特許 6257658 ファイバレーザ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6257658

(24)【登録日】2017年12月15日

(45)【発行日】2018年1月10日

(54)【発明の名称】ファイバレーザ装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 3/067 20060101AFI20171227BHJP

   H01S 3/117 20060101ALI20171227BHJP

【ＦＩ】

   H01S3/067

   H01S3/117

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-11577(P2016-11577)

(22)【出願日】2016年1月25日

(65)【公開番号】特開2017-135151(P2017-135151A)

(43)【公開日】2017年8月3日

【審査請求日】2016年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100143764

【弁理士】

【氏名又は名称】森村 靖男

(74)【代理人】

【識別番号】100129296

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 博昭

(72)【発明者】

【氏名】西田 和宏

【審査官】 佐藤 俊彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０３６０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３５６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１５６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００１００２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ３／００−３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

励起光源からの励起光が入射する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ前記増幅用光ファイバのコアを伝搬する光を当該コアに反射する第１反射部と、
前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ前記コアを伝搬する光を前記第１反射部よりも低い反射率で当該コアに反射する反射状態と前記コアを伝搬する光を当該コアに反射しない非反射状態とに切り換え可能な第２反射部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
待機状態において前記第２反射部を前記反射状態にすると共に前記励起光源から励起光を出射させ、
前記待機状態において出射命令が入力されると当該出射命令が入力されてから第１の所定期間後に前記第２反射部を前記非反射状態とし、
前記第２反射部が前記非反射状態とされてから前記増幅用光ファイバで光が自己発振しない第２の所定期間後に前記第２反射部を前記反射状態とし、
前記第１の所定期間は、前記第２の所定期間よりも長い
ことを特徴とするファイバレーザ装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記第２の所定期間後における前記第２反射部の前記反射状態を前記第１の所定期間よりも長い期間維持する
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記第２の所定期間後に前記第２反射部が前記反射状態とされ、かつ、前記増幅用光ファイバの活性元素の励起状態が前記待機状態における当該活性元素の励起状態よりも低い状態において、第３の所定期間だけ前記第２反射部を前記非反射状態とし、
前記第３の所定期間は、前記活性元素の励起状態が前記待機状態における当該活性元素の励起状態と同じ励起状態となる期間よりも短い
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバレーザ装置。

【請求項4】

前記第１の所定期間は、前記第２の所定期間よりも長く、
前記制御部は、前記第３の所定期間後における前記第２反射部の前記反射状態を前記第１の所定期間よりも長い期間維持する
ことを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ装置。

【請求項5】

励起光源からの励起光が入射する増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ前記増幅用光ファイバのコアを伝搬する光を当該コアに反射する第１反射部と、
前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ前記コアを伝搬する光を前記第１反射部よりも低い反射率で当該コアに反射する反射状態と前記コアを伝搬する光を当該コアに反射しない非反射状態とに切り換え可能な第２反射部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
待機状態において前記第２反射部を前記反射状態にすると共に前記励起光源から励起光を出射させ、
前記待機状態において出射命令が入力されると当該出射命令が入力されてから第１の所定期間後に前記第２反射部を前記非反射状態とし、
前記第２反射部が前記非反射状態とされてから前記増幅用光ファイバで光が自己発振しない第２の所定期間後に前記第２反射部を前記反射状態とし、
前記第２の所定期間後に前記第２反射部が前記反射状態とされ、かつ、前記増幅用光ファイバの活性元素の励起状態が前記待機状態における当該活性元素の励起状態よりも低い状態において、第３の所定期間だけ前記第２反射部を前記非反射状態とし、
前記第３の所定期間は、前記活性元素の励起状態が前記待機状態における当該活性元素の励起状態と同じ励起状態となる期間よりも短い
ことを特徴とするファイバレーザ装置。

【請求項6】

前記第１の所定期間は、前記第２の所定期間よりも長く、
前記制御部は、前記第３の所定期間後における前記第２反射部の前記反射状態を前記第１の所定期間よりも長い期間維持する
ことを特徴とする請求項５に記載のファイバレーザ装置。

【請求項7】

励起光源からの励起光が入射する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ前記増幅用光ファイバのコアを伝搬する光を当該コアに反射する第１反射部と、前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ前記コアを伝搬する光を前記第１反射部よりも低い反射率で当該コアに反射する反射状態と前記コアを伝搬する光を当該コアに反射しない非反射状態とに切り換え可能な第２反射部と、制御部と、を備えるファイバレーザ装置のパルス光出射方法であって、
前記制御部は、
待機状態において前記第２反射部を前記反射状態にすると共に前記励起光源から励起光を出射させ、
前記待機状態で出射命令が入力されると当該出射命令が入力されてから第１の所定期間後に前記第２反射部を前記非反射状態とし、
前記第２反射部が前記非反射状態とされてから前記増幅用光ファイバで光が自己発振しない第２の所定期間後に前記第２反射部を前記反射状態とし、
前記第１の所定期間は、前記第２の所定期間よりも長い
ことを特徴とするファイバレーザ装置のパルス光出射方法。

