JPWO2008143084A1 - ファイバレーザ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2007年5月18日に日本国に出願された特願2007−132755号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図1にMOPA(Master Oscillator−Power Amplifier)方式と呼ばれる代表的な高出力ファイバレーザの概略図を示す。このMOPA方式では、MOの後段にPAが接続された構成となっており、MOから出力された微弱なパルス光をPAで増幅することで高出力のレーザ光が得られる。PA1段では十分な出力が得られない場合には所望の出力が得られるように多段にPAが接続される。
MOには半導体レーザなどCW発振するレーザ光源の出力を音響光学素子などの変調機で強度変調することパルス光とする方式や、例えば特許文献1に提案されているようなファイバリングレーザを用いる方式がある。図2に代表的な光ファイバリングレーザの構成図を示す。
このPA200は、多数の励起光源201と、光結合器203と、希土類添加ダブルクラッドファイバ105と、アイソレータ206とから構成されており、励起光源201、光結合器203、希土類添加ダブルクラッドファイバ105及びアイソレータ206は、ファイバレーザ100に使用したものと同じものが使用できる。光結合器203は、例えば特許文献2に開示されているような光結合器が用いられ、マルチモードファイバからなる複数の励起ポート102と一つのシングルモードファイバからなる信号ポート202を有し、これらを溶融延伸して一体化することにより形成された1つの出射ポート104を有している。MO100から出射されたレーザ光は、信号ポート202から入射され、光結合器203を介して希土類添加ダブルクラッドファイバ105のコアへと入射される。
一方で励起ポート102には励起光源201が接続されており、励起光が光結合器203を介して希土類添加ダブルクラッドファイバ105の第1クラッドへと入射される。希土類添加ダブルクラッドファイバ105の第1クラッドへと入射された励起光はコアに添加された希土類イオンに吸収されて反転分布が形成され、誘導放出が生じることでコア内を伝播するレーザ光が増幅されて、アイソレータ206を介して出力される。
第1の解決方法として、特許文献3に開示されているような方法が挙げられる。これによると、希土類添加光ファイバの両端にアイソレータを挿入することで反射率を低く抑えることで自己発振を抑制している。さらに、励起光源の出射側に短波長通過フィルタを設けることで希土類添加ダブルクラッドファイバから出射されるASEがポンプレーザによって反射されて再び希土類添加ダブルクラッドファイバに入射することを抑制している。すなわち、希土類添加ファイバの入射側および出射側の反射率を極力低く抑えることで自己発振を抑制したものである。
第1の解決方法については、反射率の抑制は現実的には0.001%程度までが限界である。数十W以上を出力するような比較的高出力のファイバレーザにおいては、いくら反射を抑制しても、このわずかな反射が原因で自己発振を発生してしまう問題があった。また、レーザ出射後の外部からの反射に関してはアイソレータで反射光の強度は減衰するが、完全にカットすることはできず、わずかに残った反射光を種光として発振を誘発してしまう問題があった。
また、発振波長と異なる波長の反射デバイスを用いることで、信号光に損失を与えることが無く、効率低下を無くすことができる。
また、MOや励起光源に向かって出射されるパルスの尖塔値を低くできるので、励起光源やMOにダメージを与えることが無く、信頼性の高いレーザを提供できる。つまり、ファイバレーザの信頼性を向上させることができる。
また、ファイバレーザの出力によっては、非常に高価な部品であるPAアイソレータが無くても自己発振しなくなるので、低コストにファイバレーザを作製できる。
102…励起ポート
104…出射ポート
105…希土類添加ダブルクラッドファイバ(希土類添加光ファイバ)
201…励起光源
202…信号ポート
203…光結合器
206…アイソレータ(PAアイソレータ)
316…段間アイソレータ
401…反射デバイス
