JP7189790B2 - Optical fiber lasers and multiplexing optical fiber lasers - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバレーザおよび合波型光ファイバレーザに関する。 The present invention relates to optical fiber lasers and multiplexing optical fiber lasers.
たとえば、特許文献1や非特許文献1には、ハイパワーのレーザ光を出力する高出力光ファイバレーザが開示されている。このような高出力光ファイバレーザは、光通信の用途だけでなく、たとえばレーザ加工用のレーザ装置へも適用されている。近年、加工速度や加工性能の向上のため、さらに高出力のレーザ装置が要求されている。
For example,
光ファイバレーザの高出力化に伴い、光ファイバレーザを構成する光ファイバ内で、レーザ光によって発生したラマン(Raman)散乱光が誘導散乱され、そのパワーが急激に増大する場合があるという問題がある。ラマン散乱光が誘導散乱される現象はSRS(Stimulated Raman Scattering)と呼ばれる。ラマン散乱光のパワーが増大すると、本来の用途に使用されるべきレーザ光のエネルギーが、ラマン散乱光のパワーの増大に消費されて低下するため、好ましくない。 As the output power of the optical fiber laser increases, there is a problem that the Raman scattered light generated by the laser light is stimulated and scattered within the optical fiber that constitutes the optical fiber laser, and the power increases rapidly. be. A phenomenon in which Raman scattered light is stimulated and scattered is called SRS (Stimulated Raman Scattering). An increase in the power of the Raman scattered light is not preferable because the energy of the laser light that should be used for the intended purpose is consumed by the increase in the power of the Raman scattered light.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、ラマン散乱光のパワーの増大を抑制できる光ファイバレーザを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical fiber laser capable of suppressing an increase in the power of Raman scattered light.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光ファイバレーザは、増幅用光ファイバと、前記増幅用光ファイバの両端のそれぞれに対して配置された後端側反射手段と出力側反射手段とにより構成された光共振器と、前記増幅用光ファイバに供給する励起光を出力する励起光源と、前記光共振器によって発振するレーザ光によって発生するラマン散乱光のパワーを選択的に低下させるフィルタ手段と、を備え、前記後端側反射手段よりも前記出力側反射手段側の光ファイバは、レーザ発振波長におけるモードフィールド径が15μm以下であり、前記光共振器の前記出力側反射手段から出力される前記レーザ光のパワーは1500W以上であり、前記フィルタ手段は、前記フィルタ手段の直後における前記ラマン散乱光に対する前記レーザ光のパワー比が、許容値以上となるように構成され、かつ配置されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical fiber laser according to an aspect of the present invention includes an amplification optical fiber and a rear end side disposed at each of both ends of the amplification optical fiber. An optical resonator configured by reflecting means and an output-side reflecting means, a pumping light source for outputting pumping light supplied to the amplification optical fiber, and Raman scattered light generated by laser light oscillated by the optical resonator. and filter means for selectively reducing power, wherein the optical fiber closer to the output side reflection means than the rear end side reflection means has a mode field diameter of 15 μm or less at a laser oscillation wavelength, and the optical resonator The power of the laser light output from the output side reflection means of is 1500 W or more, and the filter means has a power ratio of the laser light to the Raman scattered light immediately after the filter means that is equal to or greater than an allowable value. It is characterized in that it is constructed and arranged to:
本発明の一態様に係る光ファイバレーザは、前記許容値は40dB以上であることを特徴とする。 An optical fiber laser according to an aspect of the present invention is characterized in that the allowable value is 40 dB or more.
本発明の一態様に係る光ファイバレーザは、前記出力側反射手段における前記ラマン散乱光のパワーが0.15W以下であることを特徴とする。 An optical fiber laser according to an aspect of the present invention is characterized in that the power of the Raman scattered light in the output-side reflecting means is 0.15 W or less.
本発明の一態様に係る光ファイバレーザは、前記フィルタ手段は、前記ラマン散乱光のパワーを-15dB以下だけ低下させることを特徴とする。 An optical fiber laser according to an aspect of the present invention is characterized in that the filter means reduces the power of the Raman scattered light by -15 dB or less.
本発明の一態様に係る光ファイバレーザは、前記フィルタ手段は、前記増幅用光ファイバと前記出力側反射手段との間に配置されていることを特徴とする。 An optical fiber laser according to an aspect of the present invention is characterized in that the filter means is arranged between the amplification optical fiber and the output side reflection means.
本発明の一態様に係る光ファイバレーザは、前記フィルタ手段は、2本の前記増幅用光ファイバの間に配置されていることを特徴とする。 An optical fiber laser according to an aspect of the present invention is characterized in that the filter means is arranged between the two amplification optical fibers.
本発明の一態様に係る光ファイバレーザは、前記出力側反射手段を挟んで前記増幅用光ファイバとは反対側に配置された出力光ファイバを備え、前記フィルタ手段は、前記出力側反射手段と前記出力光ファイバとの間に配置されていることを特徴とする。 An optical fiber laser according to an aspect of the present invention includes an output optical fiber disposed on the opposite side of the amplification optical fiber with the output side reflection means interposed therebetween, and the filter means and the output side reflection means It is characterized in that it is arranged between the output optical fiber.
本発明の一態様に係る光ファイバレーザは、2本の前記出力光ファイバを備え、前記フィルタ手段は、前記2本の出力光ファイバの間に配置されていることを特徴とする。 An optical fiber laser according to an aspect of the present invention is characterized in that it comprises two said output optical fibers, and said filter means is arranged between said two output optical fibers.
