JP2018037578A - Fiber laser device - Google Patents

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尚平 高橋
啓一 堀本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber laser device in which the pulse width of outgoing light can be increased, and tolerance to return light has been improved.SOLUTION: A fiber laser device includes a light source 10, a wavelength conversion part RF performing wavelength conversion of at least a part of pulse light emitted from the light source 10, a first reflection part 51 placed between the wavelength conversion part RF and the light source 10, and a second reflection part 52 placed on the opposite side to the first reflection part 51 of the wavelength conversion part RF. The second reflection part 52 transmits a part of the light subjected to wavelength conversion in the wavelength conversion part and reflects another part to the first reflection part 51 side. The first reflection part 51 transmits the pulse light emitted from the light source 10 and reflects the light subjected to wavelength conversion in the wavelength conversion part to the second reflection part 52 side with higher reflectivity than the second reflection part 52.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、パルス状の出射光を出射するファイバレーザ装置に関する。   The present invention relates to a fiber laser device that emits pulsed emitted light.

レーザ光を用いて加工を行う加工機や、レーザ光を使ったメス等の医療機器等に用いるレーザ装置の一つとして、希土類添加ファイバにより信号光を増幅して出射するファイバレーザ装置が用いられている。このようなファイバレーザ装置の一つとして、種光を増幅して出射するMO−PA(Master Oscillator Power Amplifier)型のファイバレーザ装置が知られている。   A fiber laser device that amplifies and emits signal light with a rare-earth-doped fiber is used as one of laser devices used for processing machines that perform processing using laser light and medical devices such as a scalpel using laser light. ing. As one of such fiber laser devices, there is known a MO-PA (Master Oscillator Power Amplifier) type fiber laser device that amplifies and emits seed light.

上記のようなファイバレーザ装置において、用途に応じて出射光のパルス幅を大きくしたいという要望がある。出射光のパルス幅を大きくするには、MOの励起光強度を弱めることが考えられる。しかし、MOの励起光強度が弱められると、種光の出力が弱くなり,その種光を増幅することが難しくなる場合がある。   In the fiber laser apparatus as described above, there is a desire to increase the pulse width of the emitted light according to the application. In order to increase the pulse width of the emitted light, it is conceivable to weaken the excitation light intensity of the MO. However, when the excitation light intensity of the MO is weakened, the output of the seed light becomes weak and it may be difficult to amplify the seed light.

パルス光のパルス幅を大きくする技術としては、例えば下記特許文献1に開示されているものがある。下記特許文献1には、レーザ発振器と、該レーザ発振器から出射されるレーザ光の一部を取り出して他の一部を透過する副共振器出力ミラーと、を備えるレーザ装置が記載されている。このレーザ装置は、レーザ発振器から出射されるレーザ光の一部を副共振器出力ミラーによって取り出すとともに他の一部を副共振全反射ミラーによってレーザ発振器側に戻して増幅させることができる。その結果、複数のパルス光が互いに相対的に時間的なずれを生じて副共振器出力ミラーから出射され、それらの時間的にずれた複数のパルス光が重なり合うことによって、パルス光のパルス幅が大きくなる。   As a technique for increasing the pulse width of the pulsed light, for example, there is one disclosed in Patent Document 1 below. Patent Document 1 listed below describes a laser device that includes a laser oscillator and a sub-resonator output mirror that extracts a part of laser light emitted from the laser oscillator and transmits the other part. In this laser apparatus, a part of the laser light emitted from the laser oscillator can be taken out by the sub-resonator output mirror, and the other part can be amplified by returning to the laser oscillator side by the sub-resonance total reflection mirror. As a result, a plurality of pulse lights are emitted from the sub-resonator output mirror with a time shift relative to each other, and the plurality of pulse lights shifted in time overlap each other, thereby reducing the pulse width of the pulse light. growing.

特許第3002998号公報Japanese Patent No. 3002998

しかし、上記特許文献1に開示されているレーザ装置では、増幅されて出射されるレーザ光が照射対象物の表面等で反射されて戻り光として出射口から入射し、その戻り光の一部が副共振器出力ミラーを介してレーザ発振器まで伝搬する場合がある。このように増幅されたレーザ光がレーザ発振器に戻ると、光部品を損傷させる虞がある。   However, in the laser device disclosed in Patent Document 1, the laser beam amplified and emitted is reflected from the surface of the irradiation object and the like, and enters the exit as return light, and a part of the return light is emitted. In some cases, the laser beam propagates to the laser oscillator via the sub-resonator output mirror. When the laser beam amplified in this way returns to the laser oscillator, there is a risk of damaging the optical component.

そこで、本発明は、出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が向上されたファイバレーザ装置を提供しようとするものである。   Accordingly, the present invention is intended to provide a fiber laser device that can increase the pulse width of outgoing light and has improved resistance to return light.

上記課題を解決するため、本発明のファイバレーザ装置は、光源と、前記光源から出射されるパルス光の少なくとも一部を波長変換して出射する波長変換部と、前記波長変換部と前記光源との間に配置される第1反射部と、前記波長変換部の前記第1反射部とは反対側に配置される第2反射部と、を備え、前記第2反射部は、前記波長変換部にて波長変換された光の一部を透過すると共に他の一部を前記第1反射部側に反射し、前記第1反射部は、前記光源から出射される前記パルス光を透過すると共に前記波長変換部で波長変換された光を前記第2反射部よりも高い反射率で前記第2反射部側に反射することを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, a fiber laser device of the present invention includes a light source, a wavelength conversion unit that converts the wavelength of at least part of pulsed light emitted from the light source, and emits the wavelength conversion unit and the light source. And a second reflection unit disposed on the opposite side of the wavelength conversion unit from the first reflection unit, wherein the second reflection unit is the wavelength conversion unit. And transmits a part of the light whose wavelength has been converted by the light source and reflects the other part to the first reflecting part, and the first reflecting part transmits the pulsed light emitted from the light source and transmits the pulsed light. The light wavelength-converted by the wavelength conversion unit is reflected to the second reflection unit side with a higher reflectance than the second reflection unit.

このようなファイバレーザ装置によれば、光源から出射するパルス光の一部が波長変換部において波長変換される。この波長変換された光の一部は第2反射部を透過し、他の一部は第2反射部によって第1反射部側に反射される。第2反射部によって第1反射部側に反射される光は、第1反射部で第2反射部側に反射され再び第2反射部に入射する。そして、再び第2反射部に入射するパルス光は、再び第2反射部を透過する光と第2反射部で反射される光とに分けられる。このようにして、互いに相対的に時間的なずれを有するパルス光が複数出射される。そして、このような互いに相対的に時間的なずれを有する複数のパルス光が重ね合わせられることによって、パルス幅が大きなパルス光を生じさせることができる。また、ファイバレーザ装置から出射される光が照射対象物の表面等で反射されて戻り光として出射口からファイバレーザ装置に入射する場合、波長変換された光がファイバレーザ装置に入射したとしても当該光は光源の手前に設けられる第1反射部又は第2反射部で反射される。よって、戻り光が光源に入射することが抑制され、戻り光に対する耐性が向上される。このように、上記ファイバレーザ装置は、出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が向上されている。   According to such a fiber laser device, part of the pulsed light emitted from the light source is wavelength-converted by the wavelength conversion unit. A part of the wavelength-converted light is transmitted through the second reflecting part, and the other part is reflected by the second reflecting part toward the first reflecting part. The light reflected by the second reflecting portion toward the first reflecting portion is reflected by the first reflecting portion toward the second reflecting portion and is incident on the second reflecting portion again. Then, the pulsed light that is incident on the second reflecting portion again is divided into light that is again transmitted through the second reflecting portion and light that is reflected by the second reflecting portion. In this way, a plurality of pulse lights having a temporal shift relative to each other are emitted. A plurality of pulse lights having a temporal shift relative to each other are superimposed on each other, whereby a pulse light having a large pulse width can be generated. Further, when light emitted from the fiber laser device is reflected by the surface of the irradiation object and enters the fiber laser device from the exit as return light, even if the wavelength-converted light enters the fiber laser device The light is reflected by the first reflecting portion or the second reflecting portion provided in front of the light source. Therefore, the return light is prevented from entering the light source, and the resistance to the return light is improved. As described above, the fiber laser device can increase the pulse width of the emitted light, and has improved resistance to return light.

