JP2000012933A - Laser apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、励起レーザ光を
光ファイバーによりレーザ多段増幅装置に伝送するレー
ザ装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device for transmitting a pump laser beam to a laser multistage amplifying device through an optical fiber.
【０００２】[0002]
【０００３】図１０は特開平８−９７４９３号公報に示
されたレーザ装置の構成図である。図において、１は最
大１００mm程度の大口径の励起レーザ光２を発生する銅
蒸気の励起レーザ光発生器、４は励起レーザ光２の光束
の断面を分割する光分割器、３は光分割器４で分割され
た複数個の分割光、５は分割光３を色素のレーザ多段増
幅装置７まで伝送する複数個の光ファイバー、６は光分
割器４と分割光３を光ファイバー５に入射させる入射系
（図示せず）とから構成された光結合装置である。８は
指向性の良いレーザ光を発生する発振器、９〜１１は発
振器８から出射されるレーザ光を光増幅する増幅器で、
９はレーザ光を光増幅する第１段目の第１の増幅器、１
０はレーザ光を光増幅する第２段目の第２の増幅器、１
１はレーザ光を光増幅する第ｎ段目の増幅器であり、発
振器８及び増幅器９、１０、１１により色素のレーザ多
段増幅装置７を構成している。FIG. 10 is a block diagram of a laser device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-97493. In the drawing, reference numeral 1 denotes a copper vapor excitation laser light generator for generating a large-diameter excitation laser light 2 having a maximum diameter of about 100 mm, 4 denotes a light splitter for splitting a cross section of a light beam of the excitation laser light 2, and 3 denotes a light splitter. A plurality of split beams divided by 4, 5 a plurality of optical fibers for transmitting the split beam 3 to the dye laser multistage amplifying device 7, 6 a light splitter 4 and an incident system for making the split beam 3 enter the optical fiber 5. (Not shown). Reference numeral 8 denotes an oscillator for generating a laser beam having good directivity, and 9 to 11 denote amplifiers for optically amplifying the laser light emitted from the oscillator 8.
Reference numeral 9 denotes a first-stage first amplifier for optically amplifying a laser beam;
Reference numeral 0 denotes a second-stage second amplifier for optically amplifying the laser light, and 1
Reference numeral 1 denotes an n-th stage amplifier for optically amplifying the laser light. The oscillator 8 and the amplifiers 9, 10 and 11 constitute a dye laser multi-stage amplifier 7.
【０００４】１２は光ファイバー５から出射される出射
光、１３は出射光１２を各増幅器９〜１１にそれぞれ入
射させる集光レンズ系である。１４はレーザ多段増幅装
置７から出射される出力レーザ光である。[0004] Reference numeral 12 denotes an outgoing light emitted from the optical fiber 5, and 13 denotes a condenser lens system for causing the outgoing light 12 to enter each of the amplifiers 9 to 11, respectively. Reference numeral 14 denotes an output laser beam emitted from the laser multi-stage amplifier 7.
【０００５】次に、上記構成のレーザ装置の動作につい
て説明する。励起レーザ光発生器１から出射された励起
レーザ光２は光結合装置６で複数個の分割光３に分割さ
れ、かつ複数個の光ファイバー５の各入射面５ａから入
射される。光ファイバー５を伝送し、出射面５ｂから出
射した出射光１２は、集光レンズ系１３により縮小さ
れ、色素溶液が流れている各増幅器９〜１１に照射され
る。この出射光１２は色素溶液中の色素分子にエネルギ
ーを与えて色素分子を励起する。一方、発振器８で発生
した高指向性のレーザ光は、順次増幅器９〜１１に通過
する際に、出射光１２により励起された色素分子のエネ
ルギーを吸収する結果、光増幅され、レーザ多段増幅装
置７からは高指向性の出力レーザ光１４が出射される。Next, the operation of the laser device having the above configuration will be described. The excitation laser light 2 emitted from the excitation laser light generator 1 is split into a plurality of split lights 3 by an optical coupling device 6 and is incident on each of the incidence surfaces 5 a of the plurality of optical fibers 5. The outgoing light 12 transmitted through the optical fiber 5 and emitted from the outgoing surface 5b is reduced by the condensing lens system 13 and applied to the amplifiers 9 to 11 in which the dye solution flows. The emitted light 12 gives energy to the dye molecules in the dye solution to excite the dye molecules. On the other hand, the highly directional laser light generated by the oscillator 8 absorbs the energy of the dye molecules excited by the emission light 12 when sequentially passing through the amplifiers 9 to 11, and is thus optically amplified. 7 emits a highly directional output laser beam 14.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来のレ
ーザ装置では、励起レーザ光２が光結合装置６を介して
光ファイバー５に入射され、かつ出射される場合、外気
体と光ファイバー５の端面との界面では光学的屈折率が
異なるため、光ファイバー５の入射面５ａ及び出射面５
ｂで反射損失が発生する。例えば、空気中で石英製の光
ファイバー５を用いた場合、１面当たりの反射損失量は
可視域では約３．５％となり、入射面５ａ及び出射面５
ｂによる反射損失量は約７％となる。励起レーザ光２の
レーザ出力がｋＷ級になると、この損失量は１００Ｗ程
度となり、この損失量を補うためには励起レーザ光発生
器１及び光結合装置６を大型化させる必要があり、レー
ザ装置全体が大型化してしまうという問題点があった。In the conventional laser apparatus as described above, when the excitation laser light 2 is incident on the optical fiber 5 via the optical coupling device 6 and is emitted therefrom, the external gas and the end face of the optical fiber 5 are not exposed. Since the optical refractive index is different at the interface with the optical fiber 5, the entrance surface 5 a and the exit surface 5
b causes reflection loss. For example, when an optical fiber 5 made of quartz is used in the air, the reflection loss per surface is about 3.5% in the visible region, and the incident surface 5a and the exit surface 5a.
