JP4772810B2 - レーザ着火装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用のレーザ着火装置に関し、特に内燃機関の温度変化による影響を受けにくく、複数の定格出力の低いレーザダイオードを用いて、複数の気筒を有する内燃機関の燃焼室内にある燃料に着火させることのできるレーザ着火装置に関する。

内燃機関のための着火装置としては一般にスパークプラグが用いられている。スパークプラグは、電極間に高電圧を印加して電極間に放電を発生させることにより混合気を着火させる装置である。スパークプラグは、比較的単純な構造で実用上十分な耐久性を有するので、古くより内燃機関における着火装置として用いられてきた。

近年、燃費低減や有害排出ガスの削減のために、内燃機関においてはより高い圧縮比が望まれている。一般に、圧力が低いほど放電し易いため、高い圧縮比はスパークプラグによる着火にとっては不利な条件である。高い圧縮比においても確実に放電させるためには、電極形状の変更及び印加電圧の上昇等が必要である。しかし、これらは耐久性の低下、着火性の低下、絶縁破壊、又はコスト上昇を招くおそれがある。

また、より短時間かつ低温で燃焼を終了させるために、着火位置制御及び複数箇所からの着火が検討されている。しかし、スパークプラグは燃焼室の内側壁面近傍で着火させるので、着火点の制御という要求に対しては不利である。

これらの要望に適合する着火手段として、レーザ着火装置が注目されている。レーザ着火装置は、パルスレーザをレンズにより集光し、その集光点に発生するプラズマを起点として着火させる。レーザ着火装置は、スパークプラグとは対照的に、圧縮比が高くなるほど着火性が向上する。また、集光点位置を調節することにより、燃焼室内における単一又は複数の任意の着火点からの着火が可能であるといった利点を有する。さらに、電気的ノイズの発生源にならないこと、付着した汚れによる短絡がないこと、燃焼室内に火炎の伝播の障害となる突起物を有しないことといった利点もある。

レーザ着火装置の概念は古くからあるが実用化するためには多くの課題が残っている。しかし、内燃機関の高度な燃焼制御への要求が以前にも増して高まってきたこと、レーザダイオードの高出力及び低価格化等によって、ダイオード励起固体レーザが以前よりも小型かつ安価に形成できるようになったこと等により、近年再び脚光を浴びてきている。

レーザにより混合気を着火させるには、数ｍＪ〜数十ｍＪという非常に大きなエネルギーで、かつ、パルス幅がｎｓ程度のパルスを発生させる必要がある。このようなジャイアントパルスを発生させるいくつかの方法のうち、比較的簡単にジャイアントパルスを発生させることができ、かつ、比較的高いエネルギー効率で稼動することが可能であることから、受動Ｑスイッチダイオード励起固体レーザが期待されている。

特許文献１の請求項１には、「レーザ発振器によって発するレーザ光を機関と同期回転する回転プリズムにより各シリンダに分配するようにした内燃機関の点火装置であって、各シリンダヘッドにビームスプリタと集光レンズ系を設けて上記分配されたレーザビームをファイバーケーブルを介して上記ビームスプリッタにより分割しシリンダの燃焼室内で点火するようにしたことを特徴とする、点火装置」が記載されている。しかし、特許文献１に記載されている点火装置では、数ｍＪ〜数十ｍＪという非常に大きなエネルギーを有し、かつ、パルス幅がｎｓ程度であるジャイアントパルスをファイバで伝送すること、及び数ｍｓ程度でファイバ間をスイッチングすることは非常に困難である。

特許文献２の請求項１には、「ポンピング光源と、共振器内に組み込まれた固体レーザ結晶と、出力密度を高めるためのＱスイッチと、少なくとも１つの出力鏡と、レーザ光を燃焼室内に集束させるための集束装置とを有するＱスイッチ制御固体レーザユニットからなるレーザ点火装置を備えた内燃機関であって、前記ポンピング光源、前記固体レーザ結晶を組み込んだ共振器、前記Ｑスイッチ、出力鏡、前記集束装置、及び前記共振器を冷却するための冷却装置が内燃機関の点火プラグ孔に装着可能な一体物として構成されていることを特徴とする内燃機関。」が記載されている。特許文献２には、ポンピング光源の一例としてレーザダイオードが挙げられており、レーザダイオードを有するＱスイッチ制御固体レーザユニットが内燃機関の各気筒に配置されている。そして、このＱスイッチ制御固体レーザユニットは冷却装置で冷却されることにより温度安定性を確保している。

しかし、レーザ発生器は一般に熱の影響を強く受ける。受動Ｑスイッチダイオード励起固体レーザは、熱による悪影響として、熱膨張によるアラインメントのずれ、熱による増幅媒体の特性低下、レーザダイオードの波長シフトが挙げられる。特に問題になるのが励起光源として使用されるレーザダイオードの波長シフトであり、レーザダイオードの温度変化に伴う出力波長の変動によって、レーザダイオード出力光では増幅媒体を励起できないという事態が生じる可能性がある。

このような問題を解決する方法として、励起光源であるレーザダイオードを内燃機関から離れた位置に設置し、各気筒に固体レーザを設置し、両者の間を光ファイバで結ぶことにより、励起光を固体レーザに供給するシステムが考えられる。固体レーザは、レーザダイオードとは異なり、過剰な冷却によって出力が低下するおそれがないので、固体レーザに対しては、最も過酷な稼動条件において十分な能力を有する冷却機構を設置しておけば、複雑な温度制御をする必要がない。また、温度変化による影響を受け易いレーザダイオードは内燃機関から離れている。したがって、レーザ着火装置に対する温度制御が容易になる。

しかし、上記機構を有するレーザ着火装置とした場合、混合気に確実に着火させるのに十分な定格出力を有するレーザダイオードからの出力光を光ファイバを介して固体レーザに導く必要がある。定格出力の高いレーザダイオード程、大型であり、かつ高価であるので、レーザ着火装置全体として大型化し、高コストになるという問題があった。

特開昭６３−１７３８５２号公報 特表２００７−５０６０３１号公報

本発明の課題は、内燃機関の温度変化による影響を受けにくく、かつ、内燃機関の燃焼室内にある燃料に着火するのに必要な定格出力を有するレーザダイオードを用いることなく、それよりもはるかに小さい定格出力を有する複数のレーザダイオードを用いて、複数の気筒を有する内燃機関の燃焼室内にある燃料に着火させることのできるレーザ着火装置を提供することである。