また、上記ファイバレーザ装置は、前記波長変換部の前記光源とは反対側に、前記波長変換部で波長変換された光を透過すると共に前記波長変換部で波長変換されない前記パルス光の透過を抑制する第1フィルタを備えることが好ましい。   In addition, the fiber laser device transmits light that has been wavelength-converted by the wavelength converter on the side opposite to the light source of the wavelength converter, and suppresses transmission of the pulsed light that is not wavelength-converted by the wavelength converter. Preferably, the first filter is provided.

上記ファイバレーザ装置によれば、上記第1フィルタが備えられることによって、波長変換部において波長変換されないパルス光がファイバレーザ装置から出射されることが抑制される。   According to the fiber laser device, by providing the first filter, it is possible to suppress the pulsed light that is not wavelength-converted in the wavelength conversion unit from being emitted from the fiber laser device.

また、上記ファイバレーザ装置において、前記第1フィルタは、前記波長変換部で波長変換されない前記パルス光を前記波長変換部側に反射することが好ましい。   In the fiber laser device, it is preferable that the first filter reflects the pulsed light that is not wavelength-converted by the wavelength converter to the wavelength converter.

波長変換されないパルス光が第1フィルタによって前記波長変換部側に反射されることによって、当該パルス光は波長変換部に再び入射する。そして、波長変換部において当該パルス光の一部が波長変換され、波長変換されたパルス光が第1反射部で第2反射部側に反射されることによって、光源から出射されるパルス光の利用効率を向上させることができる。   The pulsed light that has not been wavelength-converted is reflected by the first filter toward the wavelength conversion unit, so that the pulsed light is incident on the wavelength conversion unit again. Then, a part of the pulsed light is wavelength-converted in the wavelength conversion unit, and the pulsed light that is emitted from the light source is reflected by the first reflection unit to the second reflection unit side. Efficiency can be improved.

また、上記ファイバレーザ装置は、前記光源と前記第1反射部との間に、前記光源側からの光を透過して前記第1反射部側からの光の透過を抑制する第2フィルタが備えられることが好ましい。   Further, the fiber laser device includes a second filter that transmits light from the light source side and suppresses transmission of light from the first reflection unit side between the light source and the first reflection unit. It is preferred that

このような第2フィルタが備えられることによって、戻り光が光源に入射することをより抑制できるので、戻り光に対する耐性がより向上される。   By providing such a second filter, it is possible to further suppress the return light from entering the light source, and thus the resistance to the return light is further improved.

以上説明したように、本発明によれば、出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が向上されたファイバレーザ装置が提供される。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a fiber laser device that can increase the pulse width of emitted light and has improved resistance to return light.

本発明の実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。It is a figure which shows the fiber laser apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るファイバレーザ装置から出射されるパルス光のパワーの大きさの様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mode of the magnitude | size of the power of the pulsed light radiate | emitted from the fiber laser apparatus which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明に係るファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a fiber laser device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本実施形態に係るファイバレーザ装置を示す図である。図1に示すように、ファイバレーザ装置1は、種光を出射する種光部MOと種光部MOから出射する種光を増幅するプリアンプPRとを有する光源10と、メインアンプPAと、種光部MOとプリアンプPRとの間に配置される波長変換部RFと、波長変換部RFと光源10との間に配置される第1反射部51と、波長変換部RFの第1反射部51とは反対側に配置される第2反射部52と、第2反射部52の光源10とは反対側に配置される第1フィルタ61と、光源10と第1反射部51との間に配置される第2フィルタ62と、を主な構成として備える。このようにファイバレーザ装置1は、種光部MOがMaster Oscillatorとされ、メインアンプPAがPower Amplifierとされる、いわゆるMO−PA型のファイバレーザ装置である。   FIG. 1 is a diagram showing a fiber laser device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the fiber laser device 1 includes a light source 10 having a seed light part MO that emits seed light and a preamplifier PR that amplifies the seed light emitted from the seed light part MO, a main amplifier PA, A wavelength conversion unit RF disposed between the optical unit MO and the preamplifier PR, a first reflection unit 51 disposed between the wavelength conversion unit RF and the light source 10, and a first reflection unit 51 of the wavelength conversion unit RF. Between the light source 10 and the first reflection part 51, the second reflection part 52 arranged on the opposite side of the light source 10, the first filter 61 arranged on the opposite side of the second reflection part 52 from the light source 10. The second filter 62 is provided as a main configuration. As described above, the fiber laser device 1 is a so-called MO-PA type fiber laser device in which the seed light unit MO is a master oscillator and the main amplifier PA is a power amplifier.

<種光部MOの構成>
本実施形態の種光部MOは、励起光を出射する励起光源11と、励起光源11から出射する励起光が入射し、当該励起光により励起される活性元素が添加される増幅用光ファイバ13と、増幅用光ファイバ13の一端側に設けられるFBG(Fiber Bragg Grating)12と、増幅用光ファイバ13の他端に接続される音響光学素子(AOM)14と、を主な構成として備える。このように種光部MOは、共振型のファイバレーザ装置から成る。
<Configuration of seed light part MO>
The seed light unit MO of the present embodiment includes an excitation light source 11 that emits excitation light, and an amplification optical fiber 13 into which excitation light that is emitted from the excitation light source 11 is incident and an active element that is excited by the excitation light is added. And an FBG (Fiber Bragg Grating) 12 provided on one end side of the amplification optical fiber 13 and an acousto-optic element (AOM) 14 connected to the other end of the amplification optical fiber 13 as main components. Thus, the seed light unit MO is composed of a resonant fiber laser device.

種光部MOの励起光源11は、連続光を出射する光源であり、例えばレーザダイオードから構成される。励起光源11は、増幅用光ファイバ13に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が915nmの光を出射する。また、励起光源11は光ファイバ18に接続されており、種光部MOの励起光源11から出射する光は、光ファイバ18を伝搬する。   The excitation light source 11 of the seed light unit MO is a light source that emits continuous light, and is composed of, for example, a laser diode. The excitation light source 11 emits excitation light having a wavelength for exciting the active element added to the amplification optical fiber 13, for example, light having a wavelength of 915 nm. The pumping light source 11 is connected to the optical fiber 18, and the light emitted from the pumping light source 11 of the seed light unit MO propagates through the optical fiber 18.

種光部MOの増幅用光ファイバ13は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲むクラッドとを有する。増幅用光ファイバ13において、コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも高く、コアを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素、及び、種光部MOの励起光源11から出射する種光部の光により励起されるイッテルビウム(Yb)等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ybの他にツリウム(Tm)、セリウム(Ce)、ネオジウム(Nd)、ユーロピウム(Eu)、エルビウム(Er)等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス(Bi)等が挙げられる。また、増幅用光ファイバ13のクラッドを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。   The amplification optical fiber 13 of the seed light unit MO has a core and a cladding that surrounds the outer peripheral surface of the core without a gap. In the amplification optical fiber 13, the refractive index of the core is higher than the refractive index of the cladding. Examples of the material constituting the core include germanium and other elements that increase the refractive index, and the excitation light source 11 of the seed light unit MO. And quartz to which an active element such as ytterbium (Yb) that is excited by the light of the seed light part emitted from the substrate is added. Examples of such active elements include rare earth elements, and examples of rare earth elements include thulium (Tm), cerium (Ce), neodymium (Nd), europium (Eu), and erbium (Er) in addition to Yb. Can be mentioned. Furthermore, bismuth (Bi) etc. other than rare earth elements are mentioned as an active element. Moreover, as a material which comprises the clad of the optical fiber 13 for amplification, the pure quartz to which no dopant is added is mentioned, for example.

上記の光ファイバ18は増幅用光ファイバ13の一端と接続されており、光ファイバ18のコアと増幅用光ファイバ13のコアとが光学的に結合している。また、光ファイバ18のコアには、FBG12が設けられている。こうしてFBG12は、増幅用光ファイバ13の一端側に設けられている。FBG12は、光ファイバ18の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ13の活性元素が放出する光の内、特定波長の光を反射するように構成されている。FBG12は、上述のように増幅用光ファイバ13に添加される活性元素がイッテルビウム(Yb)である場合、例えば、波長が1035nmの光の反射率が100%とされる。   The optical fiber 18 is connected to one end of the amplification optical fiber 13, and the core of the optical fiber 18 and the core of the amplification optical fiber 13 are optically coupled. Further, the FBG 12 is provided in the core of the optical fiber 18. Thus, the FBG 12 is provided on one end side of the amplification optical fiber 13. In the FBG 12, a portion where the refractive index increases at a constant period along the longitudinal direction of the optical fiber 18 is repeated, and the active element of the amplification optical fiber 13 in an excited state is adjusted by adjusting this period. Is configured to reflect light of a specific wavelength. In the FBG 12, as described above, when the active element added to the amplification optical fiber 13 is ytterbium (Yb), for example, the reflectance of light having a wavelength of 1035 nm is set to 100%.