本発明の一態様に係る合波型光ファイバレーザは、複数の前記光ファイバレーザと、前記複数の光ファイバレーザの前記出力光ファイバから出力されるレーザ光を合波して出力する光合波器と、を備えることを特徴とする。 A multiplexing type optical fiber laser according to an aspect of the present invention is an optical multiplexer that multiplexes and outputs laser light output from the plurality of optical fiber lasers and the output optical fibers of the plurality of optical fiber lasers. and.
本発明によれば、ラマン散乱光のパワーの増大を抑制できるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in the ability to suppress the increase in the power of Raman scattered light.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また、図中「×」の記号は主要な光ファイバ同士の融着接続部を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment described below. In addition, in the description of the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals as appropriate, and overlapping descriptions are omitted as appropriate. In addition, the symbol "x" in the figure indicates a fusion splicing portion between major optical fibers.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る光ファイバレーザの概略構成および光ファイバ内での光パワーを示す模式図である。光ファイバレーザ100は、複数の半導体励起光源1と、複数の光ファイバ2と、光合波器3と、光ファイバブラッググレーティング(FBG)4と、増幅用光ファイバ5と、ラマン光低減フィルタ6と、FBG7と、光合波器8と、複数の光ファイバ9と、複数の半導体励起光源10と、出力光ファイバ11とを備えている。各要素は適宜光ファイバで接続されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the schematic configuration of an optical fiber laser according to
励起光源である複数の半導体励起光源1は、それぞれ、増幅用光ファイバ5に供給する励起光を出力する。励起光は、増幅用光ファイバ5を光励起できる波長、たとえば915nmの波長を有している。複数の光ファイバ2は、それぞれ、各半導体励起光源1から出力された励起光を伝搬し、光合波器3に出力する。
A plurality of semiconductor
光合波器3は、本実施形態ではTFB(Tapered Fiber Bundle)で構成されている。光合波器3は、各光ファイバ2から入力された励起光を、信号光ポートの光ファイバに合波し、増幅用光ファイバ5へ出力する。
The optical multiplexer 3 is composed of a TFB (Tapered Fiber Bundle) in this embodiment. The optical multiplexer 3 multiplexes the pumping light input from each
増幅用光ファイバ5は、石英系ガラスからなるコア部に増幅物質であるイッテルビウム(Yb)イオンが添加されたYDF(Ytterbium Doped Fiber)であり、コア部の外周には石英系ガラスからなる内側クラッド層と樹脂等からなる外側クラッド層とが順次形成されたダブルクラッド型の光ファイバである。なお、増幅用光ファイバ5のコア部はNAがたとえば0.08であり、Ybイオンの発光、たとえば波長1070nmの光をシングルモードで伝搬するように構成されている。増幅用光ファイバ5のコア部の吸収係数は、たとえば波長915nmにおいて200dB/mである。また、コア部に入力された励起光からレーザ発振光へのパワー変換効率はたとえば70%である。
The amplification
後端側反射手段であるFBG4は、光合波器3の信号光ポートの光ファイバと増幅用光ファイバ5との間に接続されている。FBG4は、中心波長が例えば1070nmであり、中心波長およびその周辺の約2nmの幅の波長帯域における反射率が約100%であり、波長915nmの光はほとんど透過する。また、出力側反射手段であるFBG7は、光合波器8の信号光ポートの光ファイバと増幅用光ファイバ5との間に接続されている。FBG7は、中心波長がFBG4と略同じである例えば1070nmであり、中心波長における反射率が10%~30%程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約1nmであり、波長915nmの光はほとんど透過する。
The FBG 4 , which is the rear-end reflecting means, is connected between the optical fiber of the signal light port of the optical multiplexer 3 and the amplification
FBG4、7は、増幅用光ファイバ5の両端のそれぞれに対して配置され、波長1070nmの光に対して光ファイバ共振器を構成する。
The
励起光源である複数の半導体励起光源10は、それぞれ、増幅用光ファイバ5に供給する励起光を出力する。励起光は、増幅用光ファイバ5を光励起できる波長、たとえば915nmの波長を有している。複数の光ファイバ9は、それぞれ、各半導体励起光源10から出力された励起光を伝搬し、光合波器8に出力する。
A plurality of semiconductor pumping
光合波器8は、光合波器3と同様に、本実施形態ではTFBで構成されている。光合波器8は、各光ファイバ9から入力された励起光を信号光ポートの光ファイバに合波し、増幅用光ファイバ5へ出力する。
Like the optical multiplexer 3, the
増幅用光ファイバ5では、励起光によってコア部のYbイオンが光励起され、波長1070nmを含む帯域の光を発光する。波長1070nmの発光は、増幅用光ファイバ5の光増幅作用とFBG4、7によって構成される光共振器の作用とによってレーザ発振する。
In the amplification
出力光ファイバ11は、FBG7とは反対側に配置され、光合波器8の信号光ポートの光ファイバに接続されている。発振したレーザ光(レーザ発振光)は出力光ファイバ11から出力される。出力光ファイバ11は、たとえばデリバリ光ファイバに接続されている。レーザ発振光はデリバリ光ファイバによって所定の用途のために伝搬される。
The output
フィルタ手段であるラマン光低減フィルタ6は、増幅用光ファイバ5とFBG7との間に配置されている。ここで、レーザ発振光によって、光ファイバレーザを構成する光ファイバのうち、レーザ発振光が伝搬する光ファイバ内でラマン散乱光が発生する。レーザ発振光が伝搬する光ファイバとは、主に増幅用光ファイバ5、FBG7、光合波器8の信号光ポートを構成する光ファイバ、出力光ファイバ11およびこれらを接続する光ファイバである。ラマン光低減フィルタ6は、発生したラマン散乱光のパワーを選択的に低下させる機能を有する。
A Raman
本実施形態では、レーザ発振光の波長は1070nmであるので、ラマン散乱光の波長は1120nm程度である。ラマン光低減フィルタ6は、図2に透過スペクトルを例示すように、透過率が1120nm付近で-30dB以下である。したがって、ラマン散乱光は、ラマン光低減フィルタ6に入力されるとそのパワーが選択的かつ大幅に低下する。
In this embodiment, the wavelength of the laser oscillation light is 1070 nm, so the wavelength of the Raman scattering light is about 1120 nm. The Raman
