JP2000513157A - ファイバレーザの出射部でポンピング光を低減する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ポンピングファイバは最終部分でカバーから開放されている。これはコーティングをエッチング除去することにより行うことができる。有利にはカバーはＶ字形にエッチング除去される。これにより残留しているポンピングパワーが周囲へ放出される。完全にカバーから開放されているファイバの長さにより、ファイバコアを介してファイバの出射部へ達する漂遊ポンピング光の量をコントロールすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ファイバレーザの出射部でポンピング光を 低減する方法および装置 ファイバレーザでは共振器は内部のコアに単一モードファイバを有する特殊な ファイバから成っている。この単一モードファイバはレーザで所望される波長領 域に対して寸法と材料の点で適合されており、その直径は数μｍの範囲にある。 この“レーザファイバ”は直径数１００μｍのポンピングファイバによって包囲 されており、このファイバ内へポンピング光が入力結合される。すなわち“レー ザファイバ”はポンピングファイバのコア内へ埋め込まれている。ポンピングフ ァイバはカバーで包囲されており、このカバーは光導波技術から周知の屈折率と は異なる屈折率を有する材料から成っている。これによりポンピング光のポンピ ングファイバ内の案内が保証される。ポンピングファイバのコアは円形の断面を 有していてもよいし、それからずれた例えば矩形または正方形の断面を有してい てもよい。これにより特に良好にポンピング源（レーザダイオード）に対して適 合させることができる。 ポンピングのメカニズムはポンピング光がレーザファイバを励起することを基 礎にしている。これによりポンピングエネルギはファイバの長さにより徐々に消 費され、ポンピング源から始まってポンピングファイバのエネルギ量は端部すな わちレーザの出射部までほぼ指数的に降下する。ファイバレーザを用いると光学 的な効率は５０％以上得られる。このためにファイバ長さは約５０ｍ必要である 。ファイバの端部まででポンピング光の９０％が消費される。ポンピングパワー が指数的に消費されるため、経済上の理由からポンピングファイバをこれ以上長 くすることには意味がない。すなわちポンピング光の約１０％はポンピングファ イバから出射され、ファイバの内部コアからのレーザ光に重畳されてしまう。こ の場合レーザ光は回折の制限された細い光束としてファイバから出射され、一方 ポンピング光はきわめて大きな開口角を有する。 周知のファイバレーザのポンピング源の波長は９００ｎｍ程度であり、所属の レーザの波長は１１００ｎｍ程度である。レーザのポンピング出力は２０Ｗであ り、レーザパワーはほぼ１０Ｗである。このレーザ光にほぼ２Ｗのポンピング出 力が重畳される。 １％のオーダでの正確なレーザ出力に対して例えばリプログラフィで必要とさ れる値が設定される適用分野では、ポンピング光の存在が重大な問題である。な ぜならポンピング光は異なるアパーチャのためにレーザ光の光路に追従しないか らである。このためセンサにポンピング光に起因する散乱光による重大な測定エ ラーが生じる。同様に敏感な装置ではポンピング光に よる許容不能のヒートアップが発生する。 確かに急峻なエッジフイルタを用いればポンピング光とレーザ光とを分離する ことができるが、パワー密度が高い場合にはフイルタは容易に破壊されてしまう 。しかもこれによりスペース的に構造が大きくなり、高いフィルタが使用される ことになる。また適切な絞りを用いてポンピング光を阻止することが可能である 。その際の問題は、絞りをポンピング光をも透過させる大きさに構成しなければ ならないか、または僅かな不整合で絞りを焼いてしまうおそれを甘受するかの点 にある。 本発明の課題は、残留しているポンピング光をファイバの端部まで到達させて しまうのではなく、前もって完全に阻止する簡単な方法および簡単な装置を提供 し、発生するポンピング光を少なくとも係数１００だけ低減できるようにするこ とである。 