JP5377129B2 - ファイバレーザ装置 - Google Patents

Description

本発明は、環境温度の変化によらず安定した光出力が得られるファイバレーザ装置に関する。

光の反射率が高いファイバブラッググレーティングと、光の反射率が低いファイバブラッググレーティングとで構成された光共振器を備える光部品は、様々な分野で使用されており、代表的なものとしてファイバレーザ装置が挙げられる。ファイバレーザ装置では、これらファイバブラッググレーティング以外に、例えば、レーザ光源、増幅用光ファイバ等を備え、構成される。図１４は、従来のファイバレーザ装置を例示する概略構成図である。ここに示すファイバレーザ装置７は、高反射率ＦＢＧ１１の一端と、低反射率ＦＢＧ１２の一端とが、増幅用光ファイバ１３を介して互いに接続され、高反射率ＦＢＧ１１の他端が、光ファイバ１５を介してレーザ光源１４と接続され、低反射率ＦＢＧ１２の他端側から光ファイバ１５を介してレーザ光を出射できるように、概略構成されたものである。
従来のファイバレーザ装置としては、ここに示すもの以外にも、ファイバブラッググレーティングを三つ以上備えるものや、さらに第二高調素子等の波長変換素子を備えるものも知られている。

一方、ファイバブラッググレーティングは、環境温度の変化によって、反射光の中心波長が変化し、その結果、光出力が不安定になることが知られている。したがって、ファイバレーザ装置等の光部品では、安定した光出力が得られるように、ファイバブラッググレーティングにおける反射光の中心波長の変化を抑制することが求められる。

反射光の中心波長の変化を抑制する従来の方法としては、温度調節手段であるペルチェ素子を使用して、環境温度の変化によらずファイバブラッググレーティングの温度を一定に制御する方法（例えば、特許文献１参照）、環境温度に応じて伸縮する材料（感温伸縮材）にファイバブラッググレーティングを取り付け、該伸縮材の伸縮によってファイバブラッググレーティングの回折格子の周期をずらす方法（例えば、特許文献２参照）が開示されている。

特開２００７−３２８０１２号公報 特開２００４−１６５３８９号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、光の反射率が高いものと低いものとで、ファイバブラッググレーティングに個別に温度調節手段を設けて温度制御しており、装置の構成が複雑で小型化が難しいという問題点があった。
また、特許文献２に記載の方法でも、光の反射率が高いものと低いものとで、ファイバブラッググレーティングに個別に感温伸縮材を使用しており、同様の問題点があった。
このように、従来の光共振器を備えるファイバレーザ装置等では、小型化が可能で且つ光出力が安定化されたものが無いのが現状であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便な構成で小型化が可能であり、光出力が安定化されたファイバレーザ装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、
本発明は、光源と、増幅用光ファイバと、第一のファイバブラッググレーティングと、該第一のファイバブラッググレーティングよりも光の反射率が低い第二のファイバブラッググレーティングと、を備えたファイバレーザ装置であって、前記第一及び第二のファイバブラッググレーティングが、これらの略長手方向に沿って、互いに接触配置されていることを特徴とするファイバレーザ装置を提供する。
本発明のファイバレーザ装置は、さらに、前記第一及び第二のファイバブラッググレーティングが、断熱材で包囲されていることが好ましい。
本発明のファイバレーザ装置は、さらに、前記第一及び第二のファイバブラッググレーティングの少なくとも一方の温度を調節する一つ以上の温調手段を備えることが好ましい。
本発明のファイバレーザ装置は、前記温調手段として、前記第一及び第二のファイバブラッググレーティングを共に温度調節するものを一つ備えることが好ましい。
本発明のファイバレーザ装置は、さらに、波長変換素子を備え、該波長変換素子、並びに第一及び第二のファイバブラッググレーティングの温度を調節する温調手段を備えることが好ましい。
本発明のファイバレーザ装置は、前記温調手段が、ペルチェ素子、水冷装置又は空冷装置であることが好ましい。