【請求項8】

励起光源からの励起光が入射する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ前記増幅用光ファイバのコアを伝搬する光を当該コアに反射する第１反射部と、前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ前記コアを伝搬する光を前記第１反射部よりも低い反射率で当該コアに反射する反射状態と前記コアを伝搬する光を当該コアに反射しない非反射状態とに切り換え可能な第２反射部と、制御部と、を備えるファイバレーザ装置のパルス光出射方法であって、
前記制御部は、
待機状態において前記第２反射部を前記反射状態にすると共に前記励起光源から励起光を出射させ、
前記待機状態で出射命令が入力されると当該出射命令が入力されてから第１の所定期間後に前記第２反射部を前記非反射状態とし、
前記第２反射部が前記非反射状態とされてから前記増幅用光ファイバで光が自己発振しない第２の所定期間後に前記第２反射部を前記反射状態とし、
前記第２の所定期間後に前記第２反射部が前記反射状態とされ、かつ、前記増幅用光ファイバの活性元素の励起状態が前記待機状態における当該活性元素の励起状態よりも低い状態において、第３の所定期間だけ前記第２反射部を前記非反射状態とし、
前記第３の所定期間は、前記活性元素の励起状態が前記待機状態における当該活性元素の励起状態と同じ励起状態となる期間よりも短い
ことを特徴とするファイバレーザ装置のパルス光出射方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パルス状の出力光を出射するファイバレーザ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光を用いて加工を行う加工機や、レーザ光を使ったメス等の医療機器等に用いるレーザ装置の一つとして、希土類添加ファイバにより信号光を増幅して出射するファイバレーザ装置が用いられている。このようなファイバレーザ装置の一つとして、種光を増幅して出射するＭＯ−ＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）型のファイバレーザ装置が知られている。このファイバレーザ装置の種光を出射するＭＯ部である種光部もまた共振型のファイバレーザ装置から構成される場合がある。

【0003】

下記特許文献１には、このようなファイバレーザ装置が記載されている。特許文献１に記載のファイバレーザ装置は、種光部が上記と同様に共振型のファイバレーザ装置から成り、増幅用光ファイバの一方の端部に第１のＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）が形成されており、他方の端部が音響光学素子（ＡＯＭ：Acoustic Optic Modulation）に接続され、さらにＡＯＭの増幅用光ファイバ側と反対側が第２のＦＢＧに接続されている。ＡＯＭは、入射する光をオン状態とオフ状態とで異なる方向に伝搬する。このファイバレーザ装置では、オン状態では、第２のＦＢＧに光を伝搬し、オフ状態では第２のＦＢＧに光が伝搬しないようにする。つまり、ＡＯＭがオン状態では第２のＦＢＧで光が反射し、オフ状態で光が反射しない。従って、ＡＯＭがオン状態では、増幅用光ファイバ及びＡＯＭを介して第１のＦＢＧと第２のＦＢＧとの間で共振器が形成され、ＡＯＭがオフ状態では、当該共振器が形成されない。このファイバレーザ装置の種光部では、ＡＯＭがオン状態とオフ状態とを繰り返しているため、ＡＯＭがオン状態となる度にパルス状の種光が出射する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４６４７６９６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載のファイバレーザ装置では、上記のようにパルス状の種光がＡＯＭのオン／オフに同期して立て続けに出射している。従って、アンプ部の増幅用光ファイバに励起光が入射すると、当該パルス状の種光が増幅されて、パルス状の出射光がＡＯＭのオン／オフに同期して立て続けに出射する。

【0006】

ところで、出射光を１パルスのみ出射させるファイバレーザ装置が求められている。このようなワンショットパルスの光を出射するためには、ＡＯＭをオフ状態で待機して、ワンショットパルスの出射光を出射させたいタイミングでＡＯＭをオン状態とすることが考えられる。

【0007】

しかし、ＡＯＭをオフ状態で待機すると、増幅用光ファイバ内の希土類元素の励起エネルギーが高くなりすぎ、不要な発振（自己発振）を起こす場合がある。このような発振を起こすと、意図しないタイミングでジャイアントパルスが出射して、励起光源等の光学素子を破壊する懸念がある。

【0008】

そこで、本発明は、光学素子の損傷を抑制してワンショットパルスの光を出射することができるファイバレーザ装置、及び、ファイバレーザ装置のパルス光出射方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明のファイバレーザ装置は、励起光源からの励起光が入射する増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの一端側に設けられ前記増幅用光ファイバのコアを伝搬する光を当該コアに反射する第１反射部と、前記増幅用光ファイバの他端側に設けられ前記コアを伝搬する光を前記第１反射部よりも低い反射率で当該コアに反射する反射状態と前記コアを伝搬する光を当該コアに反射しない非反射状態とに切り換え可能な第２反射部と、制御部と、を備える。また、本発明のファイバレーザ装置のパルス光出射方法では、このファイバレーザ装置を用いる。このファイバレーザ装置では、パルス光を出射する場合、次のように動作する。すなわち、前記制御部は、待機状態において前記第２反射部を前記反射状態にすると共に前記励起光源から励起光を出射させ、前記待機状態で出射命令が入力されると当該出射命令が入力されてから第１の所定期間後に前記第２反射部を前記非反射状態とし、前記第２反射部が前記非反射状態とされてから前記増幅用光ファイバで光が自己発振しない第２の所定期間後に前記第２反射部を前記反射状態とする。

【0010】

このようなファイバレーザ装置、及び、ファイバレーザ装置のパルス光出射方法では、待機状態において、励起光源から励起光が増幅用光ファイバに入射しているため増幅用光ファイバ内の活性元素が励起状態とされる。しかし、第２反射部が反射状態とされるので、第１反射部と第２反射部との間で発振が起きる。この発振が起きている間、第２反射部からパワーの小さな光が連続的に出射しているため、当該発振により活性元素は高い励起状態とされない。このため、待機状態が長い場合や第１の所定期間が長い場合であっても、意図しない自己発振により尖塔値の高い不要な光が出射することを抑えることができる。また、第２の所定期間では、上記発振が生じないため増幅用光ファイバの活性元素が高い励起状態とされるが、第２の所定期間は自己発振しない期間であるため、第２の所定期間において尖塔値の高い意図しない光が出射することを抑えることができる。そして、第２の所定期間後に第２反射部が反射状態とされることで、再び発振が起きる。上記のように第２の所定期間において活性元素が高い励起状態とされるため、当該発振により尖塔値の高いパルス状の光を出射することができる。こうして、本発明のファイバレーザ装置、及び、ファイバレーザ装置のパルス光出射方法によれば、光学素子の損傷を抑制してワンショットパルスの光を出射することができる。