この課題は請求項１の特徴部分に記載の手段により解決される。本発明の有利 な実施形態は従属請求項２〜８に記載されている。 本発明を以下に図に即して説明する。 図にはポンピングファイバが示されており、このポンピングファイバは図示の 上での理由から２つの分離した部材として示されている。ファイバの一方の端部 、すなわち図の左側の端部でポンピング光がフォーカシング光学系を介して供給 される。ファイバはコアの 直径が約７０μｍ、内径約３００μｍ、外径約６００ｎｍである。ポンピング光 は導波体の内壁での全反射により案内され、このことは矢印の付けられた光ビー ムによって示されている。本発明によればポンピングファイバはその最終部分、 すなわち図の右側の部分（例えば最後の５０ｃｍ）でカバーから開放されている 。これはコーティングをエッチング除去することにより行うことができる。有利 にはカバーはＶ字形のエッチング除去により、ポンピング源のほうに配向される 側から始まって約４０ｃｍにわたって細くされ、さらにその先の１０ｃｍは完全 に除去される。これにより残留分の約２Ｗのポンピングパワーは４０ｃｍの区間 を介して連続的に周囲へ放出される。通常ポンピングファイバは引っ張り耐性を 有する材料から成る保護カバー例えばケブラーファイバ（Kevlar-Faser）によっ て包囲されており、このファイバはさらに保護カバーによって包囲されている。 Ｖ字形の区間の長さによって保護カバーへの熱の移動を制御することができ、こ のためオーバーヒートは生じない。保護カバーから完全に開放されているファイ バの長さにより、ファイバコアを介してファイバの出射部に達する漂遊ないし散 乱ポンピング光の量をコントロールすることができる。多くの適用分野に対して １０ｃｍの区間があれば完全に充分である。ファイバ端部での反射を回避するた めにファイバ端部を付加的に粗面化してもよい。この 粗面化は研磨または付加的なエッチングによって行うことができる。

【手続補正書】 【提出日】平成１１年１２月３日（１９９９．１２．３） 【補正内容】 明細書 ファイバレーザの出射部でポンピング光を低減する方法および装置 ファイバレーザでは共振器は内部のコアに単一モードファイバを有する特殊な ファイバから成っている。この単一モードファイバはレーザで所望される波長領 域に対して寸法と材料の点で適合されており、その直径は数μｍの範囲にある。 このレーザファイバは直径数１００μｍのポンピングファイバによって包囲され ており、このファイバ内へポンピング光が入力結合される。すなわちレーザファ イバはポンピングファイバのコア内へ埋め込まれている。ポンピングファイバは カバーで包囲されており、このカバーは光導波技術から周知の屈折率とは異なる 屈折率を有する材料から成っている。これによりポンピング光のポンピングファ イバ内の案内が保証される。ポンピングファイバのコアは円形の断面を有してい てもよいし、それからずれた例えば矩形または正方形の断面を有していてもよい 。これにより特に良好にポンピング源（レーザダイオード）に対して適合させる ことができる。 ポンピングのメカニズムはポンピング光がレーザファイバを励起することを基 礎にしている。これによりポンピングエネルギはファイバの長さにより徐々に消 費され、ポンピング源から始まってポンピングファイバのエネルギ量は端部すな わちレーザの出射部までほぼ指数的に降下する。ファイバレーザを用いると光学 的な効率は５０％以上得られる。このためにファイバ長さは約５０ｍ必要である 。ファイバの端部まででポンピング光の９０％が消費される。ポンピングパワー は指数的に消費されるため、経済上の理由からポンピングファイバをこれ以上長 くすることには意味がない。すなわちポンピング光の約１０％はポンピングファ イバから出射され、ファイバの内部コアからのレーザ光に重畳されてしまう。こ の場合レーザ光は回折の制限された細い光束としてファイバから出射され、一方 ポンピング光はきわめて大きな開口角を有する。 