を実現することを目的とする。

本発明は、励起光を射出する光源部と、所定のドーパントがドープされたコア部及び前記コア部の外周に形成されたクラッド部を含む光ファイバと、接着層を介して前記光ファイバの外側に固着されたフェルールとを含むファイバレーザ装置であって、
前記光ファイバの第一端と前記光源部との間に設けられ、ブラッググレーティングが形成されてなる第一導光体と、
前記光ファイバの前記第一端とは反対側の端部である第二端の位置、又は当該第二端よりも前記光源部に対して光軸方向に遠ざかる位置に設けられ、前記第一導光体のブラッググレーティングと共に共振器ミラーを構成する光反射部とを有し、
前記第一導光体は、前記光源部と同じ側の端部である第一端の径が、前記第一端と反対側の端部である第二端の径より大きく、且つ当該第二端の径が前記コア部の径と同じ又は小さいことを特徴とする。

ファイバレーザ装置は、光ファイバの光源部側の端部（第一端）と光源部との間に、ブラッググレーティングが形成されてなる第一導光体を備えている。この第一導光体は、光ファイバの第二端側に設けられた光反射部と共に共振器ミラーを構成する。よって、このファイバレーザ装置は、少なくとも光ファイバの第一端には反射膜を設ける必要がない。

そして、第一導光体は、光源部と同じ側の端部である第一端の径が、第一端の反対側の端部である第二端の径より大きく、且つ当該第二端の径がコア部の径と同じ又は小さい。このような構成とすることで、第一導光体は、光源部より励起光を取り込みやすく、且つ取り込んだ当該励起光をコア部に導きやすくなる。

なお、第一導光体の第二端の径をコア部の径とほぼ同じにした場合には、光ファイバの光反射部から反射されてきた蛍光を、ほとんどロスなく第一導光体内へと導くことができるという追加的な効果を有する。

ここで、第一導光体の開口数（ＮＡ）は、前記光ファイバの開口数（ＮＡ）と同じ又は小さいものとしても構わない。

このような構成とすることで、大きい入射角度を有して第一導光体に入射された励起光であっても光ファイバのコア部に取り込むことができるので、第一導光体と光ファイバの光結合効率を高効率とすることができる。

前記所定のドーパントが希土類元素で構成され、
前記光ファイバがフッ化物ガラスで構成され、
前記第一導光体はブラッググレーティングが施された酸化物ガラスで構成されているものとしても構わない。

コア部へのドーパントとして希土類元素を用いることで、入射される励起光から可視光領域内における広い波長範囲内の任意の波長の蛍光を生成することができる。このように光ファイバのコア部にドーパントをドープするためには、石英ファイバのような酸化物ガラスではなく、フッ化物ガラスで光ファイバを構成する必要がある。なぜなら、光ファイバを酸化物ガラスで構成した場合には、ドーパントとしての希土類元素を当該光ファイバのコア部に適切にドーピングできないためである。

光ファイバを酸化物ガラスで構成した場合、クラッド部も酸化物ガラスで構成される。酸化物ガラスは紫外光を透過する性質を有している。このため、酸化物ガラスで構成され、Ｇｅなどの材料をコア部にドープしてなる光ファイバに対して紫外光を照射すると、当該紫外光はクラッド部を透過してコア部に達する。このとき、Ｇｅがドープされたコア部において紫外光が吸収されるため、光有機屈折率変化によって当該光ファイバにブラッググレーティングを施すことができる。

しかし、上述したように、可視光領域の広い波長範囲から任意の波長の光を取り出すには、Ｐｒ^３＋等の希土類元素をコア部にドープした光ファイバを用いることが必要となる。しかし、上記のような希土類元素は、添加濃度が高くなると局所的に分布が偏るため、酸化物ガラスのコア部にドープしても効率よく光を取り出すことができない。一方、光ファイバをフッ化物ガラスで構成した場合には、Ａｌ_２Ｏ_３やＰ_２Ｏ_５等を共添加して希土類イオンを溶けやすくすることで、添加濃度の分布が局所的に偏ることをある程度防ぐことができるため、そのコア部に希土類元素をドープした場合においても効率よく光を取り出すことができる。

