パルスファイバレーザ装置
【課題】可飽和吸収体に入射する光の強度を容易に調整することができ小型化が容易なパルスファイバレーザ装置を提供する。
【解決手段】パルスファイバレーザ装置１は、ファブリペロ型の光共振器を有するものであって、励起光源１１、光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４、屈折率分布レンズ１５、光出力部１６、分散調整部１７、ミラー２１およびミラー２２を備える。可飽和吸収体１４およびミラー２１は一体とされて可飽和吸収ミラー２３を構成している。屈折率分布レンズ１５は、光ファイバ３２の端面から出力される光を収斂させて可飽和吸収ミラー２３へ出力し、可飽和吸収ミラー２３からの反射光を光ファイバ３２の端面に入力させる。
【解決手段】パルスファイバレーザ装置１は、ファブリペロ型の光共振器を有するものであって、励起光源１１、光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４、屈折率分布レンズ１５、光出力部１６、分散調整部１７、ミラー２１およびミラー２２を備える。可飽和吸収体１４およびミラー２１は一体とされて可飽和吸収ミラー２３を構成している。屈折率分布レンズ１５は、光ファイバ３２の端面から出力される光を収斂させて可飽和吸収ミラー２３へ出力し、可飽和吸収ミラー２３からの反射光を光ファイバ３２の端面に入力させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスファイバレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パルスファイバレーザ装置は、光共振器の共振光路上に増幅用光ファイバおよび可飽和吸収体を備え、励起光を供給された増幅用光ファイバから放出された光を光共振器においてモード同期発振させることができ、その発振光の一部を光共振器の外部へ出力することができる。
【０００３】
増幅用光ファイバは、レーザ媒質として用いられるものであって、ＹｂやＥｒ等の希土類元素をコアに添加された光ファイバであり、所定波長の励起光を供給されることにより、所定波長の光を放出することができる。可飽和吸収体は、入射光強度によって吸収率が異なる物質であって、入射光強度が小さいときには吸収率が大きく、入射光強度が大きいときには吸収率が小さく透過率が大きい。また、光共振器が第１ミラーと第２ミラーとの間で光を往復させるファブリペロ型のものである場合、第１ミラーおよび第２ミラーの何れかと可飽和吸収体とが一体とされて可飽和吸収ミラーとして構成される。
【０００４】
モード同期は超短パルス発生手段の一つである。モード同期とは、レーザ媒質の増幅帯域において同時に励起される複数の発振縦モードに定常的な位相関係が成立する状態である。モード同期は、受動モード同期と能動モード同期とに大別される。可飽和吸収体を用いて受動モード同期を実現するレーザ装置は、簡便かつ小型で低コストに構成可能である。このとき用いられる可飽和吸収体は、光共振器においてモード同期を始動させパルス発振を安定化する作用を有している。
【０００５】
光共振器の共振光路上に増幅用光ファイバおよび可飽和吸収体を備えてモード同期動作するパルスファイバレーザ装置は、光ファイバの端面と可飽和吸収体との間の空間にバルクレンズを配置して、光ファイバの端面から発散して出力された発振光をバルクレンズにより収斂させて可飽和吸収体に入射させる構成とすることができる。また、特許文献１に記載されたパルスファイバレーザ装置は、光軸調整の容易化を意図して、光ファイバの端面に可飽和吸収ミラーを接着した構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６００７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光ファイバの端面から発散して出力された発振光をバルクレンズにより収斂させて可飽和吸収体に入射させる構成とする場合、光ファイバの端面と可飽和吸収体との間の距離が数十ｍｍとなることから装置の小型化が困難であり、また、これらの部品の光軸調整が容易でない。
【０００８】
特許文献１に記載されているように光ファイバの端面に可飽和吸収ミラーを接着した構成とする場合、装置の小型化が容易であるが、これらの部品が相互間で固定されているので製造段階での光軸調整は可能であるものの爾後の光軸調整は不可能である。
【０００９】
ところで、光共振器の共振光路上に増幅用光ファイバおよび可飽和吸収体を備えてモード同期動作するパルスファイバレーザ装置では、可飽和吸収体に入射する光の強度はモード同期動作に影響を与える。すなわち、可飽和吸収体への入射光の強度が大き過ぎると、可飽和吸収体が焼損する場合がある。また、可飽和吸収体への入射光の強度、モード同期動作の始動性や安定性に影響を与える。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、可飽和吸収体に入射する光の強度を容易に調整することができ小型化が容易なパルスファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のパルスファイバレーザ装置は、(1) 光共振器の共振光路上に設けられた増幅用光ファイバと、(2)増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光供給部と、(3) 共振光路上に設けられた可飽和吸収体と、(4) 可飽和吸収体に対向する第１端面を有し、共振光路上の光を導光して該光を第１端面から可飽和吸収体に向けて出力する第１光ファイバと、(5) 第１光ファイバの第１端面に接着して設けられ、第１光ファイバの第１端面から出力される光を収斂させて可飽和吸収体へ出力する第１屈折率分布レンズと、(6) 励起光供給部により励起光を供給された増幅用光ファイバから放出されて光共振器において発振した発振光の一部を光共振器の外部へ出力する光出力部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明のパルスファイバレーザ装置は、可飽和吸収体と第１屈折率分布レンズとの間の距離を調整する距離調整手段を更に備えてもよいし、第１屈折率分布レンズから出力された光の可飽和吸収体上の入射位置を調整する位置調整手段を更に備えてもよいし、また、共振光路の波長分散を調整する分散調整部を更に備えてもよい。
【００１３】
本発明のパルスファイバレーザ装置は、光共振器が第１ミラーと第２ミラーとの間で光を往復させるファブリペロ型のものであってもよい。この場合、可飽和吸収体は、第１ミラーおよび第２ミラーの何れかと一体とされて可飽和吸収ミラーを構成しており、第１屈折率分布レンズは、第１光ファイバの第１端面から出力される光を収斂させて可飽和吸収ミラーへ出力するとともに、可飽和吸収ミラーからの反射光を第１光ファイバの第１端面に入力させてもよい。
【００１４】
本発明のパルスファイバレーザ装置は、光共振器が光を一方向に伝播させるリング型のものであってもよい。この場合、本発明のパルスファイバレーザ装置は、(1) 可飽和吸収体に対向する第２端面を有し、第１光ファイバの第１端面から第１屈折率分布レンズを経て出力され可飽和吸収体を透過した光を、第２端面に入力して共振光路上に導光する第２光ファイバと、(2) 第２光ファイバの第２端面に接着して設けられ、可飽和吸収体を透過した光を第２光ファイバの第２端面に入力させる第２屈折率分布レンズと、を更に備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のパルスファイバレーザ装置は、可飽和吸収体に入射する光の強度を容易に調整することができ、小型化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１の構成図である。
【図２】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５の周辺の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５の周辺の更に詳細な構成を示す図である。
【図４】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１の分散調整部１７の構成を示す図である。
【図５】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１から出力されるレーザ光のスペクトルを示す図である。
