JP5469099B2 - 光合波器及びファイバレーザ - Google Patents
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Description
本発明は、光合波器及びファイバレーザに関連し、特に高出力且つビーム品質のよいファイバレーザを提供するための光合波器及びファイバレーザに関する。
近年、ファイバレーザの出力は高出力化が続いており、１０ｋＷを超える出力のファイバレーザが市販されている。そのような高出力ファイバレーザは、産業上は加工機や医療機器、測定器など様々な分野で利用されるようになってきており、特に材料加工の分野においては、ファイバレーザは他のレーザに比べて集光性に優れ、パワー密度が高くかつ小さなビームスポットが得られるため精密加工が可能なこと、また、非接触加工であり、且つレーザ光の吸収可能な硬い物質の加工も可能であることなどから、急速に用途が拡大している。
このような１０ｋＷを超えるファイバレーザは通常、数１０Ｗ〜数ｋＷの出力をもった複数のファイバレーザの出力光を合波することにより達成されている。出力光の合波には、コヒレントビーム方式や波長ビーム方式が用いられている（例えば、特許文献１から３参照。）。
コヒレントビーム方式では、同一波長で発振する複数のレーザ出力光の位相をそろえることで、位相結合を生じさせて合波させる（例えば、特許文献１参照。）。これにより、同一波長の高出力光を得る。
ここで、位相制御を行うことなく位相結合を生じさせる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法では、共振器内の一部で２つの光ファイバのコアを近接させ、一方の光ファイバのコア内から染み出た光を他方の光ファイバのコアに光学的に結合させて注入同期を行う。これにより、自動的に２つのファイバレーザが同位相で発振し、個別に位相制御することなくレーザ出力光の合波を行うことができる。
一方、波長ビーム方式では、発振波長の異なる複数のレーザ出力を回折格子に入射し、波長によって回折角が異なることを利用して、回折後の光を空間的に重ね合わせる（例えば、特許文献３参照。）。これにより、高出力光を得る。
コヒレントビーム方式では、個別に発振しているレーザ光の位相が合うように精密に制御しなければならない。レーザ光の位相は外乱で簡単に変化するため制御が困難であり、制御系が非常に複雑になるという問題があった。
また、位相制御を行うことなく位相結合を生じさせる方法では、結合部が必ず共振器内に存在するので、高出力ファイバレーザで用いられているクラッドポンプ方式のファイバレーザの場合には、結合部に使用できるような光カプラの作製が困難である。
波長ビーム方式では、回折格子が非常に高価であり、合波するファイバレーザ同士の波長は通常１ｎｍ程度は離す必要がある。このため、多数のファイバレーザを合波する場合には合波後のレーザの波長スペクトル幅が非常に広くなり、実際の加工応用、特に微細加工などでは色収差をなくすために高価な光学部品を使用しなければならなくなるといった問題があった。
そこで、本発明は、単一波長の高出力光を得るための光合波器及びファイバレーザの提供を目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る光合波器は、
波長ごとに異なる入力部から入力された複数波長の光を１つの合波光に波長合波する波長合波部と、
前記波長合波部からの合波光に含まれる波長のうちの最長波長を除く少なくとも１波長でラマン光を発生し、前記波長合波部からの合波光を、当該ラマン光の波長帯域に含まれる単一波長の光に変換する合波光変換部と、を備え、
前記単一波長は、前記波長合波部からの合波光に含まれる波長のうちの最長波長と同一波長であることを特徴とする。
波長ごとに異なる入力部から入力された複数波長の光を１つの合波光に波長合波する波長合波部と、
前記波長合波部からの合波光に含まれる波長のうちの最長波長を除く少なくとも１波長でラマン光を発生し、前記波長合波部からの合波光を、当該ラマン光の波長帯域に含まれる単一波長の光に変換する合波光変換部と、を備え、