ラマン光低減フィルタ6は、たとえばスラント型のFBGによって構成することができる。スラント型FBGでは、ラマン散乱光を選択的に反射等してFBGのコアの外部に漏洩させることによって、ラマン散乱光のパワーを低下させる。なお、ラマン光低減フィルタ6をスラント型FBGによって構成する場合、以下のようにしてもよい。たとえばFBG7を作製する際に、FBG作製用光ファイバの被覆を除去し、そこにパターン状の紫外線を照射して、FBG7のグレーティングとスラント型FBGのグレーティングを書き込んでもよい。これにより、被覆の除去工程を一度として、一体的な部品としてのラマン光低減フィルタ6およびFBG7を作製することができる。また、これにより、ラマン光低減フィルタ6とFBG7とを個別部品として作製した場合に必要な融着接続の作業が不要となるので、全体的な光ファイバ長が短くなり、かつ作業工程も簡略化できる。
The Raman
また、ラマン光低減フィルタ6は、たとえばラマン散乱光を吸収可能な物質を含むバルク型のフィルタや光ファイバ型のフィルタによっても構成することができる。こられの光吸収型のフィルタでは、ラマン散乱光を選択的に吸収することによって、ラマン散乱光のパワーを低下させる。また、光吸収型のフィルタでは、吸収した光のエネルギーが熱に変換され、発熱する場合があるので、ヒートシンクなどの放熱機構を設けることが好ましい。
The Raman
また、ラマン光低減フィルタ6は、ラマン散乱光を含む波長帯が禁止帯になるように構成されたフォトニックバンドギャップファイバ(Photonic BandGap Fiber:PBGF)によって構成することもできる。
The Raman
ラマン光低減フィルタ6は、ラマン散乱光のパワーを-15dB以下だけ低下させるように、透過率が-15dB以下であることが好ましく、-30dB以下だけ低下させるように、透過率が-30dB以下であることがさらに好ましい。
The Raman
図1に戻って、破線L1は、レーザ発振光が伝搬する光ファイバの長手方向(以下、単に長手方向と記載する場合がある)における位置と、その位置におけるレーザ発振光のパワーとの関係を模式的に示している。破線L1が示すように、レーザ発振光のパワーはFBG4からFBG7に向かって増幅用光ファイバ5において増加し、FBG7より出力光ファイバ11側では略一定である。
Returning to FIG. 1, the dashed line L1 represents the relationship between the position in the longitudinal direction of the optical fiber through which the laser oscillation light propagates (hereinafter sometimes simply referred to as the longitudinal direction) and the power of the laser oscillation light at that position. Schematically. As indicated by the dashed line L1, the power of the laser oscillation light increases in the amplification
一方、実線L2は、長手方向における位置と、その位置におけるラマン散乱のパワーとの関係を模式的に示している。実線L2が示すように、ラマン散乱光のパワーはFBG4からFBG7に向かって増幅用光ファイバ5において増加するが、ラマン光低減フィルタ6によって大幅に低下する。その後、ラマン散乱光のパワーは出力光ファイバ11にわたって増加するが、ラマン光低減フィルタ6によってパワーを大幅に低下された後なので、その後のパワーの増加は抑制されている。
On the other hand, the solid line L2 schematically shows the relationship between the position in the longitudinal direction and the Raman scattering power at that position. As indicated by the solid line L2, the power of the Raman scattered light increases in the amplification
その結果、レーザ発振光のエネルギーが、ラマン散乱光のパワーの増加に消費される程度も低減されるので、レーザ発振光のパワーの低下を抑制でき、レーザ発振のエネルギー効率の低下も抑制できる。さらには、ラマン散乱光に対するレーザ発振光のパワー比も比較的高くできる。ここで、レーザ発振光を信号光とすると、ラマン散乱光は信号光に対するノイズ光と考えられるので、ラマン散乱光に対するレーザ発振光のパワー比をOSNR(Optical Signal Noise Ratio)と記載する場合ある。OSNRが高い方が、レーザ発振光のエネルギーがラマン散乱光のパワーの増加に消費される程度が小さく、出力光ファイバ11から出力される光の品質も高いといえる。したがって、OSNRが許容値以上となるようにラマン光低減フィルタ6の構成や配置を行うことが好ましい。OSNRの許容値は、レーザ発振光の使用用途や要求パワー等によって異なるが、たとえば40dBである。また、OSNRが許容値以上である位置は、フィルタ手段であるラマン光低減フィルタ6の直後であることが好ましい。ここで、直後とは、ラマン散乱光のパワーが増加する方向における直後である。
As a result, the degree to which the energy of the laser oscillation light is consumed to increase the power of the Raman scattered light is also reduced, so that the power reduction of the laser oscillation light can be suppressed, and the energy efficiency of the laser oscillation can be suppressed. Furthermore, the power ratio of laser oscillation light to Raman scattered light can be made relatively high. Here, if the laser oscillation light is used as the signal light, the Raman scattered light can be considered as noise light with respect to the signal light. Therefore, the power ratio of the laser oscillation light to the Raman scattered light is sometimes referred to as OSNR (Optical Signal Noise Ratio). It can be said that the higher the OSNR, the less the energy of the laser oscillation light is consumed to increase the power of the Raman scattered light, and the higher the quality of the light output from the output
特に、本実施形態では、FBG4よりもFBG7側の光ファイバは、レーザ発振波長におけるモードフィールド径が15μm以下であり、FGB7から出力されるレーザ光のパワーは1500W以上である。したがって、レーザ加工に用いる際のビーム品質は良好であるが、FBG4よりもFBG7側の光ファイバにおける光のパワー密度が高い。したがって、発生するラマン散乱光のパワーも顕著に大きくなるおそれがあるが、ラマン光低減フィルタ6によってパワーを大幅に低下させるので、OSNRが許容値以上の状態を実現することができる。なお、FBG4よりもFBG7側の光ファイバとは、FBG4よりもFBG7側でレーザ発振光が伝搬する光ファイバである。すなわち、主に増幅用光ファイバ5、FBG4、7、出力光ファイバ11、光合波器8の信号光ポートの光ファイバ、ラマン光低減フィルタ6においてレーザ発振光が伝搬する光ファイバである。
In particular, in this embodiment, the optical fiber closer to FBG7 than FBG4 has a mode field diameter of 15 μm or less at the laser oscillation wavelength, and the power of laser light output from FGB7 is 1500 W or more. Therefore, the beam quality when used for laser processing is good, but the power density of the light in the optical fiber on the FBG7 side is higher than that on the FBG4 side. Therefore, although the power of the generated Raman scattered light may be significantly increased, the power is significantly reduced by the Raman