前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、
複数の気筒を有する内燃機関の燃焼室内にある燃料に着火させるレーザ着火装置であって、各気筒に装着されるＱスイッチ固体レーザと、前記Ｑスイッチ固体レーザそれぞれに結合され、かつ、各Ｑスイッチ固体レーザに励起光を供給する複数のファイバレーザと、前記ファイバレーザそれぞれに励起光を供給する複数のレーザダイオードとを備え、任意の１つのファイバレーザのコアは他のファイバレーザのうちの少なくとも１つのファイバレーザのコアと近接する近接部を有し、前記近接部において任意のファイバレーザのコアから出たレーザ光によってその他のファイバレーザの共振器内で注入同期を行い、選択されたＱスイッチ固体レーザからジャイアントパルスが出力されることを特徴とするレーザ着火装置であり、
請求項２は、
前記近接部が光ファイバカプラにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ着火装置であり、
請求項３は、
前記ファイバレーザそれぞれには、前記ファイバレーザにおける前記近接部と前記Ｑスイッチ固体レーザとの間に、任意のファイバレーザの出力を選択されたファイバレーザに集中させる損失付加手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ着火装置であり、
請求項４は、
前記損失付加手段は、内燃機関の動作に応じて、複数ある前記損失付加手段のうちの特定の前記損失付加手段を作動させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のレーザ着火装置である。

本発明に係るレーザ着火装置は、複数の気筒を有する内燃機関の燃焼室内にある燃料に着火させるレーザ着火装置であって、各気筒に装着されるＱスイッチ固体レーザと、前記Ｑスイッチ固体レーザそれぞれに結合され、かつ、各Ｑスイッチ固体レーザに励起光を供給する複数のファイバレーザと、前記ファイバレーザそれぞれに励起光を供給する複数のレーザダイオードとを備え、任意の１つのファイバレーザのコアは他のファイバレーザのうちの少なくとも１つのファイバレーザのコアと近接する近接部を有し、前記近接部において任意のファイバレーザのコアから出たレーザ光によってその他のファイバレーザの共振器内で注入同期を行い、選択されたＱスイッチ固体レーザからジャイアントパルスが出力されることを特徴とする。したがって、温度変化の影響を受け易いレーザダイオードをファイバレーザを介して内燃機関から隔離して設置することができるので、内燃機関の温度変化の影響を受けることにより、レーザダイオードから出力されるレーザ光の出力特性が不安定になることを防ぐことができる。したがって、内燃機関の温度変化による影響を受けにくいレーザ着火装置を提供することができる。

また、本発明のレーザ着火装置は、近接部を有し、複数のレーザダイオードのレーザ光を注入同期させて、選択されたＱスイッチ固体レーザからジャイアントパルスを出力させることができるので、各ファイバレーザが近接部を有することなく、独立してジャイアントパルスを出力させる場合に必要な定格出力を有するレーザダイオードを用いることなく、それよりもはるかに低い定格出力を有するレーザダイオードを使用することができる。レーザダイオードの定格出力が低くなる程、レーザダイオードは小型化し、低価格になる。したがって、１つのレーザダイオードによりＱスイッチ固体レーザからジャイアントパルスを出力させる構成を有するレーザ着火装置よりも小型化したレーザ着火装置を提供することができる。

さらに、近接部が光ファイバカプラにより形成されていると、近接部を確実にかつ容易に形成させることができるので、任意のファイバレーザのレーザ光によって他のファイバレーザの共振器内で注入同期を確実に行うことができる。

さらに、各ファイバレーザにおいて、ファイバレーザにおける近接部とＱスイッチ固体レーザとの間に、損失付加手段が設けられていると、充分な励起光が供給されてジャイアントパルスを出力するＱスイッチ固体レーザを選択することができる。すなわち、損失付加手段に損失が付加されていないＱスイッチ固体レーザからジャイアントパルスを出力させることができる。

さらに、この損失付加手段は、制御装置によるスイッチングにより内燃機関の動作に応じて前記損失付加手段のうちのいずれか少なくとも１つの損失付加手段が選択的に作用されるので、所望の気筒の燃焼室内にある燃料に着火することができる。その結果、所望のように内燃機関を駆動させることができる。

まず、図１（ａ）、（ｂ）を参照しつつ本発明に係るレーザ着火装置の一実施例であるレーザ着火装置について説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施例であるレーザ着火装置において、２つの気筒を有する内燃機関に対応するレーザ着火装置の概念図である。図１（ｂ）は、本発明の一実施例であるレーザ着火装置におけるファイバレーザの拡大説明図である。

本発明の一実施例であるレーザ着火装置１は、２つのＱスイッチ固体レーザ２１，２２と、前記Ｑスイッチ固体レーザ２１，２２それぞれに結合され、かつ、各Ｑスイッチ固体レーザに励起光を供給する２つのファイバレーザ３１，３２と、前記ファイバレーザ３１，３２それぞれに励起光を供給する２つのレーザダイオード４１，４２とを備え、一方のファイバレーザ３１，３２のコア５１，５２は他方のファイバレーザ３１，３２のコア５１，５２と近接する近接部を有するように光ファイバカプラ６１が設けられている。一方のファイバレーザ３２における、光ファイバカプラ６１とＱスイッチ固体レーザ２２との間（以下において、ポート部と称する。）に損失を与えると、光ファイバカプラ６１において一方のファイバレーザ３２のコア５２から出たレーザ光によって他方のファイバレーザ３１の共振器７１内で注入同期を行い、２つのファイバレーザ３１，３２のレーザ光がコヒーレント加算されたレーザ光を１つのファイバレーザ３１から出力することができる。本実施形態のレーザ着火装置は、内燃機関の燃焼室内にある燃料を着火するのに必要な定格出力を有するレーザダイオードの約２分の１の定格出力を有する２つのレーザダイオードを用いて、Ｑスイッチ固体レーザ２１からジャイアントパルスを出力することができる。また、本実施形態のレーザ着火装置は、レーザダイオード４１，４２から出力されるレーザ光をファイバレーザ３１，３２を介してＱスイッチ固体レーザ２１，２２に導入しているので、温度変化の影響を受け易いレーザダイオードをファイバレーザを介して内燃機関から離して設置することができる。したがって、内燃機関の温度変化の影響を受けることにより、レーザダイオードから出力されるレーザ光の波長がシフトするといった出力特性が不安定になることを防ぐことができる。その結果、内燃機関の温度変化による影響を受けにくいレーザ着火装置を提供することができる。