前記単一波長は、前記波長合波部からの合波光に含まれる波長のうちの最長波長と同一波長であることを特徴とする。
波長合波部が異なる波長の光を合波することで、複数波長が含まれる高出力の合波光を生成する。ここで、波長合波することから、結合損失なく合波することができる。そして、ラマン散乱が発生する光ファイバが波長合波部の後段に接続されているため、当該合波光に含まれる複数波長を単一波長に変換することができる。これによって、単一波長の高出力光を発生させることができる。また、この構成によれば、位相制御が不要であり、かつ、簡単な構造で単一波長の光を発生させることができる。
またこの光合波器は、入力部に入力された最長波長の光はそのまま出力する。そのため、高出力の単一波長光を出力することができる。
またこの光合波器は、入力部に入力された最長波長の光はそのまま出力する。そのため、高出力の単一波長光を出力することができる。
本発明に係る光合波器では、前記単一波長は、前記波長合波部からの合波光に含まれる波長のうちの最長波長よりも長い波長であることが好ましい。
合波光変換部から出力された光が反射され、入力部に接続されているレーザ光源に入射する場合がある。前記単一波長がレーザ光源の利得波長帯域外であるため、この単一波長の光がレーザ光源に入射した場合であっても、レーザ光源の損傷を防ぐことができる。
合波光変換部から出力された光が反射され、入力部に接続されているレーザ光源に入射する場合がある。前記単一波長がレーザ光源の利得波長帯域外であるため、この単一波長の光がレーザ光源に入射した場合であっても、レーザ光源の損傷を防ぐことができる。
本発明に係る光合波器では、前記合波光変換部は、前記波長合波部からの合波光に含まれる波長のうちの最短波長以上前記単一波長以下の波長を透過し、前記単一波長より長い波長を阻止することが好ましい。
合波光変換部では、合波光が長波長の光に変換されていく。このとき、合波光変換部が単一波長より長い波長を阻止するので、単一波長の光を効率よく発生させることができる。
合波光変換部では、合波光が長波長の光に変換されていく。このとき、合波光変換部が単一波長より長い波長を阻止するので、単一波長の光を効率よく発生させることができる。
本発明に係る光合波器では、前記合波光変換部は、前記ラマン光のＮ次のうち、Ｎ次のラマン光に対して導波方向に連続的に損失を与え、前記Ｎ次の誘導ラマン散乱光の発生を抑制するファイバであることが好ましい。
ファイバの透過波長帯域及び阻止波長帯域は、その構造により設定することができる。これにより、単一波長の光を効率よく発生させることができる。
ファイバの透過波長帯域及び阻止波長帯域は、その構造により設定することができる。これにより、単一波長の光を効率よく発生させることができる。
本発明に係る光合波器では、前記ファイバは、（Ｎ−１）次波長をバンドギャップ波長帯域内とし、前記Ｎ次のラマン光波長をバンドギャップ波長帯域外としたＰＢＧＦ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄｇａｐ Ｆｉｂｅｒ）であることが好ましい。
ＰＢＧＦを用いることで、ファイバの透過波長帯域及び阻止波長帯域を設定することができる。
ＰＢＧＦを用いることで、ファイバの透過波長帯域及び阻止波長帯域を設定することができる。
本発明に係るファイバレーザは、本発明に係る光合波器と、出力波長の異なる複数のレーザ光源と、を備え、前記複数のレーザ光源は、それぞれ、前記出力波長の光を前記光合波器の異なる前記入力部に供給することを特徴とする。
このファイバレーザによれば、レーザ光源からの複数波長の光を単一波長の光に変換するので、単一波長の高出力光を発生させることができる。光合波器は、波長合波するので、複数のレーザ光源からの出力光を合波する際の結合損失の発生を防ぐことができる。
このファイバレーザによれば、レーザ光源からの複数波長の光を単一波長の光に変換するので、単一波長の高出力光を発生させることができる。光合波器は、波長合波するので、複数のレーザ光源からの出力光を合波する際の結合損失の発生を防ぐことができる。