【図６】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１から出力されるレーザ光のパルス波形を示す図である。
【図７】第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２の構成図である。
【図８】第２実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの周辺の構成を示す図である。
【図９】第２実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの周辺の更に詳細な構成を示す図である。
【図１０】第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２の分散調整部１８の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
（第１実施形態）
【００１９】
図１は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１の構成図である。この図に示されるパルスファイバレーザ装置１は、ファブリペロ型の光共振器を有するものであって、励起光源１１、光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４、屈折率分布レンズ１５、光出力部１６、分散調整部１７、ミラー２１およびミラー２２を備える。
【００２０】
ミラー２１とミラー２２とは、これらの間に光を往復させるファブリペロ型の光共振器を構成している。また、可飽和吸収体１４およびミラー２１は一体とされて可飽和吸収ミラー２３を構成している。光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４、屈折率分布レンズ１５、光出力部１６および分散調整部１７それぞれは、ファブリペロ型の光共振器の共振光路上に設けられていて、可能な限りシングルモード光ファイバにより光学的に接続されている。
【００２１】
増幅用光ファイバ１３は、レーザ媒質として用いられるものであって、ＹｂやＥｒ等の希土類元素をコアに添加された光ファイバであり、所定波長の励起光を供給されることにより、所定波長の光（以下「放出光」という。）を放出することができる。励起光源１１は、増幅用光ファイバ１３に供給すべき励起光を光ファイバ３１へ出力する。励起光源１１は好適にはレーザダイオードを含む。
【００２２】
増幅用光ファイバ１３のコアに添加される希土類元素がＹｂである場合、励起光源１１から出力される励起光の波長は９７６ｎｍであり、増幅用光ファイバ１３から放出される光の波長は１０３０ｎｍである。また、増幅用光ファイバ１３のコアに添加される希土類元素がＥｒである場合、励起光源１１から出力される励起光の波長は９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍであり、増幅用光ファイバ１３から放出される光の波長は１５５０ｎｍである。
【００２３】
光結合部１２は、光ファイバ３１〜３３と接続されている。光結合部１２は、例えば光ファイバカプラを含む。光結合部１２は、励起光源１１から光ファイバ３１へ出力された励起光を入力し、その励起光を光ファイバ３３へ出力する。光結合部１２は、光ファイバ３２を経て到達した放出光を入力し、その放出光を光ファイバ３３へ出力する。また、光結合部１２は、光ファイバ３３を経て到達した放出光を入力し、その放出光を光ファイバ３２へ出力する。
【００２４】
励起光源１１および光結合部１２は、増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光供給部を構成している。増幅用光ファイバ１３は、光結合部１２から光ファイバ３３を経て励起光を供給されることで放出光を発生させることができる。
【００２５】
可飽和吸収体１４は、入射光強度によって吸収率が異なる物質であって、入射光強度が小さいときには吸収率が大きく、入射光強度が大きいときには吸収率が小さく透過率が大きい。可飽和吸収体１４は、光結合部１２から光ファイバ３２へ出力された放出光が入力される。すなわち、光ファイバ３２は、可飽和吸収体１４に対向する端面を有し、共振光路上の光を導光して該光を端面から可飽和吸収体１４に向けて出力する。
【００２６】
屈折率分布レンズ１５は、外形が円柱形状であって、径方向に屈折率分布を有する。屈折率分布レンズ１５は、光ファイバ３２の端面に接着して設けられている。屈折率分布レンズ１５は、光ファイバ３２の外径と等しい外径を有するのが好適であり、また、光ファイバ３２の端面に融着接続されているのが好適である。屈折率分布レンズ１５は、光ファイバ３２の端面から出力される光を収斂させて可飽和吸収ミラー２３へ出力する。また、屈折率分布レンズ１５は、可飽和吸収ミラー２３からの反射光を光ファイバ３２の端面に入力させる。
【００２７】
光出力部１６は、光ファイバ３４，３５，３９と接続されている。光出力部１６は、例えば光ファイバカプラを含む。光出力部１６は、増幅用光ファイバ１３から光ファイバ３４を経て到達した放出光を入力して分岐し、その分岐した放出光の一部を光ファイバ３９へ出力し、残部を光ファイバ３５へ出力する。光出力部１６における光ファイバ３９への分岐比は例えば３０％である。また、光出力部１６は、光ファイバ３５を経て到達した放出光を入力し、その放出光を光ファイバ３４へ出力する。すなわち、光出力部１６は、励起光を供給された増幅用光ファイバ１３から放出されて光共振器において発振した発振光の一部を光共振器の外部へ出力することができる。
【００２８】
分散調整部１７は、放出光の波長における共振光路の波長分散を調整するものである。分散調整部１７は、回折格子やプリズム等の分散素子を含んで構成される。分散調整部１７は、増幅用光ファイバ１３および光ファイバ３２〜３５が有する波長分散を補償して、放出光の波長における共振光路の全体の波長分散の絶対値を小さくするのが好適である。
【００２９】
図２は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５の周辺の構成を示す図である。例えば、屈折率分布レンズ１５の外径は、光ファイバ３２の外径と同じく１２５μｍである。屈折率分布レンズ１５の長さは１ｍｍである。屈折率分布レンズ１５のＮＡは０.２５〜０.３５である。屈折率分布レンズ１５から収斂されて出力された光は、屈折率分布レンズ１５からの距離０.３ｍｍ〜０.９ｍｍの位置で、０.０１ｍｍ〜０.０２ｍｍのビームウェスト径を有する。
【００３０】
図３は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５の周辺の更に詳細な構成を示す図である。ミラー２１および可飽和吸収体１４からなる可飽和吸収ミラー２３は、環境耐性を考慮して密閉筐体４１内に入れられている。光ファイバ３２の端面に設けられた屈折率分布レンズ１５は、密閉筐体４１に設けられた溝４２に挿入されて位置が固定され、光軸も適切な方位に固定されている。このように、密閉筐体４１に設けられた溝４２に屈折率分布レンズ１５が挿入されることにより、密閉筐体４１の気密保持特性が高まる。
【００３１】
ミラー２１の裏面に可動軸４３が固定されている。この可動軸４３は、軸方向に移動可能であり、また、軸周りに回動可能である。可動軸４３の回転中心軸は、ミラー２１および可飽和吸収体１４それぞれの主面に垂直である。可動軸４３の回転中心軸は、屈折率分布レンズ１５から出力される光の主光線方向に平行であるが、その主光線とは一致していない。
【００３２】
可動軸４３は、軸方向に移動することにより、可飽和吸収体１４と屈折率分布レンズ１５との間の距離を調整する距離調整手段として作用することができ、これにより、可飽和吸収体１４における集光径を調整することができる。また、可動軸４３は、軸周りに回動することにより、屈折率分布レンズ１５から出力された光の可飽和吸収体１４上の入射位置を調整し或いは変更する位置調整手段として作用することができる。
【００３３】
図４は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１の分散調整部１７の構成を示す図である。分散調整部１７は、レンズ４４および透過型回折格子４５，４６を含み、ミラー２２とともに用いられて、共振光路の波長分散を調整することができる。レンズ４４は、光ファイバ３５の端面から発散して出力された光を入力し、これをコリメートして透過型回折格子４５へ出力する。透過型回折格子４５および透過型回折格子４６は、同じ分散特性を有するものであって、互いに平行に配置されている。