ところが、フッ化物ガラスで構成された光ファイバに対して紫外光を照射した場合、クラッド部において紫外光が吸収されてしまうため、コア部に紫外光を照射することができない。このため、フッ化物ガラスで構成された光ファイバに対してはブラッググレーティングを施すことができない。

そこで、上記構成のように、フッ化物ガラスで構成され、コア部に希土類元素をドープされてなる光ファイバの第一端と光源部との間に、酸化物ガラスで構成された第一導光体を設ける。第一導光体は酸化物ガラスで構成されているため、上記のようにこの第一導光体に対して紫外光を照射することで、ブラッググレーティングを施すことができる。

フッ化物ガラスとしては、アルミニウムを主材料とし、アルカリ土類金属のフッ化物を添加したものを用いることができる。前記主材料としては、アルミニウムの他、ジルコニウムやインジウムを用いることもできる。

上記構成において、前記第一導光体の前記第二端の面が、前記光ファイバの前記第一端の面に当接しているものとしても構わない。

上述したように、上記構成のファイバレーザ装置は、光ファイバの第一端に反射膜を設ける必要がない。このため、第一導光体の第二端の面を光ファイバの第一端の面に当接させても、反射膜を破損するおそれがない。また、このように当接させることで、第一導光体を通過した励起光を、高効率で光ファイバのコア部に導くことができる。

上記構成において、更に、前記第一導光体の前記第二端の径が、前記コア部の径と同じであるものとしても構わない。この場合には、第一導光体を通過した励起光を、高い効率で光ファイバのコア部に導くことができると共に、光反射部において反射され、光ファイバ内を第二端から第一端へ進行してきた蛍光を、高効率で第一導光体へと導くことができる。更に、この蛍光は、第一導光体内に形成されたブラッググレーティングにおいて反射された後、光ファイバのコア部に高効率で導かれる。

また、上記構成に加えて、前記光ファイバの前記第二端よりも前記光源部に対して光軸方向に遠ざかる位置に設けられ、ブラッググレーティングが形成されてなる第二導光体を有し、前記第二導光体のブラッググレーティングが前記光反射部を構成するものとしても構わない。

この構成によれば、光ファイバの第一端及び第二端の双方に反射膜を設ける必要がなくなる。

本発明のファイバレーザ装置によれば、光ファイバの端部のうちの少なくとも光源部に近い側の端部である第一端には反射膜を設けることなく、安定的なレーザ発振が実現される。

本発明のファイバレーザ装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。 光ファイバ体を光源部に近い反射膜の側から見た状態を示す模式的な図面である。 光ファイバ体を図２ＡにおけるＡ−Ａ線で切断したときの模式的な断面図である。 第一導光体及び光ファイバ体を拡大して模式的に示した図面である。 本発明のファイバレーザ装置の別実施形態の構成を模式的に示す図面である。 光の波長とエポキシ系接着剤の透過率との関係を示すグラフである。 従来のファイバレーザ装置の構成を模式的に示す図面である。 光ファイバ体を光源部に近い反射膜の側から見た状態を示す模式的な図面である。 光ファイバ体を図７ＡにおけるＡ−Ａ線で切断したときの模式的な断面図である。 従来のファイバレーザ装置において好ましい光路状態と好ましくない光路状態を説明するための図である。

［構成］
本発明のファイバレーザ装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。また、図６−図８に示す従来のファイバレーザ装置７０と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を適宜簡略化する。

本明細書において「径」とは真円である場合には直径を意味し、真円でない場合には光路を構成する断面の長軸方向の直径を意味する。また、「外径」とは構成要素の外周上の２点とその中心を結ぶ線を意味する。

