[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP6132733B2 - レーザ装置 - Google Patents

レーザ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6132733B2
JP6132733B2 JP2013203675A JP2013203675A JP6132733B2 JP 6132733 B2 JP6132733 B2 JP 6132733B2 JP 2013203675 A JP2013203675 A JP 2013203675A JP 2013203675 A JP2013203675 A JP 2013203675A JP 6132733 B2 JP6132733 B2 JP 6132733B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
laser
light
optical
incident
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
JP2013203675A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015070131A (ja
JP2015070131A5 (ja
Inventor
酒井　博
博 酒井
大岳 福岡
大岳 福岡
規泰 鈴木
規泰 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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
Priority to JP2013203675A priority Critical patent/JP6132733B2/ja
Application filed by Hamamatsu Photonics KK filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to DE112014004501.2T priority patent/DE112014004501T5/de
Priority to PCT/JP2014/075120 priority patent/WO2015046160A1/ja
Priority to US15/024,417 priority patent/US20160218480A1/en
Priority to CN201480053088.1A priority patent/CN105580221A/zh
Priority to KR1020167010616A priority patent/KR20160065129A/ko
Publication of JP2015070131A publication Critical patent/JP2015070131A/ja
Publication of JP2015070131A5 publication Critical patent/JP2015070131A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6132733B2 publication Critical patent/JP6132733B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H01S3/09—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
    • 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
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/421—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical component consisting of a short length of fibre, e.g. fibre stub
    • 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
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • 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
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
    • 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
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/102—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation
    • H01S3/1022—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the active medium, e.g. by controlling the processes or apparatus for excitation by controlling the optical pumping