各レーザダイオード４１，４２は、ファイバレーザ３１，３２のコア５１，５２にドープされた希土類元素及び遷移元素、例えばネオジウム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、又はプラセウム（Ｐｒ）等の吸収波長に近いレーザ光を照射することのできる公知のレーザダイオードを採用することができる。

各ファイバレーザは、例えば石英系シングルモード光ファイバのコア内にネオジウム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、プラセウム（Ｐｒ）等の希土類元素及び遷移元素のうちの少なくとも１つの元素のイオンを添加したシングルモードファイバレーザであり、一端部はコア５１，５２内を伝播するレーザ光が完全反射するように全反射端面８１，８２が設けられ、他端は部分反射するように形成された部分反射端面９１，９２が設けられ、全反射端面８１，８２と部分反射端面９１，９２とファイバ１０１，１０２とにより共振器７１，７２を形成している。各ファイバレーザ３１，３２においては、コア５１，５２内の希土類元素又は遷移元素をレーザダイオード４１，４２から供給された励起光により励起させることによりレーザ光を発生させ、各ポート１１１，１１２から出力されたレーザ光はＱスイッチ固体レーザに導入される。

レーザダイオード４１，４２から出力される励起光をファイバレーザ３１，３２に導入するファイバレーザ３１，３２の端部は、コア５１，５２内を伝播するレーザ光を完全反射するように形成されていれば良く、例えば、図１（ａ）に示すように、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）で終端処理する方法が挙げられる。本実施形態においては、レーザダイオード４１，４２から出力される励起光は、第２ファイバ１２１、１２２によって伝送されてファイバ１０１，１０２に導入される。第２ファイバ１２１，１２２とファイバ１０１，１０２はカプラ１３１，１３２で結合されており、このカプラ１３１，１３２は、例えばＷＤＭ［Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ］結合器を採用することができる。各ファイバレーザ３１，３２は、一端がファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）で終端処理されることにより、コア５１，５２内を伝播するレーザ光が全反射するように形成され、他端はレーザ光が部分反射するように部分反射端面９１，９２が設けられて、共振器７１，７２を形成している。この部分反射端面９１，９２からレーザ光が出力されてＱスイッチ固体レーザ２１，２２に導入される。

全反射端面８１，８２は、特定の波長の光を９９％より大きな反射率（ほぼ１００％の反射率）で反射し、それ以外の波長の光を透過する特性を有する。部分反射端面９１，９２は、特定の波長の光を例えば３．４％の反射率で反射するとともにその残りを透過する特性を有する。

各ファイバレーザ３１，３２の中間部では、各コア５１，５２が近接して配置される近接部を形成するように光ファイバカプラ６１が設けられている。この近接部では、レーザ光の発振波長程度、すなわち数μｍ程度に各コア５１，５２が近接して設置されている。この近接部は、光ファイバを束ねて加熱し延伸して融着することにより、各コア５１，５２を細径化すると共に近接させる方法、又は光ファイバカプラを用いて各コア５１，５２を細径化すると共に近接させる方法等を採用することができる。この中でも光ファイバカプラは、確実にかつ容易に近接部を形成させることができるので好ましい。

なお、本実施例においては光ファイバカプラ６１を用いて各コア５１，５２を細径化すると共に近接させているが、重要な点は、各コア５１，５２を近接して配置することである。各コア５１，５２を細径化することは、レーザ光のしみ出しをより一層促進させるので好ましい。また、コア５１，５２間の距離が短いほど、近接場相互作用が強くなり、各コア５１，５２を近接させる区間を短くできる。つまり、光ファイバカプラ６１を用いた場合には、光ファイバカプラ６１の長さを短くできる。一方、コア５１，５２間の距離が長くても、各コア５１，５２を近接させる区間を長くすることにより同様の作用を得ることができる。この光ファイバカプラにより形成されている近接部５において一方のファイバレーザ３１，３２のコア５１，５２内から出たレーザ光によって他方のファイバレーザ３２，３１の共振器７２，７１内で注入同期が行われる。

図２（ａ）は、図１（ａ）の光ファイバカプラの拡大側面説明図であり、図２（ｂ）は、光ファイバカプラの溶融延伸部の平面図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

光ファイバカプラ６１は、図２に示す例では、２×２で分岐比５０：５０の光ファイバカプラ６１であり、２本のファイバ１０１，１０２のコア５１，５２からレーザ光をしみ出させ、そのしみ出したレーザ光を他方のコア５１，５２内で結合させる機能を有する。そのために、光ファイバカプラ６１は、２本のファイバ１０１，１０２の中間部を溶融して延伸し、その２本のファイバ１０１，１０２のクラッド５１ａ，５２ａ間を接合させた溶融延伸部６１ａを有する。溶融延伸部６１ａでは、ファイバ１０１，１０２、すなわちコア５１，５２が細径化し、コア５１，５２が非常に近接して配置された状態となっている。

光ファイバカプラ６１は、ファイバの溶融延伸部６１ａを石英系のサブストレート６１ｂ上に固定するとともにインバー６１ｃ，６１ｃ及びシール材６１ｄ，６１ｄで形成する熱膨張係数の小さい空間内で封止している。

図１（ａ）に示すように、本実施形態のレーザ着火装置１は、ファイバ１０１，１０２における光ファイバカプラ６１が設けられている近接部とＱスイッチ固体レーザとの間、すなわちポート部に損失付加手段１４１，１４２を設けて、いずれか一方のポート部に損失を与えることにより、コヒーレント加算したレーザ光を他方のファイバレーザ３１，３２から出力させることができる。損失付加手段としては、例えばファイバ１０１，１０２にループ部１５１，１５２を設け、このループ部１５１，１５２の曲率を変化させることにより損失を変化させることのできる手段を挙げることができる。本実施形態においてはループ部１５１，１５２にアクチュエータ１４１，１４２を設けて、このアクチュエータ１４１，１４２を駆動させることによりループ部１５１，１５２の曲率を変化させて、ファイバ１０１，１０２のループ部１５１，１５２に曲げ損失を与えることができる。図１（ａ）では、ファイバ１０２に設けられているアクチュエータ１４２を駆動してループ部１５２の曲率を小さくし、曲げ損失を付加しているので、ファイバレーザ３１のポート１１１からコヒーレント加算したレーザ光が出力される。このコヒーレント加算されたレーザ光の出力値は、ファイバレーザ３１，３２が独立してレーザ光を出力した場合の各レーザ光の出力値のほぼ加算値となる。損失付加手段としては、この他にもＡＯ、ＥＭ効果を利用した光学素子等をポート部に設ける方法を採用することができる。