増幅用光ファイバ13の他端にはAOM14が接続されている。AOM14は、第1状態と第2状態とを切り換えることができる。第1状態は、AOM14がオンとされる状態であり、AOM14は所定周期で振動する。第1状態では、増幅用光ファイバ13のコアから入射する光が、AOM14をプリアンプPRに向かって伝搬しつつ、一部の光がAOM14のプリアンプPR側の端面でフルネル反射を起こす。よって、一部の光はAOM14から増幅用光ファイバ13のコアに向かって出射し、他の一部の光はプリアンプPRに向かってAOM14から出射する。このフルネル反射の反射率は、FBG12の反射率よりも低くされる。また、第2状態はAOM14がオフとされる状態や第1状態と異なる周期でAOM14が振動する状態とされる。第2状態では、増幅用光ファイバ13のコアから入射する光がAOM14内を第1状態と異なる方向に向かって伝搬する。このため、第2状態では、AOM14に入射した光は増幅用光ファイバ13と異なる方向に出射する。   An AOM 14 is connected to the other end of the amplification optical fiber 13. The AOM 14 can switch between the first state and the second state. The first state is a state where the AOM 14 is turned on, and the AOM 14 vibrates at a predetermined cycle. In the first state, the light incident from the core of the amplification optical fiber 13 propagates through the AOM 14 toward the preamplifier PR, and a part of the light causes a fullnel reflection on the end surface of the AOM 14 on the preamplifier PR side. Therefore, a part of the light is emitted from the AOM 14 toward the core of the amplification optical fiber 13 and the other part of the light is emitted from the AOM 14 toward the preamplifier PR. The reflectance of this Fullel reflection is made lower than that of the FBG 12. The second state is a state in which the AOM 14 is turned off or a state in which the AOM 14 vibrates at a different period from the first state. In the second state, light incident from the core of the amplification optical fiber 13 propagates in the AOM 14 in a direction different from the first state. For this reason, in the second state, the light incident on the AOM 14 is emitted in a different direction from the amplification optical fiber 13.

以上のように、本実施形態の種光部MOでは、光ファイバ18の一部と増幅用光ファイバ13とAOM14とから成る光路で光が往復して共振する。   As described above, in the seed light unit MO of the present embodiment, the light reciprocates and resonates on the optical path including the part of the optical fiber 18, the amplification optical fiber 13, and the AOM 14.

<プリアンプPRの構成>
プリアンプPRは、励起光源21と増幅用光ファイバ23とカプラ22とを主な構成として備える。
<Configuration of preamplifier PR>
The preamplifier PR includes an excitation light source 21, an amplification optical fiber 23, and a coupler 22 as main components.

プリアンプPRの励起光源21は、例えば複数のレーザダイオードから構成され、後述のようにプリアンプPRの増幅用光ファイバ23に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が915nmの励起光を出射する。また、励起光源21は、光ファイバ28に接続されており、励起光源21から出射する励起光は、光ファイバ28を伝播する。光ファイバ28としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、当該励起光は光ファイバ28をマルチモード光として伝播する。   The excitation light source 21 of the preamplifier PR is composed of, for example, a plurality of laser diodes. As will be described later, excitation light having a wavelength for exciting the active element added to the amplification optical fiber 23 of the preamplifier PR, for example, excitation light having a wavelength of 915 nm. Is emitted. The excitation light source 21 is connected to the optical fiber 28, and the excitation light emitted from the excitation light source 21 propagates through the optical fiber 28. An example of the optical fiber 28 is a multimode fiber. In this case, the excitation light propagates through the optical fiber 28 as multimode light.

プリアンプPRの増幅用光ファイバ23は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドとを有している。増幅用光ファイバ23において、コアの屈折率は内側クラッドの屈折率よりも高く、内側クラッドの屈折率は外側クラッドの屈折率よりも高くされる。つまり、増幅用光ファイバ23はダブルクラッド構造とされる。増幅用光ファイバ23において、コアを構成する材料としては、例えば、上記の種光部MOの増幅用光ファイバ13のコアと同様の材料を挙げることができ、内側クラッドを構成する材料としては、例えば、上記の種光部MOの増幅用光ファイバ13のクラッドと同様の材料を挙げることができる。また、増幅用光ファイバ23の外側クラッドを構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂を挙げることができる。   The amplification optical fiber 23 of the preamplifier PR has a core, an inner cladding that surrounds the outer peripheral surface of the core without a gap, and an outer cladding that covers the outer peripheral surface of the inner cladding. In the amplification optical fiber 23, the refractive index of the core is higher than the refractive index of the inner cladding, and the refractive index of the inner cladding is higher than the refractive index of the outer cladding. That is, the amplification optical fiber 23 has a double clad structure. In the amplification optical fiber 23, as a material constituting the core, for example, the same material as the core of the amplification optical fiber 13 of the seed light portion MO can be exemplified, and as a material constituting the inner cladding, For example, the same material as the cladding of the amplification optical fiber 13 of the seed light part MO can be mentioned. Examples of the material constituting the outer cladding of the amplification optical fiber 23 include an ultraviolet curable resin.

本実施形態において、種光部MOのAOM14は、光ファイバ29に接続される。カプラ22は、光ファイバ29及び光ファイバ28と、増幅用光ファイバ23の一端とを接続している。具体的には、カプラ22において、光ファイバ29のコアが、増幅用光ファイバ23のコアに接続されており、さらに光ファイバ28のコアが、増幅用光ファイバ23の内側クラッドに接続されている。従って、種光部MOのAOM14から出射する光は、光ファイバ29を介して、増幅用光ファイバ23のコアに入射してコアを伝搬する。また、励起光源21から出射する励起光は、増幅用光ファイバ23の内側クラッドに入射し内側クラッドを主に伝搬する。従って、増幅用光ファイバ23のコアを伝搬する光により、励起光源21が出射する励起光により励起される活性元素が誘導放出を起こすことで、当該コアを伝搬する光を増幅する。   In the present embodiment, the AOM 14 of the seed light unit MO is connected to the optical fiber 29. The coupler 22 connects the optical fiber 29 and the optical fiber 28 and one end of the amplification optical fiber 23. Specifically, in the coupler 22, the core of the optical fiber 29 is connected to the core of the amplification optical fiber 23, and the core of the optical fiber 28 is connected to the inner cladding of the amplification optical fiber 23. . Accordingly, the light emitted from the AOM 14 of the seed light unit MO enters the core of the amplification optical fiber 23 via the optical fiber 29 and propagates through the core. The excitation light emitted from the excitation light source 21 enters the inner cladding of the amplification optical fiber 23 and propagates mainly through the inner cladding. Accordingly, the light propagating through the core of the amplification optical fiber 23 causes stimulated emission of the active element excited by the pumping light emitted from the pumping light source 21, thereby amplifying the light propagating through the core.

<第2フィルタ62の構成>
第2フィルタ62は、プリアンプPRの増幅用光ファイバ23と光学的に結合され光源10と第1反射部51との間に配置される。第2フィルタ62は、光源10側からの光を透過して第1反射部51側からの光の透過を抑制する。よって、戻り光が第1反射部51を透過して第1反射部51から光源10側に出射する場合であっても、第2フィルタ62が当該戻り光の透過を抑制し、光源10に当該戻り光が入射することを抑制できる。このような第2フィルタ62としては、アイソレータを挙げられる。
<Configuration of Second Filter 62>
The second filter 62 is optically coupled to the amplification optical fiber 23 of the preamplifier PR, and is disposed between the light source 10 and the first reflection unit 51. The second filter 62 transmits light from the light source 10 side and suppresses transmission of light from the first reflection unit 51 side. Therefore, even when the return light passes through the first reflection part 51 and is emitted from the first reflection part 51 to the light source 10 side, the second filter 62 suppresses transmission of the return light, and the light source 10 The return light can be prevented from entering. An example of such a second filter 62 is an isolator.

