レーザ光源
【課題】高パワー出力に対して耐久性の高いレーザ光源を提供する。
【解決手段】レーザ光をパルス発振するレーザ光源１であって、共振光路を形成する共振器と、共振光路上に挿入され、励起エネルギが供給されることにより放射光が出力される希土類元素が添加されたファイバ１１と、ファイバに励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段と、ファイバの端部から出力される放射光を集光する集光レンズ１８と、を備え、Ｑスイッチ手段は集光レンズにより集光された放射光の集光位置に配置され、放射光を透過又は遮断して共振光路の形成及び遮断を機械的に変更する。共振光路の形成及び遮断を機械的に変更するＱスイッチ手段は、音響光学素子によるＱスイッチ手段と比較して高パワーで出力された放射光に対しての耐久性が高いため、レーザ光源の破損を抑制することができる。
【解決手段】レーザ光をパルス発振するレーザ光源１であって、共振光路を形成する共振器と、共振光路上に挿入され、励起エネルギが供給されることにより放射光が出力される希土類元素が添加されたファイバ１１と、ファイバに励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段と、ファイバの端部から出力される放射光を集光する集光レンズ１８と、を備え、Ｑスイッチ手段は集光レンズにより集光された放射光の集光位置に配置され、放射光を透過又は遮断して共振光路の形成及び遮断を機械的に変更する。共振光路の形成及び遮断を機械的に変更するＱスイッチ手段は、音響光学素子によるＱスイッチ手段と比較して高パワーで出力された放射光に対しての耐久性が高いため、レーザ光源の破損を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光をパルス発振するレーザ光源は、励起エネルギが供給されることにより放射光を発生するレーザ媒質が共振光路上に配置された共振器と、共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段と、レーザ媒質に励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、を備えている。
【０００３】
このレーザ光源では、Ｑスイッチ手段により共振器の共振器損失が大きい値に設定されているときに、励起手段による励起エネルギ供給によりレーザ媒質の反転分布が高められ、その後にＱスイッチ手段により共振器の共振器損失が小さい値に設定されると、共振器の共振光路上に配置されているレーザ媒質において誘導放出が短期間に発生する。この誘導放射光が共振器から外部へレーザ光として出力される。上記の変調を周期的に行うことによって、ピークパワーが高いパルスレーザ光が出力される。このようなレーザ光源は、ピークパワーが高いパルス光を出力することができることから、レーザ加工、光計測、光通信など、多くの分野で活用される。
【０００４】
上記のＱスイッチ手段としては、例えば音響光学（ＡＯ）素子を用いる方法が特許文献１に示されている。
【特許文献１】特許第３３３１７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、用途の広がりから、よりピークパワーが高いパルスレーザ光を出力するレーザ光源に対する要望が高まっている。これに対して、特許文献１記載の光ファイバレーザ装置のように音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して、より高パワー出力に対して高い耐久性を有するレーザ光源の提供が求められるようになった。
【０００６】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、高パワー出力に対して高い耐久性を有するレーザ光源の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ光源は、レーザ光をパルス発振するレーザ光源であって、共振光路を形成する共振器と、共振光路上に挿入され、励起エネルギが供給されることにより放射光が出力される希土類元素添加ファイバと、希土類元素添加ファイバに励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段と、希土類元素添加ファイバからの放射光を拡光した後の共振光路上に設けられた集光レンズとを備え、Ｑスイッチ手段は、集光レンズの集光位置に配置され、共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とする。
【０００８】
上記のレーザ光源では、連続的に励起エネルギが供給されるファイバから出力される放射光が、集光レンズにより集光された後、Ｑスイッチ手段に入射する。ここでＱスイッチ手段によって放射光が透過される場合には、反射面と出射面との間で放射光の共振光路が形成される。一方、Ｑスイッチ手段によって放射光が遮断される場合には、共振光路が形成されないため、共振器損失が最大となる。このように上記のレーザ光源では、Ｑスイッチ手段において放射光の透過及び遮断を周期的に変更することで共振光路の形成及び遮断が変更され、パルス光が出射される。上記のレーザ光源を構成するＱスイッチ手段は、音響光学素子によるＱスイッチ手段と比較して高パワーで出力された放射光に対しての耐久性が高く、レーザ光源の破損を抑制することができる。したがって、高パワー出力に対して耐久性の高いレーザ光源が提供される。また、集光レンズの集光位置にＱスイッチ手段を配置することにより、Ｑスイッチ手段の切替えに係る繰り返し周波数を高めることが容易となり、高周波数のパルス光を出射させることができる。上記の構成は、音響光学素子によるＱスイッチ手段と比較して安価に作成することができるという効果も奏される。
【０００９】
ここで、上記の作用を効果的に奏する構成としては、具体的に、Qスイッチ手段は、放射光を吸収又は散乱する板部と、回転軸を中心とする円周上に配置された複数の開口部とを有する円板と、回転軸を中心に円板を回転させる駆動部とを含む態様とすることが挙げられる。
【００１０】
また、上記の作用を効果的に奏する他の構成としては、具体的に、Qスイッチ手段は、放射光を吸収又は散乱する遮蔽部と、当該遮蔽部を振動により移動させる駆動部と、を含む態様とすることが挙げられる。
【００１１】
また、本発明に係るレーザ光源は、レーザ光をパルス発振するレーザ光源であって、反射面と出射面との間で共振光路を形成する共振器と、共振光路上に挿入され、励起エネルギが供給されることにより放射光が出力される希土類元素添加ファイバと、希土類元素添加ファイバに励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段とを備え、Ｑスイッチ手段は、反射面を操作することにより、共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とする。
【００１２】
上記のレーザ光源によれば、共振器を構成する反射面の共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することによって共振器損失を変調するＱスイッチ手段として機能するため、音響光学素子によるＱスイッチ手段と比較して高パワー出力時においても高い耐久性を有するレーザ光源が提供される。
【００１３】
ここで、上記の作用を効果的に奏する構成としては、具体的に、Ｑスイッチ手段は、多角柱状体で、その中心軸の回りに回転し、回転する周面である側面には、共振器の一部を構成する反射ミラーを有し、回転により反射ミラーが共振光路に対して垂直な位置となる回転体と、回転体を回転させる駆動部とを含み、回転体の回転により、共振光路の形成及び遮断を機械的に変更する態様とすることが挙げられる。
【００１４】
また、上記の作用を効果的に奏する他の構成としては、具体的に、Ｑスイッチ手段は、板部と共振器の一部を構成する反射部が、回転軸を中心とする円周上に配置され、板部は放射光を透過、吸収又は散乱する領域を有し、反射部は放射光を反射する円板と、円板を回転させる駆動部とを含み、円板の回転により、共振光路の形成及び遮断を機械的に変更する態様としてもよい。
【００１５】
さらに、上記の作用を効果的に奏する他の構成としては、具体的に、Ｑスイッチ手段は、共振器の一部を構成し、放射光を反射する反射板と、反射板を振動により移動させる駆動部とを含み、反射板の位置を調整することで、共振光路の形成及び遮断を機械的に変更する態様とすることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高パワー出力に対して高い耐久性を有するレーザ光源が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良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様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）
本発明に係るレーザ光源の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係るレーザ光源１の構成を示す図である。この図に示されるレーザ光源１は、光増幅性ファイバ１１、励起光源１２、ダイクロイックミラー１３、半透過ミラー１４、集光レンズ１５、全反射ミラー１６、レンズ１７，１８，１９及びＱスイッチ手段２０により構成される。
