JP5144355B2 - Optical fiber grating device and optical fiber laser - Google Patents
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本発明は、光ファイバグレーティングデバイスおよび光ファイバレーザに関するものである。 The present invention relates to an optical fiber grating device and an optical fiber laser.
従来、光ファイバのコア部に周期的に変化する屈折率のグレーティングを形成することによって作製された光ファイバグレーティングが知られている。この光ファイバグレーティングは、形成したグレーティングによって、所定の波長を中心とする波長帯域の光を反射するものであり、たとえば反射型波長選択フィルタとして機能する。この光ファイバグレーティングは、たとえば光ファイバレーザにおいて光共振器を構成するために用いられる（特許文献１参照）。 Conventionally, an optical fiber grating manufactured by forming a grating having a refractive index that periodically changes in a core portion of an optical fiber is known. This optical fiber grating reflects light in a wavelength band centered on a predetermined wavelength by the formed grating, and functions as, for example, a reflective wavelength selection filter. This optical fiber grating is used, for example, to constitute an optical resonator in an optical fiber laser (see Patent Document 1).
この光ファイバグレーティングの反射波長帯域の中心波長は、形成したグレーティングの周期とコア部の実効屈折率とによって定まるブラッグ反射波長と一致する。ここで、この光ファイバグレーティングにおいては、グレーティングの周期とコア部の実効屈折率とは、いずれも温度依存性を有する。したがって、この光ファイバグレーティングにおいては、中心波長が環境温度によって変化してしまうという課題がある。そこで、従来の光ファイバグレーティングデバイスは、中心波長の変化を抑制するために、種々の温度補償機構を備えている（特許文献２、３参照）。
The center wavelength of the reflection wavelength band of the optical fiber grating coincides with the Bragg reflection wavelength determined by the period of the formed grating and the effective refractive index of the core portion. Here, in this optical fiber grating, both the period of the grating and the effective refractive index of the core part have temperature dependence. Therefore, in this optical fiber grating, there is a problem that the center wavelength changes depending on the environmental temperature. Therefore, the conventional optical fiber grating device is provided with various temperature compensation mechanisms in order to suppress the change in the center wavelength (see
たとえば、特許文献２に開示される光ファイバグレーティングデバイスは、光ファイバグレーティングの一端を台座部に固定し、他の一端を台座部とは線膨張係数が異なる材料からなる梁部に固定した構成を有する温度補償用パッケージを備えている。
For example, an optical fiber grating device disclosed in
一方、特許文献３に開示される光ファイバグレーティングデバイスは、負の線膨張係数を有する円筒形状の基材のスリット内に光ファイバグレーティングを挿入し、この光ファイバグレーティングの両端部を基材内に接着剤で固定した構成を有する。 On the other hand, in the optical fiber grating device disclosed in Patent Document 3, an optical fiber grating is inserted into a slit of a cylindrical base material having a negative linear expansion coefficient, and both ends of the optical fiber grating are placed in the base material. The structure is fixed with an adhesive.
特許文献２、３によれば、上記のいずれの光ファイバグレーティングデバイスも、上記したそれぞれの構成の温度補償機構を有する結果、中心波長の温度依存変化が抑制されている。
According to
しかしながら、従来の光ファイバグレーティングデバイスは、入力する光の強度が変化した場合に、中心波長が変化してしまうという課題がある。 However, the conventional optical fiber grating device has a problem that the center wavelength changes when the intensity of input light changes.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、入力光強度および環境温度によらず安定した光学特性を有する光ファイバグレーティングデバイスおよびこれを用いた光ファイバレーザを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an optical fiber grating device having stable optical characteristics regardless of input light intensity and ambient temperature, and an optical fiber laser using the same. .
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、コア部と該コア部の外周に形成したクラッド部とを備え、該コア部の長手方向の一部に所定の波長帯域の光を反射するグレーティングを形成したグレーティング形成部を有する光ファイバグレーティングと、前記グレーティング形成部を収容する収容溝を備え、負の線膨張係数を有する基台と、少なくとも前記グレーティング形成部の外周を覆うように形成され、該グレーティング形成部を前記収容溝内に固着するとともに該グレーティング形成部において発生する熱を前記基台に伝導する樹脂部材と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical fiber grating device according to the present invention includes a core portion and a cladding portion formed on the outer periphery of the core portion, and a part of the core portion in the longitudinal direction. An optical fiber grating having a grating forming portion in which a grating that reflects light in a predetermined wavelength band is formed, a receiving groove that contains the grating forming portion, a base having a negative linear expansion coefficient, and at least the grating A resin member that is formed so as to cover the outer periphery of the forming portion, and that fixes the grating forming portion in the housing groove and conducts heat generated in the grating forming portion to the base. To do.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記光ファイバグレーティングは、前記グレーティング形成部を除いた前記クラッド部の外周に形成した被覆部を備え、前記基台は、前記光ファイバグレーティングを前記被覆部において支持する支持溝を備えることを特徴とする。 Further, the optical fiber grating device according to the present invention is the optical fiber grating device according to the above invention, wherein the optical fiber grating includes a covering portion formed on an outer periphery of the cladding portion excluding the grating forming portion, and the base includes the optical fiber. A support groove for supporting the grating in the covering portion is provided.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記光ファイバグレーティングは、前記クラッド部を内側クラッドとし、前記被覆部を外側クラッドとするダブルクラッド型光ファイバ構造を有することを特徴とする。 The optical fiber grating device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the optical fiber grating has a double clad type optical fiber structure in which the clad portion is an inner clad and the covering portion is an outer clad. To do.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材は、前記グレーティング形成部の外周と、前記被覆部の該グレーティング形成部に隣接する部分の外周とを覆うように形成されていることを特徴とする。 In the optical fiber grating device according to the present invention, in the above invention, the resin member is formed so as to cover an outer periphery of the grating forming portion and an outer periphery of a portion of the covering portion adjacent to the grating forming portion. It is characterized by.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材は、前記グレーティング形成部から漏洩する光を透過することを特徴とする。 In the optical fiber grating device according to the present invention as set forth in the invention described above, the resin member transmits light leaking from the grating forming portion.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材の屈折率は、前記光ファイバグレーティングのクラッド部の屈折率よりも高いことを特徴とする。 The optical fiber grating device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the refractive index of the resin member is higher than the refractive index of the cladding portion of the optical fiber grating.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材の屈折率は、前記光ファイバグレーティングのクラッド部の屈折率よりも低いことを特徴とする。 The optical fiber grating device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the refractive index of the resin member is lower than the refractive index of the cladding portion of the optical fiber grating.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材は、ＵＶ硬化樹脂からなることを特徴とする。 The optical fiber grating device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the resin member is made of a UV curable resin.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記基台は、−７０〜−８０ｐｐｍ／℃の線膨張係数を有することを特徴とする。 The optical fiber grating device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the base has a linear expansion coefficient of −70 to −80 ppm / ° C.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記収容溝は、Ｖ字状に形成されたことを特徴とする。 In the optical fiber grating device according to the present invention as set forth in the invention described above, the receiving groove is formed in a V shape.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記収容溝は、前記支持溝に比して幅広且つ深底に形成されたことを特徴とする。 The optical fiber grating device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the receiving groove is formed wider and deeper than the support groove.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記支持溝は、Ｖ字状に形成されたことを特徴とする。 The optical fiber grating device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the support groove is formed in a V shape.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材に密着するように配置され、該樹脂部材を伝導した熱を放熱する放熱部材を備えたことを特徴とする。 Moreover, the optical fiber grating device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the optical fiber grating device includes a heat radiating member disposed so as to be in close contact with the resin member and radiating heat conducted through the resin member.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記放熱部材は、前記基台の上部を覆うように形成されていることを特徴とする。 The optical fiber grating device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the heat dissipation member is formed so as to cover an upper portion of the base.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記放熱部材は、アルミニウム、銅、鉄、およびニッケルの少なくとも一つを含む金属部材を用いて形成されることを特徴とする。 In the optical fiber grating device according to the present invention as set forth in the invention described above, the heat dissipation member is formed using a metal member including at least one of aluminum, copper, iron, and nickel.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記光ファイバグレーティングは、所定の張力を印加した状態で前記基台に固定されていることを特徴とする。 The optical fiber grating device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the optical fiber grating is fixed to the base in a state where a predetermined tension is applied.
