JP2012209510A - 光ファイバレーザ光源 - Google Patents

Abstract

【課題】出力安定性が高い光ファイバレーザ光源を提供する。
【解決手段】励起光導波ファイバ（２）の出力側端面に設けられ且つ増幅光導波ファイバ（３）の入力側端面との間に入力側空隙（Ｎ）を形成し、所定の波長帯域の光を反射し且つ所定の波長帯域の光を透過する入力側フィルタ膜（７）と、増幅光導波ファイバ（３）の出力側端面に設けられ且つ出力光導波ファイバ（４）の入力側端面との間に出力側空隙（Ｓ）を形成し、所定の波長帯域の光を反射し且つ所定の波長帯域の光を透過し、入力側フィルタ膜（７）との間で第１光共振器（Ｋ１）を構成する出力側ハーフミラー膜（８）と、出力光導波路ファイバ（４）の内部に設けられ、入力側フィルタ膜（７）との間で第２光共振器（Ｋ２）を構成するファイバブラッググレーティング（１４）とを具備し、入力側空隙（Ｎ）の距離（Ｌｎ）および出力側空隙（Ｓ）の距離（Ｌｓ）が２０μｍ以下である。
【効果】出力安定性が高くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバレーザ光源に関し、さらに詳しくは、出力安定性が高い光ファイバレーザ光源に関する。

従来、半導体レーザと、半導体レーザが出力する励起レーザ光を導波する励起光導波路と、励起光導波路から出力される励起レーザ光によって励起され所定の帯域を有する自然放出光を出力する増幅媒体を添加した増幅光導波路と、増幅光導波路から出力される自然放出光を導波する出力光導波路と、増幅光導波路と出力光導波路の間に設けられ所定の帯域の光を選択的に透過する波長選択素子と、増幅光導波路が出力する自然放出光を波長選択素子に透過させるレンズを有する空間結合部と、励起光導波路と増幅光導波路の間に設けられた入射側反射手段と、空間結合部と出力光導波路の間に設けられた出力側反射手段とを備えた光源が知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。

国際公開ＷＯ２００６／１３２２８５号公報 特開２００７−２３４７１１号公報

上記従来の光源では、空間結合部におけるレンズや波長選択素子の端面において光の反射がある。すなわち、光の反射点が複数箇所となる。このため、出力安定性に問題がある。
そこで、本発明は、出力安定性が高い光ファイバレーザ光源を提供することを目的とする。

