光ファイバレーザおよび光ファイバ増幅器
【課題】低コストかつ簡易に単一偏波のレーザ光を出力できる光ファイバレーザ、および低コストかつ簡易に単一偏波の光をその偏波状態を維持したまま増幅できる光ファイバ増幅器を提供すること。
【解決手段】長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有するとともに光増幅物質が添加されたコア部と、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有するとともに該コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する多角形クラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバと、前記複屈折増幅光ファイバの各端部にそれぞれ接続し、長手方向に沿って複屈折率差を有する直交軸が形成されたコア部を備え、該コア部の長手方向の一部に所定の反射帯域を有するグレーティング部を形成した２つの複屈折光ファイバグレーティングと、前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、を備える。
【解決手段】長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有するとともに光増幅物質が添加されたコア部と、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有するとともに該コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する多角形クラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバと、前記複屈折増幅光ファイバの各端部にそれぞれ接続し、長手方向に沿って複屈折率差を有する直交軸が形成されたコア部を備え、該コア部の長手方向の一部に所定の反射帯域を有するグレーティング部を形成した２つの複屈折光ファイバグレーティングと、前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一偏波のレーザ光を出力する光ファイバレーザおよび単一偏波の光をその偏波状態を維持したまま増幅する光ファイバ増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光増幅物質としてイットリビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素をコア部に添加した増幅光ファイバを増幅媒体にし、この増幅光ファイバの両端に光ファイバグレーティングを接続して形成されるファブリペロー型の光共振器を備えた光ファイバレーザにおいて、単一偏波のレーザ光を出力する構造としたものが提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１、２に開示される光ファイバレーザは、増幅光ファイバおよびその両端の光ファイバグレーティングが複屈折性を有する偏波保持型の光ファイバからなるものである。これらの光ファイバグレーティングは、屈折率が互いに異なる直交軸（複屈折軸）が形成されているので、反射波長帯域も複屈折軸間で異なっている。そして、この光ファイバレーザにおいては、一方の光ファイバグレーティングが有する２つの反射波長帯域のいずれか１つと、他方の光ファイバグレーティングが有する２つの反射波長帯域のいずれか１つを重畳させ、他の反射波長帯域を重畳させないようにしている。その結果、複屈折軸のうち反射波長帯域が重畳している方の軸に平行な偏波方向を有する直線偏波の光のみがレーザ発振し、単一偏波のレーザ光を出力することができる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６１６７０６６号明細書
【特許文献２】特開２００７−２７３６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２に開示される光ファイバレーザを製造する際には、所望の単一偏波でのレーザ発振を実現するために、少なくとも複屈折光ファイバである増幅光ファイバと光ファイバグレーティングとを、互いの複屈折軸の方向を一致させて接続する必要がある。
【０００６】
ところで、複屈折光ファイバの構造には、応力付与型、楕円コア型等の種類がある。応力付与型とは、光ファイバのクラッド部内においてコア部を挟んで対向する位置に応力付与部材を配置した構造のものである。一方、楕円コア型とは、コア部の断面形状が楕円形を有する構造のものである。応力付与型の複屈折光ファイバは、製造時において、クラッド部内に応力付与部材を配置するために光ファイバ母材に穿孔加工等をする必要がある。一方、楕円コア型の複屈折光ファイバは、穿孔加工等の工程が不要であるため、より低コストで製造できるものである。
【０００７】
ここで、特許文献１、２に開示される光ファイバレーザにおいて、増幅光ファイバと光ファイバグレーティングとが、応力付与型のものであれば、応力付与部材の配置をもとに複屈折軸の方向が容易に判別できるので、複屈折軸の方向を一致させるように調整して接続することは容易に実現可能である。
【０００８】
ところが、増幅光ファイバと光ファイバグレーティングとの少なくとも一方が楕円コア型のものである場合には、その光ファイバには応力付与部材が存在しないので、応力付与部材の配置をもとにした複屈折軸の方向の判別は不可能である。特に、コア部の扁平率が小さい場合には、複屈折軸の方向の判別が困難であり、複屈折軸の方向を高精度に一致させるような調整も困難となる。したがって、楕円コア型の複屈折光ファイバを用いた場合、複屈折光ファイバの一端に既知の偏波状態の光を入力して、他端から出力される光の偏波状態を実際に測定し、この測定結果をもとに複屈折軸の方向を判別するという煩雑な作業が必要であった。それゆえ、良好な単一偏波でのレーザ発振を容易に実現することは困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストかつ簡易に単一偏波のレーザ光を出力できる光ファイバレーザ、および低コストかつ簡易に単一偏波の光をその偏波状態を維持したまま増幅できる光ファイバ増幅器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レーザは、長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有するとともに光増幅物質が添加されたコア部と、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有するとともに該コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する多角形クラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバと、前記複屈折増幅光ファイバの各端部にそれぞれ接続し、長手方向に沿って複屈折率差を有する直交軸が形成されたコア部を備え、該コア部の長手方向の一部に所定の反射帯域を有するグレーティング部を形成した２つの複屈折光ファイバグレーティングと、前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、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レーザは、上記発明において、前記複屈折増幅光ファイバは、前記多角形クラッド部の外周に形成され該多角形クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
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つの複屈折光ファイバグレーティングの間に介挿された偏光子をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
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つの複屈折光ファイバグレーティングは、それぞれ前記直交軸に平行な各偏波方向の光に対して中心波長が互いに異なる２つの反射帯域を有しており、一方の前記複屈折光ファイバグレーティングの２つの反射帯域のいずれか１つと、他方の前記複屈折光ファイバグレーティングの２つの反射帯域のいずれか１つとが重畳しており、前記励起光源が前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給することによって、前記重畳した反射帯域内の発振波長を有する単一偏波のレーザ光を出力することを特徴とする。
【００１４】
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つの複屈折率光ファイバグレーティングの少なくとも一方は、前記コア部の外周に形成されたクラッド部と、該クラッド部内の該コア部を挟んで対向する位置に配置された応力付与部材とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
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つの複屈折光ファイバグレーティングの少なくとも一方は、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有する多角形クラッド部を備え、前記コア部が長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバ増幅器は、長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有するとともに光増幅物質が添加されたコア部と、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有するとともに該コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する多角形クラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバと、前記複屈折増幅光ファイバの各端部にそれぞれ接続し、長手方向に沿って複屈折率差を有する直交軸が形成されたコア部を備えた２つの複屈折光ファイバと、前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバ増幅器は、上記発明において、前記複屈折増幅光ファイバは、前記多角形クラッド部の外周に形成され該多角形クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、楕円形のコア部と多角形のクラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバを用いることによって、楕円形のコア部であっても複屈折軸の方向を一致させる調整が従来よりも容易になるため、低コストかつ簡易に単一偏波のレーザ光を出力できる光ファイバレーザ、および低コストかつ簡易に単一偏波の光をその偏波状態を維持したまま増幅できる光ファイバ増幅器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】
【００１９】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバレーザおよび光ファイバ増幅器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。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバレーザ１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この光ファイバレーザ１００は、単一偏波のレーザ光を出力するものであって、ｎを１以上の整数として、半導体レーザ１1〜１nを備えた励起光源１と、マルチモード光ファイバ２1〜２nと、ＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）３と、マルチモード光ファイバ４と、屈折率が周期的に変化する構造を有するグレーティング部５１が形成された複屈折光ファイバグレーティング５と、複屈折増幅光ファイバ６と、両端に複屈折シングルモード光ファイバ７ａ、７ｂが接続された偏光子７と、グレーティング部８１が形成された複屈折光ファイバグレーティング８と、複屈折シングルモード光ファイバ９ａを有する光コネクタ等の出力端子９とを備える。
【００２１】
マルチモード光ファイバ２1〜２nは、半導体レーザ１1〜１nが出力する励起光を導波するように接続されている。また、ＴＦＢ３は、マルチモード光ファイバ２1〜２nが導波した各励起光を結合し、マルチモード光ファイバ４から出力させるように構成されている。また、複屈折光ファイバグレーティング５は、マルチモード光ファイバ４と接続点Ｃ１において融着接続している。また、複屈折増幅光ファイバ６は、複屈折光ファイバグレーティング５と接続点Ｃ２において融着接続している。また、偏光子７に接続した複屈折シングルモード光ファイバ７ａは接続点Ｃ３において複屈折増幅光ファイバ６と融着接続し、複屈折シングルモード光ファイバ７ｂは接続点Ｃ４において複屈折光ファイバグレーティング８と融着接続している。また、出力端子９の複屈折シングルモード光ファイバ９ａは、複屈折光ファイバグレーティング８と接続点Ｃ５において融着接続している。すなわち、偏光子７は、複屈折光ファイバグレーティング５、８の間に介挿されている。
【００２２】
図２は、図１に示す複屈折増幅光ファイバ６の長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。複屈折増幅光ファイバ６は、ゲルマニウムおよび光増幅物質としてのＹｂイオンを添加したシリカガラスからなるコア部６ａと、コア部６ａの外周に形成され、コア部６ａよりも低屈折率のシリカガラスからなる多角形クラッド部６ｂと、多角形クラッド部６ｂの外周に形成され、多角形クラッド部６ｂよりも低屈折率の樹脂からなる外側クラッド部６ｃとを備えるダブルクラッド型の増幅光ファイバである。ここで、コア部６ａは、扁平率がたとえば０．３８程度の楕円形の断面形状を有しているので、長手方向に沿って長軸方向の屈折率が短軸方向の屈折率よりも高くなっており、長短軸を複屈折軸とする複屈折率性を有している。その結果、この複屈折増幅光ファイバ６は偏波保持型の光ファイバとなっている。一方、多角形クラッド部６ｂは、六角形の断面形状を有している。また、コア部６ａと多角形クラッド部６ｂとは、コア部６ａの長軸の延長線上に多角形クラッド部６ｂの一辺の中点が位置するような位置関係となっている。以下、コア部６ａにおいて、屈折率が低い短軸を複屈折軸のＦａｓｔ軸、屈折率が高い長軸を複屈折軸のＳｌｏｗ軸と定義する。