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材よりも高い硬度を有し、前記グレーティング形成部を挟むように配置され、前記光ファイバグレーティングを前記収容溝内に固着する補強樹脂部材をさらに備えたことを特徴とする。 Further, the optical fiber grating device according to the present invention has a higher hardness than the resin member in the above invention, is disposed so as to sandwich the grating forming portion, and fixes the optical fiber grating in the housing groove. A reinforced resin member is further provided.
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明のいずれか１つに係る２つの光ファイバグレーティングデバイスと、前記２つの光ファイバグレーティングデバイス間に配置した希土類元素添加光ファイバと、前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給する励起光源と、を備え、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスの各反射波長帯域は重畳しており、前記励起光源が前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給することによって、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスのいずれか一方の端部から前記重畳した波長帯域内の発振波長を有するレーザ光を出力することを特徴とする。 An optical fiber laser according to the present invention includes two optical fiber grating devices according to any one of the above inventions, a rare earth element-doped optical fiber disposed between the two optical fiber grating devices, and the rare earth element doped A pumping light source for supplying pumping light to an optical fiber, the reflection wavelength bands of the two optical fiber grating devices are superimposed, and the pumping light source supplies pumping light to the rare earth element-doped optical fiber. Thus, laser light having an oscillation wavelength within the superimposed wavelength band is output from one end of either of the two optical fiber grating devices.
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記レーザ光を出力する出力端部側に配置され、前記レーザ光を受付け該レーザ光の波長を変換して出力する波長変換素子を備えたことを特徴とする。 The optical fiber laser according to the present invention includes a wavelength conversion element that is disposed on an output end side that outputs the laser light, receives the laser light, converts the wavelength of the laser light, and outputs the laser light. It is characterized by that.
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記希土類元素添加光ファイバおよび前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、偏波保持型光ファイバ構造を有し、前記一方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つと、前記他方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つとを重畳させて、該重畳した波長帯域内の発振波長を有する単一偏波のレーザ光を発振することを特徴とする。 The optical fiber laser according to the present invention is the optical fiber laser according to the above invention, wherein the rare earth element-doped optical fiber and the two optical fiber grating devices have a polarization maintaining optical fiber structure, By superimposing any one of the reflection wavelength bands for the orthogonally polarized light and the one of the reflection wavelength bands for the mutually orthogonally polarized light of the other optical fiber grating device, the superimposed wavelength A single-polarized laser beam having an oscillation wavelength in the band is oscillated.
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、互いのスロー軸とファースト軸とが平行になるように前記希土類元素添加光ファイバに接続していることを特徴とする。 Further, in the optical fiber laser according to the present invention, in the above invention, the two optical fiber grating devices are connected to the rare earth element-doped optical fiber so that their slow axes and first axes are parallel to each other. It is characterized by.
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、互いのスロー軸が互いのファースト軸と平行になるように前記希土類元素添加光ファイバに接続していることを特徴とする。 The optical fiber laser according to the present invention is the optical fiber laser according to the present invention, wherein the two optical fiber grating devices are connected to the rare earth element-doped optical fiber so that their slow axes are parallel to their fast axes. It is characterized by that.
本発明によれば、負の線膨張係数を有する基台と、少なくとも光ファイバグレーティングのグレーティング形成部の外周を覆うように形成され、グレーティング形成部を基台の収容溝内に固着するとともに、グレーティング形成部において発生する熱を基台に伝導する樹脂部材とを備えたことによって、光ファイバグレーティングの光学特性の温度依存変化および入力光強度依存変化が抑制されるので、入力光強度および環境温度によらず安定した光学特性を有する光ファイバグレーティングデバイスを実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, a base having a negative linear expansion coefficient and at least the outer periphery of the grating forming portion of the optical fiber grating are formed, the grating forming portion is fixed in the receiving groove of the base, and the grating By providing a resin member that conducts heat generated in the forming portion to the base, temperature-dependent changes and input light intensity-dependent changes in the optical characteristics of the optical fiber grating are suppressed, so that the input light intensity and the environmental temperature can be reduced. Regardless of this, it is possible to realize an optical fiber grating device having stable optical characteristics.