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1671—Solid materials characterised by a crystal matrix vanadate, niobate, tantalate
    • H01S3/1673—YVO4 [YVO]
    • 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
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/20—Lasers with a special output beam profile or cross-section, e.g. non-Gaussian
    • H01S2301/206—Top hat profile
    • 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
    • H01S3/094065—Single-mode pumping
    • 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • 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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

本発明は、レーザ装置に関する。
従来のレーザ装置として、光を出射する光源と、光源から出射された光を導波して出射する光ファイバと、光ファイバから出射された光をレーザ媒質に入射させて、レーザ光を出射するレーザ発振器と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１，２及び非特許文献１，２参照）。
特開平７−１０６６６５号公報 特開２０１１−１２７５２９号公報
A.Agnesi,E.Piccinini,G.C.Reali,and C.Solcia, Appl.Phys.B65, p.303-305(1997) H.Sakai,H.Kan,and T.Taira,Opt.Express vol.16,No.24,p.19891-19899(2008)
しかし、上述したようなレーザ装置においては、レーザ光の出力が不安定となったり、レーザ光の出力が低下したりする場合があった。
そこで、本発明は、安定且つ十分な出力のレーザ光を得ることができるレーザ装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、従来のレーザ装置において、レーザ光の出力が不安定となったり、レーザ光の出力が低下したりする現象は、光源からレーザ媒質に光を導波する光ファイバの特性に起因するものであることを突き止めた。
光源からレーザ媒質に光を導波する光ファイバとしては、ＳＩ（Ｓｔｅｐ Ｉｎｄｅｘ）ファイバ又はＧＩ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）ファイバが用いられるのが一般的である。ＳＩファイバは、コアの屈折率が一定であり、導波される光のビームプロファイルがトップハット形状となり易い。レーザ媒質に入射させられる光のビームプロファイルがトップハット形状であると、レーザ発振器から出射されるレーザ光の出力が十分なものとなり易い。しかし、ＳＩファイバは、コアの屈折率が一定であり、コアの中心と周辺とで光の伝搬速度が異なるため、導波される光の出力がファイバの形状変化の影響を受け易く不安定となり易い。レーザ媒質に入射させられる光の出力が不安定であると、レーザ発振器から出射されるレーザ光の出力も不安定となり易い。したがって、光源からレーザ媒質に光を導波する光ファイバとしてＳＩファイバを用いる場合、レーザ発振器から出射されるレーザ光の出力が十分なものとなり易い反面、当該出力が不安定となり易いのである。
一方、ＧＩファイバは、コアの屈折率が一定ではなく、コアの中心と周辺とで光の伝搬速度が同じであるため、導波される光の出力がファイバの形状変化の影響を受け難く安定し易い。レーザ媒質に入射させられる光の出力が安定すると、レーザ発振器から出射されるレーザ光の出力も安定し易い。しかし、ＧＩファイバは、コアの屈折率が一定ではなく、導波される光のビームプロファイルがガウス波形となる。レーザ媒質に入射させられる光のビームプロファイルがガウス波形であると、レーザ発振器から出射されるレーザ光の出力が低下し易い。したがって、光源からレーザ媒質に光を導波する光ファイバとしてＧＩファイバを用いる場合、レーザ発振器から出射されるレーザ光の出力が安定し易い反面、当該出力が低下し易いのである。
このように、光源からレーザ媒質に光を導波する光ファイバとして、ＳＩファイバ及びＧＩファイバのいずれを用いる場合でも、安定且つ十分な出力のレーザ光を得ることが困難となる。本発明者らは、この知見に基づいて更に検討を重ね、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明のレーザ装置は、光を出射する光源と、光源から出射された光が入射させられ、該光を導波して出射する光ファイバと、光ファイバから出射された光が入射させられるレーザ媒質を有し、レーザ光を出射するレーザ発振器と、を備え、光ファイバは、光入射側の部分をなすＧＩファイバと、ＧＩファイバに接合され、光出射側の部分をなすＳＩファイバと、を有する。