本発明によれば、簡便な構成で小型化が可能であり、光出力が安定化されたファイバレーザ装置が得られる。

本発明のファイバレーザ装置を例示する概略構成図である。 固定手段及び固定補助手段を併用して、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧを固定した状態を例示する概略図である。 本発明のファイバレーザ装置のうち、温調手段により温度調節されるように配置された高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧの配置形態を例示する概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 本発明のファイバレーザ装置における、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧの他の配置形態を例示する概略断面図である。 本発明のファイバレーザ装置のうち、温調手段により温度調節されるように配置された高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧの他の配置形態を例示する概略図である。 本発明のファイバレーザ装置のうち、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧが断熱材で包囲されている形態を例示する概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。 本発明のファイバレーザ装置のうち、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧが断熱材で包囲されている他の形態を例示する概略断面図である。 本発明の、波長変換素子及び温調手段を備えるファイバレーザ装置を例示する概略構成図である。 本発明の、波長変換素子及び温調手段を備える他のファイバレーザ装置を例示する概略構成図である。 実施例１で使用したファイバレーザ装置を示す概略構成図である。 実施例１で使用した高反射率ＦＢＧの光の反射率と波長との関係を示すグラフである。 実施例１で使用した低反射率ＦＢＧの光の反射率と波長との関係を示すグラフである。 実施例２で使用したファイバレーザ装置を示す概略構成図である。 従来のファイバレーザ装置を例示する概略構成図である。 比較例１で使用したファイバレーザ装置を示す概略構成図である。 比較例２で使用したファイバレーザ装置を示す概略構成図である。

本発明のファイバレーザ装置は、光源と、増幅用光ファイバと、第一のファイバブラッググレーティングと、該第一のファイバブラッググレーティングよりも光の反射率が低い第二のファイバブラッググレーティングと、を備え、前記第一及び第二のファイバブラッググレーティングが、これらの略長手方向に沿って、互いに接触配置されていることを特徴とする。
本発明のファイバレーザ装置においては、前記第一のファイバブラッググレーティング（以下、高反射率ＦＢＧと略記することがある）と、前記第二のファイバブラッググレーティング（以下、低反射率ＦＢＧと略記することがある）とで、光共振器が構成される。
以下、本発明について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、ファイバブラッググレーティングをＦＢＧと略記することがある。

図１は、本発明のファイバレーザ装置を例示する概略構成図である。
ここに示すファイバレーザ装置１は、高反射率ＦＢＧ１１の一端と、低反射率ＦＢＧ１２の一端とが、増幅用光ファイバ１３を介して互いに接続され、高反射率ＦＢＧ１１の他端が、光ファイバ１５を介してレーザ光源１４と接続されており、低反射率ＦＢＧ１２の他端側から光ファイバ１５を介してレーザ光を出射できるように、概略構成されている。なお、図１においては、高反射率ＦＢＧと低反射率ＦＢＧを判り易くするために強調表示しており、これは以降の一部の図においても同様である。

高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２は、これらの長手方向に沿って、互いに接触して配置されている。このように配置することで、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２との接触部の長さが長くなり、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２の少なくとも一方の温度が、環境温度の変化に起因して変化しても、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２との間の熱伝導によって、これらの温度は略同等となる。その結果、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２において、反射光の中心波長の変化が抑制され、レーザの出力低下が抑制され、安定化される。

ここでは、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２が、長手方向の全長に渡って互いに接触している例について示しているが、本発明においてはこれに限定されず、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２が、これらの略長手方向（概ね長手方向）に沿って互いに接触していれば良い。そして、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２との接触部の長さが長いほど、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２の温度が略同等となる効果が大きく、前記接触部の長さが、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２の少なくとも一方の長手方向の全長に対して９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましく、９８％以上であることが特に好ましい。前記接触部の長さは、接触時の高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２の中心軸の向きを調節することで調節できる。

