WO2011016419A1 - ファイバレーザ - Google Patents

ファイバレーザ Download PDF

Info

Publication number
WO2011016419A1
WO2011016419A1 PCT/JP2010/063026 JP2010063026W WO2011016419A1 WO 2011016419 A1 WO2011016419 A1 WO 2011016419A1 JP 2010063026 W JP2010063026 W JP 2010063026W WO 2011016419 A1 WO2011016419 A1 WO 2011016419A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fiber
optical fiber
amplification
fiber laser
refractive index
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/063026
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
盛輝 大原
裕 黒岩
Original Assignee
旭硝子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 旭硝子株式会社 filed Critical 旭硝子株式会社
Publication of WO2011016419A1 publication Critical patent/WO2011016419A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • G02B6/2551—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding using thermal methods, e.g. fusion welding by arc discharge, laser beam, plasma torch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094049—Guiding of the pump light
    • H01S3/094053—Fibre coupled pump, e.g. delivering pump light using a fibre or a fibre bundle

Definitions

  • the present invention relates to a fiber laser, and more particularly to a fiber laser suitable for processing, measurement, medical care, optical communication, and the like.
  • Fiber lasers Semiconductor lasers, solid-state lasers, and gas lasers are used as laser light sources, but in recent years, fiber lasers have attracted attention because of their high beam quality in addition to ease of maintenance. It is used as a communication laser.
  • a fiber laser amplification medium a fiber to which rare earth such as erbium (Er), ytterbium (Yb), thulium (Tm) is added is used.
  • Yb has a characteristic that it has a high absorption coefficient and is easy to increase the output
  • an amplification optical fiber to which Yb is added is generally used as an amplification medium for a 1.0 ⁇ m band fiber laser.
  • an amplification optical fiber to which Er capable of obtaining a 1.5 ⁇ m band laser beam is used for communication and measurement. Further, research has been made on a fiber laser to which Tm is added to obtain a laser beam in the vicinity of 2.0 ⁇ m as a light source for a gas sensor.
  • Non-patent Document 1 There are a ring type and a Fabry-Perot type as a fiber laser resonance structure (Non-patent Document 1).
  • the Fabry-Perot fiber laser has a configuration in which a rare earth-doped optical fiber is inserted into a Fabry-Perot resonator composed of two mirrors. The mirror is realized by means such as forming a fiber Bragg grating or mounting a dielectric multilayer mirror.
  • a structure has been proposed in which one end is configured by a dielectric mirror to reflect light and the other end is configured by a cut surface of a fiber (Non-patent Document 2). Since nothing is connected to the cut surface of the fiber, 5% reflection is obtained due to the difference in refractive index between the fiber and air.
  • the present applicant has proposed a method of connecting a silica-based optical glass fiber and a Bi 2 O 3 -based optical glass fiber (Patent Document 1).
  • this method it is intended to reduce the connection loss in the connection between the silica-based optical glass fiber and the Bi 2 O 3- based optical glass fiber, and the perpendicular of the end face F S to be connected to the silica-based optical glass fiber and the fiber 5 ° ⁇ 14 ° angle alpha S formed by the axes, Bi 2 O 3 based optical glass fiber of 4 ° ⁇ 10 ° to the axis the angle alpha B perpendicular line and the fiber end face F B to be connected, and alpha B ⁇ S , the end face F S and the end face F B were butted and fused.
  • a method for connecting a silica-based optical glass fiber and a Bi 2 O 3- based optical glass fiber has been proposed, but this connection surface is designed as an optimized structure as a transmission
  • a Fabry-Perot type laser oscillator requires a pair of mirrors for forming a resonator. For this reason, an optical member is required for a fiber Bragg grating, a dielectric multilayer mirror, etc., which increases the cost. Further, when one end of the mirror is a fiber cut surface, it is necessary to arrange the cut surface in a space, and there is a problem that light must be coupled by a lens or the like, and stability is not sufficient.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fiber laser that has an extremely simple structure and is easy to handle.
  • the fiber laser of the present invention comprises a light source for excitation, an optical fiber for amplification made of glass, and an optical fiber connected to the end face of the optical fiber for amplification.
  • the connection surface between the optical fiber and the optical fiber constitutes at least one of the mirror surfaces of the resonator, that is, at least one of a pair of mirror surfaces constituting the resonator. According to this configuration, it is only necessary to connect the amplification optical fiber and the optical fiber so that the end surfaces are brought into contact with each other so as to form a reflection surface. An easy fiber laser can be formed.
  • the present invention includes the fiber laser, wherein the connection surface is connected so that an end surface angle of the optical fiber is 1.0 ° or less. According to this configuration, the reflectance can be improved, and a high-performance fiber laser can be provided.
  • the present invention includes the fiber laser, wherein the other end of the amplification optical fiber is a mirror element.
  • the present invention includes the above-described fiber laser, wherein the connection surface has a reflectance of 1% or more. According to this configuration, a resonator can be easily assembled, and a fiber laser can be easily obtained.
  • the present invention includes the above-described fiber laser in which the refractive index of the core of the amplification optical fiber is 0.3 to 0.8 larger than the refractive index of the core of the optical fiber. According to this configuration, the reflectance at the connection surface can be increased by providing a sufficient refractive index difference.
  • the present invention includes the above fiber laser, wherein the core of the optical fiber is based on quartz (SiO 2 ) having a refractive index of 1.4 to 1.5.
  • the refractive index of the core of the amplification optical fiber is 1.8 to 2.3.
  • the refractive index of the core of the normally used fiber is about 1.4 to 1.5, a sufficient refractive index difference can be provided between the optical fiber for amplification and the connection surface.
  • the reflectance at can be increased.
  • the refractive index of the core of the amplification optical fiber is 1.9 to 2.4.
  • the present invention includes the above fiber laser, wherein the mirror element at the other end of the amplification optical fiber is a fiber Bragg grating. Further, the present invention includes the above fiber laser, wherein the mirror element at the other end of the amplification optical fiber is a multilayer film.
  • the core of the optical fiber for amplification is expressed by mol% based on the following oxide, and Bi 2 O 3 is 30 to 55%, and at least any one of SiO 2 and B 2 O 3 Or a total of 25 to 50% of these, or both of Al 2 O 3 and Ga 2 O 3 or a total of 12 to 27%, Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 and a fiber laser made of glass characterized by containing any one or more of rare earth oxides consisting of a group of Tm 2 O 3 .
  • an amplification optical fiber made of glass having a refractive index of 1.8 to 2.3 and an optical fiber based on quartz having a refractive index of 1.4 to 1.5 are used. It is possible to provide a fiber laser having a connection point connected at 1.0 ° or less.
  • a small and inexpensive fiber laser can be obtained with an extremely simple configuration.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a fiber laser according to a first embodiment of the present invention.
  • the principal part enlarged view which shows the connection surface of the fiber laser of Embodiment 1 of this invention
  • Explanatory drawing which shows the fusion splicing method of the fiber laser of Embodiment 1 of this invention
  • the principal part enlarged view which shows the modification of the connection method of the fiber laser of Embodiment 1 of this invention
  • Conceptual diagram showing a fiber laser according to a second embodiment of the present invention Conceptual diagram showing a fiber laser according to a third embodiment of the present invention.