【0011】

また、前記第１の所定期間は、前記第２の所定期間よりも長いことが好ましい。

【0012】

第１の所定期間が長いことにより、出射命令からワンショットパルス光の出射までの間に他の動作を行うことができる。例えば、増幅用光ファイバを用いたアンプにファイバレーザ装置から出射するワンショットパルス光を入射して更に増幅する場合に、第１の所定期間においてアンプの増幅用光ファイバの活性元素を励起することができる。

【0013】

前記制御部は、前記第２の所定期間後における前記第２反射部の前記反射状態を前記第１の所定期間よりも長い期間維持することが好ましい。

【0014】

パルス光が出射された直後の増幅用光ファイバ内の活性元素の励起状態は、第２の所定期間が始まる直前における所定の励起状態と同じ状態になりづらい。しかし、第２の所定期間が第１の所定期間よりも長いことで、第２の所定期間が第１の所定期間よりも短い場合と比べて、増幅用光ファイバ内の活性元素の励起状態を上記所定の励起状態に近づけることができる。そして、出射命令が入力されると更に第１の所定期間だけ第２反射部が反射状態とされ、増幅用光ファイバ内の活性元素の励起状態を上記所定の励起状態により近づけることができる。このため、ワンショットパルス光の尖塔値やパルス幅が出射ごとに変化することを抑制することができる。

【0015】

また、前記制御部は、前記第２の所定期間後に前記第２反射部が前記反射状態とされ、かつ、前記増幅用光ファイバの活性元素の励起状態が前記待機状態における当該活性元素の励起状態よりも低い状態において、第３の所定期間だけ前記第２反射部を前記非反射状態とし、前記第３の所定期間は、前記活性元素の励起状態が前記待機状態における当該活性元素の励起状態と同じ励起状態となる期間よりも短いことが好ましい。

【0016】

ワンショットパルス光が出射されると、増幅用光ファイバ内の活性元素は低い励起状態となる。この励起状態は待機状態における励起状態よりも低くなる場合がある。そこで、活性元素の励起状態が待機状態における当該活性元素の励起状態よりも低い状態で、第３の所定期間だけ第２反射部を非反射状態とする。第２反射部が短期間である第３の所定期間だけ非反射状態とされることで、早期に増幅用光ファイバ内の活性元素を待機状態における当該活性元素の励起状態に近づけることができる。また、上記のように、第３の所定期間は活性元素の励起状態が待機状態における当該活性元素の励起状態と同じ励起状態となる期間よりも短い期間とされる。従って、第３の所定期間後に再び第２反射部が非反射状態とされても、パルス光が出射することを抑制することができる。

【0017】

この場合、前記第１の所定期間は、前記第２の所定期間よりも長く、前記制御部は、前記第３の所定期間後における前記第２反射部の前記反射状態を前記第１の所定期間よりも長い期間維持することが好ましい。

【0018】

上記のように第２反射部が反射状態とされる期間が第１の所定期間よりも長いことで、第２の所定期間が第１の所定期間よりも短い場合と比べて、ワンショットパルス光の尖塔値やパルス幅が出射ごとに変化することを抑制することができる。

【発明の効果】

【0019】

以上説明したように、本発明によれば、光学素子の損傷を抑制してワンショットパルスの光を出射することができるファイバレーザ装置、及び、ファイバレーザ装置のパルス光出射方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係るファイバレーザ装置を光源として有するＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置を示す図である。

【図2】図１のファイバレーザ装置の動作を模式的に示すタイミングチャートである。

【図3】ワンショットパルス光の出射時における各部位から出射する光のパワーの大きさの様子を示す図である。

【図4】図１のファイバレーザ装置の他の動作を模式的に示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明に係るファイバレーザ装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【0022】

図１は、本発明に係るファイバレーザ装置を示す図である。

【0023】

図１に示すように、ファイバレーザ装置１は、種光を出射する種光部ＭＯと、種光部ＭＯから出射する種光を増幅するプリアンプＰＲと、メインアンプＰＡと、種光部ＭＯとプリアンプＰＲとの間に設けられる波長変換部ＲＦと、波長変換部ＲＦとメインアンプＰＡとの間に設けられる波長選択フィルタＦＬと、種光部ＭＯ、プリアンプＰＲ、及び、メインアンプＰＡを制御する制御部ＣＰと、を主な構成として備える。このようにファイバレーザ装置１は、種光部ＭＯが、Master Oscillatorとされ、メインアンプＰＡがPower Amplifierとされる、いわゆるＭＯ−ＰＡ型のファイバレーザ装置である。

【0024】

＜種光部ＭＯの構成＞
種光部ＭＯは、励起光を出射する励起光源１１と、励起光源１１から出射する励起光が入射し、当該励起光により励起される活性元素が添加される増幅用光ファイバ１３と、増幅用光ファイバ１３の一端側に設けられる第１反射部としてのＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）１２と、増幅用光ファイバ１３の他端に接続される第２反射部としてのＡＯＭ１４と、を主な構成として備える。このように種光部ＭＯは、共振型のファイバレーザ装置から成る。

【0025】

種光部ＭＯの励起光源１１は、連続光を出射する光源であり、例えばレーザダイオードから構成される。励起光源１１は、増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの光を出射する。また、励起光源１１は第１光ファイバ１８に接続されており、種光部ＭＯの励起光源１１から出射する光は、第１光ファイバ１８を伝搬する。