【００３４】
ミラー２２は、光ファイバ３５の端面から出力されレンズ４４および透過型回折格子４５，４６を経て到達した光を入力し、この光を反射させる。ミラー２２への入力光の主光線とミラー２２からの出力光の主光線とは互いに同軸である。
【００３５】
例えば、透過型回折格子４５，４６の格子ピッチは１２５０Ｌ／ｍｍである。透過型回折格子４５と透過型回折格子４６との間の距離は３.３ｍｍ〜４.０ｍｍである。このとき、光共振器の往復で長さ４.０ｍのシングルモード光ファイバを波長１０３０ｎｍの放出光が伝播する際に被る正分散が分散調整部１７により補償され得る。
【００３６】
以上のように構成される第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、必要に応じて分散調整部１７により適切な分散補償をすることができ、各部品の光学的結合において損失を小さくすることができる。増幅用光ファイバ１３がＹｂ添加光ファイバであって、励起光源１１が所定パワー以上（例えば１００ｍＷ以上）の波長９７６ｎｍの励起光を出力することで、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、受動モード同期動作をすることができる。
【００３７】
図５は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１から出力されるレーザ光のスペクトルを示す図である。また、図６は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１から出力されるレーザ光のパルス波形を示す図である。第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、発振波長１０３０ｎｍ±５ｎｍ、パルス幅５ｐｓ以下、平均出力１０ｍＷの諸特性を得ることができる。
【００３８】
第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、光ファイバ３２の端面に接着された屈折率分布レンズ１５により光を収斂させて可飽和吸収体１４に入射させるので、バルクレンズを用いる場合と比較して小型化が容易であり、また、可飽和吸収体１４に入射する光の強度を容易に調整することができる。さらに、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、可飽和吸収体１４に入射する光の強度を調整することにより、モード同期動作の始動性や安定性を最適化することができる。
【００３９】
可飽和吸収ミラー２３の反射率の変調深さは、モード同期の安定動作が可能な分散領域や始動特性を規定し、また、モード同期動作とＱスイッチ動作との競合状態に影響を与える。すなわち、可飽和吸収ミラー２３の反射率の変調深さが大きいほど、モード同期の安定動作が可能な分散領域は広くなるとともに、始動特性は良好になるが、その一方で、Ｑスイッチ動作との競合の問題が大きくなる。
【００４０】
第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、可動軸４３の軸方向の移動により可飽和吸収体１４と屈折率分布レンズ１５との間の距離を調整することで、広い分散領域で安定なモード同期動作可能な範囲内において可飽和吸収体１４における集光径が最大になるようにすることができるので、可飽和吸収体１４の損傷リスク低減や長寿命化を図ることができ、また、Ｑスイッチ動作を抑制することができる。
【００４１】
また、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、可動軸４３の軸周りの回動により、屈折率分布レンズ１５から出力された光の可飽和吸収体１４上の入射位置を調整し或いは変更することができるので、この点でも、可飽和吸収体１４の損傷リスク低減や長寿命化を図ることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
【００４３】
図７は、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２の構成図である。この図に示されるパルスファイバレーザ装置２は、リング型の光共振器を有するものであって、励起光源１１、光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４、屈折率分布レンズ１５Ａ、屈折率分布レンズ１５Ｂ、光出力部１６、分散調整部１８および光アイソレータ２４を備える。
【００４４】
励起光源１１、光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４および光出力部１６それぞれは、第１実施形態における同符号の構成部品と同様のものであるが、他の部品との接続関係が異なる場合がある。光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４、屈折率分布レンズ１５Ａ、屈折率分布レンズ１５Ｂ、光出力部１６、分散調整部１８および光アイソレータ２４それぞれは、リング型の光共振器の共振光路上に設けられていて、可能な限りシングルモード光ファイバにより光学的に接続されている。
【００４５】
光結合部１２は、光ファイバ３１，３２，３７と接続されている。光結合部１２は、例えば光ファイバカプラを含む。光結合部１２は、励起光源１１から光ファイバ３１へ出力された励起光を入力し、その励起光を光ファイバ３２へ出力する。また、光結合部１２は、光ファイバ３７を経て到達した放出光を入力し、その放出光を光ファイバ３２へ出力する。増幅用光ファイバ１３は、光結合部１２から光ファイバ３２を経て励起光を供給されることで放出光を発生させることができる。
【００４６】
分散調整部１８は、放出光の波長における共振光路の波長分散を調整するものである。分散調整部１８は、回折格子やプリズム等の分散素子を含んで構成される。分散調整部１８は、増幅用光ファイバ１３から光ファイバ３３を経て到達した放出光を入力して、分散調整した後の放出光を光ファイバ３４へ出力する。分散調整部１８は、増幅用光ファイバ１３および光ファイバ３２〜３７が有する波長分散を補償して、放出光の波長における共振光路の全体の波長分散の絶対値を小さくするのが好適である。
【００４７】
屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂそれぞれは、外形が円柱形状であって、径方向に屈折率分布を有する。屈折率分布レンズ１５Ａは、光ファイバ３４の端面に接着して設けられており、光ファイバ３４の外径と等しい外径を有するのが好適であり、また、光ファイバ３４の端面に融着接続されているのが好適である。屈折率分布レンズ１５Ｂは、光ファイバ３５の端面に接着して設けられており、光ファイバ３５の外径と等しい外径を有するのが好適であり、また、光ファイバ３５の端面に融着接続されているのが好適である。
【００４８】
光ファイバ３４および光ファイバ３５ぞれぞれの端面は、可飽和吸収体１４を挟んで対向して配置されている。屈折率分布レンズ１５Ａおよび屈折率分布レンズ１５Ｂそれぞれの光軸は同軸である。屈折率分布レンズ１５Ａは、分散調整部１８から出力され光ファイバ３４を導波して端面に達した光を収斂させて可飽和吸収体１４へ出力する。屈折率分布レンズ１５Ｂは、屈折率分布レンズ１５Ａから出力されて可飽和吸収体１４を透過した光を光ファイバ３５の端面に入力させる。
【００４９】
光出力部１６は、光ファイバ３５，３６，３９と接続されている。光出力部１６は、例えば光ファイバカプラを含む。光出力部１６は、可飽和吸収体１４から光ファイバ３５を経て到達した放出光を入力して分岐し、その分岐した放出光の一部を光ファイバ３９へ出力し、残部を光ファイバ３６へ出力する。光出力部１６における光ファイバ３９への分岐比は例えば３０％である。すなわち、光出力部１６は、励起光を供給された増幅用光ファイバ１３から放出されて光共振器において発振した発振光の一部を光共振器の外部へ出力することができる。
【００５０】
光アイソレータ２４は、光出力部１６から光ファイバ３６を経て到達した光を光ファイバ３７へ伝播させるが、光ファイバ３７から光ファイバ３６への方向には光を伝播させない。
【００５１】