このレーザ装置は、光源から出射された光が入射させられる光入射側の部分の光ファイバがＧＩファイバからなるので、この部分で導波される光の出力がファイバの形状変化の影響を受け難く安定し易い。また、導波された光を出射する光出射側の部分の光ファイバがＳＩファイバからなるので、光ファイバから出射される光のビームプロファイルがトップハット形状となり易い。このため、レーザ媒質に入射させられる光は、出力が安定し易く且つビームプロファイルがトップハット形状となり易い。よって、このレーザ装置によれば、安定且つ十分な出力のレーザ光を得ることができる。
本発明のレーザ装置では、ＧＩファイバの長さは、ＳＩファイバの長さよりも長くてもよい。この場合、ＧＩファイバの部分が長く、この部分で導波される光の出力がファイバの形状変化の影響を受け難く安定し易いので、光源とレーザ発振器との配置設計の自由度を高めることができる。
本発明のレーザ装置では、ＳＩファイバは、湾曲された状態で固定されていてもよい。この場合、ＳＩファイバの部分の長さが短い場合でも、光ファイバから出射される光のビームプロファイルがトップハット形状となり易い。
本発明のレーザ装置は、ＧＩファイバのコア径をΦＧＩとし、ＧＩファイバの開口数をＮＡＧＩとし、ＳＩファイバのコア径をΦＳＩとし、ＳＩファイバの開口数をＮＡＳＩとすると、ＮＡＧＩ＞ＮＡＳＩの場合には下記の式（１）を満たし、ＮＡＧＩ＜ＮＡＳＩの場合には下記の式（２）を満たしていてもよい。これによれば、ＧＩファイバから出射された光をＳＩファイバに効率よく入射させることができる。このため、ＧＩファイバとＳＩファイバとの接合界面における光の伝搬ロスを抑えることができる。
２ΦＧＩ（ＮＡＳＩ／ＮＡＧＩ）≧ΦＳＩ≧ΦＧＩ（ＮＡＳＩ／ＮＡＧＩ）・・・（１）
２ΦＧＩ≧ΦＳＩ≧ΦＧＩ・・・（２）
本発明のレーザ装置では、光源は、半導体レーザであってもよい。この場合、レーザ発振器の励起光や種光の光源として好適である。
本発明のレーザ装置では、レーザ発振器は、光ファイバから出射された光が励起光としてレーザ媒質に入射させられる光共振器であってもよい。この場合、レーザ媒質に入射させられる励起光は、出力が安定し易く且つビームプロファイルがトップハット形状となり易い。このような励起光を用いるので、光共振器から出射されるレーザ光の出力が安定し易く且つ十分なものとなり易い。
本発明のレーザ装置では、レーザ発振器は、光ファイバから出射された光が励起光としてレーザ媒質に入射させられる光増幅器であってもよい。この場合、レーザ媒質に入射させられる励起光は、出力が安定し易く且つビームプロファイルがトップハット形状となり易い。このような励起光を用いるので、光増幅器から出射されるレーザ光の出力が安定し易く且つ十分なものとなり易い。
本発明のレーザ装置では、レーザ発振器は、光ファイバから出射された光が種光としてレーザ媒質に入射させられる光増幅器であってもよい。この場合、レーザ媒質に入射させられる種光は、出力が安定し易く且つビームプロファイルがトップハット形状となり易い。このような種光を用いるので、光増幅器から出射されるレーザ光の出力が安定し易く且つ十分なものとなり易い。
本発明によれば、安定して十分な出力のレーザ光を得ることができるレーザ装置を提供することが可能となる。
第１実施形態のレーザ装置の構成図である。 図１のレーザ装置のＳＩファイバの固定具の構成図である。 図１のレーザ装置のＳＩファイバの固定具の他の例の構成図である。 図１のレーザ装置のＳＩファイバの固定具の他の例の構成図である。 光ファイバの形状変化の影響を評価する評価方法の概略図である。 光ファイバの形状変化の影響の評価結果を示すグラフである。 第２実施形態のレーザ装置の構成図である。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１実施形態］
図１に示されるように、レーザ装置１Ａは、半導体レーザ装置２と、光ファイバ３と、光学系４と、光共振器（レーザ発振器）５と、を備えている。半導体レーザ装置２は、半導体レーザ２１と、半導体レーザ２１から出射された励起光Ｌ１を光ファイバ３の入射端面３ａに集光する光学系（図示せず）と、を有している。光ファイバ３の入射端面３ａには、半導体レーザ２１から出射された励起光Ｌ１が入射させられる。光ファイバ３は、入射端面３ａから入射させられた励起光Ｌ１を導波して出射端面３ｂから出射する。光ファイバ３は、光入射側の部分（入射端面３ａから光ファイバ３の所定部３ｃまでの部分）をなすＧＩファイバ３１と、光出射側の部分（出射端面３ｂから所定部３ｃまでの部分）をなすＳＩファイバ３２と、を有している。ＧＩファイバ３１とＳＩファイバ３２とは、所定部３ｃにおいて溶融接合等によって接合されている。ＧＩファイバ３１の長さは、ＳＩファイバ３２の長さよりも長くなっている。ＧＩファイバ３１の長さは、例えば１５ｃｍ以上となっており、ＳＩファイバ３２の長さは、例えば１５ｃｍ以下となっている。
ＧＩファイバ３１及びＳＩファイバ３２は、接合界面における光の伝搬ロスを抑えるために、それぞれのコア径及び開口数が以下のように設定されている。すなわち、ＧＩファイバ３１のコア径をΦＧＩとし、ＧＩファイバ３１の開口数をＮＡＧＩとし、ＳＩファイバ３２のコア径をΦＳＩとし、ＳＩファイバ３２の開口数をＮＡＳＩとすると、ＮＡＧＩ＞ＮＡＳＩの場合には下記の式（１）を満たし、ＮＡＧＩ＜ＮＡＳＩの場合には下記の式（２）を満たすようになっている。
２ΦＧＩ（ＮＡＳＩ／ＮＡＧＩ）≧ΦＳＩ≧ΦＧＩ（ＮＡＳＩ／ＮＡＧＩ）・・・（１）
２ΦＧＩ≧ΦＳＩ≧ΦＧＩ・・・（２）
光学系４は、集光レンズ系であり、光ファイバ３の出射端面３ｂから出射された励起光Ｌ１を光共振器５に集光する。光共振器５は、レーザ媒質５１と、レーザ媒質５１を挟んで対向する全反射ミラー５２及び部分反射ミラー５３と、を有している。レーザ媒質５１は、例えば、ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）やＹＶＯ４等のレーザ媒質に、レーザ活性種としてネオジウム（Ｎｄ）がドープされた固体レーザ媒質である。レーザ媒質５１では、光学系４によって集光された励起光Ｌ１が入射させられることによって、レーザ活性種が励起させられて、所定波長の光が放出される。