高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２は、互いに接触していなくても、極めて近接して配置されていれば、同等の環境下に配置されているとみなせるので、接触させた場合と同様に温度が略同等となる可能性がある。しかし、その場合のこれらＦＢＧ間の距離は、これらＦＢＧが配置されている環境条件によって変動してしまうので、必ずしも略同等の温度になるとは限らない。しかし、本発明のように接触して配置されていれば、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２は同等の環境下に配置され得るだけでなく、上記のように熱伝導されることによって、確実に略同等の温度となる。

高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２は、接触位置がずれないように、互いに固定されていることが好ましい。固定方法は特に限定されず、例えば、接着剤で接着固定する方法、治具で固定する方法、テープで固定する方法等、いずれでも良い。固定時の高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２においては、これらの中心軸方向に印加される張力又は圧力が小さいほど好ましい。このようにすることで、ＦＢＧの特性を一層安定化できる。例えば、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２の外周面全面を接着剤で被覆したり、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２の長手方向全長に渡って治具を使用したりして、固定箇所が長手方向の全長に及ぶようにしても良いが、固定箇所が長手方向の一部であることが好ましい。このようにすることで、作業性を向上させることもできる。さらに、固定箇所を長手方向の複数箇所に所定の間隔をおいて設けることにより、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２を一層安定して固定できる。

本発明においては、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２の少なくとも一方を載置する部位を備えた固定補助手段を使用しても良い。固定補助手段としては、金属類、樹脂類、ゴム類、ガラス類、木材等の、ＦＢＧを支持するのに十分な強度を有する材質からなるプレート状又はブロック状のものが例示できる。
固定補助手段は単独で使用しても良いし、前記接着剤、治具、テープ等の固定手段と併用しても良い。
図２は、固定手段及び固定補助手段を併用して、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２を固定した状態を例示する概略図である。なお、図２において、図１に示す構成要素と同じものには図１の場合と同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。これは、以降の図においても同様である。

図２においては、所定の厚さを有するプレート状の固定補助手段１６の平坦面１６ａ上に、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２が、これらの長手方向に沿って互いに接触した状態で載置され、さらにこれらの長手方向両端部近傍において、接着剤１７，１７により固定されている。なお、ここで接着剤１７は固化した状態のものであり、固定補助手段の平坦面１６ａ上に、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２の一部を被覆するようにして盛り付けられている。このように、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧが、これらの長手方向の複数箇所で固定されることで、一層安定して固定される。なお、ここでは、固定手段により、固定補助手段、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧが一括して固定された例を示しているが、例えば、固定手段により互いに固定された高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧが、さらに別の固定手段により固定補助手段１６に固定されていても良い。また、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧのいずれか一方のみが、固定補助手段に固定されていても良い。

高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２は、公知の方法で作製できる。例えば、光ファイバの被覆を除去してコアを露出させた後、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザとユニフォーム位相マスクを使用する一般的な露光方法等で露光させ、該露光部を硬化性樹脂でリコートすれば良い。硬化性樹脂は、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂等、公知のものから目的に応じて任意に選択できる。なかでも短時間で硬化でき、光特性も良好であることから、光硬化性樹脂が好ましく、紫外線硬化性樹脂がより好ましい。

高反射率ＦＢＧ１１の光の反射率は特に限定されないが、通常、９９．００％〜９９．９９％であることが好ましい。
低反射率ＦＢＧ１２の光の反射率は、高反射率ＦＢＧ１１の光の反射率に応じて適宜設定すれば良いが、通常は、０．５〜９０．０％であることが好ましい。
そして、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２の光の反射率は、それぞれレーザ光源１４の発振波長に応じて調節することが好ましい。例えば、コアにイッテルビウム（Ｙｂ）が添加されたＹｂ添加光ファイバを使用する場合には、増幅波長域は９００〜１２００ｎｍであることが好ましい。そして、発振波長が１０６４ｎｍである場合には、高反射率ＦＢＧ１１の光の反射率は９９．００％以上であることが好ましく、低反射率ＦＢＧ１２の光の反射率は２〜８％程度であることが好ましい。一方、発振波長が１１８０ｎｍである場合には、高反射率ＦＢＧ１１の光の反射率は９９．００％〜９９．９９％であることが好ましく、低反射率ＦＢＧ１２の光の反射率は８０％程度であることが好ましい。