【0026】

種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲むクラッドとを有する。増幅用光ファイバ１３において、コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも高く、コアを構成する材料としては、例えば、屈折率を上昇させるゲルマニウム等の元素、及び、種光部ＭＯの励起光源１１から出射する種光部の光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の活性元素が添加された石英が挙げられる。このような活性元素としては、希土類元素が挙げられ、希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。さらに活性元素として、希土類元素の他に、ビスマス（Ｂｉ）等が挙げられる。また、増幅用光ファイバ１３のクラッドを構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英が挙げられる。

【0027】

上記の第１光ファイバ１８のコアは増幅用光ファイバ１３のコアと接続されている。また、第１光ファイバ１８のコアには、ＦＢＧ１２が設けられている。こうしてＦＢＧ１２は、増幅用光ファイバ１３の一端側に設けられている。ＦＢＧ１２は、第１光ファイバ１８の長手方向に沿って一定の周期で屈折率が高くなる部分が繰り返されており、この周期が調整されることにより、励起状態とされた増幅用光ファイバ１３の活性元素が放出する光の内、特定波長の光を反射するように構成されている。ＦＢＧ１２は、上述のように増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素がイッテルビウムである場合、例えば、波長が１０６０ｎｍの光の反射率が１００％とされる。

【0028】

種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３の他端にはＡＯＭ１４が接続されている。ＡＯＭ１４は、反射状態と非反射状態とを切り換えることができる。反射状態では、増幅用光ファイバ１３のコアからＡＯＭ１４へ入射する光が、ＡＯＭ１４内をプリアンプＰＲに向かって伝搬しつつＡＯＭ１４のプリアンプＰＲ側の端面でフルネル反射を起こし、再び増幅用光ファイバ１３のコアに入射する。このフルネル反射の反射率は、ＦＢＧ１２の反射率よりも低くされる。また、非反射状態では、増幅用光ファイバ１３のコアからＡＯＭ１４へ入射する光がＡＯＭ１４内反射状態と異なる方向に向かって伝搬する。このため、非反射状態では、ＡＯＭ１４に入射した光が増幅用光ファイバ１３のコアに向かって反射しない。

【0029】

＜プリアンプＰＲの構成＞
プリアンプＰＲは、励起光源２１と、増幅用光ファイバ２３と、カプラ２２とを主な構成として備える。

【0030】

プリアンプＰＲの励起光源２１は、例えば複数のレーザダイオードから構成され、後述のようにプリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、励起光源２１は、光ファイバ２８に接続されており、励起光源２１から出射する励起光は、光ファイバ２８を伝播する。光ファイバ２８としては、例えば、マルチモードファイバが挙げられ、この場合、当該励起光は光ファイバ２８をマルチモード光として伝播する。

【0031】

プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３は、コアと、コアの外周面を隙間なく囲む内側クラッドと、内側クラッドの外周面を被覆する外側クラッドとを有している。増幅用光ファイバ２３において、コアの屈折率は内側クラッドの屈折率よりも高く、内側クラッドの屈折率は外側クラッドの屈折率よりも高くされる。つまり、増幅用光ファイバ２３はダブルクラッド構造とされる。増幅用光ファイバ２３において、コアを構成する材料としては、例えば、上記の種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３のコアと同様の材料を挙げることができ、内側クラッドを構成する材料としては、例えば、上記の種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３のクラッドと同様の材料を挙げることができる。また、増幅用光ファイバ２３の外側クラッドを構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂を挙げることができる。

【0032】

本実施形態において、種光部ＭＯのＡＯＭ１４は、第２光ファイバ２９に接続される。カプラ２２は、第２光ファイバ２９及び光ファイバ２８と、増幅用光ファイバ２３の一端とを接続している。具体的には、カプラ２２において、第２光ファイバ２９のコアが、増幅用光ファイバ２３のコアに接続されており、さらに光ファイバ２８のコアが、増幅用光ファイバ２３の内側クラッドに接続されている。従って、種光部ＭＯのＡＯＭ１４から出射する光は、第２光ファイバ２９を介して、増幅用光ファイバ２３のコアに入射してコアを伝搬する。また、励起光源２１から出射する励起光は、増幅用光ファイバ２３の内側クラッドに入射し内側クラッドを主に伝搬する。従って、増幅用光ファイバ２３のコアを伝搬する光により、励起光源２１が出射する励起光により励起される活性元素が誘導放出を起こすことで、当該コアを伝搬する光を増幅する。

【0033】

＜波長変換部ＲＦ、波長選択フィルタＦＬの構成＞
波長変換部ＲＦは、プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３に接続されている。波長変換部ＲＦは、入射する光のうちパワーが所定のパワーより大きな光を、入射する光より長波長の光に変換して出射し、入射する光のうちパワーが所定のパワーより小さな光を、入射する光の波長のまま出射する。

【0034】

このような波長変換部ＲＦとしては、誘導ラマン散乱を起こすラマン光ファイバを挙げることができる。このラマン光ファイバとしては、コアに非線形光学定数を上昇させるドーパントが添加される光ファイバが挙げられる。このようなドーパントとしては、ゲルマニウムやリンが挙げられる。この波長変換部ＲＦがラマン光ファイバである場合、波長変換する光の強度の閾値は、コアの直径、ドーパントの添加濃度、長さ等によって変えることができる。