また、ファイバレーザ３１，３２は、各ファイバレーザ３１，３２間で偏光を同一にすることにより高い加算効率を得ることができるので、ファイバレーザ３１，３２における全反射端面８１，８２と光ファイバカプラ６１との間に偏波制御器１６１を備えているのが好ましい。この偏波制御器１６１は、各ファイバレーザ３１，３２のうちのいずれか一方のファイバレーザ３１，３２に設けられていればよい。なお、偏波を保存可能なファイバを用いれば、偏波制御器１６１は不要である。

Ｑスイッチ固体レーザ２１，２２は、ファイバレーザ３１，３２から出力される励起光により内燃機関の燃焼室内にある燃料に着火するのに十分なジャイアントパルスを出力することができる限り、公知のＱスイッチ固体レーザを採用することができる。Ｑスイッチ固体レーザは、その構成として、例えば、図３に示すように、ファイバレーザのポート３０１から出力されたレーザ光３１１を集光する第１レンズ３０２及び第２レンズ３０３と、集光したレーザ光３１１を励起光として光の誘導放出を行う増幅媒体３０４と、誘導放出された光３１２を吸収することのできる可飽和吸収体３０５と、ジャイアントパルス３１３を透過する出力鏡３０６と、出力鏡３０６から出力されたジャイアントパルス３１３を集光する第３レンズ３０７と、これらの構成部品を収納する筐体７０９とにより形成され、集光されたジャイアントパルス３１３を外部に出力するレーザ出力窓３０８により気筒の燃焼室と隔離されているＱスイッチ固体レーザ２１，２２を挙げることできる。増幅媒体７０４における励起光７１１が入射する側の表面には、励起光を透過し、発振波長を反射するようにコーティングが施されて、全反射面３１０が形成されている。また、出力鏡３０６は、誘導放出された光３１２が一部反射するように形成されており、全反射面３１０と出力鏡３０６との間でファブリペロー共振器が形成されている。

増幅媒体３０４を形成する物質は、ファイバレーザのポート３０１から出力されたレーザ光３１１を励起光として光の誘導放出を発生させることができる限り特に制限はなく、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｙｂ：ＹＡＧ等を使用することができる。

可飽和吸収体３０５を形成する物質は、増幅媒体３０４から誘導放出される光３１２を吸収することによって、光の透過率を増大させることのできる物質である限り特に制限はなく、例えば、Ｃｒ^４＋：ＹＡＧを使用することができる。

図４に、本実施形態のレーザ着火装置におけるＱスイッチ固体レーザを内燃機関の気筒に装着した場合の気筒の模式図を示す。内燃機関の気筒４００は、シリンダブロック４０１とシリンダヘッド４０２とピストン４０３とにより形成され、シリンダブロック４０１とシリンダヘッド４０２とピストン４０３とにより囲まれて形成される空間が燃焼室４０４である。シリンダヘッド４０２には燃料と空気との混合気を供給する吸入管４０５が接続され、吸入弁４０６の開閉により混合気の供給が調節されるように形成されている。また、シリンダヘッド４０２には混合気を排出する排気管４０７が接続され、排気弁４０８の開閉により混合気の排気が調節されるように形成されている。本実施形態のレーザ着火装置１におけるＱスイッチ固体レーザ２１（２２）は、燃焼室４０４内の混合気に着火させることができる限り任意の位置に設置することができ、例えば、図４に示すようにシリンダヘッド４０２における吸入弁４０６と排気弁４０８との間に、本実施形態のレーザ着火装置１におけるＱスイッチ固体レーザ２１（２２）を設置することができる。Ｑスイッチ固体レーザ２１（２２）から出力されたジャイアントパルスは燃焼室４０４内においてブレークダウンを生じ、ジャイアントパルスの結像点を起点に燃焼室４０４内の混合気が燃焼する。なお、内燃機関における気筒の一例を説明したが、気筒の構成は上記構成に限定されるものではない。

次に、図１（ａ）により、レーザ着火装置１の作用について説明する。レーザダイオード４１，４２から出力された励起光は、第２ファイバ１２１，１２２によって伝送されて、カプラ１３１，１３２で結合された各ファイバ１０１，１０２のコア５１，５２に導入される。この励起光によりコア５１，５２内にドープされている希土類元素又は遷移元素が励起状態となり、光が誘導放出されて全反射端面８１，８２と部分反射端面９１，９２とファイバ１０１，１０２とにより形成された各共振器７１，７２内を往復する。そして、各共振器７１，７２内でレーザ増幅を受け、各共振器７１，７２内で異なる発振波長のレーザ光を発振し、各レーザ光がコア５１，５２内を伝播する。

このとき、光ファイバカプラ６１により形成される近接部では、コア５１，５２が細径化すると共にコア５１，５２同士が近接しているので、一方のコア５１，５２から他方のコア５１，５２へレーザ光がしみ出す。また、一方のファイバ１０２のポート部は、アクチュエータ１４２を駆動させてループ部１５２の曲率を小さくし、曲げ損失を付加しているので、光ファイバカプラ６１では、一方のコア５２からしみ出したレーザ光が、近接して配置されている他方のコア５１内に引き込まれ、その引き込まれたレーザ光がコア５１内を伝播する。そして、その引き込まれたレーザ光が、共振器７１内を往復しているうちに、共振器６１において他方のコア５１を伝播しているレーザ光とコヒーレント加算し、位相が同期（注入同期）する。そして、このコヒーレント加算したレーザ光が、他方のファイバレーザ３１の部分反射端面９１を透過し、出力される。

コヒーレント加算されてファイバレーザ３１から出力されたレーザ光は、各ファイバレーザ３１，３２から独立して出力した場合の２倍近い出力値である。一方、ファイバレーザ３２から出力されたレーザ光の出力値は、非常に小さく、このレーザ光がＱスイッチ固体レーザに導入されても、ジャイアントパルスは出力されない。このとき、各ファイバレーザ３１，３２に励起光を供給する各レーザダイオード４１，４２は、光ファイバカプラ６１を設けずに、独立して各Ｑスイッチ固体レーザ２１，２２にファイバレーザ３１，３２を介して励起光を入射させる場合に比べて、定格出力の低いレーザダイオード４１，４２を使用することができる。レーザダイオードの定格出力が低くなる程、レーザダイオードは小型化し、低価格になる。したがって、１つのレーザダイオードによりＱスイッチ固体レーザからジャイアントパルスを出力させる構成を有するレーザ着火装置よりも、２つの定格出力の低いレーザダイオードを用いた本実施形態のレーザ着火装置の方が、小型化し、コストを抑えたレーザ着火装置とすることができる。