高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２は、反射光の中心波長の温度係数が互いに近いほど好ましく、同等であるとことが特に好ましく、共に０．０１ｎｍ／℃程度であることが最も好ましい。このようにすることで、これらＦＢＧの温度が変化した時に、反射光の中心波長の変化の仕方が極めて類似したものとなる。

高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２のコアを被覆する被覆層は、これらＦＢＧ間の熱伝導が良好であれば特に限定されず、通常使用されるもので良い。例えば、熱伝導率が０．１（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上の被覆層であれば、本発明の効果がより十分に発揮される。

レーザ光源１４は公知のもので良く、レーザダイオード等が例示できる。

増幅用光ファイバ１３も公知のもので良く、コアに希土類元素が添加された光ファイバが例示できる。そして、前記希土類元素としては、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イットリウム（Ｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）、プラセオジム（Ｐｒ）又はネオジム（Ｎｄ）等が例示でき、Ｙｂを必須成分とすることが好ましい。希土類元素は二種以上が添加されていても良い。増幅用光ファイバ１３の増幅率は、光の波長に依存し、例えば、希土類元素の種類により調節できる。

ファイバレーザ装置１では、レーザ光源１４から発振された励起光が、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２との間で繰り返し反射され、この間、増幅用光ファイバ１３により増幅されて、低反射率ＦＢＧ１２側から光ファイバ１５を介して、レーザが出力される。この時、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２は、環境温度が変化しても互いに略同等の温度となるので、反射光の中心波長の変化が抑制される。その結果、レーザの出力低下が抑制され、安定化される。

本発明のファイバレーザ装置は、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧの少なくとも一方の温度を調節する一つ以上の温調手段を備えることが好ましい。高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧを能動的に温度調節することで、反射光の中心波長の変化を抑制する一層高い効果が得られる。温調手段としては、温度調節の対象に接触して熱伝導するものが好ましく、具体的には、ペルチェ素子、水冷装置及び空冷装置が例示でき、公知のもので良い。

図３は、このようなファイバレーザ装置のうち、温調手段により温度調節されるように配置された高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧの配置形態を例示する概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
図３において、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２は、共に温調手段である一つのペルチェ素子１８１により温度調節されるようになっている。具体的には、ペルチェ素子１８１上に、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２が互いに接触した状態で載置されている。ペルチェ素子１８１は、温度コントローラ１８０と電気的に接続され、所望の温度に調節できるようになっている。上記の点以外は、図３におけるファイバレーザ装置は図１に示すものと同様である。
図３に示す配置形態によれば、一つの温調手段で高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧを効率的に温度調節でき、構成も簡略化できる。

ここでは、温調手段を一つ備えたものを示しているが、温調手段の数は複数でも良い。ただし、複数の場合には、二つであることが好ましい。温調手段を複数備えていても、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２が接触配置されているので、ファイバレーザ装置が占める体積は従来よりも小さくなるが、一つとすることにより、構成を最も簡略化でき、占める体積も最小にできる。

図３では、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧが、共に温調手段に接触した状態で配置されている例を示しているが、本発明においては、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧのいずれか一方のみが、温調手段に接触した状態で配置されていても良い。
図４は、このような高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧの配置形態を例示する概略断面図である。図４においては、高反射率ＦＢＧ１１がペルチェ素子１８１に接触し、低反射率ＦＢＧ１２がペルチェ素子１８１に接触しないようにして配置されている。この場合、低反射率ＦＢＧ１２はペルチェ素子１８１との間で直接熱伝導されることはないが、ペルチェ素子１８１との間で直接熱伝導され、温度調節された高反射率ＦＢＧ１１を介して、温度調節される。上記の点以外は、図４におけるファイバレーザ装置は図３に示すものと同様である。
なお、ここでは図示を省略するが、低反射率ＦＢＧ１２がペルチェ素子１８１に接触し、高反射率ＦＢＧ１１がペルチェ素子１８１に接触しないようにして配置されていても良い。