全反射ミラー５２は、励起光Ｌ１を透過させる一方で、レーザ媒質５１で自然放出される光を全反射する。部分反射ミラー５３は、全反射ミラー５２よりも、レーザ媒質５１で自然放出される光の波長に対して低い反射率を有している。全反射ミラー５２及び部分反射ミラー５３は、レーザ媒質５１で放出された光をそれぞれで反射し、それぞれの間を往復させ、レーザ媒質５１において誘導放射を生じさせる。これにより、光共振器５は、部分反射ミラー５３からレーザ光Ｌ２を出射する。なお、光共振器５は、全反射ミラー５２から部分反射ミラー５３までが一体となったコンポジット結晶でもよい。
図２に示されるように、ＳＩファイバ３２は、固定具３３によって湾曲された状態で固定されている。固定具３３は、板部材３４，３５を備えている。板部材３４，３５は、互いに対向する対向面３４ａ，３５ａをそれぞれ有している。対向面３４ａには、凹状の湾曲面が形成されている。対向面３５ａには、対向面３４ａに形成された湾曲面と相補的な凸状の湾曲面が形成されている。これにより、板部材３４，３５は、ＳＩファイバ３２を対向面３４ａ，３５ａの間に挟み込み、湾曲した状態で固定することができる。ＳＩファイバ３２は、コアの屈折率が一定であるため、ＳＩファイバ３２を直線配線すると、直進してきた励起光Ｌ１がコアの中央部から出射されて、コアの中央部で出力が高くなってしまう。固定具３３を用いることによって、直進する励起光Ｌ１もコアの壁で反射を繰り返すため、出力が面内方向で均一になり、導波される励起光Ｌ１のビームプロファイルがトップハット形状になる。固定具３３の具体的な構成としては、上記構成以外にも様々な構成を用いることができる。
図３は、レーザ装置のＳＩファイバの固定具の他の例の構成図である。図２の場合と異なる点は、固定具３３は、板部材３４，３５の対向面３４ａ，３５ａに複数の湾曲面が形成されている点である。これにより、ＳＩファイバ３２を、湾曲面に沿って複数回湾曲させて固定することができる。
図４は、レーザ装置のＳＩファイバの固定具の更に他の例の構成図である。図４に示されるように、固定具３３は、箱体３６と、ボルト３７と、を備えている。箱体３６は、矩形状の底面３６ａ及び矩形状の側面３６ｂ〜３６ｅを有している。箱体３６の向かい合う側面３６ｂ，３６ｃには、底面３６ａ側に貫通孔３６ｆ，３６ｇがそれぞれ設けられている。ＳＩファイバ３２は、貫通孔３６ｆ，３６ｇを通り、箱体３６を貫通するように配線されている。箱体３６の側面３６ｂ，３６ｃと直交する側面３６ｄには、ボルト３７が螺合されるねじ穴３６ｈが設けられている。ボルト３７は、箱体３６内において先端部３７ａでＳＩファイバ３２を押圧するようにして設けられている。これにより、ＳＩファイバ３２を、湾曲させて固定することができる。湾曲量はボルト３７の送り量によって調整することができる。なお、ＳＩファイバ３２は、貫通孔３６ｆ，３６ｇ間において、底面３６ａと貫通孔３６ｆ，３６ｇとによって、ファイバの径方向に移動しないように固定されるとともに、貫通孔３６ｆ，３６ｇ間において底面３６ａに接しているので、振動等の外部応力を受け難い。また、複数のボルト３７を側面３６ｄ及び側面３６ｄに対向する側面３６ｅに設け、これらによってＳＩファイバ３２を複数箇所で押圧して、複数回湾曲させる構成であってもよい。
以上のように構成されたレーザ装置１Ａにおいては、半導体レーザ２１から出射された励起光Ｌ１は、光ファイバ３によって導波され、光学系４で集光され、光共振器５に入射する。光共振器５のレーザ媒質５１に入射した励起光Ｌ１は、レーザ媒質５１のレーザ活性種を励起し、所定波長の光を放出させる。レーザ媒質５１において放出された光は、反射ミラー５２，５３それぞれで反射し、反射ミラー５２，５３間を往復することで、レーザ媒質５１において誘導放出を生じさせる。これにより、レーザ光Ｌ２が光共振器５から出射される。
励起光Ｌ１は、光ファイバ３によって導波される際、入射側の部分をなすＧＩファイバ３１において、出力がファイバの形状変化の影響を受け難く安定し易い。また、励起光Ｌ１は、ＳＩファイバ３２において、ビームプロファイルがトップハット形状となり易い。ＳＩファイバ３２は、固定具３３によって、湾曲された状態で固定されているので、励起光Ｌ１のビームプロファイルは、より確実にトップハット形状となり易い。
したがって、励起光Ｌ１は、出力が安定すると共に、ビームプロファイルがトップハット形状となった状態で、光ファイバ３から出射される。このような励起光Ｌ１がレーザ媒質５１に入射するので、光共振器５から出射されるレーザ光Ｌ２の出力が安定且つ十分なものとなる。励起光Ｌ１がトップハット形状であると、レーザ媒質５１に複雑な熱レンズが発生し難いという点でも、レーザ光Ｌ２の出力を十分なものとする上で有利である。熱レンズが発生すると、例えば、レーザ光Ｌ２の光軸がずれたり（指向性の低下）、レーザ光Ｌ２が発散または収束したりして（集光性の低下）、レーザ光Ｌ２の品質が低下し易くなる。