【００１９】
光増幅性ファイバ１１は、光導波領域に蛍光性を有する希土類元素が添加された光ファイバからなる増幅媒体であって、その蛍光性元素を励起し得る波長の励起光が供給されると、その希土類元素から蛍光を発する。この希土類元素として好適に用いられる元素はＹｂ元素、Ｎｄ元素、Ｐｒ元素、Ｅｒ元素等である。
【００２０】
励起光源１２は、光増幅性ファイバ１１に添加された蛍光性元素を励起するための励起光を連続出力する。この励起光源１２は好適にはレーザダイオードを含む。ダイクロイックミラー１３は、この励起光源１２から出力された励起光を入力して、レンズ１５に対して出射させる。また、ダイクロイックミラー１３は、半透過ミラー１４により反射された光を透過して、レンズ１５に対して出力する。さらに、ダイクロイックミラー１３は、光増幅性ファイバ１１の蛍光性元素から放出されて端面１１ａから出力されレンズ１５に入射し、レンズ１５から出射された放射光を透過して、半透過ミラー１４へ出力する。
【００２１】
レンズ１５は、焦点位置が光増幅性ファイバ１１の端面１１ａとなる位置に配置され、ダイクロイックミラー１３から出力された光を入力し、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａに対して集光する。また、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａから出力された放射光を入力し、平行光としてダイクロイックミラー１３に対して出力する。
【００２２】
レンズ１７は、焦点位置が光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂとなる位置に配置され、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出力された放射光を入力して平行光として出力する。また、レンズ１８から出力された放射光を集光し、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂへ入力する。
【００２３】
レンズ１８は、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａから出力されレンズ１７に入力し、レンズ１７から出力された放射光を集光させる集光レンズとして機能する。レンズ１７から出力された放射光は、レンズ１８の集光位置に集光され、当該集光位置に配置されたＱスイッチ手段２０に入力される。また、レンズ１８は、Ｑスイッチ手段２０から出力された放射光を入力し、平行光としてレンズ１７の方向へ出力する。レンズ１８としては、例えば色収差補正された集光レンズ（アクロマティックレンズ）が用いられる。
【００２４】
また、レンズ１９は、Ｑスイッチ手段２０から出力された放射光を入力し、平行光として全反射ミラー１６に入力すると共に、全反射ミラー１６から出力された放射光を集光させる。レンズ１８とレンズ１９とは、レンズ１８のＱスイッチ手段２０側の焦点位置とレンズ１９のＱスイッチ手段２０側の焦点位置とが一致するように配置される。そしてこの焦点位置にＱスイッチ手段２０が配置される。
【００２５】
Ｑスイッチ手段２０は、チョッパディスク（円板）２１と、回転軸２２と、駆動部２３とにより構成される。チョッパディスク２１の表面は光を散乱又は吸収する構成であり、図２に示すように回転軸２２を中心とする円周上に複数個の開口部２１ａを備える。開口部２１ａはチョッパディスクの回転軸２２を中心とする円周上に等間隔に配置される。そして、回転軸２２を中心にチョッパディスク２１を回転させたとき、開口部２１ａがレンズ１８による放射光の集光位置を通過するように、チョッパディスク２１及びその回転軸２２が配置される。さらにこの回転軸２２を回転させる駆動部２３が配置される。駆動部２３は、モータ等により構成され、一定の速度で回転軸２２及びチョッパディスク２１を回転させることによって、レンズ１８により集光される放射光の集光位置をチョッパディスク２１及び開口部２１ａが交互に通過するように構成される。
【００２６】
上記のように構成されるレーザ光源１において、励起光源１２から連続出力された励起光は、ダイクロイックミラー１３によってレンズ１５へ出力される。レンズ１５から出力された光は、集光されてレーザ媒質である光増幅性ファイバ１１の端面１１ａに入力し、光増幅性ファイバ１１に添加された蛍光性元素を励起する。すなわち、半透過ミラー１４と全反射ミラー１６との間の光学系とがファブリペロ型の共振器を構成しており、その共振器の共振光路上にレーザ媒質としての光増幅性ファイバ１１が配置されている。
【００２７】
ここで、光増幅性ファイバの端面１１ｂから放出された放射光は、レンズ１７により平行光として出力された後、レンズ１８により集光される。そして、ここで、Ｑスイッチ手段２０を構成するチョッパディスク２１の開口部２１ａがレンズ１８（レンズ１９）の焦点位置にある場合には、レンズ１８から出力された放射光はチョッパディスク２１の開口部２１ａを通りレンズ１９に入力した後、レンズ１９から平行光として出力され全反射ミラー１６に到達する。さらに、全反射ミラー１６により反射された放射光は再びレンズ１９により集光される。そして、上述のようにチョッパディスク２１の開口部２１ａがレンズ１８（レンズ１９）の焦点位置にある場合には、開口部２１ａを通りレンズ１８へ入力し、レンズ１８によりコリメートされた後レンズ１７により集光された光は光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに入射する。また光増幅性ファイバ１１の端面１１ａから出力された放射光は、ダイクロイックミラー１３により透過され、半透過ミラー１４に到達する。半透過ミラー１４に到達した放射光のうち、一部は透過して出力されるが、その他は反射して再びダイクロイックミラー１３を介してレンズ１５に入力する。
【００２８】
上述のように、レンズ１８の集光位置（レンズ１９の集光位置）にチョッパディスク２１の開口部２１ａが配置される場合には、この開口部２１ａを放射光が通過することができる。一方、レンズ１８の集光位置にチョッパディスク２１の板部が配置される場合には、レンズ１８より出力されたチョッパディスク２１の板部に到達した放射光は、チョッパディスク２１の表面により吸収又は散乱されることから、共振器の共振器損失が極大となる。このように、このように、本実施形態のチョッパディスク２１が回転して放射光の透過及び遮断を切り替えることによってＱスイッチ手段２０として機能し、共振器からパルス光を出力させることができる。
【００２９】
第１実施形態に係るレーザ光源１の具体的な構成例は以下のとおりである。光増幅性ファイバ１１は光導波領域にＹｂ元素が添加された光ファイバであり、励起光源１２はＹｂ元素を励起し得る波長９７５ｎｍ帯の励起光を出力し、このとき、光増幅性ファイバ１１は波長１．０６μｍ帯の蛍光を放出する。励起光源１２から出力された励起光を入力するダイクロイックミラー１３は、波長９７５ｎｍの光を反射し、波長１．０６μｍの光を透過する。レンズ１５，１８，１９は、焦点距離ｆ＝５０ｍｍのレンズであり、レンズ１７は焦点距離ｆ＝５０ｍｍのアクロマティックレンズである。Ｑスイッチ手段２０を構成するチョッパディスク２１は直径４０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのＳＵＳからなり、その表面は光を散乱又は吸収させる加工が施される。また、チョッパディスクに設けられた開口部２１ａの直径は１ｍｍである。また、チョッパディスク２１を回転させる駆動部２３の回転速度は、８０００ｒｐｍである。
【００３０】
本実施形態に係るレーザ光源１によれば、上記のように開口部２１ａを備えるチョッパディスク２１によるＱスイッチ手段２０が放射光の透過及び遮断を機械的に切り替えて、共振光路の形成及び遮断を変更することによって、音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して照射強度に対する耐性が強くなることから、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００３１】
また、上記のレーザ光源１では、Ｑスイッチ手段２０と光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂとの間にレンズ１７，１８が配置されている。したがって、Ｑスイッチ手段２０のチョッパディスク２１への放射光の照射によるチョッパディスク２１の熱損傷（アブレーション等）により発生する揮発成分が光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに付着することがなく、端面１１ｂの汚れによるレーザ光源１の性能低下を抑制することもできる。
【００３２】
さらに、上記のレーザ光源１では、Ｑスイッチ手段２０はレンズ１８，１９の集光位置に配置され、レンズ１８，１９により集光された放射光がＱスイッチ手段２０に入射する構成となっている。このように集光された放射光に対してＱスイッチ手段２０が用いられるため、Ｑスイッチ手段２０を構成するチョッパディスク２１がより高速に回転することで、共振光路の形成及び遮蔽をより高速に切り替えることができ、レーザ光源１から出力されるレーザパルス光の時間幅を短くすることができる。
【００３３】
（第２実施形態）