図５は、温調手段として空冷装置を使用した場合の高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧの配置形態を例示する概略断面図である。
ここに示す空冷装置１８２は中空筒状であり、その外表面のうち、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２の載置面（上面）以外に放熱用のフィン１８２ａが形成され、内部１８２ｃに送風用のファン１８２ｂが設けられたものである。図５におけるファイバレーザ装置は、温調手段として空冷装置１８２を使用していること以外は、図３に示すものと同様である。
また、例えば、空冷装置１８２において、ファン１８２ｂを設けず、内部１８２ｃを水の流路とした水冷装置も、温調手段として本発明においては好適である。

高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２の少なくとも一方は、温調手段に固定されていても良い。この時の固定方法は、先に説明した、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２の少なくとも一方を固定補助手段に固定する方法と同様で良い。すなわち、温調手段は、固定補助手段を兼ねるものとすることができる。

本発明のファイバレーザ装置においては、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧが断熱材で包囲されていることが好ましい。このようにすることで、外部の環境温度の変化の影響を受け難くなり、反射光の中心波長の変化を抑制する一層高い効果が得られる。

図６は、このようなファイバレーザ装置のうち、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧが断熱材で包囲されている形態を例示する概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２は、これらの接触部を除く外表面全面が断熱材１９１で被覆されている。ファイバレーザ装置においては、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２のみが断熱材１９１で被覆されていても良いが、ここに示すように、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２だけでなく、これらの両端部に接続している光ファイバ１５の一部まで被覆されていた方が、断熱効果に優れるため、反射光の中心波長の変化を抑制する一層高い効果が得られる。図６におけるファイバレーザ装置は、上記の点以外は、図１に示すものと同様である。

図７は、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧが断熱材で包囲されている他の形態を例示する概略断面図である。ここでは、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２が、これらの両端部に接続している光ファイバ１５，１５，・・と共に断熱材１９２で包囲されている。そして、これらＦＢＧの一方の端部に接続している光ファイバ１５，１５の所定部位から、他方の端部に接続している光ファイバ１５，１５の所定部位までが、断熱材１９２に接触することなく、断熱材１９２で形成されている中空の空間内に配置されており、光ファイバ１５，１５，・・の残りの部位は、断熱材１９２で被覆されている。図７におけるファイバレーザ装置は、上記の点以外は、図１に示すものと同様である。
なお、ここでは図示を省略するが、断熱材１９２で被覆されている部位は、高反射率ＦＢＧ１１及び／又は低反射率ＦＢＧ１２にまで及んでいても良い。

断熱材で包囲する場合、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧは、先に説明したように、固定手段により互いに固定されていても良く、さらに固定補助手段を使用して固定されていても良い。このような場合、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧと共に、固定手段や固定補助手段も断熱材で包囲されていることが好ましい。このようにすることで、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧが、外部の環境温度の変化の影響を一層受け難くなる。
さらに、温調手段を備える場合には、同様の理由により、温調手段も高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧと共に、断熱材で包囲されていることが好ましい。

断熱材の材質は特に限定されず、公知のものから任意に選択できる。具体的には、フッ素系ゴム、フッ素系樹脂、シリコン樹脂、ガラスウール、セラミックファイバー等が例示でき、フッ素系ゴム、フッ素系樹脂、シリコン樹脂等は加工性に優れる点で好ましい。

上記本発明のファイバレーザ装置は、さらに、波長変換素子を備えていても良い。
前記波長変換素子は、発振したレーザ光の波長を変換して出力するものであり、公知のものが使用できる。

ファイバレーザ装置が波長変換素子を備える場合、さらに、波長変換素子、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧの温度を調節する温調手段を備えることが好ましい。このようなファイバレーザ装置において、波長変換素子の温度が、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧの温度と略同等となるように温度調節することで、波長変換素子における光の中心波長の変化を抑制でき、光出力を一層安定化できる。

図８は、このような波長変換素子及び温調手段を備えるファイバレーザ装置を例示する概略構成図である。
ここに示すファイバレーザ装置２は、図１に示すファイバレーザ装置１において、図３に示すように高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２が、ペルチェ素子１８１により温度調節可能とされ、さらに、低反射率ＦＢＧ１２のレーザ光出射側の光ファイバ１５に、波長変換素子１０が間挿され、波長変換素子１０がペルチェ素子１８１で温度調節可能とされたものである。波長変換素子１０は、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２と同様に、ペルチェ素子１８１上に載置され、このペルチェ素子１８１は、温度コントローラ１８０と電気的に接続され、所望の温度に調節できるようになっている。

図８では、温調手段としてペルチェ素子を使用したものを示しているが、その他の温調手段を使用しても良く、例えば、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧを温度調節する温調手段と、波長変換素子を温度調節する温調手段とで、異なる種類のものを使用しても良い。

図９は、波長変換素子及び温調手段を備える他のファイバレーザ装置を例示する概略構成図である。
ここに示すファイバレーザ装置３は、図８に示すファイバレーザ装置２において、高反射率ＦＢＧ１１、低反射率ＦＢＧ１２及び波長変換素子１０が、一つのペルチェ素子１８１により温度調節されるように構成されたものである。この点以外は、ファイバレーザ装置３は、図８に示すファイバレーザ装置２と同様である。
ファイバレーザ装置３によれば、温調手段が一つだけなので、高反射率ＦＢＧ１１、低反射率ＦＢＧ１２及び波長変換素子１０を効率的に温度調節でき、構成を大幅に簡略化できる。

本発明のファイバレーザ装置において、高反射率ＦＢＧと低反射率ＦＢＧは、互いに接触していることで、環境温度が変化しても、これらの間で速やかに熱伝導され、略同等の温度となる。
これに対して、従来のファイバレーザ装置では、環境温度の変化で、高反射率ＦＢＧと低反射率ＦＢＧの温度が変化し、反射光の中心波長が変化し易い。これは、環境温度の変化が大きい場合に特に顕著である。例えば、高反射率ＦＢＧと低反射率ＦＢＧが、ファイバレーザ装置のその他の構成要素に対して数ｃｍ程度の極めて近接した距離で配置されている場合には、これらＦＢＧは、その他の構成要素の温度の影響を受け易く、通常よりも反射光の中心波長が一層変化し易い。さらに、ファイバレーザ装置が筐体に収納された場合等、風通しが悪い閉鎖的な空間に配置された場合には、この傾向が一層強くなる。すなわち、光出力を安定化させ、さらに小型化するためには、従来のファイバレーザ装置は不向きである。
一方、本発明のファイバレーザ装置では、環境温度の変化が大きくても、高反射率ＦＢＧと低反射率ＦＢＧの温度は略同等となる。したがって、光出力の安定を損なうことなく小型化できる。

ここまでは、ファイバレーザ装置について説明したが、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧを、これらの略長手方向に沿って、互いに接触配置させる配置形態は、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧにおいて、反射光の中心波長の変化の抑制が求められる、あらゆる光部品に適用できる。例えば、光符号分割多重方式（ＯＣＤＭ）におけるバイポーラ符号複合器や、所望の波長帯域の光を透過又は遮断する光フィルタ等へも適用できるし、さらに、これらに限定されるものではない。また、ＦＢＧの数も二つに限定されず、目的に応じて三つ以上であっても良い。

本発明のファイバレーザ装置によれば、高反射率ＦＢＧ及び低反射率ＦＢＧ１２の温度を略同等とすることで、環境温度の変化が生じても、これらＦＢＧにおける反射光の中心波長の変化を抑制できる。また、さらに温調手段を使用してこれらＦＢＧの温度を能動的に略同等とすることで、あるいはこれらＦＢＧを断熱材で包囲することで、反射光の中心波長の変化を抑制する一層高い効果が得られる。その結果、光（レーザ）出力の低下を抑制でき、安定化できる。また、簡便な構成で反射光の中心波長の変化を抑制する十分な効果が得られるので、小型化が可能である。

以下、具体的実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に、何ら限定されるものではない。
［実施例１］
図１０に示すファイバレーザ装置４を使用して、レーザ発振させ、レーザ出力を測定し、レーザ効率を調べた。ファイバレーザ装置４は、図１に示すファイバレーザ装置１を利用したものである。具体的には、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２を、これらの長手方向に沿って、互いに接触させて配置した。また、レーザ光源としてレーザダイオード１４１を使用し、レーザダイオード１４１をレーザダイオードコントローラ４１に接続して、レーザダイオード１４１の出力を調節できるようにした。また、光ファイバ１５を介して低反射率ＦＢＧ１２のレーザ光出射側をカロリメータ（株式会社オフィールジャパン製）４２に接続し、レーザ出力を測定できるようにした。さらに、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２の近傍にサーモビューア４３を設け、これらＦＢＧの温度を測定できるようにした。高反射率ＦＢＧ１１としては、波長１０６４．０〜１０６４．４ｎｍ（半値幅０．４ｎｍ）における光の反射率が９９％以上であるものを使用した。また、低反射率ＦＢＧ１２としては、波長１０６４．１３〜１０６４．１５ｎｍ（半値幅０．０２ｎｍ）における光の反射率が７％であるものを使用した。高反射率ＦＢＧの光の反射率と波長との関係を図１１に、低反射率ＦＢＧの光の反射率と波長との関係を図１２に、それぞれ示す。そして、増幅用光ファイバ１３としては、コアにイッテルビウム（Ｙｂ）が添加された光ファイバを使用した。
ファイバレーザ装置４を室内に設置し、レーザダイオード１４１の出力を１０Ｗとして、波長１０６４．１ｎｍのレーザを発振させ、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２との温度差を測定し、この時のレーザ出力を測定して、前記温度差とレーザ効率との関係を調べた。そして、この操作を三回繰り返した。結果を表１に示す。

［比較例１］
図１５に示すファイバレーザ装置８を使用して、レーザ発振させ、レーザ出力を測定し、レーザ効率を調べた。ファイバレーザ装置８は、図１４に示す従来のファイバレーザ装置７を利用したものである。具体的には、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２を、互いに接触させることなく配置した。また、レーザ光源としてレーザダイオード１４１を使用し、レーザダイオード１４１をレーザダイオードコントローラ４１に接続して、レーザダイオード１４１の出力を調節できるようにした。また、光ファイバ１５を介して低反射率ＦＢＧ１２のレーザ光出射側をカロリメータ（株式会社オフィールジャパン製）４２に接続し、レーザ出力を測定できるようにした。さらに、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２の近傍にそれぞれサーモビューア４３，４３を設け、これらＦＢＧの温度を別々に測定できるようにした。高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２は、実施例１と同様のものである。
ファイバレーザ装置８を室内に設置して、実施例１と同様にレーザ発振させ、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２との温度差を測定し、この時のレーザ出力を測定して、前記温度差とレーザ効率との関係を調べた。そして、この操作を三回繰り返した。結果を表１に示す。

表１に示す結果から明らかなように、比較例１では、同じ室内でも、高反射率ＦＢＧ１１の設置場所と低反射率ＦＢＧ１２の設置場所とで、３〜５．２℃の温度差が生じていた。その結果、いずれのＦＢＧにおいても反射光の中心波長が変化したことにより、レーザダイオード１４１の出力に対するファイバレーザ装置８のレーザ出力比が低下して、レーザ効率が低下していた。
これに対し、実施例１では、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２は温度が等しく、レーザダイオード１４１の出力に対するファイバレーザ装置８のレーザ出力比の低下が抑制されており、比較例１よりもレーザ効率が１．５〜３％向上していた。