図4は本発明のファイバレーザの第1実施形態を示す構成図である。本実施形態のファイバレーザは、図3に示すファイバレーザと同じく、MO100とPA200とを連結したMOPA方式のファイバレーザである。MO100としては、例えば、図2に示すファイバリングレーザ310を用いることができる。このMO100の出力側が段間アイソレータ316とその後段に設けられた反射デバイス401とを介して、PA200に接続され、MO100から出力されたレーザ光が段間アイソレータ316及び反射デバイス401を介してPA200で増幅されて出力される構成になっている。
また、発振波長と異なる波長の反射デバイス401を用いることで、信号光に損失を与えることが無く、効率低下を無くすことができる。
また、MO100や励起光源201に向かって出射されるパルスの尖塔値を低くできるので、励起光源201やMO100にダメージを与えることが無く、信頼性の高いファイバレーザを提供できる。
また、ファイバレーザの出力によっては、非常に高価な部品であるPAアイソレータ206が無くても自己発振しなくなるので、低コストにファイバレーザを作製できる。
以下、実施例によって本発明の効果を実証する。
比較例、実施例とも、MO100には、発振波長1064nmのファイバリングレーザを用いている。
希土類添加ダブルクラッドファイバ105は、Yb添加ダブルクラッドファイバを使用し、そのコア径は20μm、第1クラッド径は400μm、コア吸収率は1200dB/m@976nmである。
光結合器203は、励起光が希土類添加ダブルクラッドファイバ105との接続損失が小さくなるように、コア径20μm、クラッド径390μmの出射ポートを有するものを使用し、入射ポートは励起光源に接続され、コア径105μm、NA0.15のマルチモードファイバからなる6本の励起ポート102とコア径6μm、NA0.14のシングルモードファイバからなる1つの信号ポート202を有するものを用いた。
励起光源201には発振波長915nm、最大出力5Wの半導体レーザを6台用いた。
また、発振波長と異なる波長の反射デバイスを用いることで、信号光に損失を与えることが無く、効率低下を無くすことができる。
また、MOや励起光源に向かって出射されるパルスの尖塔値を低くできるので、励起光源やMOにダメージを与えることが無く、信頼性の高いレーザを提供できる。つまり、ファイバレーザの信頼性を向上させることができる。
また、ファイバレーザの出力によっては、非常に高価な部品であるPAアイソレータが無くても自己発振しなくなるので、低コストにファイバレーザを作製できる。
Claims (11)
- 種光を発生するレーザ発振器であるMOと、該MOの後段に接続されMOから発せられたレーザ光を増幅して出力する光増幅器であるPAとからなるMOPA方式のファイバレーザにおいて、
MOとPAの間に反射デバイスが設けられたことを特徴としたファイバレーザ。 - 種光を発生するレーザ発振器であるMOと、該MOの後段に接続されMOから発せられたレーザ光を増幅して出力する光増幅器であるPAとからなるMOPA方式のファイバレーザにおいて、
前記PAは、励起光源からの励起光を入射する励起ポートと、MOからのレーザ光が入射される信号ポートと、励起ポートから入射された励起光と信号ポートから入射された信号光があわせて出射される出射ポートとを有する光結合器と、励起ポートに接続された励起光源と、出射ポートに接続された希土類添加光ファイバとからなり、光結合器の出射端に反射デバイスが設けられたファイバレーザ。 - 前記反射デバイスの反射波長が、PAに使用されている希土類添加光ファイバの利得波長帯域内にある請求項1又は2に記載のファイバレーザ。
- 反射デバイスの反射波長とMOの発振波長とが異なる請求項3に記載のファイバレーザ。
- 前記MOの発振波長におけるPAの希土類添加光ファイバの利得よりも、反射デバイスの発振波長におけるPAの希土類添加光ファイバの利得のほうが大きい請求項4に記載のファイバレーザ。
- 前記反射デバイスが誘電体多層膜ミラーである請求項5に記載のファイバレーザ。
- 前記反射デバイスがファイバブラッググレーティングである請求項5に記載のファイバレーザ。
- 前記反射デバイスの反射率は、PAの希土類添加光ファイバ出射端からみた出射側の反射率よりも大きい請求項3に記載のファイバレーザ。
- 前記反射デバイスの反射率が0.001%以上である請求項8に記載のファイバレーザ。
- 前記反射デバイスが誘電体多層膜ミラーである請求項9に記載のファイバレーザ。
- 前記反射デバイスがファイバブラッググレーティングである請求項9に記載のファイバレーザ。
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