また、各レーザダイオード４１，４２が、内燃機関における混合気に着火させるのに必要なジャイアントパルスを出力させるのに十分な定格出力を有している場合においても、例えば、一方のファイバ１０２のループ部１５２に設けられているアクチュエータ１４２を駆動させることにより、曲げ損失を付加すると、各ファイバレーザ３１，３２から独立して出力した場合の２倍近い出力値が、他方のファイバレーザ３１から得られる。このとき、一方のファイバ１０２に損失を付加しない場合に比べて、２倍近い励起光をＱスイッチ固体レーザ２１に供給することができるので、例えば、Ｑスイッチ固体レーザが可飽和吸収体が備えられている受動Ｑスイッチ固体レーザの場合には、Ｑスイッチ固体レーザ２１から出力されるジャイアントパルスのパルス周期を短くすることができる。

図５は、図１（ａ）に示したレーザ着火装置において、他方のファイバレーザのポート部に損失を付加した場合の例を示している。図１（ａ）のようにアクチュエータ１４２を駆動してファイバレーザ３２のポート部に損失を付加するのではなく、図５に示すように、アクチュエータ１４１を駆動してファイバレーザ３１のポート部に損失を与えた場合には、ファイバレーザ３１のコア５１を伝播するレーザ光が光ファイバカプラ６１においてファイバレーザ３２のコア５２に引き込まれ、ファイバレーザ３２のコア５２内を伝播しているレーザ光とコヒーレント加算し、位相が同期（注入同期）する。そして、各ファイバレーザ３１，３２から独立して出力した場合の２倍近い出力値のレーザ光が、図１に示したレーザ着火装置とは反対のファイバレーザ３２のポート１１２から出力される。

このアクチュエータ１４１，１４２を制御することにより、２つのファイバレーザ３１，３２それぞれが独立して出力した場合の出力値を加算した出力値を有するレーザ光を、任意のファイバレーザ３１，３２から出力させることができる。また、ポート部に損失を付加するだけでレーザ光を出力するファイバレーザ３１，３２を切り換えることができ、さらに損失付加手段として、アクチュエータ、ＡＯ素子、ＥＭ素子等を採用することにより、実用上十分な切り換えスピードを得ることができる。

図３に示すように、ファイバレーザ３１（３２）のポート３０１から出力されたレーザ光は、Ｑスイッチ固体レーザ２１（２２）に励起光として導入される。励起光は第１レンズ３０２及び第２レンズ３０３により集光され、増幅媒体３０４に入射される。入射された励起光は増幅媒体３０４に吸収されて時間と共に励起され反転分布密度が上昇し、誘導放出が起こる。増幅媒体３０４から誘導放出された光が出力鏡３０６と全反射面３１０とにより形成される共振器内を往復する過程において、可飽和吸収体３０５が、共振器内部を往復する光を吸収して、可飽和吸収体３０５の透過率が上昇するため、共振器に貯蔵されたエネルギーと損失されたエネルギーとの比であるＱ値が急激に上昇し、共振器内部を往復する光束ならびに出力鏡３０６を透過する出力光が急激に増加する。出力光の急激な増加に伴い、増幅媒体３０４の反転分布密度は急激に減少するので、共振器内部を往復する光束ならびに出力鏡３０６を透過する出力光は短時間のうちに減少に転じ、出力はジャイアントパルスとなる。

レーザダイオードからの励起光が連続して出力される場合には、上記過程が繰り返されるので、ジャイアントパルス３１３が所定間隔で出力される。一方、増幅媒体３０４の反転分布密度が閾値に達した後に、レーザダイオードから出力される励起光を速やかに止めると、単一のジャイアントパルス３１３となる。

出力鏡３０６から出力されたジャイアントパルス３１３は、第３レンズ３０７により集光されて、レーザ出力窓３０８により隔離された気筒の燃焼室内に結像点３１４が形成される。この結像点３１４においては、高い電界が生じる。この電界密度が諸条件によって決まる閾値より高い場合には、ブレークダウンを生じ、この結像点３１４を起点に燃焼室内の混合気が燃焼する。

図６に、本実施形態のレーザ着火装置の制御系を説明するための構成図を示す。本実施形態のレーザ着火装置は、内燃機関の気筒に取り付けられた種々のセンサにより得られる信号を解析し、レーザダイオードの電源及び損失付加手段の駆動を制御する制御装置により制御されるのが好ましい。制御装置６００は、演算部６０１と制御部６０２とにより形成され、内燃機関に取り付けられた種々のセンサ６２１，６２２、例えば、クランク角、燃焼室内の圧力、燃焼室内の燃料の濃度、排気管内の排気温度、排気管内の排気中の酸素濃度及び残存燃料濃度等を検知するセンサから送信された信号を演算部６０１において解析する。解析された結果は、制御部６０２へ送信され、この制御部６０２は制御信号を生成し、損失付加手段１４１，１４２に制御信号を出力する。損失付加手段１４１，１４２がノーマルクローズ、すなわち電気信号がｏｆｆのときに損失の高い状態となるときは、出力を得たいポート部に設けられた損失付加手段１４１，１４２に制御信号を出力する。反対に、ノーマルオープン、すなわち電気信号がｏｎのときに損失の高い状態となるときは、出力を得たいポート部に設けられた損失付加手段１４１，１４２を除くすべての損失付加手段に制御信号を出力する。その後、ダイオードレーザ４１，４２の稼動開始からＱスイッチ固体レーザよりジャイアントパルスが出力されるまでの時間を考慮したタイミングで、２つのレーザダイオードの電源４１ａ，４２ａに同時に制御信号を出力し、レーザダイオードの電源４１ａ，４２ａを同時にｏｎ及びｏｆｆにする。上記工程を繰り返し行うことにより、所望の気筒内の混合気を適切なタイミングで、着火させることができる。なお、レーザダイオードの電源４１ａ，４２ａをｏｎにしたままで、損失付加手段１４１，１４２に出力する制御信号をスイッチングすることにより、ジャイアントパルスを出力する気筒をスイッチングすることもある。本実施形態のレーザ着火装置におけるレーザダイオードの電源４１ａ，４２ａ及び損失付加手段１４１，１４２の駆動が制御装置６００に制御されることにより、内燃機関の稼動状況に応じて、複数存在する気筒の内の所望の気筒を動作させることができる。