図８は、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの周辺の構成を示す図である。例えば、屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの外径は、光ファイバ３４，３５の外径と同じく１２５μｍである。屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの長さは１ｍｍである。屈折率分布レンズ１５Ａ，１５ＢのＮＡは０.２５〜０.３５である。屈折率分布レンズ１５Ａから収斂されて出力された光は、屈折率分布レンズ１５からの距離０.３ｍｍ〜０.９ｍｍの位置で、０.０１ｍｍ〜０.０２ｍｍのビームウェスト径を有する。
【００５２】
図９は、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの周辺の更に詳細な構成を示す図である。可飽和吸収体１４は、環境耐性を考慮して密閉筐体５１内に入れられている。光ファイバ３４の端面に設けられた屈折率分布レンズ１５Ａは、密閉筐体５１に設けられた溝５２Ａに挿入されて位置が固定され、光軸も適切な方位に固定されている。また、光ファイバ３５の端面に設けられた屈折率分布レンズ１５Ｂは、密閉筐体５１に設けられた溝５２Ｂに挿入されて位置が固定され、光軸も適切な方位に固定されている。このように、密閉筐体５１に設けられた溝５２Ａ，５２Ｂに屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂが挿入されることにより、密閉筐体５１の気密保持特性が高まる。
【００５３】
可飽和吸収体１４の側面に可動マウント５３が固定されている。この可動マウント５３は、軸方向に移動可能であり、また、軸周りに回動可能である。可動マウント５３の回転中心軸は、可飽和吸収体１４の主面に垂直である。可動マウント５３の回転中心軸は、屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの光軸に平行であるが、その光軸とは一致していない。
【００５４】
可動マウント５３は、軸方向に移動することにより、可飽和吸収体１４と屈折率分布レンズ１５Ａとの間の距離を調整する距離調整手段として作用することができ、これにより、可飽和吸収体１４における集光径を調整することができる。また、可動マウント５３は、軸周りに回動することにより、屈折率分布レンズ１５Ａから出力された光の可飽和吸収体１４上の入射位置を調整し或いは変更する位置調整手段として作用することができる。
【００５５】
図１０は、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２の分散調整部１８の構成を示す図である。分散調整部１８は、屈折率分布レンズ５４，５５、透過型回折格子５６，５７および反射プリズム５８を含み、共振光路の波長分散を調整することができる。
【００５６】
屈折率分布レンズ５４は、光ファイバ３３の端面に接着されており、光ファイバ３３の端面から出力された光をコリメートして透過型回折格子５６へ出力する。透過型回折格子５６および透過型回折格子５７は、同じ分散特性を有するものであって、互いに平行に配置されている。反射プリズム５８は、光ファイバ３３の端面から出力され屈折率分布レンズ５４および透過型回折格子５６，５７を経て到達した光を入力し、この光を反射させる。反射プリズム５８への入力光の主光線と反射プリズム５８からの出力光の主光線とは、互いに平行であるが、一致していない。
【００５７】
屈折率分布レンズ５５は、光ファイバ３４の端面に接着されており、反射プリズム５８で反射され透過型回折格子５７，５６および屈折率分布レンズ５４を経て到達した光を入力し、この光を光ファイバ３４の端面に入力させる。
【００５８】
第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２は、光ファイバ３４の端面に接着された屈折率分布レンズ１５Ａにより光を収斂させて可飽和吸収体１４に入射させるので、バルクレンズを用いる場合と比較して小型化が容易であり、また、可飽和吸収体１４に入射する光の強度を容易に調整することができる。さらに、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２は、可飽和吸収体１４に入射する光の強度を調整することにより、モード同期動作の始動性や安定性を最適化することができる。
【００５９】
可飽和吸収体１４の透過率の変調深さは、モード同期の安定動作が可能な分散領域や始動特性を規定し、また、モード同期動作とＱスイッチ動作との競合状態に影響を与える。すなわち、可飽和吸収体１４の透過率の変調深さが大きいほど、モード同期の安定動作が可能な分散領域は広くなるとともに、始動特性は良好になるが、その一方で、Ｑスイッチ動作との競合の問題が大きくなる。
【００６０】
第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２は、可動マウント５３の軸方向の移動により可飽和吸収体１４と屈折率分布レンズ１５Ａとの間の距離を調整することで、広い分散領域で安定なモード同期動作可能な範囲内において可飽和吸収体１４における集光径が最大になるようにすることができるので、可飽和吸収体１４の損傷リスク低減や長寿命化を図ることができ、また、Ｑスイッチ動作を抑制することができる。
【００６１】
また、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２は、可動マウント５３の軸周りの回動により、屈折率分布レンズ１５Ａから出力された光の可飽和吸収体１４上の入射位置を調整し或いは変更することができるので、この点でも、可飽和吸収体１４の損傷リスク低減や長寿命化を図ることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１，２…パルスファイバレーザ装置、１１…励起光源、１２…光結合部、１３…増幅用光ファイバ、１４…可飽和吸収体、１５，１５Ａ，１５Ｂ…屈折率分布レンズ、１６…光出力部、１７，１８…分散調整部、２１，２２…ミラー、２３…可飽和吸収ミラー、２４…光アイソレータ、３１〜３９…光ファイバ、４１…密閉筐体、４２…溝、４３…可動軸、４４…レンズ、４５，４６…透過型回折格子、５１…密閉筐体、５２Ａ，５２Ｂ…溝、５３…可動マウント、５４，５５…屈折率分布レンズ、５６，５７…透過型回折格子、５８…反射プリズム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスファイバレーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パルスファイバレーザ装置は、光共振器の共振光路上に増幅用光ファイバおよび可飽和吸収体を備え、励起光を供給された増幅用光ファイバから放出された光を光共振器においてモード同期発振させることができ、その発振光の一部を光共振器の外部へ出力することができる。
【０００３】
増幅用光ファイバは、レーザ媒質として用いられるものであって、ＹｂやＥｒ等の希土類元素をコアに添加された光ファイバであり、所定波長の励起光を供給されることにより、所定波長の光を放出することができる。可飽和吸収体は、入射光強度によって吸収率が異なる物質であって、入射光強度が小さいときには吸収率が大きく、入射光強度が大きいときには吸収率が小さく透過率が大きい。また、光共振器が第１ミラーと第２ミラーとの間で光を往復させるファブリペロ型のものである場合、第１ミラーおよび第２ミラーの何れかと可飽和吸収体とが一体とされて可飽和吸収ミラーとして構成される。
【０００４】
モード同期は超短パルス発生手段の一つである。モード同期とは、レーザ媒質の増幅帯域において同時に励起される複数の発振縦モードに定常的な位相関係が成立する状態である。モード同期は、受動モード同期と能動モード同期とに大別される。可飽和吸収体を用いて受動モード同期を実現するレーザ装置は、簡便かつ小型で低コストに構成可能である。このとき用いられる可飽和吸収体は、光共振器においてモード同期を始動させパルス発振を安定化する作用を有している。
【０００５】
光共振器の共振光路上に増幅用光ファイバおよび可飽和吸収体を備えてモード同期動作するパルスファイバレーザ装置は、光ファイバの端面と可飽和吸収体との間の空間にバルクレンズを配置して、光ファイバの端面から発散して出力された発振光をバルクレンズにより収斂させて可飽和吸収体に入射させる構成とすることができる。また、特許文献１に記載されたパルスファイバレーザ装置は、光軸調整の容易化を意図して、光ファイバの端面に可飽和吸収ミラーを接着した構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６００７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光ファイバの端面から発散して出力された発振光をバルクレンズにより収斂させて可飽和吸収体に入射させる構成とする場合、光ファイバの端面と可飽和吸収体との間の距離が数十ｍｍとなることから装置の小型化が困難であり、また、これらの部品の光軸調整が容易でない。