本発明に係るファイバレーザでは、前記複数のレーザ光源の少なくとも１つは、入射された光でラマン光を発生し、前記光合波器に供給する前記出力波長の光に変換する出力光変換部を備えることが好ましい。
複数のレーザ光源の光発生部がそれぞれ同じ波長の光を発生するものであっても、入力部へ異なる波長の光を入力することができる。これにより、各レーザ光源で発生した光を、波長合波部にて損失なく波長合波することができる。
複数のレーザ光源の光発生部がそれぞれ同じ波長の光を発生するものであっても、入力部へ異なる波長の光を入力することができる。これにより、各レーザ光源で発生した光を、波長合波部にて損失なく波長合波することができる。
本発明によれば、単一波長の高出力光を得るための光合波器及びファイバレーザを提供することができる。
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る光合波器の構成概略図である。本実施形態に係る光合波器１０は、入力部１１、１２と、波長合波部１４と、合波光変換部１５と、出力部１６と、を備える。波長合波部１４の入力ポートはそれぞれ光合波器１０の入力部１１、１２と接続される。合波光変換部１５の出力ポートは、光合波器１０の出力部１６と接続される。
図１は、本実施形態に係る光合波器の構成概略図である。本実施形態に係る光合波器１０は、入力部１１、１２と、波長合波部１４と、合波光変換部１５と、出力部１６と、を備える。波長合波部１４の入力ポートはそれぞれ光合波器１０の入力部１１、１２と接続される。合波光変換部１５の出力ポートは、光合波器１０の出力部１６と接続される。
入力部１１及び１２には、波長λ１、λ２の光がそれぞれ入力される。波長λ１と波長λ２は異なる波長である。
波長合波部１４は、波長ごとに異なる入力部１１、１２から入力された複数波長λ１、λ２の光を１つの合波光に波長合波する。波長合波することで、複数の入力光を損失なく合波することができる。波長合波部１４には、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）を用いることができる。
波長合波部１４からの合波光は、合波光変換部１５に入力される。合波光変換部１５は、波長合波部１４からの波長λ１及びλ２の合波光を単一波長λｍの光に変換する。例えば、合波光変換部１５は、波長合波部１４からの合波光に含まれる波長λ１及びλ２のうちの少なくとも１波長の光でラマン光を発生するファイバである。そして、光合波器１０の出力部１６から単一波長λｍの光を出力する。例えば、波長λ１及びλ２は、１０４０ｎｍ、１０９０ｎｍ又は１１４０ｎｍとする。
図２は、合波光変換部１５の各部における伝搬光のスペクトラムの一例であり、（ａ）は合波光変換部への入力光スペクトル、（ｂ）は合波光変換部からの出力光スペクトルを示す。波長λ１の光及び波長λ２の光のそれぞれが単一波長λｍに変換されるため、単一波長λｍの光強度は、波長λ１の光強度とλ２の光強度との和に近い値となる。このように、図１に示す光合波器１０は、波長合波部１４及び合波光変換部１５を備えることで、大きな光強度の単一波長λｍの光を出力することができる。本実施形態では、入力部が２個の場合について示したが、入力部の数を３個、４個、５個・・・と増やすことで、出力部１６からの単一波長λｍの光強度をさらに高めることができる。
合波光変換部１５がラマン散乱を用いて波長変換を行う場合、単一波長λｍは、合波光変換部１５の発生するラマン光の波長帯域に含まれる。そのため、単一波長λｍは、波長合波部１４からの合波光に含まれる波長λ１及びλ２のうちの最長波長λ２と同一波長又は当該最長波長λ２よりも長い波長となる。
ここで、単一波長λｍは、波長合波部１４からの合波光に含まれる波長λ１及びλ２のうちの最長波長λ２と同一波長であることが好ましい。この場合、合波光変換部１５では、入力された波長の異なる２つの光のうち、波長が短い光（波長λ１）が、他方の光の波長λ２の光に変換されて出力される。波長λ２の光については合波光変換部１５での光強度の低下がないので、単一波長λｍの光強度を向上することができる。