第１の観点では、本発明は、［イ］半導体励起レーザ（１）が出力する励起光を導波する励起光導波ファイバ（２）と、［ロ］ 前記励起光導波ファイバ（２）から出力される励起光を入力して所定の波長帯域の放出光を放出すると共に光を導波する増幅光導波ファイバ（３）と、［ハ］前記増幅光導波ファイバ（３）から出力される光を導波する出力光導波ファイバ（４）と、［ニ］前記励起光導波ファイバ（２）の出力側端面に設けられ且つ前記増幅光導波ファイバ（３）の入力側端面との間に入力側空隙（Ｎ）を形成するか、又は、前記増幅光導波ファイバ（３）の入力側端面に設けられ且つ前記励起光導波ファイバ（２）の出力側端面との間に入力側空隙（Ｎ）を形成し、所定の波長帯域の光を反射し且つ所定の波長帯域の光を透過する入力側フィルタ膜（７）と、［ホ］前記出力光導波ファイバ（４）の入力側端面に設けられ且つ前記増幅光導波ファイバ（３）の出力側端面との間に出力側空隙（Ｓ）を形成するか、又は、前記増幅光導波ファイバ（３）の出力側端面に設けられ且つ前記出力光導波ファイバ（４）の入力側端面との間に出力側空隙（Ｓ）を形成し、所定の波長帯域の光を反射し且つ所定の波長帯域の光を透過し、前記入力側フィルタ膜（７）との間で第１光共振器（Ｋ１）を構成する出力側ハーフミラー膜（８）と、［へ］前記出力光導波路ファイバ（４）の内部に設けられ、前記入力側フィルタ膜（７）との間で第２光共振器（Ｋ２）を構成するファイバブラッググレーティング（１４）とを具備し、［ト］前記入力側空隙（Ｎ）の距離（Ｌｎ）および前記出力側空隙（Ｓ）の距離（Ｌｓ）が２０μｍ以下であることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第１の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、入力側フィルタ膜（７）での入力側空隙（Ｎ）と出力側ハーフミラー膜（８）での出力側空隙（Ｓ）の２カ所しか空間部がなく且つ入力側フィルタ膜（７）と出力側ハーフミラー膜（８）の間で第１光共振器（Ｋ１）を構成する。また、入力側フィルタ膜（７）とファイバブラッググレーティング（１４）の間で第２光共振器（Ｋ２）を構成し、２段階複合共振器構造とする。これらにより、出力安定性が高くなる。さらに、入力側空隙（Ｎ）の距離（Ｌｎ）および出力側空隙（Ｓ）の距離（Ｌｓ）を２０μｍ以下としたため、共振波長間隔３０ｎｍ以上になり、モードホップが起こりにくくなり、この点でも出力安定性が高くなる。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記増幅光導波路ファイバ（３）は、増幅媒体として希土類元素が添加されたコア（３ａ）と、前記コア（３ａ）の外側に設けた該コア（３ａ）より屈折率が低い内部クラッド（３ｂ）と、前記内部クラッド（３ｂ）の外側に設けた該内部クラッド（３ｂ）より屈折率が低い外部クラッド（３ｃ）とを有することを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第２の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、コア（３ａ）および内部クラッド（３ｂ）が半導体レーザからの励起光を導波し、コア（３ａ）に添加した増幅媒体が励起光で励起されて放出光を発生し、その放出光はコア（３ａ）を導波する。

第３の観点では、本発明は、前記第１または第２の観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記増幅光導波ファイバ（３）の長さ（Ｌ３）が、前記所定の波長帯域の放出光が放出されるように調整されていることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
増幅光導波ファイバ（３）の放出光の波長帯域は、増幅光導波ファイバ（３）の長さ（Ｌ３）に応じて変化する。
そこで、上記第３の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、増幅光導波ファイバ（３）の長さ（Ｌ３）を調整し、所定の波長帯域の放出光が放出されるようにする。

第４の観点では、本発明は、前記第１から第３のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記入力側フィルタ膜（７）は、前記励起光に対して透過率９５％以上で且つ前記放出光に対して反射率９５％以上であることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第４の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、励起光を効率よく増幅光導波ファイバ（３）に入力し、増幅光導波ファイバ（３）で発生した放出光を効率よく反射させることが出来る。

第５の観点では、本発明は、前記第１から第４のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記出力側ハーフミラー膜（８）は、前記放出光に対して反射率４％〜９０％であることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
第１光共振器（Ｋ１）の出力スペクトルは、出力側ハーフミラー膜（８）の反射率に応じて変化する。
そこで、上記第５の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、出力側ハーフミラー膜（８）の反射率を４％〜９０％の間で調整し、所定の波長帯域の出力光が得られるようにする。