本発明に係るレーザ光源の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係るレーザ光源２の構成図である。本実施形態に係るレーザ光源２は、Ｑスイッチ手段２４が板状の遮蔽板２５とこの遮蔽板２５を振動により移動させる駆動部２６とから構成される点である点以外は、第１実施形態に係るレーザ光源１と同様である。
【００３４】
すなわち、本実施形態に係るレーザ光源２のＱスイッチ手段２４を構成する遮蔽板２５がレンズ１８及びレンズ１９の集光位置にある場合には、遮蔽板２５により光が散乱又は吸収されるため、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出力された放射光を遮断する。したがって、共振器の共振光路が遮断され、共振器損失が極大となる。また、遮蔽板２５がレンズ１８及びレンズ１９の集光位置にない場合、すなわち、遮蔽部２５の端又は遮蔽部２５に設けられた開孔やスリット等がレンズ１８及びレンズ１９の集光位置にある場合には、レンズ１８から出力された放射光はレンズ１９に入力すると共に、レンズ１９から出力された放射光はレンズ１８に入力するため、共振光路が形成される。そして、駆動部２６により遮蔽板２５を移動させて共振光路の形成及び遮断を切り替えることによって、Ｑスイッチ手段として機能し、レーザ光源２からパルス光を出力することができる。
【００３５】
なお、第２実施形態に係るレーザ光源２の具体的な構成例は、Ｑスイッチ手段２４をのぞいて第１実施形態に係るレーザ光源１と同様である。Ｑスイッチ手段２４を構成する遮蔽板２５は、大きさが１０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さが０．３ｍｍのＳＵＳであり、表面に光が照射した場合に散乱又は吸収する加工が施されている。また、駆動部２６は圧電素子により構成される。
【００３６】
第２実施形態に係るレーザ光源２の場合でも、第１実施形態に係るレーザ光源１と同様に、共振光路の形成及び遮断を切り替えるＱスイッチ手段２４は、音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して照射強度に対する耐性が強いため、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００３７】
また、第１実施形態に係るレーザ光源１と同様に、Ｑスイッチ手段２４を構成する遮蔽板２５への放射光の照射による遮蔽板２５の熱損傷により発生する揮発成分が光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに付着することがなく、端面１１ｂの汚れによるレーザ光源２の性能低下を抑制することもできる。
【００３８】
さらに、第１実施形態に係るレーザ光源１と同様に、Ｑスイッチ手段２４はレンズ１８，１９の集光位置に配置され、レンズ１８，１９により集光された放射光が入射する構成となっている。したがって、Ｑスイッチ手段２４を構成する遮蔽板２５の位置をより高速に移動させることで共振光路の形成及び遮蔽をより高速に切り替えることができ、レーザ光源２から出力されるレーザパルス光の時間幅を短くすることができる。
【００３９】
（第３実施形態）
本発明に係るレーザ光源の第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態に係るレーザ光源３の構成図である。本実施形態に係るレーザ光源３は、共振器を構成する反射面が複数枚のミラーから構成され、それが移動することによってＱスイッチ手段として機能する点が第１実施形態に係るレーザ光源１と異なる点である。
【００４０】
すなわち、第１実施形態に係るレーザ光源１の全反射ミラー１６に代えて、回転駆動ミラー３２を備える。回転駆動ミラー３２は、具体的には光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出射された放射光は、レンズ１７によりコリメートされた光に対して垂直な回転軸を中心に回転することができる多角柱（図４では六角柱）であり、その側面３２ａが反射ミラーで覆われている。この回転駆動ミラー３２は図示していない駆動部により回転軸を中心に回転することにより、側面３２ａの反射ミラーの位置が動く構成を備えている。さらに、回転駆動ミラー３２は、ブラックボックス３１に入れられており、レンズ１７によりコリメートされ出力された放射光が入射する方向にのみ、例えば直径３ｍｍのピンホール３３が設けられる。
【００４１】
このような構成を有するレーザ光源３では、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出射され、レンズ１７によりコリメートされた放射光は、ピンホール３３からブラックボックス３１へ入射し、ブラックボックス３１内に設けられた回転駆動ミラー３２の側面３２ａを照射する。
【００４２】
ここで、回転駆動ミラー３２の側面３２ａのいずれか一枚が上述の放射光の入射する方向に対して垂直であるときに側面３２ａに到達した放射光は、側面３２ａで反射された後に再びピンホール３３から出射され、レンズ１７に入射することによって共振光路が形成される。一方、側面３２ａが放射光の入射する方向に対して垂直となっていないときに側面３２ａに到達した放射光は、側面３２ａによって入射した方向とは異なる方向に反射されるため、ブラックボックス３１から外部へ出射されず共振光路が遮断され、共振器損失は最大となる。駆動部によって回転駆動ミラー３２を回転させることによって回転駆動ミラー３２がＱスイッチ手段として機能し、側面３２ａによって共振光路が形成される場合と遮断される場合とが交互に繰り返されるため、レーザ光源３からパルス光を出力することができる。
【００４３】
第３実施形態に係るレーザ光源３の場合、共振光路を構成する反射面が共振光路の形成及び遮断を切り替えるＱスイッチ手段として機能するため、音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００４４】
また、Ｑスイッチ手段として機能する回転駆動ミラー３２の側面３２ａは全反射ミラーで覆われていて、放射光が照射することによるミラーの熱損傷は発生しないことから、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂの損傷の発生は抑制される。また、回転駆動ミラー３２が配置されるブラックボックス３１と光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂとの間にはレンズ１７が配置されていることから、ブラックボックス３１が回転駆動ミラー３２により反射された放射光により熱損傷した場合であっても、この熱損傷によって光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに汚れが付着することによる性能低下を抑制することができる。
【００４５】
（第４実施形態）
本発明に係るレーザ光源の第４実施形態について説明する。図５は、第４実施形態に係るレーザ光源４の構成図である。本実施形態に係るレーザ光源４は、共振器を構成する反射面が回転軸を中心に回転する円板の表面に設けられ、それが移動することによってＱスイッチ手段として機能する点が第３実施形態に係るレーザ光源３と異なる点である。
【００４６】
第４実施形態に係るレーザ光源４では、第３実施形態に係るレーザ光源３の回転駆動ミラー３２に代えて、駆動部３７によって回転軸３６を中心に回転するディスク（円板）３５がブラックボックス３１の内部に配置される。ディスク３５は例えば直径４０ｍｍのアルマイト処理されたアルミ板等であり、その中心部に回転軸３６を備える。さらに、図６に示すように回転軸３６を中心とする円周上に複数個の反射部３５ａを備える。反射部３５ａは例えば直径３．５ｍｍの円形の全反射ミラーであり円周上に等間隔で配置される。また、反射部３５ａの表面は、レンズ１７から出射されピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射する放射光に対して垂直な面を形成する。そして、回転軸３６を中心にディスク３５を回転させたとき、反射部３５ａがレンズ１７から出力され、ピンホール３３を介して入射する放射光の照射位置に位置するように、ディスク３５及びその回転軸３６を配置される。さらにこの回転軸３６を回転させる駆動部３７が配置される。駆動部３７は、モータ等により構成され、一定の速度で回転軸３６及びディスク３５を回転させることによって、放射光の照射位置をディスク３５の板部（反射部３５ａではない部分）及び反射部３５ａが交互に通過するように構成される。なお、図５では、駆動部３７はブラックボックス３１の外部に設けられているが、内部に設けてもよい。
【００４７】
このレーザ光源４において、ピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射した放射光の照射位置にディスク３５の反射部３５ａが配置される場合には、この反射部３５ａにより放射光が反射され、ピンホール３３を経て再びレンズ１７に入射する。これにより、共振光路が形成される。一方、放射光の照射位置にディスク３５の板部が配置される場合には、ピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射した放射光は、ディスク３５の表面により吸収又は散乱され、ブラックボックス３１のピンホール３３からは出射されない。したがって、共振光路が遮断されるため共振器の共振器損失が極大となる。このように、本実施形態のレーザ光源４では、ディスク３５が回転して放射光の照射位置に反射部３５ａと板部とを交互に配置して放射光路の形成及び遮断を切り替えることによりＱスイッチ手段として機能し、共振器からパルス光を出力させることができる。