  • Conceptual diagram showing a fiber laser according to a fourth embodiment of the present invention Conceptual diagram showing a fiber laser according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the fiber laser according to the first embodiment includes a pumping light source 6 that optically excites rare earth, and an amplification optical fiber 1 made of glass.
  • the optical fiber for amplification 1 is provided with an optical fiber for transmission 3 that is connected to each other by physical contact, and the optical fiber for amplification and the optical fiber for transmission 3 are connected.
  • the surface 5 (15, 35) constitutes the mirror surface of the resonator and constitutes a Fabry-Perot resonator.
  • the amplification optical fiber 1 At both ends of the amplification optical fiber 1, there are provided optical couplers 2 for guiding the excitation light into the resonator. Further, a fiber Bragg grating (mirror element) 4 constituting a mirror surface is mounted on the side facing the light extraction side.
  • the amplification optical fiber 1 includes a core 11 and a clad 12 covering the periphery.
  • the transmission optical fiber 3 also includes a core 31 and a clad 32 covering the core 31.
  • connection surfaces 5 are desirably connected by a surface perpendicular to the longitudinal direction, but may be connected so that the end face angle of the optical fiber is 1.0 ° or less.
  • the amplification optical fiber 1 is an optical fiber having a low glass transition point and having a glass transition point of 600 ° C. or lower, such as an Er-containing Bi 2 O 3 optical fiber.
  • the transmission optical fiber 3 is a quartz fiber.
  • Each optical fiber is composed of a core and a clad, and the mode field diameter and the clad diameter of both core portions are approximately equal.
  • the transmission optical fiber 3 that is a high-melting point optical fiber and the amplification optical fiber 1 that is a low-melting point optical fiber are joined at the end with a fiber covering portion 3b, 1b is removed to expose the bare fiber portion of the glass, the fiber covering portions 3b and 1b of both optical fibers are fixed by the covering clamp 105, and the bare fiber portion is held by the V groove clamp 104 and positioned.
  • the connection ends 3a and 1a of both optical fibers are cut at a right angle with respect to the axial direction or cut at a predetermined angle so as to prevent reflection of signal light, and are opposed to each other. Further, the positions and end face states of the connection ends 3 a and 1 a of the optical fiber can be monitored by an image observation mechanism using the projector 107 and the imaging camera 106.
  • the covering clamp 105 and the V-groove clamp 104 are adjusted by a driving mechanism (not shown) by the image observation mechanism by the imaging camera 106, and the optical axes of both optical fibers and the positions of the connection ends 3a and 1a are adjusted. And match each other.
  • the pair of discharge electrodes 103 are disposed opposite to each other with the optical fiber connection ends 3a and 1a interposed therebetween, and the intersection of the highest temperature line connecting the electrode tips and the optical fiber axis is the connection end of the transmission optical fiber 3.
  • a predetermined distance from the position 3a is moved to the fiber coating portion 1b side. In addition, this distance is set to be 1 ⁇ m or more.
  • connection on the amplification optical fiber 1 side is determined from the temperature of the connection end 3a on the optical fiber 3 side.
  • the temperature of the end 1a is lowered.
  • the connection end 3a on the optical fiber 3 side which is a high melting point optical fiber is softened and melted. Can do.
  • the fusion connection can be ensured by pushing both connection ends 3a and 1a into the other party.
  • the fusion splicing may be performed by arc discharge or by electric resistance heating.
  • the amplification optical fiber and the optical fiber only have to be connected to each other by connecting the end surfaces thereof, so that an extremely simple configuration, no end surface processing is required, and an easy-to-handle fiber laser is formed. It becomes possible. Further, the reflectance can be improved, and a high-performance fiber laser can be provided.
  • a fiber Bragg grating 4 as a mirror element is disposed on the other end side of the amplification optical fiber 1 (see FIG. 1).
  • laser oscillation can be made possible by setting the reflectance of the connection surface between the amplification optical fiber and the optical fiber 3 connected thereto to 1% or more. In general, when the reflectance is 1% or more, good laser oscillation can be achieved.
  • the refractive index of the core of the amplification optical fiber is set to be 0.3 to 0.8 larger than the refractive index of the optical fiber 3, and a sufficient refractive index difference is provided so that the reflectance at the connection surface is increased. Can be increased.
  • the refractive index of the amplification optical fiber is set to 1.8 to 2.3, and the refractive index of a normal optical fiber is about 1.4 to 1.5. A sufficient difference in refractive index can be provided, and the reflectance at the connection surface can be increased.
  • the example in which the amplification optical fiber 1 and the optical fiber 3 are fusion-connected has been described.
  • physical contact connection may be performed instead of the fusion connection.
  • the bonding surface (connection surface) 5 is elastically aligned using the adapters 41 and 42. And join directly.
  • the connection can be realized very easily.
  • the fiber bonding surface may be a surface that has been cut by a cleaver, or may be a surface that has been mirror-finished by polishing.
  • a cross-sectional angle can be calculated
  • the fiber laser according to the second embodiment is different from the first embodiment only in that the fiber Bragg grating is arranged on the amplification optical fiber 1 side of the optical coupler 2 as shown in the conceptual diagram of FIG. Since other parts are the same as those of the first embodiment, the description thereof is omitted here. According to this configuration, there is an effect of further increasing the energy conversion efficiency as compared with the fiber laser of the first embodiment.
  • the fiber laser of the third embodiment is the same as that of the first embodiment on the light extraction side of the amplification optical fiber 1, but the light reflecting surface side has a dielectric
  • the body multilayer mirror 7 is directly mounted to constitute a reflecting surface. Since other parts are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted here. According to this configuration, the size can be reduced as compared with the fiber laser of the first embodiment.
  • the fiber laser according to the fourth embodiment is directly connected to the light pumping light source 6 without forming the optical couplers 2 at both ends of the amplification optical fiber 1, and at the other end.
  • the light extraction is performed.
  • a laser oscillator as the excitation light source 6 and a condensing system including a lens 8 configured to condense on the dielectric multilayer mirror 7 are arranged on the back side of the dielectric multilayer mirror 7. Yes.
  • the light from the excitation light source 6 as the excitation light source 6 is condensed on the dielectric multilayer mirror 7 via the light collection system including the lens 8 and supplied to the amplification fiber 1. .
  • the light input to the amplification optical fiber 1 is reflected by the connection surface 5, reflected by the dielectric multilayer mirror 7, and further reflected by the connection surface 5, whereby optical pumping is performed, and laser oscillation occurs. Done.
  • the dielectric multilayer mirror is formed on the fiber end face after cutting by a method such as sequentially changing the gas flow ratio by direct sputtering. Actually, it is cut by covering with a covering member for support or the like, and sputtering is performed by performing sputtering on the end face while the covering member is mounted. Desirably, in this sputtering process on the end face, if a large number of fibers are formed simultaneously, workability is improved.
  • the dielectric multilayer film By forming the dielectric multilayer film in this way, it can be formed very easily, and a mirror element can be formed only by forming the film, so that it is small and highly reliable.
  • the covering member may be left as it is or may be removed.
  • the fiber laser of the fifth embodiment can be provided with a bandpass filter 9 on the light extraction side to remove unnecessary stimulated emission light. Since other configurations are formed in the same manner as in the first embodiment, description thereof is omitted here.