また、単一波長λｍは、波長合波部１４からの合波光に含まれる波長λ１及びλ２のうちの最長波長λ２よりも長い波長であることが好ましい。出力部１６から外部に出力された光が反射され、入力部１１、１２に接続されているレーザ光源に入射する場合がある。例えば、レーザ光源がファイバレーザである場合、単一波長λｍをそのファイバレーザの増幅用ファイバの利得波長帯域外とすることで、単一波長λｍの光がレーザ光源に入射した場合であっても、その単一波長λｍの波長の光は増幅されることはない。このため、レーザ光源に大きなパワーの光が発生してしまうことがないので、レーザ光源の損傷を防ぐことができる。
図１に示す合波光変換部１５から単一波長λｍの光を出力するために、合波光変換部１５は、波長合波部１４からの合波光に含まれる波長λ１及びλ２のうちの最短波長λ１以上単一波長λｍ以下の波長を透過し、単一波長λｍより長い波長を阻止することが好ましい。たとえば、合波光変換部１５は、発生するラマン光のうちのＮ次のラマン光に対して導波方向に連続的に損失を与え、Ｎ次の誘導ラマン散乱光の発生を抑制するファイバであることが好ましい。特に、合波光変換部１５は、高次のラマン光に対して導波方向に分布する損失を与え、高次の誘導ラマン光の発生を抑制するＰＢＧＦであることが好ましい。すなわち、このＰＢＧＦのバンドギャップ波長帯域が、最短波長λ１と単一波長λｍとを含み、かつ、最短波長λ１の所望の次数、例えば２次のラマン光波長を含まないようにしたＰＢＧＦであることが好ましい。これにより、所望の次数（例えば２次）のラマン光に対して導波方向への連続的な損失が発生し、所望の次数（例えば２次）のラマン散乱光の発生を抑制することができる。さらに、ＰＢＧＦをコイル状に巻くことにより、バンドギャップ波長帯域を微調整することができる。
ここで、抑制する誘導ラマン光の次数は任意である。例えば、単一波長λｍを波長λ２と等しくかつ波長λ１の１次のラマン散乱の波長と等しい波長とする場合、波長λ１の２次のラマン光の波長を抑制する。また、単一波長λｍを波長λ１の２次のラマン散乱の波長と等しく、かつ、波長λ２が波長λ１の１次のラマン散乱の波長と等しい波長とする場合、波長λ１の３次のラマン光の波長を抑制する。このように、抑制する誘導ラマン光の次数は、入力部のポート数以上とすることが好ましい。
図３は、ＰＢＧＦの構造の一例を示し、（ａ）は横断面図、（ｂ）は直線Ａ上での径方向の屈折率プロファイルを示す。図３（ａ）に示すように、ＰＢＧＦ５００は、中心に添加物を含まない石英で形成された低屈折率領域５０１を持っており、その周囲にＧｅなどを添加した高屈折率領域５０２が形成されている。この高屈折率領域５０２が三角格子状の周期構造に配列されている。図３（ｂ）に示すような低屈折率領域５０１及び高屈折率領域５０２の屈折率分布を形成することよって、特定波長に対するバンドギャップが形成される。高屈折率領域５０２の直径や間隔を調整することでバンドギャップを所望波長に形成することができる。
バンドギャップが形成されている波長域の光をＰＢＧＦ５００に入射すると、当該波長域の光は低屈折率領域５０１内に閉じ込められながらＰＢＧＦ５００を導波する。一方、バンドギャップの外の波長域の光をＰＢＧＦ５００に入射すると、当該波長域の光は低屈折率領域５０１内にとどまることができないので、ＰＢＧＦ５００全面に広がり放射されてしまう。すなわち、ＰＢＧＦ５００では、バンドギャップが形成されている波長域の光に対してのみ、低屈折率領域５０１がコア、高屈折率領域５０２がクラッドとして機能する。
本実施形態においては、ＰＢＧＦ５００中で発生するラマン散乱を利用して波長変換を行う。通常、低屈折率領域５０１中を伝搬する光は、ラマン散乱によって元の光の波長よりも長波長側に自然ラマン散乱光を発生する。低屈折率領域５０１中を伝搬する光からは、自然ラマン散乱光が更なるラマン散乱を誘発する誘導ラマン散乱を生じ、ラマン光が大量に発生する。光通信などではこの現象を利用し、光ファイバ中に１４５０ｎｍ付近の光を入射し、この光の誘導ラマン散乱による増幅効果で通信信号波長である１５５０ｎｍの光を増幅するラマン増幅器に関する提案が行われている。