The reflection loss due to b is about 7%. When the laser output of the pumping laser beam 2 is of the kW class, the loss amount is about 100 W. In order to compensate for this loss amount, it is necessary to increase the size of the pumping laser light generator 1 and the optical coupling device 6. There is a problem that the whole becomes large.
【０００７】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題とするものであって、励起レーザ光が光フ
ァイバーに入射し、かつ出射する場合、光ファイバーの
入射面、出射面に所定の値のレーザパワー密度に耐える
反射防止膜を施し、装置全体を小型化できるレーザ装置
を得ることを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. When an excitation laser beam enters and exits an optical fiber, a predetermined surface is formed on an entrance surface and an exit surface of the optical fiber. It is an object of the present invention to obtain a laser device which is provided with an anti-reflection film that can withstand a laser power density of a given value and can reduce the size of the entire device.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明のレーザ装置
は、励起レーザ光を発生する励起レーザ光発生器と、こ
の励起レーザ光発生器から出射された励起レーザ光の光
束の断面を分割して集光する光結合装置と、レーザ光を
発生する発振器及び前記レーザ光の通過によりレーザ光
を光増幅する複数個の増幅器を有し、光増幅した出力レ
ーザ光を出力するレーザ多段増幅装置と、前記光結合装
置からの出射光を各前記増幅器に伝送する光ファイバー
とを備え、前記光ファイバーの入射面及び出射面の少な
くとも一方に反射防止膜を形成したものである。According to the present invention, there is provided a laser apparatus comprising: an excitation laser light generator for generating an excitation laser light; and a cross section of a light beam of the excitation laser light emitted from the excitation laser light generator. An optical coupling device for condensing, a laser multistage amplifying device having an oscillator for generating laser light and a plurality of amplifiers for optically amplifying the laser light by passing the laser light, and outputting an optically amplified output laser light; And an optical fiber for transmitting light emitted from the optical coupling device to each of the amplifiers, wherein an antireflection film is formed on at least one of an incident surface and an emission surface of the optical fiber.
【０００９】また、反射防止膜をＭｇＦ2からなる単層
膜、またはＨｆＯ2からなる層とＳｉＯ2からなる層とか
ら構成された多層膜としたものである。Further, the antireflection film is a single-layer film made of MgF 2 or a multilayer film composed of a layer made of HfO 2 and a layer made of SiO 2 .
【００１０】また、光ファイバーに入射される励起レー
ザ光のレーザパワー密度を最大２０ｋＷ／cm2としたも
のである。Further, the laser power density of the excitation laser beam incident on the optical fiber is set to a maximum of 20 kW / cm 2 .
【００１１】また、光ファイバーの入射面の面積を出射
面よりも大きくしたものである。Further, the area of the incident surface of the optical fiber is made larger than that of the outgoing surface.
【００１２】また、光ファイバーの出射光端部をバンド
ル構造としたものである。Further, the outgoing light end of the optical fiber has a bundle structure.
【００１３】また、出射光を各増幅器の両面にそれぞれ
入射させるようにしたものである。Further, the emitted light is made to enter both surfaces of each amplifier.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態を図について説明する。図１はこの発明の実
施の形態１のレーザ装置の構成図である。図において、
１は最大１００mm程度の大口径の励起レーザ光２を発生
する銅蒸気の励起レーザ光発生器、４は励起レーザ光２
の光束の断面を複数に分割する光分割器、３は光分割器
４で分割された複数個の分割光、５は分割光３を色素の
レーザ多段増幅装置７まで伝送する複数個の光ファイバ
ー、６は光分割器４と分割光３を光ファイバー５に入射
させる入射系（図示せず）とから構成された光結合装置
である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a laser device according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure,
1 is a copper vapor excitation laser light generator for generating a large-diameter excitation laser light 2 having a maximum diameter of about 100 mm.
A light splitter for splitting the cross section of the light beam into a plurality of light beams; 3 a plurality of split light beams split by the light splitter 4; 5 a plurality of optical fibers for transmitting the split light beam 3 to the dye laser multistage amplifying device 7; Reference numeral 6 denotes an optical coupling device including a light splitter 4 and an incident system (not shown) for causing the split light 3 to enter the optical fiber 5.