【００４８】
上記の構成を有するレーザ光源４では、共振光路を構成する反射面がディスク３５からなり、回転させることで共振光路の形成及び遮断を切り替えるＱスイッチ手段として機能するため、音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００４９】
また、Ｑスイッチ手段として機能するディスク３５はブラックボックス３１に覆われており、ブラックボックス３１と光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂとの間にはレンズ１７が配置されていることから、ディスク３５やブラックボックス３１が放射光により熱損傷した場合であっても、この熱損傷によって光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに汚れが付着することによる性能低下を抑制することができる。
【００５０】
（第５実施形態）
本発明に係るレーザ光源の第５実施形態について説明する。図７は、第５実施形態に係るレーザ光源５の構成図である。本実施形態に係るレーザ光源５は、共振器を構成する反射面が板状の全反射ミラー３９とこの全反射ミラー３９を移動させる駆動部４１とから構成され、全反射ミラー３９が振動により移動することによりＱスイッチ手段を構成する点以外は、第４実施形態に係るレーザ光源４と同様である。
【００５１】
第５実施形態に係るレーザ光源５では、第４実施形態に係るレーザ光源４のディスク３５に代えて、支持部４０を介して駆動部４１によって移動される全反射ミラー３９がブラックボックス３１内に配置される。駆動部４１は例えば圧電素子等により構成される。また、全反射ミラー３９は、ピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射した放射光の照射位置にある場合には、放射光の光路に対して垂直になるように配置される。そして、放射光の照射位置に全反射ミラー３９が配置される場合には、この全反射ミラー３９により放射光が反射され、ピンホール３３を経て再びレンズ１７に入射する。これにより、共振光路が形成される。一方、放射光の照射位置に全反射ミラー３９が無い場合、すなわち、全反射ミラー３９の端又は全反射ミラー３９に設けられた開孔やスリット等が放射光の照射位置にある場合には、ピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射した放射光は、ブラックボックス３１の内壁に到達することとなる。したがって、共振光路が遮断されるため共振器の共振器損失が極大となる。駆動部４０は全反射ミラー３９を移動させることにより、共振光路の形成及び遮断を繰り返す。この結果、全反射ミラー３９を内部に備えるブラックボックス３１がＱスイッチ手段として機能し、共振器からパルス光を出力させることができる。
【００５２】
したがって、第５実施形態に係るレーザ光源５の場合でも、共振光路を構成する反射面が駆動部４１によって移動される全反射ミラー３９からなり、全反射ミラー３９の移動によって共振光路の形成及び遮断を切り替えるＱスイッチ手段として機能するため、音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００５３】
また、Ｑスイッチ手段として機能するディスク３５はブラックボックス３１に覆われており、ブラックボックス３１と光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂとの間にはレンズ１７が配置されていることから、ディスク３５やブラックボックス３１が放射光により熱損傷した場合であっても、この熱損傷によって光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに汚れが付着することによる性能低下を抑制することができる。
【００５４】
なお、第５実施形態のレーザ光源５の変形例として、全反射ミラー３９の位置に代えて、放射光に対する全反射ミラー３９の角度を駆動部４１により変更することによっても、全反射ミラー３９をＱスイッチ手段として機能させることができる。具体的には、全反射ミラー３９がピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射する放射光に対して垂直な面である場合には、放射光がピンホール３３に向かって反射されることから共振光路が形成される。一方、放射光に対して垂直な面でない場合には、全反射ミラー３９により反射された放射光はピンホール３３とは異なる方向に反射されるため、共振光路が遮断され、共振器損失が最大となる。このように、全反射ミラー３９の角度を変更した場合でも、レーザ光源５からパルス光を出力させることができる。この変形例の場合であっても、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００５６】
例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、Ｑスイッチ手段２０，２４は、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂと全反射ミラー１６との間に配置されているが、共振器内の他の場所に配置することもでき、例えばレンズ１５とダイクロイックミラー１３との間等に配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態に係るレーザ光源１の構成を示す図である。
【図２】チョッパディスク２１を説明する図である。
【図３】第２実施形態に係るレーザ光源２の構成を示す図である。
【図４】第３実施形態に係るレーザ光源３の構成を示す図である。
【図５】第４実施形態に係るレーザ光源４の構成を示す図である。
【図６】ディスク３５を説明する図である。
【図７】第５実施形態に係るレーザ光源５の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１，２，３，４，５…レーザ光源、１１…光増幅性ファイバ、１２…励起光源、１３…ダイクロイックミラー、１４…半透過性ミラー、１５，１７，１８，１９…レンズ、１６，３９…全反射ミラー、２０，２４…Ｑスイッチ手段、２１…チョッパディスク、２３，２６、３７，４１…駆動部、２５…遮蔽板、３２…回転駆動ミラー、３５…ディスク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光をパルス発振するレーザ光源は、励起エネルギが供給されることにより放射光を発生するレーザ媒質が共振光路上に配置された共振器と、共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段と、レーザ媒質に励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、を備えている。
【０００３】
このレーザ光源では、Ｑスイッチ手段により共振器の共振器損失が大きい値に設定されているときに、励起手段による励起エネルギ供給によりレーザ媒質の反転分布が高められ、その後にＱスイッチ手段により共振器の共振器損失が小さい値に設定されると、共振器の共振光路上に配置されているレーザ媒質において誘導放出が短期間に発生する。この誘導放射光が共振器から外部へレーザ光として出力される。上記の変調を周期的に行うことによって、ピークパワーが高いパルスレーザ光が出力される。このようなレーザ光源は、ピークパワーが高いパルス光を出力することができることから、レーザ加工、光計測、光通信など、多くの分野で活用される。
【０００４】
上記のＱスイッチ手段としては、例えば音響光学（ＡＯ）素子を用いる方法が特許文献１に示されている。
【特許文献１】特許第３３３１７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、用途の広がりから、よりピークパワーが高いパルスレーザ光を出力するレーザ光源に対する要望が高まっている。これに対して、特許文献１記載の光ファイバレーザ装置のように音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して、より高パワー出力に対して高い耐久性を有するレーザ光源の提供が求められるようになった。
【０００６】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、高パワー出力に対して高い耐久性を有するレーザ光源の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るレーザ光源は、レーザ光をパルス発振するレーザ光源であって、共振光路を形成する共振器と、共振光路上に挿入され、励起エネルギが供給されることにより放射光が出力される希土類元素添加ファイバと、希土類元素添加ファイバに励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段と、希土類元素添加ファイバからの放射光を拡光した後の共振光路上に設けられた集光レンズとを備え、Ｑスイッチ手段は、集光レンズの集光位置に配置され、共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とする。