<第1反射部51の構成>
第1反射部51は、一方の端部が第2フィルタ62に光学的に結合され他方の端部が波長変換部RFに接続される光ファイバ58に設けられる。すなわち、第1反射部51は、波長変換部RFと光源10との間に配置される。第1反射部51は、光源10から出射されるパルス光を透過すると共に波長変換部RFで生じる波長変換された光を第2反射部52よりも高い反射率で第1反射部側に反射する。第1反射部51の波長変換された光に対する反射率は、例えば、99%以上とされる。よって、波長変換部RFで波長変換された後に第2反射部52で反射されて第1反射部51側に戻ってくる光を、再び第2反射部52側に反射させることができる。
<Configuration of the first reflecting portion 51>
The first reflection unit 51 is provided in an optical fiber 58 having one end optically coupled to the second filter 62 and the other end connected to the wavelength conversion unit RF. That is, the first reflection unit 51 is disposed between the wavelength conversion unit RF and the light source 10. The first reflection unit 51 transmits the pulsed light emitted from the light source 10 and reflects the wavelength-converted light generated in the wavelength conversion unit RF to the first reflection unit side with a higher reflectance than the second reflection unit 52. . The reflectance with respect to the wavelength-converted light of the first reflection unit 51 is, for example, 99% or more. Therefore, the light that has been wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF and then is reflected by the second reflection unit 52 and returns to the first reflection unit 51 side can be reflected again to the second reflection unit 52 side.

このような第1反射部51としては、例えば、FBGを挙げることができる。第1反射部51をFBGで構成する場合、光ファイバ58の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、第1反射部51に入射する光の内、波長変換部RFで生じる波長変換された光を反射するように構成することができる。   As such a 1st reflection part 51, FBG can be mentioned, for example. When the first reflecting portion 51 is formed of FBG, a portion where the refractive index increases at a constant period is repeated along the longitudinal direction of the optical fiber 58, and the first reflecting portion is adjusted by adjusting this period. Of the light incident on 51, the wavelength-converted light generated by the wavelength converter RF can be reflected.

<波長変換部RFの構成>
波長変換部RFは光ファイバ58に接続される。波長変換部RFは、光源10から出射されるパルス光の少なくとも一部を波長変換して出射する。波長変換部RFは、入射する光のうちパワーが所定のパワーより大きな光を、波長変換して出射し、入射する光のうちパワーが所定のパワーより小さな光を、入射する光の波長のまま出射する。
<Configuration of wavelength converter RF>
The wavelength converter RF is connected to the optical fiber 58. The wavelength converter RF converts the wavelength of at least part of the pulsed light emitted from the light source 10 and emits it. The wavelength converter RF converts the wavelength of the incident light having a power greater than the predetermined power and outputs the light, and the incident light having the power smaller than the predetermined power remains the wavelength of the incident light. Exit.

このような波長変換部RFとしては、例えば、誘導ラマン散乱を起こすラマン光ファイバを挙げることができる。このラマン光ファイバとしては、コアに非線形光学定数を上昇させるドーパントが添加される光ファイバが挙げられる。このようなドーパントとしては、ゲルマニウムやリンが挙げられる。この波長変換部RFがラマン光ファイバである場合、波長変換する光の強度の閾値は、コアの直径、ドーパントの添加濃度、長さ等によって変えることができる。また、波長変換部RFは、高調波変換を起こす非線形光学結晶でも良い。この非線形光学結晶としては周期分極反転ニオブ酸リチウムが挙げられる。この波長変換部RFが周期分極反転ニオブ酸リチウムである場合、波長変換する光の強度は分極反転の周期、結晶への光の入射角度等によって変えることが出来る。   Examples of such a wavelength conversion unit RF include a Raman optical fiber that causes stimulated Raman scattering. Examples of the Raman optical fiber include an optical fiber in which a dopant that increases the nonlinear optical constant is added to the core. Examples of such a dopant include germanium and phosphorus. When the wavelength conversion unit RF is a Raman optical fiber, the threshold value of the intensity of light for wavelength conversion can be changed depending on the diameter of the core, the dopant concentration, the length, and the like. The wavelength conversion unit RF may be a nonlinear optical crystal that causes harmonic conversion. Examples of the nonlinear optical crystal include periodically poled lithium niobate. When the wavelength conversion unit RF is periodically poled lithium niobate, the intensity of the wavelength-converted light can be changed depending on the polarization inversion period, the incident angle of light on the crystal, and the like.

<第2反射部52の構成>
第2反射部52は、一方の端部が波長変換部RFに接続され他方の端部が第1フィルタ61に接続される光ファイバ59に設けられる。すなわち、第2反射部52は、波長変換部RFの光源10とは反対側に配置される。第2反射部52は、波長変換部RFで波長変換された光の一部を透過すると共に他の一部を第1反射部51側に反射する。第2反射部52の波長変換された光に対する反射率は、例えば、50%とされる。よって、波長変換部RFで波長変換されて第2反射部52に入射する光は、第2反射部52を透過する光と第2反射部52で第1反射部51側に反射される光とに分けられる。
<Configuration of Second Reflector 52>
The second reflection unit 52 is provided in an optical fiber 59 having one end connected to the wavelength conversion unit RF and the other end connected to the first filter 61. That is, the 2nd reflection part 52 is arrange | positioned on the opposite side to the light source 10 of wavelength conversion part RF. The second reflection unit 52 transmits a part of the light wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF and reflects the other part to the first reflection unit 51 side. The reflectance with respect to the wavelength-converted light of the second reflection unit 52 is, for example, 50%. Therefore, the light that is wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF and is incident on the second reflection unit 52 is light that is transmitted through the second reflection unit 52 and light that is reflected by the second reflection unit 52 toward the first reflection unit 51. It is divided into.

このような第2反射部52としては、FBGを挙げることができる。第2反射部52をFBGで構成する場合、光ファイバ59の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、第2反射部52に入射する光の内、波長変換部RFで生じる波長変換された光を反射するように構成することができる。   An example of the second reflecting portion 52 is FBG. When the second reflecting portion 52 is formed of FBG, a portion where the refractive index increases at a constant period is repeated along the longitudinal direction of the optical fiber 59, and the second reflecting portion is adjusted by adjusting this period. Of the light incident on 52, the wavelength-converted light generated by the wavelength converter RF can be reflected.

<第1フィルタ61の構成>
第1フィルタ61は、光ファイバ59に光学的に結合され波長変換部RFの光源10とは反対側に配置される。第1フィルタ61は、波長変換部RFで生じる波長変換された光を透過すると共に波長変換部RFで波長変換されない光の透過を抑制する。第1フィルタ61には、光源10から出射するパルス光が波長変換部RFを介して入射する。そして、波長変換部RFで生じる波長変換された光が第1フィルタ61に入射する場合、当該光をメインアンプPAに向かって透過し、波長変換部RFにおいて波長変換されない光が第1フィルタ61に入射する場合、当該光のメインアンプPAに向かう透過が抑制される。従って、光源10から出射する光の内、波長変換部RFで波長変換されて第1フィルタ61に入射する光は、第1フィルタ61からメインアンプPAに向かって透過する。一方、光源10から出射する光の内、波長変換部RFにおいて波長変換されずに第1フィルタ61に入射する光は、第1フィルタ61からメインアンプPAへの透過が抑制される。このような第1フィルタ61としては、例えば、WDMカプラや誘電体多層膜フィルタを挙げることができる。
<Configuration of the first filter 61>
The first filter 61 is optically coupled to the optical fiber 59 and disposed on the opposite side of the wavelength conversion unit RF from the light source 10. The first filter 61 transmits the wavelength-converted light generated in the wavelength conversion unit RF and suppresses transmission of light that is not wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF. Pulse light emitted from the light source 10 enters the first filter 61 via the wavelength converter RF. When the wavelength-converted light generated in the wavelength conversion unit RF is incident on the first filter 61, the light that is transmitted toward the main amplifier PA and is not wavelength-converted in the wavelength conversion unit RF is transmitted to the first filter 61. When incident, transmission of the light toward the main amplifier PA is suppressed. Therefore, the light emitted from the light source 10 that is wavelength-converted by the wavelength converter RF and enters the first filter 61 is transmitted from the first filter 61 toward the main amplifier PA. On the other hand, of the light emitted from the light source 10, the light that enters the first filter 61 without being wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF is suppressed from being transmitted from the first filter 61 to the main amplifier PA. Examples of the first filter 61 include a WDM coupler and a dielectric multilayer filter.