  • an isolator 10 can be arranged on the light extraction side to remove the return light of the laser light. Since other configurations are formed in the same manner as in the first embodiment, description thereof is omitted here.
  • the specific material composition or components are in the following ranges.
  • a high refractive index glass having a refractive index of 1.8 to 2.3 is used.
  • a silica-based fiber is used as a transmission fiber.
  • the refractive index of quartz fiber is generally 1.45 to 1.48. Due to the difference in the refractive index between the high refractive index glass fiber and the quartz fiber, the reflectance at the connection point is 1 to 5%, which becomes a mirror.
  • the end faces of the optical fibers are connected to each other at 1.0 ° or less.
  • the end face angle is 1.0 ° or less, light can be efficiently reflected into the resonator.
  • it is 0.8 degrees or less, More preferably, it is 0.5 degrees or less.
  • the core of the amplifying optical fiber for example, in mol% based on the following oxides, Bi 2 O 3 30 ⁇ 55% , at least one of SiO 2 and B 2 O 3, or both
  • the glass is characterized by containing one or more rare earth oxides consisting of a group of 25 to 50% in total, Er 2 O 3 , Yb 2 O 3 and Tm 2 O 3 .
  • Bi 2 O 3 is desirably contained in an amount of 30% or more in order to increase the refractive index. If it is less than 30%, a desired refractive index may not be obtained. Preferably it is 35% or more. On the other hand, if it exceeds 55%, glass molding becomes difficult. Preferably it is 50% or less. More preferably, it is 40% or less. B 2 O 3 and SiO 2 are network formers, and at least one of them must be contained in order to suppress crystal precipitation during glass production and facilitate glass formation. When the total B 2 O 3 + SiO 2 of these contents is less than 25%, vitrification becomes difficult or devitrification occurs during fiber processing. More preferably, it is 30% or more. If it exceeds 50%, the refractive index may decrease. Preferably it is 45% or less.
  • At least one of Al 2 O 3 and Ga 2 O 3 or both are contained in a total of 12 to 27%. Further, in order to suppress rare earth clustering, La 2 O 3 may be contained in an amount of 0 to 4%.
  • the amplification optical fiber may have a simple core and clad structure, or may have a double core structure or a double clad structure, and the fiber structure is not particularly limited.
  • the addition amount of the rare earth oxide is preferably 0.1 to 3.0 mol%. If it is less than 0.1 mol%, the absorption coefficient may be small. More preferably, it is 0.2 mol% or more. If it exceeds 3.0 mol%, the energy conversion efficiency is lowered, and there is a possibility that sufficient laser oscillation cannot be obtained. Preferably it is 2.0 mol% or less, More preferably, it is 1.5 mol% or less, More preferably, it is 1.0 mol% or less.
  • the light source for excitation may be a light emitting element that generates light having a wavelength at which absorption of rare earth ions exists, such as Er 3+ , Yb 3+ , and Tm 3+ .
  • a laser beam having a wavelength of 0.90 to 0.99 ⁇ m or 1.46 to 1.49 ⁇ m can be used as the wavelength of the excitation light.
  • Yb a laser beam having a wavelength of 0.9 to 1.1 ⁇ m can be used as the wavelength of the excitation light.
  • the refractive index of quartz glass is 1.46, and the relationship between the connection angle ( ⁇ °) and the reflectance (%) with respect to the refractive index (n) of the optical fiber for amplification connected thereto is shown in Table 1.
  • the mode field diameter is 5.5 ⁇ m.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the connection angle ( ⁇ °) with respect to the refractive index (n) of the amplification optical fiber and the reflectance.
  • the refractive index is set to 1.8 or more, the reflectivity exceeds 1% and stable oscillation is possible.
  • the refractive index exceeds 2.3, the reflectance increases, and the laser light extraction efficiency decreases.
  • the refractive index of the glass of the optical fiber is set to 1.55, and the relationship between the connection angle ( ⁇ °) and the reflectance with respect to the refractive index (n) of the amplification optical fiber connected thereto is shown in Table 2.
  • the mode field diameter is 5.5 ⁇ m.
  • FIG. 11 shows the relationship between the angle ⁇ and the reflectance at this time.
  • the reflectance is 1 because the refractive index of the core of the amplification optical fiber is 0.3 to 0.8 higher than the refractive index of the core of the optical fiber. It can be seen that stable oscillation can be achieved. It can also be seen that when the difference in refractive index exceeds 0.8, the reflectance increases and the laser light extraction efficiency decreases.
  • the optical amplifying glass to be used in the present invention for example, it is doped Er is the matrix glass containing Al 2 O 3 and Ga at least one of 2 O 3 and Bi 2 O 3, Al 2
  • the total content of O 3 and Ga 2 O 3 is 0.1 mol% or more
  • the content of Bi 2 O 3 is 20 mol% or more
  • the refractive index at a wavelength of 1.55 ⁇ m is 1.8 or more
  • the glass transition point is A matrix glass having an optical basicity of not less than 0.49 and an addition of Er of 0.01 to 10% by mass percentage is used ((Japanese Patent Laid-Open No. 2001-213635). (Japanese Patent No. 04240720).
  • examples of Er-added amplifying glass include Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-144358, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-213640, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-185789, and Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-145636.
  • Examples of the glass containing Er / Yb co-added glass include Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-183049 (Patent No. 0423414), Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-145741 (Patent No. 04314468), and Yb-added glass.
  • glass having the composition described in Japanese Patent Application No. 2008-285527 can be used.
  • the core diameters of the connecting glasses are equal.
  • a fiber laser having the same configuration as the fiber laser shown in FIG. 1 is formed using a fiber having a core refractive index of 2.027 and a cladding refractive index of 2.022 at a wavelength of 1304 nm as the amplification optical fiber 1 in FIG. did.
  • the reflectance of the fiber Bragg grating 4 at a wavelength of 1064 nm is 99.9%.
  • the amplification optical fiber was fused and fused with the quartz fiber. The angle of each fiber end face is 0 °. At that time, the reflectance at the fusion splicing point was 2.6%.
  • the amplification optical fiber used here is as follows.
  • Core glass: mol% display composition is Bi 2 O 3 42.6, SiO 2 34.0, Al 2 O 3 5.4, Ga 2 O 3 15.9, La 2 O 3 1.4, CeO 2 0. 2, Yb 2 O 3 0.5.
  • Clad glass: The mol% display composition is Bi 2 O 3 42.8, SiO 2 34.2, Al 2 O 3 7.1, Ga 2 O 3 14.3, La 2 O 3 1.4, CeO 2 0. 2.
  • Core diameter 5.4 ⁇ m.
  • As the excitation light source 6 a semiconductor laser having a wavelength of 977 nm was used. Table 3 shows the relationship between the excitation light intensity and the laser output intensity. At this time, the slope efficiency was 66%.
  • Slope efficiency refers to the ratio ( ⁇ P / ⁇ I) of the excitation light intensity increase ( ⁇ I) to the light output increase ( ⁇ P).
  • the ratio ( ⁇ P / ⁇ I) of the increase in the excitation light intensity ( ⁇ I) to the increase in the light output ( ⁇ P) ( ⁇ P / ⁇ I) is set as the (oscillation) slope. It is called efficiency.
  • a fiber laser with a large slope efficiency a large increase in light output can be obtained with a small increase in pumping light intensity. Therefore, by obtaining a slope efficiency of 66%, it is possible to reduce the pumping light intensity drive during high power operation. Become.
  • the end face of the amplification optical fiber was connected at an angle of 6.0 °, and the end face of a transmission optical fiber (quartz fiber) was connected at an angle of 8.2 °.
  • a transmission optical fiber quartz fiber
  • the fiber laser according to the present invention can be applied to various uses as a light source for processing, measurement, medical treatment, optical communication, etc. because it has a simple structure, is small and has excellent stability, and is inexpensive. is there.
  • SYMBOLS 1 Optical fiber for amplification 2
  • Transmission optical fiber 4 Fiber Bragg grating 5
  • Excitation light source 7 Dielectric multilayer mirror 8
  • Lens 9 Band pass filter 10 Isolator