つぎに、比較として、図12に示すような比較形態に係る光ファイバレーザにおける光ファイバ内での光パワーについて説明する。この比較形態に係る光ファイバレーザ1000は、実施形態1に係る光ファイバレーザ100の構成からラマン光低減フィルタ6を削除した構成を有するので、光ファイバレーザ1000の構成に関する詳細な説明は省略する。
Next, for comparison, the optical power in the optical fiber in the optical fiber laser according to the comparative embodiment as shown in FIG. 12 will be described. Since the
図12における破線L1001は、長手方向における位置と、その位置におけるレーザ発振光のパワーとの関係を模式的に示している。一方、実線L1002は、長手方向における位置と、その位置におけるラマン散乱のパワーとの関係を模式的に示している。この光ファイバレーザ1000の場合は、FBG4から出力光ファイバ11にわたって、ラマン散乱光のパワーは連続的に増加するので、出力光ファイバ11におけるパワーはきわめて大きくなる。これに伴い、破線L1001が示すように、レーザ発振光のエネルギーは、FBG7より出力光ファイバ11側では、ラマン散乱光のパワーの増加に消費されるため、パワーがより低下する。さらには、OSNRも低下する。
A dashed line L1001 in FIG. 12 schematically shows the relationship between the position in the longitudinal direction and the power of the laser oscillation light at that position. On the other hand, the solid line L1002 schematically shows the relationship between the position in the longitudinal direction and the Raman scattering power at that position. In the case of this
ここで、レーザ発振光とラマン散乱光のパワーについての伝搬方程式は以下の式(1)、(2)で表される。
式(1)が示すように、[gR/(λs・Aeff)]・Ppが大きく、つまりレーザ発振光のパワーが大きいと、ラマン散乱光の増加効率が大きくなる。また、式(2)が示すように、-[gR/(λp・Aeff)]・Psが大きく、つまりラマン散乱光のパワーPsが大きいと、レーザ発振光のパワーの低下率が大きくなる。したがって、実施形態1のように、Psが大きくなる前にラマン光低減フィルタ6によって低下させることが、ラマン散乱光のパワーの増大を抑制する観点から効果的である。
As shown by the formula (1), when [gR/(λs·Aeff)]·Pp is large, that is, when the power of the laser oscillation light is high, the Raman scattered light increases with high efficiency. Further, as shown by the equation (2), when −[gR/(λp·Aeff)]·Ps is large, that is, when the power Ps of the Raman scattering light is large, the rate of decrease in the power of the laser oscillation light becomes large. Therefore, it is effective from the viewpoint of suppressing an increase in the power of Raman scattered light to lower Ps by the Raman
以上説明したように、実施形態1に係る光ファイバレーザ100によれば、ラマン散乱光のパワーの増大を抑制できる。
As described above, according to the
(実施形態2)
図3は、実施形態2に係る光ファイバレーザの概略構成および光ファイバ内での光パワーを示す模式図である。この光ファイバレーザ100Aは、実施形態1に係る光ファイバレーザ100の構成において、増幅用光ファイバ5を増幅用光ファイバ5a、5bに分割し、増幅用光ファイバ5a、5bの間にラマン光低減フィルタ6を移動した構成を有するので、光ファイバレーザ100Aの構成に関する詳細な説明は省略する。なお、本実施形態においてもFBG4よりもFBG7側の光ファイバは、レーザ発振波長におけるモードフィールド径が15μm以下であり、FGB7から出力されるレーザ光のパワーは1500W以上である。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic diagram showing the schematic configuration of an optical fiber laser according to
図3において、破線L1Aは、長手方向における位置と、その位置におけるレーザ発振光のパワーとの関係を模式的に示している。破線L1Aが示すように、レーザ発振光のパワーはFBG4からFBG7に向かって増幅用光ファイバ5において増加し、FBG7より出力光ファイバ11側では略一定である。
In FIG. 3, the dashed line L1A schematically shows the relationship between the position in the longitudinal direction and the power of the laser oscillation light at that position. As indicated by the dashed line L1A, the power of the laser oscillation light increases in the amplification
実線L2Aは、長手方向における位置と、その位置におけるラマン散乱のパワーとの関係を模式的に示している。実線L2Aが示すように、ラマン散乱光のパワーはFBG4からFBG7に向かって増加するが、増幅用光ファイバ5a、5bの間に配置されたラマン光低減フィルタ6によって大幅に低下する。その後、ラマン散乱光のパワーは出力光ファイバ11にわたって増加するが、ラマン光低減フィルタ6によってパワーを大幅に低下された後なので、その後のパワーの増加は抑制されている。
A solid line L2A schematically shows the relationship between the position in the longitudinal direction and the power of Raman scattering at that position. As indicated by the solid line L2A, the power of the Raman scattered light increases from FBG4 to FBG7, but is greatly reduced by the Raman
その結果、光ファイバレーザ100Aにおいては、レーザ発振光のエネルギーが、ラマン散乱光のパワーの増加に消費される程度も低減されるので、レーザ発振光のパワーの低下を抑制でき、レーザ発振のエネルギー効率の低下も抑制できる。さらには、OSNRも許容値以上に高くできる。
As a result, in the
以上説明したように、実施形態2に係る光ファイバレーザ100Aによれば、ラマン散乱光のパワーの増大を抑制できる。
As described above, according to the
つぎに、光ファイバレーザの長手方向における光パワーの分布を計算によって検討した結果を説明する。 Next, the result of examining the optical power distribution in the longitudinal direction of the optical fiber laser by calculation will be described.