【００２３】
一方、図３は、図１に示す複屈折光ファイバグレーティング３の長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。図３に示すように、複屈折光ファイバグレーティング５は、ゲルマニウムを添加したシリカガラスからなるコア部５ａと、コア部５ａの外周に形成され、コア部５ａよりも低屈折率のシリカガラスからなる内側クラッド部５ｂと、内側クラッド部５ｂの外周に形成され、内側クラッド部５ｂよりも低屈折率の樹脂からなる外側クラッド部５ｃとを備えるダブルクラッド型の光ファイバグレーティングである。さらに、複屈折光ファイバグレーティング５は、内側クラッド部５ｂ内のコア部５ａを挟んで対向する位置に配置された、ボロンを添加したシリカガラスからなる２つの応力付与部材５ｄを備える。これらの応力付与部材５ｄはコア部５ａに軸対称でない応力を与える。その結果、複屈折光ファイバグレーティング５は、長手方向に沿って、コア部５ａおよび２つの応力付与部材５ｄの各中心軸を結ぶ方向が複屈折軸のＳｌｏｗ軸となり、それと直交する方向がＦａｓｔ軸となるような複屈折率性を有する偏波保持型の光ファイバグレーティングとなっている。また、複屈折光ファイバグレーティング５の長手方向の一部には、グレーティング部５１が形成されている。このグレーティング部５１は、複屈折増幅光ファイバ６のコア部６ａに添加された光増幅物質であるＹｂイオンの発光帯域内の所定の波長、たとえば１０６４ｎｍ近傍の波長を中心とした反射帯域を有するようにピッチ等が設定されている。なお、グレーティング部５１の最大反射率は約１００％である。また、グレーティング部５１のピッチは、Ｓｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸との両方に対して同じであるが、Ｓｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とでは屈折率が互いに異なるため、反射帯域の中心波長も互いに異なっている。
【００２４】
また、図４は、図１に示す複屈折光ファイバグレーティング８の模式的な断面図である。この複屈折光ファイバグレーティング８は、複屈折光ファイバグレーティング５と同様の反射帯域を有するグレーティング部８１が形成された偏波保持型の光ファイバグレーティングであるが、ダブルクラッド型ではない。すなわち、図４に示すように、コア部８ａと、１層のクラッド部８ｂと、２つの応力付与部材８ｄとを備え、外側クラッド部の代わりに光ファイバのガラス部分の保護のための樹脂被覆８ｅを備えている。なお、グレーティング部８１の最大反射率は約１０〜３０％である。
【００２５】
また、複屈折シングルモード光ファイバ７ａ、７ｂ、９ａも、複屈折光ファイバグレーティング８と同様の断面構造を有する偏波保持型の光ファイバとなっている。また、マルチモード光ファイバ２1〜２n、４はコア部とクラッド部とを備えた通常の構造を有し、コア部のコア径がたとえば１０５μｍのマルチモード光ファイバであり、励起光の波長の光をマルチモードで伝搬するように構成されている。なお、マルチモード光ファイバ４として、ダブルクラッド型の光ファイバを用いてもよい。
【００２６】
つぎに、この光ファイバレーザ１００における、複屈折光ファイバグレーティング５と複屈折増幅光ファイバ６との接続関係について説明する。図５は、複屈折光ファイバグレーティング５と複屈折増幅光ファイバ６との接続関係を説明する説明図である。なお、図５においては、簡略化のため外側クラッド部５ｃ、６ｃの記載を省略している。
【００２７】
図５に示すように、複屈折光ファイバグレーティング５と複屈折増幅光ファイバ６とは、接続点Ｃ２において、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。
【００２８】
ここで、複屈折増幅光ファイバ６は楕円コア型の複屈折光ファイバであり、応力付与部材が存在しないので、コア部６ａの複屈折軸の方向の判別が困難である。
【００２９】
しかしながら、この複屈折増幅光ファイバ６は、多角形クラッド部６ｂが六角形の断面形状を有しているので、多角形クラッド部６ｂの角の位置と、予め知られたコア部６ａの長短軸と多角形クラッド部６ｂの角との位置関係とから、コア部６ａの長短軸すなわち複屈折軸の方向が容易に判別される。その結果、複屈折光ファイバグレーティング５と複屈折増幅光ファイバ６とは、高精度に、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。
【００３０】
同様に、この光ファイバレーザ１００において、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折シングルモード光ファイバ７ａとは、接続点Ｃ３において、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。上述したように、複屈折増幅光ファイバ６は、コア部６ａの複屈折軸の方向が容易に判別される。したがって、複屈折増幅光ファイバ６とシングルモード光ファイバ７ａとは、上記と同様に、高精度に、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。
【００３１】
他方、複屈折シングルモード光ファイバ７ｂ、複屈折光ファイバグレーティング８、複屈折シングルモード光ファイバ９ａは、いずれも図３に示すような応力付与型の光ファイバであるから、従来と同様に各接続点Ｃ４、Ｃ５において、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が高精度で平行になるように接続している。
【００３２】
その結果、この光ファイバレーザ１００は、複屈折光ファイバグレーティング５から複屈折シングルモード光ファイバ９ａまでの各光ファイバについて、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が高精度で平行になっている。
【００３３】
つぎに、この光ファイバレーザ１００の動作について説明する。励起光源１が備える半導体レーザ１1〜１nが９１５ｎｍ近傍の波長の励起光を出力すると、マルチモード光ファイバ２1〜２nが各励起光を導波し、ＴＦＢ３が導波した各励起光を結合してマルチモード光ファイバ４に出力する。マルチモード光ファイバ４は結合した励起光をマルチモードで伝搬する。その後、複屈折光ファイバグレーティング５がマルチモード光ファイバ４を伝搬した励起光を透過して、複屈折増幅光ファイバ６に到達させる。
【００３４】
複屈折増幅光ファイバ６に到達した励起光は、複屈折増幅光ファイバ６の多角形クラッド部６ｂ内をマルチモードで伝搬しながら、複屈折増幅光ファイバ６のコア部６ａに添加したＹｂイオンを光励起し、所定の波長帯域を有する無偏光状態の蛍光を発生させる。なお、この多角形クラッド部６ｂは断面形状が多角形であるため、励起光は、コア部６ａをより頻繁に通過するように多角形クラッド部６ｂと外側クラッド部６ｃとの界面で反射されるため、Ｙｂイオンが一層効率よく励起される。
【００３５】
ここで、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折光ファイバグレーティング８との間に介挿された偏光子７は、複屈折増幅光ファイバ６等のＳｌｏｗ軸に平行な偏波方向の光のみを透過するようにその角度が調整されている。その結果、複屈折増幅光ファイバ６において発生した蛍光のうち、複屈折光ファイバグレーティング５、８の反射帯域内の波長であり、かつＳｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波を有する蛍光のみが、複屈折光ファイバグレーティング５、８のグレーティング部５１、８１を反射鏡とする光共振器内の各コア部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てレーザ発振する。発振したレーザ光は反射率が低い複屈折光ファイバグレーティング８側から出力する。その結果、この光ファイバレーザ１００は、出力端子９からレーザ光Ｌ１を出力する。上述したように、この光ファイバレーザ１００においては、複屈折光ファイバグレーティング５から複屈折シングルモード光ファイバ９ａまでの各複屈折光ファイバが、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が高精度で平行になるように接続している。したがって、出力するレーザ光Ｌ１は、複屈折増幅光ファイバ６のＳｌｏｗ軸に平行な偏波方向を有する良好な単一偏波のレーザ光となる。
【００３６】
なお、複屈折増幅光ファイバ６は、楕円コア型であるので、製造時において、クラッド部内に応力付与部材を配置するための穿孔加工等が不要である。したがって、製造工程が簡略化されるため、より低コストで製造できるものである。さらに、一般に増幅光ファイバは、コア部にＹｂイオン等の光増幅物質を多量に添加しており、通常の光ファイバのコア部よりも不純物が多く含有されている。不純物が多くなるにつれて、穿孔加工を行なう場合にその加工の際に発生する応力によってコア部に割れが生じやすくなる。しかしながら、本実施の形態１に係る複屈折増幅光ファイバ６は、そのような割れが発生するおそれが全く無いので、製造歩留まりが高く、さらに低コストで製造できるとともに、Ｙｂイオン等の光増幅物質の添加量を一層多くすることができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光ファイバレーザ１００は、低コストかつ簡易に良好な単一偏波のレーザ光を出力できる光ファイバレーザとなる。
【００３８】
なお、本実施の形態１に係る光ファイバレーザ１００において、偏光子７が、複屈折増幅光ファイバ６等のＦａｓｔ軸に平行な偏波方向の光のみを透過するようにその角度が調整されたものであれば、出力するレーザ光Ｌ１は、複屈折増幅光ファイバ６のＦａｓｔ軸に平行な偏波方向を有する良好な単一偏波のレーザ光となる。
【００３９】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る光ファイバレーザについて説明する。図６は、本実施の形態２に係る光ファイバレーザ２００の構成を示すブロック図である。なお、図６において、図１に示すものと同一構成部分には同一符号を付して示している。図６に示すように、この光ファイバレーザ２００は、単一偏波のレーザ光を出力するものであって、図１に示す光ファイバレーザ１００において、偏光子７および複屈折シングルモード光ファイバ７ａ、７ｂを削除し、複屈折光ファイバグレーティング８に換えてグレーティング部１０１が形成された複屈折光ファイバグレーティング１０を備えた構成を有している。
【００４０】
この複屈折光ファイバグレーティング１０は、複屈折光ファイバグレーティング８と同様に、コア部と、１層のクラッド部と、２つの応力付与部材と、樹脂被覆とを備えている。また、複屈折光ファイバグレーティング１０は、複屈折増幅光ファイバ６とは接続点Ｃ６において融着接続しており、複屈折シングルモード光ファイバ９ａとは接続点Ｃ７において融着接続している。なお、複屈折光ファイバグレーティング１０のグレーティング部１０１の反射帯域については後述する。
【００４１】
つぎに、この光ファイバレーザ２００における、複屈折増幅光ファイバ６と各複屈折光ファイバグレーティング５、１０との接続関係について説明する。図７は、複屈折増幅光ファイバ６と各複屈折光ファイバグレーティング５、１０との接続関係を説明する説明図である。なお、図７においては、簡略化のため外側クラッド部５ｃ、６ｃ、および複屈折光ファイバグレーティング１０の樹脂被覆の記載を省略している。また、図７においては、方向の説明のためＸＹ直交軸を定義している。
【００４２】
図７に示すように、この光ファイバレーザ２００においても、図５に示す光ファイバレーザ１００の場合と同様に、複屈折光ファイバグレーティング５と複屈折増幅光ファイバ６とは、接続点Ｃ２において、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。
【００４３】
一方、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折光ファイバグレーティング１０とは、接続点Ｃ６において、一方のＳｌｏｗ軸と他方のＦａｓｔ軸とが平行になり、一方のＦａｓｔ軸と他方のＳｌｏｗ軸とが平行になるように接続している。
【００４４】
この光ファイバレーザ２００は、上記のような接続関係を有するので、励起光源１が複屈折増幅光ファイバ６に励起光を供給した場合に、以下のように動作する。すなわち、複屈折増幅光ファイバ６において発生した蛍光のうち、後述する所定の波長であり、かつＸ軸方向に平行な直線偏波を有する蛍光のみが、複屈折光ファイバグレーティング５、１０のグレーティング部５１、１０１１を反射鏡とする光共振器内の各コア部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てレーザ発振する。その結果、光ファイバレーザ１００のように偏光子を用いなくても、出力端子９から出力するレーザ光Ｌ２は、その偏波成分がＸ軸方向の直線偏波のみである単一偏波のレーザ光となっている。以下、レーザ光Ｌ２が単一偏波となる理由について具体的に説明する。
【００４５】
図８は、各複屈折光ファイバグレーティング５、１０の反射スペクトルと、レーザ光の出力スペクトルとの関係を示す図である。図８の上段に示すものが複屈折光ファイバグレーティング５の反射スペクトルである。複屈折光ファイバグレーティング５は、Ｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波の光に対しては、波長λ１ｓを中心波長とする最大で約１００％の反射率の反射スペクトルＳ１ｓを有し、Ｆａｓｔ軸に平行な直線偏波の光に対しては、波長λ１ｆを中心とする最大で約１００％の反射率の反射スペクトルＳ１ｆを有する。
【００４６】
