JPH10135548A - 光ファイバレーザ装置 - Google Patents
光ファイバレーザ装置Info
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- JPH10135548A JPH10135548A JP8290173A JP29017396A JPH10135548A JP H10135548 A JPH10135548 A JP H10135548A JP 8290173 A JP8290173 A JP 8290173A JP 29017396 A JP29017396 A JP 29017396A JP H10135548 A JPH10135548 A JP H10135548A
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- H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
- H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
Abstract
正確に行うことを可能とする光ファイバレーザ装置を得
る。 【解決手段】 多数回巻回された長い1本のレーザファ
イバ2aが、直方体状の透明な紫外線硬化性樹脂1a中
に隙間なく埋めこまれて固定され、両端部が外部に露出
されている。レーザファイバ2aは、コア5aの周囲に
クラッド6aが設けられたもので、このコア5aの内部
には0.5at%のNd3+イオンがドープされている。
Description
光ファイバ内部に有し、外部からの励起光の供給によっ
てレーザ発振を行う光ファイバレーザ装置に関する。
は、より高出力でより安価なレーザ装置の開発が望まれ
るが、従来より、この様な要請を満たせる可能性の高い
ものとして光ファイバレーザ装置が知られている。
アとクラッドとの屈折率差等を適切に選定することで比
較的容易に発振モードを単一にできる。また、光を高密
度に開じ込めることでレーザ活性物質と光との相互作用
を高められる。かつ、長さを長くすることで相互作用長
を大きくとれるので高い効率で空間的に高品質のレーザ
光を発生させることができる。したがつて、質の良いレ
ーザ光を比較的安価に得ることができる。
は高効率化を実現するには、光ファイバのレーザ活性イ
オン添加領域(通常はコア部)に効率よく励起光を導入
する必要がある。ところが、通常、単一モードの導波条
件にコア径を設定するとその径はレーザ活性イオンの添
加領域(通常はコア部)の十数ミクロン以下に限定され
るので、この径に効率よく励起光を薄入するのは一般に
困難である。これを克服するものとしては、例えば、い
わゆる2重クラッド型ファイバレーザが提案されてい
る。
明図である。この図に示されるように、2重クラッド型
ファイバレーザは、クラッド部16の外側に該クラッド
部16よりもさらに屈折率が低い透明物質で構成される
第2クラッド部17を設けたものである。これにより、
第2クラッド部17とクラッド部16との屈折率差に起
因する全反射によって端面より導入された励起光13を
クラツド部16及びコア部15内に開じ込める。そし
て、レーザ活性イオンの添加領域(通常はコア部14)
を上記閉じ込めた励起光が繰り返し通過するようにして
該励起光を徐々にレーザ活性イオンに吸収せしめる。こ
れによって、高出力のレーザ光を得られるようにしたも
のである(参考文献;E.Snitzer.H.Po,
FHakimi,R.Tumminelli,and
B.C.McCllum,in 0ptical Fi
ber Sensors.Vol.2 of 1988
0SA Tecnical Digest Seri
es(0ptical Scciety of Ame
rica,Washington,D.C.,198
8),paper PD5.)。
の導入口を数十〜数千ミクロンにわたって大きくとるこ
とができるため、励起光のファイバへの導入が容易であ
る。また、レーザ発振が起る領域は数十〜数ミクロンと
小さく制限されるのでレーザ発振波長の光について単一
モード伝搬および高密度の光の閉じ込めが実現できる等
の利点を有している。
光ファイバレーザは外乱の影響、例えば、振動、圧力、
音響などによってレーザ発振の状態が大きく変動すると
いった欠点を有している。これは、光ファイバでは、レ
ーザの増幅媒体そのものがレーザ共振器そのものと不可
分の形で一体化されており、さらに、媒質が非常に大き
なアスベクト比を持つので、柔軟性を付与されている
分、機械的強度に欠けることになる。このため、外乱の
影響が大きく拡大され、これを積極的に利用すればファ
イバーセンサー等として用いるには大きな利点となる
が、逆に一般的な固体レーザ装置として用いようとする
と、重大な欠点ともなる。例えば、光ファイバレーザで
は、横モードに関してはファイバー伝送による明確な境