【０００８】
上記のレーザ光源では、連続的に励起エネルギが供給されるファイバから出力される放射光が、集光レンズにより集光された後、Ｑスイッチ手段に入射する。ここでＱスイッチ手段によって放射光が透過される場合には、反射面と出射面との間で放射光の共振光路が形成される。一方、Ｑスイッチ手段によって放射光が遮断される場合には、共振光路が形成されないため、共振器損失が最大となる。このように上記のレーザ光源では、Ｑスイッチ手段において放射光の透過及び遮断を周期的に変更することで共振光路の形成及び遮断が変更され、パルス光が出射される。上記のレーザ光源を構成するＱスイッチ手段は、音響光学素子によるＱスイッチ手段と比較して高パワーで出力された放射光に対しての耐久性が高く、レーザ光源の破損を抑制することができる。したがって、高パワー出力に対して耐久性の高いレーザ光源が提供される。また、集光レンズの集光位置にＱスイッチ手段を配置することにより、Ｑスイッチ手段の切替えに係る繰り返し周波数を高めることが容易となり、高周波数のパルス光を出射させることができる。上記の構成は、音響光学素子によるＱスイッチ手段と比較して安価に作成することができるという効果も奏される。
【０００９】
ここで、上記の作用を効果的に奏する構成としては、具体的に、Qスイッチ手段は、放射光を吸収又は散乱する板部と、回転軸を中心とする円周上に配置された複数の開口部とを有する円板と、回転軸を中心に円板を回転させる駆動部とを含む態様とすることが挙げられる。
【００１０】
また、上記の作用を効果的に奏する他の構成としては、具体的に、Qスイッチ手段は、放射光を吸収又は散乱する遮蔽部と、当該遮蔽部を振動により移動させる駆動部と、を含む態様とすることが挙げられる。
【００１１】
また、本発明に係るレーザ光源は、レーザ光をパルス発振するレーザ光源であって、反射面と出射面との間で共振光路を形成する共振器と、共振光路上に挿入され、励起エネルギが供給されることにより放射光が出力される希土類元素添加ファイバと、希土類元素添加ファイバに励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段とを備え、Ｑスイッチ手段は、反射面を操作することにより、共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とする。
【００１２】
上記のレーザ光源によれば、共振器を構成する反射面の共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することによって共振器損失を変調するＱスイッチ手段として機能するため、音響光学素子によるＱスイッチ手段と比較して高パワー出力時においても高い耐久性を有するレーザ光源が提供される。
【００１３】
ここで、上記の作用を効果的に奏する構成としては、具体的に、Ｑスイッチ手段は、多角柱状体で、その中心軸の回りに回転し、回転する周面である側面には、共振器の一部を構成する反射ミラーを有し、回転により反射ミラーが共振光路に対して垂直な位置となる回転体と、回転体を回転させる駆動部とを含み、回転体の回転により、共振光路の形成及び遮断を機械的に変更する態様とすることが挙げられる。
【００１４】
また、上記の作用を効果的に奏する他の構成としては、具体的に、Ｑスイッチ手段は、板部と共振器の一部を構成する反射部が、回転軸を中心とする円周上に配置され、板部は放射光を透過、吸収又は散乱する領域を有し、反射部は放射光を反射する円板と、円板を回転させる駆動部とを含み、円板の回転により、共振光路の形成及び遮断を機械的に変更する態様としてもよい。
【００１５】
さらに、上記の作用を効果的に奏する他の構成としては、具体的に、Ｑスイッチ手段は、共振器の一部を構成し、放射光を反射する反射板と、反射板を振動により移動させる駆動部とを含み、反射板の位置を調整することで、共振光路の形成及び遮断を機械的に変更する態様とすることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高パワー出力に対して高い耐久性を有するレーザ光源が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良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様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）
本発明に係るレーザ光源の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係るレーザ光源１の構成を示す図である。この図に示されるレーザ光源１は、光増幅性ファイバ１１、励起光源１２、ダイクロイックミラー１３、半透過ミラー１４、集光レンズ１５、全反射ミラー１６、レンズ１７，１８，１９及びＱスイッチ手段２０により構成される。
【００１９】
光増幅性ファイバ１１は、光導波領域に蛍光性を有する希土類元素が添加された光ファイバからなる増幅媒体であって、その蛍光性元素を励起し得る波長の励起光が供給されると、その希土類元素から蛍光を発する。この希土類元素として好適に用いられる元素はＹｂ元素、Ｎｄ元素、Ｐｒ元素、Ｅｒ元素等である。
【００２０】
励起光源１２は、光増幅性ファイバ１１に添加された蛍光性元素を励起するための励起光を連続出力する。この励起光源１２は好適にはレーザダイオードを含む。ダイクロイックミラー１３は、この励起光源１２から出力された励起光を入力して、レンズ１５に対して出射させる。また、ダイクロイックミラー１３は、半透過ミラー１４により反射された光を透過して、レンズ１５に対して出力する。さらに、ダイクロイックミラー１３は、光増幅性ファイバ１１の蛍光性元素から放出されて端面１１ａから出力されレンズ１５に入射し、レンズ１５から出射された放射光を透過して、半透過ミラー１４へ出力する。
【００２１】
レンズ１５は、焦点位置が光増幅性ファイバ１１の端面１１ａとなる位置に配置され、ダイクロイックミラー１３から出力された光を入力し、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａに対して集光する。また、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａから出力された放射光を入力し、平行光としてダイクロイックミラー１３に対して出力する。
【００２２】
レンズ１７は、焦点位置が光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂとなる位置に配置され、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出力された放射光を入力して平行光として出力する。また、レンズ１８から出力された放射光を集光し、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂへ入力する。
【００２３】
レンズ１８は、光増幅性ファイバ１１の端面１１ａから出力されレンズ１７に入力し、レンズ１７から出力された放射光を集光させる集光レンズとして機能する。レンズ１７から出力された放射光は、レンズ１８の集光位置に集光され、当該集光位置に配置されたＱスイッチ手段２０に入力される。また、レンズ１８は、Ｑスイッチ手段２０から出力された放射光を入力し、平行光としてレンズ１７の方向へ出力する。レンズ１８としては、例えば色収差補正された集光レンズ（アクロマティックレンズ）が用いられる。
【００２４】
また、レンズ１９は、Ｑスイッチ手段２０から出力された放射光を入力し、平行光として全反射ミラー１６に入力すると共に、全反射ミラー１６から出力された放射光を集光させる。レンズ１８とレンズ１９とは、レンズ１８のＱスイッチ手段２０側の焦点位置とレンズ１９のＱスイッチ手段２０側の焦点位置とが一致するように配置される。そしてこの焦点位置にＱスイッチ手段２０が配置される。
【００２５】
Ｑスイッチ手段２０は、チョッパディスク（円板）２１と、回転軸２２と、駆動部２３とにより構成される。チョッパディスク２１の表面は光を散乱又は吸収する構成であり、図２に示すように回転軸２２を中心とする円周上に複数個の開口部２１ａを備える。開口部２１ａはチョッパディスクの回転軸２２を中心とする円周上に等間隔に配置される。そして、回転軸２２を中心にチョッパディスク２１を回転させたとき、開口部２１ａがレンズ１８による放射光の集光位置を通過するように、チョッパディスク２１及びその回転軸２２が配置される。さらにこの回転軸２２を回転させる駆動部２３が配置される。駆動部２３は、モータ等により構成され、一定の速度で回転軸２２及びチョッパディスク２１を回転させることによって、レンズ１８により集光される放射光の集光位置をチョッパディスク２１及び開口部２１ａが交互に通過するように構成される。
【００２６】
上記のように構成されるレーザ光源１において、励起光源１２から連続出力された励起光は、ダイクロイックミラー１３によってレンズ１５へ出力される。レンズ１５から出力された光は、集光されてレーザ媒質である光増幅性ファイバ１１の端面１１ａに入力し、光増幅性ファイバ１１に添加された蛍光性元素を励起する。すなわち、半透過ミラー１４と全反射ミラー１６との間の光学系とがファブリペロ型の共振器を構成しており、その共振器の共振光路上にレーザ媒質としての光増幅性ファイバ１１が配置されている。
【００２７】