光通信で使用される信号は数１００ｍＷであり、上記ラマン増幅器では、ファイバレーザで出力される数１０Ｗを超えるような光は想定されていない。仮に数１０Ｗのレーザが光通信で使用されるような光ファイバに入射されれば、わずか数ｍでラマン散乱によってラマン光が発生し、さらに当該ラマン光から２次ラマン光が発生し、次々に長波長の光が発生する。
ＰＢＧＦ５００は、高屈折率領域５０２の周期構造等により透過帯域と阻止帯域を任意に設定することができる。透過帯域とは、低屈折率領域５０１に閉じ込めて伝搬できる波長の帯域をいう。本実施形態に係る光合波器の透過帯域の波長のレーザ光を入射した場合、自然ラマン光が発生する波長帯域がＰＢＧＦ５００のバンドギャップ波長帯域内にあれば、誘導ラマン散乱による波長変換が起こる。ＰＢＧＦ５００は、λ１の２次のラマン光波長が、そのバンドギャップ波長帯域外となるような構造としている。このため、λ１の１次の誘導ラマン光は発生するが、λ１の２次以上の誘導ラマン光が伝搬することはない。すなわち、ＰＢＧＦ５００では、通常の光ファイバで生じるような、次々と長波長の高次のラマン光が発生して伝搬することがないため、変換波長光（波長λ１）のパワーの損失を抑制でき、高い変換効率を実現することができる。
（実施形態２）
図４は、本実施形態に係るファイバレーザの構成概略図である。本実施形態に係るファイバレーザ１００は、実施形態１に係る光合波器１０と、出力波長の異なる複数のレーザ光源１０１及び１０２と、レーザ出力端１７と、を備える。
図４は、本実施形態に係るファイバレーザの構成概略図である。本実施形態に係るファイバレーザ１００は、実施形態１に係る光合波器１０と、出力波長の異なる複数のレーザ光源１０１及び１０２と、レーザ出力端１７と、を備える。
複数のレーザ光源１０１及び１０２は、それぞれ、異なる出力波長の光を、光合波器１０の異なる入力部１１、１２に供給する。例えば、レーザ光源１０１は入力部１１に波長λ１の光を供給する。レーザ光源１０２は入力部１２に波長λ１と異なる波長λ２の光を供給する。光合波器１０は、入力部１１、１２に入力された複数波長λ１及びλ２の光を単一波長λｍの光に変換して、出力部１６から出力する。レーザ出力端１７は、単一波長λｍの光を出力する。光合波器１０については、実施形態１で説明したとおりである。
ファイバレーザ１００の具体例について説明する。
レーザ光源１０１として、発振波長λ１が１０４０ｎｍ、出力５０ＷであるＹｂ添加光ファイバレーザを用いる。レーザ光源１０２として、発振波長λ２が１０９０ｎｍ、出力５０ＷであるＹｂ添加光ファイバレーザを用いる。レーザ光源１０２の波長は、レーザ光源１０１のレーザ光が合波光変換部１５であるファイバ中を伝搬することでラマン光が発生する波長帯域に発振波長があるように選択している。このような組み合わせとすることで、合波光変換部１５において、波長１０４０ｎｍのレーザ光の誘導ラマン散乱を起こり易くすることができる。
レーザ光源１０１として、発振波長λ１が１０４０ｎｍ、出力５０ＷであるＹｂ添加光ファイバレーザを用いる。レーザ光源１０２として、発振波長λ２が１０９０ｎｍ、出力５０ＷであるＹｂ添加光ファイバレーザを用いる。レーザ光源１０２の波長は、レーザ光源１０１のレーザ光が合波光変換部１５であるファイバ中を伝搬することでラマン光が発生する波長帯域に発振波長があるように選択している。このような組み合わせとすることで、合波光変換部１５において、波長１０４０ｎｍのレーザ光の誘導ラマン散乱を起こり易くすることができる。
合波光変換部１５として、波長１０３０ｎｍ以上１１００ｎｍ以下のバンドギャップを有し、モードフィールド径が１０μｍのＰＢＧＦを５０ｍ使用する。波長１０４０ｎｍのレーザ光は、このＰＢＧＦを伝搬する際、ラマン散乱により１０９０ｎｍ付近にラマン光を発生する。このとき、ＰＢＧＦにはちょうど１０９０ｎｍのレーザ光が同時に入射されているため、１０９０ｎｍのレーザ光が１０４０ｎｍのレーザ光の誘導ラマン散乱を誘発し、波長１０４０ｎｍのレーザ光は高い効率で波長１０９０ｎｍのレーザ光に変換される。一方、１０９０ｎｍのレーザ光のラマン光が発生する帯域は１１４０ｎｍ付近となるが、１１４０ｎｍ付近はバンドギャップ波長帯域外となり低屈折率領域（図３に示す符号５０１）にはこの波長の光が導波できないため、これ以上の波長の変換は起こらない。その結果、レーザ出力端１７からは、図２に示すように、単一波長λｍとして波長１０９０ｎｍのレーザ光が出力される。出力されたレーザ光の出力は８４Ｗで、高効率で２つの波長の異なるレーザ光を合波し、単一波長のレーザ光として出力されていることが確認できている。