図１は、本実施形態のファイバレーザ装置の構成を模式的に示す図面である。図１に示すファイバレーザ装置１は、励起光を射出する光源部１１、第一導光体１３、及び光ファイバ体２６を有する。また、ファイバレーザ装置１は、光源部１１から射出された励起光を第一導光体１３に導くための結合光学系１２、光ファイバ体２６から射出される所望波長の蛍光を後段の光学系に導くための光学部材６１を備える。なお、図１において符号１０は光軸を表している。

なお、図１に示す構成では、ファイバレーザ装置１が結合光学系１２を備える構成としたが、例えば光源部１１と第一導光体１３との間隔が極めて狭いといった場合には、必ずしも結合光学系１２を備えなくても構わない。

光ファイバ体２６は、図６に示す光ファイバ体６９と同様に光学部材６１側の端面には反射膜５２が形成されているものの、光源部１１側の端面には反射膜が形成されていない。図２Ａは光ファイバ体２６を第一導光体１３側から見た図面であるが、図７Ａと同様の図面であるため、説明を簡略化する。また、図２Ｂは、光ファイバ体２６を図２ＡにおけるＡ−Ａ線で切断したときの図面であるが、図７Ｂと同様の図面であるため、説明を簡略化する。ファイバレーザ装置１における反射膜５２は「光反射部」に対応する。

すなわち、光ファイバ体２６は、光ファイバ２０と、筒状に形成されて内部に光ファイバ２０が挿入されるフェルール２５とを備えている。光ファイバ２０とフェルール２５の間には接着層２４が介在しており、この接着層２４によって光ファイバ２０とフェルール２５とが固着されている。接着層２４は一般的なエポキシ系の接着剤で構成される。

光ファイバ２０は、コア部２１、コア部２１よりも低屈折率の材料で構成されたクラッド部２２、及びクラッド部２２の外側に配置されてクラッド部２２を被覆する被覆部２３を備える。コア部２１にはＰｒがドープされている。なお、コア部２１にドープされる材料（ドーパント）は、Ｐｒの他、Ｎｄ、Ｔｍ等の希土類元素とすることができる。ドープされる希土類元素は、目的とするレーザ光の波長に応じて適宜選択される。特に、ドーパントをＰｒ（より詳細にはＰｒ^３＋）とすることで、後述する共振器ミラーを適宜設定すれば、可視領域内の広い波長範囲に含まれる任意の波長の光を得ることができる。

ファイバレーザ装置１は、光源部１１と光ファイバ体２６の間に配置された第一導光体１３を有する。なお、図１に示すようにファイバレーザ装置１が結合光学系１２を備える場合には、第一導光体１３は、より詳細には結合光学系１２と光ファイバ体２６の間に配置される。

以下では、第一導光体１３の端部のうち、光源部１１に近い側の端部を「第一端１３ａ」と呼び、第一端１３ａと反対側の端部、すなわち光ファイバ体２６（光ファイバ２０）に近い側の端部を「第二端１３ｂ」と呼ぶ。また、光ファイバ２０の端部のうち、第一導光体１３に近い側の端部を「第一端２０ａ」と呼び、第一端２０ａと反対側の端部、すなわち光学部材６１に近い側の端部を「第二端２０ｂ」と呼ぶ。

第一導光体１３は、例えば石英などの酸化物ガラスで構成されている。そして、第一導光体１３は、第一端１３ａの径が第二端１３ｂの径より大きく、且つ、第二端１３ｂの径が光ファイバ２０のコア部２１の径とほぼ等しくなるように構成されている。なお、第二端１３ｂの径はコア部２１の径よりも小さい構成であっても構わない。

また、第一導光体１３は、少なくとも第二端１３ｂに近い側の位置にブラッググレーティング１４が形成されている。図３は、第一導光体１３及び光ファイバ体２６を拡大して模式的に示した図面である。図３に示すように、第一導光体１３は、第二端１３ｂに近い側の位置において、屈折率ｎ１の領域１５、及びｎ１と異なる屈折率ｎ２の領域１６が交互に周期的に配置されることでブラッググレーティング１４が形成されている。なお、各領域１５内における屈折率は、完全にｎ１で一致していなければならないというものではなく、微小な範囲で異なる値であっても構わない。同様に、各領域１６内における屈折率は、完全にｎ２で一致していなければならないというものではなく、微小な範囲で異なる値であっても構わない。少なくとも、低い屈折率の領域と高い屈折率の領域とが交互に配置されていればよい。