ここで、光増幅性ファイバの端面１１ｂから放出された放射光は、レンズ１７により平行光として出力された後、レンズ１８により集光される。そして、ここで、Ｑスイッチ手段２０を構成するチョッパディスク２１の開口部２１ａがレンズ１８（レンズ１９）の焦点位置にある場合には、レンズ１８から出力された放射光はチョッパディスク２１の開口部２１ａを通りレンズ１９に入力した後、レンズ１９から平行光として出力され全反射ミラー１６に到達する。さらに、全反射ミラー１６により反射された放射光は再びレンズ１９により集光される。そして、上述のようにチョッパディスク２１の開口部２１ａがレンズ１８（レンズ１９）の焦点位置にある場合には、開口部２１ａを通りレンズ１８へ入力し、レンズ１８によりコリメートされた後レンズ１７により集光された光は光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに入射する。また光増幅性ファイバ１１の端面１１ａから出力された放射光は、ダイクロイックミラー１３により透過され、半透過ミラー１４に到達する。半透過ミラー１４に到達した放射光のうち、一部は透過して出力されるが、その他は反射して再びダイクロイックミラー１３を介してレンズ１５に入力する。
【００２８】
上述のように、レンズ１８の集光位置（レンズ１９の集光位置）にチョッパディスク２１の開口部２１ａが配置される場合には、この開口部２１ａを放射光が通過することができる。一方、レンズ１８の集光位置にチョッパディスク２１の板部が配置される場合には、レンズ１８より出力されたチョッパディスク２１の板部に到達した放射光は、チョッパディスク２１の表面により吸収又は散乱されることから、共振器の共振器損失が極大となる。このように、このように、本実施形態のチョッパディスク２１が回転して放射光の透過及び遮断を切り替えることによってＱスイッチ手段２０として機能し、共振器からパルス光を出力させることができる。
【００２９】
第１実施形態に係るレーザ光源１の具体的な構成例は以下のとおりである。光増幅性ファイバ１１は光導波領域にＹｂ元素が添加された光ファイバであり、励起光源１２はＹｂ元素を励起し得る波長９７５ｎｍ帯の励起光を出力し、このとき、光増幅性ファイバ１１は波長１．０６μｍ帯の蛍光を放出する。励起光源１２から出力された励起光を入力するダイクロイックミラー１３は、波長９７５ｎｍの光を反射し、波長１．０６μｍの光を透過する。レンズ１５，１８，１９は、焦点距離ｆ＝５０ｍｍのレンズであり、レンズ１７は焦点距離ｆ＝５０ｍｍのアクロマティックレンズである。Ｑスイッチ手段２０を構成するチョッパディスク２１は直径４０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのＳＵＳからなり、その表面は光を散乱又は吸収させる加工が施される。また、チョッパディスクに設けられた開口部２１ａの直径は１ｍｍである。また、チョッパディスク２１を回転させる駆動部２３の回転速度は、８０００ｒｐｍである。
【００３０】
本実施形態に係るレーザ光源１によれば、上記のように開口部２１ａを備えるチョッパディスク２１によるＱスイッチ手段２０が放射光の透過及び遮断を機械的に切り替えて、共振光路の形成及び遮断を変更することによって、音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して照射強度に対する耐性が強くなることから、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００３１】
また、上記のレーザ光源１では、Ｑスイッチ手段２０と光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂとの間にレンズ１７，１８が配置されている。したがって、Ｑスイッチ手段２０のチョッパディスク２１への放射光の照射によるチョッパディスク２１の熱損傷（アブレーション等）により発生する揮発成分が光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに付着することがなく、端面１１ｂの汚れによるレーザ光源１の性能低下を抑制することもできる。
【００３２】
さらに、上記のレーザ光源１では、Ｑスイッチ手段２０はレンズ１８，１９の集光位置に配置され、レンズ１８，１９により集光された放射光がＱスイッチ手段２０に入射する構成となっている。このように集光された放射光に対してＱスイッチ手段２０が用いられるため、Ｑスイッチ手段２０を構成するチョッパディスク２１がより高速に回転することで、共振光路の形成及び遮蔽をより高速に切り替えることができ、レーザ光源１から出力されるレーザパルス光の時間幅を短くすることができる。
【００３３】
（第２実施形態）
本発明に係るレーザ光源の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係るレーザ光源２の構成図である。本実施形態に係るレーザ光源２は、Ｑスイッチ手段２４が板状の遮蔽板２５とこの遮蔽板２５を振動により移動させる駆動部２６とから構成される点である点以外は、第１実施形態に係るレーザ光源１と同様である。
【００３４】
すなわち、本実施形態に係るレーザ光源２のＱスイッチ手段２４を構成する遮蔽板２５がレンズ１８及びレンズ１９の集光位置にある場合には、遮蔽板２５により光が散乱又は吸収されるため、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出力された放射光を遮断する。したがって、共振器の共振光路が遮断され、共振器損失が極大となる。また、遮蔽板２５がレンズ１８及びレンズ１９の集光位置にない場合、すなわち、遮蔽部２５の端又は遮蔽部２５に設けられた開孔やスリット等がレンズ１８及びレンズ１９の集光位置にある場合には、レンズ１８から出力された放射光はレンズ１９に入力すると共に、レンズ１９から出力された放射光はレンズ１８に入力するため、共振光路が形成される。そして、駆動部２６により遮蔽板２５を移動させて共振光路の形成及び遮断を切り替えることによって、Ｑスイッチ手段として機能し、レーザ光源２からパルス光を出力することができる。
【００３５】
なお、第２実施形態に係るレーザ光源２の具体的な構成例は、Ｑスイッチ手段２４をのぞいて第１実施形態に係るレーザ光源１と同様である。Ｑスイッチ手段２４を構成する遮蔽板２５は、大きさが１０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さが０．３ｍｍのＳＵＳであり、表面に光が照射した場合に散乱又は吸収する加工が施されている。また、駆動部２６は圧電素子により構成される。
【００３６】
第２実施形態に係るレーザ光源２の場合でも、第１実施形態に係るレーザ光源１と同様に、共振光路の形成及び遮断を切り替えるＱスイッチ手段２４は、音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して照射強度に対する耐性が強いため、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００３７】
また、第１実施形態に係るレーザ光源１と同様に、Ｑスイッチ手段２４を構成する遮蔽板２５への放射光の照射による遮蔽板２５の熱損傷により発生する揮発成分が光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに付着することがなく、端面１１ｂの汚れによるレーザ光源２の性能低下を抑制することもできる。
【００３８】
さらに、第１実施形態に係るレーザ光源１と同様に、Ｑスイッチ手段２４はレンズ１８，１９の集光位置に配置され、レンズ１８，１９により集光された放射光が入射する構成となっている。したがって、Ｑスイッチ手段２４を構成する遮蔽板２５の位置をより高速に移動させることで共振光路の形成及び遮蔽をより高速に切り替えることができ、レーザ光源２から出力されるレーザパルス光の時間幅を短くすることができる。
【００３９】
（第３実施形態）
本発明に係るレーザ光源の第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態に係るレーザ光源３の構成図である。本実施形態に係るレーザ光源３は、共振器を構成する反射面が複数枚のミラーから構成され、それが移動することによってＱスイッチ手段として機能する点が第１実施形態に係るレーザ光源１と異なる点である。
【００４０】
すなわち、第１実施形態に係るレーザ光源１の全反射ミラー１６に代えて、回転駆動ミラー３２を備える。回転駆動ミラー３２は、具体的には光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出射された放射光は、レンズ１７によりコリメートされた光に対して垂直な回転軸を中心に回転することができる多角柱（図４では六角柱）であり、その側面３２ａが反射ミラーで覆われている。この回転駆動ミラー３２は図示していない駆動部により回転軸を中心に回転することにより、側面３２ａの反射ミラーの位置が動く構成を備えている。さらに、回転駆動ミラー３２は、ブラックボックス３１に入れられており、レンズ１７によりコリメートされ出力された放射光が入射する方向にのみ、例えば直径３ｍｍのピンホール３３が設けられる。
【００４１】
このような構成を有するレーザ光源３では、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂから出射され、レンズ１７によりコリメートされた放射光は、ピンホール３３からブラックボックス３１へ入射し、ブラックボックス３１内に設けられた回転駆動ミラー３２の側面３２ａを照射する。