一方、図８の中段に示すものが複屈折光ファイバグレーティング１０の反射スペクトルである。複屈折光ファイバグレーティング１０は、Ｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波の光に対しては、波長λ２ｓを中心とする最大で約１０〜３０％の反射率の反射スペクトルＳ２ｓを有し、Ｆａｓｔ軸に平行な直線偏波の光に対しては、波長λ２ｆを中心とする最大で約１０〜３０％の反射率の反射スペクトルＳ２ｆを有する。
【００４７】
ここで、図８に示すように、複屈折光ファイバグレーティング５、１０の反射帯域は、複屈折光ファイバグレーティング５のＦａｓｔ軸の反射スペクトルＳ１ｆと複屈折光ファイバグレーティング１０のＳｌｏｗ軸の反射スペクトルＳ２ｓとが重畳するように設定されており、かつ、複屈折光ファイバグレーティング５のＳｌｏｗ軸の反射スペクトルＳ１ｓと複屈折光ファイバグレーティング１０のＦａｓｔ軸の反射スペクトルＳ２ｆとは重畳しないように設定されている。なお、この反射帯域の設定は、グレーティング部５１、１０１のピッチやコア部の屈折率の調整等によって適宜設定できる。
【００４８】
その結果、再び図７を参照すると、複屈折増幅光ファイバ６において発生した蛍光のうち、Ｘ軸方向に平行な直線偏波を有するものについては、複屈折増幅光ファイバ６内をその偏光方向を維持したまま伝搬する。そして、複屈折光ファイバグレーティング５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、グレーティング部５１によって、反射スペクトルＳ１ｆ内の波長の光だけが反射される。
【００４９】
この反射した光は、複屈折増幅光ファイバ６内をその偏光方向を維持したまま伝搬し、複屈折光ファイバグレーティング１０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、グレーティング部１０１によって、反射スペクトルＳ２ｓ内の波長の光だけが反射される。すなわち、Ｘ軸方向に平行な直線偏波を有する光に対しては、グレーティング部５１、１０１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、図８の下段に示すような、波長λ１ｆ（＝λ２ｓ）を中心波長とする出力スペクトルＳ３を有し、Ｘ軸方向に平行な直線偏波を有する光がレーザ発振する。
【００５０】
一方、複屈折増幅光ファイバ６において発生した蛍光のうち、Ｙ軸方向に平行な直線偏波を有するものについては、複屈折光ファイバグレーティング５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、グレーティング部５１によって、反射スペクトルＳ１ｓ内の波長の光だけが反射される。この反射した光は、複屈折増幅光ファイバ６を経由して複屈折光ファイバグレーティング１０に入射すると、Ｆａｓｔ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬するが、図８に示す反射スペクトルからも明らかなようにグレーティング部１０１を透過してしまうため、この光はレーザ発振しない。したがって、光ファイバレーザ２００は、Ｘ軸方向に平行な直線偏波を有する単一偏波のレーザ光のみを出力する。
【００５１】
また、複屈折増幅光ファイバ６は、多角形クラッド部６ｂが六角形の断面形状を有しているので、実施の形態１の場合と同様に、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折光ファイバグレーティング１０とは、高精度に、一方のＳｌｏｗ軸と他方のＦａｓｔ軸とが平行になり、一方のＦａｓｔ軸と他方のＳｌｏｗ軸とが平行になるように接続している。その結果、この光ファイバレーザ２００が出力するレーザ光Ｌ２は、良好な単一偏波のレーザ光となる。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態２に係る光ファイバレーザ２００は、簡易に良好な単一偏波のレーザ光を出力できるとともに、偏光子を用いなくてもよいので、光学部品点数が削減され、さらに低コストの光ファイバレーザとなる。
【００５３】
つぎに、本発明の実施例として、図６に示す実施の形態２と同様の構造を有する光ファイバレーザを作製した。なお、用いた複屈折増幅光ファイバのコア部のサイズは、長径が約６．３μｍ、短径が約３．５μｍであった。また、複屈折増幅光ファイバの長さは約６０ｍであった。また、複屈折光ファイバグレーティングの反射特性は、図８中の符号を用いて説明すると、波長λ１ｓ、λ１ｆの波長間隔、および波長λ２ｓ、λ２ｆの波長間隔はいずれも約０．３ｎｍであり、波長λ１ｆ、λ２ｓの値はいずれも約１０６４ｎｍであり、反射スペクトルＳ１ｓ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｆの半値全幅はいずれも約０．０５ｎｍであった。また、用いた半導体レーザの発振波長は９１５ｎｍ近傍であり、その数は３個である。
【００５４】
図９は、本実施例に係る光ファイバレーザにおける、励起光強度と、出力端子から出力する波長１０６４ｎｍのレーザ光の出力強度（レーザ光出力）と、励起光からレーザ光出力へのパワーの変換効率との関係を示す図である。なお、図９中の励起光強度は、図６の接続点Ｃ２における励起光の強度を示している。図９に示すように、励起光強度とレーザ光出力はほぼ比例しており、励起光強度が１４．５Ｗの場合、レーザ光出力は８．１８Ｗであり、変換効率は５６．４％であった。また、出力したレーザ光の偏波消光比としては、１５．４ｄＢが実現され、良好な単一偏波特性を有することが確認された。
【００５５】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３に係る光ファイバ増幅器は、入力端子から入力した単一偏波の光をその偏波状態を維持したまま増幅できる光ファイバ増幅器である。
【００５６】
図１０は、本実施の形態３に係る光ファイバ増幅器３００の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、この光ファイバ増幅器３００は、複屈折シングルモード光ファイバ１１ａを有する光コネクタ等の入力端子１１と、両端に複屈折シングルモード光ファイバ１２ａ、１２ｂが接続された光アイソレータ１２と、複屈折シングルモード光ファイバ１３と、ＴＦＢ１４と、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５と、複屈折増幅光ファイバ６と、複屈折シングルモード光ファイバ９ａを有する出力端子９と、半導体レーザ１1〜１nを備えた励起光源１と、マルチモード光ファイバ２1〜２nとを備えている。なお、図１０において、図１に示すものと同一構成部分には同一符号を付して示している。
【００５７】
そして、複屈折シングルモード光ファイバ１２ａは、接続点Ｃ８において入力端子１１の複屈折シングルモード光ファイバ１１ａと融着接続し、複屈折シングルモード光ファイバ１２ｂは、接続点Ｃ９において複屈折シングルモード光ファイバ１３と融着接続している。一方、マルチモード光ファイバ２1〜２nは、半導体レーザ１1〜１nが出力する励起光を導波するように接続されている。また、ＴＦＢ１４は、マルチモード光ファイバ２1〜２nが導波した励起光と、複屈折シングルモード光ファイバ１３がシングルモードで導波した光と結合し、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５から出力させるように構成されている。また、複屈折増幅光ファイバ６は、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５と接続点Ｃ１０において融着接続している。また、シングルモード光ファイバ１６ａは、接続点Ｃ１１において複屈折増幅光ファイバ６と融着接続し、シングルモード光ファイバ１６ｂは、接続点Ｃ１２においてシングルモード光ファイバ９ａと融着接続している。
【００５８】
複屈折シングルモード光ファイバ１１ａ、１２ａ、１２ｂ、１３、１６ａ、１６ｂは、図４に示す複屈折光ファイバグレーティング８と同様の断面構造を有する偏波保持型の光ファイバとなっている。また、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５は、図３に示す複屈折光ファイバグレーティング３と同様の断面構造を有するダブルクラッド型かつ偏波保持型の光ファイバとなっている。
【００５９】
また、複屈折シングルモード光ファイバ１１ａから複屈折シングルモード光ファイバ９ａまでの光ファイバは、すべて互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。なお、実施の形態１、２と同様に、複屈折増幅光ファイバ６は、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５および複屈折シングルモード光ファイバ１６ａと、高精度で互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。
【００６０】
また、光アイソレータ１２、１６は、いわゆる偏波依存型および偏波無依存型のいずれのものも用いることができる。光アイソレータ１２、１６として偏波依存型の光アイソレータを用いる場合は、複屈折シングルモード光ファイバ１２ａ、１２ｂ、または複屈折シングルモード光ファイバ１６ａ、１６ｂのＳｌｏｗ軸に平行な直線偏波の光のみを図中の矢印の方向へ透過するような角度で接続する。
【００６１】
つぎに、この光ファイバ増幅器３００の動作について説明する。励起光源１が備える半導体レーザ１1〜１nが９１５ｎｍ近傍の波長の励起光を出力すると、マルチモード光ファイバ２1〜２nが各励起光を導波し、ＴＦＢ１４が導波した各励起光を結合して複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５に出力する。複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５は結合した励起光をその内側クラッド部においてマルチモードで伝搬し、複屈折増幅光ファイバ６に到達させる。その結果、複屈折増幅光ファイバ６においては、励起光によってＹｂイオンが光励起された状態となる。
【００６２】
一方、入力端子１１は、Ｙｂイオンの発光帯域内の所定の波長を有する、増幅すべき光Ｌ３の入力を受け付ける。ここで、光Ｌ３は複屈折シングルモード光ファイバ１１ａのＳｌｏｗ軸に平行な直線偏波を有する単一偏波の状態で入力するものとする。複屈折シングルモード光ファイバ１１ａ、光アイソレータ１２、複屈折シングルモード光ファイバ１３、ＴＦＢ１４、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５は、入力した光Ｌ３を、その偏波状態を維持したまま順次伝搬させ、複屈折増幅光ファイバ６に到達させる。なお、光アイソレータ１２として偏波依存型のものを用いた場合は、これによって入力した光Ｌ３の消光比を高めることができる。
【００６３】
つぎに、複屈折増幅光ファイバ６は、光励起されたＹｂイオンの誘導放出作用によって光Ｌ３を光増幅させ、かつその偏波状態を維持したまま伝搬させる。さらに、光アイソレータ１６、複屈折シングルモード光ファイバ９ａは、増幅された光Ｌ３を、その偏波状態を維持したまま順次伝搬させ、出力端子９は、増幅された光Ｌ３を光Ｌ４として出力する。なお、光アイソレータ１６として偏波依存型のものを用いた場合は、これによって出力する光Ｌ４の消光比を高めることができる。
【００６４】
すなわち、この光ファイバ増幅器３００は、入力端子１１から入力した単一偏波の光Ｌ３を、その偏波状態を維持したまま増幅できるものとなる。上述したように、複屈折増幅光ファイバ６を含め、各光ファイバは高精度で互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続しているため、出力される増幅された光Ｌ４は良好な単一偏波の光となる。また、この光ファイバ増幅器３００は、楕円コア型の複屈折増幅光ファイバ６を用いているので、低コストで製造できるものとなる。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態３に係る光ファイバ増幅器３００は、低コストかつ簡易に単一偏波の光をその偏波状態を良好に維持したまま増幅できる光ファイバ増幅器となる。
【００６６】
なお、本実施の形態３に係る光ファイバ増幅器３００において、光アイソレータ１２、１６を、偏波無依存型、あるいは、複屈折シングルモード光ファイバ１２ａ、１２ｂ、または複屈折シングルモード光ファイバ１６ａ、１６ｂのＦａｓｔ軸に平行な直線偏波の光のみを図中の矢印の方向へ透過するような偏波依存型の光アイソレータとし、光Ｌ３を、複屈折シングルモード光ファイバ１１ａのＦａｓｔ軸に平行な直線偏波を有する単一偏波の状態で、入力端子１１に入力してもよい。この場合も、この光ファイバ増幅器３００は、入力端子１１から入力した単一偏波の光Ｌ３を、その偏波状態を維持したまま増幅できる。
【００６７】
ところで、上記実施の形態に係る複屈折増幅光ファイバ６と他の複屈折光ファイバとを融着接続する際には、複屈折増幅光ファイバ６と他の複屈折光ファイバとを長手方向の周りに回転させて複屈折軸の方向を調整するが、その調整方法は以下のようにして行うことができる。以下、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折光ファイバグレーティング１０とを融着接続する場合を例として、複屈折軸の方向の調整方法を説明する。
【００６８】
図１１は、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折光ファイバグレーティング１０とを融着接続する融着接続機４００の要部の模式図である。この融着接続機４００は、応力付与型の複屈折光ファイバを融着接続するための市販の融着接続機と同様の構成を有しており、図１１に示すように、左光ファイバホルダ４０１、右光ファイバホルダ４０２、左光ファイバ撮像用光源４０３ａ、左光ファイバ撮像用カメラ４０３ｂ、右光ファイバ撮像用光源４０４ａ、右光ファイバ撮像用カメラ４０４ｂを備えている。
【００６９】
また、図１２は、図１１に示す要部をＺ軸方向から見た模式図である。図１２に示すように、この融着接続機４００は、対向配置される２本の放電電極４０５ａをさらに備えている。なお、図１１、１２においては、各光ファイバのコア部の中心軸に沿ったＺ軸と、Ｚ軸に直交するＸＹ軸を定義している。
【００７０】
左光ファイバホルダ４０１は、端面近傍の外側クラッド部６ｃを除去した複屈折増幅光ファイバ６を保持し、ＸＹＺ軸方向に平行移動するとともに、Ｚ軸の回りに回転できるように構成されている。一方、右光ファイバホルダ４０２は、端面近傍の樹脂被覆を除去した複屈折光ファイバグレーティング１０を保持し、ＸＹＺ軸方向に平行移動するとともに、Ｚ軸の回りに回転できるように構成されている。
【００７１】
左光ファイバ撮像用光源４０３ａ、左光ファイバ撮像用カメラ４０３ｂは、Ｘ軸に沿って配置されている。左光ファイバ撮像用光源４０３ａは、複屈折増幅光ファイバ６に側方から平行光を照射する白色光源である。左光ファイバ撮像用カメラ４０３ｂは、平行光を照射された複屈折増幅光ファイバ６を撮像するＣＣＤカメラやＣ−ＭＯＳカメラ等の撮像手段である。一方、右光ファイバ撮像用光源４０４ａ、右光ファイバ撮像用カメラ４０４ｂは、Ｙ軸に沿って配置されている。右光ファイバ撮像用光源４０４ａは、複屈折光ファイバグレーティング１０に側方から平行光を照射し、右光ファイバ撮像用カメラ４０４ｂは、平行光を照射された複屈折光ファイバグレーティング１０を撮像する。また、放電電極４０５ａは、Ｚ軸に直交させて対向配置されており、電極間のアーク放電を利用して光ファイバの端面同士を融着接続するために用いる。
【００７２】
融着接続機４００は、図１１、１２に示した各構成要素を制御する制御部を備えている。この制御部は、左光ファイバ撮像用カメラ４０３ｂ、右光ファイバ撮像用カメラ４０４ｂが撮像した各光ファイバの画像を画像処理し、この画像処理したデータに基づいて各光ファイバのＸＹＺ軸方向の位置および複屈折軸の方向を検出し、左光ファイバホルダ４０１、右光ファイバホルダ４０２を制御して各光ファイバの位置の移動と回転を行って各光ファイバの位置関係と複屈折軸方向の関係とを調整して最適化する。制御部はその後、放電電極４０５ａ、４０５ｂ間にアーク放電を発生させて光ファイバ同士の融着接続を行なう。
【００７３】
ここで、複屈折光ファイバグレーティング１０は応力付与型であるから、制御部は公知の応力付与型複屈折光ファイバ用の融着接続機と同様に、応力付与部材の位置をもとにその複屈折軸方向を検出する。一方、複屈折増幅光ファイバ６は楕円コア型であり応力付与部材を有さないので、制御部はたとえば以下のようにして、コア部６ａの複屈折軸方向すなわち長短軸方向の検出を行う。
【００７４】
なお、図１３は、複屈折増幅光ファイバ６の側方から平行光Ｌ５を照射している状態を示す図である。以下の説明では、図１３に示すように、平行光Ｌ５の進行方向と垂直方向を基準方向Ａ１として、基準方向Ａ１からの複屈折増幅光ファイバ６の回転角度を角度θとする。なお、符号Ａ２はコア部６ａの長軸方向を示している。また、複屈折増幅光ファイバ６の外側クラッド部６ｃは端面近傍において除去されている。
【００７５】
図１４は、左光ファイバ撮像用カメラ４０３ｂにより撮像された画像を画像処理して求められた光強度分布を示す図である。なお、図１４において、横軸は複屈折増幅光ファイバ６のコア部６ａの中心軸をゼロとした半径方向の位置を示し、縦軸は照度を示す。
【００７６】
図１４に示す光強度分布は、中央に位置する照度が大きい明部Ｓb１と、明部Ｓb１の外側に位置する照度が小さい暗部Ｓdと、暗部Ｓdの外側に位置する照度が大きい明部Ｓb２とを有する。明部Ｓb２は、複屈折増幅光ファイバ６の内側クラッド部６ｂを透過せずにその両側を通過する平行光Ｌ５によって生ずる部分である。一方、明部Ｓb１は、内側クラッド部６ｂがこれを透過した光をレンズのように集光することによって生ずる部分である。他方、暗部Ｓdは、平行光Ｌ５が内側クラッド部６ｂにより遮られて生ずる部分である。従って、図１４中の符号Ｃodは内側クラッド部６ｂの外縁の幅に対応する。
【００７７】
ここで、複屈折増幅光ファイバ６をＺ軸の回りに回転させると、内側クラッド部６ｂが円形ではなく六角形であるので、内側クラッド６ｂの外縁の幅Ｃodは回転角度に応じて変化する。また、回転により内側クラッド６ｂのレンズとしての集光の仕方も変化するので、明部Ｓb１の中心位置やその幅も回転角度に応じて変化する。
【００７８】
図１５は、一例として、複屈折増幅光ファイバ６の内側クラッド６ｂと同様に六角形の断面形状を有するが、複屈折増幅光ファイバ６とは異なりコア部を有さないコアレスファイバを、Ｚ軸の回りに回転させたときの光強度分布の変化を示した図である。なお、角度θは図１３において定義した角度θであり、図１５では０°から５０°まで変化させている。図１５に示すように、コアレスファイバの光強度分布において、外縁の幅、および中央の明部の中心位置と幅とが回転角度に応じて変化しており、たとえばθが０°から２０°になると外縁の幅および中央の明部の幅が狭くなり、明部の中心位置が正の方向に移動している。コアレスファイバと同様に六角形の断面形状を有する内側クラッド６ｂにおいてもこのように光強度分布は変化する。
【００７９】
したがって、図１４に示すように、明部Ｓb１の中心位置Ｃbと外縁の幅Ｃodの中心位置Ｃdとの差（Ｃb−Ｃd）をディストーションＤiと定義すると、ディストーションＤiを測定することによって複屈折増幅光ファイバ６の相対的な回転角度を検出できる。なお、複屈折増幅光ファイバ６をＺ軸の回りに３６０°回転させた場合に、内側クラッド６ｂは六角形であるから、ディストーションＤiは３０°周期で変化する。
【００８０】
一方、再び図１４を参照すると、明部Ｓb１に照度の低い強度低下部Ｂ１、Ｂ２が存在するが、この強度低下部Ｂ１、Ｂ２は、コア部６ａの存在に起因して発生するものであることが知られている。また、この強度低下部Ｂ１、Ｂ２の曲線形状は、平行光Ｌ５の進行方向に対するコア部６ａの長短軸の方向によって変化する。
【００８１】
コア部６ａは楕円形であるから、複屈折増幅光ファイバ６をＺ軸の回りに回転させたときに、強度低下部Ｂ１、Ｂ２の曲線形状は１８０°周期で変化する。したがって、強度低下部Ｂ１、Ｂ２の曲線形状を測定することによって、コア部６ａの長短軸の方向を検出することができるはずであるが、実際には曲線形状の変化はわずかであり、この変化だけで長短軸の方向を高精度に検出するのは困難である。しかしながら、ディストーションＤiの変化と強度低下部Ｂ１、Ｂ２の曲線形状の変化とを組み合わせて用いることによって、予め知られた内側クラッド６ｂの角とコア部６ａの長短軸方向との位置関係から、コア部６ａの長短軸方向をより容易かつ高精度に検出することができる。なお、強度低下部Ｂ１、Ｂ２の形状は、たとえば強度低下部Ｂ１、Ｂ２の形状を２次曲線で近似して、この近似曲線の２次の係数によって評価することができる。
【００８２】
なお、上記実施の形態において、複屈折増幅光ファイバはダブルクラッド型であった。しかし、複屈折増幅光ファイバはダブルクラッド型に限られず、１層の多角形クラッドを備えたものでもよい。
【００８３】
また、上記実施の形態において、複屈折増幅光ファイバの断面形状は六角形であるが、多角形であれば特に限定されない。また、複屈折増幅光ファイバの断面形状は正多角形でなくてもよい。
【００８４】
また、上記実施の形態では、複屈折増幅光ファイバ６のコア部６ａにＹｂイオンを添加しているが、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、複屈折光ファイバグレーティングの反射波長特性を調整すれば所望の発振波長を実現できる。
【００８５】
また、上記実施の形態において、複屈折光ファイバグレーティング等については、応力付与型の光ファイバに換えて楕円コア型のものを用いてもよい。この場合、内側クラッド部またはクラッド部の断面形状は多角形とする。
【００８６】
また、上記実施の形態２では、複屈折光ファイバグレーティング５のＦａｓｔ軸の反射スペクトルＳ１ｆと複屈折光ファイバグレーティング１０のＳｌｏｗ軸の反射スペクトルＳ２ｓとが重畳するようにしている。しかし、本発明はこれに限らず、複屈折光ファイバグレーティング５のＳｌｏｗ軸の反射スペクトルＳ１ｓと複屈折光ファイバグレーティング１０のＦａｓｔ軸の反射スペクトルＳ２ｆとが重畳するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施の形態１に係る光ファイバレーザの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す複屈折増幅光ファイバの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。
【図３】図１に示す複屈折光ファイバグレーティングの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。
【図４】図１に示す複屈折光ファイバグレーティングの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。
【図５】複屈折光ファイバグレーティングと複屈折増幅光ファイバとの接続関係を説明する説明図である。
【図６】実施の形態２に係る光ファイバレーザの構成を示すブロック図である。
【図７】複屈折増幅光ファイバと各複屈折光ファイバグレーティングとの接続関係を説明する説明図である。
【図８】各複屈折光ファイバグレーティングの反射スペクトルと、レーザ光の出力スペクトルとの関係を示す図である。
【図９】実施例に係る光ファイバレーザにおける、励起光の強度と、出力端子から出力する波長１０６４ｎｍのレーザ光の出力強度（レーザ光出力）と、励起光からレーザ光出力へのパワーの変換効率との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態３に係る光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１１】複屈折増幅光ファイバと複屈折光ファイバグレーティングとを融着接続する融着接続機の要部の模式図である。
【図１２】図１１に示す要部をＺ方向から見た模式図である。
【図１３】複屈折増幅光ファイバの側方から平行光を照射している状態を示す図である。
【図１４】左光ファイバ撮像用カメラにより撮像された画像を画像処理して求められた光強度分布を示す図である。
【図１５】コアレスファイバをＺ軸の回りに回転させたときの光強度分布の変化を示した図である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 励起光源
１1〜１n 半導体レーザ
２1〜２n、４ マルチモード光ファイバ
３、１４ ＴＦＢ
５、８、１０ 複屈折光ファイバグレーティング
５ａ、６ａ、８ａ コア部
５ｂ 内側クラッド部
５ｃ、６ｃ 外側クラッド部
５ｄ、８ｄ 応力付与部材
６ 複屈折増幅光ファイバ
６ｂ 多角形クラッド部
７ 偏光子
７ａ、７ｂ、９ａ、１１ａ、１２ａ、１２ｂ、１３、１６ａ、１６ｂ 複屈折シングルモード光ファイバ
８ｂ クラッド部
８ｅ 樹脂被覆
９ 出力端子
１１ 入力端子
１２、１６ 光アイソレータ
１５ 複屈折ダブルクラッド光ファイバ
５１、８１、１０１ グレーティング部
１００、２００ 光ファイバレーザ
３００ 光ファイバ増幅器
４００ 融着接続機
４０１ 左光ファイバホルダ
４０２ 右光ファイバホルダ
４０３ａ 左光ファイバ撮像用光源
４０３ｂ 左光ファイバ撮像用カメラ
４０４ａ 右光ファイバ撮像用光源
４０４ｂ 右光ファイバ撮像用カメラ
４０５ａ 放電電極
Ａ１ 基準方向
Ａ２ 長軸方向
Ｂ１、Ｂ２ 強度低下部
Ｃ１〜Ｃ１２ 接続点
Ｃb、Ｃd 中心位置
Ｃod 外縁の幅
Ｄi ディストーション
Ｌ１、Ｌ２ レーザ光
Ｌ３、Ｌ４ 光
Ｌ５ 平行光
Ｓ１ｆ、Ｓ１ｓ、Ｓ２ｆ、Ｓ２ｓ 反射スペクトル
Ｓ３ 出力スペクトル
Ｓb１ 明部
Ｓb２ 明部
Ｓd 暗部
θ 角度
λ１ｆ、λ１ｓ、λ２ｆ、λ２ｓ 波長
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一偏波のレーザ光を出力する光ファイバレーザおよび単一偏波の光をその偏波状態を維持したまま増幅する光ファイバ増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光増幅物質としてイットリビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素をコア部に添加した増幅光ファイバを増幅媒体にし、この増幅光ファイバの両端に光ファイバグレーティングを接続して形成されるファブリペロー型の光共振器を備えた光ファイバレーザにおいて、単一偏波のレーザ光を出力する構造としたものが提案されている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１、２に開示される光ファイバレーザは、増幅光ファイバおよびその両端の光ファイバグレーティングが複屈折性を有する偏波保持型の光ファイバからなるものである。これらの光ファイバグレーティングは、屈折率が互いに異なる直交軸（複屈折軸）が形成されているので、反射波長帯域も複屈折軸間で異なっている。そして、この光ファイバレーザにおいては、一方の光ファイバグレーティングが有する２つの反射波長帯域のいずれか１つと、他方の光ファイバグレーティングが有する２つの反射波長帯域のいずれか１つを重畳させ、他の反射波長帯域を重畳させないようにしている。その結果、複屈折軸のうち反射波長帯域が重畳している方の軸に平行な偏波方向を有する直線偏波の光のみがレーザ発振し、単一偏波のレーザ光を出力することができる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６１６７０６６号明細書
【特許文献２】特開２００７−２７３６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２に開示される光ファイバレーザを製造する際には、所望の単一偏波でのレーザ発振を実現するために、少なくとも複屈折光ファイバである増幅光ファイバと光ファイバグレーティングとを、互いの複屈折軸の方向を一致させて接続する必要がある。
【０００６】
ところで、複屈折光ファイバの構造には、応力付与型、楕円コア型等の種類がある。応力付与型とは、光ファイバのクラッド部内においてコア部を挟んで対向する位置に応力付与部材を配置した構造のものである。一方、楕円コア型とは、コア部の断面形状が楕円形を有する構造のものである。応力付与型の複屈折光ファイバは、製造時において、クラッド部内に応力付与部材を配置するために光ファイバ母材に穿孔加工等をする必要がある。一方、楕円コア型の複屈折光ファイバは、穿孔加工等の工程が不要であるため、より低コストで製造できるものである。
【０００７】
ここで、特許文献１、２に開示される光ファイバレーザにおいて、増幅光ファイバと光ファイバグレーティングとが、応力付与型のものであれば、応力付与部材の配置をもとに複屈折軸の方向が容易に判別できるので、複屈折軸の方向を一致させるように調整して接続することは容易に実現可能である。
【０００８】
ところが、増幅光ファイバと光ファイバグレーティングとの少なくとも一方が楕円コア型のものである場合には、その光ファイバには応力付与部材が存在しないので、応力付与部材の配置をもとにした複屈折軸の方向の判別は不可能である。特に、コア部の扁平率が小さい場合には、複屈折軸の方向の判別が困難であり、複屈折軸の方向を高精度に一致させるような調整も困難となる。したがって、楕円コア型の複屈折光ファイバを用いた場合、複屈折光ファイバの一端に既知の偏波状態の光を入力して、他端から出力される光の偏波状態を実際に測定し、この測定結果をもとに複屈折軸の方向を判別するという煩雑な作業が必要であった。それゆえ、良好な単一偏波でのレーザ発振を容易に実現することは困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストかつ簡易に単一偏波のレーザ光を出力できる光ファイバレーザ、および低コストかつ簡易に単一偏波の光をその偏波状態を維持したまま増幅できる光ファイバ増幅器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レーザは、長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有するとともに光増幅物質が添加されたコア部と、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有するとともに該コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する多角形クラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバと、前記複屈折増幅光ファイバの各端部にそれぞれ接続し、長手方向に沿って複屈折率差を有する直交軸が形成されたコア部を備え、該コア部の長手方向の一部に所定の反射帯域を有するグレーティング部を形成した２つの複屈折光ファイバグレーティングと、前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、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レーザは、上記発明において、前記複屈折増幅光ファイバは、前記多角形クラッド部の外周に形成され該多角形クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
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つの複屈折光ファイバグレーティングの間に介挿された偏光子をさらに備えたことを特徴とする。
【００１３】
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つの複屈折光ファイバグレーティングは、それぞれ前記直交軸に平行な各偏波方向の光に対して中心波長が互いに異なる２つの反射帯域を有しており、一方の前記複屈折光ファイバグレーティングの２つの反射帯域のいずれか１つと、他方の前記複屈折光ファイバグレーティングの２つの反射帯域のいずれか１つとが重畳しており、前記励起光源が前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給することによって、前記重畳した反射帯域内の発振波長を有する単一偏波のレーザ光を出力することを特徴とする。
【００１４】
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つの複屈折率光ファイバグレーティングの少なくとも一方は、前記コア部の外周に形成されたクラッド部と、該クラッド部内の該コア部を挟んで対向する位置に配置された応力付与部材とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
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つの複屈折光ファイバグレーティングの少なくとも一方は、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有する多角形クラッド部を備え、前記コア部が長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバ増幅器は、長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有するとともに光増幅物質が添加されたコア部と、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有するとともに該コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する多角形クラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバと、前記複屈折増幅光ファイバの各端部にそれぞれ接続し、長手方向に沿って複屈折率差を有する直交軸が形成されたコア部を備えた２つの複屈折光ファイバと、前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバ増幅器は、上記発明において、前記複屈折増幅光ファイバは、前記多角形クラッド部の外周に形成され該多角形クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、楕円形のコア部と多角形のクラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバを用いることによって、楕円形のコア部であっても複屈折軸の方向を一致させる調整が従来よりも容易になるため、低コストかつ簡易に単一偏波のレーザ光を出力できる光ファイバレーザ、および低コストかつ簡易に単一偏波の光をその偏波状態を維持したまま増幅できる光ファイバ増幅器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】
【００１９】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバレーザおよび光ファイバ増幅器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。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバレーザ１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この光ファイバレーザ１００は、単一偏波のレーザ光を出力するものであって、ｎを１以上の整数として、半導体レーザ１1〜１nを備えた励起光源１と、マルチモード光ファイバ２1〜２nと、ＴＦＢ（Tapered Fiber Bundle）３と、マルチモード光ファイバ４と、屈折率が周期的に変化する構造を有するグレーティング部５１が形成された複屈折光ファイバグレーティング５と、複屈折増幅光ファイバ６と、両端に複屈折シングルモード光ファイバ７ａ、７ｂが接続された偏光子７と、グレーティング部８１が形成された複屈折光ファイバグレーティング８と、複屈折シングルモード光ファイバ９ａを有する光コネクタ等の出力端子９とを備える。
【００２１】
マルチモード光ファイバ２1〜２nは、半導体レーザ１1〜１nが出力する励起光を導波するように接続されている。また、ＴＦＢ３は、マルチモード光ファイバ２1〜２nが導波した各励起光を結合し、マルチモード光ファイバ４から出力させるように構成されている。また、複屈折光ファイバグレーティング５は、マルチモード光ファイバ４と接続点Ｃ１において融着接続している。また、複屈折増幅光ファイバ６は、複屈折光ファイバグレーティング５と接続点Ｃ２において融着接続している。また、偏光子７に接続した複屈折シングルモード光ファイバ７ａは接続点Ｃ３において複屈折増幅光ファイバ６と融着接続し、複屈折シングルモード光ファイバ７ｂは接続点Ｃ４において複屈折光ファイバグレーティング８と融着接続している。また、出力端子９の複屈折シングルモード光ファイバ９ａは、複屈折光ファイバグレーティング８と接続点Ｃ５において融着接続している。すなわち、偏光子７は、複屈折光ファイバグレーティング５、８の間に介挿されている。
【００２２】
図２は、図１に示す複屈折増幅光ファイバ６の長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。複屈折増幅光ファイバ６は、ゲルマニウムおよび光増幅物質としてのＹｂイオンを添加したシリカガラスからなるコア部６ａと、コア部６ａの外周に形成され、コア部６ａよりも低屈折率のシリカガラスからなる多角形クラッド部６ｂと、多角形クラッド部６ｂの外周に形成され、多角形クラッド部６ｂよりも低屈折率の樹脂からなる外側クラッド部６ｃとを備えるダブルクラッド型の増幅光ファイバである。ここで、コア部６ａは、扁平率がたとえば０．３８程度の楕円形の断面形状を有しているので、長手方向に沿って長軸方向の屈折率が短軸方向の屈折率よりも高くなっており、長短軸を複屈折軸とする複屈折率性を有している。その結果、この複屈折増幅光ファイバ６は偏波保持型の光ファイバとなっている。一方、多角形クラッド部６ｂは、六角形の断面形状を有している。また、コア部６ａと多角形クラッド部６ｂとは、コア部６ａの長軸の延長線上に多角形クラッド部６ｂの一辺の中点が位置するような位置関係となっている。以下、コア部６ａにおいて、屈折率が低い短軸を複屈折軸のＦａｓｔ軸、屈折率が高い長軸を複屈折軸のＳｌｏｗ軸と定義する。
【００２３】
一方、図３は、図１に示す複屈折光ファイバグレーティング３の長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。図３に示すように、複屈折光ファイバグレーティング５は、ゲルマニウムを添加したシリカガラスからなるコア部５ａと、コア部５ａの外周に形成され、コア部５ａよりも低屈折率のシリカガラスからなる内側クラッド部５ｂと、内側クラッド部５ｂの外周に形成され、内側クラッド部５ｂよりも低屈折率の樹脂からなる外側クラッド部５ｃとを備えるダブルクラッド型の光ファイバグレーティングである。さらに、複屈折光ファイバグレーティング５は、内側クラッド部５ｂ内のコア部５ａを挟んで対向する位置に配置された、ボロンを添加したシリカガラスからなる２つの応力付与部材５ｄを備える。これらの応力付与部材５ｄはコア部５ａに軸対称でない応力を与える。その結果、複屈折光ファイバグレーティング５は、長手方向に沿って、コア部５ａおよび２つの応力付与部材５ｄの各中心軸を結ぶ方向が複屈折軸のＳｌｏｗ軸となり、それと直交する方向がＦａｓｔ軸となるような複屈折率性を有する偏波保持型の光ファイバグレーティングとなっている。また、複屈折光ファイバグレーティング５の長手方向の一部には、グレーティング部５１が形成されている。このグレーティング部５１は、複屈折増幅光ファイバ６のコア部６ａに添加された光増幅物質であるＹｂイオンの発光帯域内の所定の波長、たとえば１０６４ｎｍ近傍の波長を中心とした反射帯域を有するようにピッチ等が設定されている。なお、グレーティング部５１の最大反射率は約１００％である。また、グレーティング部５１のピッチは、Ｓｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸との両方に対して同じであるが、Ｓｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸とでは屈折率が互いに異なるため、反射帯域の中心波長も互いに異なっている。
【００２４】
また、図４は、図１に示す複屈折光ファイバグレーティング８の模式的な断面図である。この複屈折光ファイバグレーティング８は、複屈折光ファイバグレーティング５と同様の反射帯域を有するグレーティング部８１が形成された偏波保持型の光ファイバグレーティングであるが、ダブルクラッド型ではない。すなわち、図４に示すように、コア部８ａと、１層のクラッド部８ｂと、２つの応力付与部材８ｄとを備え、外側クラッド部の代わりに光ファイバのガラス部分の保護のための樹脂被覆８ｅを備えている。なお、グレーティング部８１の最大反射率は約１０〜３０％である。
【００２５】
また、複屈折シングルモード光ファイバ７ａ、７ｂ、９ａも、複屈折光ファイバグレーティング８と同様の断面構造を有する偏波保持型の光ファイバとなっている。また、マルチモード光ファイバ２1〜２n、４はコア部とクラッド部とを備えた通常の構造を有し、コア部のコア径がたとえば１０５μｍのマルチモード光ファイバであり、励起光の波長の光をマルチモードで伝搬するように構成されている。なお、マルチモード光ファイバ４として、ダブルクラッド型の光ファイバを用いてもよい。
【００２６】
つぎに、この光ファイバレーザ１００における、複屈折光ファイバグレーティング５と複屈折増幅光ファイバ６との接続関係について説明する。図５は、複屈折光ファイバグレーティング５と複屈折増幅光ファイバ６との接続関係を説明する説明図である。なお、図５においては、簡略化のため外側クラッド部５ｃ、６ｃの記載を省略している。
【００２７】
図５に示すように、複屈折光ファイバグレーティング５と複屈折増幅光ファイバ６とは、接続点Ｃ２において、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。
【００２８】
ここで、複屈折増幅光ファイバ６は楕円コア型の複屈折光ファイバであり、応力付与部材が存在しないので、コア部６ａの複屈折軸の方向の判別が困難である。
【００２９】
しかしながら、この複屈折増幅光ファイバ６は、多角形クラッド部６ｂが六角形の断面形状を有しているので、多角形クラッド部６ｂの角の位置と、予め知られたコア部６ａの長短軸と多角形クラッド部６ｂの角との位置関係とから、コア部６ａの長短軸すなわち複屈折軸の方向が容易に判別される。その結果、複屈折光ファイバグレーティング５と複屈折増幅光ファイバ６とは、高精度に、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。
【００３０】
同様に、この光ファイバレーザ１００において、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折シングルモード光ファイバ７ａとは、接続点Ｃ３において、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。上述したように、複屈折増幅光ファイバ６は、コア部６ａの複屈折軸の方向が容易に判別される。したがって、複屈折増幅光ファイバ６とシングルモード光ファイバ７ａとは、上記と同様に、高精度に、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。
【００３１】
他方、複屈折シングルモード光ファイバ７ｂ、複屈折光ファイバグレーティング８、複屈折シングルモード光ファイバ９ａは、いずれも図３に示すような応力付与型の光ファイバであるから、従来と同様に各接続点Ｃ４、Ｃ５において、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が高精度で平行になるように接続している。
【００３２】
その結果、この光ファイバレーザ１００は、複屈折光ファイバグレーティング５から複屈折シングルモード光ファイバ９ａまでの各光ファイバについて、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が高精度で平行になっている。
【００３３】
つぎに、この光ファイバレーザ１００の動作について説明する。励起光源１が備える半導体レーザ１1〜１nが９１５ｎｍ近傍の波長の励起光を出力すると、マルチモード光ファイバ２1〜２nが各励起光を導波し、ＴＦＢ３が導波した各励起光を結合してマルチモード光ファイバ４に出力する。マルチモード光ファイバ４は結合した励起光をマルチモードで伝搬する。その後、複屈折光ファイバグレーティング５がマルチモード光ファイバ４を伝搬した励起光を透過して、複屈折増幅光ファイバ６に到達させる。
【００３４】
複屈折増幅光ファイバ６に到達した励起光は、複屈折増幅光ファイバ６の多角形クラッド部６ｂ内をマルチモードで伝搬しながら、複屈折増幅光ファイバ６のコア部６ａに添加したＹｂイオンを光励起し、所定の波長帯域を有する無偏光状態の蛍光を発生させる。なお、この多角形クラッド部６ｂは断面形状が多角形であるため、励起光は、コア部６ａをより頻繁に通過するように多角形クラッド部６ｂと外側クラッド部６ｃとの界面で反射されるため、Ｙｂイオンが一層効率よく励起される。
【００３５】
ここで、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折光ファイバグレーティング８との間に介挿された偏光子７は、複屈折増幅光ファイバ６等のＳｌｏｗ軸に平行な偏波方向の光のみを透過するようにその角度が調整されている。その結果、複屈折増幅光ファイバ６において発生した蛍光のうち、複屈折光ファイバグレーティング５、８の反射帯域内の波長であり、かつＳｌｏｗ軸方向に平行な直線偏波を有する蛍光のみが、複屈折光ファイバグレーティング５、８のグレーティング部５１、８１を反射鏡とする光共振器内の各コア部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てレーザ発振する。発振したレーザ光は反射率が低い複屈折光ファイバグレーティング８側から出力する。その結果、この光ファイバレーザ１００は、出力端子９からレーザ光Ｌ１を出力する。上述したように、この光ファイバレーザ１００においては、複屈折光ファイバグレーティング５から複屈折シングルモード光ファイバ９ａまでの各複屈折光ファイバが、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が高精度で平行になるように接続している。したがって、出力するレーザ光Ｌ１は、複屈折増幅光ファイバ６のＳｌｏｗ軸に平行な偏波方向を有する良好な単一偏波のレーザ光となる。
【００３６】
なお、複屈折増幅光ファイバ６は、楕円コア型であるので、製造時において、クラッド部内に応力付与部材を配置するための穿孔加工等が不要である。したがって、製造工程が簡略化されるため、より低コストで製造できるものである。さらに、一般に増幅光ファイバは、コア部にＹｂイオン等の光増幅物質を多量に添加しており、通常の光ファイバのコア部よりも不純物が多く含有されている。不純物が多くなるにつれて、穿孔加工を行なう場合にその加工の際に発生する応力によってコア部に割れが生じやすくなる。しかしながら、本実施の形態１に係る複屈折増幅光ファイバ６は、そのような割れが発生するおそれが全く無いので、製造歩留まりが高く、さらに低コストで製造できるとともに、Ｙｂイオン等の光増幅物質の添加量を一層多くすることができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態１に係る光ファイバレーザ１００は、低コストかつ簡易に良好な単一偏波のレーザ光を出力できる光ファイバレーザとなる。
【００３８】
なお、本実施の形態１に係る光ファイバレーザ１００において、偏光子７が、複屈折増幅光ファイバ６等のＦａｓｔ軸に平行な偏波方向の光のみを透過するようにその角度が調整されたものであれば、出力するレーザ光Ｌ１は、複屈折増幅光ファイバ６のＦａｓｔ軸に平行な偏波方向を有する良好な単一偏波のレーザ光となる。
【００３９】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る光ファイバレーザについて説明する。図６は、本実施の形態２に係る光ファイバレーザ２００の構成を示すブロック図である。なお、図６において、図１に示すものと同一構成部分には同一符号を付して示している。図６に示すように、この光ファイバレーザ２００は、単一偏波のレーザ光を出力するものであって、図１に示す光ファイバレーザ１００において、偏光子７および複屈折シングルモード光ファイバ７ａ、７ｂを削除し、複屈折光ファイバグレーティング８に換えてグレーティング部１０１が形成された複屈折光ファイバグレーティング１０を備えた構成を有している。
【００４０】
この複屈折光ファイバグレーティング１０は、複屈折光ファイバグレーティング８と同様に、コア部と、１層のクラッド部と、２つの応力付与部材と、樹脂被覆とを備えている。また、複屈折光ファイバグレーティング１０は、複屈折増幅光ファイバ６とは接続点Ｃ６において融着接続しており、複屈折シングルモード光ファイバ９ａとは接続点Ｃ７において融着接続している。なお、複屈折光ファイバグレーティング１０のグレーティング部１０１の反射帯域については後述する。
【００４１】
つぎに、この光ファイバレーザ２００における、複屈折増幅光ファイバ６と各複屈折光ファイバグレーティング５、１０との接続関係について説明する。図７は、複屈折増幅光ファイバ６と各複屈折光ファイバグレーティング５、１０との接続関係を説明する説明図である。なお、図７においては、簡略化のため外側クラッド部５ｃ、６ｃ、および複屈折光ファイバグレーティング１０の樹脂被覆の記載を省略している。また、図７においては、方向の説明のためＸＹ直交軸を定義している。
【００４２】
図７に示すように、この光ファイバレーザ２００においても、図５に示す光ファイバレーザ１００の場合と同様に、複屈折光ファイバグレーティング５と複屈折増幅光ファイバ６とは、接続点Ｃ２において、互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。
【００４３】
一方、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折光ファイバグレーティング１０とは、接続点Ｃ６において、一方のＳｌｏｗ軸と他方のＦａｓｔ軸とが平行になり、一方のＦａｓｔ軸と他方のＳｌｏｗ軸とが平行になるように接続している。
【００４４】
この光ファイバレーザ２００は、上記のような接続関係を有するので、励起光源１が複屈折増幅光ファイバ６に励起光を供給した場合に、以下のように動作する。すなわち、複屈折増幅光ファイバ６において発生した蛍光のうち、後述する所定の波長であり、かつＸ軸方向に平行な直線偏波を有する蛍光のみが、複屈折光ファイバグレーティング５、１０のグレーティング部５１、１０１１を反射鏡とする光共振器内の各コア部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てレーザ発振する。その結果、光ファイバレーザ１００のように偏光子を用いなくても、出力端子９から出力するレーザ光Ｌ２は、その偏波成分がＸ軸方向の直線偏波のみである単一偏波のレーザ光となっている。以下、レーザ光Ｌ２が単一偏波となる理由について具体的に説明する。
【００４５】
図８は、各複屈折光ファイバグレーティング５、１０の反射スペクトルと、レーザ光の出力スペクトルとの関係を示す図である。図８の上段に示すものが複屈折光ファイバグレーティング５の反射スペクトルである。複屈折光ファイバグレーティング５は、Ｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波の光に対しては、波長λ１ｓを中心波長とする最大で約１００％の反射率の反射スペクトルＳ１ｓを有し、Ｆａｓｔ軸に平行な直線偏波の光に対しては、波長λ１ｆを中心とする最大で約１００％の反射率の反射スペクトルＳ１ｆを有する。
【００４６】
一方、図８の中段に示すものが複屈折光ファイバグレーティング１０の反射スペクトルである。複屈折光ファイバグレーティング１０は、Ｓｌｏｗ軸に平行な直線偏波の光に対しては、波長λ２ｓを中心とする最大で約１０〜３０％の反射率の反射スペクトルＳ２ｓを有し、Ｆａｓｔ軸に平行な直線偏波の光に対しては、波長λ２ｆを中心とする最大で約１０〜３０％の反射率の反射スペクトルＳ２ｆを有する。
【００４７】
ここで、図８に示すように、複屈折光ファイバグレーティング５、１０の反射帯域は、複屈折光ファイバグレーティング５のＦａｓｔ軸の反射スペクトルＳ１ｆと複屈折光ファイバグレーティング１０のＳｌｏｗ軸の反射スペクトルＳ２ｓとが重畳するように設定されており、かつ、複屈折光ファイバグレーティング５のＳｌｏｗ軸の反射スペクトルＳ１ｓと複屈折光ファイバグレーティング１０のＦａｓｔ軸の反射スペクトルＳ２ｆとは重畳しないように設定されている。なお、この反射帯域の設定は、グレーティング部５１、１０１のピッチやコア部の屈折率の調整等によって適宜設定できる。
【００４８】
その結果、再び図７を参照すると、複屈折増幅光ファイバ６において発生した蛍光のうち、Ｘ軸方向に平行な直線偏波を有するものについては、複屈折増幅光ファイバ６内をその偏光方向を維持したまま伝搬する。そして、複屈折光ファイバグレーティング５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、グレーティング部５１によって、反射スペクトルＳ１ｆ内の波長の光だけが反射される。
【００４９】
この反射した光は、複屈折増幅光ファイバ６内をその偏光方向を維持したまま伝搬し、複屈折光ファイバグレーティング１０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、グレーティング部１０１によって、反射スペクトルＳ２ｓ内の波長の光だけが反射される。すなわち、Ｘ軸方向に平行な直線偏波を有する光に対しては、グレーティング部５１、１０１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、図８の下段に示すような、波長λ１ｆ（＝λ２ｓ）を中心波長とする出力スペクトルＳ３を有し、Ｘ軸方向に平行な直線偏波を有する光がレーザ発振する。
【００５０】
一方、複屈折増幅光ファイバ６において発生した蛍光のうち、Ｙ軸方向に平行な直線偏波を有するものについては、複屈折光ファイバグレーティング５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、グレーティング部５１によって、反射スペクトルＳ１ｓ内の波長の光だけが反射される。この反射した光は、複屈折増幅光ファイバ６を経由して複屈折光ファイバグレーティング１０に入射すると、Ｆａｓｔ軸方向の偏光方向を維持したまま伝搬するが、図８に示す反射スペクトルからも明らかなようにグレーティング部１０１を透過してしまうため、この光はレーザ発振しない。したがって、光ファイバレーザ２００は、Ｘ軸方向に平行な直線偏波を有する単一偏波のレーザ光のみを出力する。
【００５１】
また、複屈折増幅光ファイバ６は、多角形クラッド部６ｂが六角形の断面形状を有しているので、実施の形態１の場合と同様に、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折光ファイバグレーティング１０とは、高精度に、一方のＳｌｏｗ軸と他方のＦａｓｔ軸とが平行になり、一方のＦａｓｔ軸と他方のＳｌｏｗ軸とが平行になるように接続している。その結果、この光ファイバレーザ２００が出力するレーザ光Ｌ２は、良好な単一偏波のレーザ光となる。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態２に係る光ファイバレーザ２００は、簡易に良好な単一偏波のレーザ光を出力できるとともに、偏光子を用いなくてもよいので、光学部品点数が削減され、さらに低コストの光ファイバレーザとなる。
【００５３】
つぎに、本発明の実施例として、図６に示す実施の形態２と同様の構造を有する光ファイバレーザを作製した。なお、用いた複屈折増幅光ファイバのコア部のサイズは、長径が約６．３μｍ、短径が約３．５μｍであった。また、複屈折増幅光ファイバの長さは約６０ｍであった。また、複屈折光ファイバグレーティングの反射特性は、図８中の符号を用いて説明すると、波長λ１ｓ、λ１ｆの波長間隔、および波長λ２ｓ、λ２ｆの波長間隔はいずれも約０．３ｎｍであり、波長λ１ｆ、λ２ｓの値はいずれも約１０６４ｎｍであり、反射スペクトルＳ１ｓ、Ｓ１ｆ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｆの半値全幅はいずれも約０．０５ｎｍであった。また、用いた半導体レーザの発振波長は９１５ｎｍ近傍であり、その数は３個である。
【００５４】
図９は、本実施例に係る光ファイバレーザにおける、励起光強度と、出力端子から出力する波長１０６４ｎｍのレーザ光の出力強度（レーザ光出力）と、励起光からレーザ光出力へのパワーの変換効率との関係を示す図である。なお、図９中の励起光強度は、図６の接続点Ｃ２における励起光の強度を示している。図９に示すように、励起光強度とレーザ光出力はほぼ比例しており、励起光強度が１４．５Ｗの場合、レーザ光出力は８．１８Ｗであり、変換効率は５６．４％であった。また、出力したレーザ光の偏波消光比としては、１５．４ｄＢが実現され、良好な単一偏波特性を有することが確認された。
【００５５】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３に係る光ファイバ増幅器は、入力端子から入力した単一偏波の光をその偏波状態を維持したまま増幅できる光ファイバ増幅器である。
【００５６】
図１０は、本実施の形態３に係る光ファイバ増幅器３００の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、この光ファイバ増幅器３００は、複屈折シングルモード光ファイバ１１ａを有する光コネクタ等の入力端子１１と、両端に複屈折シングルモード光ファイバ１２ａ、１２ｂが接続された光アイソレータ１２と、複屈折シングルモード光ファイバ１３と、ＴＦＢ１４と、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５と、複屈折増幅光ファイバ６と、複屈折シングルモード光ファイバ９ａを有する出力端子９と、半導体レーザ１1〜１nを備えた励起光源１と、マルチモード光ファイバ２1〜２nとを備えている。なお、図１０において、図１に示すものと同一構成部分には同一符号を付して示している。
【００５７】
そして、複屈折シングルモード光ファイバ１２ａは、接続点Ｃ８において入力端子１１の複屈折シングルモード光ファイバ１１ａと融着接続し、複屈折シングルモード光ファイバ１２ｂは、接続点Ｃ９において複屈折シングルモード光ファイバ１３と融着接続している。一方、マルチモード光ファイバ２1〜２nは、半導体レーザ１1〜１nが出力する励起光を導波するように接続されている。また、ＴＦＢ１４は、マルチモード光ファイバ２1〜２nが導波した励起光と、複屈折シングルモード光ファイバ１３がシングルモードで導波した光と結合し、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５から出力させるように構成されている。また、複屈折増幅光ファイバ６は、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５と接続点Ｃ１０において融着接続している。また、シングルモード光ファイバ１６ａは、接続点Ｃ１１において複屈折増幅光ファイバ６と融着接続し、シングルモード光ファイバ１６ｂは、接続点Ｃ１２においてシングルモード光ファイバ９ａと融着接続している。
【００５８】
複屈折シングルモード光ファイバ１１ａ、１２ａ、１２ｂ、１３、１６ａ、１６ｂは、図４に示す複屈折光ファイバグレーティング８と同様の断面構造を有する偏波保持型の光ファイバとなっている。また、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５は、図３に示す複屈折光ファイバグレーティング３と同様の断面構造を有するダブルクラッド型かつ偏波保持型の光ファイバとなっている。
【００５９】
また、複屈折シングルモード光ファイバ１１ａから複屈折シングルモード光ファイバ９ａまでの光ファイバは、すべて互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。なお、実施の形態１、２と同様に、複屈折増幅光ファイバ６は、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５および複屈折シングルモード光ファイバ１６ａと、高精度で互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続している。
【００６０】
また、光アイソレータ１２、１６は、いわゆる偏波依存型および偏波無依存型のいずれのものも用いることができる。光アイソレータ１２、１６として偏波依存型の光アイソレータを用いる場合は、複屈折シングルモード光ファイバ１２ａ、１２ｂ、または複屈折シングルモード光ファイバ１６ａ、１６ｂのＳｌｏｗ軸に平行な直線偏波の光のみを図中の矢印の方向へ透過するような角度で接続する。
【００６１】
つぎに、この光ファイバ増幅器３００の動作について説明する。励起光源１が備える半導体レーザ１1〜１nが９１５ｎｍ近傍の波長の励起光を出力すると、マルチモード光ファイバ２1〜２nが各励起光を導波し、ＴＦＢ１４が導波した各励起光を結合して複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５に出力する。複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５は結合した励起光をその内側クラッド部においてマルチモードで伝搬し、複屈折増幅光ファイバ６に到達させる。その結果、複屈折増幅光ファイバ６においては、励起光によってＹｂイオンが光励起された状態となる。
【００６２】
一方、入力端子１１は、Ｙｂイオンの発光帯域内の所定の波長を有する、増幅すべき光Ｌ３の入力を受け付ける。ここで、光Ｌ３は複屈折シングルモード光ファイバ１１ａのＳｌｏｗ軸に平行な直線偏波を有する単一偏波の状態で入力するものとする。複屈折シングルモード光ファイバ１１ａ、光アイソレータ１２、複屈折シングルモード光ファイバ１３、ＴＦＢ１４、複屈折ダブルクラッド光ファイバ１５は、入力した光Ｌ３を、その偏波状態を維持したまま順次伝搬させ、複屈折増幅光ファイバ６に到達させる。なお、光アイソレータ１２として偏波依存型のものを用いた場合は、これによって入力した光Ｌ３の消光比を高めることができる。
【００６３】
つぎに、複屈折増幅光ファイバ６は、光励起されたＹｂイオンの誘導放出作用によって光Ｌ３を光増幅させ、かつその偏波状態を維持したまま伝搬させる。さらに、光アイソレータ１６、複屈折シングルモード光ファイバ９ａは、増幅された光Ｌ３を、その偏波状態を維持したまま順次伝搬させ、出力端子９は、増幅された光Ｌ３を光Ｌ４として出力する。なお、光アイソレータ１６として偏波依存型のものを用いた場合は、これによって出力する光Ｌ４の消光比を高めることができる。
【００６４】
すなわち、この光ファイバ増幅器３００は、入力端子１１から入力した単一偏波の光Ｌ３を、その偏波状態を維持したまま増幅できるものとなる。上述したように、複屈折増幅光ファイバ６を含め、各光ファイバは高精度で互いのＳｌｏｗ軸とＦａｓｔ軸同士が平行になるように接続しているため、出力される増幅された光Ｌ４は良好な単一偏波の光となる。また、この光ファイバ増幅器３００は、楕円コア型の複屈折増幅光ファイバ６を用いているので、低コストで製造できるものとなる。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態３に係る光ファイバ増幅器３００は、低コストかつ簡易に単一偏波の光をその偏波状態を良好に維持したまま増幅できる光ファイバ増幅器となる。
【００６６】
なお、本実施の形態３に係る光ファイバ増幅器３００において、光アイソレータ１２、１６を、偏波無依存型、あるいは、複屈折シングルモード光ファイバ１２ａ、１２ｂ、または複屈折シングルモード光ファイバ１６ａ、１６ｂのＦａｓｔ軸に平行な直線偏波の光のみを図中の矢印の方向へ透過するような偏波依存型の光アイソレータとし、光Ｌ３を、複屈折シングルモード光ファイバ１１ａのＦａｓｔ軸に平行な直線偏波を有する単一偏波の状態で、入力端子１１に入力してもよい。この場合も、この光ファイバ増幅器３００は、入力端子１１から入力した単一偏波の光Ｌ３を、その偏波状態を維持したまま増幅できる。
【００６７】
ところで、上記実施の形態に係る複屈折増幅光ファイバ６と他の複屈折光ファイバとを融着接続する際には、複屈折増幅光ファイバ６と他の複屈折光ファイバとを長手方向の周りに回転させて複屈折軸の方向を調整するが、その調整方法は以下のようにして行うことができる。以下、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折光ファイバグレーティング１０とを融着接続する場合を例として、複屈折軸の方向の調整方法を説明する。
【００６８】
図１１は、複屈折増幅光ファイバ６と複屈折光ファイバグレーティング１０とを融着接続する融着接続機４００の要部の模式図である。この融着接続機４００は、応力付与型の複屈折光ファイバを融着接続するための市販の融着接続機と同様の構成を有しており、図１１に示すように、左光ファイバホルダ４０１、右光ファイバホルダ４０２、左光ファイバ撮像用光源４０３ａ、左光ファイバ撮像用カメラ４０３ｂ、右光ファイバ撮像用光源４０４ａ、右光ファイバ撮像用カメラ４０４ｂを備えている。
【００６９】
また、図１２は、図１１に示す要部をＺ軸方向から見た模式図である。図１２に示すように、この融着接続機４００は、対向配置される２本の放電電極４０５ａをさらに備えている。なお、図１１、１２においては、各光ファイバのコア部の中心軸に沿ったＺ軸と、Ｚ軸に直交するＸＹ軸を定義している。
【００７０】
左光ファイバホルダ４０１は、端面近傍の外側クラッド部６ｃを除去した複屈折増幅光ファイバ６を保持し、ＸＹＺ軸方向に平行移動するとともに、Ｚ軸の回りに回転できるように構成されている。一方、右光ファイバホルダ４０２は、端面近傍の樹脂被覆を除去した複屈折光ファイバグレーティング１０を保持し、ＸＹＺ軸方向に平行移動するとともに、Ｚ軸の回りに回転できるように構成されている。
【００７１】
左光ファイバ撮像用光源４０３ａ、左光ファイバ撮像用カメラ４０３ｂは、Ｘ軸に沿って配置されている。左光ファイバ撮像用光源４０３ａは、複屈折増幅光ファイバ６に側方から平行光を照射する白色光源である。左光ファイバ撮像用カメラ４０３ｂは、平行光を照射された複屈折増幅光ファイバ６を撮像するＣＣＤカメラやＣ−ＭＯＳカメラ等の撮像手段である。一方、右光ファイバ撮像用光源４０４ａ、右光ファイバ撮像用カメラ４０４ｂは、Ｙ軸に沿って配置されている。右光ファイバ撮像用光源４０４ａは、複屈折光ファイバグレーティング１０に側方から平行光を照射し、右光ファイバ撮像用カメラ４０４ｂは、平行光を照射された複屈折光ファイバグレーティング１０を撮像する。また、放電電極４０５ａは、Ｚ軸に直交させて対向配置されており、電極間のアーク放電を利用して光ファイバの端面同士を融着接続するために用いる。
【００７２】
融着接続機４００は、図１１、１２に示した各構成要素を制御する制御部を備えている。この制御部は、左光ファイバ撮像用カメラ４０３ｂ、右光ファイバ撮像用カメラ４０４ｂが撮像した各光ファイバの画像を画像処理し、この画像処理したデータに基づいて各光ファイバのＸＹＺ軸方向の位置および複屈折軸の方向を検出し、左光ファイバホルダ４０１、右光ファイバホルダ４０２を制御して各光ファイバの位置の移動と回転を行って各光ファイバの位置関係と複屈折軸方向の関係とを調整して最適化する。制御部はその後、放電電極４０５ａ、４０５ｂ間にアーク放電を発生させて光ファイバ同士の融着接続を行なう。
【００７３】
ここで、複屈折光ファイバグレーティング１０は応力付与型であるから、制御部は公知の応力付与型複屈折光ファイバ用の融着接続機と同様に、応力付与部材の位置をもとにその複屈折軸方向を検出する。一方、複屈折増幅光ファイバ６は楕円コア型であり応力付与部材を有さないので、制御部はたとえば以下のようにして、コア部６ａの複屈折軸方向すなわち長短軸方向の検出を行う。
【００７４】
なお、図１３は、複屈折増幅光ファイバ６の側方から平行光Ｌ５を照射している状態を示す図である。以下の説明では、図１３に示すように、平行光Ｌ５の進行方向と垂直方向を基準方向Ａ１として、基準方向Ａ１からの複屈折増幅光ファイバ６の回転角度を角度θとする。なお、符号Ａ２はコア部６ａの長軸方向を示している。また、複屈折増幅光ファイバ６の外側クラッド部６ｃは端面近傍において除去されている。
【００７５】
図１４は、左光ファイバ撮像用カメラ４０３ｂにより撮像された画像を画像処理して求められた光強度分布を示す図である。なお、図１４において、横軸は複屈折増幅光ファイバ６のコア部６ａの中心軸をゼロとした半径方向の位置を示し、縦軸は照度を示す。
【００７６】
図１４に示す光強度分布は、中央に位置する照度が大きい明部Ｓb１と、明部Ｓb１の外側に位置する照度が小さい暗部Ｓdと、暗部Ｓdの外側に位置する照度が大きい明部Ｓb２とを有する。明部Ｓb２は、複屈折増幅光ファイバ６の内側クラッド部６ｂを透過せずにその両側を通過する平行光Ｌ５によって生ずる部分である。一方、明部Ｓb１は、内側クラッド部６ｂがこれを透過した光をレンズのように集光することによって生ずる部分である。他方、暗部Ｓdは、平行光Ｌ５が内側クラッド部６ｂにより遮られて生ずる部分である。従って、図１４中の符号Ｃodは内側クラッド部６ｂの外縁の幅に対応する。
【００７７】
ここで、複屈折増幅光ファイバ６をＺ軸の回りに回転させると、内側クラッド部６ｂが円形ではなく六角形であるので、内側クラッド６ｂの外縁の幅Ｃodは回転角度に応じて変化する。また、回転により内側クラッド６ｂのレンズとしての集光の仕方も変化するので、明部Ｓb１の中心位置やその幅も回転角度に応じて変化する。
【００７８】
図１５は、一例として、複屈折増幅光ファイバ６の内側クラッド６ｂと同様に六角形の断面形状を有するが、複屈折増幅光ファイバ６とは異なりコア部を有さないコアレスファイバを、Ｚ軸の回りに回転させたときの光強度分布の変化を示した図である。なお、角度θは図１３において定義した角度θであり、図１５では０°から５０°まで変化させている。図１５に示すように、コアレスファイバの光強度分布において、外縁の幅、および中央の明部の中心位置と幅とが回転角度に応じて変化しており、たとえばθが０°から２０°になると外縁の幅および中央の明部の幅が狭くなり、明部の中心位置が正の方向に移動している。コアレスファイバと同様に六角形の断面形状を有する内側クラッド６ｂにおいてもこのように光強度分布は変化する。
【００７９】
したがって、図１４に示すように、明部Ｓb１の中心位置Ｃbと外縁の幅Ｃodの中心位置Ｃdとの差（Ｃb−Ｃd）をディストーションＤiと定義すると、ディストーションＤiを測定することによって複屈折増幅光ファイバ６の相対的な回転角度を検出できる。なお、複屈折増幅光ファイバ６をＺ軸の回りに３６０°回転させた場合に、内側クラッド６ｂは六角形であるから、ディストーションＤiは３０°周期で変化する。
【００８０】
一方、再び図１４を参照すると、明部Ｓb１に照度の低い強度低下部Ｂ１、Ｂ２が存在するが、この強度低下部Ｂ１、Ｂ２は、コア部６ａの存在に起因して発生するものであることが知られている。また、この強度低下部Ｂ１、Ｂ２の曲線形状は、平行光Ｌ５の進行方向に対するコア部６ａの長短軸の方向によって変化する。
【００８１】