周知のファイバレーザのポンピング源の波長は９００ｎｍ程度であり、所属の レーザの波長は１１００ｎｍ程度である。レーザのポンピング出力は２０Ｗであ り、レーザ出力はほぼ１０Ｗである。このレーザ光にほぼ２Ｗのポンピングパワ ーが重畳される。 １％のオーダでの正確なレーザ出力に対して例えばリプログラフィで必要とさ れる値が設定される適用分野では、ポンピング光の存在は重大な問題である。な ぜならポンピング光は異なるアパーチャのためにレーザ光の光路に追従しないか らである。このためセンサにポンピング光に起因する散乱光による重大な測定エ ラーが生じる。同様に敏感な装置ではポンピング光による許容不能のヒートアッ プが発生する。 確かに急峻なエッジフィルタを用いればポンピング光とレーザ光とを分離する ことができるが、パワー密度が高い場合にはフィルタは容易に破壊されてしまう 。しかもこれによりスペース的に構造が大きくなり、高いフィルタが使用される ことになる。また適切な絞りを用いてポンピング光を阻止することが考えられる 。その際の問題は、絞りをポンピング光をも透過させる大きさに構成しなければ ならないか、または僅かな不整合で絞りを焼いてしまうおそれを甘受するかの点 にある。 本発明の課題は、残留しているポンピング光をファイバの端部まで到達させて しまうのではなく、前もって完全に阻止する簡単な方法および簡単な装置を提供 し、発生するポンピング光を少なくとも係数１００だけ低減できるようにするこ とである。 この課題は請求項１および５の特徴部分に記載の手段により解決される。 本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。 本発明を以下に図に即して詳細に説明する。 図にはファイバレーザが示されており、このファイバレーザは図示の上での理 由から２つの分離した部材として示されている。ファイバレーザはレーザファイ バとポンピングファイバとから成っており、レーザファイバは中央コア１および カバー２を有し、ポンピングファイバはコアおよび外側カバー３を有するが、こ のコアは同時にレーザファイバのカバー２を形成している。 ポンピングファイバ２、３はレーザファイバ１、２のコアの直径ｄ_kが約７０ μｍの場合、約３００μｍの内径ｄ_iと約６００ｎｍの外径ｄ_aとを有する。 ファイバの光入射部４すなわち図の左側の端部で、図示されないポンピング源 で形成されたポンピング光５がフォーカシング光学系６を介してポンピングファ イバ２、３内へ供給される。ポンピング光５はポンピングファイバ２、３のカバ ー３の内壁７での全反射により案内され、このことは矢印の付けられた光ビーム によって示されている。ポンピング過程によりレーザファイバ１、２のコア１で レーザ光８が励起され、このレーザ光はファイバレーザの光出射部９すなわち図 の右側の端部でファイバレーザから出射される。 本発明によればポンピングファイバ２、３は最終部分すなわち図の右側の領域 （Ａ）の部分（例えば最後の５０ｃｍ）でカバー３から開放されている。したが ってカバーはこの個所では導波機能を有さない。これはカバー３をエッチング除 去することにより行うことができる。有利にはカバー３はＶ字形のエッチング除 去により、右側の部分のポンピング源のほうに配向された個所から始まって領域 （Ｂ）の約４０ｃｍにわたって細くされ、さらにその先の領域（Ａ）の１０ｃｍ は完全に除去される。これにより残留分の約２Ｗのポンピングパワーは４０ｃｍ の長さの区間を介して連続的に周囲へ放出される。 通常ポンピングファイバ２、３のカバー３は引っ張り耐性を有する材料から成 る保護カバー例えばケブラーファイバ（Kevlar Faser）によって包囲されており 、このファイバはさらに同様に図示されない保護カバーによって覆われている。 領域（Ｂ）でＶ字形にエッチング除去されたカバー３の長さによって保護カバー への熱の移動を制御することができ、そのためオーバーヒートは生じない。領域 （Ａ）の保護カバーのない部分の長さにより、ファイバレーザの光出射部９に達 する漂遊ないし散乱ポンピング光５の量をコントロールすることができる。