【００１５】８は指向性の良いレーザ光を発生する発振
器、９、１０、３０、３１は発振器８から出射されるレ
ーザ光を光増幅する増幅器で、９はレーザ光を光増幅す
る第１段目の第１の増幅器、１０はレーザ光を光増幅す
る第２段目の第２の増幅器、３０は第３段目の第３の増
幅器、３１は第４段目の第４の増幅器であり、発振器８
及び各増幅器９、１０、３０、３１により色素のレーザ
多段増幅装置７を構成している。１２は光ファイバー５
から出射される出射光、１３は出射光１２を各増幅器９
〜１１にそれぞれ入射する集光レンズ系である。１４は
レーザ多段増幅装置７から出射される出力レーザ光であ
る。１５は光ファイバー５の入射面５ａに施した第１の
反射防止膜、１６は光ファイバー５の出射面５ｂに施し
た第２の反射防止膜である。第１及び第２の反射防止膜
１５、１６はＭｇＦ2から構成された単層膜（厚み０．
５μｍ）、またはＨｆＯ2からなる層とＳｉＯ2からなる
層とから構成された多層膜（厚み０．５μｍ）で形成さ
れている。Reference numeral 8 denotes an oscillator for generating a laser beam having good directivity, 9, 10, 30, and 31 denote amplifiers for optically amplifying the laser light emitted from the oscillator 8, and 9 denotes a first stage for optically amplifying the laser light. Reference numeral 10 denotes a first amplifier in the second stage for amplifying laser light, reference numeral 30 denotes a third amplifier in the third stage, and reference numeral 31 denotes a fourth amplifier in the fourth stage. , Oscillator 8
The amplifiers 9, 10, 30, and 31 constitute a dye laser multistage amplifying device 7. 12 is an optical fiber 5
The outgoing light 13 emitted from the
11 are focusing lens systems respectively. Reference numeral 14 denotes an output laser beam emitted from the laser multi-stage amplifier 7. Reference numeral 15 denotes a first anti-reflection film applied to the incident surface 5a of the optical fiber 5, and reference numeral 16 denotes a second anti-reflection film applied to the output surface 5b of the optical fiber 5. The first and second antireflection films 15 and 16 are single-layer films (thickness of 0.1 mm) made of MgF 2 .
5 μm) or a multilayer film (thickness 0.5 μm) composed of a layer made of HfO 2 and a layer made of SiO 2 .
【００１６】図２は光分割器４の斜視図であり、横方向
を５分割と縦方向を４分割したレンズアレイを用いてい
る。例えば、直径９０mmの励起レーザ光２は、光分割器
４に入射した場合、横辺の長さが２０mm、縦辺の長さが
２５ｍｍ程度の各エレメント１８を通過して各光ファイ
バー５に入射する。FIG. 2 is a perspective view of the light splitter 4, which uses a lens array in which the horizontal direction is divided into five and the vertical direction is divided into four. For example, when the excitation laser beam 2 having a diameter of 90 mm is incident on the optical splitter 4, the excitation laser beam 2 passes through each element 18 having a side length of about 20 mm and a vertical side length of about 25 mm and enters each optical fiber 5. .
【００１７】例えば、光ファイバー５の入射面５ａにＭ
ｇＦ2の単層（厚み約０．５μｍ）の第１の反射防止膜
１５を形成した場合、分割光３が光ファイバー５の入射
面５ａで光学的に反射される成分が約３．５％から約２
％に減少した。また、ＨｆＯ2から構成された層とＳｉ
Ｏ2から構成された層とからなる多層膜（厚み約０．５
μｍ）の第１の反射防止膜１５を入射面５ａに形成した
場合、光学的に反射される成分は３．５％から０．５％
に減少した。なお、この多層膜の場合、ＨｆＯ2から構
成された層を極力薄くし、かつレーザ電界強度の最大が
ＳｉＯ2層に位置するようになっている。For example, the light incident surface 5a of the optical fiber 5 has M
When the single antireflection film 15 of a single layer (thickness: about 0.5 μm) of gF 2 is formed, a component at which the split light 3 is optically reflected by the incident surface 5 a of the optical fiber 5 is reduced from about 3.5%. About 2
%. Further, a layer composed of HfO 2 and Si
Multilayer film (thickness of about 0.5 comprising the layers composed of O 2
When the first antireflection film 15 (μm) is formed on the incident surface 5a, the optically reflected component is 3.5% to 0.5%.
Decreased to. In the case of this multilayer film, the layer composed of HfO 2 is made as thin as possible, and the maximum of the laser electric field intensity is located in the SiO 2 layer.
【００１８】例えば、出力レーザ光１４の出力が数１０
０Ｗ〜数１０００Ｗ級のレーザ装置では、最大レーザ出
力を得るためには、多段増幅装置７の増幅器９、１０、
３０、３１の段数を４段構成とし、１段目から４段目の
増幅器９、１０、３０、３１に入射する出射光１２の励
起光強度を図３で示すように、最適な分配比に設定する
必要がある。つまり、第１の増幅器９に入射する出射光
１２のレーザ出力を１とすると、第２の増幅器１０では
３倍、第３の増幅器３０では６倍、第４の増幅器３１で
は１０倍とする必要があり、全増幅器９、１０、３０、
３１に入射する出射光１２の全レーザ出力は第１の増幅
器９に入射される出射光１２に対して２０倍（１＋３＋
６＋１０）となる。よって、光分割器４で分割された分
割光３の数は２０の倍数となる。実際は分割光３の数を
多くすると、それだけ高価な光ファイバー等の部品点数
が増大し、それだけコストが高くなるので、励起レーザ
光２が光分割器４で分割される数は２０程度である。For example, when the output of the output laser beam 14 is several tens
In a laser device of 0 W to several 1000 W class, in order to obtain the maximum laser output, the amplifiers 9, 10,
The number of stages 30 and 31 is four, and the excitation light intensity of the outgoing light 12 incident on the amplifiers 9, 10, 30, and 31 of the first to fourth stages is set to the optimum distribution ratio as shown in FIG. Must be set. That is, assuming that the laser output of the outgoing light 12 incident on the first amplifier 9 is 1, the laser output of the second amplifier 10 needs to be 3 times, the third amplifier 30 has 6 times, and the fourth amplifier 31 has 10 times. And all the amplifiers 9, 10, 30,
The total laser output of the outgoing light 12 incident on the first amplifier 9 is 20 times (1 + 3 +) the outgoing light 12 incident on the first amplifier 9.
6 + 10). Therefore, the number of the split lights 3 split by the light splitter 4 is a multiple of 20. Actually, if the number of split beams 3 is increased, the number of components such as expensive optical fibers is increased and the cost is increased accordingly. Therefore, the number of pump laser beams 2 split by the optical splitter 4 is about 20.