第６の観点では、本発明は、 前記第１から第５のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記増幅光導波ファイバ（３）のコア（３ａ）と前記出力光導波路ファイバ（４）のコア（４ａ）の中心軸をずらせたことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
光ファイバレーザ光源の性質として、半導体励起レーザ（１）のパワーが低いと、増幅光導波ファイバ（３）に励起されていない（反転分布が不安定）状態の部分が生じ、出力が不安定となり、ノイズも多くなる。例えば、蛍光分析を行う顕微鏡装置などではノイズ（ｒｍｓ）は数％程度以下を要求されるが、半導体励起レーザ（１）のパワーが低いとこの要求を満たせない。このため、半導体励起レーザ（１）のパワーを上げてやらなければならない。しかし、半導体励起レーザ（１）のパワーを上げると出力光のパワーも大きくなってしまい、例えば出力光が入力されるＳＨＧ素子の寿命を短くしてしまうなどの問題を生じる。
そこで、上記第６の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、増幅光導波ファイバ（３）のコア（３ａ）と出力光導波路ファイバ（４）のコア（４ａ）の中心軸をずらせて、出力光のパワーを減衰させる。これにより、半導体励起レーザ（１）のパワーを上げて出力を安定させることが出来ると共に出力光のパワーが強くなり過ぎることを防止できる。

第７の観点では、本発明は、 前記第１から第６のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記出力光導波路ファイバ（４）の１カ所で切断し且つ軸ずらし融着したこと特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
光ファイバレーザ光源の性質として、半導体励起レーザ（１）のパワーが低いと、増幅光導波ファイバ（３）に励起されていない（反転分布が不安定）状態の部分が生じ、出力が不安定となり、ノイズも多くなる。例えば、蛍光分析を行う顕微鏡装置などではノイズ（ｒｍｓ）は２％程度以下を要求されるが、半導体励起レーザ（１）のパワーが低いとこの要求を満たせない。このため、半導体励起レーザ（１）のパワーを上げてやらなければならない。しかし、半導体励起レーザ（１）のパワーを上げると出力光のパワーも大きくなってしまい、例えば出力光が入力されるＳＨＧ素子の寿命を短くしてしまうなどの問題を生じる。
そこで、上記第７の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、出力光導波路ファイバ（４）の１カ所で切断し且つ軸ずらし融着して、出力光のパワーを減衰させる。これにより、半導体励起レーザ（１）のパワーを上げて出力を安定させることが出来ると共に出力光のパワーが強くなり過ぎることを防止できる。

第８の観点では、本発明は、前記第１から第７のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記出力側ハーフミラー膜（８）と前記ファイバブラッググレーティング（１４）の間に、偏光分離手段（１３）を具備することを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第８の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、第２光共振器（Ｋ２）内に偏光分離手段（１３）を設置することにより、直線偏波出力が可能となるので、直線偏波成分のみを波長変換するＳＨＧ素子への光源として好適となる。

第９の観点では、本発明は、前記第８の観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記偏光分離手段（１３）が、偏波保持光ファイバ溶融カプラ型の偏光分離素子（１３）からなることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第９の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、偏波保持光ファイバ溶融カプラ型の偏光分離素子（１３）を使用したので、偏光子を挟むような偏光分離手段と比較して、空間伝播部がなく、内部反射点に起因する出力光のノイズ増大の影響を受けない。

第１０の観点では、本発明は、前記第１から第９のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記増幅光導波ファイバ（３）および前記出力光導波ファイバ（４）が、偏波保持型光ファイバであることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第１０の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、直線偏波出力を行うことが出来るので、直線偏波成分のみを波長変換するＳＨＧ素子への光源として好適となる。

第１１の観点では、本発明は、前記第１０の観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記増幅光導波ファイバ（３）と前記出力光導波ファイバ（４）の偏波軸同士が０°または９０°であることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
増幅光導波ファイバ（３）と出力光導波ファイバ（４）の偏波軸同士が０°または９０°でないと、第２光共振器（Ｋ２）内を往復する光の直線偏波が保持されなくなる。
そこで、上記第１１の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、増幅光導波ファイバ（３）と出力光導波ファイバ（４）の偏波軸同士を０°または９０°に調整する。