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスおよび光ファイバレーザの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an optical fiber grating device and an optical fiber laser according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。図１に示すように、この光ファイバグレーティングデバイス１は、光ファイバグレーティング１１と、基台１２と、樹脂部材１３とを備える。以下、各構成要素について具体的に説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic perspective view schematically showing an optical fiber grating device according to
光ファイバグレーティング１１は、正の線膨張係数を有する石英系ガラスからなる光ファイバ部１１１と、被覆部１１２、１１２とを備え、光ファイバ部１１１は、コア部の長手方向の一部に所定の波長帯域の光を反射するグレーティングを形成したグレーティング形成部１１３を有する。また、被覆部１１２、１１２は、グレーティング形成部１１３を除いた光ファイバ部１１１の外周に形成されている。
The
また、基台１２は、光ファイバグレーティング１１のグレーティング形成部１１３を収容する収容溝１２１と、光ファイバグレーティング１１を被覆部１１２、１１２において支持する支持溝１２２、１２２とを備える。この基台１２は、負の線膨張係数を有している。
Further, the
また、樹脂部材１３は、ＵＶ硬化樹脂からなり、収容溝１２１と支持溝１２２、１２２とを充填するように形成されている。すなわち、この樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３の外周と、被覆部１１２、１１２のグレーティング形成部１１３に隣接する部分の外周を覆うように形成されている。そして、樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３を収容溝１２１内に固着するとともに、被覆部１１２、１１２の一部を支持溝１２２、１２２内に固着している。
The
つぎに、光ファイバグレーティング１１の構成について、さらに具体的に説明する。図２は、図１に示す光ファイバグレーティング１１の概略断面と対応する屈折率分布とを示す図である。図２に示すように、光ファイバグレーティング１１において、光ファイバ部１１１は、コア部１１１１とクラッド部１１１２とを備えている。また、屈折率分布については、コア部１１１１、クラッド部１１１２、被覆部１１２の順で低くなっている。その結果、光ファイバグレーティング１１は、クラッド部１１１２を内側クラッドとし、被覆部１１２を外側クラッドとするダブルクラッド型光ファイバ構造を有している。なお、上記屈折率分布については、所定の波長の光がコア部１１１１をシングルモード伝搬し、クラッド部１１１２によってマルチモード伝搬するように設定されている。
Next, the configuration of the optical fiber grating 11 will be described more specifically. FIG. 2 is a diagram showing a schematic cross section of the optical fiber grating 11 shown in FIG. 1 and a corresponding refractive index distribution. As shown in FIG. 2, in the optical fiber grating 11, the
つぎに、基台１２の構成について、さらに具体的に説明する。図３は、図１に示す光ファイバグレーティングデバイス１のＡ矢視図であり、図４は、Ｂ矢視図であり、図５は、図４におけるＣ-Ｃ線一部断面図である。
Next, the configuration of the base 12 will be described more specifically. 3 is a view as viewed from an arrow A of the optical fiber
図３〜５に示すように、基台１２の互いに対向する各縁部には支持溝１２２、１２２がそれぞれ形成され、基台１２の縁部の内側であって支持溝１２２、１２２の間の領域には収容溝１２１が形成されている。支持溝１２２、１２２は、Ｖ字状に形成されたＶ字溝であり、光ファイバグレーティング１１の被覆部１１２の外径よりも大きい開口幅Ｗ１を有する。また、支持溝１２２、１２２は、一直線上に並ぶように形成される。このような支持溝１２２、１２２が光ファイバグレーティング１１を被覆部１１２、１１２において支持することによって、基台１２は、収容溝１２１にグレーティング形成部１１３を弛みおよび曲げが殆ど無い状態で収容できる。
As shown in FIGS. 3 to 5,
また、支持溝１２２、１２２の深さＤ１は、被覆部１１２、１１２を支持溝１２２、１２２内に完全に収容できるような深さとされている。その結果、支持溝１２２、１２２は、光ファイバグレーティング１１を基台１２の上面から突出しないよう支持することができるので、光ファイバグレーティング１１が外部のものと接触して破損することを防止できる。
The depth D1 of the
一方、収容溝１２１は、支持溝１２２、１２２よりも幅広且つ深底に形成されている。すなわち、収容溝１２１は、支持溝１２２、１２２の開口幅Ｗ１よりも大きい幅Ｗ２を有するとともに、支持溝１２２、１２２の深さＤ１よりも大きい深さＤ２を有する直方体状の溝である。その結果、グレーティング形成部１１３を収容溝１２１に収容する際および収容した状態で、グレーティング形成部１１３が収容溝１２１の内面に接触して傷付いたり破損したりすることが、確実に防止される。
On the other hand, the
ここで、光ファイバグレーティングデバイス１に光を入力した場合について説明する。図６は、光ファイバグレーティングデバイス１に光を入力した場合について説明する説明図である。図６に示すように、光ファイバグレーティングデバイス１に紙面左方から光を入力すると、グレーティング形成部１１３のグレーティングの反射波長帯域内の波長を有する光は反射して紙面左方に出力し、それ以外の波長の光はグレーティング形成部１１３を透過して紙面右方に出力する。
Here, a case where light is input to the optical fiber
このとき、入力した光の一部はグレーティングによって吸収または散乱される。すると、吸収または散乱された光が熱に変換されることによって、グレーティング形成部１１３の温度が上昇する。上述したように、光ファイバ部１１１は正の線膨張係数を有するので、温度上昇によってグレーティング形成部１１３を伸長させようとする応力ｆ１、ｆ２が発生する。
At this time, part of the input light is absorbed or scattered by the grating. Then, the absorbed or scattered light is converted into heat, and the temperature of the
一方、グレーティング形成部１１３の外周を覆うように形成された樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３において発生した熱を基台１２に伝導する。その結果、基台１２の温度が上昇する。上述したように、基台１２は負の線膨張係数を有するので、温度上昇によって基台１２を収縮させようとする応力ｆ３、ｆ４が発生する。
On the other hand, the
ここで、グレーティング形成部１１３は、樹脂部材１３によって基台１２の収容溝１２１内に固着しているので、グレーティング形成部１１３に発生する応力ｆ１、ｆ２は、基台１２に発生する応力ｆ３、ｆ４によってキャンセルされる。その結果、グレーティング形成部１１３の長さが伸長することが抑制されるので、グレーティングの中心波長の変化も抑制される。
Here, since the
また、入力光の強度が増加すれば、グレーティング形成部１１３において発生する熱量も増加するので、応力ｆ１、ｆ２も増加する。しかし、同時に、基台１２に伝導する熱量も増加するので、応力ｆ３、ｆ４も増加し、応力ｆ１、ｆ２がキャンセルされる。入力光の強度が減少する場合も同様である。
Further, if the intensity of the input light increases, the amount of heat generated in the
すなわち、入力光強度の変化によるグレーティング形成部１１３の長さの変化は常に抑制される。その結果、光ファイバグレーティングデバイス１は、入力光強度によらず安定した中心波長を有するものとなる。
That is, a change in the length of the
一方、たとえば光ファイバグレーティングデバイス１の環境温度が上昇した場合は、グレーティング形成部１１３には応力ｆ１、ｆ２と同様の応力が発生し、基台１２には応力ｆ３、ｆ４と同様の応力が発生する。しかしながら、上述したように、グレーティング形成部１１３は樹脂部材１３によって基台１２の収容溝１２１内に固着しているので、グレーティング形成部１１３に発生する応力は、基台１２に発生する応力によってキャンセルされる。環境温度が下降した場合も同様である。
