JP5124490B2 - ファイバレーザ - Google Patents
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Description
本願は、2007年2月9日に出願された特願第2007−30274号ならびに2007年8月22日に出願された特願第2007−216473号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図5は、特許文献1に記載されているファイバレーザの基本構成を示す図であり、このファイバレーザは、信号光源Is(パルス光)と励起光源Ps(CW光)の光をBSにて合波し、夫々、希土類ドープダブルクラッドファイバ1へ入射し、結果として出力パルスピークパワーが数100〜数MWの高パワーパルス増幅光が得られる構成になっている。
前記信号光源からの前記信号光を増幅して出力する希土類添加ファイバと、
を有するファイバレーザであって、前記希土類添加ファイバの出力光を外部に出力するための光伝送路の一部として配設され、入射された前記希土類添加ファイバの出力光をストークス光に変換するラマン増幅ファイバと、前記ラマン増幅ファイバの前記信号光源側となる光伝送路に設けられ、前記希土類添加ファイバの出力光を透過させ、外部より前記ラマン増幅ファイバに再度入射した戻り光である前記ラマン増幅ファイバで波長変換されたストークス光を透過させない波長選択素子と、を備え、前記戻り光から前記信号光源を保護するファイバレーザを提供する。
本発明の第1態様の前記ファイバレーザにおいて、信号光源は、Qスイッチパルス光源であってもよい。
また、本発明のファイバレーザにおいて、前記希土類添加ファイバが希土類添加ダブルクラッドファイバであることが好ましい。
図1は、本発明のファイバレーザの第1実施形態を示す図である。本実施形態のファイバレーザ20は、光増幅媒体である希土類添加ファイバ21と、該希土類添加ファイバの入射側に信号光を入射可能に接続された信号光源としての光パルス発生器22と、希土類添加ファイバ21の入射側に光合波器26を介して励起光を入射可能に接続された励起光源23と、希土類添加ファイバ21の入射側に設けられた光合波器25と光パルス発生器22との間に設けられたラマン増幅用ファイバ24と、ラマン増幅用ファイバ24の光パルス発生器22側に設けられ、ラマン増幅用ファイバ24に入射された戻り光がストークス光に波長変換されて光増幅系外に取り出す波長選択素子としての波長合分波器25とを備えて構成されている。また、図9に示す従来の装置において用いていた光アイソレータ15は使用していない。
ラマン増幅用ファイバ24には、光合波器25を介してパルス発生器22からの信号光が入射される。一方、希土類添加ファイバ21において増幅された光パワーの大きな出力光の一部は、被加工物14で反射して再び希土類添加ファイバ21に入射する。この戻り光は、希土類添加ファイバ21において増幅されて、光パワーの大きな戻り光としてラマン増幅用ファイバ24に入射する。この戻り光の光パワーは、信号光より大きい。すなわち、このラマン増幅用ファイバ24のコア径、及び長さは、光パワーが弱い信号光に対しては誘導ラマン散乱を起こすことなくそのまま伝搬させ、かつ、光パワーが大きい戻り光に対しては誘導ラマン散乱を起こすように決められる。
また、光源である光パルス発生器22としては、ファイバレーザであることが好ましく特に、Qスイッチパルス光源であることが好ましい。
また、光源は必ずしもパルス光を発する光源でなくてもよく、連続光を発する光源を使用してもよい。
本実施形態のファイバレーザ30においても、第1実施形態のファイバレーザ20と同じく、光パルス発生器22から発せられた信号光は、希土類添加ファイバ21内で増幅される。そして、増幅された高パワー信号光は、ラマン増幅用ファイバ24内を出射端に向かって伝播する際に、誘導ラマン散乱によるストークス光に変換されて出力される。この出力光は、被加工物14で反射して再びラマン増幅用ファイバ24に入射する。この戻り光は、波長変換されたストークス光であるから、ラマン増幅用ファイバ24を伝搬して波長合分波器25に入ると反射され、光増幅系外へと取り出される。