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

　製造が容易でかつ小型かつ簡易で安価なファイバレーザを提供する。　励起用の光源と、ガラスからなる増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバに端面同士をつきあわせ、接続された光ファイバとを具備し、前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの接続面が、共振器のミラー面の少なくとも一方を構成する。たとえば屈折率が１．８～２．３であるガラスからなる増幅用光ファイバと、屈折率が１．４～１．５である石英をベースとした光ファイバの端面角度が１．０°以下で接続された接続面を共振器のミラー面としている。

Description

ファイバレーザ
　本発明は、ファイバレーザに係り、特に加工、計測、医療、光通信などに好適なファイバレーザに関する。
　レーザ光源としては、半導体レーザ、固体レーザ、気体レーザが使用されているが、近年はメンテナンスの容易性に加えてビーム品質の高さからファイバレーザが注目され、加工用、計測用、医療用、通信用のレーザとして用いられている。
　ファイバレーザの増幅媒体としては、エルビウム（Ｅｒ）やイッテリビウム（Ｙｂ）やツリウム（Ｔｍ）などの希土類が添加されたファイバが用いられる。　
　Ｙｂは吸収係数が高く、高出力化し易いという特性があり、Ｙｂを添加した増幅用光ファイバが１．０μｍ帯のファイバレーザの増幅媒体として一般的に用いられる。一方、通信用や計測用には１．５μｍ帯のレーザ光が得られるＥｒを添加した増幅用光ファイバが用いられる。また、ガスセンサー用の光源として２．０μｍ近傍のレーザ光が得られるＴｍを添加したファイバレーザの研究がなされている。
　ファイバレーザの共振構造としては、リング型とファブリ・ペロー型が存在する（非特許文献１）。ファブリ・ペロー型のファイバレーザは２枚のミラーからなるファブリ・ペロー共振器の中に希土類ドープ光ファイバが挿入される構成である。ミラーとしては、ファイバーブラッググレーティングを形成する、あるいは誘電体多層膜ミラーを装着するなどの手段により実現される。また、ファブリ・ペロー型において、一端を誘電体ミラーで構成して光を反射させ、他方の一端をファイバの切断面で構成した構造が提案されている（非特許文献２）。ファイバの切断面には何も接続されていないため、ファイバと空気の屈折率差により５％の反射が得られている。
　ところで、従来、石英系光ガラスファイバとＢｉ２Ｏ３系光ガラスファイバとを接続する方法を本出願人は提案している（特許文献１）。しかしながら、この方法では、石英系光ガラスファイバとＢｉ２Ｏ３系光ガラスファイバの接続において接続損失を小さくすることを企図し、石英系光ガラスファイバの接続すべき端面ＦＳの垂線と当該ファイバの軸がなす角度αＳを５°～１４°、Ｂｉ２Ｏ３系光ガラスファイバの接続すべき端面ＦＢの垂線と当該ファイバの軸がなす角度αＢを４°～１０°、かつαＢ＜αＳとし、端面ＦＳおよび端面ＦＢを突合せ、融着するものであった。
　このように、石英系光ガラスファイバとＢｉ２Ｏ３系光ガラスファイバとを接続する方法については、提案されているが、この接続面は、伝送面としての最適化構造として考案されたものに過ぎなかった。
日本国特開２００３－２５５１７４号公報
須藤昭一編、「エルビウム添加光ファイバ増幅器」、ｐ２５３－２５５、オプトロニクス社（１９９９年） Yin-Wen Lee他、High-Power Yb3+-Doped Phosphate Fiber Amplifier," vol. 15, 93-102, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics (2009)
　ファブリ・ペロー型のレーザ発振器においては、共振器を形成するための一対のミラーが必要となる。そのためにファイバーブラッググレーティングや誘電体多層膜ミラーなどに光学部材が必要となり、コスト高となる。
　また、ミラーの一端をファイバ切断面とした場合、切断面を空間に配置する必要があり、レンズ等で光を結合しなければならず、安定性が充分でないなどの問題がある。
　本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、極めて簡単な構造で取り扱いの容易なファイバレーザを提供することを目的とする。
　本発明のファイバレーザは、励起用の光源と、ガラスからなる増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバと端面同士をつきあわせて、接続された光ファイバとを具備してなり、前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの接続面が、共振器のミラー面の少なくとも一方、すなわち共振器を構成する１対のミラー面のうちの少なくとも一方を構成する。
　この構成によれば、増幅用光ファイバと、光ファイバとを端面同士をつきあわせ、反射面を構成するように接続するだけでよいため、極めて簡単な構成で、端面処理が不要で、取り扱いの容易なファイバレーザを形成することが可能となる。
　また、本発明は、上記ファイバレーザにおいて、前記接続面は前記光ファイバの端面角度が１．０°以下となるように接続されるものを含む。
　この構成によれば、反射率の向上をはかることができ、高性能のファイバレーザを提供することができる。
　また、本発明は、上記ファイバレーザにおいて、前記増幅用光ファイバの他端は、ミラー素子であるものを含む。
　また、本発明は、上記ファイバレーザにおいて、前記接続面の反射率が１％以上であるものを含む。
　この構成によれば、簡単に共振器を組むことができ、簡便にファイバレーザを得ることができる。
　また、本発明は、上記ファイバレーザにおいて、前記増幅用光ファイバのコアの屈折率が前記光ファイバのコアの屈折率よりも０．３～０．８大きいものを含む。
　この構成によれば、十分な屈折率差を持たせることで接続面での反射率を高めることができる。
　また、本発明は、上記ファイバレーザにおいて、前記光ファイバのコアが、屈折率が１．４～１．５である、石英（ＳｉＯ２）をベースとするものを含む。
　望ましくは、前記増幅用光ファイバのコアの屈折率が１．８～２．３である。
　この構成によれば、通常用いられるファイバのコアの屈折率は１．４～１．５程度であるため、増幅用光ファイバとの間で十分な屈折率差を持たせることができ、接続面での反射率を高めることができる。
　また、望ましくは、前記増幅用光ファイバのコアの屈折率は１．９～２．４である。　　　
　また、本発明は、上記ファイバレーザにおいて、前記増幅用光ファイバの他端のミラー素子がファイバーブラッググレーティングであるものを含む。
　また、本発明は、上記ファイバレーザにおいて、前記増幅用光ファイバの他端のミラー素子が多層膜であるものを含む。