ここで、ＧＩファイバ３１及びＳＩファイバ３２の特性について説明する。図５に示されるように、リール６及び支点７，８を用いて、光ファイバ３を湾曲させた状態で支持した。リール６として、直径が３００ｍｍの円筒形リールを用いて、リール６の外周面に光ファイバ３を接触させた。更に、支点７と支点８との間の距離ｄを６８ｍｍとして、支点７，８に光ファイバ３を点接触させた。そして、支点７，８間で支持されて自重によってたわんだ光ファイバ３に対し、支点７，８の逆側から自重によるたわみと同じ方向に、加圧部９を用いて力を作用させた。加圧部９による応力を段階的に変えてパルスエネルギー（ＰＥ）及びディレイを評価した。なお、自重によるたわみは、直線配線された場合を基準として、１８ｍｍ（曲率半径３２２ｍｍ）であった。評価は、光ファイバ３をＧＩファイバ３１のみで構成したとき、及び、ＳＩファイバ３２のみで構成したときとそれぞれ行った。ＧＩファイバ３１、ＳＩファイバ３２ともに、長さが同じで、且つ許容曲率半径が１５０ｍｍ以上のものを用いた。固定具３３は使用しなかった。
以上の方法で評価した評価結果を表１及び図６に示す。図６は、表１をグラフ化したものである。表１中のＰＥ相対値とは、許容曲率半径付近である曲率半径１５４ｍｍ時のＰＥを１００としたときの相対値である。曲率半径は、支点７，８間の距離ｄと、加圧時における加圧部９の位置と、から概算した。
Figure 0006132733
また、光ファイバ３が自重でたわんだ状態で、半導体レーザ２１の温度調整、光共振器５の温度調整を最適化し、パルスエネルギーを評価した評価結果を表２に示す。
Figure 0006132733
表１によれば、ファイバの形状変化が曲率半径１３７ｍｍ以上の範囲では、ＳＩファイバ３２を用いた場合は、ＧＩファイバ３１を用いた場合より、高いパルスエネルギーのレーザ光Ｌ２が得られている。しかし、ファイバの形状変化が曲率半径１２３ｍｍ以下の範囲では、ＧＩファイバ３１を用いた場合は、安定したパルスエネルギーのレーザ光Ｌ２が得られているのに対し、ＳＩファイバ３２を用いた場合は、発振が停止している。また、ディレイについては、ＧＩファイバ３１を用いた場合は、ＳＩファイバ３２を用いた場合よりも、変化が少なく安定である。すなわち、外的応力に対する出力変化特性に関しては、ＧＩファイバ３１の方がＳＩファイバ３２よりも優れていることが明らかになった。また、表２によれば、ＧＩファイバ３１のパルスエネルギーは、半導体レーザ２１の温度調整、光共振器５の温度調整を最適化した状態で、ＳＩファイバ３２の６０％程度であった。
以上説明したように、本実施形態のレーザ装置１Ａでは、半導体レーザ２１から出射された励起光Ｌ１が入射させられる光入射側の部分（入射端面３ａから光ファイバ３の所定部３ｃまでの部分）の光ファイバ３がＧＩファイバ３１からなっている。また、導波された励起光Ｌ１を出射する光出射側の部分（出射端面３ｂから所定部３ｃまでの部分）の光ファイバ３がＳＩファイバ３２からなっている。ＧＩファイバ３１の長さは、ＳＩファイバ３２の長さよりも長く、例えば１５ｃｍ以上である。ＧＩファイバ３１によれば、導波される励起光Ｌ１の出力がファイバの形状変化の影響を受け難く安定し易い。このため、光ファイバ３は、全体として形状変化の影響を受け難い部分の長さが長く、導波される励起光Ｌ１の出力が安定し易いものとなる。一方、ＳＩファイバ３２の長さは短く、例えば１５ｃｍ以下である。ＳＩファイバ３２によれば、導波される励起光Ｌ１の出力がファイバの形状変化の影響を受け易く安定し難いが、ＳＩファイバ３２の長さが短いため、その影響を小さく抑えることができる。
また、ＳＩファイバ３２によれば、光ファイバ３から出射される励起光Ｌ１のビームプロファイルがトップハット形状となり易い。このため、光ファイバ３によれば、レーザ媒質５１に入射させられる励起光Ｌ１は、出力が安定し易く且つビームプロファイルがトップハット形状となり易い。したがって、光共振器５から出射されるレーザ光Ｌ２の出力も安定する。更に、レーザ装置１Ａでは、ＳＩファイバ３２は、固定具３３によって湾曲された状態で固定されている。これにより、ＳＩファイバ３２の部分の長さが短い場合でも、光ファイバ３から出射される励起光Ｌ１のビームプロファイルがトップハット形状となり易い。また、固定されることによって、導波される光の出力がファイバの形状変化の影響を受け易く不安定となり易いというＳＩファイバ３２のデメリットが生じ難い。したがって、このレーザ装置１Ａによれば、安定且つ十分な出力のレーザ光Ｌ２を得ることができる。
また、レーザ装置１Ａは、半導体レーザ装置２と光共振器５とを離して設置することができるので、半導体レーザ２１を駆動する際の熱の影響がレーザ媒質５１に及ぶのを抑えることができる。更に、半導体レーザ２１と光共振器５とを同じ場所に配置することができないようなスペースにも設置し易い。加えて、励起光Ｌ１を光ファイバ３で伝搬させるので、レーザ光Ｌ２の波長が光ファイバ３での伝搬に適さない場合であっても光ファイバ３を用いてレーザ装置１Ａを構成することができる。
また、レーザ装置１Ａでは、ＧＩファイバ３１の長さが長く、ＧＩファイバ３１の部分で導波される励起光Ｌ１の出力は、ファイバの形状変化の影響を受け難く安定し易いので、半導体レーザ装置２と光共振器５との配置設計の自由度をより高めることができる。例えば、光ファイバ３の大部分を曲げなければ配置できないようなより狭い空間又は複雑な空間であっても、ＳＩファイバ３２が用いられる光ファイバ３の光出射側の部分だけを曲げないようにすればよいので、容易に配置できる。
また、レーザ装置１Ａは、ＧＩファイバ３１のコア径をΦＧＩとし、ＧＩファイバ３１の開口数をＮＡＧＩとし、ＳＩファイバ３２のコア径をΦＳＩとし、ＳＩファイバ３２の開口数をＮＡＳＩとすると、ＮＡＧＩ＞ＮＡＳＩの場合には下記の式（１）を満たし、ＮＡＧＩ＜ＮＡＳＩの場合には下記の式（２）を満たしている。これによれば、ＧＩファイバ３１から出射された励起光Ｌ１をＳＩファイバ３２に原理的には全て入射させることができる。このため、ＧＩファイバ３１とＳＩファイバ３２との接合界面における励起光Ｌ１の伝搬ロスを抑えることができる。