【００１９】励起レーザ光２のレーザ出力を約２００Ｗ
〜約２０００Ｗとし、光分割器４の分割数が２０である
場合を考えると、１個のエレメント１８に含まれるレー
ザ出力は１０Ｗ〜１００Ｗ程度となる。一般に光ファイ
バー５のコア径はφ０．４ｍｍからφ１．２ｍｍであ
り、光ファイバー５へ入射するレーザ光の光軸変動（コ
ア径の±１０％程度）を考慮すると、入射面５ａ上のビ
ームスポットの直径をコア径の８０％に設定するのが妥
当である。コア径がφ０．４ｍｍの場合、スポット直径
はφ０．３２ｍｍであり、入射面５ａの入力パワー密度
は１２〜１２０ｋＷ／ｃｍ2となる。また、コア径がφ
１．２ｍｍの場合、スポット直径はφ０．９６ｍｍであ
り、入力パワー密度は１．４〜１４ｋＷ／ｃｍ2とな
る。また、光ファイバー５に入射された励起レーザ光２
は光ファイバー５内を通過するにつれてコアの全体に広
がるため、光ファイバー５の出射面５ｂでのスポット径
はコア径と同じになる。よって、コア径がφ０．４ｍｍ
の場合、出射面での入力パワー密度は８〜８０ｋＷ／ｃ
ｍ2、φ１．２ｍｍの場合、入力パワー密度は０．９〜
９ｋＷ／ｃｍ2となる。The laser output of the excitation laser beam 2 is set to about 200 W
Considering the case where the power is set to about 2000 W and the number of divisions of the light splitter 4 is 20, the laser output included in one element 18 is about 10 W to 100 W. Generally, the core diameter of the optical fiber 5 is from φ0.4 mm to φ1.2 mm, and considering the optical axis fluctuation (about ± 10% of the core diameter) of the laser light incident on the optical fiber 5, the diameter of the beam spot on the incident surface 5 a Is set to 80% of the core diameter. When the core diameter is φ0.4 mm, the spot diameter is φ0.32 mm, and the input power density of the incident surface 5a is 12 to 120 kW / cm 2 . The core diameter is φ
In the case of 1.2 mm, the spot diameter is φ0.96 mm, and the input power density is 1.4 to 14 kW / cm 2 . Also, the excitation laser light 2 incident on the optical fiber 5
As the light passes through the optical fiber 5, it spreads over the entire core, so that the spot diameter on the emission surface 5b of the optical fiber 5 becomes the same as the core diameter. Therefore, the core diameter is φ0.4mm
, The input power density at the exit surface is 8 to 80 kW / c
m 2, the case of 1.2 mm, an input power density 0.9
It becomes 9 kW / cm 2 .
【００２０】ここで、ＨｆＯ2層とＳｉＯ2層との多層膜
の反射防止膜１５を施した光ファイバー５（コア径：φ
０．８ｍｍ）を用いて、この光ファイバー５に銅蒸気励
起レーザ光２（レーザ発振波長は５１０ｎｍ）が入射し
た場合において、光ファイバー５の入射面５ａと出射面
５ｂとでの入力パワー密度を測定した。その結果、入力
パワー密度の最大値は２０ｋＷ／ｃｍ2であった。つま
り、その値を越えると、電界強度及び熱により反射防止
膜１５は破損してしまうことが分かった。よって、図４
に示すように、光ファイバー５に入射される励起レーザ
光２が１０Ｗのレーザ出力である場合では、コア径がφ
０．４ｍｍ〜φ１．２ｍｍの光ファイバー５の入射面及
び出射面に反射防止膜１５、１６を施すことが可能であ
ることが分かった。Here, an optical fiber 5 (core diameter: φ) provided with a multilayer antireflection film 15 of an HfO 2 layer and a SiO 2 layer.
0.8 mm), the input power density at the entrance surface 5a and the exit surface 5b of the optical fiber 5 was measured when the copper vapor pumped laser beam 2 (laser oscillation wavelength was 510 nm) was incident on the optical fiber 5. . As a result, the maximum value of the input power density was 20 kW / cm 2 . That is, it was found that when the value exceeded that value, the antireflection film 15 was damaged by the electric field strength and heat. Therefore, FIG.
As shown in the figure, when the excitation laser beam 2 incident on the optical fiber 5 has a laser output of 10 W, the core diameter is φ
It has been found that the antireflection films 15 and 16 can be applied to the entrance surface and the exit surface of the optical fiber 5 having a diameter of 0.4 mm to 1.2 mm.
【００２１】また、光ファイバー５に入射される励起レ
ーザ光２が１００Ｗのレーザ出力である場合には、コア
径がφ０．４ｍｍ〜φ１．０ｍｍの光ファイバー５の入
射面５ａに第１の反射防止膜１５を施したときには、熱
及び電界強度により第１の反射防止膜１５は物理的破壊
が生じてしまうが、コア径がφ１．０ｍｍ以上の光ファ
イバー５の出射面５ｂに第２の反射防止膜１６を施すこ
とは可能であることが分かった。なお、出射面５ｂのみ
に反射防止膜１６の形成が可能であるのは、前述したよ
うに、反射光ファイバー５に入射された励起レーザ光２
は光ファイバー５内を通過するにつれてコアの全体に広
がり、光ファイバー５の出射面５ｂでのスポット径はコ
ア径と同じになるからである。When the excitation laser beam 2 incident on the optical fiber 5 has a laser output of 100 W, a first antireflection film is formed on the incident surface 5a of the optical fiber 5 having a core diameter of φ0.4 mm to φ1.0 mm. When the first anti-reflection film 15 is applied, the first anti-reflection film 15 is physically destroyed by heat and electric field strength, but the second anti-reflection film 16 is formed on the exit surface 5b of the optical fiber 5 having a core diameter of 1.0 mm or more. Has been found to be possible. The reason that the antireflection film 16 can be formed only on the emission surface 5b is that the excitation laser light 2 incident on the reflection optical fiber 5 is used as described above.