<メインアンプPAの構成>
メインアンプPAは、入射する光をプリアンプPRよりも高い増幅率で増幅する点においてプリアンプPRと異なり、複数の励起光源31と増幅用光ファイバ33とカプラ32とを主な構成として備える。
<Configuration of main amplifier PA>
The main amplifier PA differs from the preamplifier PR in that the incident light is amplified at a higher amplification factor than the preamplifier PR, and includes a plurality of excitation light sources 31, an amplification optical fiber 33, and a coupler 32 as main components.

メインアンプPAの励起光源31のそれぞれは、例えば複数のレーザダイオードから構成され、後述のようにメインアンプPAの増幅用光ファイバ33に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が915nmの励起光を出射する。また、それぞれの励起光源31は、光ファイバ38に接続されており、それぞれの励起光源31から出射する励起光はそれぞれの光ファイバ38を伝播する。それぞれの光ファイバ38としては、例えば、プリアンプPRの励起光源21に接続される光ファイバ28と同様とされ、この場合、当該励起光は光ファイバ38をマルチモード光として伝播する。   Each of the excitation light sources 31 of the main amplifier PA is composed of, for example, a plurality of laser diodes. As described later, excitation light having a wavelength for exciting the active element added to the amplification optical fiber 33 of the main amplifier PA, for example, having a wavelength of Excitation light of 915 nm is emitted. Each excitation light source 31 is connected to an optical fiber 38, and excitation light emitted from each excitation light source 31 propagates through each optical fiber 38. Each optical fiber 38 is, for example, the same as the optical fiber 28 connected to the excitation light source 21 of the preamplifier PR. In this case, the excitation light propagates through the optical fiber 38 as multimode light.

メインアンプPAの増幅用光ファイバ33は、プリアンプPRの増幅用光ファイバ23と同様の構成とされる。   The amplification optical fiber 33 of the main amplifier PA has the same configuration as the amplification optical fiber 23 of the preamplifier PR.

また、本実施形態において、第1フィルタ61は光ファイバ39に接続される。カプラ32は、光ファイバ39及びそれぞれの光ファイバ38と、増幅用光ファイバ33の一端とを接続している。具体的には、カプラ32において、光ファイバ39のコアが、増幅用光ファイバ33のコアに接続されており、さらにそれぞれの光ファイバ38のコアが、増幅用光ファイバ33の内側クラッドに接続されている。従って、第1フィルタ61からメインアンプPAに向かって出射する光は光ファイバ39を介して、増幅用光ファイバ33のコアに入射してコアを伝搬し、それぞれの励起光源31から出射する励起光は、増幅用光ファイバ33の内側クラッドに入射し内側クラッドを主に伝搬する。従って、増幅用光ファイバ33のコアを伝搬する光により、励起光源31が出射する励起光により励起される活性元素が誘導放出を起こすことで、当該コアを伝搬する光を増幅する。   In the present embodiment, the first filter 61 is connected to the optical fiber 39. The coupler 32 connects the optical fiber 39 and each optical fiber 38 to one end of the amplification optical fiber 33. Specifically, in the coupler 32, the core of the optical fiber 39 is connected to the core of the amplification optical fiber 33, and the core of each optical fiber 38 is connected to the inner cladding of the amplification optical fiber 33. ing. Therefore, the light emitted from the first filter 61 toward the main amplifier PA enters the core of the amplification optical fiber 33 via the optical fiber 39, propagates through the core, and is emitted from each excitation light source 31. Enters the inner cladding of the amplification optical fiber 33 and propagates mainly through the inner cladding. Accordingly, the light propagating through the core of the amplification optical fiber 33 causes the active element excited by the pumping light emitted from the pumping light source 31 to cause stimulated emission, thereby amplifying the light propagating through the core.

メインアンプPAの増幅用光ファイバ33の他端には光ファイバ40が接続されている。この光ファイバ40は、増幅用光ファイバ33から出射する光を所定の場所まで伝搬させて出射する光ファイバであり、デリバリ光ファイバと呼ばれる場合がある。   An optical fiber 40 is connected to the other end of the amplification optical fiber 33 of the main amplifier PA. The optical fiber 40 is an optical fiber that propagates the light emitted from the amplification optical fiber 33 to a predetermined location and emits it, and is sometimes called a delivery optical fiber.

<ファイバレーザ装置1の動作>
次に、このようなファイバレーザ装置1からパルス幅が大きくされたパルス光が出射する動作について説明する。
<Operation of Fiber Laser Device 1>
Next, an operation of emitting pulsed light having a large pulse width from the fiber laser device 1 will be described.

本実施形態のファイバレーザ装置1では、種光部MOの励起光源11から常時励起光が出射されており、待機状態において、種光部MOのAOM14が第2状態とされる。従って、増幅用光ファイバ13からAOM14に入射した光は、増幅用光ファイバ13に入射することなく、外部に放出される。従って、FBG12とAOM14のプリアンプPR側の端面との間の光路で光は共振しない。このため、増幅用光ファイバ13の活性元素の励起状態が高くなる。また、本実施形態では、待機状態において、それぞれの励起光源21、31が出射状態とされる。このためプリアンプPRの増幅用光ファイバ23、及び、メインアンプPAの増幅用光ファイバ33のそれぞれに添加される活性元素は励起状態とされる。なお、種光部MOのAOM14が第2状態とされる期間は、増幅用光ファイバ13において自己発振しない期間とされる。また、増幅用光ファイバ23、及び、増幅用光ファイバ33に励起光が入射される期間は自己発振しない期間とされる。従って、待機状態において、増幅用光ファイバ13,23,33から意図しないジャイアントパルス光が出射することが抑制されている。   In the fiber laser device 1 of the present embodiment, the excitation light is always emitted from the excitation light source 11 of the seed light unit MO, and the AOM 14 of the seed light unit MO is in the second state in the standby state. Therefore, the light incident on the AOM 14 from the amplification optical fiber 13 is emitted to the outside without entering the amplification optical fiber 13. Therefore, light does not resonate in the optical path between the FBG 12 and the end face of the AOM 14 on the preamplifier PR side. For this reason, the excited state of the active element of the amplification optical fiber 13 is increased. In the present embodiment, the excitation light sources 21 and 31 are in the emission state in the standby state. Therefore, the active element added to each of the amplification optical fiber 23 of the preamplifier PR and the amplification optical fiber 33 of the main amplifier PA is brought into an excited state. The period in which the AOM 14 of the seed light unit MO is in the second state is a period in which the amplification optical fiber 13 does not self-oscillate. In addition, the period in which the excitation light is incident on the amplification optical fiber 23 and the amplification optical fiber 33 is a period in which self-oscillation does not occur. Accordingly, unintended giant pulse light is suppressed from being emitted from the amplification optical fibers 13, 23, and 33 in the standby state.

次に、パルス光が出射する時点から僅かに前のタイミングで、AOM14が第1状態とされる。すると、FBG12とAOM14のプリアンプPR側の端面との間の光路、すなわち、光ファイバ18の一部と増幅用光ファイバ13とAOM14とから成る光路を光が往復して光が共振する。この共振光により、上記のように高い励起状態とされた増幅用光ファイバ13の活性元素が誘導放出を起こし、共振光が増幅されてAOM14からパルス光が出射し、種光部MOから種光としてのパルス光が出射する。   Next, the AOM 14 is set to the first state at a timing slightly before the time when the pulsed light is emitted. Then, the light reciprocates through the optical path between the FBG 12 and the end face of the AOM 14 on the preamplifier PR side, that is, the optical path including a part of the optical fiber 18, the amplification optical fiber 13, and the AOM 14. As a result of this resonant light, the active element of the amplification optical fiber 13 in a highly excited state as described above undergoes stimulated emission, the resonant light is amplified, and pulse light is emitted from the AOM 14, and seed light is emitted from the seed light unit MO. The pulsed light is emitted.

種光部MOから出射するパルス光のパワーの時間変化の形状はガウス分布形状とされる。また、種光部MOから出射するパルス光の波長は、例えば、1035nmとされる。上記のように種光部MOから出射するパルス光は、増幅用光ファイバ23のコアに入射する。   The shape of the time change of the power of the pulsed light emitted from the seed light unit MO is a Gaussian distribution shape. The wavelength of the pulsed light emitted from the seed light unit MO is, for example, 1035 nm. As described above, the pulsed light emitted from the seed light unit MO enters the core of the amplification optical fiber 23.