　また、本発明は、上記ファイバレーザにおいて、前記増幅用光ファイバのコアが、下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３を３０～５５％、ＳｉＯ２およびＢ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を、もしくは両方を合計で２５～５０％、Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を、もしくは両方を合計で１２～２７％含有し、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３の一群からなる希土類酸化物のいずれかひとつ、もしくは複数を含有することを特徴とするガラスからなるファイバレーザであるものを含む。
　この構成により、屈折率が１．８～２．３であるガラスからなる増幅用光ファイバと、屈折率が１．４～１．５である石英をベースとした光ファイバを用いて、端面角度が１．０°以下で接続された接続点をもつファイバレーザを提供することが可能となる。
　本発明によれば、極めて簡単な構成で、小型でかつ安価なファイバレーザを得ることができる。
本発明の実施の形態１のファイバレーザを示す概念図 本発明の実施の形態１のファイバレーザの接続面を示す要部拡大図 本発明の実施の形態１のファイバレーザの融着接続方法を示す説明図 本発明の実施の形態１のファイバレーザの接続方法の変形例を示す要部拡大図 本発明の実施の形態２のファイバレーザを示す概念図 本発明の実施の形態３のファイバレーザを示す概念図 本発明の実施の形態４のファイバレーザを示す概念図 本発明の実施の形態５のファイバレーザを示す概念図 本発明の実施の形態６のファイバレーザを示す概念図 本発明の実施の形態のファイバレーザにおける増幅用の光ファイバのコアの屈折率と反射率との関係を示す図 本発明の実施の形態のファイバレーザにおける増幅用の光ファイバのコアの屈折率と反射率との関係を示す図
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
　本実施の形態１のファイバレーザは、図１に概念図、図２に接続面の拡大断面図を示すように、希土類を光励起する励起用の光源６と、ガラスからなる増幅用光ファイバ１と、前記増幅用光ファイバ１に端面同士をつきあわせ、フィジカルコンタクトにより、接続された伝送用の光ファイバ３とを具備してなり、前記増幅用光ファイバと前記伝送用の光ファイバ３との接続面５（１５、３５）が、共振器のミラー面を構成し、ファブリ・ペロー型の共振器を構成するものである。そしてこの増幅用光ファイバ１の両端には、励起光を共振器中に導くための光カプラ２が設けられている。さらに、光取り出し側に相対向する側にはミラー面を構成するファイバーブラッググレーティング（ミラー素子）４が装着されている。増幅用光ファイバ１はコア１１とこの周りを覆うクラッド１２とで構成されている。一方伝送用の光ファイバ３についてもコア３１とこの周りを覆うクラッド３２とを具備している。
　なお、接続面５（１５、３５）は長手方向に対して垂直な面で接続されるのが望ましいが、光ファイバの端面角度が１．０°以下となるように接続されていればよい。
　実際には、増幅用光ファイバ１と、光ファイバ３とを切断した後、融着接続を行う。実際の方法としては例えば以下に示す方法を用いる。
　増幅用光ファイバ１と、伝送用の光ファイバ３とを融着法で接続する方法を図３に従って説明する。
　本実施の形態では、増幅用光ファイバ１としては、ガラス転移点の低い光ファイバで、Ｅｒ含有Ｂｉ２Ｏ３系光ファイバ等のガラス転移点が６００℃以下のものを用いる。また伝送用の光ファイバ３は、石英ファイバを用いるものとする。そして、何れの光ファイバも、コアとクラッドとからなり、両者のコア部のモードフィールド径及びクラッド径は、ほぼ等しいものが用いられるものとする。
　そしてまず、図３に示すように、高融点光ファイバである伝達用の光ファイバ３と低融点光ファイバである増幅用光ファイバ１とは、融着接続に際して、端部のファイバ被覆部３ｂ，１ｂを除去してガラスの裸ファイバ部を露出させ、双方の光ファイバのファイバ被覆部３ｂ，１ｂを被覆クランプ１０５で固定し、裸ファイバ部をＶ溝クランプ１０４で保持して位置決めされる。双方の光ファイバの接続端３ａ、１ａは、軸方向に対して直角にカットするか又は信号光の反射防止のために所定の角度でカットして対向配置される。また、光ファイバの接続端３ａ、１ａの位置及び端面状態は、投光器１０７と撮像カメラ１０６を用いた画像観察機構により監視できるようになっている。
　そして、撮像カメラ１０６による画像観察機構により、被覆クランプ１０５及びＶ溝クランプ１０４を駆動機構（図示されず）により調整して、双方の光ファイバの光軸及び接続端３ａ，１ａの位置を調整して互いに突き合わせる。
　そして一対の放電電極１０３は、光ファイバの接続端３ａ、１ａを挟んで対向配置され、電極先端を結ぶ最も高温となるラインと光ファイバ軸線との交点が、伝達用の光ファイバ３の接続端３ａの位置より所定の距離分だけ、ファイバ被覆部１ｂ側に移動して配置される。また、この距離は１μｍ以上となるように設定される。
　また、放電電極１０３によるアーク放電の位置は、接続端３ａ，１ａの位置から光ファイバ３側に偏っているので、光ファイバ３側の接続端３ａの温度より、増幅用光ファイバ１側の接続端１ａの温度が低くなる。これにより、高融点光ファイバである光ファイバ３側の接続端３ａを軟化溶融させるが、増幅用光ファイバ１側の接続端１ａは顕著な軟化溶融を起こしていない状態として、融着接続することができる。また、融着に際して、双方の接続端３ａ，１ａを、相手方に押し込むことにより融着接続を確実にすることができる。
　なお、融着接続は、アーク放電で行っても良いし、電気抵抗加熱で行っても良い。
　この構成によれば、増幅用光ファイバと、光ファイバとを端面同士をつきあわせ、接続するだけでよいため、極めて簡単な構成で、端面処理も不要で、取り扱いの容易なファイバレーザを形成することが可能となる。また、反射率の向上をはかることができ、高性能のファイバレーザを提供することができる。
　また、前記増幅用光ファイバ１の他端側に、ミラー素子としてのファイバーブラッググレーティング４を配置する（図１参照）。
　また、前記増幅用光ファイバとこれに接続された光ファイバ３との接続面の反射率が１％以上となるようにすることで、レーザ発振を可能にすることができる。なお、一般に反射率が１％以上であると良好なレーザ発振を可能にすることができるとされている。
　また、前記増幅用光ファイバのコアの屈折率が前記光ファイバ３の屈折率よりも０．３～０．８大きくなるようにし、十分な屈折率差を持たせることで接続面での反射率を高めることができる。
　また、増幅用光ファイバの屈折率が１．８～２．３であるようにし、通常の光ファイバの屈折率は１．４～１．５程度であるため、増幅用光ファイバとの間で十分な屈折率差を持たせることができ、接続面での反射率を高めることができる。