また、ファイバレーザ１００を実際に加工等に使用した際においては、レーザ出力端１７外で反射したレーザ光が再びファイバレーザ１００に入射する場合がある。この反射光は、光合波器１０内を逆戻りしてレーザ光源１０１及び１０２に到達する。このときレーザ出力の波長が光合波器１０の入力部１１、１２に接続されているレーザ光源１０１及び１０２に使用されている利得媒体の利得波長帯域内にある場合には、この反射光が利得媒体により増幅されてレーザ光源１０１及び１０２を故障させてしまう場合がある。これを防止するためには、レーザ出力端１７から出力する単一波長のλｍがレーザ光源１０１及び１０２に使用されている利得媒体の利得波長帯域外になるようにすればよい。
本実施形態では、Ｙｂ添加光ファイバレーザをレーザ光源１０１及び１０２として入力部１１及び１２に接続しており、このＹｂ添加光ファイバは波長１０２０ｎｍから波長１１００ｎｍ程度までの波長帯域で大きな利得を有する。したがって、合波光変換部１５に用いたＰＢＧＦのバンドギャップ波長帯域を１１５０ｎｍ程度まで広げることで、実施形態１では抑制されていた波長１１４０ｎｍへの波長変換まで起きるようになる。このようにすることで、レーザ出力端１７からの出力をＹｂ添加光ファイバの利得波長帯域外にすることができ、仮に反射光がレーザ光源１０１及び１０２に入射しても、これらレーザ光源１０１及び１０２の故障を防止することができる。
（実施形態３）
図５は、本実施形態に係るファイバレーザの構成概略図である。本実施形態に係るファイバレーザ２００は、３つのレーザ光源１０１、１０２及び１０３と、３つの入力部１１、１２及び１３と、２つの波長合波部１４ａ及び１４ｂと、を備える。
図５は、本実施形態に係るファイバレーザの構成概略図である。本実施形態に係るファイバレーザ２００は、３つのレーザ光源１０１、１０２及び１０３と、３つの入力部１１、１２及び１３と、２つの波長合波部１４ａ及び１４ｂと、を備える。
前述の実施形態２と比較して、合波光変換部１５に入力される合波光に含まれる波長の数が２から３へと増加しているので、合波光変換部１５に入力される合波光の光強度が高くなっている。これにより、出力部１６から出力される単一波長λｍの光強度を増加することができる。
入力部１１、１２及び１３は、それぞれ複数のレーザ光源１０１、１０２及び１０３が接続されている。波長合波部１４ａ及び１４ｂは、波長λ１、λ２及びλ３ごとに異なる入力部１１、１２及び１３から入力された複数波長λ１、λ２及びλ３の光を１つの合波光に波長合波する。ここで、異なる波長λ１、λ２及びλ３は、例えば、波長１０４０ｎｍ、１次ラマン光波長１０９０ｍ、２次ラマン光波長１１４０ｎｍである。
波長合波部１４ａ及び１４ｂは２×１のＷＤＭであり、波長合波部１４ａと波長合波部１４ｂが多段接続されている。この場合、波長合波部１４ａは、入力部１１、１２から入力された複数波長λ１、λ２の光を１つの合波光に波長合波する。波長合波部１４ｂは、入力部１１及び１２から入力された波長λ１、λ２の光と、入力部１３から入力された波長λ３の光を波長合波する。波長合波部１４ａ及び１４ｂによって、複数波長λ１、λ２及びλ３の合波光を生成する。
また、波長合波部１４ａ及び１４ｂは、共通の波長合波部としてもよい。この場合、入力部１１、１２及び１３から入力された複数波長λ１、λ２及びλ３の光は、１つの波長合波部で波長合波される。これによって、複数波長λ１、λ２及びλ３の合波光を生成する。複数波長の光を１つの波長合波部で波長合波することで、部品点数を削減することができる。