【００４２】
ここで、回転駆動ミラー３２の側面３２ａのいずれか一枚が上述の放射光の入射する方向に対して垂直であるときに側面３２ａに到達した放射光は、側面３２ａで反射された後に再びピンホール３３から出射され、レンズ１７に入射することによって共振光路が形成される。一方、側面３２ａが放射光の入射する方向に対して垂直となっていないときに側面３２ａに到達した放射光は、側面３２ａによって入射した方向とは異なる方向に反射されるため、ブラックボックス３１から外部へ出射されず共振光路が遮断され、共振器損失は最大となる。駆動部によって回転駆動ミラー３２を回転させることによって回転駆動ミラー３２がＱスイッチ手段として機能し、側面３２ａによって共振光路が形成される場合と遮断される場合とが交互に繰り返されるため、レーザ光源３からパルス光を出力することができる。
【００４３】
第３実施形態に係るレーザ光源３の場合、共振光路を構成する反射面が共振光路の形成及び遮断を切り替えるＱスイッチ手段として機能するため、音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００４４】
また、Ｑスイッチ手段として機能する回転駆動ミラー３２の側面３２ａは全反射ミラーで覆われていて、放射光が照射することによるミラーの熱損傷は発生しないことから、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂの損傷の発生は抑制される。また、回転駆動ミラー３２が配置されるブラックボックス３１と光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂとの間にはレンズ１７が配置されていることから、ブラックボックス３１が回転駆動ミラー３２により反射された放射光により熱損傷した場合であっても、この熱損傷によって光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに汚れが付着することによる性能低下を抑制することができる。
【００４５】
（第４実施形態）
本発明に係るレーザ光源の第４実施形態について説明する。図５は、第４実施形態に係るレーザ光源４の構成図である。本実施形態に係るレーザ光源４は、共振器を構成する反射面が回転軸を中心に回転する円板の表面に設けられ、それが移動することによってＱスイッチ手段として機能する点が第３実施形態に係るレーザ光源３と異なる点である。
【００４６】
第４実施形態に係るレーザ光源４では、第３実施形態に係るレーザ光源３の回転駆動ミラー３２に代えて、駆動部３７によって回転軸３６を中心に回転するディスク（円板）３５がブラックボックス３１の内部に配置される。ディスク３５は例えば直径４０ｍｍのアルマイト処理されたアルミ板等であり、その中心部に回転軸３６を備える。さらに、図６に示すように回転軸３６を中心とする円周上に複数個の反射部３５ａを備える。反射部３５ａは例えば直径３．５ｍｍの円形の全反射ミラーであり円周上に等間隔で配置される。また、反射部３５ａの表面は、レンズ１７から出射されピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射する放射光に対して垂直な面を形成する。そして、回転軸３６を中心にディスク３５を回転させたとき、反射部３５ａがレンズ１７から出力され、ピンホール３３を介して入射する放射光の照射位置に位置するように、ディスク３５及びその回転軸３６を配置される。さらにこの回転軸３６を回転させる駆動部３７が配置される。駆動部３７は、モータ等により構成され、一定の速度で回転軸３６及びディスク３５を回転させることによって、放射光の照射位置をディスク３５の板部（反射部３５ａではない部分）及び反射部３５ａが交互に通過するように構成される。なお、図５では、駆動部３７はブラックボックス３１の外部に設けられているが、内部に設けてもよい。
【００４７】
このレーザ光源４において、ピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射した放射光の照射位置にディスク３５の反射部３５ａが配置される場合には、この反射部３５ａにより放射光が反射され、ピンホール３３を経て再びレンズ１７に入射する。これにより、共振光路が形成される。一方、放射光の照射位置にディスク３５の板部が配置される場合には、ピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射した放射光は、ディスク３５の表面により吸収又は散乱され、ブラックボックス３１のピンホール３３からは出射されない。したがって、共振光路が遮断されるため共振器の共振器損失が極大となる。このように、本実施形態のレーザ光源４では、ディスク３５が回転して放射光の照射位置に反射部３５ａと板部とを交互に配置して放射光路の形成及び遮断を切り替えることによりＱスイッチ手段として機能し、共振器からパルス光を出力させることができる。
【００４８】
上記の構成を有するレーザ光源４では、共振光路を構成する反射面がディスク３５からなり、回転させることで共振光路の形成及び遮断を切り替えるＱスイッチ手段として機能するため、音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００４９】
また、Ｑスイッチ手段として機能するディスク３５はブラックボックス３１に覆われており、ブラックボックス３１と光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂとの間にはレンズ１７が配置されていることから、ディスク３５やブラックボックス３１が放射光により熱損傷した場合であっても、この熱損傷によって光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに汚れが付着することによる性能低下を抑制することができる。
【００５０】
（第５実施形態）
本発明に係るレーザ光源の第５実施形態について説明する。図７は、第５実施形態に係るレーザ光源５の構成図である。本実施形態に係るレーザ光源５は、共振器を構成する反射面が板状の全反射ミラー３９とこの全反射ミラー３９を移動させる駆動部４１とから構成され、全反射ミラー３９が振動により移動することによりＱスイッチ手段を構成する点以外は、第４実施形態に係るレーザ光源４と同様である。
【００５１】
第５実施形態に係るレーザ光源５では、第４実施形態に係るレーザ光源４のディスク３５に代えて、支持部４０を介して駆動部４１によって移動される全反射ミラー３９がブラックボックス３１内に配置される。駆動部４１は例えば圧電素子等により構成される。また、全反射ミラー３９は、ピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射した放射光の照射位置にある場合には、放射光の光路に対して垂直になるように配置される。そして、放射光の照射位置に全反射ミラー３９が配置される場合には、この全反射ミラー３９により放射光が反射され、ピンホール３３を経て再びレンズ１７に入射する。これにより、共振光路が形成される。一方、放射光の照射位置に全反射ミラー３９が無い場合、すなわち、全反射ミラー３９の端又は全反射ミラー３９に設けられた開孔やスリット等が放射光の照射位置にある場合には、ピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射した放射光は、ブラックボックス３１の内壁に到達することとなる。したがって、共振光路が遮断されるため共振器の共振器損失が極大となる。駆動部４０は全反射ミラー３９を移動させることにより、共振光路の形成及び遮断を繰り返す。この結果、全反射ミラー３９を内部に備えるブラックボックス３１がＱスイッチ手段として機能し、共振器からパルス光を出力させることができる。
【００５２】
したがって、第５実施形態に係るレーザ光源５の場合でも、共振光路を構成する反射面が駆動部４１によって移動される全反射ミラー３９からなり、全反射ミラー３９の移動によって共振光路の形成及び遮断を切り替えるＱスイッチ手段として機能するため、音響光学素子をＱスイッチ手段として用いた場合と比較して、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００５３】
また、Ｑスイッチ手段として機能するディスク３５はブラックボックス３１に覆われており、ブラックボックス３１と光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂとの間にはレンズ１７が配置されていることから、ディスク３５やブラックボックス３１が放射光により熱損傷した場合であっても、この熱損傷によって光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂに汚れが付着することによる性能低下を抑制することができる。
【００５４】
なお、第５実施形態のレーザ光源５の変形例として、全反射ミラー３９の位置に代えて、放射光に対する全反射ミラー３９の角度を駆動部４１により変更することによっても、全反射ミラー３９をＱスイッチ手段として機能させることができる。具体的には、全反射ミラー３９がピンホール３３を経てブラックボックス３１内に入射する放射光に対して垂直な面である場合には、放射光がピンホール３３に向かって反射されることから共振光路が形成される。一方、放射光に対して垂直な面でない場合には、全反射ミラー３９により反射された放射光はピンホール３３とは異なる方向に反射されるため、共振光路が遮断され、共振器損失が最大となる。このように、全反射ミラー３９の角度を変更した場合でも、レーザ光源５からパルス光を出力させることができる。この変形例の場合であっても、高パワー出力に対して高い耐久性を得ることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００５６】