　なお、前記実施の形態１では、増幅用光ファイバ１と光ファイバ３とを融着接続する例について説明したが、融着接続に代えて、フィジカルコンタクト接続を行うようにしてもよい。
　フィジカルコンタクト接続の場合は、図４に示すように、増幅用光ファイバ１と、光ファイバ３とを切断した後、アダプタ４１，４２を用いて弾性的に接合面（接続面）５を位置合わせし、直接接合する。
　フィジカルコンタクト接続を用いることにより、極めて容易に接続が実現される。
　また、直接接合の場合、ファイバの接合面は、クリーバーにより切断したままの面でもよいし、研磨により鏡面状態にした面でもよい。
　なお、断面角度は、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡の画像から求めることができる。
（実施の形態２）
　本実施の形態２のファイバレーザは、図５に概念図を示すように、ファイバーブラッググレーティングを光カプラ２よりも増幅用光ファイバ１側に配した点で、前記実施の形態１と異なるのみであり、他の部分は前記実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　この構成によれば、前記実施の形態１のファイバレーザに比べて、さらにエネルギー変換効率を大きくする効果がある。
（実施の形態３）
　本実施の形態３のファイバレーザは、図６に概念図を示すように、増幅用光ファイバ１の光取り出し側については前記実施の形態１と同様であるが、光反射面側には、誘電体多層膜ミラー７を直接装着し、反射面を構成したものである。他の部分は前記実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　この構成によれば、前記実施の形態１のファイバレーザに比べて小型化が可能となる。
（実施の形態４）
　本実施の形態４のファイバレーザは、図７に概念図を示すように、増幅用光ファイバ１の両端に光カプラ２を形成することなく、直接光励起用光源６に接続するとともに、他端では光取り出しを行うようにしたものである。誘電体多層膜ミラー７の背面側には、励起用光源６としてのレーザ発振器と、この誘電体多層膜ミラー７に集光させるように構成されたレンズ８を含む集光系とが配置されている。
　この構成によれば、励起用光源６としての励起用光源６からの光がレンズ８を含む集光系を介して誘電体多層膜ミラー７に集光せしめられ、増幅用ファイバ１に供給される。
　そして増幅用光ファイバ１に入力された光は接続面５で反射され、誘電体多層膜ミラー７で反射され、さらに接続面５で反射されるという繰り返しにより、光ポンピングがなされて、レーザ発振が行われる。
　誘電体多層膜ミラーについては、切断後のファイバ端面に、直接スパッタリングにより、順次ガス流量比を変化させるなどの方法により、形成される。実際には、支持用の被覆部材などで被覆して切断がなされ、この被覆部材を装着したまま、端面にスパッタリングを行うことでスパッタリングを行う。望ましくは、この端面へのスパッタリング工程は、多数のファイバを同時に形成するようにすれば、作業性が向上する。
　このようにして誘電体多層膜を形成することで極めて容易に形成可能であり、かつ膜の形成のみでミラー素子を形成することができるため、小型で信頼性の高いものとなる。被覆部材はそのままでもよいし、取り外すようにしてもよい。
　この構成によれば、上記実施の形態１による効果に加えて、小型でかつ高性能のファイバレーザを提供することが可能となる。
（実施の形態５）
　本実施の形態５のファイバレーザは、図８に概念図を示すように、光取り出し側に、バンドパスフィルタ９を配し、不要な誘導放出光を除くことができる。他の構成については前記実施の形態１と同様に形成されるため、ここでは説明を省略する。
（実施の形態６）
　本実施の形態６のファイバレーザは、図９に概念図を示すように、光取り出し側に、アイソレータ１０を配し、レーザ光の戻り光を除去することができる。他の構成については前記実施の形態１と同様に形成されるため、ここでは説明を省略する。
　以上説明してきたように、種々の変形が実現可能であるが、具体的な材料組成あるいは構成部品については以下の範囲とするのが望ましい。
　増幅用光ファイバとしては、屈折率が１．８～２．３である高屈折率ガラスを用いる。一方、伝送用のファイバは石英系のファイバを用いる。石英ファイバの屈折率は、一般的には１．４５～１．４８である。高屈折率ガラスファイバと石英ファイバの屈折率の違いにより、その接続点における反射率は１～５％となり、ミラーとなる。
　また、光ファイバの端面角度はお互いに１．０°以下で接続される。端面角度が１．０°以下であることにより、光を効率よく共振器内に反射することが可能となる。好ましくは０．８°以下、より好ましくは０．５°以下である。
　さらにまた、増幅用光ファイバのコアは、たとえば、下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３を３０～５５％、ＳｉＯ２およびＢ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を、もしくは両方を合計で２５～５０％、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３の一群からなる希土類酸化物のいずれかひとつ、もしくは複数を含有することを特徴とするガラスからなる。
　Ｂｉ２Ｏ３は屈折率を大きくするために３０％以上含有するのが望ましい。３０％未満では、所望の屈折率が得られない可能性がある。好ましくは３５％以上である。また、５５％超では、ガラスの成形が困難になる。好ましくは５０％以下である。より好ましくは４０％以下である。
　また、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２はネットワークフォーマであり、ガラス作製時の結晶析出を抑制してガラス形成を容易にするために、少なくともいずれか一方を含有しなければならない。これらの含有量の合計Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が２５％未満では、ガラス化が困難になる、またはファイバ加工時に失透する。より好ましくは３０％以上である。５０％超では屈折率が低下するおそれがある。好ましくは４５％以下である。
　ファイバ成形時におけるガラスの安定性を高めるために、Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を、もしくは両方を合計で１２～２７％含有する。また、希土類のクラスタリングを抑制するために、Ｌａ２Ｏ３を０～４％含有してもよい。
　増幅用光ファイバは、単純なコアとクラッドからなる構造であってもよいし、ダブルコア構造やダブルクラッド構造であってもよく、特にファイバ構造を限定するものではない。