プリアンプPRの増幅用光ファイバ23では、上記のように励起光により活性元素が励起状態とされている。従って、種光部MOからパルス光が増幅用光ファイバ23に入射すると、励起された活性元素は種光部MOからの光により誘導放出を起こし、この誘導放出により当該光のパワーが増幅されて、増幅用光ファイバ23からパルス光が出射する。増幅用光ファイバ23は、パワーの時間変化がガウス分布形状の光が入射すると、入射光に対してパワー密度が増幅されたガウス分布形状の光を出射する。従って、プリアンプPRからは、プリアンプPRに入射するパルス光に対してパワーの時間変化の形状がパワー密度方向に延伸されたガウス分布形状のパルス光が出射する。   In the amplification optical fiber 23 of the preamplifier PR, the active element is excited by the excitation light as described above. Therefore, when pulsed light enters the amplification optical fiber 23 from the seed light part MO, the excited active element causes stimulated emission by the light from the seed light part MO, and the power of the light is amplified by this stimulated emission. Then, pulsed light is emitted from the amplification optical fiber 23. The amplification optical fiber 23 emits light having a Gaussian distribution shape in which the power density is amplified with respect to the incident light when light having a Gaussian distribution shape whose power changes with time is incident. Accordingly, the preamplifier PR emits pulsed light having a Gaussian distribution shape in which the shape of the time change of power is extended in the power density direction with respect to the pulsed light incident on the preamplifier PR.

上記のようにして、光源10からガウス分布形状のパルス光が出射する。   As described above, pulse light having a Gaussian distribution shape is emitted from the light source 10.

光源10から出射される光は第2フィルタ62に入射する。上述したように第2フィルタ62は光源10側からの光を透過させるので、光源10側から第2フィルタ62に入射する光は第2フィルタ62を透過して第1反射部51に入射する。また、上述したように第1反射部51は光源10から出射されるパルス光を透過するので、光源10から第1反射部51に入射する光は第1反射部51も透過して波長変換部RFに入射する。   The light emitted from the light source 10 enters the second filter 62. As described above, since the second filter 62 transmits light from the light source 10 side, light incident on the second filter 62 from the light source 10 side passes through the second filter 62 and enters the first reflecting portion 51. Further, as described above, since the first reflection unit 51 transmits the pulsed light emitted from the light source 10, the light incident on the first reflection unit 51 from the light source 10 also transmits through the first reflection unit 51 and is a wavelength conversion unit. Incident to RF.

このようにして光源10から出射されて波長変換部RFに入射するパルス光の一部は、波長変換部RFで波長変換されるパワー密度とされる。従って、波長変換部RFでは、光源10から入射する光のうち、ある特定のパワー密度より高いパワー密度の光成分が波長変換される。例えば、上記のように種光部MOから出射する光の波長が1035nmである場合、波長変換部RFでは所定のパワーより大きなパワーの光の波長が例えば1085nmとされる。そして、波長変換部RFからは、波長変換された光とされなかった光が出射する。波長変換部RFから出射する光のパワーの時間変化の形状は、光源10から出射する光のパワーの時間変化の形状と同じである。このうち、波長変換部RFで波長変換されない波長1035nmの光はガウス分布形状における裾引き部分を含むパワー密度の低い光であり、波長変換された波長1085nmの光はガウス分布形状の頂点部分を含むパワー密度の高い光である。   In this way, a part of the pulsed light emitted from the light source 10 and incident on the wavelength conversion unit RF has a power density that is wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF. Therefore, in the wavelength conversion unit RF, the light component having a power density higher than a specific power density out of the light incident from the light source 10 is wavelength-converted. For example, when the wavelength of light emitted from the seed light unit MO is 1035 nm as described above, the wavelength of light having a power larger than a predetermined power is set to, for example, 1085 nm in the wavelength conversion unit RF. Then, light that has not been converted to wavelength-converted light is emitted from the wavelength conversion unit RF. The shape of the time change in the power of the light emitted from the wavelength conversion unit RF is the same as the shape of the time change in the power of the light emitted from the light source 10. Among these, light having a wavelength of 1035 nm that is not wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF is light having a low power density including a tail portion in the Gaussian distribution shape, and light having a wavelength converted to wavelength of 1085 nm includes a vertex portion of the Gaussian distribution shape. Light with high power density.

波長変換部RFから出射する光は、第2反射部52に入射する。第2反射部52は、上述したように波長変換部RFで波長変換された光の一部を透過して他の一部を第1反射部51側に反射する。従って、第2反射部52に入射する波長変換された光は、第2反射部52を透過する光と第1反射部51側に反射される光とに分けられる。   The light emitted from the wavelength conversion unit RF enters the second reflection unit 52. As described above, the second reflection unit 52 transmits a part of the light whose wavelength is converted by the wavelength conversion unit RF and reflects the other part to the first reflection unit 51 side. Accordingly, the wavelength-converted light incident on the second reflecting portion 52 is divided into light that is transmitted through the second reflecting portion 52 and light that is reflected toward the first reflecting portion 51 side.

第2反射部52で第1反射部51側へと反射される光は、再び波長変換部RFを透過するが上記所定のパワーより大きなパワーの光は少ない。そのため、第2反射部52で第1反射部51側へと反射される光の大部分は波長変換部RFで波長変換されずに第1反射部51に入射する。このようにして第1反射部51に入射する波長変換された光は、第1反射部51で第2反射部52側に反射される。よって、第1反射部51と第2反射部52との間の光路で光が往復する。   The light reflected by the second reflecting portion 52 toward the first reflecting portion 51 is again transmitted through the wavelength converting portion RF, but there is little light having a power larger than the predetermined power. Therefore, most of the light reflected by the second reflecting unit 52 toward the first reflecting unit 51 is incident on the first reflecting unit 51 without being wavelength-converted by the wavelength converting unit RF. The wavelength-converted light incident on the first reflecting portion 51 in this way is reflected by the first reflecting portion 51 to the second reflecting portion 52 side. Therefore, the light reciprocates on the optical path between the first reflecting part 51 and the second reflecting part 52.

上記のように、波長変換部RFで生じる波長変換された光は、そのまま第2反射部52を透過する光と第1反射部51と第2反射部52との間を何往復かした後に第2反射部52を透過する光とに分けられる。このようにして、相対的に時間的なずれを有するパルス光が複数出射される。そして、このような相対的な時間的ずれを有する複数のパルス光が重ね合わせられることによって、図2に示すようにパルス幅が大きくされたパルス光が生じる。図2には、波長変換部RFで波長変換された光のうち、第2反射部52で一度も反射されることなく出射される光をW0、第2反射部52で一度反射された後に出射される光をW1、第2反射部52で二度反射された後に出射される光をW2で示している。このようにしてパルス幅が大きくされたパルス光は、1パルス当たりのエネルギー量の低下を抑制しつつ、ピークパワーは抑えられている。   As described above, the wavelength-converted light generated in the wavelength conversion unit RF passes through the second reflection unit 52 as it is and the first reflection unit 51 and the second reflection unit 52 after a number of round trips. 2 and the light transmitted through the reflecting portion 52. In this way, a plurality of pulse lights having a relative time shift are emitted. Then, by superimposing a plurality of pulse lights having such a relative time shift, pulse light having a large pulse width is generated as shown in FIG. In FIG. 2, of the light converted in wavelength by the wavelength conversion unit RF, the light emitted without being reflected by the second reflection unit 52 once is emitted after being reflected by W0 and once by the second reflection unit 52. W1 represents the emitted light, and W2 represents the light emitted after being reflected twice by the second reflecting portion 52. The pulsed light whose pulse width is increased in this way has a reduced peak power while suppressing a decrease in the amount of energy per pulse.

上記のように第2反射部52を透過したパルス光は、次に第1フィルタ61に入射する。第1フィルタ61は、上述したように波長変換部RFで波長変換された光を透過すると共に波長変換部RFで波長変換されない光の透過を抑制する。よって、波長変換部RFで波長変換された光は第1フィルタ61を透過してメインアンプPAに入射し、波長変換部RFで波長変換されない光は第1フィルタ61で透過が抑制される。   The pulsed light that has passed through the second reflecting portion 52 as described above then enters the first filter 61. As described above, the first filter 61 transmits light that has been wavelength-converted by the wavelength converter RF and suppresses transmission of light that has not been wavelength-converted by the wavelength converter RF. Therefore, the light that has been wavelength-converted by the wavelength converter RF passes through the first filter 61 and enters the main amplifier PA, and the light that is not wavelength-converted by the wavelength converter RF is suppressed by the first filter 61.