【０００８】
特許文献１に記載されているように光ファイバの端面に可飽和吸収ミラーを接着した構成とする場合、装置の小型化が容易であるが、これらの部品が相互間で固定されているので製造段階での光軸調整は可能であるものの爾後の光軸調整は不可能である。
【０００９】
ところで、光共振器の共振光路上に増幅用光ファイバおよび可飽和吸収体を備えてモード同期動作するパルスファイバレーザ装置では、可飽和吸収体に入射する光の強度はモード同期動作に影響を与える。すなわち、可飽和吸収体への入射光の強度が大き過ぎると、可飽和吸収体が焼損する場合がある。また、可飽和吸収体への入射光の強度、モード同期動作の始動性や安定性に影響を与える。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、可飽和吸収体に入射する光の強度を容易に調整することができ小型化が容易なパルスファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のパルスファイバレーザ装置は、(1) 光共振器の共振光路上に設けられた増幅用光ファイバと、(2)増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光供給部と、(3) 共振光路上に設けられた可飽和吸収体と、(4) 可飽和吸収体に対向する第１端面を有し、共振光路上の光を導光して該光を第１端面から可飽和吸収体に向けて出力する第１光ファイバと、(5) 第１光ファイバの第１端面に接着して設けられ、第１光ファイバの第１端面から出力される光を収斂させて可飽和吸収体へ出力する第１屈折率分布レンズと、(6) 励起光供給部により励起光を供給された増幅用光ファイバから放出されて光共振器において発振した発振光の一部を光共振器の外部へ出力する光出力部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明のパルスファイバレーザ装置は、可飽和吸収体と第１屈折率分布レンズとの間の距離を調整する距離調整手段を更に備えてもよいし、第１屈折率分布レンズから出力された光の可飽和吸収体上の入射位置を調整する位置調整手段を更に備えてもよいし、また、共振光路の波長分散を調整する分散調整部を更に備えてもよい。
【００１３】
本発明のパルスファイバレーザ装置は、光共振器が第１ミラーと第２ミラーとの間で光を往復させるファブリペロ型のものであってもよい。この場合、可飽和吸収体は、第１ミラーおよび第２ミラーの何れかと一体とされて可飽和吸収ミラーを構成しており、第１屈折率分布レンズは、第１光ファイバの第１端面から出力される光を収斂させて可飽和吸収ミラーへ出力するとともに、可飽和吸収ミラーからの反射光を第１光ファイバの第１端面に入力させてもよい。
【００１４】
本発明のパルスファイバレーザ装置は、光共振器が光を一方向に伝播させるリング型のものであってもよい。この場合、本発明のパルスファイバレーザ装置は、(1) 可飽和吸収体に対向する第２端面を有し、第１光ファイバの第１端面から第１屈折率分布レンズを経て出力され可飽和吸収体を透過した光を、第２端面に入力して共振光路上に導光する第２光ファイバと、(2) 第２光ファイバの第２端面に接着して設けられ、可飽和吸収体を透過した光を第２光ファイバの第２端面に入力させる第２屈折率分布レンズと、を更に備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のパルスファイバレーザ装置は、可飽和吸収体に入射する光の強度を容易に調整することができ、小型化が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１の構成図である。
【図２】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５の周辺の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５の周辺の更に詳細な構成を示す図である。
【図４】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１の分散調整部１７の構成を示す図である。
【図５】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１から出力されるレーザ光のスペクトルを示す図である。
【図６】第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１から出力されるレーザ光のパルス波形を示す図である。
【図７】第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２の構成図である。
【図８】第２実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの周辺の構成を示す図である。
【図９】第２実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの周辺の更に詳細な構成を示す図である。
【図１０】第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２の分散調整部１８の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
（第１実施形態）
【００１９】
図１は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１の構成図である。この図に示されるパルスファイバレーザ装置１は、ファブリペロ型の光共振器を有するものであって、励起光源１１、光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４、屈折率分布レンズ１５、光出力部１６、分散調整部１７、ミラー２１およびミラー２２を備える。
【００２０】
ミラー２１とミラー２２とは、これらの間に光を往復させるファブリペロ型の光共振器を構成している。また、可飽和吸収体１４およびミラー２１は一体とされて可飽和吸収ミラー２３を構成している。光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４、屈折率分布レンズ１５、光出力部１６および分散調整部１７それぞれは、ファブリペロ型の光共振器の共振光路上に設けられていて、可能な限りシングルモード光ファイバにより光学的に接続されている。
【００２１】
増幅用光ファイバ１３は、レーザ媒質として用いられるものであって、ＹｂやＥｒ等の希土類元素をコアに添加された光ファイバであり、所定波長の励起光を供給されることにより、所定波長の光（以下「放出光」という。）を放出することができる。励起光源１１は、増幅用光ファイバ１３に供給すべき励起光を光ファイバ３１へ出力する。励起光源１１は好適にはレーザダイオードを含む。
【００２２】
増幅用光ファイバ１３のコアに添加される希土類元素がＹｂである場合、励起光源１１から出力される励起光の波長は９７６ｎｍであり、増幅用光ファイバ１３から放出される光の波長は１０３０ｎｍである。また、増幅用光ファイバ１３のコアに添加される希土類元素がＥｒである場合、励起光源１１から出力される励起光の波長は９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍであり、増幅用光ファイバ１３から放出される光の波長は１５５０ｎｍである。
【００２３】
光結合部１２は、光ファイバ３１〜３３と接続されている。光結合部１２は、例えば光ファイバカプラを含む。光結合部１２は、励起光源１１から光ファイバ３１へ出力された励起光を入力し、その励起光を光ファイバ３３へ出力する。光結合部１２は、光ファイバ３２を経て到達した放出光を入力し、その放出光を光ファイバ３３へ出力する。また、光結合部１２は、光ファイバ３３を経て到達した放出光を入力し、その放出光を光ファイバ３２へ出力する。
【００２４】
励起光源１１および光結合部１２は、増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光供給部を構成している。増幅用光ファイバ１３は、光結合部１２から光ファイバ３３を経て励起光を供給されることで放出光を発生させることができる。