まず、参考計算例1として、図12に示す光ファイバレーザ1000の構成について計算を行った。図4は、参考計算例1における光ファイバ内での光パワーを示す図である。図4において横軸はYDFである増幅用光ファイバの長手方向における位置を示しており、縦軸はレーザ発振光のパワー(レーザ光パワー)およびラマン散乱光のパワー(Raman光パワー)を示している。増幅用光ファイバの長さは20mである。破線L11はレーザ光パワーであり、実線L12がRaman光パワーである。また、Raman光パワーについては、図4(a)ではワット単位で表示しており、図4(b)ではdBm単位で表示している。なお、Raman光パワーについては、位置が0mの位置で光子1個の自然ラマン散乱が起こった後に、当該光子が20mにわたってラマン増幅されると仮定して計算したものである。また、本参考計算例1や下記の計算例では、レーザ発振光のエネルギーがラマン散乱光の増大に消費される現象は考慮しないで計算を行っている。なお、FBG4よりもFBG7側の光ファイバの、レーザ発振波長におけるモードフィールド径は、14μmに相当する。
First, as Reference Calculation Example 1, calculation was performed for the configuration of the
この参考計算例1では、増幅用光ファイバの出力側におけるレーザ光パワーは1100W、すなわち約60.4dBmである。一方、Raman光パワーは0.1W、すなわち20dBmである。したがってOSNRは、許容量を40dBとすると、許容量以上の約40.4dBである。すなわち、レーザ光パワーが1100Wであれば、0.1WのRaman光パワーは許容量である。 In this reference calculation example 1, the laser light power on the output side of the amplification optical fiber is 1100 W, ie, approximately 60.4 dBm. Raman optical power, on the other hand, is 0.1 W, or 20 dBm. Therefore, if the allowable amount is 40 dB, the OSNR is approximately 40.4 dB, which is above the allowable amount. That is, if the laser light power is 1100 W, the Raman light power of 0.1 W is acceptable.
つづいて、比較計算例1として、図12に示す光ファイバレーザ1000の構成において、よりレーザ光パワーを高めた設計として計算を行った。図5は、比較計算例における光ファイバ内での光パワーを示す図である。破線L21はレーザ光パワーであり、実線L22がRaman光パワーである。また、Raman光パワーについては、図5(a)ではワット単位で表示しており、図5(b)ではdBm単位で表示している。
Subsequently, as Comparative Calculation Example 1, calculations were performed for a design in which the laser light power was increased in the configuration of the
この比較計算例1では、増幅用光ファイバの出力側におけるレーザ光パワーは1500W、すなわち約61.8dBmである。このとき、OSNRの許容量を40dBであるとすると、Raman光パワーは0.15W以下、すなわち約21.8dBmである。しかしながら、本比較計算例ではRaman光パワーは約42dBmとなり、OSNRは20dBよりも小さく、許容量を大幅に下回ってしまった。 In this Comparative Calculation Example 1, the laser light power at the output side of the amplification optical fiber is 1500 W, ie, approximately 61.8 dBm. At this time, assuming that the OSNR tolerance is 40 dB, the Raman optical power is 0.15 W or less, that is, approximately 21.8 dBm. However, in this comparative calculation example, the Raman optical power was approximately 42 dBm, and the OSNR was smaller than 20 dB, which was significantly below the allowable level.