メインアンプPAの増幅用光ファイバ33では、上記のように励起光により活性元素が励起状態とされている。従って、パルス幅が大きくされたパルス光が増幅用光ファイバ33に入射すると、励起された活性元素は当該光により誘導放出を起こし、この誘導放出により当該光のパワーが増幅されて、増幅用光ファイバ33からパルス光が出射する。従って、メインアンプPAに入射する光よりも増幅された光が出射する。   In the amplification optical fiber 33 of the main amplifier PA, the active element is excited by the excitation light as described above. Therefore, when pulse light having a large pulse width is incident on the amplification optical fiber 33, the excited active element causes stimulated emission by the light, and the power of the light is amplified by the stimulated emission, thereby amplifying light. Pulse light is emitted from the fiber 33. Therefore, the light amplified more than the light incident on the main amplifier PA is emitted.

メインアンプPAから出射する光は、光ファイバ40を伝搬し、ファイバレーザ装置1から出射する。   Light emitted from the main amplifier PA propagates through the optical fiber 40 and is emitted from the fiber laser device 1.

次に、ファイバレーザ装置1から出射されるパルス光が照射対象物の表面等で反射されて戻り光としてファイバレーザ装置1に入射する場合について説明する。   Next, a case where the pulsed light emitted from the fiber laser device 1 is reflected by the surface of the irradiation target and enters the fiber laser device 1 as return light will be described.

上述したようにファイバレーザ装置1から出射されるパルス光は主に波長変換部RFで波長変換された光である。この光が照射対象物の表面等で反射されて戻り光としてファイバレーザ装置1の出射口からファイバレーザ装置1に入射する場合、当該戻り光はメインアンプPA及び第1フィルタ61を透過し得るが、当該戻り光の一部は第2反射部52で反射される。また、当該戻り光が更に第2反射部52及び波長変換部RFを透過するとしても、第1反射部51において反射される。従って、本実施形態のファイバレーザ装置1によれば、戻り光が光源10に入射することが抑制されるので、光部品の損傷が抑制される。   As described above, the pulsed light emitted from the fiber laser device 1 is mainly light that has been wavelength-converted by the wavelength converter RF. When this light is reflected on the surface of the irradiation object and the like and enters the fiber laser device 1 from the exit of the fiber laser device 1 as return light, the return light can pass through the main amplifier PA and the first filter 61. A part of the return light is reflected by the second reflecting portion 52. Further, even if the return light further passes through the second reflection unit 52 and the wavelength conversion unit RF, it is reflected by the first reflection unit 51. Therefore, according to the fiber laser device 1 of the present embodiment, since the return light is suppressed from entering the light source 10, damage to the optical component is suppressed.

なお、戻り光は上述したように主に波長変換部RFで生じる波長変換された光と同じ波長であると考えられるが、他の光成分を含む場合もある。その場合であっても、第2フィルタ62を上述したようにアイソレータとすることによって、当該戻り光が光源10に入射することが抑制される。   Note that the return light is considered to have the same wavelength as the wavelength-converted light mainly generated in the wavelength conversion unit RF as described above, but may include other light components. Even in such a case, by using the second filter 62 as an isolator as described above, it is possible to suppress the return light from entering the light source 10.

以上説明したように本実施形態のファイバレーザ装置1は、出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が高めされている。   As described above, the fiber laser device 1 of the present embodiment can increase the pulse width of the emitted light, and has improved resistance to return light.

以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。   As mentioned above, although this invention was demonstrated to the example for embodiment, this invention is not limited to these.

例えば、上記実施形態のファイバレーザ装置1において、光源10がプリアンプPRを含む例を説明したが、種光部MOから出射する光のパワーが波長変換部RFにおいて波長変換されるために十分に大きければ、プリアンプPRは必須の構成要素ではない。また、プリアンプPRは、光源10に備えられずに第1反射部51とメインアンプPAとの間に備えられても良い。ただし、上記実施形態のファイバレーザ装置1のように光源10にプリアンプPRが含まれることによって、波長変換部RFに入射されるパルス光のパワーを高めることができるので、波長変換部RFにおいて光源10から出射される光の波長を変換させることが容易になる。   For example, in the fiber laser device 1 of the above embodiment, the example in which the light source 10 includes the preamplifier PR has been described. However, the power of the light emitted from the seed light unit MO is sufficiently large because the wavelength conversion is performed in the wavelength conversion unit RF. For example, the preamplifier PR is not an essential component. Further, the preamplifier PR may be provided between the first reflector 51 and the main amplifier PA without being provided in the light source 10. However, since the preamplifier PR is included in the light source 10 as in the fiber laser device 1 of the above embodiment, the power of the pulsed light incident on the wavelength conversion unit RF can be increased. It becomes easy to convert the wavelength of the light emitted from.

また、上記ファイバレーザ装置1は、第1フィルタ61を備えているがこれも必須の構成ではない。ただし、ファイバレーザ装置1が第1フィルタ61を備えることによって、以下に説明するように、ファイバレーザ装置1の戻り光に対する耐性がより向上される。第1反射部51は、波長変換部で波長変換されないパルス光を透過するので、戻り光が波長変換部RFで波長変換されないパルス光を含む場合、当該パルス光は第1反射部51を透過して光源に入射する可能性がある。しかし、ファイバレーザ装置1が第1フィルタ61を備えることによって、波長変換部RFにおいて波長変換されないパルス光がファイバレーザ装置1から出射されることを抑制できる。従って、波長変換部RFにおいて波長変換されないパルス光が戻り光となることが抑制されるので、戻り光が光源10に入射することがより抑制され、ファイバレーザ装置1の戻り光に対する耐性がより向上される。ただし、波長変換部RFにおいて波長変換されない光はパワー密度の低い光であり、光源10に入射したとしても影響は小さいため、第1フィルタ61は必須ではない。   Moreover, although the said fiber laser apparatus 1 is provided with the 1st filter 61, this is not an essential structure. However, when the fiber laser device 1 includes the first filter 61, the resistance of the fiber laser device 1 to the return light is further improved as described below. Since the first reflection unit 51 transmits the pulsed light that is not wavelength-converted by the wavelength conversion unit, when the return light includes pulsed light that is not wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF, the pulsed light passes through the first reflection unit 51. May be incident on the light source. However, since the fiber laser device 1 includes the first filter 61, it is possible to suppress emission of pulsed light that is not wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF from the fiber laser device 1. Accordingly, since the pulsed light that is not wavelength-converted in the wavelength conversion unit RF is suppressed from being returned light, the return light is further prevented from entering the light source 10 and the resistance of the fiber laser device 1 to the returned light is further improved. Is done. However, the light that is not wavelength-converted in the wavelength converter RF is light with low power density, and even if it is incident on the light source 10, the first filter 61 is not essential.

なお、上記実施形態では、第1フィルタ61としてWDMカプラや誘電体多層膜フィルタを例示したが、第1フィルタ61は波長変換部RFで波長変換されない光を波長変換部RF側に反射する構造を有していてもよい。このような第1フィルタ61としては、波長変換部RFで波長変換されない光を反射するように構成されたFBGを挙げることができる。波長変換されないパルス光が第1フィルタ61によって波長変換部RF側に反射されることによって、当該パルス光は波長変換部RFに再び入射する。そして、波長変換部RFにおいて当該パルス光の一部が波長変換され、波長変換されるパルス光が第1反射部51で第2反射部52側に反射されることによって、光源10から出射されるパルス光の利用効率を向上させることができる。   In the above embodiment, a WDM coupler or a dielectric multilayer filter is exemplified as the first filter 61. However, the first filter 61 has a structure in which light that is not wavelength-converted by the wavelength converter RF is reflected to the wavelength converter RF side. You may have. As such a 1st filter 61, FBG comprised so that the light which is not wavelength-converted by the wavelength conversion part RF may be mentioned. The pulsed light that has not been wavelength-converted is reflected by the first filter 61 toward the wavelength converting unit RF, so that the pulsed light is incident on the wavelength converting unit RF again. Then, a part of the pulsed light is wavelength-converted in the wavelength converting unit RF, and the pulsed light subjected to wavelength conversion is reflected from the first reflecting unit 51 to the second reflecting unit 52 side, and is emitted from the light source 10. The utilization efficiency of pulsed light can be improved.