【００２５】
可飽和吸収体１４は、入射光強度によって吸収率が異なる物質であって、入射光強度が小さいときには吸収率が大きく、入射光強度が大きいときには吸収率が小さく透過率が大きい。可飽和吸収体１４は、光結合部１２から光ファイバ３２へ出力された放出光が入力される。すなわち、光ファイバ３２は、可飽和吸収体１４に対向する端面を有し、共振光路上の光を導光して該光を端面から可飽和吸収体１４に向けて出力する。
【００２６】
屈折率分布レンズ１５は、外形が円柱形状であって、径方向に屈折率分布を有する。屈折率分布レンズ１５は、光ファイバ３２の端面に接着して設けられている。屈折率分布レンズ１５は、光ファイバ３２の外径と等しい外径を有するのが好適であり、また、光ファイバ３２の端面に融着接続されているのが好適である。屈折率分布レンズ１５は、光ファイバ３２の端面から出力される光を収斂させて可飽和吸収ミラー２３へ出力する。また、屈折率分布レンズ１５は、可飽和吸収ミラー２３からの反射光を光ファイバ３２の端面に入力させる。
【００２７】
光出力部１６は、光ファイバ３４，３５，３９と接続されている。光出力部１６は、例えば光ファイバカプラを含む。光出力部１６は、増幅用光ファイバ１３から光ファイバ３４を経て到達した放出光を入力して分岐し、その分岐した放出光の一部を光ファイバ３９へ出力し、残部を光ファイバ３５へ出力する。光出力部１６における光ファイバ３９への分岐比は例えば３０％である。また、光出力部１６は、光ファイバ３５を経て到達した放出光を入力し、その放出光を光ファイバ３４へ出力する。すなわち、光出力部１６は、励起光を供給された増幅用光ファイバ１３から放出されて光共振器において発振した発振光の一部を光共振器の外部へ出力することができる。
【００２８】
分散調整部１７は、放出光の波長における共振光路の波長分散を調整するものである。分散調整部１７は、回折格子やプリズム等の分散素子を含んで構成される。分散調整部１７は、増幅用光ファイバ１３および光ファイバ３２〜３５が有する波長分散を補償して、放出光の波長における共振光路の全体の波長分散の絶対値を小さくするのが好適である。
【００２９】
図２は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５の周辺の構成を示す図である。例えば、屈折率分布レンズ１５の外径は、光ファイバ３２の外径と同じく１２５μｍである。屈折率分布レンズ１５の長さは１ｍｍである。屈折率分布レンズ１５のＮＡは０.２５〜０.３５である。屈折率分布レンズ１５から収斂されて出力された光は、屈折率分布レンズ１５からの距離０.３ｍｍ〜０.９ｍｍの位置で、０.０１ｍｍ〜０.０２ｍｍのビームウェスト径を有する。
【００３０】
図３は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５の周辺の更に詳細な構成を示す図である。ミラー２１および可飽和吸収体１４からなる可飽和吸収ミラー２３は、環境耐性を考慮して密閉筐体４１内に入れられている。光ファイバ３２の端面に設けられた屈折率分布レンズ１５は、密閉筐体４１に設けられた溝４２に挿入されて位置が固定され、光軸も適切な方位に固定されている。このように、密閉筐体４１に設けられた溝４２に屈折率分布レンズ１５が挿入されることにより、密閉筐体４１の気密保持特性が高まる。
【００３１】
ミラー２１の裏面に可動軸４３が固定されている。この可動軸４３は、軸方向に移動可能であり、また、軸周りに回動可能である。可動軸４３の回転中心軸は、ミラー２１および可飽和吸収体１４それぞれの主面に垂直である。可動軸４３の回転中心軸は、屈折率分布レンズ１５から出力される光の主光線方向に平行であるが、その主光線とは一致していない。
【００３２】
可動軸４３は、軸方向に移動することにより、可飽和吸収体１４と屈折率分布レンズ１５との間の距離を調整する距離調整手段として作用することができ、これにより、可飽和吸収体１４における集光径を調整することができる。また、可動軸４３は、軸周りに回動することにより、屈折率分布レンズ１５から出力された光の可飽和吸収体１４上の入射位置を調整し或いは変更する位置調整手段として作用することができる。
【００３３】
図４は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１の分散調整部１７の構成を示す図である。分散調整部１７は、レンズ４４および透過型回折格子４５，４６を含み、ミラー２２とともに用いられて、共振光路の波長分散を調整することができる。レンズ４４は、光ファイバ３５の端面から発散して出力された光を入力し、これをコリメートして透過型回折格子４５へ出力する。透過型回折格子４５および透過型回折格子４６は、同じ分散特性を有するものであって、互いに平行に配置されている。
【００３４】
ミラー２２は、光ファイバ３５の端面から出力されレンズ４４および透過型回折格子４５，４６を経て到達した光を入力し、この光を反射させる。ミラー２２への入力光の主光線とミラー２２からの出力光の主光線とは互いに同軸である。
【００３５】
例えば、透過型回折格子４５，４６の格子ピッチは１２５０Ｌ／ｍｍである。透過型回折格子４５と透過型回折格子４６との間の距離は３.３ｍｍ〜４.０ｍｍである。このとき、光共振器の往復で長さ４.０ｍのシングルモード光ファイバを波長１０３０ｎｍの放出光が伝播する際に被る正分散が分散調整部１７により補償され得る。
【００３６】
以上のように構成される第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、必要に応じて分散調整部１７により適切な分散補償をすることができ、各部品の光学的結合において損失を小さくすることができる。増幅用光ファイバ１３がＹｂ添加光ファイバであって、励起光源１１が所定パワー以上（例えば１００ｍＷ以上）の波長９７６ｎｍの励起光を出力することで、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、受動モード同期動作をすることができる。
【００３７】
図５は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１から出力されるレーザ光のスペクトルを示す図である。また、図６は、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１から出力されるレーザ光のパルス波形を示す図である。第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、発振波長１０３０ｎｍ±５ｎｍ、パルス幅５ｐｓ以下、平均出力１０ｍＷの諸特性を得ることができる。
【００３８】
第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、光ファイバ３２の端面に接着された屈折率分布レンズ１５により光を収斂させて可飽和吸収体１４に入射させるので、バルクレンズを用いる場合と比較して小型化が容易であり、また、可飽和吸収体１４に入射する光の強度を容易に調整することができる。さらに、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、可飽和吸収体１４に入射する光の強度を調整することにより、モード同期動作の始動性や安定性を最適化することができる。
【００３９】
可飽和吸収ミラー２３の反射率の変調深さは、モード同期の安定動作が可能な分散領域や始動特性を規定し、また、モード同期動作とＱスイッチ動作との競合状態に影響を与える。すなわち、可飽和吸収ミラー２３の反射率の変調深さが大きいほど、モード同期の安定動作が可能な分散領域は広くなるとともに、始動特性は良好になるが、その一方で、Ｑスイッチ動作との競合の問題が大きくなる。
【００４０】
第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、可動軸４３の軸方向の移動により可飽和吸収体１４と屈折率分布レンズ１５との間の距離を調整することで、広い分散領域で安定なモード同期動作可能な範囲内において可飽和吸収体１４における集光径が最大になるようにすることができるので、可飽和吸収体１４の損傷リスク低減や長寿命化を図ることができ、また、Ｑスイッチ動作を抑制することができる。
【００４１】