２ΦＧＩ（ＮＡＳＩ／ＮＡＧＩ）≧ΦＳＩ≧ΦＧＩ（ＮＡＳＩ／ＮＡＧＩ）・・・（１）
２ΦＧＩ≧ΦＳＩ≧ΦＧＩ・・・（２）
また、レーザ装置１Ａでは、半導体レーザ２１を用いているので、光量の調整が容易で、好適な励起光Ｌ１が得られる。
［第２実施形態］
図７に示されるように、レーザ装置１Ｂは、光共振器５のかわりに光増幅器（レーザ発振器）１１を備える点で、レーザ装置１Ａと主に異なっている。光増幅器１１は、レーザ媒質５１を有している。レーザ媒質５１は、例えば、ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）やＹＶＯ４等のレーザ媒質に、レーザ活性種としてネオジウム（Ｎｄ）がドープされた固体レーザ媒質である。レーザ媒質５１では、光学系４によって集光された励起光Ｌ１と、別の光源（図示せず）から出射された種光Ｌ３とがそれぞれ入射させられる。レーザ媒質５１は、励起光Ｌ１によってレーザ活性種が励起させられるとともに、種光Ｌ３によって誘導放出を生じ、種光Ｌ３が増幅される。これにより、光増幅器１１は、レーザ光Ｌ２を出射する。
以上のように構成されたレーザ装置１Ｂにおいては、半導体レーザ２１ら出射された励起光Ｌ１は、光ファイバ３によって導波され、光学系４で集光され、光増幅器１１に入射する。光増幅器１１のレーザ媒質５１に入射した励起光Ｌ１は、レーザ媒質５１のレーザ活性種を励起する。レーザ媒質５１に入射した種光Ｌ３は、レーザ媒質５１に誘導放出を生じさせ、増幅する。これにより、レーザ光Ｌ２が光増幅器１１から出射される。
励起光Ｌ１は、レーザ装置１Ａの場合と同様に、出力が安定すると共に、ビームプロファイルがトップハット形状となった状態で、光ファイバ３から出射される。このような励起光Ｌ１がレーザ媒質５１に入射するので、光増幅器１１から出射されるレーザ光Ｌ２の出力が安定且つ十分なものとなる。励起光Ｌ１がトップハット形状であると、レーザ媒質５１に複雑な熱レンズが発生し難いという点でも、レーザ光Ｌ２の出力を十分なものとする上で有利である。
以上説明したように、このレーザ装置１Ｂは、レーザ装置１Ａと同様に、光入射側の部分（入射端面３ａから光ファイバ３の所定部３ｃまでの部分）の光ファイバ３がＧＩファイバ３１からなり、導波された励起光Ｌ１を出射する光出射側の部分（出射端面３ｂから所定部３ｃまでの部分）の光ファイバ３がＳＩファイバ３２からなる光ファイバ３を備えている。光ファイバ３によれば、レーザ媒質５１に入射させられる励起光Ｌ１は、出力が安定し易く且つビームプロファイルがトップハット形状となり易い。このため、光増幅器１１から出射されるレーザ光Ｌ２の出力も安定且つ十分なものとなる。したがって、このレーザ装置１Ｂによれば、安定且つ十分な出力のレーザ光Ｌ２を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、光ファイバ３から出射された光が種光Ｌ３として光増幅器１１のレーザ媒質５１に入射させられてもよい。光ファイバ３から出射された光を種光Ｌ３として用いた場合、種光Ｌ３の出力が安定し易いため、レーザ装置１Ｂから出射されるレーザ光Ｌ２の出力も安定し易い。更に、トップハット形状のレーザ光Ｌ２が得られ易いため、例えば、レーザ光Ｌ２をミラーに入射させるような場合に、トップハット形状によれば、ミラーの一部にレーザ光Ｌ２のエネルギーが集中せず、ミラーが破損し難い。したがって、レーザ光Ｌ２の高出力化を図り易く、レーザ加工等のレーザ光の高出力化が求められる分野に用いることができる。
また、光増幅器１１のレーザ媒質５１に入射させられる励起光Ｌ１及び種光Ｌ３の両方に対して、光ファイバ３から出射された光を用いるようにしてもよい。レーザ装置１Ｂから出射されるレーザ光Ｌ２の出力がより安定且つ十分なものとなり易い。
また、光増幅器１１のレーザ媒質５１の複数箇所に励起光Ｌ１を入射させるようにしてもよい。これにより、レーザ媒質５１に熱レンズが発生し難くなる。図７では簡単のため１箇所に励起光Ｌ１を入射させる構成を説明したが、熱分布の発生を防ぐために複数箇所に励起光Ｌ１を入射させる構成が一般的である。
また、図７では光増幅器１１のレーザ媒質５１の側面に励起光Ｌ１を入射させる側面励起型について説明したが、レーザ媒質５１の端面に励起光Ｌ１を入射させる端面励起型としてもよい。レーザ媒質５１の両端面に励起光Ｌ１を入射させるようにしてもよい。
１Ａ，１Ｂ…レーザ装置、３…光ファイバ、３１…ＧＩファイバ、３２…ＳＩファイバ、５…光共振器、５１…レーザ媒質、１１…光増幅器、２１…半導体レーザ、Ｌ１…励起光、Ｌ２…レーザ光、Ｌ３…種光。

Claims (8)

  1. 光を出射する光源と、
    前記光源から出射された前記光が入射させられ、当該光を導波して出射する光ファイバと、
    前記光ファイバから出射された前記光が入射させられるレーザ媒質を有し、レーザ光を出射するレーザ発振器と、を備え、
    前記光ファイバは、
    光入射側の部分をなすＧＩファイバと、
    前記ＧＩファイバに接合され、光出射側の部分をなすＳＩファイバと、を有する、レーザ装置。
  2. 前記ＧＩファイバの長さは、前記ＳＩファイバの長さよりも長い、請求項１記載のレーザ装置。
  3. 前記ＳＩファイバは、湾曲された状態で固定されている、請求項１又は２記載のレーザ装置。
  4. 前記ＧＩファイバのコア径をΦＧＩとし、前記ＧＩファイバの開口数をＮＡＧＩとし、前記ＳＩファイバのコア径をΦＳＩとし、前記ＳＩファイバの開口数をＮＡＳＩとすると、ＮＡＧＩ＞ＮＡＳＩの場合には下記の式（１）を満たし、ＮＡＧＩ＜ＮＡＳＩの場合には下記の式（２）を満たす、請求項１〜３のいずれか一項記載のレーザ装置。