On the other hand, for example, when the environmental temperature of the optical fiber
したがって、この光ファイバグレーティングデバイス１は、入力光強度および環境温度によらず安定した反射中心波長を有するものとなる。また、この光ファイバグレーティングデバイス１は、簡単な構造を有しているので、低コストなものとなる。
Therefore, the optical fiber
なお、この光ファイバグレーティングデバイスは、以下のように作製できる。はじめに、従来の方法を用いて作製した光ファイバグレーティング１１と、収容溝１２１および支持溝１２２、１２２を形成した基台１２とを用意する。つぎに、グレーティング形成部１１３が収容溝１２１に収容され、被覆部１１２、１１２が支持溝１２２、１２２に支持されるように、光ファイバグレーティング１１を基台１２に載置する。つぎに、樹脂部材１３を、収容溝１２１および支持溝１２２、１２２に充填し、樹脂部材１３に紫外線を照射して固化することによって、光ファイバグレーティングデバイス１が完成する。
This optical fiber grating device can be manufactured as follows. First, an optical fiber grating 11 manufactured using a conventional method and a base 12 on which an
ここで、光ファイバグレーティング１１を基台１２に載置する際に、光ファイバグレーティング１１に所定の張力を印加し、反射波長帯域が所望の中心波長を有するように光ファイバグレーティング１１を伸長させた状態で、基台１２の収容溝１２１および支持溝１２２、１２２に収容し、樹脂部材１３によって固着することができる。
Here, when the optical fiber grating 11 is placed on the
なお、基台１２の材質は、負の線膨張係数を有するものであれば特に限定されないが、たとえば、β−ユークリプタイトまたはβ−石英固溶体を主結晶とする多結晶体、ＺｒおよびＨｆの少なくともいずれかを含み、リン酸タングステン酸塩またはタングステン酸塩を主結晶とする多結晶体、および液晶ポリマーのいずれかとすればよい。なお、たとえば、石英系ガラスの線膨張係数は＋０．５ｐｐｍ／℃であるが、基台１２が−７０〜−８０ｐｐｍ／℃の線膨張係数を有するものであれば、石英系ガラスからなるグレーティング形成部１１３に発生する応力を効果的にキャンセルできる。このような材質としては、日本電気硝子社製のＣＥＲＳＡＴ（登録商標）がある。
The material of the
また、樹脂部材１３は、たとえばＵＶ硬化型エポキシ樹脂などのＵＶ硬化樹脂からなる。しかし、樹脂材料１３としては、ＵＶ硬化樹脂からなるものに限定されず、熱硬化樹脂等であっても、熱伝導率が十分に高く、グレーティング形成部１１３において発生した熱を効果的に基台１２に伝導することができるものであればよい。さらに、ヤング率が十分に高く、グレーティング形成部１１３において発生した応力を、基台１２において発生した応力によって効果的にキャンセルできるものであればよい。
The
また、樹脂部材１３の屈折率がクラッド部１１１２の屈折率よりも低い場合は、クラッド部１１１２を伝搬する光が樹脂部材１３に漏洩することを防止できる。したがって、たとえば光をクラッド部１１１２内においてマルチモードで伝搬させたい場合は、樹脂部材１３の屈折率をクラッド部１１１２の屈折率よりも低いものとすることが好ましい。
Further, when the refractive index of the
また、樹脂部材１３の屈折率がクラッド部１１１２の屈折率よりも高い場合は、クラッド部１１１２を伝搬する光を樹脂部材１３に漏洩させることができる。したがって、たとえばコア部１１１１から漏洩した光がクラッド部１１１２を伝搬してしまうことを防止したい場合には、樹脂部材１３の屈折率をクラッド部１１１２の屈折率よりも高いものとすることが好ましい。
Further, when the refractive index of the
また、グレーティングによる散乱などによって、コア部１１１１を伝搬する光が、グレーティング形成部１１３から漏洩する場合がある。この漏洩光が樹脂部材１３に到達した場合、樹脂部材１３が漏洩光を吸収して発熱し、劣化するおそれがある。したがって、樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３から漏洩する光を透過するものであることが好ましい。
In addition, light propagating through the
また、この光ファイバグレーティングデバイス１は、樹脂部材１３を伝導した熱を放熱する放熱部材を備えていてもよい。図７は、実施の形態１の変形例に係る光ファイバグレーティングデバイス１ａを模式的に表した斜視概略図である。この光ファイバグレーティングデバイス１ａは、光ファイバグレーティングデバイス１の上面に放熱部材１４を備えたものである。この放熱部材１４は、樹脂部材１３および基台１２の上面に密着させて配置されている。その結果、樹脂部材１３を伝導して上面に到達した熱が効率的に放熱されるので、樹脂部材１３に熱が蓄積して劣化することが防止される。さらに、基台１２が有する熱も効率的に放熱されるので、基台１２に熱が蓄積して劣化することが防止される。なお、この放熱部材１４は、たとえば、熱伝導率が高いアルミニウム、銅、鉄、およびニッケルの少なくとも一つを含む金属部材を用いて形成されることが好ましい。また、この放熱部材１４は、樹脂部材１３を保護する蓋としても機能しており、樹脂部材１３の損傷、劣化などが防止される。
Further, the optical fiber
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスについて説明する。本実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスは、グレーティング形成部を挟むように配置され、光ファイバグレーティングを収容溝内に固着する補強樹脂部材を備えている。
(Embodiment 2)
Next, an optical fiber grating device according to
図８は、本実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。また、図９は、図８に示す光ファイバグレーティングデバイスのＥ矢視図である。図８、９に示すように、この光ファイバグレーティングデバイス２は、実施の形態１におけるものと同様の光ファイバグレーティング１１と、基台２２と、樹脂部材２３と、補強樹脂部材２４、２４とを備える。
FIG. 8 is a schematic perspective view schematically showing the optical fiber grating device according to the second embodiment. FIG. 9 is a view taken along the arrow E of the optical fiber grating device shown in FIG. As shown in FIGS. 8 and 9, the optical fiber
基台２２は、光ファイバグレーティング１１のグレーティング形成部１１３を収容するＶ字状に形成された収容溝２２１を備えている。この収容溝２２１は、光ファイバグレーティング１１を被覆部１１２、１１２において支持する支持溝の役割も果たしている。また、基台２２は、実施の形態１における基台１２と同様に負の線膨張係数を有している。
The
また、樹脂部材２３は、実施の形態１における樹脂１３と同様に、収容溝２２１を充填するように形成され、グレーティング形成部１１３の外周と、被覆部１１２、１１２のグレーティング形成部１１３に隣接する部分の外周を覆うように形成されている。そして、樹脂部材２３は、グレーティング形成部１１３と、被覆部１１２、１１２の一部とを収容溝２２１内に固着している。
Similarly to the
また、補強樹脂部材２４、２４は、グレーティング形成部１１３を挟むように配置され、光ファイバグレーティング１１を収容溝２２１内に固着している。ここで、補強樹脂部材２４、２４は、樹脂部材２３よりも高い硬度を有するので、光ファイバグレーティング１１は、樹脂部材２３のみで固着する場合よりも一層強固に基台２２に固着される。その結果、環境温度の変動に対する光ファイバグレーティングデバイス２の信頼性が一層向上する。また、補強樹脂部材２４、２４を備えることで、樹脂部材２３に要求される硬度を低減できるので、樹脂部材２３の材質の選択肢が広がり、たとえば、樹脂部材２３として、熱伝導率が一層高いものを用いることができる。
Further, the reinforcing
なお、樹脂部材２３として、たとえば熱伝導率が１．３Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱硬化樹脂であるジェル状のアルミナ含有シリコーン樹脂を用いることができる。また、補強樹脂部材２４として、ショアＤ硬度が８０よりも大きいＵＶ硬化樹脂を用いることができる。
As the
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る光ファイバレーザについて説明する。本実施の形態３に係る光ファイバグレーティングは、実施の形態１に係るものと同様の光ファイバグレーティングデバイスを用いて構成した光共振器を備えるものである。
(Embodiment 3)
Next, an optical fiber laser according to Embodiment 3 of the present invention will be described. The optical fiber grating according to the third embodiment includes an optical resonator configured using the same optical fiber grating device as that according to the first embodiment.