図７は、他の実施の形態に係るレーザ着火装置であり、４つの気筒を有する内燃機関に対応するレーザ着火装置の概念図である。

本実施形態に係るレーザ着火装置７０１は、４つの気筒を有する内燃機関の燃焼室内にある燃料に着火させることのできるレーザ着火装置７０１であって、各気筒に装着されるＱスイッチ固体レーザ７２１，７２２，７２３，７２４と、前記Ｑスイッチ固体レーザ７２１，７２２，７２３，７２４それぞれに結合され、かつ、各Ｑスイッチ固体レーザ７２１，７２２，７２３，７２４に励起光を供給する４つのファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４と、前記ファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４それぞれに励起光を供給する４つのレーザダイオード７４１，７４２，７４３，７４４とを備え、４つのファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４のコア７５１，７５２，７５３，７５４は相互のファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４のコア７５１，７５２，７５３，７５４と近接する近接部を形成する光ファイバカプラ７６１を有し、前記光ファイバカプラ７６１において任意のファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４のコア７５１，７５２，７５３，７５４から出たレーザ光によってその他のファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４の共振器内で注入同期を行い、選択されたＱスイッチ固体レーザ７２１からジャイアントパルスが出力されている。

４つのレーザダイオード７４１，７４２，７４３，７４４から出力される励起光は、それぞれ第２ファイバ７１２１，７１２２，７１２３，７１２４によって伝送されてファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４に導入される。第２ファイバ７１２１，７１２２，７１２３，７１２４とファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４とはカプラ７１３１，７１３２，７１３３，７１３４で結合されている。各ファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４は、一端がファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）７８１，７８２，７８３，７８４で終端処理されることにより、コア内を伝播するレーザ光が全反射するように形成され、他端はレーザ光が部分反射するように部分反射端面７９１，７９２，７９３，７９４が設けられて、共振器７７１，７７２，７７３，７７４を形成している。この部分反射端面７９１，７９２，７９３，７９４からレーザ光が出力されてＱスイッチ固体レーザ７２１，７２２，７２３，７２４に導入される。

各ファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４の中間部では、各コア７５１，７５２，７５３，７５４が近接して配置されるように光ファイバカプラ７６１が設けられている。光ファイバカプラ７６１では、１つのコア７５１，７５２，７５３，７５４からその他のコア７５１，７５２，７５３，７５４へレーザ光がしみ出す。しみ出したレーザ光が他のファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４の共振器内を往復するうちに、コア７５１，７５２，７５３，７５４を伝播しているレーザ光と注入同期する。

また、本実施形態のレーザ着火装置７０１は、ファイバ７１０１，７１０２，７１０３，７１０４のポート部にループ部７１５１，７１５２，７１５３，７１５４を設け、このループ部７１５１，７１５２，７１５３，７１５４の曲率をアクチュエータ７１４１，７１４２，７１４３，７１４４で変化させることのできる損失付加手段が設けられている。図７に示すように、アクチュエータ７１４２，７１４３，７１４４を駆動することにより、４つのループ部７１５１，７１５２，７１５３，７１５４のうちの３つのループ部７１５２，７１５３，７１５４の曲率を小さくすることにより、３つのループ部７１５２，７１５３，７１５４に曲げ損失を付加し、コヒーレント加算したレーザ光を１つのファイバレーザ７３１から出力させることができる。このコヒーレント加算された出力は、ファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４が独立してレーザ光を出力した場合の各レーザ光の出力値のほぼ加算値となる。すなわち、各ファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４の出力値がすべて１であるとすると、その加算値である４に近い出力値が１つのファイバレーザ７３１から得られる。例えば、内燃機関における混合気に着火させるのに必要なジャイアントパルスを出力させることのできる、ファイバレーザから出力されるレーザ光の出力値が４であるとすると、図１（ａ）に示したレーザ着火装置１の例においては、２つのファイバレーザが独立して出力した場合の各レーザ光の出力値が２の場合に、その加算値である出力値４が得られる。一方、図７に示したレーザ着火装置７０１の例においては、４つのファイバレーザ及び４つのレーザダイオードを有しているので、ファイバレーザが独立して出力した場合の各レーザ光の出力値が１であれば、ジャイアントパルスを出力させることのできるレーザ光の出力値４が得られる。したがって、図１（ａ）に示したレーザ着火装置１におけるレーザダイオードに比べて本実施形態のレーザ着火装置におけるレーザダイオードは定格出力を約２分の１に低減したレーザダイオードを用いることができる。したがって、本実施形態のレーザ着火装置は、図１（ａ）に示されるレーザ着火装置を２つ使用することにより、４つの気筒を有する内燃機関に対応させる場合に比べて、装置全体として小さくすることができる。

図７においては、３つのループ部７１５２，７１５３，７１５４に損失を付加しているが、別の３つのループ部７１５１，７１５２，７１５３，７１５４に損失を付加することにより、別のファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４のポート７１１１，７１１２，７１１３，７１１４からコヒーレント加算したレーザ光を出力させることもできる。アクチュエータ７１４１，７１４２，７１４３，７１４４を制御して、任意のポート部に損失を付加することにより、任意のファイバレーザ７３１，７３２，７３３，７３４からレーザ光を出力することができる。また、実用上十分な切り換えスピードを得ることができる。

図８は、他の実施の形態に係るレーザ着火装置であり、４つのレーザダイオードを用いて２つの気筒を有する内燃機関に対応するレーザ着火装置の概念図である。

本実施形態のレーザ着火装置８０１は、２つのＱスイッチ固体レーザ８２１，８２２と、前記Ｑスイッチ固体レーザ８２１，８２２それぞれに結合され、かつ、Ｑスイッチ固体レーザ８２１，８２２に励起光を供給する２つのファイバレーザ８３２，８３３（以下において、励起光供給用ファイバレーザと称することがある。）と、一端が終端処理されてなる２つのファイバレーザ８３１，８３４（以下において、光増幅用ファイバレーザと称するることがある。）と、前記２つの励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３と２つの光増幅用ファイバレーザ８３１，８３４それぞれに励起光を供給する４つのレーザダイオード８４１，８４２，８４３，８４４とを備え、各励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３の中間部に各コア８５２，８５３が近接する近接部が形成されるように第１の光ファイバカプラ８６１が設けられ、前記一方の励起光供給用ファイバレーザ８３２における前記第１の光ファイバカプラ８６１とレーザダイオード８４２との中間部と前記一方の光増幅用ファイバレーザ８３１の中間部において各コア８５１，８５２が近接する近接部を形成するように第２の光ファイバカプラ８６２が設けられ、前記他方の励起光供給用ファイバレーザ８３３における前記第１の光ファイバカプラ８６１とレーザダイオード８４３との中間部と前記他方の光増幅用ファイバレーザ８３４の中間部において各コア８５３，８５４が近接する近接部を形成するように第３の光ファイバカプラ８６３が設けられている。