合波光変換部１５は、波長合波部１４からの複数波長の合波光を単一波長λｍの光に変換する。単一波長λｍが、波長合波部１４からの合波光に含まれる波長λ１、λ２及びλ３のうちの最長波長λ３と同一波長である場合、合波光変換部１５は最長波長λ３と同一波長の１１４０ｎｍに変換する。単一波長λｍが当該最長波長λ２よりも長い波長である場合、合波光変換部１５は単一波長λｍとして３次ラマン光波長１２００ｎｍに変換する。そして、出力部１６及びレーザ出力端１７は、単一波長λｍの光を出力する。
（実施形態４）
図６は、本実施形態に係るファイバレーザの構成概略図である。本実施形態に係るファイバレーザ３００は、光合波器１０ａ及び１０ｂを備え、実施形態１で説明した光合波器１０が多段接続された構成となっている。
図６は、本実施形態に係るファイバレーザの構成概略図である。本実施形態に係るファイバレーザ３００は、光合波器１０ａ及び１０ｂを備え、実施形態１で説明した光合波器１０が多段接続された構成となっている。
光合波器１０ａの入力部１１及び１２に、それぞれ複数のレーザ光源１０２及び１０１が接続され、それぞれ波長λ２及びλ１の光が入力される。そして、光合波器１０ａの出力部１６から、単一波長λｍとして最長波長λ２と同一波長の光が出力される。例えば、波長λ１が１０４０ｎｍ、波長λ２が１０９０ｎｍであれば、光合波器１０ｂの出力部１６から最長波長λ２と同一波長の１０９０ｎｍの光が出力される。
光合波器１０ｂの入力部１１には、光合波器１０ａの出力部１６が接続され、波長λ２の光が入力される。一方、光合波器１０ｂの入力部１２には、レーザ光源１０１が接続され、波長λ１の光が入力される。そして、光合波器１０ａの出力部１６から、単一波長λｍとして最長波長λ２と同一波長の光が出力される。例えば、光合波器１０ｂの出力部１６から最長波長λ２と同一波長の１０９０ｎｍの光が出力される。
このように、光合波器１０ａ及び１０ｂを多段接続し、光合波器１０ａ及び１０ｂの入力部１２に波長λ１のレーザ光源１０１を接続すれば、最長波長λ２の光強度を、多段接続されている光合波器１０ａ及び１０ｂの数に応じて大きくすることができる。
本実施形態では、光合波器が２段の多段接続の場合について示したが、３段以上となる３段、４段、５段・・・と増やすことで、出力部１６からの最長波長λ２と同一波長の光強度をさらに大きくことができる。
（実施形態５）
図７は、本実施形態に係るファイバレーザの構成概略図である。本実施形態に係るファイバレーザ４００は、実施形態２で説明したレーザ光源１０２が光発生部１１１と、出力光変換部１１２と、を備える。
図７は、本実施形態に係るファイバレーザの構成概略図である。本実施形態に係るファイバレーザ４００は、実施形態２で説明したレーザ光源１０２が光発生部１１１と、出力光変換部１１２と、を備える。
実施形態２から実施形態４では、異なる波長のレーザ光源を合波した。波長合波を用いているので、同じ波長のレーザ光を合波することができない。しかし、複数のレーザ光源１０１及び１０２の少なくとも１つのレーザ光源１０２が光発生部１１１及び出力光変換部１１２を備えることで、レーザ光源１０１の出力光波長と光発生部１１１の出力光波長とを同一にすることができる。すなわち、レーザ光源１０１と光発生部１１１とが同一の構成であっても、波長合波により、高い強度の単一波長光を得ることができる。
例えば、レーザ光源１０１及び光発生部１１１に、波長λ１で発振するレーザ光源を用いる。入力部１１より入力された波長λ１のレーザ光はそのまま波長合波部１４へと入力される。
一方、光発生部１１１から出力された波長λ１のレーザ光は、出力光変換部１１２に入力され、ラマン散乱により波長λ２の光に変換されて出力される。出力光変換部１１２には、合波光変換部１５と同じＰＢＧＦを用いることができる。そして、レーザ光源１０２は、光合波器１０に供給する出力波長λ２の光を入力部１２に入力する。
なお、本実施形態では、出力光変換部１１２がレーザ光源１０２に備わる構成としたが、出力光変換部１１２は、入力部１２と波長合波部１４との間に設けられていてもよい。図８に、実施形態６に係るファイバレーザの構成概略図を示す。図８に示すファイバレーザ６００の場合も、波長合波部１４の入力ポートにはそれぞれ波長の異なる波長λ１及びλ２のレーザ光が入力される。そのため、波長合波部１４で損失なく合波することができる。そして、波長合波部１４で合波された光は、実施形態１と同様の過程を経て、波長λｍの光として出力部１６から出力される。出力されたレーザ光の出力は８２Ｗであり、実施形態２とほぼ同等の効率で、同じ波長の２つのファイバレーザ出力を合波し単一波長成分のレーザ光として出力されていることが確認できている。