図１０は、本実施の形態３に係る光ファイバレーザを模式的に表した概略図である。この光ファイバレーザ１０は、励起光源である半導体レーザ素子２1〜２nと、半導体レーザ素子２1〜２nが出力する励起光を導波するマルチモード光ファイバ２１1〜２１nと、マルチモード光ファイバ２１1〜２１nが導波した励起光を結合し、ダブルクラッド光ファイバ３１から出力させるＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）３と、光ファイバグレーティングデバイス１と同様の構成を有し、ダブルクラッド光ファイバ３１と接続点Ｃ１において接続する光ファイバグレーティングデバイス１ｂと、光ファイバグレーティングデバイス１ｂと接続点Ｃ２において接続するダブルクラッド型の希土類元素添加光ファイバ４と、光ファイバグレーティングデバイス１と同様の構成を有し、希土類元素添加光ファイバ４と接続点Ｃ３において接続する光ファイバグレーティングデバイス１ｃと、光ファイバグレーティングデバイス１ｃと接続点Ｃ４において接続するシングルモード光ファイバ５１を備えるコリメータ部品５と、コリメータ部品５の出力端側に配置されるとともに、光学ステージ６１に載置された波長変換素子６とを備える。
FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing the optical fiber laser according to the third embodiment. This
半導体レーザ素子２1〜２nが出力する励起光の波長は９１５ｎｍ近傍である。また、光ファイバグレーティングデバイス１ｂは、中心波長が１０６４ｎｍであり、中心波長およびその周辺の約２ｎｍの幅の波長帯域における反射率が約１００％であり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。また、光ファイバグレーティングデバイス１ｃは、中心波長が１０６４ｎｍであり、中心波長における反射率が１０〜３０％程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約０．１ｎｍであり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。したがって、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、波長１０６４ｎｍの光に対して光共振器を構成する。
The wavelength of the excitation light output from the
また、希土類元素添加光ファイバ４は、コア部にイットリビウム（Ｙｂ）イオンが添加されている。また、波長変換素子６は、ＰＰＬＮ等の非線形光学媒質からなる第二次高調波発生（ＳＨＧ）素子である。また、光学ステージ６１は、波長変換素子６の位置と角度を調整するものである。さらに、光学ステージ６１は、ペルチェ素子などの冷却素子あるいはヒータなどの加熱素子が内蔵されており、これらの冷却または加熱素子によって波長変換素子６を所望の温度に調整する。
The rare earth element-doped
つぎに、この光ファイバレーザ１０の動作について説明する。半導体レーザ素子２1〜２nが波長９１５ｎｍ近傍の励起光を出力すると、マルチモード光ファイバ２１1〜２１nが各励起光を導波し、ＴＦＢ３が導波した各励起光を結合してダブルクラッド光ファイバ３１に出力する。ダブルクラッド光ファイバ３１は結合した励起光をマルチモードで伝搬する。その後、光ファイバグレーティングデバイス１ｂがダブルクラッド光ファイバ３１を伝搬した励起光を透過して、希土類元素添加光ファイバ４に到達させる。
Next, the operation of the
希土類元素添加光ファイバ４に到達した励起光は、希土類元素添加光ファイバ４の内側クラッド内をマルチモードで伝搬しながら、希土類元素添加光ファイバ４のコア部に添加したＹｂイオンを光励起し、波長１０６４ｎｍを含む波長帯域を有する蛍光を発光させる。この蛍光は、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃが構成する光共振器内をシングルモードで往復しながら、Ｙｂイオンの誘導放出作用により増幅され、発振波長１０６４ｎｍにおいてレーザ発振する。
The excitation light that has reached the rare earth element-doped
図１１は、各光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃの反射スペクトルと、レーザ発振光の出力スペクトルとの関係を示す図である。なお、図１１において、波長λ１は１０６４ｎｍであり、反射率Ｒ１は約１００％であり、反射率Ｒ２は１０〜３０％程度である。図１１に示すように、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、それぞれ波長λ１を中心波長とする反射スペクトルＳ１、Ｓ２を有し、両者の反射波長帯域は重畳している。その結果、レーザ光は、出力スペクトルＳ３が示すように、重畳した反射帯域内の波長λ１で発振する。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the reflection spectra of the optical
以上説明したように、発振波長１０６４ｎｍのレーザ光が、光ファイバグレーティングデバイス１ｃの一端から出力する。つぎに、シングルモード光ファイバ５１は、このレーザ光をコリメータ部品５に導波し、コリメータ部品５はこのレーザ光を平行光であるレーザ光Ｌ１として出力する。このレーザ光Ｌ１は、波長変換素子６に入力する。そして、波長変換素子６は、レーザ光Ｌ１を受付け、レーザ光Ｌ１の波長を変換し、波長５３２ｎｍの波長変換レーザ光Ｌ２として出力する。なお、効率的に波長変換を行うためには、波長変換素子６が、レーザ光Ｌ１に対して、位相整合条件を満たすように配置されていることが好ましい。そのため、波長変換素子６は、光学ステージ６１によって、その角度、位置、および温度が、位相整合条件を満たすように調整されている。
As described above, laser light having an oscillation wavelength of 1064 nm is output from one end of the optical fiber
ここで、半導体レーザ素子２1〜２nが出力する各励起光の強度はたとえば１０〜５０Ｗであり、光ファイバグレーティングデバイス１ｂにはこれらの励起光が結合した強度５０Ｗ以上の励起光が入力する。一方、光ファイバグレーティングデバイス１ｃの一端から出力するレーザ光の強度は１〜１０Ｗである。すなわち、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃには、極めて高い強度の光が入力することとなる。
Here, the intensity of each pumping light output from the
しかしながら、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、実施の形態１に係る光ファイバグレーティングデバイス１と同様の構成を有するので、上述したような極めて高い強度の光が入力し、かつその強度が変化しても、反射波長帯域の変化がきわめて少ない。また、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、環境温度が変化しても、反射波長帯域の変化がきわめて少ない。したがって、この光ファイバレーザ１０は、その出力強度や環境温度にかかわらず、発振波長がきわめて安定したレーザ光Ｌ１を出力することができる。
However, since the optical
さらに、上述した波長変換素子６の位相整合条件は、レーザ光Ｌ１の波長にも依存し、レーザ光Ｌ１の波長が位相整合条件を満たす波長から外れると、波長変換素子６の波長変換効率は急激に低下する。しかしながら、この光ファイバレーザ１０は、レーザ光Ｌ１の波長がきわめて安定しているので、その出力強度や環境温度にかかわらず、波長変換効率を高い値に維持することができる。また、この光ファイバレーザ１０は、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃの中心波長を調整するための特別な温度調整手段を設ける必要がないので、低コストなものとなる。
Further, the phase matching condition of the
なお、この光ファイバレーザ１０が備える光ファイバグレーティングデバイス１ｂにおいては、樹脂部材の屈折率が、クラッド部の屈折率よりも低いものとなっている。その結果、このクラッド部をマルチモードで伝搬する励起光が樹脂部材に漏洩しない。したがって、この光ファイバグレーティングデバイス１ｂは、励起光を効果的に希土類元素添加光ファイバ４に到達させることができる。
In the optical fiber
また、上述したように、光ファイバグレーティングデバイス１ｃは、波長９１５ｎｍの励起光をほとんど透過する。このため、希土類元素添加光ファイバ４において吸収されなかった残留励起光が、光ファイバグレーティングデバイス１ｃとシングルモード光ファイバ５１との接続点Ｃ４に到達し、接続点Ｃ４においてシングルモード光ファイバ５１のクラッド部に結合して伝搬し、波長変換素子６に到達してノイズ光を発生させる場合がある。そこで、この光ファイバレーザ１０においては、上述したように、光ファイバグレーティングデバイス１ｃにおいて、樹脂部材の屈折率をクラッド部の屈折率よりも高くすることが好ましい。このようにすれば、光ファイバグレーティングデバイス１ｃにおいて、クラッド部を伝搬する残留励起光が樹脂部材に漏洩するので、残留励起光が接続点Ｃ４に到達することが防止される。その結果、波長変換素子６においてノイズ光が発生するのを防止できる。
Further, as described above, the optical fiber
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る光ファイバレーザについて説明する。本実施の形態４に係る光ファイバレーザは、実施の形態３に係る光ファイバレーザと同様の構成を有するが、希土類元素添加光ファイバおよび２つの光ファイバグレーティングが、偏波保持型光ファイバ構造を有し、単一偏波のレーザ光を発振させるものである。以下、本実施の形態３に係る希土類元素添加光ファイバおよび２つの光ファイバグレーティングデバイスの光ファイバ部について具体的に説明する。
(Embodiment 4)
Next, an optical fiber laser according to