【0035】

波長選択フィルタＦＬには、プリアンプＰＲから出射する光が波長変換部ＲＦを介して入射する。そして、波長変換部ＲＦにおいて波長変換された光が波長選択フィルタＦＬに入射する場合、波長選択フィルタＦＬはこの波長変換された光をメインアンプＰＡに向かって透過し、波長変換部ＲＦにおいて波長変換されない光が波長選択フィルタＦＬに入射する場合に、波長選択フィルタＦＬはこの波長変換されない光のメインアンプＰＡに向かう透過を抑制する。このような波長選択フィルタＦＬとしては、例えば、ＷＤＭカプラや誘電体多層膜フィルタを挙げることができる。

【0036】

＜メインアンプＰＡの構成＞
メインアンプＰＡは、入射する光をプリアンプＰＲよりも高い増幅率で増幅する点においてプリアンプＰＲと異なり、複数の励起光源３１と、増幅用光ファイバ３３と、カプラ３２とを主な構成として備える。

【0037】

メインアンプＰＡの励起光源３１のそれぞれは、例えば複数のレーザダイオードから構成され、後述のようにメインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３に添加される活性元素を励起する波長の励起光、例えば波長が９１５ｎｍの励起光を出射する。また、それぞれの励起光源３１は、光ファイバ３８に接続されており、それぞれの励起光源３１から出射する励起光はそれぞれの光ファイバ３８を伝播する。それぞれの光ファイバ３８としては、例えば、プリアンプＰＲの励起光源２１に接続される光ファイバ２８と同様とされ、この場合、当該励起光は光ファイバ３８をマルチモード光として伝播する。

【0038】

メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３は、プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３と同様の構成とされる。

【0039】

また、本実施形態において、波長選択フィルタＦＬは第３光ファイバ３９に接続される。カプラ３２は、第３光ファイバ３９及びそれぞれの光ファイバ３８と、増幅用光ファイバ３３の一端とを接続している。具体的には、カプラ３２において、第３光ファイバ３９のコアが、増幅用光ファイバ３３のコアに接続されており、さらにそれぞれの光ファイバ３８のコアが、増幅用光ファイバ３３の内側クラッドに接続されている。従って、波長選択フィルタＦＬからメインアンプＰＡに向かって出射する光は第３光ファイバ３９を介して、増幅用光ファイバ３３のコアに入射してコアを伝搬し、それぞれの励起光源３１から出射する励起光は、増幅用光ファイバ３３の内側クラッドに入射し内側クラッドを主に伝搬する。従って、増幅用光ファイバ３３のコアを伝搬する光により、励起光源３１が出射する励起光により励起される活性元素が誘導放出を起こすことで、当該コアを伝搬する光を増幅する。

【0040】

メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３の他端には第４光ファイバ４０が接続されている。この第４光ファイバ４０は、増幅用光ファイバ３３から出射する光を所定の場所まで伝搬させて出射する光ファイバであり、デリバリ光ファイバと呼ばれる場合がある。

【0041】

＜その他の構成＞
制御部ＣＰは、論理ゲートや、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等で構成されており、種光部ＭＯ、プリアンプＰＲ、及び、メインアンプＰＡを制御する。具体的には、外部からの命令を受け付ける構成を有し、当該命令により、種光部ＭＯの励起光源１１及びＡＯＭ１４、プリアンプＰＲの励起光源２１、メインアンプの励起光源３１を制御することができる。

【0042】

＜ファイバレーザ装置１の動作＞
次に、このようなファイバレーザ装置１からワンショットパルス光が出射する動作について説明する。

【0043】

図２は、図１のファイバレーザ装置の動作を模式的に示すタイミングチャートである。具体的には、制御部ＣＰ、種光部ＭＯの励起光源１１、プリアンプＰＲの励起光源２１、メインアンプＰＡの励起光源３１、及び、ＡＯＭ１４の各状態と、種光部ＭＯから出射する光の様子を示す図である。なお、図２では、各励起光源１１，２１，３１及び種光部ＭＯから出射する光についてパワーの大きな光が出射している状態が高いレベルで示される。

【0044】

ファイバレーザ装置１の電源が投入されると、制御部ＣＰは待機状態となる。このとき、制御部ＣＰは、種光部ＭＯのＡＯＭ１４及び励起光源１１を制御して、ＡＯＭ１４を反射状態とすると共に励起光源１１を出射状態とする。種光部ＭＯの励起光源１１から励起光が出射すると、種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素の励起状態が高くなる。増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素の励起状態が高くなることによって当該活性元素から放出される光に起因して、ＦＢＧ１２とＡＯＭ１４のプリアンプＰＲ側の端面との間で共振が起き、増幅用光ファイバ１３での利得と損失とが釣り合った状態で発振が生じる。ただし、この発振状態において、この光は、増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素の励起状態が然程高くないことから然程増幅されておらず、パワーの小さな連続光となる。

【0045】

また、本実施形態では、待機状態において、制御部ＣＰは、プリアンプＰＲの励起光源２１、及び、メインアンプＰＡの励起光源３１を制御して、それぞれの励起光源２１，３１を非出射状態とする。従って、プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３、及び、メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３のそれぞれに添加される活性元素は励起状態とされない。従って、種光部ＭＯから出射するパワーの小さな連続光がプリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３に入射しても増幅されない。増幅されない連続光は増幅用光ファイバ２３から波長変換部ＲＦに入射するが、パワーが小さいため波長変換されない。このため、当該連続光は、波長選択フィルタＦＬにより、メインアンプＰＡへの入射が抑制される。