界条件から、きわめて厳密な制御ができる。しかしなが
ら、共振器の縦モードに関係する周波数制御などは困難
で、この点では固体レーザというより、むしろ液体を媒
体としているレーザに近いというべきである。
のであり、共振器の縦モードに関係する周波数制御等も
正確に行うことを可能とする光ファイバレーザ装置を提
供することを目的とする。
めの手段として、請求項1にかかる発明は、レーザ活性
物質を光ファイバ内部に有し、外部からの励起光の供給
によってレーザ発振を行う光ファイバレーザ装置であっ
て、前記光ファイバが、硬化性の物質によってその一部
又は全部が覆われることによって固定されていることを
特徴とする光ファイバレーザ装置である。
は、該光ファイバが収納される領域の大きさを表す3次
元座標軸上の各距離に比較してその長さが著しく長いも
のであり、該領域内において繰返し折り返されもしくは
巻回されて該領域内に配置されたものであり、前記硬化
性物質は、前記領域内に隙間なく満たされているもので
あることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバレー
ザ装置である。
質は、硬化性の有機樹脂またはガラスまたは硬化性のあ
る無機質の媒体または金属であることを特徴とする請求
項1又は2に記載の光ファイバレーザ装置である。
は、前記光ファイバのクラッド部を構成する物質の屈折
率の値以下の屈折率の値を有する透明な物質であること
を特徴とする光ファイバレーザ装置である。
を光ファイバ内部に有し、外部からの励起光の供給によ
ってレーザ発振を行う光ファイバレーザ装置であって、
前記光ファイバは、該光ファイバが収納される領域の大
きさを表す3次元座標軸上の各距離に比較してその長さ
が著しく長いものであり、該領域内において繰返し折り
返されもしくは巻回されて該領域内に配置されたもので
あり、かつ、前記繰返し折り返されもしくは巻回されて
隣接する光ファイバどうしが互いのコアとクラッドとの
界面が乱れない程度にその一部又は全部が密着するよう
にして一体に形成することによって固定されていること
を特徴とする光ファイバレーザ装置である。
は、クラッドの断面形状が矩形を有しているものである
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の
光ファイバレーザ装置である。
は、クラッドの外側にさらに第2のクラッドが形成され
た2重クラッド型光ファイバであることを特徴とする請
求項1ないし6のいずれかに記載の光ファイバレーザ装
置である。
レーザ装置の構成を示す図である。
多数回巻回された長い1本のレーザファイバ2aが、5
cm×5cm×2cmの直方体状の紫外線硬化性樹脂1
a中に隙間なく埋めこまれて固定され、両端部だけが外
部に露出されているものである。
0μm、クラッド6aの径が50μm、開口数が0.
1、長さが約50mの1本の石英系ガラスファイバーを
基本構成とする。このコア5aの内部には0.5at%
のNd3+イオンがドープされている。
端面Fiには、コア内部からの光に対して、波長1.0
6μmの光の反射率が100%であり、波長0.8μm
の光の反射率100%である回折格子が形成され、他方
の端部の端面Fo には波長1.06μmの光の反射率が
99.0%であり、波長0.8μmの光の反射率99.
9%の多層膜反射コートが施されてある。
うにして多数回巻回して小さくまとめられた長さ50m
の連続する1本のレーザファイバ2aを、5cm×5c
m×2cmの直方体の金属性筐体内に収納し、これに紫
外縁硬化樹脂を隙間なく流し込んで樹脂が完全に硬化し
た後、筐体をばずすことによって得られる。
i から、励起光として、波長約0.8μmで最大出力1
OWの半導体レーザ光3を入射したところ、他方の端部
の端面Fo から、波長1.06μmで出力4Wのレーザ
発振出力光4を確認することができた。
成を示す図である。この実施例は、実施例1におけるレ
ーザファイバ2aの代わりに、2重クラッド型レーザフ
ァイバ2bを用い、また、紫外線硬化樹脂1aの代わり
に金属亜鉛1b用いて2重クラッド型レーザファイバ2
bを固定している点で実施例1と異なるものである。
英系のガラスファイバーであり、コア5bの径が10μ
m、クラッド6bの径が500μm、このクラッド6b
の外側に形成された第2クラッド7の径が700μmで
ある。コア5bとクラッド6bとの屈折率差は1%、ク
ラッド6bと第2クラッド7の屈折率差が5%である。
これらコア及びクラッドの断面形状は円形である。ま
た、コア5b内部には0.5at%のNd3+イオンがド
ープされている。
bにおける一方の端部の端面Fiには、コア内部からの
光に対して、波長1.06μmの光の反射率が100%
であり、波長0.8μmの光の反射率100%である回
折格子が形成され、他方の端部の端面Fo には波長1.