    ２ΦＧＩ（ＮＡＳＩ／ＮＡＧＩ）≧ΦＳＩ≧ΦＧＩ（ＮＡＳＩ／ＮＡＧＩ）・・・（１）
    ２ΦＧＩ≧ΦＳＩ≧ΦＧＩ・・・（２）
  5. 前記光源は、半導体レーザである、請求項１〜４のいずれか一項記載のレーザ装置。
  6. 前記レーザ発振器は、前記光ファイバから出射された前記光が励起光として前記レーザ媒質に入射させられる光共振器である、請求項１〜５のいずれか一項記載のレーザ装置。
  7. 前記レーザ発振器は、前記光ファイバから出射された前記光が励起光として前記レーザ媒質に入射させられる光増幅器である、請求項１〜５のいずれか一項記載のレーザ装置。
  8. 前記レーザ発振器は、前記光ファイバから出射された前記光が種光として前記レーザ媒質に入射させられる光増幅器である、請求項１〜５のいずれか一項記載のレーザ装置。
JP2013203675A 2013-09-30 2013-09-30 レーザ装置 Active JP6132733B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013203675A JP6132733B2 (ja) 2013-09-30 2013-09-30 レーザ装置
PCT/JP2014/075120 WO2015046160A1 (ja) 2013-09-30 2014-09-22 レーザ装置
US15/024,417 US20160218480A1 (en) 2013-09-30 2014-09-22 Laser apparatus
CN201480053088.1A CN105580221A (zh) 2013-09-30 2014-09-22 激光装置
DE112014004501.2T DE112014004501T5 (de) 2013-09-30 2014-09-22 Laservorrichtung
KR1020167010616A KR20160065129A (ko) 2013-09-30 2014-09-22 레이저 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013203675A JP6132733B2 (ja) 2013-09-30 2013-09-30 レーザ装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2015070131A JP2015070131A (ja) 2015-04-13
JP2015070131A5 JP2015070131A5 (ja) 2016-06-30
JP6132733B2 true JP6132733B2 (ja) 2017-05-24

Family

ID=52743296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013203675A Active JP6132733B2 (ja) 2013-09-30 2013-09-30 レーザ装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20160218480A1 (ja)
JP (1) JP6132733B2 (ja)
KR (1) KR20160065129A (ja)
CN (1) CN105580221A (ja)
DE (1) DE112014004501T5 (ja)
WO (1) WO2015046160A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7015989B2 (ja) * 2017-11-20 2022-02-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 光伝送装置
US10998689B2 (en) * 2018-01-19 2021-05-04 Shailendhar Saraf Systems, apparatus, and methods for producing ultra stable, single-frequency, single-transverse-mode coherent light in solid-state lasers

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4361760A (en) * 1980-10-29 1982-11-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Two-degree-of-freedom gyro with radiant energy pickoffs
US4854706A (en) * 1987-07-27 1989-08-08 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Modal domain optical fiber sensors
JPH0797676B2 (ja) * 1990-05-22 1995-10-18 新日本製鐵株式会社 固体レーザー装置
JPH0475794A (ja) * 1990-07-16 1992-03-10 Hitachi Constr Mach Co Ltd レーザ加工装置の出力ビームモード安定化光ファイバ
JP3167844B2 (ja) 1993-10-08 2001-05-21 テルモ株式会社 固体レーザ装置
JP2003112281A (ja) * 2001-09-28 2003-04-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工装置とこれを用いた生産設備
