光ファイバグレーティングデバイスおよび光ファイバレーザ
【課題】入力光強度および環境温度によらず安定した光学特性を有する光ファイバグレーティングデバイスおよびこれを用いた光ファイバレーザを提供すること。
【解決手段】コア部と該コア部の外周に形成したクラッド部とを備え、該コア部の長手方向の一部に所定の波長帯域の光を反射するグレーティングを形成したグレーティング形成部を有する光ファイバグレーティングと、前記グレーティング形成部を収容する収容溝を備え、負の線膨張係数を有する基台と、少なくとも前記グレーティング形成部の外周を覆うように形成され、該グレーティング形成部を前記収容溝内に固着するとともに該グレーティング形成部において発生する熱を前記基台に伝導する樹脂部材と、を備える。
【解決手段】コア部と該コア部の外周に形成したクラッド部とを備え、該コア部の長手方向の一部に所定の波長帯域の光を反射するグレーティングを形成したグレーティング形成部を有する光ファイバグレーティングと、前記グレーティング形成部を収容する収容溝を備え、負の線膨張係数を有する基台と、少なくとも前記グレーティング形成部の外周を覆うように形成され、該グレーティング形成部を前記収容溝内に固着するとともに該グレーティング形成部において発生する熱を前記基台に伝導する樹脂部材と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバグレーティングデバイスおよび光ファイバレーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバのコア部に周期的に変化する屈折率のグレーティングを形成することによって作製された光ファイバグレーティングが知られている。この光ファイバグレーティングは、形成したグレーティングによって、所定の波長を中心とする波長帯域の光を反射するものであり、たとえば反射型波長選択フィルタとして機能する。この光ファイバグレーティングは、たとえば光ファイバレーザにおいて光共振器を構成するために用いられる（特許文献１参照）。
【０００３】
この光ファイバグレーティングの反射波長帯域の中心波長は、形成したグレーティングの周期とコア部の実効屈折率とによって定まるブラッグ反射波長と一致する。ここで、この光ファイバグレーティングにおいては、グレーティングの周期とコア部の実効屈折率とは、いずれも温度依存性を有する。したがって、この光ファイバグレーティングにおいては、中心波長が環境温度によって変化してしまうという課題がある。そこで、従来の光ファイバグレーティングデバイスは、中心波長の変化を抑制するために、種々の温度補償機構を備えている（特許文献２、３参照）。
【０００４】
たとえば、特許文献２に開示される光ファイバグレーティングデバイスは、光ファイバグレーティングの一端を台座部に固定し、他の一端を台座部とは線膨張係数が異なる材料からなる梁部に固定した構成を有する温度補償用パッケージを備えている。
【０００５】
一方、特許文献３に開示される光ファイバグレーティングデバイスは、負の線膨張係数を有する円筒形状の基材のスリット内に光ファイバグレーティングを挿入し、この光ファイバグレーティングの両端部を基材内に接着剤で固定した構成を有する。
【０００６】
特許文献２、３によれば、上記のいずれの光ファイバグレーティングデバイスも、上記したそれぞれの構成の温度補償機構を有する結果、中心波長の温度依存変化が抑制されている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６１６７０６６号明細書
【特許文献２】特開２００３−４９５６号公報
【特許文献３】特開２００１−３１８２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の光ファイバグレーティングデバイスは、入力する光の強度が変化した場合に、中心波長が変化してしまうという課題がある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、入力光強度および環境温度によらず安定した光学特性を有する光ファイバグレーティングデバイスおよびこれを用いた光ファイバレーザ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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、コア部と該コア部の外周に形成したクラッド部とを備え、該コア部の長手方向の一部に所定の波長帯域の光を反射するグレーティングを形成したグレーティング形成部を有する光ファイバグレーティングと、前記グレーティング形成部を収容する収容溝を備え、負の線膨張係数を有する基台と、少なくとも前記グレーティング形成部の外周を覆うように形成され、該グレーティング形成部を前記収容溝内に固着するとともに該グレーティング形成部において発生する熱を前記基台に伝導する樹脂部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記光ファイバグレーティングは、前記グレーティング形成部を除いた前記クラッド部の外周に形成した被覆部を備え、前記基台は、前記光ファイバグレーティングを前記被覆部において支持する支持溝を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記光ファイバグレーティングは、前記クラッド部を内側クラッドとし、前記被覆部を外側クラッドとするダブルクラッド型光ファイバ構造を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材は、前記グレーティング形成部の外周と、前記被覆部の該グレーティング形成部に隣接する部分の外周とを覆うように形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材は、前記グレーティング形成部から漏洩する光を透過することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材の屈折率は、前記光ファイバグレーティングのクラッド部の屈折率よりも高いことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材の屈折率は、前記光ファイバグレーティングのクラッド部の屈折率よりも低いことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材は、ＵＶ硬化樹脂からなることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記基台は、−７０〜−８０ｐｐｍ／℃の線膨張係数を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記収容溝は、Ｖ字状に形成されたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記収容溝は、前記支持溝に比して幅広且つ深底に形成されたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記支持溝は、Ｖ字状に形成されたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材に密着するように配置され、該樹脂部材を伝導した熱を放熱する放熱部材を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記放熱部材は、前記基台の上部を覆うように形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記放熱部材は、アルミニウム、銅、鉄、およびニッケルの少なくとも一つを含む金属部材を用いて形成されることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記光ファイバグレーティングは、所定の張力を印加した状態で前記基台に固定されていることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材よりも高い硬度を有し、前記グレーティング形成部を挟むように配置され、前記光ファイバグレーティングを前記収容溝内に固着する補強樹脂部材をさらに備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明のいずれか１つに係る２つの光ファイバグレーティングデバイスと、前記２つの光ファイバグレーティングデバイス間に配置した希土類元素添加光ファイバと、前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給する励起光源と、を備え、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスの各反射波長帯域は重畳しており、前記励起光源が前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給することによって、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスのいずれか一方の端部から前記重畳した波長帯域内の発振波長を有するレーザ光を出力することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記レーザ光を出力する出力端部側に配置され、前記レーザ光を受付け該レーザ光の波長を変換して出力する波長変換素子を備えたことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記希土類元素添加光ファイバおよび前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、偏波保持型光ファイバ構造を有し、前記一方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つと、前記他方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つとを重畳させて、該重畳した波長帯域内の発振波長を有する単一偏波のレーザ光を発振することを特徴とする。
【００３０】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、互いのスロー軸とファースト軸とが平行になるように前記希土類元素添加光ファイバに接続していることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、互いのスロー軸が互いのファースト軸と平行になるように前記希土類元素添加光ファイバに接続していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、負の線膨張係数を有する基台と、少なくとも光ファイバグレーティングのグレーティング形成部の外周を覆うように形成され、グレーティング形成部を基台の収容溝内に固着するとともに、グレーティング形成部において発生する熱を基台に伝導する樹脂部材とを備えたことによって、光ファイバグレーティングの光学特性の温度依存変化および入力光強度依存変化が抑制されるので、入力光強度および環境温度によらず安定した光学特性を有する光ファイバグレーティングデバイスを実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスおよび光ファイバレーザの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。図１に示すように、この光ファイバグレーティングデバイス１は、光ファイバグレーティング１１と、基台１２と、樹脂部材１３とを備える。以下、各構成要素について具体的に説明する。
【００３５】
光ファイバグレーティング１１は、正の線膨張係数を有する石英系ガラスからなる光ファイバ部１１１と、被覆部１１２、１１２とを備え、光ファイバ部１１１は、コア部の長手方向の一部に所定の波長帯域の光を反射するグレーティングを形成したグレーティング形成部１１３を有する。また、被覆部１１２、１１２は、グレーティング形成部１１３を除いた光ファイバ部１１１の外周に形成されている。
【００３６】
また、基台１２は、光ファイバグレーティング１１のグレーティング形成部１１３を収容する収容溝１２１と、光ファイバグレーティング１１を被覆部１１２、１１２において支持する支持溝１２２、１２２とを備える。この基台１２は、負の線膨張係数を有している。
【００３７】
また、樹脂部材１３は、ＵＶ硬化樹脂からなり、収容溝１２１と支持溝１２２、１２２とを充填するように形成されている。すなわち、この樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３の外周と、被覆部１１２、１１２のグレーティング形成部１１３に隣接する部分の外周を覆うように形成されている。そして、樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３を収容溝１２１内に固着するとともに、被覆部１１２、１１２の一部を支持溝１２２、１２２内に固着している。
【００３８】
つぎに、光ファイバグレーティング１１の構成について、さらに具体的に説明する。図２は、図１に示す光ファイバグレーティング１１の概略断面と対応する屈折率分布とを示す図である。図２に示すように、光ファイバグレーティング１１において、光ファイバ部１１１は、コア部１１１１とクラッド部１１１２とを備えている。また、屈折率分布については、コア部１１１１、クラッド部１１１２、被覆部１１２の順で低くなっている。その結果、光ファイバグレーティング１１は、クラッド部１１１２を内側クラッドとし、被覆部１１２を外側クラッドとするダブルクラッド型光ファイバ構造を有している。なお、上記屈折率分布については、所定の波長の光がコア部１１１１をシングルモード伝搬し、クラッド部１１１２によってマルチモード伝搬するように設定されている。
【００３９】
つぎに、基台１２の構成について、さらに具体的に説明する。図３は、図１に示す光ファイバグレーティングデバイス１のＡ矢視図であり、図４は、Ｂ矢視図であり、図５は、図４におけるＣ-Ｃ線一部断面図である。
【００４０】
図３〜５に示すように、基台１２の互いに対向する各縁部には支持溝１２２、１２２がそれぞれ形成され、基台１２の縁部の内側であって支持溝１２２、１２２の間の領域には収容溝１２１が形成されている。支持溝１２２、１２２は、Ｖ字状に形成されたＶ字溝であり、光ファイバグレーティング１１の被覆部１１２の外径よりも大きい開口幅Ｗ１を有する。また、支持溝１２２、１２２は、一直線上に並ぶように形成される。このような支持溝１２２、１２２が光ファイバグレーティング１１を被覆部１１２、１１２において支持することによって、基台１２は、収容溝１２１にグレーティング形成部１１３を弛みおよび曲げが殆ど無い状態で収容できる。