４つのレーザダイオード８４１，８４２，８４３，８４４から出力される励起光は、第２ファイバ８１２１，８１２２，８１２３，８１２４によって伝送されて２つの励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３及び２つの光増幅用ファイバレーザ８３１，８３４にそれぞれ導入される。第２ファイバ８１２１，８１２２，８１２３，８１２４と２つの励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３及び２つの光増幅用ファイバレーザ８３１，８３４とはそれぞれカプラ８１３１，８１３２，８１３３，８１３４で結合されている。２つの励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３及び２つの光増幅用ファイバレーザ８３１，８３４は、それぞれ一端がファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）８８１，８８２，８８３，８８４で終端処理されることにより、コア８５１，８５２，８５３，８５４内を伝播するレーザ光が全反射するように形成され、２つの励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３の他端はレーザ光が部分反射するように部分反射端面８９２，８９３が設けられ、２つの光増幅用ファイバレーザ８３１，８３４の他端は終端処理８１７１，８１７２されて、それぞれ共振器８７１，８７２，８７３，８７４を形成している。

一方の励起光供給用ファイバレーザ８３２における第１光ファイバカプラ８６１とＦＢＧ８８２との間に、一方の励起光供給用ファイバレーザ８３２のコア８５２と一方の光増幅用ファイバレーザ８３１のコア８５１とが近接して配置されるように第２の光ファイバカプラ８６２が設けられている。光増幅用ファイバレーザ８３１の一端は終端処理８１７１されているので、第２の光ファイバカプラ８６２において、光増幅用ファイバレーザ８３１のコア８５１から励起光供給用ファイバレーザ８３２のコア８５２へレーザ光がしみ出す。光増幅用ファイバレーザ８３１のコア８５１からしみ出したレーザ光が励起光供給用ファイバレーザ８３２の共振器８７２内を往復するうちに、コア８５２を伝播しているレーザ光とコヒーレント加算されて、注入同期する。

同様に、他方の励起光供給用ファイバレーザ８３３における第１の光ファイバカプラ８６１とＦＢＧ８８３との間に、他方の励起光供給用ファイバレーザ８３３のコア８５３と他方の光増幅用ファイバレーザ８３４のコア８５４とが近接して配置されるように第３の光ファイバカプラ８６３が設けられている。光増幅用ファイバレーザ８３４の一端は終端処理８１７２されているので、第３の光ファイバカプラ８６３において、光増幅用ファイバレーザ８３４のコア８５４から励起光供給用ファイバレーザ８３３のコア８５３へレーザ光がしみ出す。光増幅用ファイバレーザ８３４のコア８５４からしみ出したレーザ光が他の励起光供給用ファイバレーザ８３３の共振器８７３内を往復するうちに、コア８５３を伝播しているレーザ光とコヒーレント加算されて、注入同期する。

２つの励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３は、その中間部において各コア８５２，８５３が近接して配置されるように第１の光ファイバカプラ８６１が設けられている。

本実施形態のレーザ着火装置８０１は、光ファイバ８１０２，８１０３のポート部にループ部８１５２，８１５３を設け、このループ部８１５２，８１５３の曲率をアクチュエータ８１４２，８１４３で変化させることのできる損失付加手段が設けられている。図８に示すように、アクチュエータ８１４３を駆動して、一方のループ部８１５３の曲率を小さくすることにより、ループ部８１５３に曲げ損失を付加し、コヒーレント加算したレーザ光を１つの励起光供給用ファイバレーザ８３２から出力させることができる。このコヒーレント加算したレーザ光の出力値は、２つの励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３及び２つの光増幅用ファイバレーザ８３１，８３４それぞれが独立してレーザ光を出力した場合の各レーザ光の出力値のほぼ加算値となる。すなわち、励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３及び光増幅用ファイバレーザ８３１，８３４それぞれの出力値が１であるとすると、その加算値である４に近い出力値が１つのファイバレーザ８３２から得られる。例えば、内燃機関における混合気に着火させるのに必要なファイバレーザから出力されるレーザ光の出力値が４であるとすると、図１（ａ）に示したレーザ着火装置１の例においては、２つのファイバレーザが独立して出力した場合の各レーザ光の出力値が２の場合に、その加算値である出力値４が得られる。一方、図８に示したレーザ着火装置８０１の例においては、４つのファイバレーザ及び４つのレーザダイオードを有しているので、励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３及び光増幅用ファイバレーザ８３１，８３４それぞれが独立して出力した場合の各レーザ光の出力値が１であれば、混合気に着火させるのに必要な出力値４が得られる。したがって、図１（ａ）に示したレーザ着火装置１におけるレーザダイオードに比べて本実施形態のレーザ着火装置におけるレーザダイオードは定格出力を約２分の１に低減したレーザダイオードを用いることができる。

なお、損失を付加するポート部を変更して、別の励起光供給用ファイバレーザ８３３からコヒーレント加算したレーザ光を出力させることもできる。アクチュエータ８１４２，８１４３を制御して、任意のポート部に損失を付加することにより、任意の励起光供給用ファイバレーザ８３２，８３３からレーザ光を出力することができる。また、実用上十分な切り換えスピードを得ることができる。

また、本実施形態のレーザ着火装置８０１に、一端が終端処理された光増幅用ファイバレーザとこの光増幅用ファイバレーザに励起光を供給するレーザダイオードとを適宜追加して、励起光供給用ファイバレーザにおける適宜の位置に光ファイバカプラ等により、光増幅用ファイバレーザと励起光供給用ファイバレーザとの各コアが近接する近接部を設けることにより、さらに大出力の励起光をＱスイッチ固体レーザ８２１，８２２に導入することができる。又は、それぞれのレーザダイオードをさらに定格出力の低いレーザダイオードにすることができる。したがって、要求されるレーザダイオードの出力が大きいために、一本のファイバレーザに励起光を導入することが困難な場合でも、図８に示したように、複数のレーザダイオードを使用することにより、要求される出力を分割して、光増幅用ファイバレーザを用いて伝送することができ、複数のレーザダイオードから出力された出力値が加算された出力値を有する励起光を一つのＱスイッチ固体レーザに導入することができる。また、ペルチェ冷却が困難であるためにチラー冷却を必要とするような大容量のレーザダイオードが要求される場合でも、複数のレーザダイオードを使用することにより要求される出力を分割して、光増幅用ファイバレーザを用いて伝送することにより、複数のレーザダイオードから出力された出力値が加算された出力値を有する励起光を一つのＱスイッチ固体レーザに導入することができるので、レーザダイオードをペルチェ素子により冷却することができる。さらに、複数のレーザダイオードから一本の励起光供給用ファイバレーザに励起光を導入する場合には、ファイバ、すなわちコア及びクラッドを太くせざるを得ない場合があり、ファイバの取り回しが悪くなることがある。しかし、本実施形態のレーザ着火装置によれば、複数のレーザダイオードから出力される励起光を光増幅用ファイバレーザを用いて伝送することができるので、ファイバの太さを所望の範囲に収めることができる。