US6810175B1 (en) * 2002-04-22 2004-10-26 Terabeam Corporation Off-axis mode scrambler
JP2004134660A (ja) * 2002-10-11 2004-04-30 Furukawa Electric Co Ltd:The 光増幅伝送システム
JP2007163940A (ja) * 2005-12-15 2007-06-28 Mitsubishi Electric Corp 光結合装置
CN101277153A (zh) * 2007-03-27 2008-10-01 菲尼萨公司 包括模式混合的光耦合器
US20080240653A1 (en) * 2007-03-27 2008-10-02 Jonathan Paul King Optical coupler including mode-mixing
JP2010036189A (ja) * 2008-07-31 2010-02-18 Miyachi Technos Corp レーザ加工装置
CN201270374Y (zh) * 2008-08-08 2009-07-08 镭射沃激光科技(深圳)有限公司 一种半导体光纤耦合泵浦的红外固体激光器
JP2011127529A (ja) 2009-12-18 2011-06-30 National Institutes Of Natural Sciences 半導体レーザー励起によるエンジン点火用固体レーザー装置
CN102859814A (zh) * 2010-03-19 2013-01-02 株式会社藤仓 光纤放大器及使用其的光纤激光器装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015070131A (ja) 2015-04-13
DE112014004501T5 (de) 2016-07-21
US20160218480A1 (en) 2016-07-28
KR20160065129A (ko) 2016-06-08
WO2015046160A1 (ja) 2015-04-02
CN105580221A (zh) 2016-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107924023B (zh) 具有用于增加的光束参数乘积的中心折射率受抑制的纤维
JP5621318B2 (ja) 半導体レーザモジュールおよびこれを用いたファイバレーザ
KR20100048689A (ko) 광 커플러 및 이를 포함하는 광섬유 레이저 시스템
EP3058628B1 (en) Method and apparatus for generating high power laser light
JPWO2016080252A1 (ja) 外部共振器型半導体レーザ
JP4504181B2 (ja) 光学的にポンピングされる半導体レーザ装置
EP1703601A1 (en) Fiber laser oscillator
JP2014146732A (ja) 光増幅部品及びファイバレーザ装置
JP6132733B2 (ja) レーザ装置
US7283293B2 (en) High efficiency optical amplifying fiber
JP4048016B2 (ja) 半導体レーザ光源及びこれを用いた半導体レーザ加工装置
KR20160045067A (ko) 초고출력 싱글모드 광섬유 레이저 시스템
US20130208754A1 (en) Laser apparatus, component, method and applications
JP2014225584A (ja) ファイバレーザ装置
KR100718128B1 (ko) 단일한 히트싱크 위에 펌프 레이저와 함께 결합된 면발광레이저
JP2015070131A5 (ja)
US9405123B2 (en) Optical system
JP2016051804A (ja) 増幅用偏波保持ファイバ、及び、それを用いたファイバレーザ装置
JP6188912B2 (ja) レーザ装置
KR101569441B1 (ko) 레이저 다이오드 모듈
WO2020203136A1 (ja) ファイバレーザ装置
US9231363B1 (en) Optical pumping apparatus for slab lasers and amplifiers
JP4799911B2 (ja) 半導体レーザ装置及び半導体増幅装置
JP4541272B2 (ja) レーザー発振方法および固体レーザー装置
JP2014093475A (ja) アクティブファイバ冷却装置およびこれを備えたファイバレーザ発振器

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160516

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160516

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170411

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170418

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6132733

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150