本実施形態に係る構成とすることで、同一波長λ１の光を入力部１１及び１２に入力した場合であっても、波長合波部１４に入力する前に、入力部１２から入力された波長λ１の光を波長λ２に変換することができる。これにより、損失なく波長合波部１４にて波長合波することができる。
以上、説明した各実施形態において、合波光変換部１５の所望の次数のラマン光に対して導波方向への連続的な損失を発生させる構成としてＰＢＧＦを例に説明したが、変換光の波長を透過させ、所望の次数のラマン光に対して導波方向への連続的な損失を発生させる構成であれば、合波光変換部１５は、ＰＢＧＦに限らない。ＰＢＧＦの他に、合波光変換部１５として、所望の波長から曲げ損失を発生させるコイル状に巻いたファイバを用いることもできる。また、合波光変換部１５として、発生を抑制させたい波長帯域の光を吸収するドーパントを含むファイバを用いることによっても、所望の次数のラマン光に対して導波方向に連続的な損失を発生させるという効果を奏することができる。
本発明は、ファイバレーザの高出力化により、加工用ファイバレーザに利用できることから、電気機器産業や一般機械産業などの幅広い産業に利用することができる。
１０、１０ａ、１０ｂ：光合波器
１１、１２、１３：入力部
１４、１４ａ、１４ｂ：波長合波部
１５：合波光変換部
１６：出力部
１７：レーザ出力端
１００、２００、３００、４００、６００：ファイバレーザ
１０１、１０２、１０３：レーザ光源
１１１：光発生部
１１２：出力光変換部
５００：ＰＢＧＦ
５０１：低屈折率領域
５０２：高屈折率領域
１１、１２、１３：入力部
１４、１４ａ、１４ｂ：波長合波部
１５：合波光変換部
１６：出力部
１７：レーザ出力端
１００、２００、３００、４００、６００：ファイバレーザ
１０１、１０２、１０３：レーザ光源
１１１：光発生部
１１２：出力光変換部
５００：ＰＢＧＦ
５０１：低屈折率領域
５０２：高屈折率領域
Claims (6)
- 波長ごとに異なる入力部から入力された複数波長の光を１つの合波光に波長合波する波長合波部と、
前記波長合波部からの合波光に含まれる波長のうちの最長波長を除く少なくとも１波長でラマン光を発生し、前記波長合波部からの合波光を、当該ラマン光の波長帯域に含まれる単一波長の光に変換する合波光変換部と、を備え、
前記単一波長は、前記波長合波部からの合波光に含まれる波長のうちの最長波長と同一波長であることを特徴とする光合波器。 - 前記合波光変換部は、前記波長合波部からの合波光に含まれる波長のうちの最短波長以上前記単一波長以下の波長を透過し、前記単一波長より長い波長を阻止することを特徴とする請求項１に記載の光合波器。
- 前記合波光変換部は、前記ラマン光のＮ次のうち、Ｎ次のラマン光に対して導波方向に連続的に損失を与え、前記Ｎ次の誘導ラマン散乱光の発生を抑制するファイバであることを特徴とする請求項２に記載の光合波器。
- 前記ファイバは、（Ｎ−１）次波長をバンドギャップ波長帯域内とし、前記Ｎ次のラマン光波長をバンドギャップ波長帯域外としたＰＢＧＦ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄｇａｐ Ｆｉｂｅｒ）であることを特徴とする請求項３に記載の光合波器。
- 請求項１から４のいずれかに記載の光合波器と、
出力波長の異なる複数のレーザ光源と、を備え、
前記複数のレーザ光源は、それぞれ、前記出力波長の光を前記光合波器の異なる前記入力部に供給することを特徴とするファイバレーザ。 - 前記複数のレーザ光源の少なくとも１つは、入射された光でラマン光を発生し、前記光合波器に供給する前記出力波長の光に変換する出力光変換部を備えることを特徴とする請求項５に記載のファイバレーザ。
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