また、第１実施形態のパルスファイバレーザ装置１は、可動軸４３の軸周りの回動により、屈折率分布レンズ１５から出力された光の可飽和吸収体１４上の入射位置を調整し或いは変更することができるので、この点でも、可飽和吸収体１４の損傷リスク低減や長寿命化を図ることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
【００４３】
図７は、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２の構成図である。この図に示されるパルスファイバレーザ装置２は、リング型の光共振器を有するものであって、励起光源１１、光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４、屈折率分布レンズ１５Ａ、屈折率分布レンズ１５Ｂ、光出力部１６、分散調整部１８および光アイソレータ２４を備える。
【００４４】
励起光源１１、光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４および光出力部１６それぞれは、第１実施形態における同符号の構成部品と同様のものであるが、他の部品との接続関係が異なる場合がある。光結合部１２、増幅用光ファイバ１３、可飽和吸収体１４、屈折率分布レンズ１５Ａ、屈折率分布レンズ１５Ｂ、光出力部１６、分散調整部１８および光アイソレータ２４それぞれは、リング型の光共振器の共振光路上に設けられていて、可能な限りシングルモード光ファイバにより光学的に接続されている。
【００４５】
光結合部１２は、光ファイバ３１，３２，３７と接続されている。光結合部１２は、例えば光ファイバカプラを含む。光結合部１２は、励起光源１１から光ファイバ３１へ出力された励起光を入力し、その励起光を光ファイバ３２へ出力する。また、光結合部１２は、光ファイバ３７を経て到達した放出光を入力し、その放出光を光ファイバ３２へ出力する。増幅用光ファイバ１３は、光結合部１２から光ファイバ３２を経て励起光を供給されることで放出光を発生させることができる。
【００４６】
分散調整部１８は、放出光の波長における共振光路の波長分散を調整するものである。分散調整部１８は、回折格子やプリズム等の分散素子を含んで構成される。分散調整部１８は、増幅用光ファイバ１３から光ファイバ３３を経て到達した放出光を入力して、分散調整した後の放出光を光ファイバ３４へ出力する。分散調整部１８は、増幅用光ファイバ１３および光ファイバ３２〜３７が有する波長分散を補償して、放出光の波長における共振光路の全体の波長分散の絶対値を小さくするのが好適である。
【００４７】
屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂそれぞれは、外形が円柱形状であって、径方向に屈折率分布を有する。屈折率分布レンズ１５Ａは、光ファイバ３４の端面に接着して設けられており、光ファイバ３４の外径と等しい外径を有するのが好適であり、また、光ファイバ３４の端面に融着接続されているのが好適である。屈折率分布レンズ１５Ｂは、光ファイバ３５の端面に接着して設けられており、光ファイバ３５の外径と等しい外径を有するのが好適であり、また、光ファイバ３５の端面に融着接続されているのが好適である。
【００４８】
光ファイバ３４および光ファイバ３５ぞれぞれの端面は、可飽和吸収体１４を挟んで対向して配置されている。屈折率分布レンズ１５Ａおよび屈折率分布レンズ１５Ｂそれぞれの光軸は同軸である。屈折率分布レンズ１５Ａは、分散調整部１８から出力され光ファイバ３４を導波して端面に達した光を収斂させて可飽和吸収体１４へ出力する。屈折率分布レンズ１５Ｂは、屈折率分布レンズ１５Ａから出力されて可飽和吸収体１４を透過した光を光ファイバ３５の端面に入力させる。
【００４９】
光出力部１６は、光ファイバ３５，３６，３９と接続されている。光出力部１６は、例えば光ファイバカプラを含む。光出力部１６は、可飽和吸収体１４から光ファイバ３５を経て到達した放出光を入力して分岐し、その分岐した放出光の一部を光ファイバ３９へ出力し、残部を光ファイバ３６へ出力する。光出力部１６における光ファイバ３９への分岐比は例えば３０％である。すなわち、光出力部１６は、励起光を供給された増幅用光ファイバ１３から放出されて光共振器において発振した発振光の一部を光共振器の外部へ出力することができる。
【００５０】
光アイソレータ２４は、光出力部１６から光ファイバ３６を経て到達した光を光ファイバ３７へ伝播させるが、光ファイバ３７から光ファイバ３６への方向には光を伝播させない。
【００５１】
図８は、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの周辺の構成を示す図である。例えば、屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの外径は、光ファイバ３４，３５の外径と同じく１２５μｍである。屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの長さは１ｍｍである。屈折率分布レンズ１５Ａ，１５ＢのＮＡは０.２５〜０.３５である。屈折率分布レンズ１５Ａから収斂されて出力された光は、屈折率分布レンズ１５からの距離０.３ｍｍ〜０.９ｍｍの位置で、０.０１ｍｍ〜０.０２ｍｍのビームウェスト径を有する。
【００５２】
図９は、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置１における可飽和吸収体１４および屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの周辺の更に詳細な構成を示す図である。可飽和吸収体１４は、環境耐性を考慮して密閉筐体５１内に入れられている。光ファイバ３４の端面に設けられた屈折率分布レンズ１５Ａは、密閉筐体５１に設けられた溝５２Ａに挿入されて位置が固定され、光軸も適切な方位に固定されている。また、光ファイバ３５の端面に設けられた屈折率分布レンズ１５Ｂは、密閉筐体５１に設けられた溝５２Ｂに挿入されて位置が固定され、光軸も適切な方位に固定されている。このように、密閉筐体５１に設けられた溝５２Ａ，５２Ｂに屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂが挿入されることにより、密閉筐体５１の気密保持特性が高まる。
【００５３】
可飽和吸収体１４の側面に可動マウント５３が固定されている。この可動マウント５３は、軸方向に移動可能であり、また、軸周りに回動可能である。可動マウント５３の回転中心軸は、可飽和吸収体１４の主面に垂直である。可動マウント５３の回転中心軸は、屈折率分布レンズ１５Ａ，１５Ｂの光軸に平行であるが、その光軸とは一致していない。
【００５４】
可動マウント５３は、軸方向に移動することにより、可飽和吸収体１４と屈折率分布レンズ１５Ａとの間の距離を調整する距離調整手段として作用することができ、これにより、可飽和吸収体１４における集光径を調整することができる。また、可動マウント５３は、軸周りに回動することにより、屈折率分布レンズ１５Ａから出力された光の可飽和吸収体１４上の入射位置を調整し或いは変更する位置調整手段として作用することができる。
【００５５】
図１０は、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２の分散調整部１８の構成を示す図である。分散調整部１８は、屈折率分布レンズ５４，５５、透過型回折格子５６，５７および反射プリズム５８を含み、共振光路の波長分散を調整することができる。
【００５６】
屈折率分布レンズ５４は、光ファイバ３３の端面に接着されており、光ファイバ３３の端面から出力された光をコリメートして透過型回折格子５６へ出力する。透過型回折格子５６および透過型回折格子５７は、同じ分散特性を有するものであって、互いに平行に配置されている。反射プリズム５８は、光ファイバ３３の端面から出力され屈折率分布レンズ５４および透過型回折格子５６，５７を経て到達した光を入力し、この光を反射させる。反射プリズム５８への入力光の主光線と反射プリズム５８からの出力光の主光線とは、互いに平行であるが、一致していない。
【００５７】
屈折率分布レンズ５５は、光ファイバ３４の端面に接着されており、反射プリズム５８で反射され透過型回折格子５７，５６および屈折率分布レンズ５４を経て到達した光を入力し、この光を光ファイバ３４の端面に入力させる。
【００５８】