06μmの光の反射率が99.0%であり、波長0.8
μmの光の反射率99.9%の多層膜反射コートが施さ
れてある。
うにして多数回巻回して小さくまとめられた長さ100
mの2重クラッド型レーザファイバ2bを、30cm×
30cm×15cmの直方体の金属性筐体内に収納し、
これに金属亜鉛の融液を隙間なく流し込んで金属亜鉛が
完全に硬化した後、筐体をばずすことによって得られ
る。
i から、励起光として、波長約0.8μmで最大出力1
OWの半導体レーザ光を入射したところ、他方の端部の
端面Fo から、波長1.06μmで出力2Wのレーザ発
振を確認することができた。
る光ファイバレーザ装置の構成を示す図である。
内径10cm、外径14cm、高さ20cmの2重円筒
状の筐体8内に、長い1本のレーザファイバ2cが多数
回巻回されて収納され、この2重円筒状の筐体内に紫外
線硬化性樹脂1cが隙間なく埋めこまれて固定され、該
レーザファイバ2c両端部だけが外部に露出されている
ものである。
面が100×700μmの矩形状をなしたもので、コア
5cの径が10μmであり、コア5cの屈折率とクラッ
ド6cの屈折率との差が1%の石英系ガラスファイバを
基本構成とするもので、コア5cの内部には0.5at
%のNd3+イオンがドープされている。
端面Fiには、コア内部からの光に対して、波長1.0
6μmの光の反射率が100%であり、波長0.8μm
の光の反射率100%である回折格子が形成され、他方
の端部の端面Fo には波長1.06μmの光の反射率が
99.0%であり、波長0.8μmの光の反射率99.
9%の多層膜反射コートが施されてある。
i から、励起光として、波長約0.8μmで最大出力1
OWの半導体レーザ光を入射したところ、他方の端部の
端面Fo から、波長1.06μmで出力3Wのレーザ発
振出力光を確認することができた。
にすると、円形にした場合に比較して以下のような利点
がある。
に、中心コアと結合するモードだけを吸取する吸収飽和
が起こるために大きなレーザ出力を得ることが難しくな
るが、矩形断面の第1クラッドではこのような吸収飽和
が起こらない。吸収飽和が起こらないクラッド断面をも
つファイバては、入射させた励起光が、クラッドを伝搬
中にコアによって吸収される実効的吸取係数αeff =α
・Acore/Acladとなる。ただし、αはコア部の吸収係
数、Acore、Acladは各々コア部と第1クラッド部の断
面積である。したがって、内部に巻き込んだファイバレ
ーザの長さに応じて第1クラッドの断面積を制御すれ
ば、クラッド励起方式によってファイバレーザで全域に
渡って好適な励起強度を供給することができ、さらに、
レーザ発振の横モードはファイバ伝送により制御する
が、同時に、外部に引き出されているファイバ端面にコ
ーティングを施せば、数十m以上もの長い共振器にもか
かわらず、モノリシック共振器を構成し、安定な縦モー
ドの制御が可能になる。
る光ファイバレーザ装置の構成を示す図である。
多数回巻回された長い1本のレーザファイバ2dが、5
0cm×10cm×50cmの直方体状の金属アルミニ
ウム1d中に隙間なく埋めこまれて固定され、両端部だ
けがが外部に露出されているものである。
ーザファイバであり、クラッド6dは断面が100×5
00μmの矩形状をなし、このクラッド6dの上に径7
00μmの第2クラッド7dが形成されている。コア5
dの径は10μmであり、クラッド6dの屈折率と第2
クラッド7dの屈折率との差が1%の石英系2重クラッ
ド型ガラスファイバを基本構成とするもので、コア5d
の内部には0.5at%のNd3+イオンがドープされて
いる。
端面Fiには、コア内部からの光に対して、波長1.0
6μmの光の反射率が100%であり、波長0.8μm
の光の反射率100%である回折格子が形成され、他方
の端部の端面Fo には波長1.06μmの光の反射率が
99.0%であり、波長0.8μmの光の反射率99.
9%の多層膜反射コートが施されてある。
i から、励起光として、波長約0.8μmで最大出力1
OWの半導体レーザ光を入射したところ、他方の端部の
端面Fo から、波長1.06μmで出力2.5Wのレー
ザ発振出力光を確認することができた。
の物質として、紫外線硬化樹脂、金属亜鉛、金属アルミ
ニウムの例お掲げたが、硬化性の物質としては、他に
も、例えば、熱硬化性樹脂等の有機樹脂、ゾルーゲル法
で作製した石英系のガラス、セメント、石膏等の硬化性
のある無機質の媒体、または、インジウム、銅、ジュラ
ルミン等の金属又は合金を用いることもできる。
を硬化性物質によって固定する例を掲げたが、硬化性物
質を用いずに、隣接するレーザファイバどうしを互いの
コアとクラッドとの界面が乱れない程度にその一部又は
全部が密着するようにして一体に形成することによって
固定してもよい。具体的には、例えば、光ファイバを構
成するガラスの変形温度まで加熱(ただし、コアとクラ
ッドの界面が乱れない程度の粘性を有するものとする)
し、ファイバとファイバのすき間を真空に引きつつ圧力
を加え全体を融着して一体型とする方法等がある。
活性物質を光ファイバ内部に有し、外部からの励起光の
供給によってレーザ発振を行う光ファイバレーザ装置で
あって、前記光ファイバが、硬化性の物質によってその
一部又は全部が覆われることによって固定されているこ
とを特徴とし、又は、繰返し折り返されもしくは巻回さ
れて隣接する光ファイバどうしが互いのコアとクラッド
との界面が乱れない程度にその一部又は全部が密着する
ようにして一体に形成することによって固定されている
ことを特徴とするもので、これにより、共振器の縦モー
ドに関係する周波数制御等も正確に行うことを可能とす
る光ファイバレーザ装置を得ているものである。
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
構成を示す図である。
金属アルミニウム、2a,2c…レーザファイバ、2
b,2d…2重クラッド型レーザファイバ、3…励起
光、4…レーザ出力光、5a,5b,5c,5d…コ
ア、6a,6b,6c,6d…クラッド、7b,7d…
第2クラッド、8…金属筐体。
Claims (7)
- 【請求項1】 レーザ活性物質を光ファイバ内部に有
し、外部からの励起光の供給によってレーザ発振を行う
光ファイバレーザ装置であって、 前記光ファイバが、硬化性の物質によってその一部又は
全部が覆われることによって固定されていることを特徴
とする光ファイバレーザ装置。 - 【請求項2】 前記光ファイバは、該光ファイバが収納
される領域の大きさを表す3次元座標軸上の各距離に比
較してその長さが著しく長いものであり、該領域内にお
いて繰返し折り返されもしくは巻回されて該領域内に配
置されたものであり、前記硬化性物質は、前記領域内に
隙間なく満たされているものであることを特徴とする請
求項1に記載の光ファイバレーザ装置。 - 【請求項3】 前記硬化性の物質は、硬化性の有機樹脂
またはガラスまたは硬化性のある無機質の媒体または金
属であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光フ
ァイバレーザ装置。 - 【請求項4】 前記硬化性物質は、前記光ファイバのク
ラッド部を構成する物質の屈折率の値以下の屈折率の値
を有する透明な物質であることを特徴とする請求項2又
は3に記載の光ファイバレーザ装置。 - 【請求項5】 レーザ活性物質を光ファイバ内部に有
し、外部からの励起光の供給によってレーザ発振を行う
光ファイバレーザ装置であって、 前記光ファイバは、該光ファイバが収納される領域の大
きさを表す3次元座標軸上の各距離に比較してその長さ
が著しく長いものであり、該領域内において繰返し折り
返されもしくは巻回されて該領域内に配置されたもので
あり、 かつ、前記繰返し折り返されもしくは巻回されて隣接す
る光ファイバどうしが互いのコアとクラッドとの界面が
乱れない程度にその一部又は全部が密着するようにして
一体に形成することによって固定されていることを特徴
とする光ファイバレーザ装置。 - 【請求項6】 前記光ファイバは、クラッドの断面形状
が矩形を有しているものであることを特徴とする請求項
1ないし5のいずれかに記載の光ファイバレーザ装置。 - 【請求項7】 前記光ファイバは、クラッドの外側にさ
らに第2のクラッドが形成された2重クラッド型光ファ
イバであることを特徴とする請求項1ないし6のいずれ
かに記載の光ファイバレーザ装置。
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EP (1) | EP0840411B1 (ja) |
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