本発明に係るレーザ着火装置は、上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更をすることができる。例えば、Ｑスイッチ固体レーザの個数は特に限定されず、内燃機関における気筒の個数に対応して変更することができる。また、レーザダイオードの個数及びファイバレーザの本数は、Ｑスイッチ固体レーザの個数以上の数を有する限り任意の個数を有することができる。また、ファイバレーザのコアと他のファイバレーザのコアとを近接する近接部については、少なくともＱスイッチ固体レーザに励起光を供給するファイバレーザのコアとの間に近接部を有する限り、任意の位置に設けることができる。

図１（ａ）は、本発明の一実施例であるレーザ着火装置において、２つの気筒を有する内燃機関に対応するレーザ着火装置の概念図である。図１（ｂ）は、本発明の一実施例であるレーザ着火装置におけるファイバレーザの拡大説明図である。 図２（ａ）は、光ファイバカプラの拡大側面説明図である。図２（ｂ）は、光ファイバカプラの溶融延伸部の平面図である。図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。 図３は、本発明の一実施例であるレーザ着火装置におけるＱスイッチ固体レーザの構成図である。 図４は、本実施形態のレーザ着火装置におけるＱスイッチ固体レーザを内燃機関の気筒に装着した場合の気筒の模式図である。 図５は、図１（ａ）に示したレーザ着火装置の変形例を示す概念図である。 図６は、本発明の一実施例であるレーザ着火装置の制御系を説明するための構成図である。 図７は、他の実施の形態に係るレーザ着火装置であり、４つの気筒を有する内燃機関に対応するレーザ着火装置の概念図である。 図８は、他の実施の形態に係るレーザ着火装置であり、４つのレーザダイオードで２つの気筒を有する内燃機関に対応するレーザ着火装置の概念図である。

符号の説明

１、７０１、８０１ レーザ着火装置
２１、２２、７２１、７２２、７２３、７２４、８２１、８２２ Ｑスイッチ固体レーザ
３１、３２、７３１、７３２、７３３、７３４、８３１、８３２、８３３、８３４ ファイバレーザ
４１、４２、７４２、７４３、７４３、７４４、８４１、８４２、８４３、８４４ レーザダイオード
５１、５２、７５１、７５２、７５３、７５４、８５１、８５２、８５３、８５４ コア
５１ａ、５２ａ クラッド
６１、７６１、８６１、８６２、８６３ 光ファイバカプラ
６１ａ 溶融延伸部
６１ｂ サブストレート
６１ｃ インバー
６１ｄ シール材
７１、７２、７７１、７７２、７７３、７７４、８７１、８７２、８７３、８７４ 共振器
８１、８２、７８１、７８２、７８３、７８４、８８１、８８２、８８３、８８４ 全反射端面
９１、９２、７９１、７９２、７９３、７９４、８９２、８９３ 部分反射端面
１０１、１０２、７１０１、７１０２、７１０３、７１０４、８１０１、８１０２、８１０３、８１０４ ファイバ
１１１、１１２、７１１１、７１１２、７１１３、７１１４、８１１２、８１１３ ポート
１２１、１２２、７１２１、７１２２、７１２３、７１２４、８１２１、８１２２、８１２３、８１２４ 第２ファイバ
１３１、１３２、７１３１、７１３２、７１３３、７１３４、８１３１、８１３２、８１３３、８１３４ カプラ
１４１、１４２、７１４１、７１４２、７１４３、７１４４、８１４２、８１４３ アクチュエータ
１５１、１５２、７１５１、７１５２、７１５３、７１５４、８１５２、８１５３ ループ部
１６１、１６２、７１６１、７１６２、７１６３、７１６４、８１６１、８１６２、８１６３、８１６４ 偏波制御器
３０１ ポート
３０２ 第１レンズ
３０３ 第２レンズ
３０４ 増幅媒体
３０５ 可飽和吸収体
３０６ 出力鏡
３０７ 第３レンズ
３０８ レーザ出力窓
３０９ 筐体
３１０ 全反射面
３１１ レーザ光
３１２ 誘導放出された光
３１３ ジャイアントパルス
３１４ 結像点
４００ 気筒
４０１ シリンダブロック
４０２ シリンダヘッド
４０３ ピストン
４０４ 燃焼室
４０５ 吸入管
４０６ 吸入弁
４０７ 排気管
４０８ 排気弁
６００ 制御装置
６０１ 演算部
６０２ 制御部
４１ａ、４２ａ 電源

Claims (4)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の燃焼室内にある燃料に着火させるレーザ着火装置であって、各気筒に装着されるＱスイッチ固体レーザと、前記Ｑスイッチ固体レーザそれぞれに結合され、かつ、各Ｑスイッチ固体レーザに励起光を供給する複数のファイバレーザと、前記ファイバレーザそれぞれに励起光を供給する複数のレーザダイオードとを備え、任意の１つのファイバレーザのコアは他のファイバレーザのうちの少なくとも１つのファイバレーザのコアと近接する近接部を有し、前記近接部において任意のファイバレーザのコアから出たレーザ光によってその他のファイバレーザの共振器内で注入同期を行い、選択されたＱスイッチ固体レーザからジャイアントパルスが出力されることを特徴とするレーザ着火装置。
2. 前記近接部が光ファイバカプラにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ着火装置。
3. 前記ファイバレーザそれぞれには、前記ファイバレーザにおける前記近接部と前記Ｑスイッチ固体レーザとの間に、任意のファイバレーザの出力を選択されたファイバレーザに集中させる損失付加手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ着火装置。
4. 前記損失付加手段は、内燃機関の動作に応じて、複数ある前記損失付加手段のうちの特定の前記損失付加手段を作動させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のレーザ着火装置。

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