ブラッググレーティング１４は、Ｇｅを含む材料（例えばＧｅＯ_２）が添加された酸化物ガラス（例えば石英ガラス）に波長２２３ｎｍ−２５３ｎｍ程度の紫外光を照射することで形成される。このとき、酸化物ガラスの構成材料の結合（石英ガラスの場合にはＳｉ−Ｏ結合）の変化に起因した光誘起屈折率変化により、ガラス内の屈折率が半永続的に変化する。屈折率を周期的に変化させる方法としては、紫外レーザの干渉縞を利用する方法が知られており、例えば位相マスク法や二光束干渉法などを利用することができる。

屈折率ｎ１とｎ２の比率は、酸化物ガラスに対するＧｅＯ_２の添加量や、紫外光の照射時間などによって制御することができる。また、光軸１０の方向に係る領域１５及び領域１６の長さ、及び領域１５及び領域１６の周期数は、位相マスク法を用いる場合には紫外光を照射する際の透過マスクの形状によって制御でき、二光束干渉法を用いる場合には二光束に分岐した紫外光を再び集光するときの交差角度によって制御できる。このように屈折率が異なる領域１５及び領域１６を周期的に配置することで、所定の波長の光を反射することのできるブラッググレーティング１４が形成される。

図１に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置１では、光ファイバ２０の第二端２０ｂにおいて、図６に示す従来のファイバレーザ装置７０と同様に反射膜５２が形成されている。なお、この反射膜５２は、図１に示すように、フェルール２５の部分を含む光ファイバ体２６の光学部材６１側の端面全面に形成されているものとしても構わない。反射膜５２は、所定の波長範囲の光に対する反射率が高くなるように膜設計が施されている。

つまり、本実施形態のファイバレーザ装置１は、第一導光体１３に形成されたブラッググレーティング１４と反射膜５２とによって共振器ミラーが構成されている。より詳細には、ブラッググレーティング１４はファイバレーザ装置１として取り出したい波長（以下、「所望波長」という。）の光に対する反射率が例えば９９％以上に設定されており、反射膜５２は前記所望波長の光に対する反射率が例えば９５％程度に設定されている。

上記のように構成されるとき、第一導光体１３の第一端１３ａの径が大きいため、結合光学系１２を介して導かれた光源部１１からの励起光のうち、入射角度の大きい光についても当該第一導光体１３内に導くことができる。また、第一導光体１３の第二端１３ｂの径が、光ファイバ２０のコア部２１の径と同等かそれより小さい構成であるため、第一導光体１３内に導かれた励起光は、第一導光体１３内を光軸１０に沿って第二端１３ｂの方向に進行した後、第二端１３ｂから光ファイバ２０のコア部２１内へと高効率で入射する。

コア部２１内に入射された前記励起光は、コア部２１内を光軸１０に沿って光ファイバ２０の第二端２０ｂに向かって進行する過程で、コア部２１にドープされたドーパントを励起し、励起光とは異なる波長の蛍光を生じさせる。この蛍光は、光ファイバ２０の第二端２０ｂに向かって進行し、反射膜５２で反射する。この反射光は、さきほどとは逆方向に進行した後、光ファイバ２０の第一端２０ａから第一導光体１３の第二端１３ｂへと導かれる。

第一導光体１３の第二端１３ｂに入射された光は、第一導光体１３に設けられたブラッググレーティング１４において再度反射された後、第一導光体１３の第二端１３ｂへと導かれ、光ファイバ２０の第一端２０ａにおけるコア部２１に入射される。以下、第一導光体１３に設けられたブラッググレーティング１４と反射膜５２との間で反射を繰り返し、所定の発振条件を満たすと、光ファイバ２０の第二端２０ｂから所望波長のレーザ光が取り出される。