Is spread over the entire core as it passes through the optical fiber 5, and the spot diameter on the emission surface 5b of the optical fiber 5 becomes the same as the core diameter.
【００２２】また、ＭｇＦ2の単層の反射防止膜を施し
た光ファイバー５を用いて、このファイバー５に銅蒸気
の励起レーザ光２（レーザ発振波長は５１０ｎｍ）を入
射した場合のレーザパワー密度の最大値も２０ｋＷ／ｃ
ｍ2であった。The optical fiber 5 having a single-layer antireflection film made of MgF 2 is used, and the laser power density of the laser beam 2 when the pumping laser beam 2 of copper vapor (laser oscillation wavelength is 510 nm) is incident on the fiber 5. Maximum value is also 20 kW / c
m 2 .
【００２３】このように、この実施の形態のレーザ装置
によれば、励起レーザ光２が光ファイバー５に入射し、
かつ出射する場合、光ファイバー５の入射面５ａ及び出
射面５ｂに反射防止膜１５、１６を施することにより、
励起レーザ光発生器１から発生した励起レーザ光２が光
結合装置６及び光ファイバー５を介してレーザ多段増幅
装置７に伝送される際に、途中で損失する励起レーザ光
２の光量が減少し、励起レーザ光２を有効に利用するこ
とができる。なお、光ファイバーの入射面または出射面
のみに反射防止膜を形成してもよい。As described above, according to the laser apparatus of this embodiment, the excitation laser light 2 enters the optical fiber 5,
When the light is emitted, the anti-reflection films 15 and 16 are applied to the incident surface 5a and the emission surface 5b of the optical fiber 5, so that
When the pump laser light 2 generated from the pump laser light generator 1 is transmitted to the laser multistage amplifying device 7 via the optical coupling device 6 and the optical fiber 5, the light amount of the pump laser light 2 lost in the middle decreases. The excitation laser beam 2 can be used effectively. Note that an antireflection film may be formed only on the incident surface or the outgoing surface of the optical fiber.
【００２４】実施の形態２．図５は光ファイバー５の出
射光端部５ｃをバンドル構造とし、またファイバー５の
入射面５ａに第１の反射防止膜１５を施し、出射面５ｂ
に第２の反射防止膜１６を施した場合を示す構成図であ
る。この例では、光ファイバー５のコア１７のみに第１
及び第２の反射防止膜１５、１６が施されている。な
お、コア１７の内部のハッチングはビームスポットを示
している。なお、光ファイバーとして、光ファイバーの
入射光端部をバンドル構造とした場合であってもよい。
また、光ファイバーのコアの形状は、例えば四角形、楕
円形等の他の形状であってもよい。Embodiment 2 FIG. FIG. 5 shows a case where the outgoing light end 5c of the optical fiber 5 has a bundle structure, and the first antireflection film 15 is applied to the incident surface 5a of the fiber 5, and the outgoing light surface 5b
FIG. 3 is a configuration diagram showing a case where a second anti-reflection film 16 is applied to the second embodiment. In this example, only the core 17 of the optical fiber 5 has the first
And second antireflection films 15 and 16 are provided. The hatching inside the core 17 indicates a beam spot. The optical fiber may be a case where the incident light end of the optical fiber has a bundle structure.
Further, the shape of the core of the optical fiber may be other shapes such as a quadrangle and an ellipse.
【００２５】実施の形態３．図６は実施の形態３のレー
ザ装置の構成図であり、増幅器９、１０、３０、３１の
両面に励起レーザ光２の出射光１２を照射した点が実施
の形態１と異なり、他の構成は実施の形態１と同様であ
る。Embodiment 3 FIG. 6 is a configuration diagram of a laser device according to the third embodiment, which is different from the first embodiment in that both surfaces of the amplifiers 9, 10, 30, and 31 are irradiated with the emission light 12 of the excitation laser light 2. Is the same as in the first embodiment.
【００２６】なお、上記各実施の形態では、レーザ装置
として、銅蒸気レーザ装置について説明したが、例えば
光ファイバーを介してレーザ光を伝送するエキシマレー
ザ、ＹＡＧレーザ等の固体レーザ、ＹＡＧレーザ等固体
レーザの２倍波レーザを含む各種のレーザ装置にも適用
することができる。また、上記各実施の形態では、レー
ザ多段増幅装置７として、同位体分離に用いられる色素
レーザ多段増幅装置であったが、例えば加工用や医療用
に用いられるレーザ装置であってもよい。また、上記実
施の形態では、アレイレンズにより構成された光分割器
４について説明したが、図７に示すように複数個の凹面
ミラーを縦方向と横方向に配置した光分割器４０であっ
てもよい。In each of the above embodiments, a copper vapor laser device has been described as a laser device. However, for example, a solid laser such as an excimer laser transmitting laser light via an optical fiber, a YAG laser, or a solid laser such as a YAG laser. The present invention can be applied to various laser devices including the second harmonic laser. In each of the above embodiments, the laser multistage amplifying device 7 is a dye laser multistage amplifying device used for isotope separation. However, for example, a laser device used for processing or medical use may be used. Further, in the above embodiment, the light splitter 4 constituted by an array lens has been described. However, as shown in FIG. 7, the light splitter 40 has a plurality of concave mirrors arranged in the vertical and horizontal directions. Is also good.