［実施例２］
図１３に示すファイバレーザ装置５を使用して、レーザ発振させ、レーザ出力を測定し、レーザ効率を調べた。ファイバレーザ装置５は、図１０に示すファイバレーザ装置４が、縦約１０ｃｍ、横約２０ｃｍ、深さ約５ｃｍの筐体５０内に収納されたものであり、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２に対して、増幅用光ファイバ１３、レーザダイオード１４１、レーザダイオードコントローラ４１、カロリメータ（株式会社オフィールジャパン製）４２、サーモビューア４３が近接して配置されたものである。また、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２が、これらの長手方向に沿って、互いに接触して配置されている。
ファイバレーザ装置５を室内に設置して、実施例１と同様にレーザ発振させ、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２との温度差を測定し、この時のレーザ出力を測定して、前記温度差とレーザ効率との関係を調べた。そして、この操作を三回繰り返した。結果を表２に示す。

［比較例２］
図１６に示すファイバレーザ装置９を使用して、レーザ発振させ、レーザ出力を測定し、レーザ効率を調べた。ファイバレーザ装置９は、図１５に示すファイバレーザ装置８が、実施例２と同様の筐体５０内に収納されたものであり、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２に対して、増幅用光ファイバ１３、レーザダイオード１４１、レーザダイオードコントローラ４１、カロリメータ（株式会社オフィールジャパン製）４２、サーモビューア４３が近接して配置されたものである。また、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２は、互いに接触することなく配置されている。
ファイバレーザ装置９を室内に設置して、実施例１と同様にレーザ発振させ、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２との温度差を測定し、この時のレーザ出力を測定して、前記温度差とレーザ効率との関係を調べた。そして、この操作を三回繰り返した。結果を表２に示す。

表２に示す結果から明らかなように、比較例２では、高反射率ＦＢＧ１１の設置場所と低反射率ＦＢＧ１２の設置場所とで、８．６〜９．１℃の温度差が生じていた。この温度差は比較例１の場合よりも大きく、筐体５０内に収納された、高反射率ＦＢＧ１１及び低反射率ＦＢＧ１２以外の構成要素の影響を強く受けたことを示唆していた。その結果、レーザダイオード１４１の出力に対するファイバレーザ装置８のレーザ出力比は、比較例１の場合よりもさらに低下して、レーザ効率が大きく低下していた。
これに対し、実施例２では、高反射率ＦＢＧ１１と低反射率ＦＢＧ１２は温度が等しく、レーザダイオード１４１の出力に対するファイバレーザ装置８のレーザ出力比の低下が抑制されており、比較例２よりもレーザ効率が３．５〜５．５％向上していた。

本発明は、溶接、マーキング、切断等の材料加工分野；患部の切除、網膜治療等の医療分野；レーザディスプレイ等の光学機器分野で利用可能である。

１，２，３，４，５・・・ファイバレーザ装置、１０・・・波長変換素子、１１・・・第一のファイバブラッググレーティング（高反射率ＦＢＧ）、１２・・・第二のファイバブラッググレーティング（低反射率ＦＢＧ）、１３・・・増幅用光ファイバ、１４・・・レーザ光源、１８１・・・ペルチェ素子、１８２・・・空冷装置、１９１，１９２・・・断熱材

Claims (6)

1. 光源と、増幅用光ファイバと、第一のファイバブラッググレーティングと、該第一のファイバブラッググレーティングよりも光の反射率が低い第二のファイバブラッググレーティングと、を備えたファイバレーザ装置であって、
   前記第一及び第二のファイバブラッググレーティングが、これらの略長手方向に沿って、互いに接触配置されていることを特徴とするファイバレーザ装置。
2. さらに、前記第一及び第二のファイバブラッググレーティングが、断熱材で包囲されてい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。
3. さらに、前記第一及び第二のファイバブラッググレーティングの少なくとも一方の温度を調節する一つ以上の温調手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
4. 前記温調手段として、前記第一及び第二のファイバブラッググレーティングを共に温度調節するものを一つ備えることを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ装置。
5. さらに、波長変換素子を備え、該波長変換素子、並びに第一及び第二のファイバブラッググレーティングの温度を調節する温調手段を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載のファイバレーザ装置。
6. 前記温調手段が、ペルチェ素子、水冷装置又は空冷装置であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。

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