つづいて、計算例1として、図3に示す光ファイバレーザ100Aの構成において、比較計算例1と同程度にレーザ光パワーを高めた設計として計算を行った。なお、増幅光ファイバは20mのものを15mと5mに分割し、位置0mから15mの位置に、透過率が約-18dBのラマン光低減フィルタを配置した。
Next, as Calculation Example 1, calculations were performed assuming that the configuration of the
図6は、計算例1における光ファイバ内での光パワーを示す図である。破線L21は本計算例におけるレーザ光パワーであるが、図5に示す比較計算例におけるレーザ光パワーと同じ曲線となったので、同じ符号で示している。実線L22は比較計算例におけるRaman光パワーであり、比較のために示している。実線L23は本計算例1におけるRaman光パワーである。また、図6(b)は図6(a)の一部を拡大したものである。また、Raman光パワーについては、図6(a)、6(b)ではワット単位で表示しており、図6(c)ではdBm単位で表示している。 FIG. 6 is a diagram showing the optical power in the optical fiber in Calculation Example 1. FIG. The dashed line L21 represents the laser light power in this calculation example, and since it is the same curve as the laser light power in the comparative calculation example shown in FIG. 5, the same reference numerals are used. A solid line L22 is the Raman light power in the comparative calculation example and is shown for comparison. A solid line L23 is the Raman light power in the first calculation example. Moreover, FIG.6(b) expands a part of Fig.6 (a). The Raman optical power is shown in watt units in FIGS. 6(a) and 6(b), and in dBm units in FIG. 6(c).
この計算例1では、増幅用光ファイバの出力側におけるレーザ光パワーは1500W、すなわち約61.8dBmである。このとき、OSNRの許容量を40dBであるとすると、Raman光パワーは0.15W以下、すなわち約21.8dBm以下である。本計算例では、適正な構成(透過率)のラマン光低減フィルタを適正な位置に配置したので、Raman光パワーは約21.7dBmとなり、OSNRは約40.1dBと許容量以上であった。 In this calculation example 1, the laser light power at the output side of the amplification optical fiber is 1500 W, ie, approximately 61.8 dBm. At this time, assuming that the OSNR tolerance is 40 dB, the Raman optical power is 0.15 W or less, that is, approximately 21.8 dBm or less. In this calculation example, since a Raman light reduction filter with an appropriate configuration (transmittance) was placed at an appropriate position, the Raman light power was approximately 21.7 dBm, and the OSNR was approximately 40.1 dB, which was above the allowable level.
(実施形態3)
図7は、実施形態3に係る光ファイバレーザの概略構成および光ファイバ内での光パワーを示す模式図である。この光ファイバレーザ100Bは、実施形態1に係る光ファイバレーザ100の構成において、出力光ファイバ11を2本の出力光ファイバ11a、11bに分割し、出力光ファイバ11a、11bの間にラマン光低減フィルタ6を移動した構成を有するので、光ファイバレーザ100Bの構成に関する詳細な説明は省略する。なお、本実施形態においても、FBG4よりもFBG7側の光ファイバは、レーザ発振波長におけるモードフィールド径が15μm以下であり、FGB7から出力されるレーザ光のパワーは1500W以上である。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical fiber laser and optical power in the optical fiber according to Embodiment 3. FIG. This
図7において、破線L1Bは、長手方向における位置と、その位置におけるレーザ発振光のパワーとの関係を模式的に示している。破線L1Bが示すように、レーザ発振光のパワーはFBG4からFBG7に向かって増幅用光ファイバ5において増加し、FBG7より出力光ファイバ11側では略一定である。
In FIG. 7, the dashed line L1B schematically shows the relationship between the position in the longitudinal direction and the power of the laser oscillation light at that position. As indicated by the dashed line L1B, the power of the laser oscillation light increases in the amplification
実線L2Bは、長手方向における位置と、その位置におけるラマン散乱のパワーとの関係を模式的に示している。実線L2Bが示すように、ラマン散乱光のパワーはFBG4から出力光ファイバ11aまで増加するが、ラマン光低減フィルタ6によって大幅に低下する。その後、ラマン散乱光のパワーは出力光ファイバ11bにおいて増加するが、ラマン光低減フィルタ6によってパワーを大幅に低下された後なので、その後のパワーの増加は抑制されている。
A solid line L2B schematically shows the relationship between the position in the longitudinal direction and the power of Raman scattering at that position. As indicated by the solid line L2B, the power of Raman scattered light increases from the
その結果、光ファイバレーザ100Bにおいては、レーザ発振光のエネルギーが、ラマン散乱光のパワーの増加に消費される程度も低減されるので、レーザ発振光のパワーの低下を抑制できる。さらには、OSNRも許容値以上に高くできる。
As a result, in the
以上説明したように、実施形態3に係る光ファイバレーザ100Bによれば、ラマン散乱光のパワーの増大を抑制できる。
As described above, according to the
なお、光ファイバレーザ100Bでは、出力光ファイバ11a、11bの間にラマン光低減フィルタ6を配置しているが、出力光ファイバ11を2本の出力光ファイバ11a、11bに分割せずに、ラマン光低減フィルタ6をFBG7と出力光ファイバ11との間に配置した構成としてもよい。
In the
つぎに、光ファイバレーザの長手方向における光パワーの分布を計算によって検討した結果を説明する。 Next, the result of examining the optical power distribution in the longitudinal direction of the optical fiber laser by calculation will be described.