【００２７】実施の形態４．図８はこの発明の実施の形
態４のレーザ装置の光ファイバーを示した図である。１
９は入射面１９ａのコア径が出射面１９ｂより大きく
し、また出射面１９ｂに向かって途中まで先細テーパー
状をした光ファイバー、１５は光ファイバー１９の入射
面１９ａに設けられた第１の反射防止膜、１６は光ファ
イバー１９の出射面１９ｂに設けられた第２の反射防止
膜である。Embodiment 4 FIG. 8 is a diagram showing an optical fiber of a laser device according to Embodiment 4 of the present invention. 1
Reference numeral 9 denotes an optical fiber in which the diameter of the core of the incident surface 19a is larger than that of the output surface 19b, and a tapered taper is formed halfway toward the output surface 19b. Reference numeral 15 denotes a first antireflection film provided on the incident surface 19a of the optical fiber 19. Reference numeral 16 denotes a second anti-reflection film provided on the emission surface 19b of the optical fiber 19.
【００２８】この実施の形態のレーザ装置では、反射光
ファイバー１９に入射された励起レーザ光２は光ファイ
バー１９内を通過するにつれてコアの全体に広がり、光
ファイバー１９の出射面１９ｂでのスポット径はコア径
と同じになることから、出射面１９ｂでのレーザパワー
密度が最大レーザパワー密度である２０ｋＷ／ｃｍ2の
条件下で、入射面１９ａの面積を出射面１９ｂよりも大
きくでき、入射面１９ａの入力レーザパワー密度を最大
レーザパワー密度にしたまま、光ファイバー１９に入射
する励起レーザ光２の出力を大きくすることができる。
なお、現実には、テーパー部１９ｃの長さは１〜３ｍ、
入射面１９ａのコア直径は最大４ｍｍ程度までは製作可
能である。In the laser device of this embodiment, the excitation laser beam 2 incident on the reflected optical fiber 19 spreads over the entire core as it passes through the optical fiber 19, and the spot diameter at the emission surface 19b of the optical fiber 19 is the core diameter. Therefore, under the condition that the laser power density at the emission surface 19b is the maximum laser power density of 20 kW / cm 2 , the area of the incidence surface 19a can be larger than that of the emission surface 19b, and the input of the incidence surface 19a can be increased. The output of the excitation laser beam 2 incident on the optical fiber 19 can be increased while keeping the laser power density at the maximum laser power density.
In reality, the length of the tapered portion 19c is 1 to 3 m,
The core diameter of the incident surface 19a can be manufactured up to about 4 mm.
【００２９】この実施の形態では、光ファイバー１９の
入射面１９ａの面積を出射面１９ｂより大することによ
り、入射面１９ａの入力レーザパワー密度を反射防止膜
の最大入射レーザパワー密度にしたまま、光ファイバー
１９に入射するレーザ出力を大きくでき、レーザ多段増
幅装置７からは高出力のレーザ光を得ることができる。In this embodiment, the area of the input surface 19a of the optical fiber 19 is made larger than that of the output surface 19b, so that the input laser power density of the input surface 19a is maintained at the maximum incident laser power density of the antireflection film. The laser output incident on the laser 19 can be increased, and a high-power laser beam can be obtained from the laser multistage amplifying device 7.
【００３０】実施の形態５．図９は実施の形態２の光フ
ァイバーに反射防止膜を施す際に用いる蒸着装置の構成
図である。２０は蒸着装置、２１は光ファイバー５と蒸
着装置２０との接続部から外気が導入するのを防止する
シール部である。Embodiment 5 FIG. 9 is a configuration diagram of a vapor deposition apparatus used when applying an antireflection film to the optical fiber according to the second embodiment. Reference numeral 20 denotes a vapor deposition device, and reference numeral 21 denotes a seal portion for preventing outside air from being introduced from a connection portion between the optical fiber 5 and the vapor deposition device 20.
【００３１】光ファイバー５への反射防止膜の蒸着は真
空中で行われ、被覆する光ファイバー５の端面部の真空
度、つまりは、蒸着装置２０内部の真空度を良くするこ
とが重要である。ところが、光ファイバー５のコア１７
は有機物で構成された外皮部で囲まれており、真空下で
は、この外皮部から大気および不純ガスが放出される。
蒸着装置２０内の真空度が良くするには、光ファイバー
５の最少部分のみを蒸着装置２０に入れる必要がある。
また、１本ずつ光ファイバー５の端面に蒸着装置２０に
より反射防止膜を施した後、複数の光ファイバー５を接
着してバンドルファイバーを作る方法も考えられるが、
バンドルファイバーの組立時に反射防止膜に接着剤が付
着するおそれがある。よって、バンドルファイバーのバ
ンドル部５ａを接着剤で製作した後に、バンドル部の出
射面の最小部分及び入射面の最小部分のみを蒸着装置２
０の内部に封入し、各面に反射防止膜の蒸着する。その
後、光ファイバーの外皮の製作を行う方法を用いた。The deposition of the antireflection film on the optical fiber 5 is performed in a vacuum, and it is important to improve the degree of vacuum at the end face of the optical fiber 5 to be coated, that is, the degree of vacuum inside the vapor deposition device 20. However, the core 17 of the optical fiber 5
Is surrounded by an outer shell made of an organic substance, and the atmosphere and the impurity gas are released from the outer shell under a vacuum.