多く の適用分野に対して１０ｃｍの領域があれば完全に充分である。光出射部９に配 向されたファイバ端部での反射を回避するためにファイバ端部の領域（Ａ）のカ バー面を付加的に粗面化してもよい。このことは図ではハッチングによって示さ れている。この粗面化は研磨または付加的なエッチングによって行うことができ る。 請求の範囲 １． レーザファイバ（１、２）と該レーザファイバを包囲するポンピングフ ァイバ（２、３）とから成る ファイバレーザの出射部でポンピング光を低減する方法において、 ポンピングファイバ（２、３）をレーザ光（８）に対する光出射部（９）の前 方の最終部分で完全にまたは部分的にカバー（３）から開放するか、または 光出射部（９）の領域のポンピングファイバ（２、３）の最終部分をカバーな しでまたは部分的にだけカバーを有するように製造する、 ことを特徴とするファイバレーザの出射部でポンピング光を低減する方法。 ２． ポンピングファイバ（２、３）のカバー（３）の直径が光出射部（９） へ向かってＶ字形に低下するようにカバー（３）を除去する、請求項１記載の方 法。 ３． ポンピングファイバ（２、３）のカバー（３）を光出射部（９）の領域 で 完全に除去する、請求項１または２記載の方法。 ４． ポンピングファイバ（２、３）のカバー（３）をエッチングにより除去 する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。 ５． レーザファイバ（１、２）と該レーザファイバ（２、３）を包囲するポ ンピングファイバとから成る ファイバレーザの出射部でポンピング光を低減する装置において、 レーザ光（８）に対する光出射部（９）の前方のポンピングファイバ（２、３ ） の最終部分がカバーなしで製造されているか、または部分的にだけカバーを有 するように製造されている、 ことを特徴とするファイバレーザの出射部でポンピング光を低減する装置。 ６． ポンピングファイバ（２、３）のカバー（３）の直径が光出射部（９） へ 向かってＶ字形に低下している、請求項５記載の装置。 ７． ポンピングファイバ（２、３）のカバー（３）が光出射部（９）の領域 で完全に除去されている、請求項６記載の方法。 ８． カバー（３）から開放されているポンピングファイバ（２、３）の領域 は粗面化されている、請求項５から７までのいずれか１項記載の装置。 【図】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． レーザファイバと該レーザファイバを包囲するポンピングファイバとか ら成る ファイバレーザの出射部でポンピング光を低減する方法において、 ポンピングファイバをレーザ光の光出射部の前方の最終部分で完全にまたは部 分的にカバーから開放するか、または ポンピングファイバの最終部分をカバーなしでまたは部分的にだけカバーを有 するように製造する、 ことを特徴とするファイバレーザの出射部でポンピング光を低減する方法。 ２． カバーの直径がファイバの端部へ向かってＶ字形に低下するようにカバ ーを除去する、請求項１記載の方法。 ３． ファイバの端部へ向かってファイバの一部の領域を完全にカバーから開 放する、請求項１または２記載の方法。 ４． ファイバのカバーをエッチングにより除去する、請求項１から３までの いずれか１項記載の方法。 ５． レーザファイバと該レーザファイバを包囲するポンピングファイバとか ら成る ファイバレーザの出射部でポンピング光を低減する装置において、 ポンピングファイバの最終部分がカバーなしで製造されているか、または部分 的にだけカバーを有するように製造されている、 ことを特徴とするファイバレーザの出射部でポンピング光を低減する装置。 ６． カバーの直径はファイバの端部へ向かってＶ字形に低下している、請求 項５記載の装置。 ７． ファイバの端部へ向かってファイバの一部の領域が完全にカバーから開 放されている、請求項６記載の方法。 ８． カバーから開放されているファイバ端部は粗面化されている、請求項１ から７までのいずれか１項記載の装置。