【0046】

次に外部から制御部ＣＰに出射命令が入力される。すると、制御部ＣＰは、出射状態となり、プリアンプＰＲの励起光源２１及びメインアンプＰＡの励起光源３１を制御して、それぞれの励起光源２１、３１を出射状態とする。従って、それぞれの励起光源２１、３１から励起光が出射される。このためプリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３、及び、メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３のそれぞれに添加される活性元素は励起状態となる。このとき、種光部ＭＯから出射するパワーの小さな連続光がプリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３に入射することで、励起状態とされたプリアンプＰＲの活性元素が誘導励起を起こし、種光部ＭＯからプリアンプＰＲに入射する連続光は増幅される。しかし、連続光のパワーが小さなため、プリアンプＰＲから出射する光のパワーは、波長変換部ＲＦで波長変換さえる程のパワーに達しない。このため、プリアンプＰＲから出射する連続光は、波長変換部ＲＦで波長変換されず、待機状態と同様にして、波長選択フィルタＦＬにより、メインアンプＰＡへの入射が抑制される。

【0047】

また、本実施形態では、励起光源２１、３１の増幅用光ファイバ２３，３３が十分な励起状態とされると、制御部ＣＰは、プリアンプＰＲの励起光源２１及びメインアンプＰＡの励起光源３１を制御して、それぞれの励起光源２１、３１を非出射状態とする。

【0048】

そして、制御部ＣＰは、出射命令が入力されてから第１の所定期間Ｔ１後にＡＯＭ１４を制御して、ＡＯＭ１４を非反射状態とする。従って、増幅用光ファイバ１３からＡＯＭ１４に入射する光が増幅用光ファイバ１３に向かって反射しない。このため、増幅用光ファイバ１３では発振が止まる。このとき励起光源１１は出射状態のままとされる。従って、増幅用光ファイバ１３には励起光源１１から励起光が入射し続けているため、増幅用光ファイバ１３の活性元素の励起状態が更に高くなる。

【0049】

次に制御部ＣＰは、第１の所定期間Ｔ１後から更に第２の所定期間Ｔ２後に、ＡＯＭ１４を制御して、ＡＯＭ１４を再び反射状態とする。つまり、制御部ＣＰは、出射命令が入力されてから第１の所定期間Ｔ１内においてＡＯＭ１４を反射状態とし、第１の所定期間Ｔ１後からの第２の所定期間Ｔ２においてＡＯＭ１４を非反射状態とする。この第２の所定期間Ｔ２は、増幅用光ファイバ１３で光が自己発振しない期間とされる。従って、第２の所定期間Ｔ２内に意図しないジャイアントパルス光が出射することは抑制されている。ＡＯＭ１４が再び反射状態とされると、ＦＢＧ１２とＡＯＭ１４のプリアンプＰＲ側の端面との間で共振が生じる、この共振光により、上記のように高い励起状態とされた増幅用光ファイバ１３の活性元素が誘導放出を起こし、共振光が増幅されＡＯＭ１４からパルス状の光が出射し、種光部ＭＯからワンショットパルス光としてのパルス状の種光が出射する。

【0050】

なお、上記のように第１の所定期間Ｔ１は、プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３及びメインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３のそれぞれに添加される活性元素が励起光により十分に高い励起状態になるよう励起される期間であり、第２の所定期間Ｔ２は、増幅用光ファイバ１３が自己発振しない期間である。一般的に種光部ＭＯの増幅用光ファイバ１３に添加される活性元素が励起光により十分に高い励起状態になるよう励起される時間よりも、プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３及びメインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３のそれぞれに添加される活性元素が励起光により十分に高い励起状態になるよう励起される時間は長い。このため、本実施形態では、第１の所定期間Ｔ１は第２の所定期間Ｔ２よりも長い期間とされる。

【0051】

図３は、ワンショットパルス光の出射時における各部位から出射する光のパワーの大きさの様子を示す図である。具体的には、種光部ＭＯから出射する光、プリアンプＰＲから出射する光、波長変換部ＲＦから出射する光、波長選択フィルタＦＬから出射する光、及び、メインアンプＰＡから出射する光のパワーの大きさの時間的変化及び波長の様子を示す図である。それぞれ光のパワーの時間的変化を示す図において、縦軸が光のパワー密度を示し、横軸が時間を示す。

【0052】

種光部ＭＯから出射するパルス状の光のパワーの時間的変化の形状はガウス分布形状とされる。また、種光部ＭＯから出射する種光の波長は、例えば、１０６０ｎｍとされる。上記のように種光部ＭＯから出射するワンショットパルス光としての種光は、増幅用光ファイバ２３のコアに入射する。

【0053】

プリアンプＰＲの増幅用光ファイバ２３では、上記のように励起光により活性元素が励起状態とされている。従って、パルス状の種光が増幅用光ファイバ２３に入射すると、励起された活性元素は種光部ＭＯからの光により誘導放出を起こし、この誘導放出により当該光のパワーが増幅されて、増幅用光ファイバ２３からパルス状の光が出射する。増幅用光ファイバ２３は、パワーの時間変化がガウス分布形状の光が入射すると、入射光に対してパワー密度を増幅したガウス分布形状の光を出射する。従って、図３に示すように、プリアンプＰＲからは、パワーの時間変化の形状がパワー密度方向に延伸されたガウス分布形状の光が出射する。

【0054】

プリアンプＰＲから出射した光の一部は、波長変換部ＲＦで波長変換されるパワー密度とされる。従って、波長変換部ＲＦでは、入射した光のうち、破線で示すある特定のパワー密度より高いパワー密度の光成分が一次散乱光とされる。この一次散乱光のパワー密度は波長変換されない程度のパワー密度とされる。例えば、上記のように種光部ＭＯから出射する光の波長が１０６０ｎｍである場合、波長変換部ＲＦでは所定のパワーより大きなパワーの光の波長が例えば１１２０ｎｍとされる。そして、波長変換部ＲＦからは、波長変換されない光及び一次散乱光が出射する。このうち、図３に示すように、波長変換されない波長１０６０ｎｍの光は、その時間的変化の形状がガウス分布形状における裾引き部分を含む形状の光であり、一次散乱光である波長１１２０ｎｍの光は、その時間的変化の形状がプリアンプＰＲから出射した光におけるガウス分布形状の頂点部分と同様の形状を含む形状の光である。