図１２は、本実施の形態４に係る希土類元素添加光ファイバ４と２つの光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃの光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃとの各接続部を模式的に表した概略図である。なお、方向を説明するために、図１２においてＸＹ軸を定義している。図１２に示すように、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、いずれも互いに直交する２軸方向についてコア部に複屈折特性を持たせた光ファイバであり、具体的には、それぞれコア部１１１１ｂ、１１１１ｃと、クラッド部１１１２ｂ、１１１２ｃと、クラッド部１１１２ｂ、１１１２ｃ内に、コア部１１１１ｂまたは１１１１ｃと一直線上に配列するように形成した応力付与母材１１１３ｂ、１１１３ｃとを備えるＰＡＮＤＡ型の偏波保持型光ファイバである。また、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、それぞれコア部１１１１ｂ、１１１１ｃにグレーティングが形成されたグレーティング形成部１１３ｂ、１１３ｃを有する。
FIG. 12 is a schematic diagram schematically showing each connection portion between the rare earth element-doped
そして、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、応力付与母材１１１３ｂまたは１１１３ｃによって、互いに直交し、屈折率が異なるスロー軸（Ｓｌｏｗ軸）とファースト軸（Ｆａｓｔ軸）とが形成されている。光ファイバ部１１１ｂについては、Ｓｌｏｗ軸がＸ軸方向に平行になっており、Ｆａｓｔ軸がＹ軸方向に平行になっている。また、光ファイバ部１１１ｃについては、Ｆａｓｔ軸がＸ軸方向に平行になっており、Ｓｌｏｗ軸がＹ軸方向に平行になっている。
The
一方、希土類元素添加光ファイバ４も、コア部４１と、クラッド部４２と、クラッド部４２内に、コア部４１と一直線上に配列するように形成した応力付与母材４３とを備えるＰＡＮＤＡ型の偏波保持型光ファイバである。
On the other hand, the rare earth element-doped
そして、希土類元素添加光ファイバ４も、応力付与母材４３によって、直交するＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とが形成されている。なお、希土類元素添加光ファイバ４については、Ｆａｓｔ軸がＸ軸方向に平行になっており、Ｓｌｏｗ軸がＹ軸方向に平行になっている。
In the rare earth element-doped
そして、光ファイバ部１１１ｂと希土類元素添加光ファイバ４とは、接続点Ｃ２において、互いのＳｌｏｗ軸が互いのＦａｓｔ軸と平行になるように接続している。一方、光ファイバ部１１１ｃと希土類元素添加光ファイバ４とは、接続点Ｃ３において、互いのＳｌｏｗ軸とＳｌｏｗ軸とが平行になるように接続している。その結果、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、互いのＳｌｏｗ軸が互いのＦａｓｔ軸と平行になるように希土類元素添加光ファイバ４に接続していることとなる。
The
本実施の形態４に係る光ファイバレーザは、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃと希土類元素添加光ファイバ４とを上記のように接続していることによって、単一偏波のレーザ光を発振することができる。以下、具体的に説明する。
The optical fiber laser according to
図１３は、各光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃの反射スペクトルと、レーザ発振光の出力スペクトルとの関係を示す図である。なお、図１３において、波長λ１は１０６４ｎｍであり、反射率Ｒ１は約１００％であり、反射率Ｒ２は１０〜３０％程度である。ここで、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、コア部に複屈折性を持たせたものなので、反射スペクトルには、Ｓｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸のそれぞれに対応する２つの反射波長帯が現われる。
FIG. 13 is a diagram illustrating the relationship between the reflection spectrum of each of the
ここで、この複屈折率差を調整して、図１３に示すように、光ファイバ部１１１ｂの反射スペクトルＳ４を、Ｆａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ１を中心波長とするピークを有し、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ２を中心波長とするピークを有するスペクトル形状となるようにしておく。同様に、光ファイバ部１１１ｃの反射スペクトルＳ５を、Ｆａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ３を中心波長とするピークを有し、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ１を中心波長とするピークを有するスペクトル形状となるようにしておく。すなわち、光ファイバ部１１１ｂのＦａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域と、光ファイバ部１１１ｃのＳｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域とを重畳させるようにしておく。
Here, by adjusting this birefringence difference, as shown in FIG. 13, the reflection spectrum S4 of the
すると、希土類元素添加光ファイバ４において発生した蛍光のうち、Ｙ軸方向の直線偏波を有するものについては、希土類元素添加光ファイバ４内をその偏光方向を維持したまま伝搬する。そして、光ファイバ部１１１ｂ内に入射すると、Ｆａｓｔ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｂのグレーティングによって、波長λ１をピークとする反射帯域内の光だけが反射される。
Then, among the fluorescence generated in the rare earth element-doped
この反射した光は、希土類元素添加光ファイバ４内をその偏光方向を維持したまま伝搬し、光ファイバ部１１１ｃに入射すると、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｃのグレーティングによって、再び反射される。すなわち、Ｙ軸方向の直線偏波を有する光に対しては、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃが光共振器を構成することになる。したがって、上記の反射が繰り返される結果、中心波長がλ１の出力スペクトルＳ６を有し、Ｙ軸方向の直線偏波を有するレーザ光が発振する。
The reflected light propagates in the rare earth element-doped
一方、希土類元素添加光ファイバ４において発生した蛍光のうち、Ｘ軸方向の直線偏波を有するものについては、光ファイバ部１１１ｂ内に入射すると、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｂのグレーティングによって、波長λ２をピークとする反射帯域内の光だけが反射される。
On the other hand, among the fluorescence generated in the rare earth element-doped
しかし、この反射した光は、光ファイバ部１１１ｃに入射すると、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｃのグレーティングを透過してしまうので、レーザ発振は起こらない。同様に、Ｘ軸方向の直線偏波を有する光が光ファイバ部１１１ｃ内に入射すると、グレーティング形成部１１３ｃのグレーティングによって、波長λ３をピークとする反射帯域内の光だけが反射されるが、この反射した光はグレーティング形成部１１３ｂのグレーティングを透過するので、レーザ発振は起こらない。
However, when the reflected light is incident on the
以上説明したように、本実施の形態４に係る光ファイバレーザにおいては、Ｙ軸方向の直線偏波を有するレーザ光のみが発振する。すなわち、この光ファイバレーザは、単一偏波のレーザ光を発振する単一偏波光ファイバレーザとなる。さらに、この光ファイバレーザは、実施の形態３に係る光ファイバレーザと同様の構成を有するので、その出力強度や環境温度にかかわらず、発振波長がきわめて安定したレーザ光および波長変換レーザ光を出力することができる。 As described above, in the optical fiber laser according to the fourth embodiment, only the laser light having linear polarization in the Y-axis direction oscillates. That is, this optical fiber laser is a single-polarization optical fiber laser that oscillates single-polarization laser light. Further, since this optical fiber laser has the same configuration as that of the optical fiber laser according to the third embodiment, laser light and wavelength-converted laser light whose oscillation wavelength is extremely stable are output regardless of the output intensity and environmental temperature. can do.
なお、上記実施の形態４では、偏波保持型光ファイバとしてＰＡＮＤＡ型の光ファイバを用いたが、本発明はこれに限らず、コア部の断面形状が楕円である楕円コア型の光ファイバを用いてもよい。なお、楕円コア型の光ファイバにおいては、一般的にＦａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸との複屈折率差が小さいので、各軸に対応する２つの反射波長帯域が近接する。しかし、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、環境温度や入射する光の強度に関わらず、反射波長帯域がシフトせずに安定しているので、２つの反射波長帯域が近接しているとしても、重畳することはない。その結果、環境温度や入射する光の強度に関わらず、確実に単一偏波でのレーザ発振が維持される。 In the fourth embodiment, a PANDA optical fiber is used as the polarization maintaining optical fiber. However, the present invention is not limited to this, and an elliptical core optical fiber having an elliptical cross-sectional shape is used. It may be used. In the elliptical core type optical fiber, since the birefringence difference between the Fast axis and the Slow axis is generally small, the two reflection wavelength bands corresponding to the respective axes are close to each other. However, the optical fiber grating device according to the present invention is stable without shifting the reflection wavelength band regardless of the environmental temperature or the intensity of incident light, so even if the two reflection wavelength bands are close to each other. , Do not overlap. As a result, laser oscillation with a single polarization is reliably maintained regardless of the ambient temperature and the intensity of incident light.
（実施例、比較例）
本発明の実施例として、実施の形態４に係る光ファイバレーザと同様のものを作製し、環境温度２５℃において、励起光源から出力する励起光の強度を変化させながらコリメータ部品におけるレーザ光の出力および波長を測定し、レーザ光の出力と波長の変化量との関係について調べた。また、比較例として、実施例に係る光ファイバレーザと同様の構成を有するが、励起光源側に配置する光ファイバグレーティングとして温度補償機構を備えていないものを用い、コリメータ部品側に配置する光ファイバグレーティングとして特許文献２に開示されたものと同様の温度補償機構を備えるものと用いた光ファイバレーザを作製し、実施例と同様の方法を用いてレーザ光の出力と波長の変化量との関係について調べた。
(Examples and comparative examples)
As an example of the present invention, an optical fiber laser similar to the optical fiber laser according to the fourth embodiment is manufactured, and the laser light output from the collimator component is changed while changing the intensity of the excitation light output from the excitation light source at the environmental temperature of 25 ° C. And the wavelength was measured, and the relationship between the output of the laser beam and the amount of change in wavelength was investigated. Further, as a comparative example, an optical fiber having the same configuration as that of the optical fiber laser according to the embodiment but having no temperature compensation mechanism as an optical fiber grating disposed on the pumping light source side is disposed on the collimator component side. An optical fiber laser using a grating having a temperature compensation mechanism similar to that disclosed in
図１４は、実施例と比較例とについて、レーザ光の出力と波長の変化量との関係について示す図である。なお、波長変化量は、出力が約１Ｗの場合の発振波長を基準としたものである。図１４に示すように、実施例に係る光ファイバレーザにおいては、出力に対する波長変化量が小さく、発振波長がきわめて安定していることが確認された。一方、比較例に係る光ファイバレーザにおいては、出力に対する波長変化量が、実施例の場合の６倍以上であり、きわめて大きかった。 FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the output of the laser beam and the amount of change in wavelength for the example and the comparative example. The amount of wavelength change is based on the oscillation wavelength when the output is about 1 W. As shown in FIG. 14, in the optical fiber laser according to the example, it was confirmed that the amount of wavelength change with respect to the output was small and the oscillation wavelength was extremely stable. On the other hand, in the optical fiber laser according to the comparative example, the amount of wavelength change with respect to the output was 6 times or more that in the example, which was extremely large.
つぎに、環境温度を変化させた場合の実施例および比較例に係る光ファイバレーザの特性の変化について測定した。はじめに、環境温度を変化させた場合の、各光ファイバレーザに用いられている光ファイバグレーティングデバイスの反射中心波長の変化について測定した。 Next, changes in the characteristics of the optical fiber lasers according to the example and the comparative example when the environmental temperature was changed were measured. First, the change in the reflection center wavelength of the optical fiber grating device used in each optical fiber laser when the environmental temperature was changed was measured.
図１５は、実施例と比較例とについて、環境温度と各光ファイバグレーティングデバイスの反射中心波長との関係について示す図である。なお、図１５において、ＨＲは、励起光源側に配置する光ファイバグレーティングデバイスを表し、ＯＣは、コリメータ部側に配置する光ファイバグレーティングデバイスを表す。図１５に示すように、温度補償機構を備えていない比較例のＨＲは、中心波長の環境温度依存性が極めて大きく、その温度係数は２４．２ｐｍ／℃であった。一方、従来の温度補償機構を備える比較例のＯＣ、および実施例のＨＲ、ＯＣは、温度係数が小さく、その値はそれぞれ１．５ｐｍ／℃、０．６ｐｍ／℃、３．３ｐｍ／℃であった。 FIG. 15 is a diagram illustrating the relationship between the environmental temperature and the reflection center wavelength of each optical fiber grating device in the example and the comparative example. In FIG. 15, HR represents an optical fiber grating device disposed on the pumping light source side, and OC represents an optical fiber grating device disposed on the collimator unit side. As shown in FIG. 15, the HR of the comparative example not provided with the temperature compensation mechanism has an extremely large environmental temperature dependence of the center wavelength, and its temperature coefficient is 24.2 pm / ° C. On the other hand, the OC of the comparative example having the conventional temperature compensation mechanism and the HR and OC of the examples have small temperature coefficients, and the values are 1.5 pm / ° C., 0.6 pm / ° C., and 3.3 pm / ° C., respectively. there were.
つぎに、環境温度を変化させた場合の、実施例および比較例に係る光ファイバレーザの出力安定性について測定した。具体的には、環境温度を２５℃として、各光ファイバレーザのレーザ光出力が約１Ｗになるように各励起光の強度を固定し、その後環境温度を変化させながら、各レーザ光出力の１時間以内の出力の変動幅を測定した。 Next, the output stability of the optical fiber lasers according to Examples and Comparative Examples when the environmental temperature was changed was measured. More specifically, the ambient temperature is set to 25 ° C., the intensity of each excitation light is fixed so that the laser light output of each optical fiber laser is about 1 W, and then the laser light output is changed to 1 while changing the environmental temperature. The fluctuation range of the output within the time was measured.
図１６は、実施例と比較例とについて、環境温度とレーザ光出力の変動幅との関係について示す図である。図１６に示すように、実施例に係る光ファイバレーザにおいては、環境温度が０〜７０℃にわたって、レーザ光出力の変動幅が２％以内であり、きわめて安定していた。一方、比較例に係る光ファイバレーザにおいては、環境温度が変化するとＨＲの中心波長が大きく変化するので、環境温度が２５℃前後の場合にしかレーザ発振が起こらず、またレーザ発振が起こったとしても、レーザ光出力の変動幅は大きく、きわめて不安定であった。 FIG. 16 is a diagram illustrating the relationship between the environmental temperature and the fluctuation range of the laser beam output for the example and the comparative example. As shown in FIG. 16, in the optical fiber laser according to the example, the fluctuation range of the laser light output was within 2% over the environment temperature of 0 to 70 ° C., and was extremely stable. On the other hand, in the optical fiber laser according to the comparative example, when the environmental temperature changes, the center wavelength of the HR changes greatly, so that laser oscillation occurs only when the environmental temperature is around 25 ° C. However, the fluctuation range of the laser light output was large and extremely unstable.
また、実施例に係る光ファイバレーザの励起光の強度を増加し、レーザ光出力を約１０Ｗとしたが、レーザ光出力の変動幅はきわめて安定していた。一方、環境温度２５℃において、比較例に係る光ファイバレーザの励起光の強度を増加したところ、やがてレーザ発振が起こらなくなった。 Further, although the intensity of the excitation light of the optical fiber laser according to the example was increased and the laser light output was about 10 W, the fluctuation range of the laser light output was very stable. On the other hand, when the intensity of the pumping light of the optical fiber laser according to the comparative example was increased at an environmental temperature of 25 ° C., laser oscillation eventually stopped.
なお、上記実施の形態４においては、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃが、互いのＳｌｏｗ軸が互いのＦａｓｔ軸と平行になるように希土類元素添加光ファイバ４に接続している。しかしながら、たとえば図１２において、光ファイバ部１１１ｂを中心軸の回りに時計回りに９０度回転させて希土類元素添加光ファイバ４と接続して、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃが、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とが平行になるように希土類元素添加光ファイバ４に接続するようにしてもよい。この場合は、たとえばＹ軸方向の直線偏波を有するレーザ光のみを発振させる場合には、複屈折率差を調整し、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃのＳｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域同士が重畳させるようにし、Ｆａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域同士は重畳しないようにしておく。
In the fourth embodiment, the
また、上記実施の形態３，４では、希土類元素添加光ファイバのコア部にＹｂイオンを添加したが、エルビウム（Ｅｒ）イオンを添加したり、ＹｂイオンとＥｒイオンとを共添加したりしてもよい。この場合、励起光の波長はたとえば９８０ｎｍとする。また、レーザ発振波長については、１０６４ｎｍに限られず、各光ファイバグレーティングの中心波長を調整すれば発振波長を調整できる。 In the third and fourth embodiments, Yb ions are added to the core of the rare earth element-doped optical fiber, but erbium (Er) ions are added or Yb ions and Er ions are added together. Also good. In this case, the wavelength of excitation light is 980 nm, for example. Further, the laser oscillation wavelength is not limited to 1064 nm, and the oscillation wavelength can be adjusted by adjusting the center wavelength of each optical fiber grating.
また、上記実施の形態１〜４では、光ファイバグレーティングデバイスおよび希土類元素添加光ファイバとしてダブルクラッド型光ファイバを用いたが、いずれの場合もシングルモード光ファイバを用いてもよい。 In the first to fourth embodiments, the double-clad optical fiber is used as the optical fiber grating device and the rare earth element-doped optical fiber. However, in either case, a single mode optical fiber may be used.
また、上記実施の形態１、３、４では、収容溝は、支持溝よりも幅広且つ深底に形成されているが、基台の加工性を高めるために、実施の形態２のように、収容溝と支持溝とを同一形状のＶ字溝としてもよい。 In the first, third, and fourth embodiments, the housing groove is formed wider and deeper than the support groove, but in order to improve the workability of the base, as in the second embodiment, The housing groove and the support groove may be V-shaped grooves having the same shape.
１、１ａ〜１ｃ、２ 光ファイバグレーティングデバイス
１１ 光ファイバグレーティング
１１１、１１１ｂ、１１１ｃ 光ファイバ部
１１２ 被覆部
１１３、１１３ｂ、１１３ｃ グレーティング形成部
１２、２２ 基台
１２１、２２１ 収容溝
１２２ 支持溝
１３、２３ 樹脂部材
１４ 放熱部材
２1〜２n 半導体レーザ素子
２１1〜２１n マルチモード光ファイバ
３ ＴＦＢ
３１ ダブルクラッド光ファイバ
４ 希土類元素添加光ファイバ
４１、１１１１、１１１１ｂ、１１１１ｃ コア部
４２、１１１２、１１１２ｂ、１１１２ｃ クラッド部
４３、１１１３ｂ、１１１３ｃ 応力付与母材
５ コリメータ部品
５１ シングルモード光ファイバ
６ 波長変換素子
６１ 光学ステージ
１０ 光ファイバレーザ
Ｃ１〜Ｃ４ 接続点
ｆ１〜ｆ４ 応力
Ｌ１ レーザ光
Ｌ２ 波長変換レーザ光
Ｓ１〜Ｓ６ スペクトル
Ｗ１、Ｗ２ 幅
DESCRIPTION OF
31 Double-clad
Claims (22)
前記グレーティング形成部を収容する収容溝を備え、負の線膨張係数を有する基台と、
少なくとも前記グレーティング形成部の外周を覆うように形成され、該グレーティング形成部を前記収容溝内に固着するとともに該グレーティング形成部において発生する熱を前記基台に伝導する樹脂部材と、
を備えたことを特徴とする光ファイバグレーティングデバイス。 An optical fiber grating having a grating part formed with a core part and a clad part formed on the outer periphery of the core part, and forming a grating that reflects light of a predetermined wavelength band in a part of the longitudinal direction of the core part;
A receiving groove for receiving the grating forming portion, and a base having a negative linear expansion coefficient;
A resin member that is formed so as to cover at least the outer periphery of the grating forming portion, and that fixes the grating forming portion in the housing groove and conducts heat generated in the grating forming portion to the base;
An optical fiber grating device comprising:
前記基台は、前記光ファイバグレーティングを前記被覆部において支持する支持溝を備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバグレーティングデバイス。 The optical fiber grating includes a covering portion formed on the outer periphery of the cladding portion excluding the grating forming portion,
The optical fiber grating device according to claim 1, wherein the base includes a support groove that supports the optical fiber grating in the covering portion.
前記２つの光ファイバグレーティングデバイス間に配置した希土類元素添加光ファイバと、
前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
を備え、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスの各反射波長帯域は重畳しており、前記励起光源が前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給することによって、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスのいずれか一方の端部から前記重畳した波長帯域内の発振波長を有するレーザ光を出力することを特徴とする光ファイバレーザ。 Two optical fiber grating devices according to any one of claims 1 to 17,
A rare earth-doped optical fiber disposed between the two optical fiber grating devices;
An excitation light source for supplying excitation light to the rare earth element-doped optical fiber;
Each reflection wavelength band of the two optical fiber grating devices is superposed, and the excitation light source supplies excitation light to the rare earth element-doped optical fiber, so that either of the two optical fiber grating devices is provided. An optical fiber laser characterized in that a laser beam having an oscillation wavelength within the superimposed wavelength band is output from one end.
前記一方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つと、前記他方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つとを重畳させて、該重畳した波長帯域内の発振波長を有する単一偏波のレーザ光を発振することを特徴とする請求項１８または１９に記載の光ファイバレーザ。 The rare earth element-doped optical fiber and the two optical fiber grating devices have a polarization maintaining optical fiber structure,
Any one of the reflection wavelength bands for the orthogonally polarized light of the one optical fiber grating device, and any one of the reflection wavelength bands for the orthogonally polarized light of the other optical fiber grating device, The optical fiber laser according to claim 18 or 19, wherein the optical fiber laser oscillates and oscillates a single-polarized laser beam having an oscillation wavelength within the superimposed wavelength band.
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