　希土類酸化物の添加量は、０．１～３．０モル％添加されていることが好ましい。０．１モル％未満では吸収係数が小さくなるおそれがある。より好ましくは０．２モル％以上である。３．０モル％超ではエネルギー変換効率が低下し、十分なレーザ発振が得られないおそれがある。好ましくは２．０モル％以下、より好ましくは１．５モル％以下、さらに好ましくは１．０モル％以下である。
　前記実施の形態６では、レーザ光の戻り光を除去するためには、共振器の外にアイソレータを配置したが、他の実施の形態にも適用可能であることは言うまでもない。さらにまた不要な誘導放出光を除きたい場合に、バンドパスフィルタを適用することで良好な効果を得ることができる。
　励起用光源としては、Ｅｒ３＋、Ｙｂ３＋、Ｔｍ３＋など希土類イオンの吸収が存在する波長の光を生起する発光素子であればよい。
　例えば、増幅用ファイバにＥｒが添加されている場合、励起光の波長として、０．９０～０．９９μｍまたは１.４６～１.４９μｍのレーザ光を使用することができる。また、Ｙｂが添加されている場合、励起光の波長として、０．９～１．１μｍのレーザ光を使用することが出来る。
　次に、石英ガラスの屈折率を１．４６とし、それに接続する増幅用光ファイバの屈折率（ｎ）に対する接続角度（θ°）と反射率（％）の関係を表１に示す。ここで、モードフィールド径は５．５μｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また図１０に、このときの、増幅用光ファイバの屈折率（ｎ）に対する接続角度（θ°）と反射率との関係をグラフで示す。この図から明らかなように屈折率を１．８以上とすることにより反射率が１％超となり安定した発振が可能となる。また、屈折率が２．３超となると、反射率が大きくなるために、レーザ光の取り出し効率が低下する。
　次に、光ファイバのガラスの屈折率を１．５５とし、それに接続する増幅用光ファイバの屈折率（ｎ）に対する接続角度（θ°）と反射率の関係を表２に示す。ここで、モードフィールド径は５．５μｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、図１１に、このときの、角度θと反射率との関係を示す。この図から明らかなように屈折率を１．９以上とすることにより反射率が１％超となり安定した発振が可能となる。また、屈折率が２．４超となると、反射率が大きくなるために、レーザ光の取り出し効率が低下する。
　以上、表１及び表２、図１０および図１１の結果から、増幅用光ファイバのコアの屈折率が光ファイバのコアの屈折率よりも０．３～０．８大きいことにより反射率が１％超となり安定した発振が可能となることがわかる。また、屈折率の差が０．８超となると、反射率が大きくなるために、レーザ光の取り出し効率が低下することがわかる。
　なお、本発明に用いられる光増幅用ガラスとしては、たとえば、Ａｌ2Ｏ3およびＧａ2Ｏ3の少なくともいずれか一方とＢｉ2Ｏ3を含有するマトリクスガラスにＥｒが添加されており、Ａｌ2Ｏ3およびＧａ2Ｏ3の含有量の合計が０．１モル％以上、Ｂｉ2Ｏ3の含有量が２０モル％以上、波長１．５５μｍにおける屈折率が１．８以上、ガラス転移点が３６０℃以上、かつ光学的塩基性度が０．４９以下であるマトリクスガラスに質量百分率表示でＥｒが０．０１～１０％添加されたものが用いられる（（日本国特開２００１－２１３６３５号公報（日本国特許第０４２４０７２０号公報））。
　このほか、Ｅｒ添加の増幅用ガラスとしては、日本国特開２００１－１４４３５８号公報、日本国特開２００１－２１３６４０公報、日本国特開２００１－１８５７８９公報、日本国特開２００２－１４５６３６号公報に記載のもの、Ｅｒ/Ｙｂ共添加ガラスとしては、日本国特開２００３－１８３０４９号公報（特許第０４２３２４１４号公報）、日本国特開２００５－１４５７４１号公報（特許第０４３１４４６８号公報）、Ｙｂ添加ガラスとしては日本国特願２００８－２８５５２７号などに記載の組成を持つガラスが適用可能である。
　また、接続するガラス同士のコア径は等しいものが望ましい。
　次に本発明の実施例について説明する。
　図１の増幅用光ファイバ１として、波長１３０４ｎｍにおけるコアの屈折率が２．０２７、クラッドの屈折率が２．０２２のファイバを用い、図１に示したファイバレーザと同じ構成のファイバレーザを構成した。ファイバーブラッググレーティング４の波長１０６４ｎｍでの反射率は９９．９％である。増幅用光ファイバは石英ファイバと融着接続を行った。それぞれのファイバ端面の角度は０°である。その時に、融着接続点における反射率は２．６％であった。
　ここで用いられる、増幅用光ファイバは以下の通りである。
  コアガラス：モル％表示組成がＢｉ２Ｏ３　４２．６、ＳｉＯ２　３４．０、Ａｌ２Ｏ３　５．４、Ｇａ２Ｏ３　１５．９、Ｌａ２Ｏ３　１．４、ＣｅＯ２　０．２、Ｙｂ２Ｏ３　０．５。
  クラッドガラス：モル％表示組成がＢｉ２Ｏ３　４２．８、ＳｉＯ２　３４．２、Ａｌ２Ｏ３　７．１、Ｇａ２Ｏ３　１４．３、Ｌａ２Ｏ３　１．４、ＣｅＯ２　０．２。
  コア径：５．４μｍ。
  クラッド径：１２５μｍ。
　ファイバ長：０．５ｍ。
　励起用光源６としては波長９７７ｎｍの半導体レーザを用いた。励起光強度とレーザ出力強度の関係を表３に示す。この時の、スロープ効率は６６％であった。
　スロープ効率とは、光出力増加分（ΔP）に対する励起光強度増加分（ΔI）の比（ΔP／ΔI）をいう。励起光強度を増していくと、ある光強度電流でレーザ発振が始まる。そしてこれ以降は、励起光強度に比例して光出力が増加していくが、この光出力増加分（ΔP）に対する励起光強度増加分（ΔI）の比（ΔP／ΔI）を（発振）スロープ効率という。スロープ効率の大きなファイバレーザでは、小さな励起光強度増加で大きな光出力増加を得ることができるため、スロープ効率６６％を得ることで、高出力動作時の励起光強度駆動を小さくすることが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 （比較例１）
　実施例１と同じファイバを用い、増幅用光ファイバの端面を角度６．０°、伝達用の光ファイバ（石英ファイバ）の端面を角度８．２°で接続した。その結果、波長１０６４ｎｍにおいてレーザ発振が得られなかった。
　これは石英ファイバを角度８．２°で接続したことで接続面の角度が１°を大きく超えており、本発明のように良好なレーザ発振を実現し得ないためである。
　本出願は、２００９年８月３日出願の日本特許出願（特願２００９－１８０６７０）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明によるファイバレーザは、簡単な構成で、小型で優れた安定性を得ることができ、安価であることから、加工、計測、医療、光通信の光源などとして、種々の用途に適用可能である。
　１　増幅用光ファイバ
　２　励起光を共振器中に導くための光カプラ
　３　伝送用光ファイバ
　４　ファイバブラッググレーティング
　５　接続面（増幅用光ファイバと伝送用の光ファイバと接続点におけるミラー面）
　６　励起用光源
　７　誘電体多層膜ミラー
　８　レンズ
　９　バンドパスフィルタ
１０　アイソレータ