まず、参考計算例2として、図12に示す光ファイバレーザ1000の構成について計算を行った。図8は、参考計算例2における光ファイバ内での光パワーを示す図である。図8において横軸は出力光ファイバの長手方向における位置を示しており、縦軸はレーザ光パワーおよびRaman光パワーを示している。出力光ファイバの長さは10mである。破線L31はレーザ光パワーであり、実線L32がRaman光パワーである。また、Raman光パワーについては、図8(a)ではワット単位で表示しており、図8(b)ではdBm単位で表示している。なお、FBG4よりもFBG7側の光ファイバの、レーザ発振波長におけるモードフィールド径は、14μmに相当する。
First, as Reference Calculation Example 2, calculation was performed for the configuration of the
この参考計算例2では、光ファイバ共振器から出力され、出力光ファイバに入力される位置0mでのレーザ光パワーは1000W、すなわち60dBmである。一方、Raman光パワーは約0.1Wである。また、出力光ファイバの位置10mでのレーザ光パワーは約999.1Wに低下し、Raman光パワーは約1Wに増加する。したがってOSNRは約30dBであり、40dBより小さいが、一般的な用途では使用可能なレベルである。 In this reference calculation example 2, the laser light power at the position 0 m that is output from the optical fiber resonator and input to the output optical fiber is 1000 W, ie, 60 dBm. On the other hand, Raman optical power is about 0.1W. Also, the laser light power at the position 10m of the output optical fiber drops to about 999.1W, and the Raman light power increases to about 1W. Therefore, the OSNR is about 30 dB, which is less than 40 dB but acceptable for general use.
つづいて、比較計算例2として、図12に示す光ファイバレーザ1000の構成において、よりレーザ光パワーを高めた設計として計算を行った。図9は、比較計算例2における光ファイバ内での光パワーを示す図である。破線L41はレーザ光パワーであり、実線L42がRaman光パワーである。また、Raman光パワーについては、図9(a)ではワット単位で表示しており、図9(b)ではdBm単位で表示している。
Subsequently, as Comparative Calculation Example 2, calculations were performed for the configuration of the
この比較計算例2では、光ファイバ共振器から出力され、出力光ファイバに入力される位置0mでのレーザ光パワーは1500W、すなわち約61.8dBmである。このとき、OSNRの許容量を40dBであるとすると、Raman光パワーは0.15W以下、すなわち約21.8dBmである。しかしながら、本比較計算例2では、出力光ファイバの位置10mでのRaman光パワーは21.8dBmを大幅に超え、OSNRは約20dBとなり、許容量を大幅に下回ってしまった。 In Comparative Calculation Example 2, the laser light power at the position 0 m that is output from the optical fiber resonator and is input to the output optical fiber is 1500 W, ie, approximately 61.8 dBm. At this time, assuming that the OSNR tolerance is 40 dB, the Raman optical power is 0.15 W or less, that is, approximately 21.8 dBm. However, in this Comparative Calculation Example 2, the Raman optical power at the output optical fiber position of 10 m greatly exceeded 21.8 dBm, and the OSNR was about 20 dB, which was significantly below the allowable level.
つづいて、計算例2として、図7に示す光ファイバレーザ100Bの構成において、出力光ファイバ11aの長さを0m、出力光ファイバ11bの長さを10mとし、比較計算例2と同程度にレーザ光パワーを高めた設計として計算を行った。なお、ラマン光低減フィルタの透過率は約-20dBとした。
Next, as calculation example 2, in the configuration of the
図10は、計算例2における光ファイバ内での光パワーを示す図である。破線L51は本計算例2におけるレーザ光パワーである。破線L41は比較計算例2におけるレーザ光パワーであり、比較のために示している。実線L42は比較計算例2におけるRaman光パワーであり、比較のために示している。実線L52は本計算例2におけるRaman光パワーである。また、Raman光パワーについては、図10(a)ではワット単位で表示しており、図10(b)ではdBm単位で表示している。 FIG. 10 is a diagram showing the optical power in the optical fiber in Calculation Example 2. FIG. A dashed line L51 is the laser light power in the second calculation example. A dashed line L41 is the laser light power in Comparative Calculation Example 2 and is shown for comparison. A solid line L42 is the Raman light power in Comparative Calculation Example 2 and is shown for comparison. A solid line L52 is the Raman light power in the second calculation example. The Raman optical power is shown in watts in FIG. 10(a) and in dBm units in FIG. 10(b).
この計算例2では、出力光ファイバの位置10mでのレーザ光パワーは1500W、すなわち約61.8dBmである。このとき、OSNRの許容量を40dBであるとすると、Raman光パワーは0.15W以下、すなわち約21.8dBmである。本計算例2では、適正な構成(透過率)のラマン光低減フィルタを適正な位置に配置したので、出力光ファイバの位置10mでのRaman光パワーは約21.7dBmとなり、OSNRは約40.1dBと許容量以上であった。 In this calculation example 2, the laser light power at the position 10 m of the output optical fiber is 1500 W, ie, about 61.8 dBm. At this time, assuming that the OSNR tolerance is 40 dB, the Raman optical power is 0.15 W or less, that is, about 21.8 dBm. In this calculation example 2, since the Raman light reduction filter with the proper configuration (transmittance) is placed at the proper position, the Raman light power at the position 10 m of the output optical fiber is about 21.7 dBm, and the OSNR is about 40.0 dBm. It was 1 dB, which was more than the allowable amount.
