JP6778796B1 - ファイバレーザ、及び、レーザ光の出力方法 - Google Patents

ファイバレーザ、及び、レーザ光の出力方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ゲインファイバの２つのコアの各々において再帰的に増幅されたレーザ光を出力することが可能なファイバレーザを実現する。【解決手段】ファイバレーザ（１）は、第１のコア（１１ａ）及び第２のコア（１１ｂ）を有するゲインファイバ（１１）と、第１のコア（１１ａ）の一端に設けられた第１の低反射ミラー（１２ａ）と、第１のコア（１１ａ）の他端に設けられた第１の高反射ミラー（１３ａ）と、第２のコア（１１ｂ）の一端に設けられた第２の低反射ミラー（１２ｂ）と、第２のコア（１１ｂ）の他端に設けられた第２の高反射ミラー（１３ｂ）と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ファイバレーザに関する。また、ファイバレーザを用いたレーザ光の出力方法に関する。
材料（例えば、金属）の加工（例えば、切断、溶接、又は切削）において、ブレードやドリルなどを用いた機械加工の代わりに、加工精度及び加工速度に優れたレーザ加工が用いられ始めている。レーザ加工に用いるレーザ光源としては、レーザ光のスポット径を小さくすることが容易なファイバレーザが特に有望である。
ファイバレーザは、ゲインファイバの一端に設けられた低反射ミラーと、ゲインファイバの他端に設けられた高反射ミラーと、により構成される共振器を用いて、レーザ光を再帰的に増幅する。再帰的に増幅されたレーザ光は、低反射ミラーを介して共振器の外部に出力される。ゲインファイバは、通常、コアに希土類元素が添加されたダブルクラッドファイバにより構成される。また、低反射ミラー及び高反射ミラーは、通常、ファイバブラッググレーティングにより構成される。このようなファイバレーザを開示した文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。
なお、ファイバレーザは、加工用のレーザ光源としてだけでなく、通信用のレーザ光源としても用いられることもある。
特開２０１７−１８７５５４号公報
上述したファイバレーザは、ゲインファイバの１のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光しか出力することができない。このため、或る条件の下では第１のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を利用し、他の条件の下では第２のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を利用するといった、柔軟な使い方ができない。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものである。本発明の或る態様は、ゲインファイバの２つのコアの各々において再帰的に増幅されたレーザ光を出力することが可能なファイバレーザを実現することを一目的とする。また、本発明の他の態様は、ゲインファイバの２つのコアの各々において再帰的に増幅されたレーザ光を出力することが可能なレーザ光の出力方法を実現することを目的とする。
本発明の態様１に係るファイバレーザにおいては、第１のコア及び第２のコアを有するゲインファイバと、前記第１のコアの第１の端部から出射されるレーザ光の光路上に設けられた第１の低反射ミラーと、前記第１のコアの第２の端部から出射されるレーザ光の光路上に設けられた第１の高反射ミラーと、前記第２のコアの第１の端部から出射されるレーザ光の光路上に設けられた第２の低反射ミラーと、前記第２のコアの第２の端部から出射されるレーザ光の光路上に設けられた第２の高反射ミラーと、を備えており、前記第１の低反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部を前記第１の高反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部と重複させること、及び、前記第２の低反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部を前記第２の高反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部と重複させることが可能である、構成が採用されている。
上記の構成によれば、第１の低反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部を第１の高反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部と重複させることにより、第１のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を、第１の低反射ミラーを介して出力することができる。また、上記の構成によれば、第２の低反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部を第２の高反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部と重複させることにより、第２のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を、第２の低反射ミラーを介して出力することができる。すなわち、上記の構成によれば、ゲインファイバの２つのコアの各々において再帰的に増幅されたレーザ光を出力することが可能なファイバレーザを実現することができる。
本発明の態様２に係るファイバレーザにおいては、態様１に係るファイバレーザの構成に加えて、前記第１の低反射ミラー及び前記第１の高反射ミラーにより構成される第１の共振器によって再帰的に増幅され、前記第１の低反射ミラーを透過した第１の波長のレーザ光を出力する第１の動作モードと、前記第２の低反射ミラー及び前記第２の高反射ミラーにより構成される第２の共振器によって再帰的に増幅され、前記第２の低反射ミラーを透過した第２の波長のレーザ光を出力する第２の動作モードと、を有し、前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切り替える動作モード切替機構を更に備えている、構成が採用されている。
上記の構成によれば、第１のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第１の動作モードと、第２のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第２の動作モードとを、自在に切り替えることができる。
本発明の態様３に係るファイバレーザにおいては、態様２に係るファイバレーザの構成に加えて、前記動作モード切替機構は、前記第１の低反射ミラー、前記第２の低反射ミラー、前記第１の高反射ミラー、及び前記第２の高反射ミラーのうち、少なくとも１つのミラーの反射波長帯域を変更することによって、動作モードを切り替える、構成が採用されている。
上記の構成によれば、第１のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第１の動作モードと、第２のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第２の動作モードとを、より確実に切り替えることができる。
本発明の態様４に係るファイバレーザにおいては、態様３に係るファイバレーザの構成に加えて、前記少なくとも１つのミラーは、ファイバブラッググレーティングにより構成されており、前記動作モード切替機構は、前記ファイバブラッググレーティングの長さ又は温度を変更することによって、前記ファイバブラッググレーティングの反射波長帯域を変更する、構成が採用されている。
上記の構成によれば、第１のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第１の動作モードと、第２のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第２の動作モードとを、より確実に、且つ、より簡単に切り替えることができる。
本発明の態様４に係るファイバレーザにおいては、態様４に係るファイバレーザの構成に加えて、前記少なくとも１つのミラーは、単一の光ファイバ内に形成された２つのファイバブラッググレーティングであり、前記動作モード切替機構は、前記光ファイバを曲げ、前記２つのファイバブラッググレーティングの一方の長さを伸ばすと共に、前記２つのファイバブラッググレーティングの他方の長さを縮めることによって、前記２つのファイバブラッググレーティングの反射波長帯域を変更する、構成が採用されている。
上記の構成によれば、第１のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第１の動作モードと、第２のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第２の動作モードとを、より確実に、且つ、更に簡単に切り替えることができる。
本発明の態様６に係るファイバレーザにおいては、態様２に係るファイバレーザの構成に加えて、前記動作モード切替機構は、前記第１の共振器を構成する光導波路の損失又は前記第２の共振器を構成する光導波路の損失を変更することによって、動作モードを切り替える、構成が採用されている。
上記の構成によれば、第１のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第１の動作モードと、第２のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第２の動作モードとを、より確実に切り替えることができる。
本発明の態様７に係るファイバレーザにおいては、態様６に係るファイバレーザの構成に加えて、前記動作モード切替機構は、前記第１の共振器に含まれる光ファイバを曲げることによって、前記第１の共振器を構成する光導波路の損失を増大させるか、又は、前記第２の共振器に含まれる光ファイバを曲げることによって、前記第２の共振器を構成する光導波路の損失を増大させる、構成が採用されている。
上記の構成によれば、第１のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第１の動作モードと、第２のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を出力する第２の動作モードとを、より確実に、且つ、より簡単に切り替えることができる。
本発明の態様８に係るファイバレーザにおいては、態様２〜態様７の何れか一態様に係るファイバレーザの構成に加えて、第１のコア、及び、前記第１のコアを取り囲む筒状の第２のコアを有する出力ファイバを更に備えており、前記第１の共振器にて再帰的に増幅されたレーザ光が前記第１のコアに結合されると共に、前記第２の共振器にて再帰的に増幅されたレーザ光が前記第２のコアに結合されるか、又は、前記第１の共振器にて再帰的に増幅されたレーザ光が前記第２のコアに結合されると共に、前記第２の共振器にて再帰的に増幅されたレーザ光が前記第１のコアに結合される、構成が採用されている。
上記の構成によれば、ビーム径の小さい第１のレーザビームとビーム径の大きい第２のレーザビームとを出力ファイバから出力することが可能なファイバレーザを実現することができる。
なお、ゲインファイバの１つのコアにおいて増幅されたレーザ光しか出力することができない従来のファイバレーザを用いて上記の効果を得ようとした場合、ゲインファイバ及び励起光源を二組用いる必要があるので、ゲインファイバ及び励起光源の利用効率が低下するという問題を生じ易い。これに対して、ゲインファイバの２つのコアの各々において増幅されたレーザ光を出力することが可能な本発明のファイバレーザを用いて上記の効果を得ようとした場合、ゲインファイバ及び励起光源を一組用いれば十分なので、ゲインファイバ及び励起光源の利用効率が低下するという問題を生じ難い。
本発明の態様９に係るファイバレーザにおいては、態様１〜８の何れか一態様に係るファイバレーザの構成に加えて、前記第１のコアの前記第１の端部と、前記第２のコアの前記第１の端部とは、前記ゲインファイバの同じ端部に配置されている、構成が採用されている。
上記の構成によれば、ゲインファイバの２つのコアの各々において再帰的に増幅されたレーザ光を、ゲインファイバの一方の端部からそれぞれ出力することが可能なファイバレーザを実現することができる。
本発明の態様１０に係るファイバレーザにおいては、態様１〜８の何れか一態様に係るファイバレーザの構成に加えて、前記第１のコアの前記第１の端部と、前記第２のコアの前記第１の端部とは、前記ゲインファイバの異なる端部に配置されている、構成が採用されている。
上記の構成によれば、ゲインファイバの２つのコアの各々において再帰的に増幅されたレーザ光を、ゲインファイバの両方の端部からそれぞれ出力することが可能なファイバレーザを実現することができる。
本発明の態様１１に係るレーザ光の出力方法においては、ゲインファイバの第１のコアの第１の端部から出射するレーザ光の光路上に配置された第１の低反射ミラーと前記第１のコアの第２の端部から出射するレーザ光の光路上に配置された第１の高反射ミラーとにより構成される第１の共振器によって再帰的に増幅され、前記第１の低反射ミラーを透過したレーザ光を出力する第１の工程と、前記ゲインファイバの第２のコアの第１の端部から出射するレーザ光の光路上に配置された第２の低反射ミラーと前記第２のコアの第２の端部から出射するレーザ光の光路上に配置された第２の高反射ミラーとにより構成される第２の共振器によって再帰的に増幅され、前記第２の低反射ミラーを透過したレーザ光を出力する第２の工程と、を含んでいる、構成が採用されている。
上記の構成によれば、第１の低反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部を第１の高反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部と重複させることにより、第１のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を、第１の低反射ミラーを介して出力することができる。また、上記の構成によれば、第２の低反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部を第２の高反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部と重複させることにより、第２のコアにおいて再帰的に増幅されたレーザ光を、第２の低反射ミラーを介して出力することができる。すなわち、上記の構成によれば、ゲインファイバの２つのコアの各々において再帰的に増幅されたレーザ光を出力することが可能なレーザ光の出力方法を実現することができる。
本発明の或る態様によれば、ゲインファイバの２つのコアの各々において再帰的に増幅されたレーザ光を出力することが可能なファイバレーザを実現することができる。また、本発明の他の態様によれば、ゲインファイバの２つのコアの各々において再帰的に増幅されたレーザ光を出力することが可能なレーザ光の出力方法を実現することができる。
本発明の一実施形態に係るファイバレーザの構成を示すブロック図である。 図１のファイバレーザが備えるマルチコアファイバの、第１の力によって曲げられる前後の状態を示す斜視図である。 図１のファイバレーザに関し、マルチコアファイバが第１の力によって曲げられる前後の、第１の低反射ミラー、第２の低反射ミラー、第１の高反射ミラー、及び第２の高反射ミラーの反射波長帯域の関係を例示した図である。 図１のファイバレーザが備えるマルチコアファイバの、第２の力によって曲げられる前後の状態を示す斜視図である。 図１のファイバレーザに関し、マルチコアファイバが第２の力によって曲げられる前後の、第１の低反射ミラー、第２の低反射ミラー、第１の高反射ミラー、及び第２の高反射ミラーの反射波長帯域の関係を例示した図である。 図１のファイバレーザの第１の変形例を示すブロック図である。 図１のファイバレーザの第２の変形例を示すブロック図である。 図１のファイバレーザの第３の変形例を示すブロック図である。 図１のファイバレーザの第４の変形例を示すブロック図である。 図９のファイバレーザが備えるマルチコアファイバの、第１の力によって曲げられる前後の状態を示す斜視図である。 図９のファイバレーザに関し、マルチコアファイバが第１の力によって曲げられる前後の、第１の低反射ミラー、第２の低反射ミラー、第１の高反射ミラー、及び第２の高反射ミラーの反射波長帯域の関係を例示した図である。 図９のファイバレーザが備えるマルチコアファイバの、第２の力によって曲げられる前後の状態を示す斜視図である。 図９のファイバレーザに関し、マルチコアファイバが第２の力によって曲げられる前後の、第１の低反射ミラー、第２の低反射ミラー、第１の高反射ミラー、及び第２の高反射ミラーの反射波長帯域の関係を例示した図である。
（ファイバレーザの構成）
本発明の一実施形態に係るファイバレーザ１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、ファイバレーザ１の構成を表すブロック図である。
ファイバレーザ１は、図１に示すように、ゲインファイバ１１と、低反射ミラー１２ａ，１２ｂと、高反射ミラー１３ａ，１３ｂと、励起コンバイナ１４ａ，１４ｂと、励起光源群１５ａ，１５ｂと、デリバリファイバ１６ａ，１６ｂと、を備えている。
ゲインファイバ１１は、励起光のエネルギーを用いてレーザ光を増幅する機能を有する光ファイバである。ゲインファイバ１１は、第１のコア１１ａと、第２のコア１１ｂと、を備えている。
なお、本実施形態においては、ゲインファイバ１１として、第１のコア１１ａ及び第２のコア１１ｂに希土類元素が添加されたマルチコアファイバを用いている。なお、本実施形態においては、第１のコア１１ａ及び第２のコア１１ｂに添加する希土類元素として、イッテルビウムを用いている。ただし、第１のコア１１ａ及び第２のコア１１ｂに添加する希土類元素は、イッテルビウムに限定されない。例えば、ツリウム、セリウム、ネオジウム、ユーロピウム、エルビウムなど、イッテルビウム以外の希土類元素を第１のコア１１ａ及び第２のコア１１ｂに添加してもよい。
ゲインファイバ１１の第１のコア１１ａの第１の端部１１ａ１から出射するレーザ光の光路上には、第１の低反射ミラー１２ａが設けられている。また、ゲインファイバ１１の第１のコア１１ａの第２の端部１１ａ２から出射するレーザ光の光路上には、第１の高反射ミラー１３ａが設けられている。一方、ゲインファイバ１１の第２のコア１１ｂの第１の端部１１ｂ１から出射するレーザ光の光路上には、第２の低反射ミラー１２ｂが設けられている。また、ゲインファイバ１１の第２のコア１１ｂの第２の端部１１ｂ２から出射するレーザ光の光路上には、第２の高反射ミラー１３ｂが設けられている。
ファイバレーザ１においては、後述するように、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域の少なくとも一部と第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域の少なくとも一部とを、互いに重複させることが可能である。このとき、ゲインファイバ１１の第１のコア１１ａの両端に設けられた第１の低反射ミラー１２ａ及び第１の高反射ミラー１３ａは、これら２つの反射波長帯域の重複部分に属する波長λａのレーザ光を再帰的に増幅する第１の共振器Ｏａを構成する。波長λａにおいて、第１の低反射ミラー１２ａの反射率（例えば、１０％以下）は、第１の高反射ミラー１３ａの反射率（例えば、９５％以上）よりも低い。したがって、第１の共振器Ｏａにて再帰的に増幅された波長λａのレーザ光は、主に、第１の低反射ミラー１２ａを介して第１の共振器Ｏａの外部に出力される。なお、反射波長帯域とは、その波長における反射率と最大反射率（反射率が最大になる波長における反射率）との差が２０ｄＢ以下になる波長の範囲のことを指す。
また、ファイバレーザ１においては、後述するように、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域の少なくとも一部と第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域の少なくとも一部とを、互いに重複させることが可能である。このとき、ゲインファイバ１１の第２のコア１１ｂの両端に設けられた第２の低反射ミラー１２ｂ及び第２の高反射ミラー１３ｂは、これら２つの反射波長帯域の重複部分に属する波長λｂ（前述した波長λａと同じ波長であってもよいし、前述した波長λａと異なる波長であってもよい）のレーザ光を再帰的に増幅する第２の共振器Ｏｂを構成する。波長λｂにおいて、第２の低反射ミラー１２ｂの反射率（例えば、１０％以下）は、第２の高反射ミラー１３ｂの反射率（例えば、９５％以上）よりも低い。したがって、第２の共振器Ｏｂにて再帰的に増幅された波長λｂのレーザ光は、主に、第２の低反射ミラー１２ｂを介して第２の共振器Ｏｂの外部に出力される。
なお、本実施形態においては、第１の低反射ミラー１２ａ、第２の低反射ミラー１２ｂ、第１の高反射ミラー１３ａ、及び第２の高反射ミラー１３ｂとして、ファイバブラッググレーティングを用いている。第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂは、第１のマルチコアファイバＭＣＦ１の各コアに書き込まれたブラッググレーティングとして実現されている。また、第１の高反射ミラー１３ａ及び第２の高反射ミラー１３ｂは、第２のマルチコアファイバＭＣＦ２の各コアに書き込まれたブラッググレーティングとして実現されている。第１のマルチコアファイバＭＣＦ１及び第２のマルチコアファイバＭＣＦ２は、ゲインファイバ１１に融着された、ゲインファイバ１１とは異なるマルチコアファイバであってもよいし、ゲインファイバ１１の一部であってもよい。ただし、第１の低反射ミラー１２ａ、第２の低反射ミラー１２ｂ、第１の高反射ミラー１３ａ、及び第２の高反射ミラー１３ｂは、ファイバブラッググレーティングに限定されない。波長λａ及び波長λｂにおける反射率が第１の高反射ミラー１３ａ及び第２の高反射ミラー１３ｂよりも低い（例えば、１０％以下）のミラーであれば、それぞれ、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂとして利用することが可能である。また、波長λａ及び波長λｂにおける反射率が第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂよりも高い（例えば、９５％以上）のミラーであれば、それぞれ、第１の高反射ミラー１３ａ及び第２の高反射ミラー１３ｂとして用いることが可能である。
また、本実施形態においては、第１のコア１１ａの第１の端部１１ａ１と、第２のコア１１ｂの第１の端部１１ｂ１とは、ゲインファイバ１１の同じ端部に配置されており、第１コアの第２の端部１１ａ２と、第２のコア１１ｂの第２の端部１１ｂ２とは、ゲインファイバ１１の同じ端部に配置されている。すなわち、第１の低反射ミラー１２ａと第２の低反射ミラー１２ｂとがゲインファイバ１１の同じ端部の側に配置され、第１の高反射ミラー１３ａと第２の高反射ミラー１３ｂとがゲインファイバ１１の同じ端部の側に配置されている。このため、ゲインファイバ１１の２つのコア１１ａ，１１ｂの各々において再帰的に増幅されたレーザ光（波長がλａであるレーザ光及び波長がλｂであるレーザ光）を、ゲインファイバ１１の一方の端部からそれぞれ出力することが可能なファイバレーザを実現することができる。しかしながら、図９を参照して後述するように、第１のコア１１ａの第１の端部１１ａ１と、第２のコア１１ｂの第１の端部１１ｂ１とは、ゲインファイバ１１の異なる端部に配置されており、第１コアの第２の端部１１ａ２と、第２のコア１１ｂの第２の端部１１ｂ２とは、ゲインファイバ１１の異なる端部に配置されていてもよい。すなわち、第１の低反射ミラー１２ａと第２の高反射ミラー１３ｂとがゲインファイバ１１の同じ端部の側に配置され、第１の高反射ミラー１３ａと第２の低反射ミラー１２ｂとがゲインファイバ１１の同じ端部の側に配置されていてもよい。
また、本実施形態においては、ゲインファイバ１１の第１のコア１１ａの第２の端部１１ａ２から出射するレーザ光の光路に沿った軸である第１の軸を仮定した場合に、第１の低反射ミラー１２ａと第２の低反射ミラー１２ｂとを第１の軸における同一の位置に設けており、且つ、ゲインファイバ１１の第２のコア１１ｂの第１の端部１１ｂ１から出射するレーザ光の光路に沿った軸である第２の軸を仮定した場合に、第１の高反射ミラー１３ａと第２の高反射ミラー１３ｂとを第２の軸における同一の位置に設けている（図１参照）。しかし、第１の低反射ミラー１２ａと第２の低反射ミラー１２ｂとは、第１の軸における異なる位置に設けられていてもよいし、第１の高反射ミラー１３ａと第２の高反射ミラー１３ｂとは、第２の軸における異なる位置に設けられていてもよい。例えば、第１の低反射ミラー１２ａと第２の低反射ミラー１２ｂとを第１の軸における異なる位置に設けた場合、第１の低反射ミラー１２ａとして機能するファイバブラッググレーティングの長さを伸ばす／縮めることと、第２の低反射ミラー１２ｂとして機能するファイバブラッググレーティングの長さを縮める／伸ばすこととを、互いに独立して実施することができる。したがって、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域及び第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域の各々を独立してシフトさせることができる。同様に、第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域及び第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域の各々を独立してシフトさせることができる。
第１の励起コンバイナ１４ａは、少なくとも１個の共振器側ポート１４ａｘと、少なくともｍ個の光源群側入力ポート１４ａｙ１〜１４ａｙｍ（ｍは、第１の励起光源群１５ａを構成する励起光源の個数を表す任意の自然数）と、少なくとも２個の光源群側出力ポート１４ａｚ１〜１４ａｚ２と、を備えている。第１の励起コンバイナ１４ａの共振器側ポート１４ａｘは、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂを介して、ゲインファイバ１１の第１のコア１１ａ及び第２のコア１１ｂに接続されている。第１の励起コンバイナ１４ａの各光源群側入力ポート１４ａｉ（ｉ＝１，２，…，ｍ）は、第１の励起光源群１５ａを構成する励起光源１５ａｉに接続されている。励起光源１５ａ１〜１５ａｍの各々にて生成された励起光は、第１の励起コンバイナ１４ａを介して、ゲインファイバ１１のクラッドに入力され、ゲインファイバ１１の第１のコア１１ａ及び第２のコア１１ｂに添加された希土類元素を反転分布状態に遷移させるために利用される。一方、第１の励起コンバイナ１４ａの第１の光源群側出力ポート１４ａｚ１は、第１のデリバリファイバ１６ａに接続されている。第１の共振器Ｏａにて生成された波長λａのレーザ光は、第１の励起コンバイナ１４ａを介して第１のデリバリファイバ１６ａに入力される。また、第１の励起コンバイナ１４ａの第２の光源群側出力ポート１４ａｚ２は、第２のデリバリファイバ１６ｂに接続されている。第２の共振器Ｏｂにて生成された波長λｂのレーザ光は、第１の励起コンバイナ１４ａを介して第２のデリバリファイバ１６ｂに入力される。
なお、本実施形態においては、励起光源１５ａ１〜１５ａｍとして、レーザダイオードを用いている。ただし、励起光源１５ａ１〜１５ａｍは、レーザダイオードに限定されない。すなわち、ゲインファイバ１１の第１のコア１１ａ及び第２のコア１１ｂに添加された希土類元素を反転分布状態に遷移させることが可能な光を出力可能な光源であれば、励起光源１５ａ１〜１５ａｍとして利用することができる。また、本実施形態においては第１のデリバリファイバ１６ａ及び第２のデリバリファイバ１６ｂとして、フューモードファイバを用いている。ただし、第１のデリバリファイバ１６ａ及び第２のデリバリファイバ１６ｂは、フューモードファイバに限定されない。すなわち、第１の共振器Ｏａ及び第２の共振器Ｏｂから出力されたレーザ光を導波可能な光ファイバであれば、シングルモードファイバ、又は、フューモードファイバ以外のマルチモードファイバであっても、第１のデリバリファイバ１６ａ及び第２のデリバリファイバ１６ｂとして用いることが可能である。なお、フューモードファイバとは、マルチモードファイバ（導波モードの数が２以上の光ファイバ）のうち、導波モードの数が２５以下の光ファイバのことを指す。
第２の励起コンバイナ１４ｂは、少なくとも１個の共振器側ポート１４ｂｘと、少なくともｎ個の光源群側入力ポート１４ｂｙ１〜１４ｂｙｎ（ｎは、第２の励起光源群１５ｂを構成する励起光源の個数を表す任意の自然数）と、を備えている。第２の励起コンバイナ１４ｂの共振器側ポート１４ｂｘは、第１の高反射ミラー１３ａ及び第２の高反射ミラー１３ｂを介して、ゲインファイバ１１のクラッドに接続されている。第２の励起コンバイナ１４ｂの各光源群側入力ポート１４ｂｊ（ｊ＝１，２，…，ｎ）は、第２の励起光源群１５ｂを構成する励起光源１５ｂｊに接続されている。励起光源１５ｂ１〜１５ｂｎの各々にて生成された励起光は、第２の励起コンバイナ１４ｂを介して、ゲインファイバ１１のクラッドに入力され、ゲインファイバ１１のコアに添加された希土類元素を反転分布状態に遷移させるために利用される。
なお、本実施形態においては、励起光源１５ｂ１〜１５ｂｎとして、レーザダイオードを用いている。ただし、励起光源１５ｂ１〜１５ｂｎは、レーザダイオードに限定されない。すなわち、ゲインファイバ１１の第１のコア１１ａ及び第２のコア１１ｂに添加された希土類元素を反転分布状態に遷移させることが可能な光を出力可能な光源であれば、励起光源１５ｂ１〜１５ｂｎとして利用することができる。
なお、本実施形態において、ファイバレーザ１は、第１の励起光源群１５ａと第２の励起光源群１５ｂとを備えた双方向励起型のファイバレーザとして実現されているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、ファイバレーザ１は、第１の励起光源群１５ａのみを備えた片方向励起型のファイバレーザとして実現することもできるし、第２の励起光源群１５ｂのみを備えた片方向励起型のファイバレーザとして実現することもできる。また、ファイバレーザ１は、これらの端面励起型のファイバレーザに限定されず、側面励起型のファイバレーザであってもよい。なお、端面励起型のファイバレーザとは、ゲインファイバの端面からゲインファイバに励起光を入力するタイプのファイバレーザのことを指し、側面励起型のファイバレーザとは、ゲインファイバの側面からゲインファイバに励起光を入力するタイプのファイバレーザのことを指す。また、本実施形態においては、ゲインファイバ１１として、２つのコア１１ａ，１１ｂを備えたマルチコアファイバを用いているが、本発明は、これに限定されない。すなわち、ゲインファイバ１１として、３つ以上のコアを備えたマルチコアファイバを用いてもよい。これにより、３つ以上のコアからレーザ光を出力することが可能なファイバレーザ１を実現することができる。
（ファイバレーザの動作）
ファイバレーザ１の動作について、図２〜図５を参照して説明する。
ファイバレーザ１は、以下に説明する３つの動作モードを取り得る。
第１の動作モードは、第１の共振器Ｏａにて増幅された波長λａのレーザ光を、第１の低反射ミラー１２ａを介して出力する動作モードである。第１の動作モードにおいては、励起光源群１５ａ，１５ｂから出力された励起光のエネルギーが、主に、第１の共振器Ｏａにおいて波長λａのレーザ光を増幅するために消費される。したがって、第２の共振器Ｏｂにおける波長λｂのレーザ光の増幅は、行われないか、行われたとしても無視し得る程度である。第１の動作モードは、第１の共振器Ｏａのゲインが第２の共振器Ｏｂのゲインよりも高いときに実現される。なお、第１の共振器Ｏａのゲインとは、第１の共振器Ｏａを構成する光導波路（本実施形態においては、第１の低反射ミラー１２ａ、ゲインファイバ１１の第１のコア１１ａ、第１の高反射ミラー１３ａ、及び、それぞれの構成要素を接続する光ファイバのコアにより構成される光導波路）における損失も考慮に入れたゲインのことを指す。同様に、第２の共振器Ｏｂのゲインとは、第２の共振器Ｏｂを構成する光導波路（本実施形態においては、第２の低反射ミラー１２ｂ、ゲインファイバ１１の第２のコア１１ｂ、第２の高反射ミラー１３ｂ、及び、それぞれの構成要素を接続するファイバのコアにより構成される光導波路）における損失も考慮に入れたゲインのことを指す。
第２の動作モードは、第２の共振器Ｏｂにて増幅された波長λｂのレーザ光を、第２の低反射ミラー１２ｂを介して出力する動作モードである。第２の動作モードにおいては、励起光源群１５ａ，１５ｂから出力された励起光のエネルギーが、主に、第２の共振器Ｏｂにおいて波長λｂのレーザ光を増幅するために消費される。したがって、第１の共振器Ｏａにおける波長λａのレーザ光の増幅は、行われないか、行われたとしても無視し得る程度である。第２の動作モードは、第２の共振器Ｏｂのゲインが第１の共振器Ｏａのゲインよりも高いときに実現される。
第３の動作モードは、第１の共振器Ｏａにて増幅された波長λａのレーザ光を、第１の低反射ミラー１２ａを介して出力すると共に、第２の共振器Ｏｂにて増幅された波長λｂのレーザ光を、第２の低反射ミラー１２ｂを介して出力する動作モードである。第３の動作モードにおいては、励起光源群１５ａ，１５ｂから出力された励起光のエネルギーが、第１の共振器Ｏａにおいて波長λａのレーザ光を増幅するために利用されると共に、第２の共振器Ｏｂにおいて波長λｂのレーザ光を増幅するために利用される。第３の動作モードは、第１の共振器Ｏａのゲインと第２の共振器Ｏｂのゲインとが丁度等しくなったときに実現される。
ファイバレーザ１は、動作モードを切り替えるための機構（特許請求の範囲における「動作モード切替機構」に相当）として、反射波長帯域変更機構１７を有している。
反射波長帯域変更機構１７は、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域と、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域と、を変更するための機構である。本実施形態においては、反射波長帯域変更機構１７として、第１の力Ｆ１／第２の力Ｆ２によって第１のマルチコアファイバＭＣＦ１を曲げることによって、第１の低反射ミラー１２ａとして機能するファイバブラッググレーティングの長さを伸ばす／縮めると共に、第２の低反射ミラー１２ｂとして機能するファイバブラッググレーティングの長さを縮める／伸ばす機構を用いている。ここで、第１の力Ｆ１とは、第１のコア１１ａから第２のコア１１ｂに向かう方向の力のことを指し、第２の力Ｆ２とは、第２のコア１１ｂから第１のコア１１ａに向かう方向の力のことを指す。ファイバブラッググレーティングの長さを伸ばすと、そのファイバブラッググレーティングの周期が大きくなり、その結果、そのファイバブラッググレーティングの反射波長帯域が長波長側にシフトする。逆に、ファイバブラッググレーティングの長さを縮めると、そのファイバブラッググレーティングの周期が小さくなり、その結果、そのファイバブラッググレーティングの反射波長帯域が短波長側にシフトする。