Claims (9)

  1. 　励起用の光源と、
    　ガラスからなる増幅用光ファイバと、
    　前記増幅用光ファイバと端面同士をつきあわせて接続された光ファイバとを具備し、
    　前記増幅用光ファイバと前記光ファイバとの接続面が、
    　共振器のミラー面の少なくとも一方を構成するファイバレーザ。
  2. 　請求項１に記載のファイバレーザであって、
    　前記接続面は前記光ファイバの端面角度が１．０°以下となるように接続されるファイバレーザ。
  3. 　請求項２に記載のファイバレーザであって、
    　前記増幅用光ファイバの他端は、ミラー素子であるファイバレーザ。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか１項に記載のファイバレーザであって、
    　前記接続面の反射率が１％以上であるファイバレーザ。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか１項に記載のファイバレーザであって、
    　前記増幅用光ファイバのコアの屈折率が前記光ファイバのコアの屈折率よりも０．３～０．８大きいファイバレーザ。
  6. 　請求項５に記載のファイバレーザであって、
    　前記光ファイバのコアは屈折率が１．４～１．５であり、石英をベースとしたものであるファイバレーザ。
  7. 　請求項３乃至６のいずれか１項に記載のファイバレーザであって、
    　前記増幅用光ファイバの他端のミラー素子がファイバーブラッググレーティングであるファイバレーザ。
  8. 　請求項３乃至６のいずれか１項に記載のファイバレーザであって、
    　前記増幅用光ファイバの他端のミラー素子が多層膜であるファイバレーザ。
  9. 　請求項１乃至８のいずれか１項に記載のファイバレーザであって、
    　前記増幅用光ファイバのコアが、下記酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３を３０～５５％、ＳｉＯ２およびＢ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を、もしくは両方を合計で２５～５０％、Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３の少なくともいずれか一方を、もしくは両方を合計で１２～２７％含有し、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３の一群からなる希土類酸化物のいずれかひとつ、もしくは複数を含有するガラスからなるファイバレーザ。
PCT/JP2010/063026 2009-08-03 2010-08-02 ファイバレーザ WO2011016419A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009180670 2009-08-03
JP2009-180670 2009-08-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011016419A1 true WO2011016419A1 (ja) 2011-02-10

Family

ID=43544314

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/063026 WO2011016419A1 (ja) 2009-08-03 2010-08-02 ファイバレーザ

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2011016419A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014059479A (ja) * 2012-09-18 2014-04-03 Fujitsu Ltd 光コネクタの製造方法及び光コネクタ
JP2014219523A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 日星電気株式会社 光学部品及びファイバレーザ装置
US20160363730A1 (en) * 2014-03-06 2016-12-15 Afl Telecommunications Llc Fiber fusion splice strength enhancement

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04287384A (ja) * 1990-11-20 1992-10-12 General Instr Corp 縦モ−ド選択レ−ザ−
JPH11287922A (ja) * 1998-04-01 1999-10-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバの接続方法ならびに接続装置
JP2001255231A (ja) * 2000-03-10 2001-09-21 Chubu Electric Power Co Inc 光線路の活線検出装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04287384A (ja) * 1990-11-20 1992-10-12 General Instr Corp 縦モ−ド選択レ−ザ−
JPH11287922A (ja) * 1998-04-01 1999-10-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバの接続方法ならびに接続装置
JP2001255231A (ja) * 2000-03-10 2001-09-21 Chubu Electric Power Co Inc 光線路の活線検出装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014059479A (ja) * 2012-09-18 2014-04-03 Fujitsu Ltd 光コネクタの製造方法及び光コネクタ
JP2014219523A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 日星電気株式会社 光学部品及びファイバレーザ装置
US20160363730A1 (en) * 2014-03-06 2016-12-15 Afl Telecommunications Llc Fiber fusion splice strength enhancement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6529318B1 (en) Total internal reflection (TIR) coupler and method for side-coupling pump light into a fiber
EP1147579B1 (en) Semiconductor-solid state laser optical waveguide pump device and method
US20090154882A1 (en) Means of Coupling Light Into Optical Fibers and Methods of Manufacturing a Coupler
JP4866788B2 (ja) ファイババンドルの製造方法
US7298547B1 (en) 2-μm fiber amplified spontaneous emission (ASE) source
JP2009032910A (ja) 光ファイバレーザ用光ファイバ及びその製造方法、並びに光ファイバレーザ
EP1430572A1 (en) Multimode fiber laser gratings
JP3730775B2 (ja) テルライトガラス、該テルライトガラスを用いた光増幅器および光源
WO2022198892A1 (zh) 一体化无熔点高效率光纤激光器
JP2002270928A (ja) 光励起方法、光増幅装置及びファイバレーザ装置、並びに光ファイバ
WO2011016419A1 (ja) ファイバレーザ
JP4723569B2 (ja) 光増幅器ファイバ用ガラス
JP2004250251A (ja) 蛍光性ガラス、光増幅用導波路および光増幅モジュール
KR20010023537A (ko) 디스프로슘이첨가된저포논에너지섬유증폭기
JP2007163650A (ja) 光ファイバ型励起コンバイナ、光ファイバ増幅器及び光ファイバレーザ
US6836356B2 (en) Alkali-metal-free phosphate glass with dn/dT ≈ 0 for use in fiber amplifiers
US20040109225A1 (en) Multi-mode pumped ase source using phosphate and tellurite glasses
US20130128904A1 (en) Fiber laser pumping configuration and method
JP2002048935A (ja) ガラスファイバ接続方法
JP3228451B2 (ja) 光ファイバ増幅器
JPH0428662B2 (ja)
Supe et al. Recent developments in cladding-pumped doped fiber amplifiers for telecommunications systems
Headley III et al. Tapered fiber bundles for combining laser pumps
JP2010205926A (ja) 光ファイバ装置およびその製造方法
JPH07147441A (ja) ドープされたフッ化物ガラス光ファイバを有する光増幅器及びその増幅器の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10806418

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10806418

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP