JP2005012008A - 光ファイバレーザ - Google Patents
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Abstract
【課題】発振波長の制御性が良好な光ファイバレーザを提供する。
【解決手段】励起光源１と、集光レンズ２と、第一のフィルタ３と、希土類元素添加ファイバ４と、コリメータレンズ５と、波長制御素子６と、第二のフィルタ７とから概略構成される光ファイバレーザにおいて、波長制御素子６は、希土類元素添加ファイバ４から出射される発振光の光軸と、波長制御素子６の表面に垂直な方向とのなす角θを可変とし、発振光の発振波長を２．９μｍ帯の任意波長に制御する。波長制御素子６を誘電体多層膜フィルタとする。
【選択図】 図１
【解決手段】励起光源１と、集光レンズ２と、第一のフィルタ３と、希土類元素添加ファイバ４と、コリメータレンズ５と、波長制御素子６と、第二のフィルタ７とから概略構成される光ファイバレーザにおいて、波長制御素子６は、希土類元素添加ファイバ４から出射される発振光の光軸と、波長制御素子６の表面に垂直な方向とのなす角θを可変とし、発振光の発振波長を２．９μｍ帯の任意波長に制御する。波長制御素子６を誘電体多層膜フィルタとする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いた光ファイバレーザに関し、特に、医療の分野で必要とされる波長２．９μｍ付近のレーザ光の発振波長を変化させることが可能な光ファイバレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水は波長２．９μｍ付近に光に対して大きな吸収を示すため、この波長付近の光を生体組織や歯などに照射することで切開・切削などの治療を行なうことができる。
【０００３】
図４に示すように、波長２．９μｍ付近における水の吸収係数は波長に依存して大きくなるため、生体組織や歯などに照射するレーザ光の発振波長を変化させることで、治療の自由度が高くなる。
しかしながら、発振波長を外部から制御した場合、レーザ光の発振波長の変化量は、現在、歯科治療で用いられている発振波長の中心が２．９４μｍのエルビウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｅｒ：ＹＡＧ）レーザにエタロンを適用した場合で、６ｎｍ程度であることが報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。この方法では、発振波長の制御性が悪いという問題がある。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｅ．Ｈａｍｉｌｔｏｎ、Ｒ．Ｊ．Ｂｅａｃｈ、Ｓ．Ｂ．Ｓｕｔｔｏｎ、Ｌ．Ｈ．Ｆｕｒｕ、ａｎｄ Ｗ．Ｆ．Ｋｒｕｐｋｅ、１−Ｗ ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｌｅｖｅｌｓ ａｎｄ ｔｕｎａｂｉｌｉｔｙ ｆｒｏｍ ａ ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ ２．９４−μｍ Ｅｒ：ＹＡＧ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、Ｏｃｔｏｂｅｒ １５、１９９４、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．２０、ｐ１６２７−１６２９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、発振波長の制御性が良好な光ファイバレーザを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、励起光源と、希土類元素添加ファイバと、波長制御素子とを少なくとも備えた光ファイバレーザにおいて、前記波長制御素子は、前記希土類元素添加ファイバから出射される発振光の光軸と、該波長制御素子の表面に垂直な方向とのなす角が可変となっており、前記発振光の発振波長が波長２．９μｍ帯である光ファイバレーザを提供する。
【０００７】
上記構成の光ファイバレーザにおいて、前記波長制御素子は誘電体多層膜フィルタであることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光ファイバレーザの一例を示す模式図である。
この例の光ファイバレーザは、励起光源１と、集光レンズ２と、第一のフィルタ３と、希土類元素添加ファイバ４と、コリメートレンズ５と、波長制御素子６と、第二のフィルタ７とから概略構成されており、これらがこの順に配置されている。また、第一のフィルタ３、希土類元素添加ファイバ４および第二のフィルタ７から共振器が構成されている。
【０００９】
励起光源１としては、波長９６０ｎｍ〜９９０ｎｍ、出力１０Ｗ〜４０Ｗ程度の励起光を出射可能な半導体レーザ（ＬＤ）、ファイバレーザなどが用いられる。
【００１０】
集光レンズ２は、励起光源１から出射された励起光を集光するものであり、例えば、ソーダ石灰ガラス、溶融石英、サファイアなどを材質とする非球面レンズや平凸レンズなどが用いられる。
【００１１】
第一のフィルタ３は、励起光源１から出射された励起光を透過し、希土類元素添加ファイバ４で発振したレーザ光を反射するものであり、例えば、誘電体多層膜が用いられる。
また、第一のフィルタ３は、励起光源１から出射される励起光の透過率が９５％、レーザ光の反射率が９９％以上であることが望ましい。
【００１２】
希土類元素添加ファイバ４は、励起光源１から出射された励起光によって励起される利得媒体であり、例えば、希土類元素が２０００ｐｐｍ〜１０００００ｐｐｍ程度添加されたフッ化物ガラスからなるコアと、その外周にフッ化物ガラスからなり、励起光を伝搬する内側クラッドが設けられ、さらに内側クラッドの外周に紫外線硬化型樹脂からなる外側クラッドが設けられたダブルクラッドファイバである。
希土類元素添加ファイバ４の外径は３００μｍ〜６００μｍ程度、そのコアの外径は１０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００１３】
希土類元素としては、波長２．９μｍ付近のレーザ光を発振するには、エルビウム（Ｅｒ）、ホルミウム（Ｈｏ）などが用いられる。
フッ化物ガラスとしては、例えば、フッ化ジルコニウム（ＺｒＦ４）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化ハフニウム（ＨｆＦ４）などからなるガラスが用いられる。
【００１４】
希土類元素添加ファイバ４としては、例えば、コアはエルビウムが添加されたフッ化物ガラスからなるエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）が用いられるが、ファイバ製造時の冷却速度を遅くしても結晶化を伴わずにガラスを生成することができるＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ４、ＢａＦ２、ＬａＦ３、ＡｌＦ３、ＮａＦからなるガラス）ファイバ（ＺＢＬＡＮ−ＥＤＦ）が好ましく用いられる。
【００１５】
コリメートレンズ５は、サファイアガラスあるいはフッ化カルシウムからなる平凸レンズであり、波長２．８μｍ付近の光に対して吸収のないレンズである。このコリメートレンズ５は、希土類元素添加ファイバ４の出射端側にその平面が対向し、波長制御素子６側にその凸面が対向するように配されている。これにより、希土類元素添加ファイバ４から出射された光をコリメートし、波長制御素子６からの反射光を集光する。
【００１６】
波長制御素子６は、希土類元素添加ファイバ４から出射される発振光の光軸と、波長制御素子６の表面に垂直な方向とのなす角度θが可変となっているバンドパスフィルタであり、この角度θを変えることで、波長制御素子６に対する発振光の入射角が変化するため、その透過スペクトル（発振波長）を変化させることができる。
【００１７】
波長制御素子６としては、誘電体多層膜フィルタが用いられる。
誘電体多層膜フィルタとは、屈折率の異なる、例えばＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などの薄膜をそれぞれの厚さ数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度で、数層〜数１００層程度積み重ねて作製されたフィルタである。
【００１８】
第二のフィルタ７は、希土類元素添加ファイバ４から出射されたレーザ光の一部を反射し、その他を透過するものである。
また、第二のフィルタ７は、レーザ光の反射率が１０〜９０％であることが望ましい。
【００１９】
この例の光ファイバレーザでは、励起光源１から出射された励起光を集光レンズ２によって集光し、希土類元素添加ファイバ４に入射する。第一のフィルタ３、希土類元素添加ファイバ４および第二のフィルタ７の間で発振した光は、希土類元素添加ファイバ４からレーザ光として出射されるが、波長制御素子６の角度θを変えることで、このレーザ光の発振波長を２．９μｍ帯の任意波長となるように制御することができる。
【００２０】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
（実施例）
図１に示すような光ファイバレーザを作製した。
励起光源１としては、波長９７９ｎｍ、出力２０Ｗの半導体レーザを用いた。集光レンズ２としては、レンズの焦点距離と有効径の比を表すＦ値が０．８８で、材質がソーダ石灰ガラスの非球面レンズを用いた。第一のフィルタ３としては、励起光の透過率９５％、レーザ光の反射率９９％の誘電体多層膜を用いた。希土類元素添加ファイバ４としては、コアがモル濃度２００００ｐｐｍでエルビウムイオンが添加されたフッ化物ガラスからなるＺＢＬＡＮファイバを用いた。希土類元素添加ファイバ４の外径は１２５μｍ、長さは１５ｍ、コアの外径は１０μｍとした。コリメータレンズ５としては、サファイアガラスからなる平凸レンズを用いた。波長制御素子６としては、厚さ約３００ｎｍの誘電体多層膜フィルタを用いた。第二のフィルタ７としては、レーザ光の反射率１０％の誘電体多層膜を用いた。
【００２１】
図２に、実施例で用いた誘電体多層膜フィルタの透過スペクトルを示す。図２中、角度は、誘電体多層膜フィルタ（波長制御素子６）が希土類元素添加ファイバ４から出射される発振光の光軸と、波長制御素子６の表面に垂直な方向とのなす角度θを示している。
図２から、角度θによって、透過スペクトルが変化することが分かった。
【００２２】
波長制御素子６の角度θを変化させながら、光ファイバレーザの発振波長を測定した。結果を図３に示す。
図３の結果から、角度θを変化させることにより、光ファイバレーザの発振波長が２．７９μｍから２．８６５μｍまで変化することが確認された。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバレーザによれば、希土類元素添加ファイバから出射される発振光の光軸と、波長制御素子の表面に垂直な方向とのなす角を変えることで、レーザ光の発振波長を２．９μｍ帯の任意波長となるように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバレーザの一例を示す模式図である。
【図２】実施例で用いた誘電体多層膜フィルタの透過スペクトルを示すグラフである。
【図３】波長制御素子の角度θと、光ファイバレーザの発振波長との関係を示すグラフである。
【図４】波長と光の吸収係数を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・励起光源、２・・・集光レンズ、３・・・第一のフィルタ、４・・・希土類元素添加ファイバ、５・・・コリメータレンズ、６・・・波長制御素子、７・・・第二のフィルタ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いた光ファイバレーザに関し、特に、医療の分野で必要とされる波長２．９μｍ付近のレーザ光の発振波長を変化させることが可能な光ファイバレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水は波長２．９μｍ付近に光に対して大きな吸収を示すため、この波長付近の光を生体組織や歯などに照射することで切開・切削などの治療を行なうことができる。
【０００３】
図４に示すように、波長２．９μｍ付近における水の吸収係数は波長に依存して大きくなるため、生体組織や歯などに照射するレーザ光の発振波長を変化させることで、治療の自由度が高くなる。
しかしながら、発振波長を外部から制御した場合、レーザ光の発振波長の変化量は、現在、歯科治療で用いられている発振波長の中心が２．９４μｍのエルビウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｅｒ：ＹＡＧ）レーザにエタロンを適用した場合で、６ｎｍ程度であることが報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。この方法では、発振波長の制御性が悪いという問題がある。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｅ．Ｈａｍｉｌｔｏｎ、Ｒ．Ｊ．Ｂｅａｃｈ、Ｓ．Ｂ．Ｓｕｔｔｏｎ、Ｌ．Ｈ．Ｆｕｒｕ、ａｎｄ Ｗ．Ｆ．Ｋｒｕｐｋｅ、１−Ｗ ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｌｅｖｅｌｓ ａｎｄ ｔｕｎａｂｉｌｉｔｙ ｆｒｏｍ ａ ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ ２．９４−μｍ Ｅｒ：ＹＡＧ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、Ｏｃｔｏｂｅｒ １５、１９９４、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．２０、ｐ１６２７−１６２９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、発振波長の制御性が良好な光ファイバレーザを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、励起光源と、希土類元素添加ファイバと、波長制御素子とを少なくとも備えた光ファイバレーザにおいて、前記波長制御素子は、前記希土類元素添加ファイバから出射される発振光の光軸と、該波長制御素子の表面に垂直な方向とのなす角が可変となっており、前記発振光の発振波長が波長２．９μｍ帯である光ファイバレーザを提供する。
【０００７】
上記構成の光ファイバレーザにおいて、前記波長制御素子は誘電体多層膜フィルタであることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光ファイバレーザの一例を示す模式図である。
この例の光ファイバレーザは、励起光源１と、集光レンズ２と、第一のフィルタ３と、希土類元素添加ファイバ４と、コリメートレンズ５と、波長制御素子６と、第二のフィルタ７とから概略構成されており、これらがこの順に配置されている。また、第一のフィルタ３、希土類元素添加ファイバ４および第二のフィルタ７から共振器が構成されている。
【０００９】
励起光源１としては、波長９６０ｎｍ〜９９０ｎｍ、出力１０Ｗ〜４０Ｗ程度の励起光を出射可能な半導体レーザ（ＬＤ）、ファイバレーザなどが用いられる。
【００１０】
集光レンズ２は、励起光源１から出射された励起光を集光するものであり、例えば、ソーダ石灰ガラス、溶融石英、サファイアなどを材質とする非球面レンズや平凸レンズなどが用いられる。
【００１１】
第一のフィルタ３は、励起光源１から出射された励起光を透過し、希土類元素添加ファイバ４で発振したレーザ光を反射するものであり、例えば、誘電体多層膜が用いられる。
また、第一のフィルタ３は、励起光源１から出射される励起光の透過率が９５％、レーザ光の反射率が９９％以上であることが望ましい。
【００１２】
希土類元素添加ファイバ４は、励起光源１から出射された励起光によって励起される利得媒体であり、例えば、希土類元素が２０００ｐｐｍ〜１０００００ｐｐｍ程度添加されたフッ化物ガラスからなるコアと、その外周にフッ化物ガラスからなり、励起光を伝搬する内側クラッドが設けられ、さらに内側クラッドの外周に紫外線硬化型樹脂からなる外側クラッドが設けられたダブルクラッドファイバである。
希土類元素添加ファイバ４の外径は３００μｍ〜６００μｍ程度、そのコアの外径は１０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００１３】
希土類元素としては、波長２．９μｍ付近のレーザ光を発振するには、エルビウム（Ｅｒ）、ホルミウム（Ｈｏ）などが用いられる。
フッ化物ガラスとしては、例えば、フッ化ジルコニウム（ＺｒＦ４）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化ハフニウム（ＨｆＦ４）などからなるガラスが用いられる。
【００１４】
希土類元素添加ファイバ４としては、例えば、コアはエルビウムが添加されたフッ化物ガラスからなるエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）が用いられるが、ファイバ製造時の冷却速度を遅くしても結晶化を伴わずにガラスを生成することができるＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ４、ＢａＦ２、ＬａＦ３、ＡｌＦ３、ＮａＦからなるガラス）ファイバ（ＺＢＬＡＮ−ＥＤＦ）が好ましく用いられる。
【００１５】
コリメートレンズ５は、サファイアガラスあるいはフッ化カルシウムからなる平凸レンズであり、波長２．８μｍ付近の光に対して吸収のないレンズである。このコリメートレンズ５は、希土類元素添加ファイバ４の出射端側にその平面が対向し、波長制御素子６側にその凸面が対向するように配されている。これにより、希土類元素添加ファイバ４から出射された光をコリメートし、波長制御素子６からの反射光を集光する。
【００１６】
波長制御素子６は、希土類元素添加ファイバ４から出射される発振光の光軸と、波長制御素子６の表面に垂直な方向とのなす角度θが可変となっているバンドパスフィルタであり、この角度θを変えることで、波長制御素子６に対する発振光の入射角が変化するため、その透過スペクトル（発振波長）を変化させることができる。
【００１７】
波長制御素子６としては、誘電体多層膜フィルタが用いられる。
誘電体多層膜フィルタとは、屈折率の異なる、例えばＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などの薄膜をそれぞれの厚さ数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度で、数層〜数１００層程度積み重ねて作製されたフィルタである。
【００１８】
第二のフィルタ７は、希土類元素添加ファイバ４から出射されたレーザ光の一部を反射し、その他を透過するものである。
また、第二のフィルタ７は、レーザ光の反射率が１０〜９０％であることが望ましい。
【００１９】
この例の光ファイバレーザでは、励起光源１から出射された励起光を集光レンズ２によって集光し、希土類元素添加ファイバ４に入射する。第一のフィルタ３、希土類元素添加ファイバ４および第二のフィルタ７の間で発振した光は、希土類元素添加ファイバ４からレーザ光として出射されるが、波長制御素子６の角度θを変えることで、このレーザ光の発振波長を２．９μｍ帯の任意波長となるように制御することができる。
【００２０】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
（実施例）
図１に示すような光ファイバレーザを作製した。
励起光源１としては、波長９７９ｎｍ、出力２０Ｗの半導体レーザを用いた。集光レンズ２としては、レンズの焦点距離と有効径の比を表すＦ値が０．８８で、材質がソーダ石灰ガラスの非球面レンズを用いた。第一のフィルタ３としては、励起光の透過率９５％、レーザ光の反射率９９％の誘電体多層膜を用いた。希土類元素添加ファイバ４としては、コアがモル濃度２００００ｐｐｍでエルビウムイオンが添加されたフッ化物ガラスからなるＺＢＬＡＮファイバを用いた。希土類元素添加ファイバ４の外径は１２５μｍ、長さは１５ｍ、コアの外径は１０μｍとした。コリメータレンズ５としては、サファイアガラスからなる平凸レンズを用いた。波長制御素子６としては、厚さ約３００ｎｍの誘電体多層膜フィルタを用いた。第二のフィルタ７としては、レーザ光の反射率１０％の誘電体多層膜を用いた。
【００２１】
図２に、実施例で用いた誘電体多層膜フィルタの透過スペクトルを示す。図２中、角度は、誘電体多層膜フィルタ（波長制御素子６）が希土類元素添加ファイバ４から出射される発振光の光軸と、波長制御素子６の表面に垂直な方向とのなす角度θを示している。
図２から、角度θによって、透過スペクトルが変化することが分かった。
【００２２】
波長制御素子６の角度θを変化させながら、光ファイバレーザの発振波長を測定した。結果を図３に示す。
図３の結果から、角度θを変化させることにより、光ファイバレーザの発振波長が２．７９μｍから２．８６５μｍまで変化することが確認された。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバレーザによれば、希土類元素添加ファイバから出射される発振光の光軸と、波長制御素子の表面に垂直な方向とのなす角を変えることで、レーザ光の発振波長を２．９μｍ帯の任意波長となるように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバレーザの一例を示す模式図である。
【図２】実施例で用いた誘電体多層膜フィルタの透過スペクトルを示すグラフである。
【図３】波長制御素子の角度θと、光ファイバレーザの発振波長との関係を示すグラフである。
【図４】波長と光の吸収係数を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・励起光源、２・・・集光レンズ、３・・・第一のフィルタ、４・・・希土類元素添加ファイバ、５・・・コリメータレンズ、６・・・波長制御素子、７・・・第二のフィルタ。
Claims (2)
- 励起光源と、希土類元素添加ファイバと、波長制御素子とを少なくとも備えた光ファイバレーザにおいて、
前記波長制御素子は、前記希土類元素添加ファイバから出射される発振光の光軸と、該波長制御素子の表面に垂直な方向とのなす角が可変となっており、前記発振光の発振波長が２．９μｍ帯であることを特徴とする光ファイバレーザ。 - 前記波長制御素子は誘電体多層膜フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバレーザ。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003174931A JP2005012008A (ja) | 2003-06-19 | 2003-06-19 | 光ファイバレーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003174931A JP2005012008A (ja) | 2003-06-19 | 2003-06-19 | 光ファイバレーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005012008A true JP2005012008A (ja) | 2005-01-13 |
Family
ID=34098273
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003174931A Withdrawn JP2005012008A (ja) | 2003-06-19 | 2003-06-19 | 光ファイバレーザ |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005012008A (ja) |
Cited By (7)
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| JP2007234711A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Totoku Electric Co Ltd | 光源 |
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-
2003
- 2003-06-19 JP JP2003174931A patent/JP2005012008A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
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