また、上記ファイバレーザ装置1は、第2フィルタ62を備えているがこれも必須の構成ではない。ただし、第2フィルタ62を備えることによって、戻り光が光源10に入射することがより抑制されるので、ファイバレーザ装置1の戻り光に対する耐性がより向上される。なお、第2フィルタ62は、第1フィルタ61が波長変換されないパルス光を反射する場合に特に有用である。第1反射部51は波長変換部で波長変換されないパルス光を透過するので、第1フィルタ61が波長変換されないパルス光を反射する場合、そのパルス光が波長変換部RFにおいて波長変換されない場合、第1反射部51を透過して光源10に入射する可能性がある。第2フィルタ62が備えられることによって、この波長変換されない光の光源10への入射を抑制することができる。ただし、波長変換部RFにおいて波長変換されない光はパワー密度の低い光であり、光源10に入射したとしても影響は小さいため、第2フィルタ62は必須ではない。   Moreover, although the said fiber laser apparatus 1 is provided with the 2nd filter 62, this is not an essential structure. However, the provision of the second filter 62 further suppresses the return light from being incident on the light source 10, thereby further improving the resistance of the fiber laser device 1 to the return light. The second filter 62 is particularly useful when the first filter 61 reflects pulsed light that is not wavelength-converted. Since the first reflection unit 51 transmits the pulse light that is not wavelength-converted by the wavelength conversion unit, when the first filter 61 reflects the pulse light that is not wavelength-converted, if the pulse light is not wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF, There is a possibility that the light passes through one reflecting portion 51 and enters the light source 10. By providing the second filter 62, it is possible to suppress the incidence of light that has not undergone wavelength conversion to the light source 10. However, the light that is not wavelength-converted in the wavelength conversion unit RF is light with low power density, and even if it is incident on the light source 10, the influence is small, so the second filter 62 is not essential.

また、上記実施形態では、第2フィルタ62としてアイソレータを例示したが、以下に説明するように、第2フィルタ62は特定の波長の光を透過するとともに他の波長の光の透過を抑制するFBGであっても良い。   Moreover, in the said embodiment, although the isolator was illustrated as the 2nd filter 62, as demonstrated below, the 2nd filter 62 transmits the light of a specific wavelength, and suppresses transmission of the light of another wavelength. It may be.

戻り光の大部分は波長変換部RFで波長変換されるほどのパワーを有していないと考えられるが、戻り光がメインアンプPAで増幅される等して波長変換部RFで波長変換されるほどのパワーを得る場合がある。この場合、波長変換部RFから出射する戻り光が複数回波長変換された光を含む場合がある。このように戻り光が複数回波長変換された光を含む場合であっても、第2フィルタ62が複数回波長変換された光を反射するFBGを有する構成とされる場合には、波長変換された光が光源10に入射することが抑制される。また、第1反射部51が波長変換された光を100%反射する構造ではない場合には、波長変換された光が第1反射部51を光源10側に透過する可能性があるが、この場合は第2フィルタ62が波長変換された光を反射するFBGを有する構成とされる場合には、波長変換された光が光源10に入射することが抑制される。このように、第2フィルタ62がFBGであっても、第2フィルタ62は光源10から出射されるパルス光を透過すると共に第1反射部51側からの光の透過を抑制することができる。   It is considered that most of the return light does not have enough power to be wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF, but the return light is wavelength-converted by the wavelength conversion unit RF, for example, by being amplified by the main amplifier PA. You may get as much power. In this case, the return light emitted from the wavelength conversion unit RF may include light that has been wavelength converted a plurality of times. Thus, even when the return light includes light that has been wavelength-converted a plurality of times, if the second filter 62 is configured to have an FBG that reflects light that has been wavelength-converted a plurality of times, the wavelength conversion is performed. The incident light is suppressed from entering the light source 10. In addition, when the first reflection unit 51 is not configured to reflect 100% of the wavelength-converted light, the wavelength-converted light may pass through the first reflection unit 51 to the light source 10 side. In this case, when the second filter 62 has an FBG that reflects the wavelength-converted light, the wavelength-converted light is suppressed from entering the light source 10. Thus, even if the second filter 62 is an FBG, the second filter 62 can transmit the pulsed light emitted from the light source 10 and can suppress the transmission of light from the first reflecting portion 51 side.

また、上記ファイバレーザ装置1は、メインアンプPAを備えているがこれも必須の構成ではない。ただし、メインアンプPAを備えることによってファイバレーザ装置から出射されるパルス光のパワーを大きくしやすくなる。   The fiber laser device 1 includes a main amplifier PA, but this is not an essential configuration. However, the provision of the main amplifier PA makes it easy to increase the power of the pulsed light emitted from the fiber laser device.

本発明によれば、出射光のパルス幅を大きくすることができ、戻り光に対する耐性が向上されたファイバレーザ装置が提供され、光ファイバ通信の分野に利用することができる。また、ファイバレーザ装置やその他光ファイバを利用したデバイスにも利用することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fiber laser apparatus which can enlarge the pulse width of an emitted light and improved the tolerance with respect to a return light is provided, and can be utilized for the field | area of optical fiber communication. It can also be used for fiber laser devices and other devices using optical fibers.

1・・・ファイバレーザ装置
10・・・光源
11,21,31・・・励起光源
13,23,33・・・増幅用光ファイバ
51・・・第1反射部
52・・・第2反射部
61・・・第1フィルタ
62・・・第2フィルタ
MO・・・種光部
PA・・・メインアンプ
PR・・・プリアンプ
RF・・・波長変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fiber laser apparatus 10 ... Light source 11, 21, 31 ... Excitation light source 13,23, 33 ... Optical fiber 51 for amplification 51 ... 1st reflection part 52 ... 2nd reflection part 61 ... 1st filter 62 ... 2nd filter MO ... Seed light part PA ... Main amplifier PR ... Preamplifier RF ... Wavelength conversion part

Claims (4)

光源と、前記光源から出射されるパルス光の少なくとも一部を波長変換して出射する波長変換部と、前記波長変換部と前記光源との間に配置される第1反射部と、前記波長変換部の前記第1反射部とは反対側に配置される第2反射部と、を備え、
前記第2反射部は、前記波長変換部で波長変換された光の一部を透過すると共に他の一部を前記第1反射部側に反射し、
前記第1反射部は、前記光源から出射される前記パルス光を透過すると共に前記波長変換部で波長変換された光を前記第2反射部よりも高い反射率で前記第2反射部側に反射する
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
A light source, a wavelength converter that converts the wavelength of at least part of the pulsed light emitted from the light source, emits the light, a first reflector disposed between the wavelength converter and the light source, and the wavelength converter. A second reflecting portion disposed on the opposite side of the first reflecting portion of the portion,
The second reflection unit transmits a part of the light wavelength-converted by the wavelength conversion unit and reflects the other part to the first reflection unit side,
The first reflection unit transmits the pulsed light emitted from the light source and reflects the light converted in wavelength by the wavelength conversion unit toward the second reflection unit with a higher reflectance than the second reflection unit. And a fiber laser device.
前記波長変換部の前記光源とは反対側に、前記波長変換部で波長変換された光を透過すると共に前記波長変換部で波長変換されない前記パルス光の透過を抑制する第1フィルタが備えられる
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。
A first filter that transmits light that has been wavelength-converted by the wavelength conversion unit and suppresses transmission of the pulsed light that is not wavelength-converted by the wavelength conversion unit is provided on the opposite side of the wavelength conversion unit from the light source. The fiber laser device according to claim 1.
前記第1フィルタは、前記波長変換部で波長変換されない前記パルス光を前記波長変換部側に反射する
ことを特徴とする請求項2に記載のファイバレーザ装置。
The fiber laser device according to claim 2, wherein the first filter reflects the pulsed light that is not wavelength-converted by the wavelength converter to the wavelength converter.
前記光源と前記第1反射部との間に、前記光源側からの光を透過して前記第1反射部側からの光の透過を抑制する第2フィルタが備えられる
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のファイバレーザ装置。
The second filter is provided between the light source and the first reflection part, and transmits a light from the light source side and suppresses a light transmission from the first reflection part side. The fiber laser device according to any one of 1 to 3.
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