コア部６ａは楕円形であるから、複屈折増幅光ファイバ６をＺ軸の回りに回転させたときに、強度低下部Ｂ１、Ｂ２の曲線形状は１８０°周期で変化する。したがって、強度低下部Ｂ１、Ｂ２の曲線形状を測定することによって、コア部６ａの長短軸の方向を検出することができるはずであるが、実際には曲線形状の変化はわずかであり、この変化だけで長短軸の方向を高精度に検出するのは困難である。しかしながら、ディストーションＤiの変化と強度低下部Ｂ１、Ｂ２の曲線形状の変化とを組み合わせて用いることによって、予め知られた内側クラッド６ｂの角とコア部６ａの長短軸方向との位置関係から、コア部６ａの長短軸方向をより容易かつ高精度に検出することができる。なお、強度低下部Ｂ１、Ｂ２の形状は、たとえば強度低下部Ｂ１、Ｂ２の形状を２次曲線で近似して、この近似曲線の２次の係数によって評価することができる。
【００８２】
なお、上記実施の形態において、複屈折増幅光ファイバはダブルクラッド型であった。しかし、複屈折増幅光ファイバはダブルクラッド型に限られず、１層の多角形クラッドを備えたものでもよい。
【００８３】
また、上記実施の形態において、複屈折増幅光ファイバの断面形状は六角形であるが、多角形であれば特に限定されない。また、複屈折増幅光ファイバの断面形状は正多角形でなくてもよい。
【００８４】
また、上記実施の形態では、複屈折増幅光ファイバ６のコア部６ａにＹｂイオンを添加しているが、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、複屈折光ファイバグレーティングの反射波長特性を調整すれば所望の発振波長を実現できる。
【００８５】
また、上記実施の形態において、複屈折光ファイバグレーティング等については、応力付与型の光ファイバに換えて楕円コア型のものを用いてもよい。この場合、内側クラッド部またはクラッド部の断面形状は多角形とする。
【００８６】
また、上記実施の形態２では、複屈折光ファイバグレーティング５のＦａｓｔ軸の反射スペクトルＳ１ｆと複屈折光ファイバグレーティング１０のＳｌｏｗ軸の反射スペクトルＳ２ｓとが重畳するようにしている。しかし、本発明はこれに限らず、複屈折光ファイバグレーティング５のＳｌｏｗ軸の反射スペクトルＳ１ｓと複屈折光ファイバグレーティング１０のＦａｓｔ軸の反射スペクトルＳ２ｆとが重畳するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施の形態１に係る光ファイバレーザの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す複屈折増幅光ファイバの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。
【図３】図１に示す複屈折光ファイバグレーティングの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。
【図４】図１に示す複屈折光ファイバグレーティングの長手方向に垂直な断面における模式的な断面図である。
【図５】複屈折光ファイバグレーティングと複屈折増幅光ファイバとの接続関係を説明する説明図である。
【図６】実施の形態２に係る光ファイバレーザの構成を示すブロック図である。
【図７】複屈折増幅光ファイバと各複屈折光ファイバグレーティングとの接続関係を説明する説明図である。
【図８】各複屈折光ファイバグレーティングの反射スペクトルと、レーザ光の出力スペクトルとの関係を示す図である。
【図９】実施例に係る光ファイバレーザにおける、励起光の強度と、出力端子から出力する波長１０６４ｎｍのレーザ光の出力強度（レーザ光出力）と、励起光からレーザ光出力へのパワーの変換効率との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態３に係る光ファイバ増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１１】複屈折増幅光ファイバと複屈折光ファイバグレーティングとを融着接続する融着接続機の要部の模式図である。
【図１２】図１１に示す要部をＺ方向から見た模式図である。
【図１３】複屈折増幅光ファイバの側方から平行光を照射している状態を示す図である。
【図１４】左光ファイバ撮像用カメラにより撮像された画像を画像処理して求められた光強度分布を示す図である。
【図１５】コアレスファイバをＺ軸の回りに回転させたときの光強度分布の変化を示した図である。
【符号の説明】
【００８８】
１ 励起光源
１1〜１n 半導体レーザ
２1〜２n、４ マルチモード光ファイバ
３、１４ ＴＦＢ
５、８、１０ 複屈折光ファイバグレーティング
５ａ、６ａ、８ａ コア部
５ｂ 内側クラッド部
５ｃ、６ｃ 外側クラッド部
５ｄ、８ｄ 応力付与部材
６ 複屈折増幅光ファイバ
６ｂ 多角形クラッド部
７ 偏光子
７ａ、７ｂ、９ａ、１１ａ、１２ａ、１２ｂ、１３、１６ａ、１６ｂ 複屈折シングルモード光ファイバ
８ｂ クラッド部
８ｅ 樹脂被覆
９ 出力端子
１１ 入力端子
１２、１６ 光アイソレータ
１５ 複屈折ダブルクラッド光ファイバ
５１、８１、１０１ グレーティング部
１００、２００ 光ファイバレーザ
３００ 光ファイバ増幅器
４００ 融着接続機
４０１ 左光ファイバホルダ
４０２ 右光ファイバホルダ
４０３ａ 左光ファイバ撮像用光源
４０３ｂ 左光ファイバ撮像用カメラ
４０４ａ 右光ファイバ撮像用光源
４０４ｂ 右光ファイバ撮像用カメラ
４０５ａ 放電電極
Ａ１ 基準方向
Ａ２ 長軸方向
Ｂ１、Ｂ２ 強度低下部
Ｃ１〜Ｃ１２ 接続点
Ｃb、Ｃd 中心位置
Ｃod 外縁の幅
Ｄi ディストーション
Ｌ１、Ｌ２ レーザ光
Ｌ３、Ｌ４ 光
Ｌ５ 平行光
Ｓ１ｆ、Ｓ１ｓ、Ｓ２ｆ、Ｓ２ｓ 反射スペクトル
Ｓ３ 出力スペクトル
Ｓb１ 明部
Ｓb２ 明部
Ｓd 暗部
θ 角度
λ１ｆ、λ１ｓ、λ２ｆ、λ２ｓ 波長
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有するとともに光増幅物質が添加されたコア部と、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有するとともに該コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する多角形クラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバと、
前記複屈折増幅光ファイバの各端部にそれぞれ接続し、長手方向に沿って複屈折率差を有する直交軸が形成されたコア部を備え、該コア部の長手方向の一部に所定の反射帯域を有するグレーティング部を形成した２つの複屈折光ファイバグレーティングと、
前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
を備えたことを特徴とする光ファイバレーザ。
【請求項２】
前記複屈折増幅光ファイバは、前記多角形クラッド部の外周に形成され該多角形クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザ。
【請求項３】
前記２つの複屈折光ファイバグレーティングの間に介挿された偏光子をさらに備えた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レーザ。
【請求項４】
前記２つの複屈折光ファイバグレーティングは、それぞれ前記直交軸に平行な各偏波方向の光に対して中心波長が互いに異なる２つの反射帯域を有しており、
一方の前記複屈折光ファイバグレーティングの２つの反射帯域のいずれか１つと、他方の前記複屈折光ファイバグレーティングの２つの反射帯域のいずれか１つとが重畳しており、前記励起光源が前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給することによって、前記重畳した反射帯域内の発振波長を有する単一偏波のレーザ光を出力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レーザ。
【請求項５】
前記２つの複屈折率光ファイバグレーティングの少なくとも一方は、前記コア部の外周に形成されたクラッド部と、該クラッド部内の該コア部を挟んで対向する位置に配置された応力付与部材とを備えた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レーザ。
【請求項６】
前記２つの複屈折光ファイバグレーティングの少なくとも一方は、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有する多角形クラッド部を備え、前記コア部が長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有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レーザ。
【請求項７】
長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有するとともに光増幅物質が添加されたコア部と、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有するとともに該コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する多角形クラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバと、
前記複屈折増幅光ファイバの各端部にそれぞれ接続し、長手方向に沿って複屈折率差を有する直交軸が形成されたコア部を備えた２つの複屈折光ファイバと、
前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項８】
前記複屈折増幅光ファイバは、前記多角形クラッド部の外周に形成され該多角形クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ増幅器。
【請求項１】
長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有するとともに光増幅物質が添加されたコア部と、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有するとともに該コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する多角形クラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバと、
前記複屈折増幅光ファイバの各端部にそれぞれ接続し、長手方向に沿って複屈折率差を有する直交軸が形成されたコア部を備え、該コア部の長手方向の一部に所定の反射帯域を有するグレーティング部を形成した２つの複屈折光ファイバグレーティングと、
前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
を備えたことを特徴とする光ファイバレーザ。
【請求項２】
前記複屈折増幅光ファイバは、前記多角形クラッド部の外周に形成され該多角形クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザ。
【請求項３】
前記２つの複屈折光ファイバグレーティングの間に介挿された偏光子をさらに備えた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レーザ。
【請求項４】
前記２つの複屈折光ファイバグレーティングは、それぞれ前記直交軸に平行な各偏波方向の光に対して中心波長が互いに異なる２つの反射帯域を有しており、
一方の前記複屈折光ファイバグレーティングの２つの反射帯域のいずれか１つと、他方の前記複屈折光ファイバグレーティングの２つの反射帯域のいずれか１つとが重畳しており、前記励起光源が前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給することによって、前記重畳した反射帯域内の発振波長を有する単一偏波のレーザ光を出力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レーザ。
【請求項５】
前記２つの複屈折率光ファイバグレーティングの少なくとも一方は、前記コア部の外周に形成されたクラッド部と、該クラッド部内の該コア部を挟んで対向する位置に配置された応力付与部材とを備えた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レーザ。
【請求項６】
前記２つの複屈折光ファイバグレーティングの少なくとも一方は、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有する多角形クラッド部を備え、前記コア部が長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有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レーザ。
【請求項７】
長手方向に垂直な断面において楕円形の断面形状を有するとともに光増幅物質が添加されたコア部と、前記コア部の外周に形成され長手方向に垂直な断面において多角形の断面形状を有するとともに該コア部の屈折率よりも低い屈折率を有する多角形クラッド部とを備えた複屈折増幅光ファイバと、
前記複屈折増幅光ファイバの各端部にそれぞれ接続し、長手方向に沿って複屈折率差を有する直交軸が形成されたコア部を備えた２つの複屈折光ファイバと、
前記複屈折増幅光ファイバに励起光を供給する励起光源と、
を備えたことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項８】
前記複屈折増幅光ファイバは、前記多角形クラッド部の外周に形成され該多角形クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する外側クラッド部をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ増幅器。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１７７４６９（Ｐ２０１０−１７７４６９Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８７４４（Ｐ２００９−１８７４４）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【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２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]