(実施形態4)
図11は、実施形態4に係る合波型光ファイバレーザの概略構成および光ファイバ内での光パワーを示す模式図である。この合波型光ファイバレーザ200は、図7に示した4つの光ファイバレーザ100Bと、光合波器21と、出力光ファイバ22と、デリバリ光ファイバ23とを備えている。
(Embodiment 4)
FIG. 11 is a schematic diagram showing the schematic configuration of a multiplexing optical fiber laser according to
図11では、各光ファイバレーザ100Bにおける出力光ファイバ11およびラマン光低減フィルタ6以外の構成はブロックとして図示している。各出力光ファイバ11は、各光ファイバレーザ100Bが出力したレーザ発振光を伝搬し、光合波器21に出力する。
In FIG. 11, the configuration of each
光合波器21は、各出力光ファイバ11から入力されたレーザ発振光を合波し、出力光ファイバ22へ出力するように構成されている。なお、出力光ファイバ22はコア径がたとえば50-100μmのマルチモードファイバであり、モードフィールド径は15μmよりもはるかに大きいため、発生するラマン散乱光のパワーは小さいので考慮しない。
The
出力光ファイバ22は、合波されたレーザ発振光をデリバリ光ファイバ23へ伝搬する。なお、デリバリ光ファイバ23はコア径がたとえば50-100μmのマルチモードファイバであり、モードフィールド径は15μmよりもはるかに大きいため、発生するラマン散乱光のパワーは小さいので考慮しない。
The output
図11において、実線Lは、長手方向における位置と、その位置におけるラマン散乱光のパワーとの関係を模式的に示している。実線Lが示すように、この合波型光ファイバレーザ200では、光合波器21の内部まで延びている出力光ファイバ11で発生し、出力光ファイバ11側から各光ファイバレーザ100B側へ伝搬するラマン散乱光のパワーが、各ラマン光低減フィルタ6によって大幅に低下する。その後、ラマン散乱光のパワーは各光ファイバレーザ100Bにおいて増加するが、ラマン光低減フィルタ6によってパワーを大幅に低下された後なので、その後のパワーの増加は抑制されている。
In FIG. 11, the solid line L schematically shows the relationship between the position in the longitudinal direction and the power of Raman scattered light at that position. As indicated by the solid line L, in this multiplexing
また、合波型光ファイバレーザ200では、図7に示した光ファイバレーザ100Bにおける場合と同様に、ラマン散乱光のパワーはFBG4から出力光ファイバ11aまで増加するが、ラマン光低減フィルタ6によって大幅に低下する。その後、ラマン散乱光のパワーは出力光ファイバ11bにおいて増加するが、ラマン光低減フィルタ6によってパワーを大幅に低下された後なので、その後のパワーの増加は抑制されている。
In addition, in the multiplexing
その結果、合波型光ファイバレーザ200においては、レーザ発振光のエネルギーが、ラマン散乱光のパワーの増加に消費される程度も低減されるので、レーザ発振光のパワーの低下を抑制できる。さらには、OSNRも許容値以上に高くできる。
As a result, in the multiplexing type
以上説明したように、実施形態4に係る合波型光ファイバレーザ200によれば、ラマン散乱光のパワーの増大を抑制できる。
As described above, according to the multiplexing
なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各実施形態の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 In addition, the present invention is not limited by the above-described embodiment. The present invention also includes a configuration obtained by appropriately combining the constituent elements of the above-described embodiments. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, broader aspects of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.
1、10 半導体励起光源
2、9 光ファイバ
3、8、21 光合波器
5、5a、5b 増幅用光ファイバ
6 ラマン光低減フィルタ
11、11a、11b、22 出力光ファイバ
23 デリバリ光ファイバ
100、100A、100B 光ファイバレーザ
200 合波型光ファイバレーザ
L、L12、L2、L22、L23、L2A、L2B 実線
L1、L11、L1A、L1B、L21 破線
1, 10 semiconductor
Claims (5)
前記増幅用光ファイバの両端のそれぞれに対して配置された後端側反射手段と出力側反射手段とにより構成された光共振器と、
前記増幅用光ファイバに供給する励起光を出力する励起光源と、
前記光共振器によって発振するレーザ光によって発生するラマン散乱光のパワーを選択的に低下させるフィルタ手段と、
前記出力側反射手段を挟んで前記増幅用光ファイバとは反対側に配置された出力光ファイバと、
を備え、
前記後端側反射手段よりも前記出力側反射手段側の光ファイバは、レーザ発振波長におけるモードフィールド径が15μm以下であり、
前記光共振器の前記出力側反射手段から出力される前記レーザ光のパワーは1500W以上であり、
前記フィルタ手段は、前記フィルタ手段の直後における前記ラマン散乱光に対する前記レーザ光のパワー比が、40dB以上となるように構成され、かつ前記出力側反射手段と前記出力光ファイバとの間に配置され、
前記フィルタ手段は、いったん前記ラマン散乱光のパワーを低下させることで、前記フィルタ手段から後段における前記出力光ファイバでの前記ラマン散乱光のパワーの増加を抑制する
ことを特徴とする光ファイバレーザ。 an amplifying optical fiber;
an optical resonator composed of a rear-end reflecting means and an output-side reflecting means arranged at both ends of the amplification optical fiber;
a pumping light source that outputs pumping light to be supplied to the amplification optical fiber;
filter means for selectively reducing the power of Raman scattered light generated by the laser light oscillated by the optical resonator;
an output optical fiber disposed on the opposite side of the amplification optical fiber across the output side reflection means;
with
The optical fiber closer to the output-side reflecting means than the rear-end reflecting means has a mode field diameter of 15 μm or less at a laser oscillation wavelength,
power of the laser light output from the output-side reflecting means of the optical resonator is 1500 W or more;
The filter means is arranged so that the power ratio of the laser light to the Raman scattered light immediately after the filter means is 40 dB or more, and is arranged between the output side reflection means and the output optical fiber. ,
The filter means suppresses an increase in the power of the Raman scattered light in the output optical fiber downstream from the filter means by once reducing the power of the Raman scattered light.
An optical fiber laser characterized by:
前記複数の光ファイバレーザの前記出力光ファイバから出力されるレーザ光を合波して出力する光合波器と、
を備えることを特徴とする合波型光ファイバレーザ。 a plurality of optical fiber lasers according to any one of claims 1 to 4 ;
an optical multiplexer for multiplexing and outputting the laser beams output from the output optical fibers of the plurality of optical fiber lasers;
A multiplexing optical fiber laser comprising:
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