In order to improve the degree of vacuum in the vapor deposition device 20, it is necessary to put only the minimum part of the optical fiber 5 into the vapor deposition device 20.
Further, a method is also conceivable in which after applying an antireflection film to the end face of each optical fiber 5 one by one by the vapor deposition device 20, a plurality of optical fibers 5 are bonded to form a bundle fiber.
When assembling the bundle fiber, the adhesive may adhere to the antireflection film. Therefore, after fabricating the bundle portion 5a of the bundle fiber with the adhesive, only the minimum portion of the exit surface and the minimum portion of the incidence surface of the bundle portion are deposited on the vapor deposition device 2.
0, and an antireflection film is deposited on each surface. After that, a method of producing an outer sheath of an optical fiber was used.
【００３２】以上のように、この実施の形態によれば、
光ファイバーの端面の最小部分を蒸着装置２０の内部に
封入して、反射防止膜を施すため、反射防止膜に混入す
る不純物を抑制でき、再現性が良い、特性を持つ反射防
止膜が得られ、信頼性の高いレーザ装置を得ることがで
きる。また、最小部分を入れることで、蒸着装置２０内
の真空度を短時間で所定の値にすることが可能となる。As described above, according to this embodiment,
Since the minimum portion of the end face of the optical fiber is sealed in the inside of the vapor deposition device 20 and an antireflection film is applied, impurities mixed into the antireflection film can be suppressed, and an antireflection film having good reproducibility and characteristics can be obtained. A highly reliable laser device can be obtained. In addition, by including the minimum portion, the degree of vacuum in the vapor deposition device 20 can be set to a predetermined value in a short time.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、この発明のレーザ
装置によれば、励起レーザ光を発生する励起レーザ光発
生器と、この励起レーザ光発生器から出射された励起レ
ーザ光の光束の断面を分割して集光する光結合装置と、
レーザ光を発生する発振器及び前記レーザ光の通過によ
りレーザ光を光増幅する複数個の増幅器を有し、光増幅
した出力レーザ光を出力するレーザ多段増幅装置と、前
記光結合装置からの出射光を各前記増幅器に伝送する光
ファイバーとを備え、前記光ファイバーの入射面及び出
射面の少なくとも一方に反射防止膜を形成したので、励
起レーザ光発生器から発生した励起レーザ光が光結合装
置及び光ファイバーを介してレーザ多段増幅装置に伝送
される際に、光ファイバーで損失する励起レーザ光の光
量が減少し、励起レーザ光を有効に利用することがで
き、励起レーザ光発生器を小型化することができ、装置
全体を小型化することができる。As described above, according to the laser apparatus of the present invention, the excitation laser light generator for generating the excitation laser light, and the cross section of the light beam of the excitation laser light emitted from the excitation laser light generator An optical coupling device for splitting and condensing light,
A laser multi-stage amplifying device having an oscillator for generating laser light and a plurality of amplifiers for optically amplifying the laser light by passing the laser light, and a laser multi-stage amplifying device for outputting optically amplified output laser light; And an optical fiber for transmitting to each of the amplifiers, and an anti-reflection film is formed on at least one of the incident surface and the outgoing surface of the optical fiber, so that the excitation laser light generated from the excitation laser light generator passes through the optical coupling device and the optical fiber. When transmitted to the laser multi-stage amplifier via the optical fiber, the amount of pump laser light lost in the optical fiber is reduced, the pump laser light can be used effectively, and the pump laser light generator can be downsized. In addition, the size of the entire apparatus can be reduced.
【００３４】また、反射防止膜をＭｇＦ2からなる単層
膜、またはＨｆＯ2からなる層とＳｉＯ2からなる層とか
ら構成された多層膜としたので、励起レーザ光の反射率
が低下し、また耐電界性、耐熱性が良い反射防止膜が得
られる。In addition, since the antireflection film is a single layer film made of MgF 2 or a multilayer film made up of a layer made of HfO 2 and a layer made of SiO 2 , the reflectance of the excitation laser light is reduced. Further, an antireflection film having good electric field resistance and heat resistance can be obtained.
【００３５】また、反射防止膜をＭｇＦ2からなる単層
膜、またはＨｆＯ2からなる層とＳｉＯ2からなる層とか
ら構成された多層膜としたときには、光ファイバーに入
射される励起レーザ光のレーザパワー密度が最大２０ｋ
Ｗ／cm2まで使用することができる。When the antireflection film is a single-layer film made of MgF 2 or a multi-layer film made up of a layer made of HfO 2 and a layer made of SiO 2 , the laser of the excitation laser beam incident on the optical fiber is used. Power density up to 20k
W / cm 2 can be used.
【００３６】また、光ファイバーの入射面の面積を出射
面よりも大きくしたので、光ファイバーの入射面の入力
レーザパワー密度を反射防止膜の最大入射パワー密度に
したまま、光ファイバーに入射する励起レーザ光の出力
を大きくでき、レーザ多段増幅装置からは高出力のレー
ザ光を得ることができる。Further, since the area of the incident surface of the optical fiber is made larger than that of the exit surface, the input laser power density of the incident surface of the optical fiber is set to the maximum incident power density of the anti-reflection film, so that the pump laser light incident on the optical fiber is not affected. The output can be increased, and a high-output laser beam can be obtained from the laser multi-stage amplifier.
【００３７】また、光ファイバーの出射光端部をバンド
ル構造としたので、個々の光ファイバーをレーザ多段増
幅装置に固定する場合と比較して、固定作業が容易とな
り、また所定の位置に固定することができる。Further, since the outgoing light end of the optical fiber has a bundle structure, the fixing operation is easier than in the case where each optical fiber is fixed to the laser multi-stage amplifier, and it is possible to fix the optical fiber at a predetermined position. it can.