【００４１】
また、支持溝１２２、１２２の深さＤ１は、被覆部１１２、１１２を支持溝１２２、１２２内に完全に収容できるような深さとされている。その結果、支持溝１２２、１２２は、光ファイバグレーティング１１を基台１２の上面から突出しないよう支持することができるので、光ファイバグレーティング１１が外部のものと接触して破損することを防止できる。
【００４２】
一方、収容溝１２１は、支持溝１２２、１２２よりも幅広且つ深底に形成されている。すなわち、収容溝１２１は、支持溝１２２、１２２の開口幅Ｗ１よりも大きい幅Ｗ２を有するとともに、支持溝１２２、１２２の深さＤ１よりも大きい深さＤ２を有する直方体状の溝である。その結果、グレーティング形成部１１３を収容溝１２１に収容する際および収容した状態で、グレーティング形成部１１３が収容溝１２１の内面に接触して傷付いたり破損したりすることが、確実に防止される。
【００４３】
ここで、光ファイバグレーティングデバイス１に光を入力した場合について説明する。図６は、光ファイバグレーティングデバイス１に光を入力した場合について説明する説明図である。図６に示すように、光ファイバグレーティングデバイス１に紙面左方から光を入力すると、グレーティング形成部１１３のグレーティングの反射波長帯域内の波長を有する光は反射して紙面左方に出力し、それ以外の波長の光はグレーティング形成部１１３を透過して紙面右方に出力する。
【００４４】
このとき、入力した光の一部はグレーティングによって吸収または散乱される。すると、吸収または散乱された光が熱に変換されることによって、グレーティング形成部１１３の温度が上昇する。上述したように、光ファイバ部１１１は正の線膨張係数を有するので、温度上昇によってグレーティング形成部１１３を伸長させようとする応力ｆ１、ｆ２が発生する。
【００４５】
一方、グレーティング形成部１１３の外周を覆うように形成された樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３において発生した熱を基台１２に伝導する。その結果、基台１２の温度が上昇する。上述したように、基台１２は負の線膨張係数を有するので、温度上昇によって基台１２を収縮させようとする応力ｆ３、ｆ４が発生する。
【００４６】
ここで、グレーティング形成部１１３は、樹脂部材１３によって基台１２の収容溝１２１内に固着しているので、グレーティング形成部１１３に発生する応力ｆ１、ｆ２は、基台１２に発生する応力ｆ３、ｆ４によってキャンセルされる。その結果、グレーティング形成部１１３の長さが伸長することが抑制されるので、グレーティングの中心波長の変化も抑制される。
【００４７】
また、入力光の強度が増加すれば、グレーティング形成部１１３において発生する熱量も増加するので、応力ｆ１、ｆ２も増加する。しかし、同時に、基台１２に伝導する熱量も増加するので、応力ｆ３、ｆ４も増加し、応力ｆ１、ｆ２がキャンセルされる。入力光の強度が減少する場合も同様である。
【００４８】
すなわち、入力光強度の変化によるグレーティング形成部１１３の長さの変化は常に抑制される。その結果、光ファイバグレーティングデバイス１は、入力光強度によらず安定した中心波長を有するものとなる。
【００４９】
一方、たとえば光ファイバグレーティングデバイス１の環境温度が上昇した場合は、グレーティング形成部１１３には応力ｆ１、ｆ２と同様の応力が発生し、基台１２には応力ｆ３、ｆ４と同様の応力が発生する。しかしながら、上述したように、グレーティング形成部１１３は樹脂部材１３によって基台１２の収容溝１２１内に固着しているので、グレーティング形成部１１３に発生する応力は、基台１２に発生する応力によってキャンセルされる。環境温度が下降した場合も同様である。
【００５０】
したがって、この光ファイバグレーティングデバイス１は、入力光強度および環境温度によらず安定した反射中心波長を有するものとなる。また、この光ファイバグレーティングデバイス１は、簡単な構造を有しているので、低コストなものとなる。
【００５１】
なお、この光ファイバグレーティングデバイスは、以下のように作製できる。はじめに、従来の方法を用いて作製した光ファイバグレーティング１１と、収容溝１２１および支持溝１２２、１２２を形成した基台１２とを用意する。つぎに、グレーティング形成部１１３が収容溝１２１に収容され、被覆部１１２、１１２が支持溝１２２、１２２に支持されるように、光ファイバグレーティング１１を基台１２に載置する。つぎに、樹脂部材１３を、収容溝１２１および支持溝１２２、１２２に充填し、樹脂部材１３に紫外線を照射して固化することによって、光ファイバグレーティングデバイス１が完成する。
【００５２】
ここで、光ファイバグレーティング１１を基台１２に載置する際に、光ファイバグレーティング１１に所定の張力を印加し、反射波長帯域が所望の中心波長を有するように光ファイバグレーティング１１を伸長させた状態で、基台１２の収容溝１２１および支持溝１２２、１２２に収容し、樹脂部材１３によって固着することができる。
【００５３】
なお、基台１２の材質は、負の線膨張係数を有するものであれば特に限定されないが、たとえば、β−ユークリプタイトまたはβ−石英固溶体を主結晶とする多結晶体、ＺｒおよびＨｆの少なくともいずれかを含み、リン酸タングステン酸塩またはタングステン酸塩を主結晶とする多結晶体、および液晶ポリマーのいずれかとすればよい。なお、たとえば、石英系ガラスの線膨張係数は＋０．５ｐｐｍ／℃であるが、基台１２が−７０〜−８０ｐｐｍ／℃の線膨張係数を有するものであれば、石英系ガラスからなるグレーティング形成部１１３に発生する応力を効果的にキャンセルできる。このような材質としては、日本電気硝子社製のＣＥＲＳＡＴ（登録商標）がある。
【００５４】
また、樹脂部材１３は、たとえばＵＶ硬化型エポキシ樹脂などのＵＶ硬化樹脂からなる。しかし、樹脂材料１３としては、ＵＶ硬化樹脂からなるものに限定されず、熱硬化樹脂等であっても、熱伝導率が十分に高く、グレーティング形成部１１３において発生した熱を効果的に基台１２に伝導することができるものであればよい。さらに、ヤング率が十分に高く、グレーティング形成部１１３において発生した応力を、基台１２において発生した応力によって効果的にキャンセルできるものであればよい。
【００５５】
また、樹脂部材１３の屈折率がクラッド部１１１２の屈折率よりも低い場合は、クラッド部１１１２を伝搬する光が樹脂部材１３に漏洩することを防止できる。したがって、たとえば光をクラッド部１１１２内においてマルチモードで伝搬させたい場合は、樹脂部材１３の屈折率をクラッド部１１１２の屈折率よりも低いものとすることが好ましい。
【００５６】
また、樹脂部材１３の屈折率がクラッド部１１１２の屈折率よりも高い場合は、クラッド部１１１２を伝搬する光を樹脂部材１３に漏洩させることができる。したがって、たとえばコア部１１１１から漏洩した光がクラッド部１１１２を伝搬してしまうことを防止したい場合には、樹脂部材１３の屈折率をクラッド部１１１２の屈折率よりも高いものとすることが好ましい。
【００５７】
また、グレーティングによる散乱などによって、コア部１１１１を伝搬する光が、グレーティング形成部１１３から漏洩する場合がある。この漏洩光が樹脂部材１３に到達した場合、樹脂部材１３が漏洩光を吸収して発熱し、劣化するおそれがある。したがって、樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３から漏洩する光を透過するものであることが好ましい。
【００５８】
また、この光ファイバグレーティングデバイス１は、樹脂部材１３を伝導した熱を放熱する放熱部材を備えていてもよい。図７は、実施の形態１の変形例に係る光ファイバグレーティングデバイス１ａを模式的に表した斜視概略図である。この光ファイバグレーティングデバイス１ａは、光ファイバグレーティングデバイス１の上面に放熱部材１４を備えたものである。この放熱部材１４は、樹脂部材１３および基台１２の上面に密着させて配置されている。その結果、樹脂部材１３を伝導して上面に到達した熱が効率的に放熱されるので、樹脂部材１３に熱が蓄積して劣化することが防止される。さらに、基台１２が有する熱も効率的に放熱されるので、基台１２に熱が蓄積して劣化することが防止される。なお、この放熱部材１４は、たとえば、熱伝導率が高いアルミニウム、銅、鉄、およびニッケルの少なくとも一つを含む金属部材を用いて形成されることが好ましい。また、この放熱部材１４は、樹脂部材１３を保護する蓋としても機能しており、樹脂部材１３の損傷、劣化などが防止される。
【００５９】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスについて説明する。本実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスは、グレーティング形成部を挟むように配置され、光ファイバグレーティングを収容溝内に固着する補強樹脂部材を備えている。
【００６０】
図８は、本実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。また、図９は、図８に示す光ファイバグレーティングデバイスのＥ矢視図である。図８、９に示すように、この光ファイバグレーティングデバイス２は、実施の形態１におけるものと同様の光ファイバグレーティング１１と、基台２２と、樹脂部材２３と、補強樹脂部材２４、２４とを備える。
【００６１】
基台２２は、光ファイバグレーティング１１のグレーティング形成部１１３を収容するＶ字状に形成された収容溝２２１を備えている。この収容溝２２１は、光ファイバグレーティング１１を被覆部１１２、１１２において支持する支持溝の役割も果たしている。また、基台２２は、実施の形態１における基台１２と同様に負の線膨張係数を有している。
【００６２】
また、樹脂部材２３は、実施の形態１における樹脂１３と同様に、収容溝２２１を充填するように形成され、グレーティング形成部１１３の外周と、被覆部１１２、１１２のグレーティング形成部１１３に隣接する部分の外周を覆うように形成されている。そして、樹脂部材２３は、グレーティング形成部１１３と、被覆部１１２、１１２の一部とを収容溝２２１内に固着している。
【００６３】
また、補強樹脂部材２４、２４は、グレーティング形成部１１３を挟むように配置され、光ファイバグレーティング１１を収容溝２２１内に固着している。ここで、補強樹脂部材２４、２４は、樹脂部材２３よりも高い硬度を有するので、光ファイバグレーティング１１は、樹脂部材２３のみで固着する場合よりも一層強固に基台２２に固着される。その結果、環境温度の変動に対する光ファイバグレーティングデバイス２の信頼性が一層向上する。また、補強樹脂部材２４、２４を備えることで、樹脂部材２３に要求される硬度を低減できるので、樹脂部材２３の材質の選択肢が広がり、たとえば、樹脂部材２３として、熱伝導率が一層高いものを用いることができる。
【００６４】
なお、樹脂部材２３として、たとえば熱伝導率が１．３Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱硬化樹脂であるジェル状のアルミナ含有シリコーン樹脂を用いることができる。また、補強樹脂部材２４として、ショアＤ硬度が８０よりも大きいＵＶ硬化樹脂を用いることができる。
【００６５】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る光ファイバレーザについて説明する。本実施の形態３に係る光ファイバグレーティングは、実施の形態１に係るものと同様の光ファイバグレーティングデバイスを用いて構成した光共振器を備えるものである。
【００６６】
図１０は、本実施の形態３に係る光ファイバレーザを模式的に表した概略図である。この光ファイバレーザ１０は、励起光源である半導体レーザ素子２1〜２nと、半導体レーザ素子２1〜２nが出力する励起光を導波するマルチモード光ファイバ２１1〜２１nと、マルチモード光ファイバ２１1〜２１nが導波した励起光を結合し、ダブルクラッド光ファイバ３１から出力させるＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）３と、光ファイバグレーティングデバイス１と同様の構成を有し、ダブルクラッド光ファイバ３１と接続点Ｃ１において接続する光ファイバグレーティングデバイス１ｂと、光ファイバグレーティングデバイス１ｂと接続点Ｃ２において接続するダブルクラッド型の希土類元素添加光ファイバ４と、光ファイバグレーティングデバイス１と同様の構成を有し、希土類元素添加光ファイバ４と接続点Ｃ３において接続する光ファイバグレーティングデバイス１ｃと、光ファイバグレーティングデバイス１ｃと接続点Ｃ４において接続するシングルモード光ファイバ５１を備えるコリメータ部品５と、コリメータ部品５の出力端側に配置されるとともに、光学ステージ６１に載置された波長変換素子６とを備える。
【００６７】
半導体レーザ素子２1〜２nが出力する励起光の波長は９１５ｎｍ近傍である。また、光ファイバグレーティングデバイス１ｂは、中心波長が１０６４ｎｍであり、中心波長およびその周辺の約２ｎｍの幅の波長帯域における反射率が約１００％であり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。また、光ファイバグレーティングデバイス１ｃは、中心波長が１０６４ｎｍであり、中心波長における反射率が１０〜３０％程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約０．１ｎｍであり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。したがって、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、波長１０６４ｎｍの光に対して光共振器を構成する。
【００６８】
また、希土類元素添加光ファイバ４は、コア部にイットリビウム（Ｙｂ）イオンが添加されている。また、波長変換素子６は、ＰＰＬＮ等の非線形光学媒質からなる第二次高調波発生（ＳＨＧ）素子である。また、光学ステージ６１は、波長変換素子６の位置と角度を調整するものである。さらに、光学ステージ６１は、ペルチェ素子などの冷却素子あるいはヒータなどの加熱素子が内蔵されており、これらの冷却または加熱素子によって波長変換素子６を所望の温度に調整する。
【００６９】
つぎに、この光ファイバレーザ１０の動作について説明する。半導体レーザ素子２1〜２nが波長９１５ｎｍ近傍の励起光を出力すると、マルチモード光ファイバ２１1〜２１nが各励起光を導波し、ＴＦＢ３が導波した各励起光を結合してダブルクラッド光ファイバ３１に出力する。ダブルクラッド光ファイバ３１は結合した励起光をマルチモードで伝搬する。その後、光ファイバグレーティングデバイス１ｂがダブルクラッド光ファイバ３１を伝搬した励起光を透過して、希土類元素添加光ファイバ４に到達させる。
【００７０】
希土類元素添加光ファイバ４に到達した励起光は、希土類元素添加光ファイバ４の内側クラッド内をマルチモードで伝搬しながら、希土類元素添加光ファイバ４のコア部に添加したＹｂイオンを光励起し、波長１０６４ｎｍを含む波長帯域を有する蛍光を発光させる。この蛍光は、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃが構成する光共振器内をシングルモードで往復しながら、Ｙｂイオンの誘導放出作用により増幅され、発振波長１０６４ｎｍにおいてレーザ発振する。
【００７１】
図１１は、各光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃの反射スペクトルと、レーザ発振光の出力スペクトルとの関係を示す図である。なお、図１１において、波長λ１は１０６４ｎｍであり、反射率Ｒ１は約１００％であり、反射率Ｒ２は１０〜３０％程度である。図１１に示すように、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、それぞれ波長λ１を中心波長とする反射スペクトルＳ１、Ｓ２を有し、両者の反射波長帯域は重畳している。その結果、レーザ光は、出力スペクトルＳ３が示すように、重畳した反射帯域内の波長λ１で発振する。
【００７２】
以上説明したように、発振波長１０６４ｎｍのレーザ光が、光ファイバグレーティングデバイス１ｃの一端から出力する。つぎに、シングルモード光ファイバ５１は、このレーザ光をコリメータ部品５に導波し、コリメータ部品５はこのレーザ光を平行光であるレーザ光Ｌ１として出力する。このレーザ光Ｌ１は、波長変換素子６に入力する。そして、波長変換素子６は、レーザ光Ｌ１を受付け、レーザ光Ｌ１の波長を変換し、波長５３２ｎｍの波長変換レーザ光Ｌ２として出力する。なお、効率的に波長変換を行うためには、波長変換素子６が、レーザ光Ｌ１に対して、位相整合条件を満たすように配置されていることが好ましい。そのため、波長変換素子６は、光学ステージ６１によって、その角度、位置、および温度が、位相整合条件を満たすように調整されている。
【００７３】
ここで、半導体レーザ素子２1〜２nが出力する各励起光の強度はたとえば１０〜５０Ｗであり、光ファイバグレーティングデバイス１ｂにはこれらの励起光が結合した強度５０Ｗ以上の励起光が入力する。一方、光ファイバグレーティングデバイス１ｃの一端から出力するレーザ光の強度は１〜１０Ｗである。すなわち、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃには、極めて高い強度の光が入力することとなる。
【００７４】
しかしながら、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、実施の形態１に係る光ファイバグレーティングデバイス１と同様の構成を有するので、上述したような極めて高い強度の光が入力し、かつその強度が変化しても、反射波長帯域の変化がきわめて少ない。また、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、環境温度が変化しても、反射波長帯域の変化がきわめて少ない。したがって、この光ファイバレーザ１０は、その出力強度や環境温度にかかわらず、発振波長がきわめて安定したレーザ光Ｌ１を出力することができる。
【００７５】
さらに、上述した波長変換素子６の位相整合条件は、レーザ光Ｌ１の波長にも依存し、レーザ光Ｌ１の波長が位相整合条件を満たす波長から外れると、波長変換素子６の波長変換効率は急激に低下する。しかしながら、この光ファイバレーザ１０は、レーザ光Ｌ１の波長がきわめて安定しているので、その出力強度や環境温度にかかわらず、波長変換効率を高い値に維持することができる。また、この光ファイバレーザ１０は、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃの中心波長を調整するための特別な温度調整手段を設ける必要がないので、低コストなものとなる。
【００７６】
なお、この光ファイバレーザ１０が備える光ファイバグレーティングデバイス１ｂにおいては、樹脂部材の屈折率が、クラッド部の屈折率よりも低いものとなっている。その結果、このクラッド部をマルチモードで伝搬する励起光が樹脂部材に漏洩しない。したがって、この光ファイバグレーティングデバイス１ｂは、励起光を効果的に希土類元素添加光ファイバ４に到達させることができる。
【００７７】
また、上述したように、光ファイバグレーティングデバイス１ｃは、波長９１５ｎｍの励起光をほとんど透過する。このため、希土類元素添加光ファイバ４において吸収されなかった残留励起光が、光ファイバグレーティングデバイス１ｃとシングルモード光ファイバ５１との接続点Ｃ４に到達し、接続点Ｃ４においてシングルモード光ファイバ５１のクラッド部に結合して伝搬し、波長変換素子６に到達してノイズ光を発生させる場合がある。そこで、この光ファイバレーザ１０においては、上述したように、光ファイバグレーティングデバイス１ｃにおいて、樹脂部材の屈折率をクラッド部の屈折率よりも高くすることが好ましい。このようにすれば、光ファイバグレーティングデバイス１ｃにおいて、クラッド部を伝搬する残留励起光が樹脂部材に漏洩するので、残留励起光が接続点Ｃ４に到達することが防止される。その結果、波長変換素子６においてノイズ光が発生するのを防止できる。
【００７８】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る光ファイバレーザについて説明する。本実施の形態４に係る光ファイバレーザは、実施の形態３に係る光ファイバレーザと同様の構成を有するが、希土類元素添加光ファイバおよび２つの光ファイバグレーティングが、偏波保持型光ファイバ構造を有し、単一偏波のレーザ光を発振させるものである。以下、本実施の形態３に係る希土類元素添加光ファイバおよび２つの光ファイバグレーティングデバイスの光ファイバ部について具体的に説明する。
【００７９】
図１２は、本実施の形態４に係る希土類元素添加光ファイバ４と２つの光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃの光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃとの各接続部を模式的に表した概略図である。なお、方向を説明するために、図１２においてＸＹ軸を定義している。図１２に示すように、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、いずれも互いに直交する２軸方向についてコア部に複屈折特性を持たせた光ファイバであり、具体的には、それぞれコア部１１１１ｂ、１１１１ｃと、クラッド部１１１２ｂ、１１１２ｃと、クラッド部１１１２ｂ、１１１２ｃ内に、コア部１１１１ｂまたは１１１１ｃと一直線上に配列するように形成した応力付与母材１１１３ｂ、１１１３ｃとを備えるＰＡＮＤＡ型の偏波保持型光ファイバである。また、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、それぞれコア部１１１１ｂ、１１１１ｃにグレーティングが形成されたグレーティング形成部１１３ｂ、１１３ｃを有する。
【００８０】
そして、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、応力付与母材１１１３ｂまたは１１１３ｃによって、互いに直交し、屈折率が異なるスロー軸（Ｓｌｏｗ軸）とファースト軸（Ｆａｓｔ軸）とが形成されている。光ファイバ部１１１ｂについては、Ｓｌｏｗ軸がＸ軸方向に平行になっており、Ｆａｓｔ軸がＹ軸方向に平行になっている。また、光ファイバ部１１１ｃについては、Ｆａｓｔ軸がＸ軸方向に平行になっており、Ｓｌｏｗ軸がＹ軸方向に平行になっている。
【００８１】
一方、希土類元素添加光ファイバ４も、コア部４１と、クラッド部４２と、クラッド部４２内に、コア部４１と一直線上に配列するように形成した応力付与母材４３とを備えるＰＡＮＤＡ型の偏波保持型光ファイバである。
【００８２】
そして、希土類元素添加光ファイバ４も、応力付与母材４３によって、直交するＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とが形成されている。なお、希土類元素添加光ファイバ４については、Ｆａｓｔ軸がＸ軸方向に平行になっており、Ｓｌｏｗ軸がＹ軸方向に平行になっている。
【００８３】
そして、光ファイバ部１１１ｂと希土類元素添加光ファイバ４とは、接続点Ｃ２において、互いのＳｌｏｗ軸が互いのＦａｓｔ軸と平行になるように接続している。一方、光ファイバ部１１１ｃと希土類元素添加光ファイバ４とは、接続点Ｃ３において、互いのＳｌｏｗ軸とＳｌｏｗ軸とが平行になるように接続している。その結果、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、互いのＳｌｏｗ軸が互いのＦａｓｔ軸と平行になるように希土類元素添加光ファイバ４に接続していることとなる。
【００８４】
本実施の形態４に係る光ファイバレーザは、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃと希土類元素添加光ファイバ４とを上記のように接続していることによって、単一偏波のレーザ光を発振することができる。以下、具体的に説明する。
【００８５】
図１３は、各光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃの反射スペクトルと、レーザ発振光の出力スペクトルとの関係を示す図である。なお、図１３において、波長λ１は１０６４ｎｍであり、反射率Ｒ１は約１００％であり、反射率Ｒ２は１０〜３０％程度である。ここで、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、コア部に複屈折性を持たせたものなので、反射スペクトルには、Ｓｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸のそれぞれに対応する２つの反射波長帯が現われる。
【００８６】
ここで、この複屈折率差を調整して、図１３に示すように、光ファイバ部１１１ｂの反射スペクトルＳ４を、Ｆａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ１を中心波長とするピークを有し、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ２を中心波長とするピークを有するスペクトル形状となるようにしておく。同様に、光ファイバ部１１１ｃの反射スペクトルＳ５を、Ｆａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ３を中心波長とするピークを有し、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ１を中心波長とするピークを有するスペクトル形状となるようにしておく。すなわち、光ファイバ部１１１ｂのＦａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域と、光ファイバ部１１１ｃのＳｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域とを重畳させるようにしておく。
【００８７】
すると、希土類元素添加光ファイバ４において発生した蛍光のうち、Ｙ軸方向の直線偏波を有するものについては、希土類元素添加光ファイバ４内をその偏光方向を維持したまま伝搬する。そして、光ファイバ部１１１ｂ内に入射すると、Ｆａｓｔ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｂのグレーティングによって、波長λ１をピークとする反射帯域内の光だけが反射される。
【００８８】
この反射した光は、希土類元素添加光ファイバ４内をその偏光方向を維持したまま伝搬し、光ファイバ部１１１ｃに入射すると、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｃのグレーティングによって、再び反射される。すなわち、Ｙ軸方向の直線偏波を有する光に対しては、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃが光共振器を構成することになる。したがって、上記の反射が繰り返される結果、中心波長がλ１の出力スペクトルＳ６を有し、Ｙ軸方向の直線偏波を有するレーザ光が発振する。
【００８９】
一方、希土類元素添加光ファイバ４において発生した蛍光のうち、Ｘ軸方向の直線偏波を有するものについては、光ファイバ部１１１ｂ内に入射すると、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｂのグレーティングによって、波長λ２をピークとする反射帯域内の光だけが反射される。
【００９０】
しかし、この反射した光は、光ファイバ部１１１ｃに入射すると、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｃのグレーティングを透過してしまうので、レーザ発振は起こらない。同様に、Ｘ軸方向の直線偏波を有する光が光ファイバ部１１１ｃ内に入射すると、グレーティング形成部１１３ｃのグレーティングによって、波長λ３をピークとする反射帯域内の光だけが反射されるが、この反射した光はグレーティング形成部１１３ｂのグレーティングを透過するので、レーザ発振は起こらない。
【００９１】
以上説明したように、本実施の形態４に係る光ファイバレーザにおいては、Ｙ軸方向の直線偏波を有するレーザ光のみが発振する。すなわち、この光ファイバレーザは、単一偏波のレーザ光を発振する単一偏波光ファイバレーザとなる。さらに、この光ファイバレーザは、実施の形態３に係る光ファイバレーザと同様の構成を有するので、その出力強度や環境温度にかかわらず、発振波長がきわめて安定したレーザ光および波長変換レーザ光を出力することができる。
【００９２】
なお、上記実施の形態４では、偏波保持型光ファイバとしてＰＡＮＤＡ型の光ファイバを用いたが、本発明はこれに限らず、コア部の断面形状が楕円である楕円コア型の光ファイバを用いてもよい。なお、楕円コア型の光ファイバにおいては、一般的にＦａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸との複屈折率差が小さいので、各軸に対応する２つの反射波長帯域が近接する。しかし、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、環境温度や入射する光の強度に関わらず、反射波長帯域がシフトせずに安定しているので、２つの反射波長帯域が近接しているとしても、重畳することはない。その結果、環境温度や入射する光の強度に関わらず、確実に単一偏波でのレーザ発振が維持される。
【００９３】
（実施例、比較例）
本発明の実施例として、実施の形態４に係る光ファイバレーザと同様のものを作製し、環境温度２５℃において、励起光源から出力する励起光の強度を変化させながらコリメータ部品におけるレーザ光の出力および波長を測定し、レーザ光の出力と波長の変化量との関係について調べた。また、比較例として、実施例に係る光ファイバレーザと同様の構成を有するが、励起光源側に配置する光ファイバグレーティングとして温度補償機構を備えていないものを用い、コリメータ部品側に配置する光ファイバグレーティングとして特許文献２に開示されたものと同様の温度補償機構を備えるものと用いた光ファイバレーザを作製し、実施例と同様の方法を用いてレーザ光の出力と波長の変化量との関係について調べた。
【００９４】
図１４は、実施例と比較例とについて、レーザ光の出力と波長の変化量との関係について示す図である。なお、波長変化量は、出力が約１Ｗの場合の発振波長を基準としたものである。図１４に示すように、実施例に係る光ファイバレーザにおいては、出力に対する波長変化量が小さく、発振波長がきわめて安定していることが確認された。一方、比較例に係る光ファイバレーザにおいては、出力に対する波長変化量が、実施例の場合の６倍以上であり、きわめて大きかった。
【００９５】
つぎに、環境温度を変化させた場合の実施例および比較例に係る光ファイバレーザの特性の変化について測定した。はじめに、環境温度を変化させた場合の、各光ファイバレーザに用いられている光ファイバグレーティングデバイスの反射中心波長の変化について測定した。
【００９６】
図１５は、実施例と比較例とについて、環境温度と各光ファイバグレーティングデバイスの反射中心波長との関係について示す図である。なお、図１５において、ＨＲは、励起光源側に配置する光ファイバグレーティングデバイスを表し、ＯＣは、コリメータ部側に配置する光ファイバグレーティングデバイスを表す。図１５に示すように、温度補償機構を備えていない比較例のＨＲは、中心波長の環境温度依存性が極めて大きく、その温度係数は２４．２ｐｍ／℃であった。一方、従来の温度補償機構を備える比較例のＯＣ、および実施例のＨＲ、ＯＣは、温度係数が小さく、その値はそれぞれ１．５ｐｍ／℃、０．６ｐｍ／℃、３．３ｐｍ／℃であった。
【００９７】
つぎに、環境温度を変化させた場合の、実施例および比較例に係る光ファイバレーザの出力安定性について測定した。具体的には、環境温度を２５℃として、各光ファイバレーザのレーザ光出力が約１Ｗになるように各励起光の強度を固定し、その後環境温度を変化させながら、各レーザ光出力の１時間以内の出力の変動幅を測定した。
【００９８】
図１６は、実施例と比較例とについて、環境温度とレーザ光出力の変動幅との関係について示す図である。図１６に示すように、実施例に係る光ファイバレーザにおいては、環境温度が０〜７０℃にわたって、レーザ光出力の変動幅が２％以内であり、きわめて安定していた。一方、比較例に係る光ファイバレーザにおいては、環境温度が変化するとＨＲの中心波長が大きく変化するので、環境温度が２５℃前後の場合にしかレーザ発振が起こらず、またレーザ発振が起こったとしても、レーザ光出力の変動幅は大きく、きわめて不安定であった。
【００９９】
また、実施例に係る光ファイバレーザの励起光の強度を増加し、レーザ光出力を約１０Ｗとしたが、レーザ光出力の変動幅はきわめて安定していた。一方、環境温度２５℃において、比較例に係る光ファイバレーザの励起光の強度を増加したところ、やがてレーザ発振が起こらなくなった。
【０１００】
なお、上記実施の形態４においては、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃが、互いのＳｌｏｗ軸が互いのＦａｓｔ軸と平行になるように希土類元素添加光ファイバ４に接続している。しかしながら、たとえば図１２において、光ファイバ部１１１ｂを中心軸の回りに時計回りに９０度回転させて希土類元素添加光ファイバ４と接続して、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃが、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とが平行になるように希土類元素添加光ファイバ４に接続するようにしてもよい。この場合は、たとえばＹ軸方向の直線偏波を有するレーザ光のみを発振させる場合には、複屈折率差を調整し、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃのＳｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域同士が重畳させるようにし、Ｆａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域同士は重畳しないようにしておく。
【０１０１】
また、上記実施の形態３，４では、希土類元素添加光ファイバのコア部にＹｂイオンを添加したが、エルビウム（Ｅｒ）イオンを添加したり、ＹｂイオンとＥｒイオンとを共添加したりしてもよい。この場合、励起光の波長はたとえば９８０ｎｍとする。また、レーザ発振波長については、１０６４ｎｍに限られず、各光ファイバグレーティングの中心波長を調整すれば発振波長を調整できる。
【０１０２】
また、上記実施の形態１〜４では、光ファイバグレーティングデバイスおよび希土類元素添加光ファイバとしてダブルクラッド型光ファイバを用いたが、いずれの場合もシングルモード光ファイバを用いてもよい。
【０１０３】
また、上記実施の形態１、３、４では、収容溝は、支持溝よりも幅広且つ深底に形成されているが、基台の加工性を高めるために、実施の形態２のように、収容溝と支持溝とを同一形状のＶ字溝としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】実施の形態１に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。
【図２】図１に示す光ファイバグレーティングの概略断面と対応する屈折率分布とを示す図である。
【図３】図１に示す光ファイバグレーティングデバイスのＡ矢視図である。
【図４】図１に示す光ファイバグレーティングデバイスのＢ矢視図である。
【図５】図４におけるＣ-Ｃ線一部断面図である。
【図６】光ファイバグレーティングデバイスに光を入力した場合について説明する説明図である。
【図７】実施の形態１の変形例に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。
【図８】実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。
【図９】図８に示す光ファイバグレーティングデバイスのＥ矢視図である。
【図１０】実施の形態３に係る光ファイバレーザを模式的に表した概略図である。
【図１１】各光ファイバグレーティングデバイスの反射スペクトルと、レーザ発振光の出力スペクトルとの関係を示す図である。
【図１２】実施の形態４に係る希土類元素添加光ファイバと２つの光ファイバグレーティングデバイスの光ファイバ部との各接続部を模式的に表した概略図である。
【図１３】各光ファイバ部の反射スペクトルと、レーザ発振光の出力スペクトルとの関係を示す図である。
【図１４】実施例と比較例とについて、レーザ光の出力と波長の変化量との関係について示す図である。
【図１５】実施例と比較例とについて、環境温度と各光ファイバグレーティングデバイスの反射中心波長との関係について示す図である。
【図１６】実施例と比較例とについて、環境温度とレーザ光出力の変動幅との関係について示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１、１ａ〜１ｃ、２ 光ファイバグレーティングデバイス
１１ 光ファイバグレーティング
１１１、１１１ｂ、１１１ｃ 光ファイバ部
１１２ 被覆部
１１３、１１３ｂ、１１３ｃ グレーティング形成部
１２、２２ 基台
１２１、２２１ 収容溝
１２２ 支持溝
１３、２３ 樹脂部材
１４ 放熱部材
２1〜２n 半導体レーザ素子
２１1〜２１n マルチモード光ファイバ
３ ＴＦＢ
３１ ダブルクラッド光ファイバ
４ 希土類元素添加光ファイバ
４１、１１１１、１１１１ｂ、１１１１ｃ コア部
４２、１１１２、１１１２ｂ、１１１２ｃ クラッド部
４３、１１１３ｂ、１１１３ｃ 応力付与母材
５ コリメータ部品
５１ シングルモード光ファイバ
６ 波長変換素子
６１ 光学ステージ
１０ 光ファイバレーザ
Ｃ１〜Ｃ４ 接続点
ｆ１〜ｆ４ 応力
Ｌ１ レーザ光
Ｌ２ 波長変換レーザ光
Ｓ１〜Ｓ６ スペクトル
Ｗ１、Ｗ２ 幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバグレーティングデバイスおよび光ファイバレーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバのコア部に周期的に変化する屈折率のグレーティングを形成することによって作製された光ファイバグレーティングが知られている。この光ファイバグレーティングは、形成したグレーティングによって、所定の波長を中心とする波長帯域の光を反射するものであり、たとえば反射型波長選択フィルタとして機能する。この光ファイバグレーティングは、たとえば光ファイバレーザにおいて光共振器を構成するために用いられる（特許文献１参照）。
【０００３】
この光ファイバグレーティングの反射波長帯域の中心波長は、形成したグレーティングの周期とコア部の実効屈折率とによって定まるブラッグ反射波長と一致する。ここで、この光ファイバグレーティングにおいては、グレーティングの周期とコア部の実効屈折率とは、いずれも温度依存性を有する。したがって、この光ファイバグレーティングにおいては、中心波長が環境温度によって変化してしまうという課題がある。そこで、従来の光ファイバグレーティングデバイスは、中心波長の変化を抑制するために、種々の温度補償機構を備えている（特許文献２、３参照）。
【０００４】
たとえば、特許文献２に開示される光ファイバグレーティングデバイスは、光ファイバグレーティングの一端を台座部に固定し、他の一端を台座部とは線膨張係数が異なる材料からなる梁部に固定した構成を有する温度補償用パッケージを備えている。
【０００５】
一方、特許文献３に開示される光ファイバグレーティングデバイスは、負の線膨張係数を有する円筒形状の基材のスリット内に光ファイバグレーティングを挿入し、この光ファイバグレーティングの両端部を基材内に接着剤で固定した構成を有する。
【０００６】
特許文献２、３によれば、上記のいずれの光ファイバグレーティングデバイスも、上記したそれぞれの構成の温度補償機構を有する結果、中心波長の温度依存変化が抑制されている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６１６７０６６号明細書
【特許文献２】特開２００３−４９５６号公報
【特許文献３】特開２００１−３１８２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の光ファイバグレーティングデバイスは、入力する光の強度が変化した場合に、中心波長が変化してしまうという課題がある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、入力光強度および環境温度によらず安定した光学特性を有する光ファイバグレーティングデバイスおよびこれを用いた光ファイバレーザ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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、コア部と該コア部の外周に形成したクラッド部とを備え、該コア部の長手方向の一部に所定の波長帯域の光を反射するグレーティングを形成したグレーティング形成部を有する光ファイバグレーティングと、前記グレーティング形成部を収容する収容溝を備え、負の線膨張係数を有する基台と、少なくとも前記グレーティング形成部の外周を覆うように形成され、該グレーティング形成部を前記収容溝内に固着するとともに該グレーティング形成部において発生する熱を前記基台に伝導する樹脂部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記光ファイバグレーティングは、前記グレーティング形成部を除いた前記クラッド部の外周に形成した被覆部を備え、前記基台は、前記光ファイバグレーティングを前記被覆部において支持する支持溝を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記光ファイバグレーティングは、前記クラッド部を内側クラッドとし、前記被覆部を外側クラッドとするダブルクラッド型光ファイバ構造を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材は、前記グレーティング形成部の外周と、前記被覆部の該グレーティング形成部に隣接する部分の外周とを覆うように形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材は、前記グレーティング形成部から漏洩する光を透過することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材の屈折率は、前記光ファイバグレーティングのクラッド部の屈折率よりも高いことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材の屈折率は、前記光ファイバグレーティングのクラッド部の屈折率よりも低いことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材は、ＵＶ硬化樹脂からなることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記基台は、−７０〜−８０ｐｐｍ／℃の線膨張係数を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記収容溝は、Ｖ字状に形成されたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記収容溝は、前記支持溝に比して幅広且つ深底に形成されたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記支持溝は、Ｖ字状に形成されたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材に密着するように配置され、該樹脂部材を伝導した熱を放熱する放熱部材を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記放熱部材は、前記基台の上部を覆うように形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記放熱部材は、アルミニウム、銅、鉄、およびニッケルの少なくとも一つを含む金属部材を用いて形成されることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記光ファイバグレーティングは、所定の張力を印加した状態で前記基台に固定されていることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、上記発明において、前記樹脂部材よりも高い硬度を有し、前記グレーティング形成部を挟むように配置され、前記光ファイバグレーティングを前記収容溝内に固着する補強樹脂部材をさらに備えたことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明のいずれか１つに係る２つの光ファイバグレーティングデバイスと、前記２つの光ファイバグレーティングデバイス間に配置した希土類元素添加光ファイバと、前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給する励起光源と、を備え、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスの各反射波長帯域は重畳しており、前記励起光源が前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給することによって、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスのいずれか一方の端部から前記重畳した波長帯域内の発振波長を有するレーザ光を出力することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記レーザ光を出力する出力端部側に配置され、前記レーザ光を受付け該レーザ光の波長を変換して出力する波長変換素子を備えたことを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記希土類元素添加光ファイバおよび前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、偏波保持型光ファイバ構造を有し、前記一方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つと、前記他方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つとを重畳させて、該重畳した波長帯域内の発振波長を有する単一偏波のレーザ光を発振することを特徴とする。
【００３０】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、互いのスロー軸とファースト軸とが平行になるように前記希土類元素添加光ファイバに接続していることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明に係る光ファイバレーザは、上記発明において、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、互いのスロー軸が互いのファースト軸と平行になるように前記希土類元素添加光ファイバに接続していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、負の線膨張係数を有する基台と、少なくとも光ファイバグレーティングのグレーティング形成部の外周を覆うように形成され、グレーティング形成部を基台の収容溝内に固着するとともに、グレーティング形成部において発生する熱を基台に伝導する樹脂部材とを備えたことによって、光ファイバグレーティングの光学特性の温度依存変化および入力光強度依存変化が抑制されるので、入力光強度および環境温度によらず安定した光学特性を有する光ファイバグレーティングデバイスを実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスおよび光ファイバレーザの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。図１に示すように、この光ファイバグレーティングデバイス１は、光ファイバグレーティング１１と、基台１２と、樹脂部材１３とを備える。以下、各構成要素について具体的に説明する。
【００３５】
光ファイバグレーティング１１は、正の線膨張係数を有する石英系ガラスからなる光ファイバ部１１１と、被覆部１１２、１１２とを備え、光ファイバ部１１１は、コア部の長手方向の一部に所定の波長帯域の光を反射するグレーティングを形成したグレーティング形成部１１３を有する。また、被覆部１１２、１１２は、グレーティング形成部１１３を除いた光ファイバ部１１１の外周に形成されている。
【００３６】
また、基台１２は、光ファイバグレーティング１１のグレーティング形成部１１３を収容する収容溝１２１と、光ファイバグレーティング１１を被覆部１１２、１１２において支持する支持溝１２２、１２２とを備える。この基台１２は、負の線膨張係数を有している。
【００３７】
また、樹脂部材１３は、ＵＶ硬化樹脂からなり、収容溝１２１と支持溝１２２、１２２とを充填するように形成されている。すなわち、この樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３の外周と、被覆部１１２、１１２のグレーティング形成部１１３に隣接する部分の外周を覆うように形成されている。そして、樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３を収容溝１２１内に固着するとともに、被覆部１１２、１１２の一部を支持溝１２２、１２２内に固着している。
【００３８】
つぎに、光ファイバグレーティング１１の構成について、さらに具体的に説明する。図２は、図１に示す光ファイバグレーティング１１の概略断面と対応する屈折率分布とを示す図である。図２に示すように、光ファイバグレーティング１１において、光ファイバ部１１１は、コア部１１１１とクラッド部１１１２とを備えている。また、屈折率分布については、コア部１１１１、クラッド部１１１２、被覆部１１２の順で低くなっている。その結果、光ファイバグレーティング１１は、クラッド部１１１２を内側クラッドとし、被覆部１１２を外側クラッドとするダブルクラッド型光ファイバ構造を有している。なお、上記屈折率分布については、所定の波長の光がコア部１１１１をシングルモード伝搬し、クラッド部１１１２によってマルチモード伝搬するように設定されている。
【００３９】
つぎに、基台１２の構成について、さらに具体的に説明する。図３は、図１に示す光ファイバグレーティングデバイス１のＡ矢視図であり、図４は、Ｂ矢視図であり、図５は、図４におけるＣ-Ｃ線一部断面図である。
【００４０】
図３〜５に示すように、基台１２の互いに対向する各縁部には支持溝１２２、１２２がそれぞれ形成され、基台１２の縁部の内側であって支持溝１２２、１２２の間の領域には収容溝１２１が形成されている。支持溝１２２、１２２は、Ｖ字状に形成されたＶ字溝であり、光ファイバグレーティング１１の被覆部１１２の外径よりも大きい開口幅Ｗ１を有する。また、支持溝１２２、１２２は、一直線上に並ぶように形成される。このような支持溝１２２、１２２が光ファイバグレーティング１１を被覆部１１２、１１２において支持することによって、基台１２は、収容溝１２１にグレーティング形成部１１３を弛みおよび曲げが殆ど無い状態で収容できる。
【００４１】
また、支持溝１２２、１２２の深さＤ１は、被覆部１１２、１１２を支持溝１２２、１２２内に完全に収容できるような深さとされている。その結果、支持溝１２２、１２２は、光ファイバグレーティング１１を基台１２の上面から突出しないよう支持することができるので、光ファイバグレーティング１１が外部のものと接触して破損することを防止できる。
【００４２】
一方、収容溝１２１は、支持溝１２２、１２２よりも幅広且つ深底に形成されている。すなわち、収容溝１２１は、支持溝１２２、１２２の開口幅Ｗ１よりも大きい幅Ｗ２を有するとともに、支持溝１２２、１２２の深さＤ１よりも大きい深さＤ２を有する直方体状の溝である。その結果、グレーティング形成部１１３を収容溝１２１に収容する際および収容した状態で、グレーティング形成部１１３が収容溝１２１の内面に接触して傷付いたり破損したりすることが、確実に防止される。
【００４３】
ここで、光ファイバグレーティングデバイス１に光を入力した場合について説明する。図６は、光ファイバグレーティングデバイス１に光を入力した場合について説明する説明図である。図６に示すように、光ファイバグレーティングデバイス１に紙面左方から光を入力すると、グレーティング形成部１１３のグレーティングの反射波長帯域内の波長を有する光は反射して紙面左方に出力し、それ以外の波長の光はグレーティング形成部１１３を透過して紙面右方に出力する。
【００４４】
このとき、入力した光の一部はグレーティングによって吸収または散乱される。すると、吸収または散乱された光が熱に変換されることによって、グレーティング形成部１１３の温度が上昇する。上述したように、光ファイバ部１１１は正の線膨張係数を有するので、温度上昇によってグレーティング形成部１１３を伸長させようとする応力ｆ１、ｆ２が発生する。
【００４５】
一方、グレーティング形成部１１３の外周を覆うように形成された樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３において発生した熱を基台１２に伝導する。その結果、基台１２の温度が上昇する。上述したように、基台１２は負の線膨張係数を有するので、温度上昇によって基台１２を収縮させようとする応力ｆ３、ｆ４が発生する。
【００４６】
ここで、グレーティング形成部１１３は、樹脂部材１３によって基台１２の収容溝１２１内に固着しているので、グレーティング形成部１１３に発生する応力ｆ１、ｆ２は、基台１２に発生する応力ｆ３、ｆ４によってキャンセルされる。その結果、グレーティング形成部１１３の長さが伸長することが抑制されるので、グレーティングの中心波長の変化も抑制される。
【００４７】
また、入力光の強度が増加すれば、グレーティング形成部１１３において発生する熱量も増加するので、応力ｆ１、ｆ２も増加する。しかし、同時に、基台１２に伝導する熱量も増加するので、応力ｆ３、ｆ４も増加し、応力ｆ１、ｆ２がキャンセルされる。入力光の強度が減少する場合も同様である。
【００４８】
すなわち、入力光強度の変化によるグレーティング形成部１１３の長さの変化は常に抑制される。その結果、光ファイバグレーティングデバイス１は、入力光強度によらず安定した中心波長を有するものとなる。
【００４９】
一方、たとえば光ファイバグレーティングデバイス１の環境温度が上昇した場合は、グレーティング形成部１１３には応力ｆ１、ｆ２と同様の応力が発生し、基台１２には応力ｆ３、ｆ４と同様の応力が発生する。しかしながら、上述したように、グレーティング形成部１１３は樹脂部材１３によって基台１２の収容溝１２１内に固着しているので、グレーティング形成部１１３に発生する応力は、基台１２に発生する応力によってキャンセルされる。環境温度が下降した場合も同様である。
【００５０】
したがって、この光ファイバグレーティングデバイス１は、入力光強度および環境温度によらず安定した反射中心波長を有するものとなる。また、この光ファイバグレーティングデバイス１は、簡単な構造を有しているので、低コストなものとなる。
【００５１】
なお、この光ファイバグレーティングデバイスは、以下のように作製できる。はじめに、従来の方法を用いて作製した光ファイバグレーティング１１と、収容溝１２１および支持溝１２２、１２２を形成した基台１２とを用意する。つぎに、グレーティング形成部１１３が収容溝１２１に収容され、被覆部１１２、１１２が支持溝１２２、１２２に支持されるように、光ファイバグレーティング１１を基台１２に載置する。つぎに、樹脂部材１３を、収容溝１２１および支持溝１２２、１２２に充填し、樹脂部材１３に紫外線を照射して固化することによって、光ファイバグレーティングデバイス１が完成する。
【００５２】
ここで、光ファイバグレーティング１１を基台１２に載置する際に、光ファイバグレーティング１１に所定の張力を印加し、反射波長帯域が所望の中心波長を有するように光ファイバグレーティング１１を伸長させた状態で、基台１２の収容溝１２１および支持溝１２２、１２２に収容し、樹脂部材１３によって固着することができる。
【００５３】
なお、基台１２の材質は、負の線膨張係数を有するものであれば特に限定されないが、たとえば、β−ユークリプタイトまたはβ−石英固溶体を主結晶とする多結晶体、ＺｒおよびＨｆの少なくともいずれかを含み、リン酸タングステン酸塩またはタングステン酸塩を主結晶とする多結晶体、および液晶ポリマーのいずれかとすればよい。なお、たとえば、石英系ガラスの線膨張係数は＋０．５ｐｐｍ／℃であるが、基台１２が−７０〜−８０ｐｐｍ／℃の線膨張係数を有するものであれば、石英系ガラスからなるグレーティング形成部１１３に発生する応力を効果的にキャンセルできる。このような材質としては、日本電気硝子社製のＣＥＲＳＡＴ（登録商標）がある。
【００５４】
また、樹脂部材１３は、たとえばＵＶ硬化型エポキシ樹脂などのＵＶ硬化樹脂からなる。しかし、樹脂材料１３としては、ＵＶ硬化樹脂からなるものに限定されず、熱硬化樹脂等であっても、熱伝導率が十分に高く、グレーティング形成部１１３において発生した熱を効果的に基台１２に伝導することができるものであればよい。さらに、ヤング率が十分に高く、グレーティング形成部１１３において発生した応力を、基台１２において発生した応力によって効果的にキャンセルできるものであればよい。
【００５５】
また、樹脂部材１３の屈折率がクラッド部１１１２の屈折率よりも低い場合は、クラッド部１１１２を伝搬する光が樹脂部材１３に漏洩することを防止できる。したがって、たとえば光をクラッド部１１１２内においてマルチモードで伝搬させたい場合は、樹脂部材１３の屈折率をクラッド部１１１２の屈折率よりも低いものとすることが好ましい。
【００５６】
また、樹脂部材１３の屈折率がクラッド部１１１２の屈折率よりも高い場合は、クラッド部１１１２を伝搬する光を樹脂部材１３に漏洩させることができる。したがって、たとえばコア部１１１１から漏洩した光がクラッド部１１１２を伝搬してしまうことを防止したい場合には、樹脂部材１３の屈折率をクラッド部１１１２の屈折率よりも高いものとすることが好ましい。
【００５７】
また、グレーティングによる散乱などによって、コア部１１１１を伝搬する光が、グレーティング形成部１１３から漏洩する場合がある。この漏洩光が樹脂部材１３に到達した場合、樹脂部材１３が漏洩光を吸収して発熱し、劣化するおそれがある。したがって、樹脂部材１３は、グレーティング形成部１１３から漏洩する光を透過するものであることが好ましい。
【００５８】
また、この光ファイバグレーティングデバイス１は、樹脂部材１３を伝導した熱を放熱する放熱部材を備えていてもよい。図７は、実施の形態１の変形例に係る光ファイバグレーティングデバイス１ａを模式的に表した斜視概略図である。この光ファイバグレーティングデバイス１ａは、光ファイバグレーティングデバイス１の上面に放熱部材１４を備えたものである。この放熱部材１４は、樹脂部材１３および基台１２の上面に密着させて配置されている。その結果、樹脂部材１３を伝導して上面に到達した熱が効率的に放熱されるので、樹脂部材１３に熱が蓄積して劣化することが防止される。さらに、基台１２が有する熱も効率的に放熱されるので、基台１２に熱が蓄積して劣化することが防止される。なお、この放熱部材１４は、たとえば、熱伝導率が高いアルミニウム、銅、鉄、およびニッケルの少なくとも一つを含む金属部材を用いて形成されることが好ましい。また、この放熱部材１４は、樹脂部材１３を保護する蓋としても機能しており、樹脂部材１３の損傷、劣化などが防止される。
【００５９】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスについて説明する。本実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスは、グレーティング形成部を挟むように配置され、光ファイバグレーティングを収容溝内に固着する補強樹脂部材を備えている。
【００６０】
図８は、本実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。また、図９は、図８に示す光ファイバグレーティングデバイスのＥ矢視図である。図８、９に示すように、この光ファイバグレーティングデバイス２は、実施の形態１におけるものと同様の光ファイバグレーティング１１と、基台２２と、樹脂部材２３と、補強樹脂部材２４、２４とを備える。
【００６１】
基台２２は、光ファイバグレーティング１１のグレーティング形成部１１３を収容するＶ字状に形成された収容溝２２１を備えている。この収容溝２２１は、光ファイバグレーティング１１を被覆部１１２、１１２において支持する支持溝の役割も果たしている。また、基台２２は、実施の形態１における基台１２と同様に負の線膨張係数を有している。
【００６２】
また、樹脂部材２３は、実施の形態１における樹脂１３と同様に、収容溝２２１を充填するように形成され、グレーティング形成部１１３の外周と、被覆部１１２、１１２のグレーティング形成部１１３に隣接する部分の外周を覆うように形成されている。そして、樹脂部材２３は、グレーティング形成部１１３と、被覆部１１２、１１２の一部とを収容溝２２１内に固着している。
【００６３】
また、補強樹脂部材２４、２４は、グレーティング形成部１１３を挟むように配置され、光ファイバグレーティング１１を収容溝２２１内に固着している。ここで、補強樹脂部材２４、２４は、樹脂部材２３よりも高い硬度を有するので、光ファイバグレーティング１１は、樹脂部材２３のみで固着する場合よりも一層強固に基台２２に固着される。その結果、環境温度の変動に対する光ファイバグレーティングデバイス２の信頼性が一層向上する。また、補強樹脂部材２４、２４を備えることで、樹脂部材２３に要求される硬度を低減できるので、樹脂部材２３の材質の選択肢が広がり、たとえば、樹脂部材２３として、熱伝導率が一層高いものを用いることができる。
【００６４】
なお、樹脂部材２３として、たとえば熱伝導率が１．３Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい熱硬化樹脂であるジェル状のアルミナ含有シリコーン樹脂を用いることができる。また、補強樹脂部材２４として、ショアＤ硬度が８０よりも大きいＵＶ硬化樹脂を用いることができる。
【００６５】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３に係る光ファイバレーザについて説明する。本実施の形態３に係る光ファイバグレーティングは、実施の形態１に係るものと同様の光ファイバグレーティングデバイスを用いて構成した光共振器を備えるものである。
【００６６】
図１０は、本実施の形態３に係る光ファイバレーザを模式的に表した概略図である。この光ファイバレーザ１０は、励起光源である半導体レーザ素子２1〜２nと、半導体レーザ素子２1〜２nが出力する励起光を導波するマルチモード光ファイバ２１1〜２１nと、マルチモード光ファイバ２１1〜２１nが導波した励起光を結合し、ダブルクラッド光ファイバ３１から出力させるＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）３と、光ファイバグレーティングデバイス１と同様の構成を有し、ダブルクラッド光ファイバ３１と接続点Ｃ１において接続する光ファイバグレーティングデバイス１ｂと、光ファイバグレーティングデバイス１ｂと接続点Ｃ２において接続するダブルクラッド型の希土類元素添加光ファイバ４と、光ファイバグレーティングデバイス１と同様の構成を有し、希土類元素添加光ファイバ４と接続点Ｃ３において接続する光ファイバグレーティングデバイス１ｃと、光ファイバグレーティングデバイス１ｃと接続点Ｃ４において接続するシングルモード光ファイバ５１を備えるコリメータ部品５と、コリメータ部品５の出力端側に配置されるとともに、光学ステージ６１に載置された波長変換素子６とを備える。
【００６７】
半導体レーザ素子２1〜２nが出力する励起光の波長は９１５ｎｍ近傍である。また、光ファイバグレーティングデバイス１ｂは、中心波長が１０６４ｎｍであり、中心波長およびその周辺の約２ｎｍの幅の波長帯域における反射率が約１００％であり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。また、光ファイバグレーティングデバイス１ｃは、中心波長が１０６４ｎｍであり、中心波長における反射率が１０〜３０％程度であり、反射波長帯域の半値全幅が約０．１ｎｍであり、波長９１５ｎｍの光はほとんど透過する。したがって、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、波長１０６４ｎｍの光に対して光共振器を構成する。
【００６８】
また、希土類元素添加光ファイバ４は、コア部にイットリビウム（Ｙｂ）イオンが添加されている。また、波長変換素子６は、ＰＰＬＮ等の非線形光学媒質からなる第二次高調波発生（ＳＨＧ）素子である。また、光学ステージ６１は、波長変換素子６の位置と角度を調整するものである。さらに、光学ステージ６１は、ペルチェ素子などの冷却素子あるいはヒータなどの加熱素子が内蔵されており、これらの冷却または加熱素子によって波長変換素子６を所望の温度に調整する。
【００６９】
つぎに、この光ファイバレーザ１０の動作について説明する。半導体レーザ素子２1〜２nが波長９１５ｎｍ近傍の励起光を出力すると、マルチモード光ファイバ２１1〜２１nが各励起光を導波し、ＴＦＢ３が導波した各励起光を結合してダブルクラッド光ファイバ３１に出力する。ダブルクラッド光ファイバ３１は結合した励起光をマルチモードで伝搬する。その後、光ファイバグレーティングデバイス１ｂがダブルクラッド光ファイバ３１を伝搬した励起光を透過して、希土類元素添加光ファイバ４に到達させる。
【００７０】
希土類元素添加光ファイバ４に到達した励起光は、希土類元素添加光ファイバ４の内側クラッド内をマルチモードで伝搬しながら、希土類元素添加光ファイバ４のコア部に添加したＹｂイオンを光励起し、波長１０６４ｎｍを含む波長帯域を有する蛍光を発光させる。この蛍光は、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃが構成する光共振器内をシングルモードで往復しながら、Ｙｂイオンの誘導放出作用により増幅され、発振波長１０６４ｎｍにおいてレーザ発振する。
【００７１】
図１１は、各光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃの反射スペクトルと、レーザ発振光の出力スペクトルとの関係を示す図である。なお、図１１において、波長λ１は１０６４ｎｍであり、反射率Ｒ１は約１００％であり、反射率Ｒ２は１０〜３０％程度である。図１１に示すように、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、それぞれ波長λ１を中心波長とする反射スペクトルＳ１、Ｓ２を有し、両者の反射波長帯域は重畳している。その結果、レーザ光は、出力スペクトルＳ３が示すように、重畳した反射帯域内の波長λ１で発振する。
【００７２】
以上説明したように、発振波長１０６４ｎｍのレーザ光が、光ファイバグレーティングデバイス１ｃの一端から出力する。つぎに、シングルモード光ファイバ５１は、このレーザ光をコリメータ部品５に導波し、コリメータ部品５はこのレーザ光を平行光であるレーザ光Ｌ１として出力する。このレーザ光Ｌ１は、波長変換素子６に入力する。そして、波長変換素子６は、レーザ光Ｌ１を受付け、レーザ光Ｌ１の波長を変換し、波長５３２ｎｍの波長変換レーザ光Ｌ２として出力する。なお、効率的に波長変換を行うためには、波長変換素子６が、レーザ光Ｌ１に対して、位相整合条件を満たすように配置されていることが好ましい。そのため、波長変換素子６は、光学ステージ６１によって、その角度、位置、および温度が、位相整合条件を満たすように調整されている。
【００７３】
ここで、半導体レーザ素子２1〜２nが出力する各励起光の強度はたとえば１０〜５０Ｗであり、光ファイバグレーティングデバイス１ｂにはこれらの励起光が結合した強度５０Ｗ以上の励起光が入力する。一方、光ファイバグレーティングデバイス１ｃの一端から出力するレーザ光の強度は１〜１０Ｗである。すなわち、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃには、極めて高い強度の光が入力することとなる。
【００７４】
しかしながら、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、実施の形態１に係る光ファイバグレーティングデバイス１と同様の構成を有するので、上述したような極めて高い強度の光が入力し、かつその強度が変化しても、反射波長帯域の変化がきわめて少ない。また、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃは、環境温度が変化しても、反射波長帯域の変化がきわめて少ない。したがって、この光ファイバレーザ１０は、その出力強度や環境温度にかかわらず、発振波長がきわめて安定したレーザ光Ｌ１を出力することができる。
【００７５】
さらに、上述した波長変換素子６の位相整合条件は、レーザ光Ｌ１の波長にも依存し、レーザ光Ｌ１の波長が位相整合条件を満たす波長から外れると、波長変換素子６の波長変換効率は急激に低下する。しかしながら、この光ファイバレーザ１０は、レーザ光Ｌ１の波長がきわめて安定しているので、その出力強度や環境温度にかかわらず、波長変換効率を高い値に維持することができる。また、この光ファイバレーザ１０は、光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃの中心波長を調整するための特別な温度調整手段を設ける必要がないので、低コストなものとなる。
【００７６】
なお、この光ファイバレーザ１０が備える光ファイバグレーティングデバイス１ｂにおいては、樹脂部材の屈折率が、クラッド部の屈折率よりも低いものとなっている。その結果、このクラッド部をマルチモードで伝搬する励起光が樹脂部材に漏洩しない。したがって、この光ファイバグレーティングデバイス１ｂは、励起光を効果的に希土類元素添加光ファイバ４に到達させることができる。
【００７７】
また、上述したように、光ファイバグレーティングデバイス１ｃは、波長９１５ｎｍの励起光をほとんど透過する。このため、希土類元素添加光ファイバ４において吸収されなかった残留励起光が、光ファイバグレーティングデバイス１ｃとシングルモード光ファイバ５１との接続点Ｃ４に到達し、接続点Ｃ４においてシングルモード光ファイバ５１のクラッド部に結合して伝搬し、波長変換素子６に到達してノイズ光を発生させる場合がある。そこで、この光ファイバレーザ１０においては、上述したように、光ファイバグレーティングデバイス１ｃにおいて、樹脂部材の屈折率をクラッド部の屈折率よりも高くすることが好ましい。このようにすれば、光ファイバグレーティングデバイス１ｃにおいて、クラッド部を伝搬する残留励起光が樹脂部材に漏洩するので、残留励起光が接続点Ｃ４に到達することが防止される。その結果、波長変換素子６においてノイズ光が発生するのを防止できる。
【００７８】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４に係る光ファイバレーザについて説明する。本実施の形態４に係る光ファイバレーザは、実施の形態３に係る光ファイバレーザと同様の構成を有するが、希土類元素添加光ファイバおよび２つの光ファイバグレーティングが、偏波保持型光ファイバ構造を有し、単一偏波のレーザ光を発振させるものである。以下、本実施の形態３に係る希土類元素添加光ファイバおよび２つの光ファイバグレーティングデバイスの光ファイバ部について具体的に説明する。
【００７９】
図１２は、本実施の形態４に係る希土類元素添加光ファイバ４と２つの光ファイバグレーティングデバイス１ｂ、１ｃの光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃとの各接続部を模式的に表した概略図である。なお、方向を説明するために、図１２においてＸＹ軸を定義している。図１２に示すように、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、いずれも互いに直交する２軸方向についてコア部に複屈折特性を持たせた光ファイバであり、具体的には、それぞれコア部１１１１ｂ、１１１１ｃと、クラッド部１１１２ｂ、１１１２ｃと、クラッド部１１１２ｂ、１１１２ｃ内に、コア部１１１１ｂまたは１１１１ｃと一直線上に配列するように形成した応力付与母材１１１３ｂ、１１１３ｃとを備えるＰＡＮＤＡ型の偏波保持型光ファイバである。また、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、それぞれコア部１１１１ｂ、１１１１ｃにグレーティングが形成されたグレーティング形成部１１３ｂ、１１３ｃを有する。
【００８０】
そして、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、応力付与母材１１１３ｂまたは１１１３ｃによって、互いに直交し、屈折率が異なるスロー軸（Ｓｌｏｗ軸）とファースト軸（Ｆａｓｔ軸）とが形成されている。光ファイバ部１１１ｂについては、Ｓｌｏｗ軸がＸ軸方向に平行になっており、Ｆａｓｔ軸がＹ軸方向に平行になっている。また、光ファイバ部１１１ｃについては、Ｆａｓｔ軸がＸ軸方向に平行になっており、Ｓｌｏｗ軸がＹ軸方向に平行になっている。
【００８１】
一方、希土類元素添加光ファイバ４も、コア部４１と、クラッド部４２と、クラッド部４２内に、コア部４１と一直線上に配列するように形成した応力付与母材４３とを備えるＰＡＮＤＡ型の偏波保持型光ファイバである。
【００８２】
そして、希土類元素添加光ファイバ４も、応力付与母材４３によって、直交するＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とが形成されている。なお、希土類元素添加光ファイバ４については、Ｆａｓｔ軸がＸ軸方向に平行になっており、Ｓｌｏｗ軸がＹ軸方向に平行になっている。
【００８３】
そして、光ファイバ部１１１ｂと希土類元素添加光ファイバ４とは、接続点Ｃ２において、互いのＳｌｏｗ軸が互いのＦａｓｔ軸と平行になるように接続している。一方、光ファイバ部１１１ｃと希土類元素添加光ファイバ４とは、接続点Ｃ３において、互いのＳｌｏｗ軸とＳｌｏｗ軸とが平行になるように接続している。その結果、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、互いのＳｌｏｗ軸が互いのＦａｓｔ軸と平行になるように希土類元素添加光ファイバ４に接続していることとなる。
【００８４】
本実施の形態４に係る光ファイバレーザは、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃと希土類元素添加光ファイバ４とを上記のように接続していることによって、単一偏波のレーザ光を発振することができる。以下、具体的に説明する。
【００８５】
図１３は、各光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃの反射スペクトルと、レーザ発振光の出力スペクトルとの関係を示す図である。なお、図１３において、波長λ１は１０６４ｎｍであり、反射率Ｒ１は約１００％であり、反射率Ｒ２は１０〜３０％程度である。ここで、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃは、コア部に複屈折性を持たせたものなので、反射スペクトルには、Ｓｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸のそれぞれに対応する２つの反射波長帯が現われる。
【００８６】
ここで、この複屈折率差を調整して、図１３に示すように、光ファイバ部１１１ｂの反射スペクトルＳ４を、Ｆａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ１を中心波長とするピークを有し、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ２を中心波長とするピークを有するスペクトル形状となるようにしておく。同様に、光ファイバ部１１１ｃの反射スペクトルＳ５を、Ｆａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ３を中心波長とするピークを有し、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対しては波長λ１を中心波長とするピークを有するスペクトル形状となるようにしておく。すなわち、光ファイバ部１１１ｂのＦａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域と、光ファイバ部１１１ｃのＳｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域とを重畳させるようにしておく。
【００８７】
すると、希土類元素添加光ファイバ４において発生した蛍光のうち、Ｙ軸方向の直線偏波を有するものについては、希土類元素添加光ファイバ４内をその偏光方向を維持したまま伝搬する。そして、光ファイバ部１１１ｂ内に入射すると、Ｆａｓｔ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｂのグレーティングによって、波長λ１をピークとする反射帯域内の光だけが反射される。
【００８８】
この反射した光は、希土類元素添加光ファイバ４内をその偏光方向を維持したまま伝搬し、光ファイバ部１１１ｃに入射すると、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｃのグレーティングによって、再び反射される。すなわち、Ｙ軸方向の直線偏波を有する光に対しては、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃが光共振器を構成することになる。したがって、上記の反射が繰り返される結果、中心波長がλ１の出力スペクトルＳ６を有し、Ｙ軸方向の直線偏波を有するレーザ光が発振する。
【００８９】
一方、希土類元素添加光ファイバ４において発生した蛍光のうち、Ｘ軸方向の直線偏波を有するものについては、光ファイバ部１１１ｂ内に入射すると、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｂのグレーティングによって、波長λ２をピークとする反射帯域内の光だけが反射される。
【００９０】
しかし、この反射した光は、光ファイバ部１１１ｃに入射すると、Ｓｌｏｗ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬し、グレーティング形成部１１３ｃのグレーティングを透過してしまうので、レーザ発振は起こらない。同様に、Ｘ軸方向の直線偏波を有する光が光ファイバ部１１１ｃ内に入射すると、グレーティング形成部１１３ｃのグレーティングによって、波長λ３をピークとする反射帯域内の光だけが反射されるが、この反射した光はグレーティング形成部１１３ｂのグレーティングを透過するので、レーザ発振は起こらない。
【００９１】
以上説明したように、本実施の形態４に係る光ファイバレーザにおいては、Ｙ軸方向の直線偏波を有するレーザ光のみが発振する。すなわち、この光ファイバレーザは、単一偏波のレーザ光を発振する単一偏波光ファイバレーザとなる。さらに、この光ファイバレーザは、実施の形態３に係る光ファイバレーザと同様の構成を有するので、その出力強度や環境温度にかかわらず、発振波長がきわめて安定したレーザ光および波長変換レーザ光を出力することができる。
【００９２】
なお、上記実施の形態４では、偏波保持型光ファイバとしてＰＡＮＤＡ型の光ファイバを用いたが、本発明はこれに限らず、コア部の断面形状が楕円である楕円コア型の光ファイバを用いてもよい。なお、楕円コア型の光ファイバにおいては、一般的にＦａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸との複屈折率差が小さいので、各軸に対応する２つの反射波長帯域が近接する。しかし、本発明に係る光ファイバグレーティングデバイスは、環境温度や入射する光の強度に関わらず、反射波長帯域がシフトせずに安定しているので、２つの反射波長帯域が近接しているとしても、重畳することはない。その結果、環境温度や入射する光の強度に関わらず、確実に単一偏波でのレーザ発振が維持される。
【００９３】
（実施例、比較例）
本発明の実施例として、実施の形態４に係る光ファイバレーザと同様のものを作製し、環境温度２５℃において、励起光源から出力する励起光の強度を変化させながらコリメータ部品におけるレーザ光の出力および波長を測定し、レーザ光の出力と波長の変化量との関係について調べた。また、比較例として、実施例に係る光ファイバレーザと同様の構成を有するが、励起光源側に配置する光ファイバグレーティングとして温度補償機構を備えていないものを用い、コリメータ部品側に配置する光ファイバグレーティングとして特許文献２に開示されたものと同様の温度補償機構を備えるものと用いた光ファイバレーザを作製し、実施例と同様の方法を用いてレーザ光の出力と波長の変化量との関係について調べた。
【００９４】
図１４は、実施例と比較例とについて、レーザ光の出力と波長の変化量との関係について示す図である。なお、波長変化量は、出力が約１Ｗの場合の発振波長を基準としたものである。図１４に示すように、実施例に係る光ファイバレーザにおいては、出力に対する波長変化量が小さく、発振波長がきわめて安定していることが確認された。一方、比較例に係る光ファイバレーザにおいては、出力に対する波長変化量が、実施例の場合の６倍以上であり、きわめて大きかった。
【００９５】
つぎに、環境温度を変化させた場合の実施例および比較例に係る光ファイバレーザの特性の変化について測定した。はじめに、環境温度を変化させた場合の、各光ファイバレーザに用いられている光ファイバグレーティングデバイスの反射中心波長の変化について測定した。
【００９６】
図１５は、実施例と比較例とについて、環境温度と各光ファイバグレーティングデバイスの反射中心波長との関係について示す図である。なお、図１５において、ＨＲは、励起光源側に配置する光ファイバグレーティングデバイスを表し、ＯＣは、コリメータ部側に配置する光ファイバグレーティングデバイスを表す。図１５に示すように、温度補償機構を備えていない比較例のＨＲは、中心波長の環境温度依存性が極めて大きく、その温度係数は２４．２ｐｍ／℃であった。一方、従来の温度補償機構を備える比較例のＯＣ、および実施例のＨＲ、ＯＣは、温度係数が小さく、その値はそれぞれ１．５ｐｍ／℃、０．６ｐｍ／℃、３．３ｐｍ／℃であった。
【００９７】
つぎに、環境温度を変化させた場合の、実施例および比較例に係る光ファイバレーザの出力安定性について測定した。具体的には、環境温度を２５℃として、各光ファイバレーザのレーザ光出力が約１Ｗになるように各励起光の強度を固定し、その後環境温度を変化させながら、各レーザ光出力の１時間以内の出力の変動幅を測定した。
【００９８】
図１６は、実施例と比較例とについて、環境温度とレーザ光出力の変動幅との関係について示す図である。図１６に示すように、実施例に係る光ファイバレーザにおいては、環境温度が０〜７０℃にわたって、レーザ光出力の変動幅が２％以内であり、きわめて安定していた。一方、比較例に係る光ファイバレーザにおいては、環境温度が変化するとＨＲの中心波長が大きく変化するので、環境温度が２５℃前後の場合にしかレーザ発振が起こらず、またレーザ発振が起こったとしても、レーザ光出力の変動幅は大きく、きわめて不安定であった。
【００９９】
また、実施例に係る光ファイバレーザの励起光の強度を増加し、レーザ光出力を約１０Ｗとしたが、レーザ光出力の変動幅はきわめて安定していた。一方、環境温度２５℃において、比較例に係る光ファイバレーザの励起光の強度を増加したところ、やがてレーザ発振が起こらなくなった。
【０１００】
なお、上記実施の形態４においては、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃが、互いのＳｌｏｗ軸が互いのＦａｓｔ軸と平行になるように希土類元素添加光ファイバ４に接続している。しかしながら、たとえば図１２において、光ファイバ部１１１ｂを中心軸の回りに時計回りに９０度回転させて希土類元素添加光ファイバ４と接続して、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃが、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とが平行になるように希土類元素添加光ファイバ４に接続するようにしてもよい。この場合は、たとえばＹ軸方向の直線偏波を有するレーザ光のみを発振させる場合には、複屈折率差を調整し、光ファイバ部１１１ｂ、１１１ｃのＳｌｏｗ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域同士が重畳させるようにし、Ｆａｓｔ軸方向の偏光を有する光に対する反射波長帯域同士は重畳しないようにしておく。
【０１０１】
また、上記実施の形態３，４では、希土類元素添加光ファイバのコア部にＹｂイオンを添加したが、エルビウム（Ｅｒ）イオンを添加したり、ＹｂイオンとＥｒイオンとを共添加したりしてもよい。この場合、励起光の波長はたとえば９８０ｎｍとする。また、レーザ発振波長については、１０６４ｎｍに限られず、各光ファイバグレーティングの中心波長を調整すれば発振波長を調整できる。
【０１０２】
また、上記実施の形態１〜４では、光ファイバグレーティングデバイスおよび希土類元素添加光ファイバとしてダブルクラッド型光ファイバを用いたが、いずれの場合もシングルモード光ファイバを用いてもよい。
【０１０３】
また、上記実施の形態１、３、４では、収容溝は、支持溝よりも幅広且つ深底に形成されているが、基台の加工性を高めるために、実施の形態２のように、収容溝と支持溝とを同一形状のＶ字溝としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】実施の形態１に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。
【図２】図１に示す光ファイバグレーティングの概略断面と対応する屈折率分布とを示す図である。
【図３】図１に示す光ファイバグレーティングデバイスのＡ矢視図である。
【図４】図１に示す光ファイバグレーティングデバイスのＢ矢視図である。
【図５】図４におけるＣ-Ｃ線一部断面図である。
【図６】光ファイバグレーティングデバイスに光を入力した場合について説明する説明図である。
【図７】実施の形態１の変形例に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。
【図８】実施の形態２に係る光ファイバグレーティングデバイスを模式的に表した斜視概略図である。
【図９】図８に示す光ファイバグレーティングデバイスのＥ矢視図である。
【図１０】実施の形態３に係る光ファイバレーザを模式的に表した概略図である。
【図１１】各光ファイバグレーティングデバイスの反射スペクトルと、レーザ発振光の出力スペクトルとの関係を示す図である。
【図１２】実施の形態４に係る希土類元素添加光ファイバと２つの光ファイバグレーティングデバイスの光ファイバ部との各接続部を模式的に表した概略図である。
【図１３】各光ファイバ部の反射スペクトルと、レーザ発振光の出力スペクトルとの関係を示す図である。
【図１４】実施例と比較例とについて、レーザ光の出力と波長の変化量との関係について示す図である。
【図１５】実施例と比較例とについて、環境温度と各光ファイバグレーティングデバイスの反射中心波長との関係について示す図である。
【図１６】実施例と比較例とについて、環境温度とレーザ光出力の変動幅との関係について示す図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１、１ａ〜１ｃ、２ 光ファイバグレーティングデバイス
１１ 光ファイバグレーティング
１１１、１１１ｂ、１１１ｃ 光ファイバ部
１１２ 被覆部
１１３、１１３ｂ、１１３ｃ グレーティング形成部
１２、２２ 基台
１２１、２２１ 収容溝
１２２ 支持溝
１３、２３ 樹脂部材
１４ 放熱部材
２1〜２n 半導体レーザ素子
２１1〜２１n マルチモード光ファイバ
３ ＴＦＢ
３１ ダブルクラッド光ファイバ
４ 希土類元素添加光ファイバ
４１、１１１１、１１１１ｂ、１１１１ｃ コア部
４２、１１１２、１１１２ｂ、１１１２ｃ クラッド部
４３、１１１３ｂ、１１１３ｃ 応力付与母材
５ コリメータ部品
５１ シングルモード光ファイバ
６ 波長変換素子
６１ 光学ステージ
１０ 光ファイバレーザ
Ｃ１〜Ｃ４ 接続点
ｆ１〜ｆ４ 応力
Ｌ１ レーザ光
Ｌ２ 波長変換レーザ光
Ｓ１〜Ｓ６ スペクトル
Ｗ１、Ｗ２ 幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と該コア部の外周に形成したクラッド部とを備え、該コア部の長手方向の一部に所定の波長帯域の光を反射するグレーティングを形成したグレーティング形成部を有する光ファイバグレーティングと、
前記グレーティング形成部を収容する収容溝を備え、負の線膨張係数を有する基台と、
少なくとも前記グレーティング形成部の外周を覆うように形成され、該グレーティング形成部を前記収容溝内に固着するとともに該グレーティング形成部において発生する熱を前記基台に伝導する樹脂部材と、
を備えたことを特徴とする光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項２】
前記光ファイバグレーティングは、前記グレーティング形成部を除いた前記クラッド部の外周に形成した被覆部を備え、
前記基台は、前記光ファイバグレーティングを前記被覆部において支持する支持溝を備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項３】
前記光ファイバグレーティングは、前記クラッド部を内側クラッドとし、前記被覆部を外側クラッドとするダブルクラッド型光ファイバ構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項４】
前記樹脂部材は、前記グレーティング形成部の外周と、前記被覆部の該グレーティング形成部に隣接する部分の外周とを覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項５】
前記樹脂部材は、前記グレーティング形成部から漏洩する光を透過することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項６】
前記樹脂部材の屈折率は、前記光ファイバグレーティングのクラッド部の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項７】
前記樹脂部材の屈折率は、前記光ファイバグレーティングのクラッド部の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項８】
前記樹脂部材は、ＵＶ硬化樹脂からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項９】
前記基台は、−７０〜−８０ｐｐｍ／℃の線膨張係数を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１０】
前記収容溝は、Ｖ字状に形成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１１】
前記収容溝は、前記支持溝に比して幅広且つ深底に形成されたことを特徴とする請求項２〜９のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１２】
前記支持溝は、Ｖ字状に形成されたことを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１３】
前記樹脂部材に密着するように配置され、該樹脂部材を伝導した熱を放熱する放熱部材を備えたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１４】
前記放熱部材は、前記基台の上部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１５】
前記放熱部材は、アルミニウム、銅、鉄、およびニッケルの少なくとも一つを含む金属部材を用いて形成されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１６】
前記光ファイバグレーティングは、所定の張力を印加した状態で前記基台に固定されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１７】
前記樹脂部材よりも高い硬度を有し、前記グレーティング形成部を挟むように配置され、前記光ファイバグレーティングを前記収容溝内に固着する補強樹脂部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１つに記載の２つの光ファイバグレーティングデバイスと、
前記２つの光ファイバグレーティングデバイス間に配置した希土類元素添加光ファイバと、
前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
を備え、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスの各反射波長帯域は重畳しており、前記励起光源が前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給することによって、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスのいずれか一方の端部から前記重畳した波長帯域内の発振波長を有するレーザ光を出力することを特徴とする光ファイバレーザ。
【請求項１９】
前記レーザ光を出力する出力端部側に配置され、前記レーザ光を受付け該レーザ光の波長を変換して出力する波長変換素子を備えたことを特徴とする請求項１８に記載の光ファイバレーザ。
【請求項２０】
前記希土類元素添加光ファイバおよび前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、偏波保持型光ファイバ構造を有し、
前記一方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つと、前記他方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つとを重畳させて、該重畳した波長帯域内の発振波長を有する単一偏波のレーザ光を発振することを特徴とする請求項１８または１９に記載の光ファイバレーザ。
【請求項２１】
前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、互いのスロー軸とファースト軸とが平行になるように前記希土類元素添加光ファイバに接続していることを特徴とする請求項２０に記載の光ファイバレーザ。
【請求項２２】
前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、互いのスロー軸が互いのファースト軸と平行になるように前記希土類元素添加光ファイバに接続していることを特徴とする請求項２０に記載の光ファイバレーザ。
【請求項１】
コア部と該コア部の外周に形成したクラッド部とを備え、該コア部の長手方向の一部に所定の波長帯域の光を反射するグレーティングを形成したグレーティング形成部を有する光ファイバグレーティングと、
前記グレーティング形成部を収容する収容溝を備え、負の線膨張係数を有する基台と、
少なくとも前記グレーティング形成部の外周を覆うように形成され、該グレーティング形成部を前記収容溝内に固着するとともに該グレーティング形成部において発生する熱を前記基台に伝導する樹脂部材と、
を備えたことを特徴とする光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項２】
前記光ファイバグレーティングは、前記グレーティング形成部を除いた前記クラッド部の外周に形成した被覆部を備え、
前記基台は、前記光ファイバグレーティングを前記被覆部において支持する支持溝を備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項３】
前記光ファイバグレーティングは、前記クラッド部を内側クラッドとし、前記被覆部を外側クラッドとするダブルクラッド型光ファイバ構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項４】
前記樹脂部材は、前記グレーティング形成部の外周と、前記被覆部の該グレーティング形成部に隣接する部分の外周とを覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項５】
前記樹脂部材は、前記グレーティング形成部から漏洩する光を透過することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項６】
前記樹脂部材の屈折率は、前記光ファイバグレーティングのクラッド部の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項７】
前記樹脂部材の屈折率は、前記光ファイバグレーティングのクラッド部の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項８】
前記樹脂部材は、ＵＶ硬化樹脂からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項９】
前記基台は、−７０〜−８０ｐｐｍ／℃の線膨張係数を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１０】
前記収容溝は、Ｖ字状に形成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１１】
前記収容溝は、前記支持溝に比して幅広且つ深底に形成されたことを特徴とする請求項２〜９のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１２】
前記支持溝は、Ｖ字状に形成されたことを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１３】
前記樹脂部材に密着するように配置され、該樹脂部材を伝導した熱を放熱する放熱部材を備えたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１４】
前記放熱部材は、前記基台の上部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１５】
前記放熱部材は、アルミニウム、銅、鉄、およびニッケルの少なくとも一つを含む金属部材を用いて形成されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１６】
前記光ファイバグレーティングは、所定の張力を印加した状態で前記基台に固定されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１７】
前記樹脂部材よりも高い硬度を有し、前記グレーティング形成部を挟むように配置され、前記光ファイバグレーティングを前記収容溝内に固着する補強樹脂部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載の光ファイバグレーティングデバイス。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１つに記載の２つの光ファイバグレーティングデバイスと、
前記２つの光ファイバグレーティングデバイス間に配置した希土類元素添加光ファイバと、
前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
を備え、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスの各反射波長帯域は重畳しており、前記励起光源が前記希土類元素添加光ファイバに励起光を供給することによって、前記２つの光ファイバグレーティングデバイスのいずれか一方の端部から前記重畳した波長帯域内の発振波長を有するレーザ光を出力することを特徴とする光ファイバレーザ。
【請求項１９】
前記レーザ光を出力する出力端部側に配置され、前記レーザ光を受付け該レーザ光の波長を変換して出力する波長変換素子を備えたことを特徴とする請求項１８に記載の光ファイバレーザ。
【請求項２０】
前記希土類元素添加光ファイバおよび前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、偏波保持型光ファイバ構造を有し、
前記一方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つと、前記他方の光ファイバグレーティングデバイスの互いに直交する偏波の光に対する反射波長帯域のいずれか１つとを重畳させて、該重畳した波長帯域内の発振波長を有する単一偏波のレーザ光を発振することを特徴とする請求項１８または１９に記載の光ファイバレーザ。
【請求項２１】
前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、互いのスロー軸とファースト軸とが平行になるように前記希土類元素添加光ファイバに接続していることを特徴とする請求項２０に記載の光ファイバレーザ。
【請求項２２】
前記２つの光ファイバグレーティングデバイスは、互いのスロー軸が互いのファースト軸と平行になるように前記希土類元素添加光ファイバに接続していることを特徴とする請求項２０に記載の光ファイバレーザ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−２９３００４（Ｐ２００８−２９３００４Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１４３１３（Ｐ２００８−１１４３１３）
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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