上記構成によれば、コア部２１の外側に配置されたクラッド部２２に入射する励起光の量を極力低下させることができる。この結果、当該クラッド部２２を介して進行してきた励起光が接着層２４にて吸収されることで接着層２４が加熱膨張するという従来の課題は解消する。更に、そもそも光ファイバ２０の第一端２０ａに反射膜を設けない構成としているため、加熱膨張の影響を受けて第一端２０ａ側の反射膜が破損するという事態が招来することはない。この結果、ファイバレーザ装置１によって安定的なレーザ発振が実現される。

ここで、第一導光体１３は、第二端１３ｂの径がコア部２１の径とほぼ等しくなるように構成されるのが好ましい。この場合、反射膜５２で反射された蛍光についても、高効率で第一導光体１３のブラッググレーティング１４に導くことができる。このとき、第一導光体１３の第二端１３ｂから励起光をコア部２１に導くと共に、コア部２１から蛍光を第一導光体１３の第二端１３ｂに高効率に導く目的で、更に第一導光体１３の第二端１３ｂを光ファイバ２０の第一端２０ａに当接させる構成としても構わない。このような構成は、図１に示すようにファイバレーザ装置１が、従来のファイバレーザ装置７０が備える反射膜５１を備えていないために実現できるものである。

更に、第一導光体１３の開口数（ＮＡ）が、光ファイバ２０の開口数（ＮＡ）と同じか又は小さくなるように設計されるのが好ましい。この構成により、大きい入射角度を有して第一導光体１３に入射された励起光についてもコア部２１に取り込むことができるので、第一導光体１３と光ファイバ２０の光結合効率を高効率とすることができる。特に、図１に示すように第一導光体１３の第一端１３ａの径を第二端１３ｂの径よりも大きくしたことで、第一導光体１３は、入射角度の大きい励起光についても取り込みやすい構成となっている。このため、第一導光体１３の開口数（ＮＡ）を、光ファイバ２０の開口数（ＮＡ）と同じか又は小さくなるように設計することで、より多くの光を光ファイバ２０のコア部２１に導く効果が得られる。

なお、第一導光体１３の開口数（ＮＡ）を光ファイバ２０の開口数（ＮＡ）とほぼ同じにした場合には、反射膜５２から反射されてきた蛍光に関し、大きい入射角度を有する蛍光についても、第一導光体１３内へと導くことができる。ただし、ひとたび蛍光が共振状態に達すると指向性を有する光となるため、このような蛍光の光結合効率については、第一導光体１３及び光ファイバ２０の開口数とは無関係になる。

また、図１では、第一導光体１３が錐台形状に構成されているものとした。すなわち、第一導光体１３が第一端１３ａから第二端１３ｂに向けて径が徐々に小さくなるような形状を示している。第一導光体１３の径が急激に変化すると、当該箇所において光が屈折して第一導光体１３の外側へ放出される可能性がある。このため、光源部１１から導かれた励起光を、高効率で光ファイバ２０のコア部２１に導くためには、第一導光体１３の径は光軸１０の方向に関して変化率が小さくなるように構成するのが好ましい。

［実施例］
図１に示すファイバレーザ装置１の一実施例を説明する。なお、以下の数値はあくまで一例である。

光源部１１は、波長４４２ｎｍの励起光を射出する半導体レーザ素子で構成され、光取り出し部の領域（光軸１０に対して直交する面）が１μｍ×１５μｍの寸法で形成される。この光が結合光学系１２の光入射面において４ｍｍΦの光束となり、結合光学系１２において集光されて第一導光体１３の第一端１３ａに導かれる。

第一導光体１３は、光軸１０の方向に係る長さが５〜３０ｍｍ、第一端１３ａの径が３０〜４０μｍ、第二端１３ｂの径が１０μｍ〜２０μｍの寸法を有する石英ガラスで形成され、石英ガラス内には上述した方法によってブラッググレーティング１４が施されている。

ブラッググレーティング１４は、波長４４２ｎｍの光に対する透過率は９０％以上、波長６１５ｎｍの光に対する反射率は９９％以上となるように設計されている。

光ファイバ２０は、コア部２１及びクラッド部２２がＡｌＦ_３系フッ化物ガラスで構成され、コア部２１にはＰｒ^３＋がドープされている。そして、被覆部２３はジャケットガラスで構成されている。また、接着層２４はエポキシ系の接着剤で構成されており、フェルール２５はジルコニア等のセラミックス材料、又はＳＵＳ３０４等のスレンレスやＮｉといった金属材料で構成されている。

光ファイバ２０は、一例としてコア部２１の径が１０μｍ〜２０μｍ、クラッド部２２の外径が３０μｍ〜５０μｍ、被覆部２３の外径が２５０μｍ〜２９０μｍの各寸法で形成される。また、接着層２４の外径は２９０〜３１０μｍ程度であり、フェルール２５の外径は２．５ｍｍ程度である。この実施例では、第一導光体１３の第二端１３ｂの径が、光ファイバ２０のコア部２１の径とほぼ同等になるように設計されている。

かかる構成を有するファイバレーザ装置１によれば、所定のレーザ発振条件が成立した後に、光ファイバ２０の第二端２０ｂから光学部材６１を介して波長６１５ｎｍのレーザ光を取り出すことができる。

［別実施形態］
図４は、本発明のファイバレーザ装置の別実施形態の構成を模式的に示す図面である。図３に示すファイバレーザ装置１ａは、図１に示すファイバレーザ装置１と比較して、反射膜５２を備えない代わりに、光ファイバ２０の第二端２０ｂ側に第二導光体１８を備える点が異なる。

第二導光体１８は、第一導光体１３と同様に酸化物ガラスで構成されており、且つ、ブラッググレーティング１９が形成されている。このブラッググレーティング１９は、図１に示すファイバレーザ装置１が備える反射膜５２と同様の反射条件を有するように設計される。この構成においては、第一導光体１３が備えるブラッググレーティング１４と、第二導光体１８が備えるブラッググレーティング１９とで共振器ミラーが構成される。すなわち、この別実施形態では、ブラッググレーティング１９が「光反射部」を構成する。

上述したように、第一導光体１３の第二端１３ｂの径は、コア部２１の径と同じかそれよりも小さいことが好ましい。第二導光体１８の第一端１８ａの径についても、コア部２１の径とほぼ等しい構成とするのが好ましい。ただし、第一導光体１３の第二端１３ｂの径とは異なり、第二導光体１８の第一端１８ａの径はコア部２１の径より小さくても構わないし、逆に大きくても構わない。これは以下の理由による。

図５は、光の波長とエポキシ系接着剤の透過率との関係を示すグラフである。図５では、エポキシ系接着剤の一例としてEpoxy Technology社のEpotek 353NDを用い、その厚みを１０μｍとしたものに対して光を入射したときの、入射光量に対する透過光量の比率を入射光の波長毎に示したグラフである。

光源部１１から射出された励起光が第一導光体１３からコア部２１に導かれる。この励起光としては、上述の例では紫外光や可視領域でも短波長側の光が想定されている。このような波長域の光は、図５に示されるように、接着層２４を構成するエポキシ系の材料に対しては透過率が低い。よって、この波長域の光が接着層２４に照射されると、当該接着層２４において吸収され、接着層２４が加熱膨張する。

これに対し、ブラッググレーティング１９で反射されて第二導光体１８からコア部２１に導かれる光は蛍光であり、当該蛍光の波長は励起光よりも長波長側の光である。よって、仮に第二導光体１８の第一端１８ａの径がコア部２１の径よりも大きく、ブラッググレーティング１９で反射された蛍光が第二導光体１８の第一端１８ａからクラッド部２２に入射されたとしても、その光の大部分は接着層２４も透過して外部に放出される。このため、接着層２４が加熱膨張するという点は励起光の場合と比べて問題にならない。