【００３８】また、出射光を各増幅器の両面にそれぞれ
入射させるようにしたので、レーザ多段増幅装置にはよ
り高エネルギーの励起レーザ光が入力される。Further, since the outgoing light is made incident on both surfaces of each amplifier, a higher energy pump laser light is input to the laser multi-stage amplifier.
【図１】 この発明の実施の形態１のレーザ装置の構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a laser device according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 図１の光分割器の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the light splitter of FIG.
【図３】 色素のレーザ多段増幅装置で最大レーザ出力
を得るために、各段の増幅器に必要な励起光強度の最適
な分配比を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an optimum distribution ratio of excitation light intensity required for each stage of an amplifier in order to obtain a maximum laser output with a dye laser multistage amplifying device.
【図４】 光ファイバーのコア直径に対する入射面と出
射面とのコーティングの有無を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the presence or absence of a coating on an entrance surface and an exit surface with respect to a core diameter of an optical fiber.
【図５】 この発明の実施の形態２のレーザ装置の光フ
ァイバーの構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of an optical fiber of a laser device according to Embodiment 2 of the present invention.
【図６】 この発明の実施の形態３のレーザ装置の構成
図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a laser device according to a third embodiment of the present invention.
【図７】 光分割器の他の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another example of the light splitter.
【図８】 この発明の実施の形態４の光ファイバーの構
成図である。FIG. 8 is a configuration diagram of an optical fiber according to a fourth embodiment of the present invention.
【図９】 実施の形態２の光ファイバーにコーティング
を施す際に用いる蒸着装置とその装置内の光ファイバー
の蒸着位置を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a vapor deposition apparatus used for applying a coating to an optical fiber according to a second embodiment, and a vapor deposition position of the optical fiber in the apparatus.
【図１０】 従来のレーザ装置の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional laser device.
１ 励起レーザ光発生器、２ 励起レーザ光、４ 光分
割器、５、１９ 光ファイバー、５ａ、１９ａ 入射
面、５ｂ、１９ｂ 出射面、６ 光結合装置、７レーザ
多段増幅装置、８ 発振器、９ 第１の増幅器、１０
第２の増幅器、１４ 出力レーザ光、３０ 第３の増幅
器、３１ 第４の増幅器。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Excitation laser light generator, 2 Excitation laser light, 4 Optical splitters, 5 and 19 Optical fiber, 5a, 19a Incident surface, 5b, 19b Emission surface, 6 Optical coupling device, 7 Laser multistage amplifying device, 8 Oscillator, 9th 1 amplifier, 10
2nd amplifier, 14 output laser light, 30 3rd amplifier, 31 4th amplifier.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 修一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 小林 一郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA04 BA06 CA11 5F072 AA03 AA06 AB01 AC02 FF09 KK05 KK26 KK30 YY03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shuichi Fujita 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsui Electric Co., Ltd. (72) Inventor Ichiro Kobayashi 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Rishi Electric Co., Ltd. F term (reference) 2H037 AA04 BA06 CA11 5F072 AA03 AA06 AB01 AC02 FF09 KK05 KK26 KK30 YY03
Claims (6)
生器と、 この励起レーザ光発生器から出射された励起レーザ光の
光束の断面を分割して集光する光結合装置と、 レーザ光を発生する発振器及び前記レーザ光の通過によ
りレーザ光を光増幅する複数個の増幅器を有し、光増幅
した出力レーザ光を出力するレーザ多段増幅装置と、 前記光結合装置からの出射光を各前記増幅器に伝送する
光ファイバーとを備え、前記光ファイバーの入射面及び
出射面の少なくとも一方に反射防止膜を形成したレーザ
装置。1. An excitation laser light generator for generating an excitation laser light, an optical coupling device for splitting and condensing a cross section of a light beam of the excitation laser light emitted from the excitation laser light generator, A laser multi-stage amplifying device that has a plurality of amplifiers that amplify the laser light by passing the generated laser light and the laser light, and that outputs an optically amplified output laser light; A laser device comprising: an optical fiber for transmitting to an amplifier; and an antireflection film formed on at least one of an incident surface and an emission surface of the optical fiber.
単層膜、またはＨｆＯ2からなる層とＳｉＯ2からなる層
とから構成された多層膜である請求項１記載のレーザ装
置。2. The laser device according to claim 1, wherein the anti-reflection film is a single-layer film made of MgF 2 or a multilayer film made of a layer made of HfO 2 and a layer made of SiO 2 .
のレーザパワー密度は最大２０ｋＷ／cm2である請求項
２記載のレーザ装置。3. The laser device according to claim 2 , wherein the laser power density of the excitation laser beam incident on the optical fiber is at most 20 kW / cm 2 .
りも大きい請求項１ないし請求項３の何れかに記載のレ
ーザ装置。4. The laser device according to claim 1, wherein the area of the entrance surface of the optical fiber is larger than the area of the exit surface.
部がバンドル構造である請求項１ないし請求項４の何れ
かに記載のレーザ装置。5. The laser device according to claim 1, wherein the optical fiber has a bundled output end portion of the optical fiber.
される請求項１ないし請求項５の何れかに記載のレーザ
装置。6. The laser device according to claim 1, wherein the emitted light is incident on both surfaces of each amplifier.
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|---|---|---|---|
| JP10176109A JP2000012933A (en) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | Laser apparatus |
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| A02 | Decision of refusal |
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