図２は、第１の力Ｆ１によって曲げられる前後の第１のマルチコアファイバＭＣＦ１の状態を示す斜視図である。図３は、第１のマルチコアファイバＭＣＦ１が第１の力Ｆ１によって曲げられる前後の第１の低反射ミラー１２ａ、第２の低反射ミラー１２ｂ、第１の高反射ミラー１３ａ、及び第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域の関係を例示した図である。
第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域の帯域幅は、例えば、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下（図示した例では２ｎｍ）に設定され、第１の高反射ミラー１３ａ及び第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域の帯域幅は、例えば、４ｎｍ以上５ｎｍ以下（図示した例では４ｎｍ）に設定される。また、第１のマルチコアファイバＭＣＦ１が曲げられる前の第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域の中心波長は、例えば、１０８２ｎｍに設定され、第１の高反射ミラー１３ａ及び第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域の中心波長は、例えば、１０８０ｎｍに設定される。
第１のマルチコアファイバＭＣＦ１を第１の力Ｆ１によって曲げることによって、第１の低反射ミラー１２ａとして機能するファイバブラッググレーティングの長さが伸びると共に、第２の低反射ミラー１２ｂとして機能するファイバブラッググレーティングの長さが縮む（図２参照）。これにより、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域が長波長側にシフトすると共に、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域が短波長側にシフトする。その結果、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域と第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域とは、重複部分を有さず、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域と第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域とは、重複部分を有する状態が実現される（図３参照）。そうすると、第２の共振器Ｏｂのゲインが第１の共振器Ｏａのゲインよりも高くなり、上述した第２の動作モードへの遷移が実現される。
図４は、第２の力Ｆ２によって曲げられる前後の第１のマルチコアファイバＭＣＦ１の状態を示す斜視図である。図５は、第１のマルチコアファイバＭＣＦ１が第２の力Ｆ２によって曲げられる前後の第１の低反射ミラー１２ａ、第２の低反射ミラー１２ｂ、第１の高反射ミラー１３ａ、及び第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域の関係を例示した図である。
第１のマルチコアファイバＭＣＦ１を第２の力Ｆ２によって曲げることによって、第１の低反射ミラー１２ａとして機能するファイバブラッググレーティングの長さが縮むと共に、第２の低反射ミラー１２ｂとして機能するファイバブラッググレーティングの長さが伸びる（図４参照）。これにより、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域が短波長側にシフトすると共に、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域が長波長側にシフトする。その結果、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域と第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域とは、重複部分を有し、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域と第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域とは、重複部分を有さない状態が実現される（５参照）。そうすると、第１の共振器Ｏａのゲインが第２の共振器Ｏｂのゲインよりも高くなり、上述した第１の動作モードへの遷移が実現される。
なお、本実施形態においては、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域及び第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域の両方を変更する構成を採用しているが、これに限定されない。例えば、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域及び第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域の一方を変更する構成を採用してもよいし、第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域及び第２の高反射ミラー１３ｂの一方又は両方を変更する構成を採用してもよい。より一般的に言うと、第１の低反射ミラー１２ａ、第２の低反射ミラー１２ｂ、第１の高反射ミラー１３ａ、及び第２の高反射ミラー１３ｂのうち、少なくとも１つのミラーの反射波長帯域を変更する構成であればよい。動作モードの切り替えを実現するには、第１の共振器Ｏａのゲインと第２の共振器Ｏｂのゲインとの大小関係を変化させることができれば十分だからである。
（ファイバレーザの第１の変形例）
ファイバレーザ１の第１の変形例（以下、「ファイバレーザ１Ａ」とも記載する）について、図６を参照して説明する。図６は、本変形例に係るファイバレーザ１Ａの構成を示すブロック図である。
図１に示すファイバレーザ１と図６に示すファイバレーザ１Ａとの第１の相違点は、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂの配置である。
すなわち、図１に示すファイバレーザ１においては、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂが、それぞれ、第１の励起コンバイナ１４ａ及び第２の励起コンバイナ１４ｂの共振器側に配置されている。このため、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂに、それぞれ、第１の励起光源群１５ａ及び第２の励起光源群１５ｂにて生成された励起光が入射することが避けられない。
これに対して、図６に示すファイバレーザ１Ａにおいては、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂが、それぞれ、第１の励起コンバイナ１４ａ及び第２の励起コンバイナ１４ｂの光源群側に配置されている。より具体的に言うと、第１の低反射ミラー１２ａが、第１の励起コンバイナ１４ａの第１の光源群側出力ポート１４ａｚ１に接続された第１のデリバリファイバ１６ａに挿入されており、第２の低反射ミラー１２ｂが、第１の励起コンバイナ１４ａの第２の光源群側出力ポート１４ａｚ２に接続された第２のデリバリファイバ１６ｂに挿入されている。このため、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂに、それぞれ、第１の励起光源群１５ａ及び第２の励起光源群１５ｂにて生成された励起光が入射することが避けられる。
したがって、図６に示すファイバレーザ１Ａによれば、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂに励起光が入射することに起因する、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂの長期信頼性の低下を抑制することが可能である。例えば、ファイバブラッググレーティングは、（１）光ファイバの被覆を除去する工程、（２）光ファイバのコアにグレーティングを書き込む工程、（３）光ファイバをリコートする工程をこの順に実施することによって製造される。このため、ファイバブラッググレーティングにおいては、リコートの際に混入した異物がクラッドの表面に残留する可能性がある。このような異物は、クラッドに励起光を入力した際の発熱要因となる。しかしながら、図６に示すファイバレーザ１Ａによれば、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂがファイバブラッググレーティングにより構成されている場合であっても、リコート時に混入した異物の発熱が生じ難い。また、図６に示すファイバレーザ１Ａによれば、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂに励起光が入射することに起因する、励起光の損失を抑制することができる。
図１に示すファイバレーザ１と図６に示すファイバレーザ１Ａとの第２の相違点は、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂとして機能するファイバブラッググレーティングの反射波長帯域をシフトさせる方法である。
図１に示すファイバレーザ１においては、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂとして機能するファイバブラッググレーティングを含む第１のマルチコアファイバＭＣＦ１を曲げることによって、これらのファイバブラッググレーティングの反射波長帯域をシフトさせている。これに対して、図６に示すファイバレーザ１Ａにおいては、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂとして機能するファイバブラッググレーティングの温度を変更することによって、これらのファイバブラッググレーティングの反射波長帯域をシフトさせている。このため、図６に示すファイバレーザ１Ａは、第１の低反射ミラー１２ａとして機能するファイバブラッググレーティングの温度を変更する第１の温度変更機構１７ａと、第２の低反射ミラー１２ｂとして機能するファイバブラッググレーティングの温度を変更する第２の温度変更機構１７ｂと、を備えている。第１の温度変更機構１７ａ及び第２の温度変更機構１７ｂは、例えば、ペルチェ素子によって実現することが可能である。
なお、ファイバブラッググレーティングの温度を高くすると、主にガラスの熱膨張により、そのファイバブラッググレーティングの周期が大きくなり、その結果、そのファイバブラッググレーティングの反射波長帯域が長波長側へとシフトする。逆に、ファイバブラッググレーティングの温度を低くすると、主にガラスの熱収縮により、そのファイバブラッググレーティングの周期が小さくなり、その結果、そのファイバブラッググレーティングの反射波長帯域が短波長側へとシフトする。
（ファイバレーザの第２の変形例）
ファイバレーザ１の第２の変形例（以下、「ファイバレーザ１Ｂ」とも記載する）について、図７を参照して説明する。図７は、本変形例に係るファイバレーザ１Ｂの構成を示すブロック図である。
図１に示すファイバレーザ１と図７に示すファイバレーザ１Ｂとの第１の相違点は、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂの配置である。
すなわち、図１に示すファイバレーザ１においては、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂが、それぞれ、第１の励起コンバイナ１４ａ及び第２の励起コンバイナ１４ｂの共振器側に配置されている。このため、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂに、それぞれ、第１の励起光源群１５ａ及び第２の励起光源群１５ｂにて生成された励起光が入射することが避けられない。
これに対して、図７に示すファイバレーザ１Ｂにおいては、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂが、それぞれ、第１の励起コンバイナ１４ａ及び第２の励起コンバイナ１４ｂの光源群側に配置されている。より具体的に言うと、第１の低反射ミラー１２ａが、第１の励起コンバイナ１４ａの第１の光源群側出力ポート１４ａｚ１に接続された第１のデリバリファイバ１６ａに挿入されており、第２の低反射ミラー１２ｂが、第１の励起コンバイナ１４ａの第２の光源群側出力ポート１４ａｚ２に接続された第２のデリバリファイバ１６ｂに挿入されている。このため、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂに、それぞれ、第１の励起光源群１５ａ及び第２の励起光源群１５ｂにて生成された励起光が入射することが避けられる。
したがって、図７に示すファイバレーザ１Ｂによれば、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂに励起光が入射することに起因する、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂの長期信頼性の低下を抑制することが可能である。また、図７に示すファイバレーザ１Ｂによれば、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂに励起光が入射することに起因する、励起光の損失を抑制することができる。
図１に示すファイバレーザ１と図７に示すファイバレーザ１Ｂとの第２の相違点は、動作モードを切り替えるための機構（特許請求の範囲における「動作モード切替機構」に相当）の実現方法である。
すなわち、図１に示すファイバレーザ１においては、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域又は第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域を変更することによって、動作モードの切り替えを実現している。これに対して、図７に示すファイバレーザ１Ｂにおいては、第１の共振器Ｏａを構成する光導波路の損失又は第２の共振器Ｏｂを構成する光導波路の損失を変更することによって、動作モードの切り替えを実現している。
図７の（ａ）においては、励起コンバイナ１４ａと第１の低反射ミラー１２ａとの間の光ファイバに曲げを与える（曲げ半径を小さくする）ことによって、第１の共振器Ｏａを構成する光導波路の損失を大きくした状態のファイバレーザ１Ｂを示している。この場合、第２の共振器Ｏｂのゲインが第１の共振器Ｏａのゲインよりも大きくなるので、第２の動作モードが実現される。また、図７に示すように、曲げを与えられる光ファイバは、第１の励起コンバイナ１４ａの光源群側出力ポート１４ａｚ１に接続されており、励起光が入射しない（又は、入射するとしても、入射する励起光のパワーは無視し得る程度に小さい）光ファイバである。したがって、曲げた部分から励起光が漏出することに起因する不具合の発生を抑止することができる。なお、ファイバレーザ１Ｂは、動作モードを第２の動作モードに切り替えるための機構として、第１の高反射ミラー１３ａと第１の低反射ミラー１２ａとの間の光ファイバに曲げを与える機構（図７において不図示）を備えていてもよい。
図７の（ｂ）においては、励起コンバイナ１４ａと第２の低反射ミラー１２ｂとの間の光ファイバに曲げを与える（曲げ半径を小さくする）ことによって、第２の共振器Ｏｂを構成する光導波路の損失を大きくした状態のファイバレーザ１Ｂを示している。この場合、第１の共振器Ｏａのゲインが第２の共振器Ｏｂのゲインよりも大きくなるので、第１の動作モードが実現される。また、図７に示すように、曲げを与えられる光ファイバは、第１の励起コンバイナ１４ａの光源群側出力ポート１４ａｚ２に接続されており、励起光が入射しない（又は、入射するとしても、入射する励起光のパワーは無視し得る程度に小さい）光ファイバである。したがって、曲げた部分から励起光が漏出することに起因する不具合の発生を抑止することができる。なお、ファイバレーザ１Ｂは、動作モードを第２の動作モードに切り替えるための機構として、第２の高反射ミラー１３ｂと第２の低反射ミラー１２ｂとの間の光ファイバに曲げを与える機構（図７において不図示）を備えていてもよい。
（ファイバレーザの第３の変形例）
ファイバレーザ１の第３の変形例（以下、「ファイバレーザ１Ｃ」とも記載する）について、図８を参照して説明する。図８は、本変形例に係るファイバレーザ１Ｃの構成を示すブロック図である。
図１に示すファイバレーザ１と図８に示すファイバレーザ１Ｃとの相違点は、レーザ光の出力方法である。
図１に示すファイバレーザ１においては、第１の共振器Ｏａにて再帰的に増幅された波長λａのレーザ光を第１のデリバリファイバ１６ａから出力し、第２の共振器Ｏｂにて再帰的に増幅された波長λｂのレーザ光を第２のデリバリファイバ１６ｂから出力する構成が採用されている。これに対して、図８に示すファイバレーザ１Ｃにおいては、第１の共振器Ｏａにて再帰的に増幅された波長λａのレーザ光と第２の共振器Ｏｂにて再帰的に増幅された波長λｂのレーザ光とを、出力ファイバ１８から出力する構成が採用されている。なお、図８に示すファイバレーザ１Ｃにおいては、第１の励起コンバイナ１４ａから出力ファイバ１８までレーザ光を導波するデリバリファイバ１６として、マルチコアファイバを用いている。このデリバリファイバ１６の第１のコア１６１は、第１の共振器Ｏａにて再帰的に増幅されたレーザ光を導波するために用いられる。また、このデリバリファイバ１６の第２のコア１６２は、第２の共振器Ｏｂにて再帰的に増幅されたレーザ光を導波するために用いられる。
本変形例に係るファイバレーザ１Ｃにおいては、出力ファイバ１８として、柱状（本変形例においては円柱状）の第１のコア１８ａと、第１のコアを取り囲む筒状（本変形例においては円筒状）の第２のコア１８ｂと、を有する光ファイバを用いている。第１の共振器Ｏａにて再帰的に増幅され、デリバリファイバ１６の第１のコア１６１を導波された波長λａのレーザ光は、出力ファイバ１８の第１のコア１８ａ及び第２のコア１８ｂの一方（本変形例においては第１のコア１８ａ）に結合される。一方、第２の共振器Ｏｂにて再帰的に増幅され、デリバリファイバ１６の第２のコア１６２を導波された波長λｂのレーザ光は、出力ファイバ１８の第１のコア１８ａ及び第２のコア１８ｂの他方（本変形例においては第２のコア１８ｂ）に結合される。これにより、波長及びビーム径の異なる２種類のレーザビームを、出力ファイバ１８の反対側の端部から出力することが可能になる。
（ファイバレーザの第４の変形例）
ファイバレーザ１の第４の変形例（以下、「ファイバレーザ１Ｄ」とも記載する）について、図９を参照して説明する。図９は、本変形例に係るファイバレーザ１Ｄの構成を示すブロック図である。
図１に示すファイバレーザ１と図９に示すファイバレーザ１Ｄとの主たる相違点は、第２の低反射ミラー１２ｂ及び第２の高反射ミラー１３ｂが設けられている位置である。また、この主たる相違点に起因して、図１に示すファイバレーザ１と図９に示すファイバレーザ１Ｄとは、第２のデリバリファイバ１６ｂが接続されている励起コンバイナが相違する。
図１に示すファイバレーザ１においては、第１のコア１１ａの第１の端部１１ａ１と、第２のコア１１ｂの第１の端部１１ｂ１とは、ゲインファイバ１１の同じ端部に配置されており、第１コアの第２の端部１１ａ２と、第２のコア１１ｂの第２の端部１１ｂ２とは、ゲインファイバ１１の同じ端部に配置されている。すなわち、ファイバレーザ１においては、第１の低反射ミラー１２ａと第２の低反射ミラー１２ｂとがゲインファイバ１１の同じ端部の側に配置され、第１の高反射ミラー１３ａと第２の高反射ミラー１３ｂとがゲインファイバ１１の同じ端部の側に配置されている。
これに対して、図９に示すファイバレーザ１Ｄにおいては、第１のコア１１ａの第１の端部１１ａ１と、第２のコア１１ｂの第１の端部１１ｂ１とは、ゲインファイバ１１の異なる端部に配置されており、第１コアの第２の端部１１ａ２と、第２のコア１１ｂの第２の端部１１ｂ２とは、ゲインファイバ１１の異なる端部に配置されている。すなわち、ファイバレーザ１Ｄにおいては、第１の低反射ミラー１２ａと第２の高反射ミラー１３ｂとがゲインファイバ１１の同じ端部の側に配置され、第１の高反射ミラー１３ａと第２の低反射ミラー１２ｂとがゲインファイバ１１の同じ端部の側に配置されている。
また、ファイバレーザ１においては、デリバリファイバ１６ａ，１６ｂの各々が、それぞれ、励起コンバイナ１４ａの第１の光源群側出力ポート１４ａｚ１及び第２の光源群側出力ポート１４ａｚ２に接続されている。これに対して、ファイバレーザ１Ｄにおいては、デリバリファイバ１６ａが励起コンバイナ１４ａの光源群側出力ポート１４ａｚに接続されており、且つ、デリバリファイバ１６ｂが励起コンバイナ１４ｂの光源群側出力ポート１４ｂｚに接続されている。
本変形例に係るファイバレーザ１Ｄにおいては、コア１１ａ，１１ｂの各々において再帰的に増幅されたレーザ光（波長がλａであるレーザ光及び波長がλｂであるレーザ光）を、ゲインファイバ１１の両方の端部からそれぞれ出力することが可能なファイバレーザを実現することができる。
図１０は、第１の力Ｆ１によって曲げられる前後の第１のマルチコアファイバＭＣＦ１の状態を示す斜視図である。図１１は、第１のマルチコアファイバＭＣＦ１が第１の力Ｆ１によって曲げられる前後の第１の低反射ミラー１２ａ、第２の低反射ミラー１２ｂ、第１の高反射ミラー１３ａ、及び第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域の関係を例示した図である。
図１１の（ａ）に示すように、第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域の帯域幅は、例えば、４ｎｍ以上５ｎｍ以下（図示した例では４ｎｍ）に設定され、第１の高反射ミラー１３ａ及び第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域の帯域幅は、例えば、４ｎｍ以上５ｎｍ以下（図示した例では４ｎｍ）に設定される。また、第１のマルチコアファイバＭＣＦ１が曲げられる前の第１の低反射ミラー１２ａ及び第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域の中心波長は、例えば、１０８２ｎｍに設定され、第１の高反射ミラー１３ａ及び第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域の中心波長は、例えば、１０７８ｎｍに設定される。
第１のマルチコアファイバＭＣＦ１を第１の力Ｆ１によって曲げることによって、第１の低反射ミラー１２ａとして機能するファイバブラッググレーティングの長さが伸びると共に、第２の高反射ミラー１３ｂとして機能するファイバブラッググレーティングの長さが縮む（図１０参照）。これにより、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域が長波長側にシフトすると共に、第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域が短波長側にシフトする。その結果、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域と第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域とは、重複部分を有さず、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域と第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域とは、重複部分を有する状態が実現される（図１１の（ａ）参照）。そうすると、第２の共振器Ｏｂのゲインが第１の共振器Ｏａのゲインよりも高くなり、上述した第２の動作モードへの遷移が実現される。
なお、図１１の（ｂ）に示すように、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域は、第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域と重複（図示した例では１ｎｍ重複）していてもよく、第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域は、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域と重複（図示した例では１ｎｍ重複）していてもよい。この場合であっても、第１のマルチコアファイバＭＣＦ１を第１の力Ｆ１によって曲げることによって、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域と第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域とが、重複部分を有さず、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域と第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域とが、重複部分を有する状態が実現される（図１１の（ｂ）参照）。すなわち、上述した第２の動作モードへの遷移が実現される。
図１２は、第２の力Ｆ２によって曲げられる前後の第１のマルチコアファイバＭＣＦ１の状態を示す斜視図である。図１３は、第１のマルチコアファイバＭＣＦ１が第２の力Ｆ２によって曲げられる前後の第１の低反射ミラー１２ａ、第２の低反射ミラー１２ｂ、第１の高反射ミラー１３ａ、及び第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域の関係を例示した図である。
図１３の（ａ）に示すように、第１のマルチコアファイバＭＣＦ１を第２の力Ｆ２によって曲げることによって、第１の低反射ミラー１２ａとして機能するファイバブラッググレーティングの長さが縮むと共に、第２の高反射ミラー１３ｂとして機能するファイバブラッググレーティングの長さが伸びる（図１２参照）。これにより、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域が短波長側にシフトすると共に、第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域が長波長側にシフトする。その結果、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域と第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域とは、重複部分を有し、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域と第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域とは、重複部分を有さない状態が実現される（図１３の（ａ）参照）。そうすると、第１の共振器Ｏａのゲインが第２の共振器Ｏｂのゲインよりも高くなり、上述した第１の動作モードへの遷移が実現される。
なお、図１３の（ｂ）に示すように、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域は、第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域と重複（図示した例では１ｎｍ重複）していてもよく、第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域は、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域と重複（図示した例では１ｎｍ重複）していてもよい。この場合であっても、第１のマルチコアファイバＭＣＦ１を第２の力Ｆ２によって曲げることによって、第１の低反射ミラー１２ａの反射波長帯域と第１の高反射ミラー１３ａの反射波長帯域とが、重複部分を有し、第２の低反射ミラー１２ｂの反射波長帯域と第２の高反射ミラー１３ｂの反射波長帯域とが、重複部分を有さない状態が実現される（図１３の（ｂ）参照）。すなわち、上述した第１の動作モードへの遷移が実現される。
（付記事項）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。実施形態に開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
１ ファイバレーザ
１１ ゲインファイバ
１２ａ 第１の低反射ミラー
１２ｂ 第２の低反射ミラー
１３ａ 第１の高反射ミラー
１３ｂ 第２の高反射ミラー
１４ａ 第１の励起コンバイナ
１４ｂ 第２の励起コンバイナ
１５ａ 第１の励起光源群
１５ｂ 第２の励起光源群
１６ａ 第１のデリバリファイバ
１６ｂ 第２のデリバリファイバ
１７ 反射波長帯域変更機構（動作モード切替機構）
１８ 出力ファイバ
Ｏａ 第１の共振器
Ｏｂ 第２の共振器

Claims (11)

  1. 第１のコア及び第２のコアを有するゲインファイバと、
    前記第１のコアの第１の端部から出射されるレーザ光の光路上に設けられた第１の低反射ミラーと、前記第１のコアの第２の端部から出射されるレーザ光の光路上に設けられた第１の高反射ミラーと、
    前記第２のコアの第１の端部から出射されるレーザ光の光路上に設けられた第２の低反射ミラーと、前記第２のコアの第２の端部から出射されるレーザ光の光路上に設けられた第２の高反射ミラーと、を備えており、
    前記第１の低反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部を前記第１の高反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部と重複させること、及び、前記第２の低反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部を前記第２の高反射ミラーの反射波長帯域の少なくとも一部と重複させることが可能である、
    ことを特徴とするファイバレーザ。
  2. 前記第１の低反射ミラー及び前記第１の高反射ミラーにより構成される第１の共振器によって再帰的に増幅され、前記第１の低反射ミラーを透過した第１の波長のレーザ光を出力する第１の動作モードと、前記第２の低反射ミラー及び前記第２の高反射ミラーにより構成される第２の共振器によって再帰的に増幅され、前記第２の低反射ミラーを透過した第２の波長のレーザ光を出力する第２の動作モードと、を有し、
    前記第１の動作モードと前記第２の動作モードとを切り替える動作モード切替機構を更に備えている、
    ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ。
  3. 前記動作モード切替機構は、前記第１の低反射ミラー、前記第２の低反射ミラー、前記第１の高反射ミラー、及び前記第２の高反射ミラーのうち、少なくとも１つのミラーの反射波長帯域を変更することによって、動作モードを切り替える、
    ことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザ。
  4. 前記少なくとも１つのミラーは、ファイバブラッググレーティングであり、
    前記動作モード切替機構は、前記ファイバブラッググレーティングの長さ又は温度を変更することによって、前記ファイバブラッググレーティングの反射波長帯域を変更する、
    ことを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ。
  5. 前記少なくとも１つのミラーは、マルチコアファイバ内に形成された２つのファイバブラッググレーティングであり、
    前記動作モード切替機構は、前記マルチコアファイバを曲げ、前記２つのファイバブラッググレーティングの一方の長さを伸ばすと共に、前記２つのファイバブラッググレーティングの他方の長さを縮めることによって、前記２つのファイバブラッググレーティングの反射波長帯域を変更する、
    ことを特徴とする請求項４に記載のファイバレーザ。
  6. 前記動作モード切替機構は、前記第１の共振器を構成する光導波路の損失又は前記第２の共振器を構成する光導波路の損失を変更することによって、動作モードを切り替える、
    ことを特徴とする請求項２に記載のファイバレーザ。
  7. 前記動作モード切替機構は、前記第１の共振器に含まれる光ファイバを曲げることによって、前記第１の共振器を構成する光導波路の損失を増大させるか、又は、前記第２の共振器に含まれる光ファイバを曲げることによって、前記第２の共振器を構成する光導波路の損失を増大させる、
    ことを特徴とする請求項６に記載のファイバレーザ。
  8. 第１のコア、及び、前記第１のコアを取り囲む筒状の第２のコアを有する出力ファイバを更に備えており、
    前記第１の共振器にて再帰的に増幅されたレーザ光が前記第１のコアに結合されると共に、前記第２の共振器にて再帰的に増幅されたレーザ光が前記第２のコアに結合されるか、又は、前記第１の共振器にて再帰的に増幅されたレーザ光が前記第２のコアに結合されると共に、前記第２の共振器にて再帰的に増幅されたレーザ光が前記第１のコアに結合される、
    ことを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載のファイバレーザ。
  9. 前記第１のコアの前記第１の端部と、前記第２のコアの前記第１の端部とは、前記ゲインファイバの同じ端部に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のファイバレーザ。
  10. 前記第１のコアの前記第１の端部と、前記第２のコアの前記第１の端部とは、前記ゲインファイバの異なる端部に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のファイバレーザ。
  11. ゲインファイバの第１のコアの第１の端部から出射するレーザ光の光路上に配置された第１の低反射ミラーと前記第１のコアの第２の端部から出射するレーザ光の光路上に配置された第１の高反射ミラーとにより構成される第１の共振器によって再帰的に増幅され、前記第１の低反射ミラーを透過したレーザ光を出力する第１の工程と、
    前記ゲインファイバの第２のコアの第１の端部から出射するレーザ光の光路上に配置された第２の低反射ミラーと前記第２のコアの第２の端部から出射するレーザ光の光路上に配置された第２の高反射ミラーとにより構成される第２の共振器によって再帰的に増幅され、前記第２の低反射ミラーを透過したレーザ光を出力する第２の工程と、を含んでいる、
    ことを特徴とするレーザ光の出力方法。
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