ただし、第二導光体１８の第一端１８ａの径をコア部２１の径より大きくした場合、第二導光体１８で反射された蛍光の一部がコア部２１以外の部分に入射されることになるが、この光はレーザ発振には寄与しない光となる。逆に、第二導光体１８の第一端１８ａの径をコア部２１の径より小さくした場合、光ファイバ２０の第二端２０ｂから射出された蛍光のうち、一部の光は第二導光体１８に入射されずにその外側に逃げてしまう。つまり、光の利用効率を高めるという観点からは、第二導光体１８の径をコア部２１の径とほぼ等しく設計するのが好ましい。

なお、図４に示すファイバレーザ装置１ａが備える第二導光体１８を、第一端１８ａの径と第二端１８ｂの径がほぼ等しいものとして図示したが、第一導光体１３と同様の錐台形状としても構わない。この場合、第二導光体１８において、第一端１８ａの径を第二端１８ｂの径よりも小さい構成とすることができる。

１，１ａ ： 本発明のファイバレーザ装置
１０ ： 光軸
１１ ： 光源部
１２ ： 結合光学系
１３ ： 第一導光体
１３ａ ： 第一導光体の第一端
１３ｂ ： 第一導光体の第二端
１４ ： 第一導光体内のブラッググレーティング
１５ ： 屈折率がｎ１である領域
１６ ： 屈折率がｎ２である領域
１８ ： 第二導光体
１８ａ ： 第二導光体の第一端
１８ｂ ： 第二導光体の第二端
１９ ： 第二導光体内のブラッググレーティング
２０ ： 光ファイバ
２０ａ ： 光ファイバの第一端
２０ｂ ： 光ファイバの第二端
２１ ： コア部
２２ ： クラッド部
２３ ： 被覆部
２４ ： 接着層
２５ ： フェルール
２６ ： 光ファイバ体
５１ ： 反射膜
５２ ： 反射膜
６１ ： 光学部材
６９ ： 光ファイバ体
７０ ： 従来のファイバレーザ装置

Claims (6)

1. 励起光を射出する光源部と、所定のドーパントがドープされたコア部及び前記コア部の外周に形成されたクラッド部を含む光ファイバと、接着層を介して前記光ファイバの外側に固着されたフェルールとを含むファイバレーザ装置であって、
   前記光ファイバの第一端と前記光源部との間に設けられ、ブラッググレーティングが形成されてなる第一導光体と、
   前記光ファイバの前記第一端とは反対側の端部である第二端の位置、又は当該第二端よりも前記光源部に対して光軸方向に遠ざかる位置に設けられ、前記第一導光体のブラッググレーティングと共に共振器ミラーを構成する光反射部とを有し、
   前記第一導光体は、前記光源部と同じ側の端部である第一端の径が、前記第一端と反対側の端部である第二端の径より大きく、且つ当該第二端の径が前記コア部の径と同じ又は小さいことを特徴とするファイバレーザ装置。
2. 前記第一導光体の開口数が、前記光ファイバの開口数と同じ又は小さいことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。
3. 前記所定のドーパントが希土類元素で構成され、
   前記光ファイバがフッ化物ガラスで構成され、
   前記第一導光体はブラッググレーティングが施された酸化物ガラスで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
4. 前記第一導光体の前記第二端の面は、前記光ファイバの前記第一端の面に当接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
5. 前記第一導光体の前記第二端の径が、前記コア部の径と同じことを特徴とする請求項４
   に記載のファイバレーザ装置。
6. 前記光ファイバの前記第二端よりも前記光源部に対して光軸方向に遠ざかる位置に設けられ、ブラッググレーティングが形成されてなる第二導光体を有し、
   前記第二導光体のブラッググレーティングが前記光反射部を構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のファイバレーザ装置。
   

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