第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２は、光ファイバ３４の端面に接着された屈折率分布レンズ１５Ａにより光を収斂させて可飽和吸収体１４に入射させるので、バルクレンズを用いる場合と比較して小型化が容易であり、また、可飽和吸収体１４に入射する光の強度を容易に調整することができる。さらに、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２は、可飽和吸収体１４に入射する光の強度を調整することにより、モード同期動作の始動性や安定性を最適化することができる。
【００５９】
可飽和吸収体１４の透過率の変調深さは、モード同期の安定動作が可能な分散領域や始動特性を規定し、また、モード同期動作とＱスイッチ動作との競合状態に影響を与える。すなわち、可飽和吸収体１４の透過率の変調深さが大きいほど、モード同期の安定動作が可能な分散領域は広くなるとともに、始動特性は良好になるが、その一方で、Ｑスイッチ動作との競合の問題が大きくなる。
【００６０】
第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２は、可動マウント５３の軸方向の移動により可飽和吸収体１４と屈折率分布レンズ１５Ａとの間の距離を調整することで、広い分散領域で安定なモード同期動作可能な範囲内において可飽和吸収体１４における集光径が最大になるようにすることができるので、可飽和吸収体１４の損傷リスク低減や長寿命化を図ることができ、また、Ｑスイッチ動作を抑制することができる。
【００６１】
また、第２実施形態のパルスファイバレーザ装置２は、可動マウント５３の軸周りの回動により、屈折率分布レンズ１５Ａから出力された光の可飽和吸収体１４上の入射位置を調整し或いは変更することができるので、この点でも、可飽和吸収体１４の損傷リスク低減や長寿命化を図ることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１，２…パルスファイバレーザ装置、１１…励起光源、１２…光結合部、１３…増幅用光ファイバ、１４…可飽和吸収体、１５，１５Ａ，１５Ｂ…屈折率分布レンズ、１６…光出力部、１７，１８…分散調整部、２１，２２…ミラー、２３…可飽和吸収ミラー、２４…光アイソレータ、３１〜３９…光ファイバ、４１…密閉筐体、４２…溝、４３…可動軸、４４…レンズ、４５，４６…透過型回折格子、５１…密閉筐体、５２Ａ，５２Ｂ…溝、５３…可動マウント、５４，５５…屈折率分布レンズ、５６，５７…透過型回折格子、５８…反射プリズム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光共振器の共振光路上に設けられた増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光供給部と、
前記共振光路上に設けられた可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体に対向する第１端面を有し、前記共振光路上の光を導光して該光を前記第１端面から前記可飽和吸収体に向けて出力する第１光ファイバと、
前記第１光ファイバの前記第１端面に接着して設けられ、前記第１光ファイバの前記第１端面から出力される光を収斂させて前記可飽和吸収体へ出力する第１屈折率分布レンズと、
前記励起光供給部により励起光を供給された前記増幅用光ファイバから放出されて前記光共振器において発振した発振光の一部を前記光共振器の外部へ出力する光出力部と、
を備えることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記可飽和吸収体と前記第１屈折率分布レンズとの間の距離を調整する距離調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記第１屈折率分布レンズから出力された光の前記可飽和吸収体上の入射位置を調整する位置調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記共振光路の波長分散を調整する分散調整部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記光共振器が、第１ミラーと第２ミラーとの間で光を往復させるファブリペロ型のものであり、
前記可飽和吸収体が、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーの何れかと一体とされて可飽和吸収ミラーを構成しており、
前記第１屈折率分布レンズが、前記第１光ファイバの前記第１端面から出力される光を収斂させて前記可飽和吸収ミラーへ出力するとともに、前記可飽和吸収ミラーからの反射光を前記第１光ファイバの前記第１端面に入力させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置。
【請求項６】
前記光共振器が、光を一方向に伝播させるリング型のものであり、
前記可飽和吸収体に対向する第２端面を有し、前記第１光ファイバの前記第１端面から前記第１屈折率分布レンズを経て出力され前記可飽和吸収体を透過した光を、前記第２端面に入力して共振光路上に導光する第２光ファイバと、
前記第２光ファイバの前記第２端面に接着して設けられ、前記可飽和吸収体を透過した光を前記第２光ファイバの前記第２端面に入力させる第２屈折率分布レンズと、
を更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置。
【請求項１】
光共振器の共振光路上に設けられた増幅用光ファイバと、
前記増幅用光ファイバに励起光を供給する励起光供給部と、
前記共振光路上に設けられた可飽和吸収体と、
前記可飽和吸収体に対向する第１端面を有し、前記共振光路上の光を導光して該光を前記第１端面から前記可飽和吸収体に向けて出力する第１光ファイバと、
前記第１光ファイバの前記第１端面に接着して設けられ、前記第１光ファイバの前記第１端面から出力される光を収斂させて前記可飽和吸収体へ出力する第１屈折率分布レンズと、
前記励起光供給部により励起光を供給された前記増幅用光ファイバから放出されて前記光共振器において発振した発振光の一部を前記光共振器の外部へ出力する光出力部と、
を備えることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【請求項２】
前記可飽和吸収体と前記第１屈折率分布レンズとの間の距離を調整する距離調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置。
【請求項３】
前記第１屈折率分布レンズから出力された光の前記可飽和吸収体上の入射位置を調整する位置調整手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置。
【請求項４】
前記共振光路の波長分散を調整する分散調整部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置。
【請求項５】
前記光共振器が、第１ミラーと第２ミラーとの間で光を往復させるファブリペロ型のものであり、
前記可飽和吸収体が、前記第１ミラーおよび前記第２ミラーの何れかと一体とされて可飽和吸収ミラーを構成しており、
前記第１屈折率分布レンズが、前記第１光ファイバの前記第１端面から出力される光を収斂させて前記可飽和吸収ミラーへ出力するとともに、前記可飽和吸収ミラーからの反射光を前記第１光ファイバの前記第１端面に入力させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置。
【請求項６】
前記光共振器が、光を一方向に伝播させるリング型のものであり、
前記可飽和吸収体に対向する第２端面を有し、前記第１光ファイバの前記第１端面から前記第１屈折率分布レンズを経て出力され前記可飽和吸収体を透過した光を、前記第２端面に入力して共振光路上に導光する第２光ファイバと、
前記第２光ファイバの前記第２端面に接着して設けられ、前記可飽和吸収体を透過した光を前記第２光ファイバの前記第２端面に入力させる第２屈折率分布レンズと、
を更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２２２７６４（Ｐ２０１１−２２２７６４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０６８７（Ｐ２０１０−９０６８７）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００２３６４３６）浜松ホトニクス株式会社 (1,479)
【Ｆターム（参考）】
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