例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、Ｑスイッチ手段２０，２４は、光増幅性ファイバ１１の端面１１ｂと全反射ミラー１６との間に配置されているが、共振器内の他の場所に配置することもでき、例えばレンズ１５とダイクロイックミラー１３との間等に配置することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第１実施形態に係るレーザ光源１の構成を示す図である。
【図２】チョッパディスク２１を説明する図である。
【図３】第２実施形態に係るレーザ光源２の構成を示す図である。
【図４】第３実施形態に係るレーザ光源３の構成を示す図である。
【図５】第４実施形態に係るレーザ光源４の構成を示す図である。
【図６】ディスク３５を説明する図である。
【図７】第５実施形態に係るレーザ光源５の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１，２，３，４，５…レーザ光源、１１…光増幅性ファイバ、１２…励起光源、１３…ダイクロイックミラー、１４…半透過性ミラー、１５，１７，１８，１９…レンズ、１６，３９…全反射ミラー、２０，２４…Ｑスイッチ手段、２１…チョッパディスク、２３，２６、３７，４１…駆動部、２５…遮蔽板、３２…回転駆動ミラー、３５…ディスク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光をパルス発振するレーザ光源であって、
共振光路を形成する共振器と、
前記共振光路上に挿入され、励起エネルギが供給されることにより放射光が出力される希土類元素添加ファイバと、
前記希土類元素添加ファイバに励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、
前記共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段と、
前記希土類元素添加ファイバからの放射光を拡光した後の前記共振光路上に設けられた集光レンズとを備え、
前記Ｑスイッチ手段は、前記集光レンズの集光位置に配置され、前記共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記Qスイッチ手段は、
前記放射光を吸収又は散乱する板部と、回転軸を中心とする円周上に配置された複数の開口部とを有する円板と、
前記回転軸を中心に前記円板を回転させる駆動部とを含むことを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記Qスイッチ手段は、
前記放射光を吸収又は散乱する遮蔽部と、当該遮蔽部を振動により移動させる駆動部と、を含むこと特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【請求項４】
レーザ光をパルス発振するレーザ光源であって、
反射面と出射面との間で共振光路を形成する共振器と、
前記共振光路上に挿入され、励起エネルギが供給されることにより放射光が出力される希土類元素添加ファイバと、
前記希土類元素添加ファイバに励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、
前記共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段とを備え、
前記Ｑスイッチ手段は、前記反射面を操作することにより、前記共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とするレーザ光源。
【請求項５】
前記Ｑスイッチ手段は、
多角柱状体で、その中心軸の回りに回転し、回転する周面である側面には、前記共振器の一部を構成する反射ミラーを有し、回転により前記反射ミラーが前記共振光路に対して垂直な位置となる回転体と、
前記回転体を回転させる駆動部とを含み、
前記回転体の回転により、前記共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とする請求項４記載のレーザ光源。
【請求項６】
前記Ｑスイッチ手段は、
前記板部と前記共振器の一部を構成する反射部が、回転軸を中心とする円周上に配置され、前記板部は前記放射光を透過、吸収又は散乱する領域を有し、前記反射部は前記放射光を反射する円板と、
前記円板を回転させる駆動部とを含み、
前記円板の回転により、前記共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とする請求項４記載のレーザ光源。
【請求項７】
前記Ｑスイッチ手段は、
前記共振器の一部を構成し、前記放射光を反射する反射板と、
前記反射板を振動により移動させる駆動部とを含み、
前記反射板の位置を調整することで、前記共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とする請求項４記載のレーザ光源。
【請求項１】
レーザ光をパルス発振するレーザ光源であって、
共振光路を形成する共振器と、
前記共振光路上に挿入され、励起エネルギが供給されることにより放射光が出力される希土類元素添加ファイバと、
前記希土類元素添加ファイバに励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、
前記共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段と、
前記希土類元素添加ファイバからの放射光を拡光した後の前記共振光路上に設けられた集光レンズとを備え、
前記Ｑスイッチ手段は、前記集光レンズの集光位置に配置され、前記共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とするレーザ光源。
【請求項２】
前記Qスイッチ手段は、
前記放射光を吸収又は散乱する板部と、回転軸を中心とする円周上に配置された複数の開口部とを有する円板と、
前記回転軸を中心に前記円板を回転させる駆動部とを含むことを特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【請求項３】
前記Qスイッチ手段は、
前記放射光を吸収又は散乱する遮蔽部と、当該遮蔽部を振動により移動させる駆動部と、を含むこと特徴とする請求項１記載のレーザ光源。
【請求項４】
レーザ光をパルス発振するレーザ光源であって、
反射面と出射面との間で共振光路を形成する共振器と、
前記共振光路上に挿入され、励起エネルギが供給されることにより放射光が出力される希土類元素添加ファイバと、
前記希土類元素添加ファイバに励起エネルギを連続的に供給する励起手段と、
前記共振器の共振器損失を変調するＱスイッチ手段とを備え、
前記Ｑスイッチ手段は、前記反射面を操作することにより、前記共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とするレーザ光源。
【請求項５】
前記Ｑスイッチ手段は、
多角柱状体で、その中心軸の回りに回転し、回転する周面である側面には、前記共振器の一部を構成する反射ミラーを有し、回転により前記反射ミラーが前記共振光路に対して垂直な位置となる回転体と、
前記回転体を回転させる駆動部とを含み、
前記回転体の回転により、前記共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とする請求項４記載のレーザ光源。
【請求項６】
前記Ｑスイッチ手段は、
前記板部と前記共振器の一部を構成する反射部が、回転軸を中心とする円周上に配置され、前記板部は前記放射光を透過、吸収又は散乱する領域を有し、前記反射部は前記放射光を反射する円板と、
前記円板を回転させる駆動部とを含み、
前記円板の回転により、前記共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とする請求項４記載のレーザ光源。
【請求項７】
前記Ｑスイッチ手段は、
前記共振器の一部を構成し、前記放射光を反射する反射板と、
前記反射板を振動により移動させる駆動部とを含み、
前記反射板の位置を調整することで、前記共振光路の形成及び遮断を機械的に変更することを特徴とする請求項４記載のレーザ光源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１４１０３８（Ｐ２０１０−１４１０３８Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１４６６５（Ｐ２００８−３１４６６５）
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１０日（２００８．１２．１０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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