【0055】

波長変換部ＲＦから出射する光は、波長選択フィルタＦＬに入射する。上記のように波長選択フィルタＦＬは、波長変換部ＲＦにおいて波長変換された光が入射するとこの光をメインアンプＰＡに向かって透過し、波長変換部ＲＦにおいて波長変換されない光が入射するとこの光のメインアンプＰＡに向かう透過を抑制する。従って、図３において破線で示すようにプリアンプＰＲから出射する光のうち、波長変換されないパワー密度の小さな光の波長選択フィルタＦＬの透過は抑制され、図３において実線で示されるプリアンプＰＲから出射する光の一次散乱は波長選択フィルタＦＬを透過する。この一次散乱光のパルス幅は、プリアンプＰＲから出射する光のパルス幅よりも小さくされる。

【0056】

メインアンプＰＡの増幅用光ファイバ３３では、上記のように励起光により活性元素が励起状態とされている。従って、パルス幅が小さくされたパルス状の光が波長選択フィルタＦＬに入射すると、励起された活性元素は当該光により誘導放出を起こし、この誘導放出により当該光のパワーが増幅されて、増幅用光ファイバ３３からパルス状の光が出射する。従って、種光部ＭＯから出射する光よりもパルス幅が狭くパワーが増幅された光が出射する。

【0057】

メインアンプＰＡから出射する光は、第４光ファイバ４０を伝搬し、ファイバレーザ装置１から出射する。

【0058】

こうしてＡＯＭ１４が反射状態とされる第２の所定期間Ｔ２後にパルス状の光が出射する。なお、第２の所定期間Ｔ２後、制御部ＣＰは、ＡＯＭ１４の反射状態を少なくとも第１の所定期間Ｔ１より長く保ち、待機状態となる。

【0059】

次に本発明の作用について説明する。

【0060】

本実施形態のファイバレーザ装置１の種光部ＭＯはファイバレーザ装置から成り、制御部ＣＰは、待機状態において第２反射部であるＡＯＭ１４を反射状態にすると共に励起光源１１から励起光を出射させ、この待機状態で出射命令が入力されると当該出射命令が入力されてから第１の所定期間Ｔ１後にＡＯＭ１４を非反射状態とし、ＡＯＭ１４が非反射状態とされてから増幅用光ファイバ１３で光が自己発振しない第２の所定期間Ｔ２後にＡＯＭを反射状態とする。

【0061】

このような種光部ＭＯ、及び、種光部ＭＯのパルス光出射方法では、待機状態において、励起光源１１から励起光が増幅用光ファイバ１３に入射しているため増幅用光ファイバ１３内の活性元素が励起状態とされる。しかし、ＡＯＭ１４が反射状態とされるので、第１反射部であるＦＢＧ１２とＡＯＭ１４との間で発振が起きる。この発振が起きている間、ＡＯＭからパワーの小さな光が連続的に出射しているため、当該発振により活性元素は高い励起状態とされない。このため、待機状態が長い場合や第１の所定期間Ｔ１が長い場合であっても、意図しない自己発振により尖塔値の高い不要な光が出射することを抑えることができる。また、第２の所定期間Ｔ２では、上記発振が生じないため増幅用光ファイバ１３の活性元素が高い励起状態とされるが、第２の所定期間Ｔ２は自己発振しない期間であるため、第２の所定期間Ｔ２において尖塔値の高い意図しない光が出射することを抑えることができる。そして、第２の所定期間Ｔ２後にＡＯＭ１４が反射状態とされることで、再び発振が起きる。上記のように第２の所定期間Ｔ２において活性元素が高い励起状態とされるため、当該発振により尖塔値の高いパルス状の光を出射することができる。こうして、本発明のファイバレーザ装置である種光部ＭＯ、及び、ファイバレーザ装置である種光部ＭＯのパルス光出射方法によれば、光学素子の損傷を抑制してワンショットパルスの光を出射することができる。

【0062】

また、本実施形態では、第１の所定期間Ｔ１は、第２の所定期間Ｔ２よりも長い。このため出射命令からワンショットパルス光の出射までの間に他の動作を行うことができる。本実施形態では、第１の所定期間Ｔ１において、プリアンプＰＲやメインアンプＰＡの増幅用光ファイバ２３，３３の活性元素を励起している。なお、第１の所定期間Ｔ１が第２の所定期間Ｔ２よりも短くても良いが、この場合、本実施形態のファイバレーザ装置１では、プリアンプＰＲやメインアンプＰＡの増幅用光ファイバ２３，３３の活性元素の励起を出射命令よりも前から行う必要がある。従って、上記のように第１の所定期間Ｔ１は、第２の所定期間Ｔ２よりも長いことが好ましい。

【0063】

また、本実施形態では、制御部ＣＰは、第２の所定期間Ｔ２後におけるＡＯＭ１４の反射状態を第１の所定期間Ｔ１よりも長い期間維持している。上記のように第２の所定期間Ｔ２後にワンショットパルス光が出射される。ワンショットパルス光が出射された直後の増幅用光ファイバ１３内の活性元素の励起状態は、第２の所定期間Ｔ２が始まる直前における励起状態と同じ状態になりづらい。しかし、第２の所定期間Ｔ２が第１の所定期間Ｔ１よりも長いことで、第２の所定期間Ｔ２が第１の所定期間Ｔ１よりも短い場合と比べて、増幅用光ファイバ１３内の活性元素の励起状態を第２の所定期間Ｔ２が始まる直前における励起状態に近づけることができる。そして、出射命令が入力されると更に第１の所定期間Ｔ１だけＡＯＭ１４が反射状態とされ、増幅用光ファイバ１３内の活性元素の励起状態を第２の所定期間Ｔ２が始まる直前における励起状態により近づけることができる。このため、本実施形態のファイバレーザ装置１によれば、ワンショットパルス光の尖塔値やパルス幅が出射ごとに変化することを抑制することができる。