ラマン増幅用ファイバ24として、コア径4μm、クラッド径125μmのファイバを用いた。このラマン増幅用ファイバ24に、光パルス発生器22からの出射光パルス(波長1030nm、ピークパワ80W)を入射させた。一方、被加工物によって反射され、希土類添加ファイバ21内で増幅された戻り光は、ラマン増幅用ファイバ24に入射する際にピークパワーが160Wであった。ラマン増幅用ファイバ24は、光パルス発生器22からの出射光パルスでは、誘導ラマン散乱が起きず、戻り光パルスに対してのみ誘導ラマン散乱による波長シフトが起こるように長さを50mとした。このラマン増幅ファイバ24を使用することで、希土類添加ファイバ21内で増幅された高ピークパワーの戻り光は、ラマン増幅用ファイバ24を光パルス発生器22に向かって伝播する際に誘導ラマン散乱を起こす。このラマン増幅用ファイバ24に入射した戻り光と、この戻り光により発生した誘導ラマン散乱光のスペクトルを図4に示す。
図4に示す通り、入射された波長1030nmの光パワーが誘導ラマン散乱により波長1090nmにシフトして出力されている。
図1に示す通り、励起光源23は、半導体レーザの出力光をマルチモードファイバに結合させたもので、波長915nm、出力3Wの光をファイバより出力可能である。
光合波器26は、希土類添加ファイバ21として用いたYbコア添加ダブルクラッドファイバのコアとクラッドに信号光と励起光とを有効に結合するための素子で、励起光源23として用いている6台の半導体レーザからの光とラマン増幅用ファイバからの光を低損失で結合することが可能である。
この素子を通過後、パルス光パワーは1dB低下したが、励起光パワーは損失をほとんど受けずに18Wが得られた。
このファイバ出力端付近に開口数(NA)0.4の凸レンズを設置して、表面を鏡面処理したステンレス鋼材への穴加工を行った。
ステンレス鋼材表面のパルス光の集光スポット径が200μm程度では、特にレーザの動作に変化はないが、集光スポット径を100μm以下に絞る条件では、明らかに戻り光量が増加し、戻り光によると思われる波長合分波器25の温度上昇(約3℃)が観察された。しかし、光パルス発生器22の動作には全く影響が出ず、戻り光は全て波長合分波器25の内部で抑制されている。
実施例1の場合と同様に、集光スポット径を100μm以下に絞る条件では、戻り光による波長合分波器25の温度上昇(約15℃)が観測されたが、光パルス発生器22の動作や希土類添加ファイバ21の出力には影響が見られず、戻り光は波長合分波器の内部で抑制されている。
Claims (7)
- 信号光を出力する信号光源と、
前記信号光源からの前記信号光を増幅して出力する希土類添加ファイバと、
を有するファイバレーザであって、
前記希土類添加ファイバの出力光を外部に出力するための光伝送路の一部として配設され、入射された前記希土類添加ファイバの出力光をストークス光に変換するラマン増幅ファイバと、
前記ラマン増幅ファイバの前記信号光源側となる光伝送路に設けられ、前記希土類添加ファイバの出力光を透過させ、外部より前記ラマン増幅ファイバに再度入射した戻り光である前記ラマン増幅ファイバで波長変換されたストークス光を透過させない波長選択素子と、を備え、
前記戻り光から前記信号光源を保護するファイバレーザ。 - 前記信号光源がファイバレーザである請求項1に記載のファイバレーザ。
- 前記信号光源がQスイッチパルス光源である請求項1に記載のファイバレーザ。
- 信号光を出力する信号光源と、
前記信号光源からの前記信号光を増幅して出力する希土類添加ファイバと、
を有するファイバレーザであって、
前記信号光源の前記出力光を前記希土類添加ファイバの一端まで導く光伝送路の一部として配設され、前記希土類添加ファイバに外部より再度入射して出力された戻り光である増幅光をストークス光に変換するラマン増幅ファイバと、
前記ラマン増幅ファイバから前記信号光源への光伝送路に設けられ、前記増幅光を透過させ、前記ストークス光を透過させない波長選択素子と、
を備えるファイバレーザ。 - 信号光を出力する信号光源と、
前記信号光源の前記出力光を外部に出力するための光伝送路の一部として配設され、前記信号光源側から入射された信号光をストークス光に変換するラマン増幅ファイバと、
前記ラマン増幅ファイバの前記信号光源側となる光伝送路に設けられ、前記信号光を透過させ、外部より前記ラマン増幅ファイバに再度入射した戻り光である前記ラマン増幅ファイバで波長変換されたストークス光を透過させない波長選択素子と、を備え、
前記戻り光から前記信号光源を保護するファイバレーザ。 - 前記ラマン増幅ファイバは、フォトニックバンドギャップファイバであって、該フォトニックバンドギャップは、前記信号光の2次ストークス光の波長を含まない請求項1〜5のいずれか一項に記載のファイバレーザ。
- 前記希土類添加ファイバが希土類添加ダブルクラッドファイバである請求項1〜4のいずれか一項に記載のファイバレーザ。
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