【0064】

また、本実施形態のファイバレーザ装置１では、プリアンプＰＲで増幅された種光部ＭＯからのパルス状の光のうち、パワーの大きな光が波長変換部ＲＦで波長変換され、当該波長変換された光が波長選択フィルタＦＬを透過する。一方、種光部ＭＯから出射するパワーの小さな連続光は、プリアンプＰＲで増幅されても波長変換部ＲＦで波長変換されず波長変換フィルタＦＬの透過が抑制される。従って、種光部ＭＯから出射するパワーの小さな連続光に起因する光がファイバレーザ装置１から出射することを抑制できる。なお、種光部ＭＯから出射するパルス状の光のパワーによっては、プリアンプＰＲが無くても良い。例えば、種光部ＭＯから出射するパルス状の光のパワーが、プリアンプＰＲから出射するパルス状の光のパワーと同等であれば、プリアンプＰＲを省略することができる。

【0065】

また、本実施形態のファイバレーザ装置１では、波長選択フィルタＦＬを透過する光がメインアンプＰＡで増幅される。上記のように波長選択フィルタＦＬを透過する光の時間的なパルス幅は、種光部ＭＯから出射するパルス状の光の時間的なパルス幅よりも小さい。従って、ファイバレーザ装置１は尖塔値が高い時間的なパルス幅の小さな光を出射することができる。

【0066】

＜ファイバレーザ装置１の他の動作＞
次に、このようなファイバレーザ装置１の他の動作について説明する。

【0067】

図４は、図１のファイバレーザ装置の動作を図２と同様にして示すタイミングチャートである。図４に示すように、本動作では、第２の所定期間Ｔ２後において、ＡＯＭ１４が反射状態とされた後、第３の所定期間Ｔ３だけＡＯＭ１４を非反射状態とする。この第３の所定期間は、第２の所定期間Ｔ２後にＡＯＭ１４が反射状態とされた後で、増幅用光ファイバ１３の活性元素の励起状態が待機状態における活性元素の励起状態よりも低い状態に開始される。第３の所定期間Ｔ３では、上記のようにＡＯＭ１４が非反射状態とされるため、第２の所定期間Ｔ２と同様にして、増幅用光ファイバ１３の活性元素の励起状態が急に高くなる。しかし、この第３の所定期間Ｔ３は、増幅用光ファイバ１３の活性元素の励起状態が待機状態における活性元素の励起状態と同じ状態となる期間よりも短く設定される。

【0068】

こうして、第３の所定期間Ｔ３の間にＡＯＭ１４が非反射状態とされない場合と比べて、早期に増幅用光ファイバ１３内の活性元素を待機状態における当該活性元素の励起状態に近づけることができる。なお、上記のように、第３の所定期間Ｔ３は活性元素の励起状態が待機状態における当該活性元素の励起状態と同じ励起状態となる期間よりも短いため、第３の所定期間Ｔ３後に再びＡＯＭ１４が非反射状態とされても、パルス光が出射することを抑制することができる。

【0069】

また、本動作においても、第１の所定期間Ｔ１は、第２の所定期間Ｔ２よりも長いことが好ましく、制御部ＣＰは、第３の所定期間Ｔ３後におけるＡＯＭ１４の反射状態を第１の所定期間Ｔ１よりも長い期間維持することが好ましい。

【0070】

以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0071】

例えば、上記実施形態のファイバレーザ装置１において、種光部ＭＯの第２反射部としてＡＯＭ１４を例に示したが、本発明はこれに限らない。例えば、ＡＯＭ１４とプリアンプＰＲとの間にＦＢＧ１２よりも反射率が低い第２のＦＢＧが設けられ、ＡＯＭ１４がオンとなり光がＡＯＭ１４を透過すると第２のＦＢＧで光が反射して、ＦＢＧ１２と第２のＦＢＧとの間で発振を起こすよう構成することができる。従って、この場合、ＡＯＭ１４と第２のＦＢＧとで第２反射部が形成される。なお、この場合、ＡＯＭ１４のプリアンプＰＲ側の端面が無反射加工されることが好ましい。

【0072】

また、上記ファイバレーザ装置１は、種光部ＭＯの他に、プリアンプＰＲと、メインアンプＰＡと、波長変換部ＲＦと、波長選択フィルタＦＬとを備えた。しかし、ファイバレーザ装置である種光部ＭＯから出射する光のパワーが大きければ、プリアンプＰＲと、メインアンプＰＡと、波長変換部ＲＦと、波長選択フィルタＦＬが備わっていなくても良い。

【産業上の利用可能性】

【0073】

以上説明したように、本発明によれば、光学素子の損傷を抑制してワンショットパルスの光を出射することができるファイバレーザ装置、及び、ファイバレーザ装置のパルス光出射方法が提供され、加工機や、医療機器といったレーザ光を用いる分野での利用ができる。

【符号の説明】

【0074】

１・・・ファイバレーザ装置
１１，２１，３１・・・励起光源
１３，２３，３３・・・増幅用光ファイバ
ＦＬ・・・波長選択フィルタ
ＭＯ・・・種光部（ファイバレーザ装置）
ＰＡ・・・メインアンプ
ＰＲ・・・プリアンプ
ＲＦ・・・波長変換部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】