第１２の観点では、本発明は、前記第１から第１１のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記励起光導波ファイバ（２）の出力側端面または前記増幅光導波ファイバ（３）の入力側端面のうちの前記入力側フィルタ膜（７）が設けられていない方に反射防止膜（１７）が設けられていることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
励起光導波ファイバ（２）の出力側端面または増幅光導波ファイバ（３）の入力側端面のうちの入力側フィルタ膜（７）が設けられていない方の面に反射防止膜（１７）を設けない場合、該面での反射に起因してモードホップ発生し、発振波長が変動することがある。
上記第１２の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、反射防止膜（１７）を設けているため、モードホップが起こらず、発振波長の変動を抑制できる。

第１３の観点では、本発明は、前記第１から第１２のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記増幅光導波ファイバ（３）の出力側端面または前記出力光導波路ファイバ（４）の入力側端面のうちの前記出力側ハーフミラー膜（８）が設けられていない方に反射防止膜（１８）が設けられていることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
増幅光導波ファイバ（３）の出力側端面または出力光導波ファイバ（４）の入力側端面のうちの出力側ハーフミラー膜（８）が設けられていない方の面に反射防止膜（１８）を設けない場合、該面での反射に起因してモードホップ発生し、発振波長が変動することがある。
上記第１３の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、反射防止膜（１８）を設けているため、モードホップが起こらず、発振波長の変動を抑制できる。

第１４の観点では、本発明は、前記第１から前記第１３のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記励起光導波ファイバ（２）の出力側端部がフェルール（３１）に固定されており、前記増幅光導波ファイバ（３）の入力側端部がフェルール（３２）に固定されており、前記増幅光導波ファイバ（３）の出力側端部がフェルール（３３）に固定されており、前記出力光導波ファイバ（４）の入力側端部がフェルール（３４）に固定されていることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第１４の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、フェルール（３１）により励起光導波ファイバ（２）の出力側端部の取り扱いが容易になる。また、フェルール（３２）により増幅光導波ファイバ（３）の入力側端部の取り扱いが容易になる。また、フェルール（３３）により増幅光導波ファイバ（３）の出力側端部の取り扱いが容易になる。また、フェルール（３４）により出力光導波ファイバ（４）の入力側端部の取り扱いが容易になる。

第１５の観点では、本発明は、前記第１４の観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記フェルール（３１〜３４）が、セラミックスまたは透明ガラスからなることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第１５の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、セラミックスの場合、光コネクタに使用されているジルコニアをそのまま流用できる利点がある。透明ガラスの場合、紫外線を良く透過させられるので、ファイバ（２，３，４）とフェルール（３１，３２，３３，３４）の接合に紫外線硬化型接着剤を使用できる利点がある。

第１６の観点では、本発明は、前記第１４または前記第１５の観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記増幅光導波路ファイバ（３）が、増幅媒体として希土類元素が添加されたコア（３ａ）と、前記コア（３ａ）の外側に設けた該コア（３ａ）より屈折率が低い内部クラッド（３ｂ）と、前記内部クラッド（３ｂ）の外側に設けた該内部クラッド（３ｂ）より屈折率が低い外部クラッド（３ｃ）とを有する場合に、前記増幅光導波ファイバ（３）の出力側端部の前記フェルール（３３）に挿入する部分の前記外部クラッド（３ｃ）を除去し、前記内部クラッド（３ｂ）と同じかそれよりも高い屈折率の接着剤（３５）により前記フェルール（３３）の挿入穴と前記内部クラッド（３ｂ）の間を充填し固めたことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第１６の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、増幅光導波ファイバ（３）の出力側端部の外部クラッド（３ｃ）を除去し、内部クラッド（３ｂ）と同じかそれよりも高い屈折率の接着剤（３５）でフェルール（３３）の挿入穴と内部クラッド（３ｂ）の間を充填し固めるため、内部クラッド（３ｂ）を伝播してきた残留励起光を効率よく外部に漏れ出させることが出来る。従って、増幅光導波ファイバ（３）の出力側端部とフェルール（３３）の接合部分に残留励起光で熱がこもることを抑制できる。なお、熱がこもると、接合部分の劣化が早まる。また、熱膨張により接合状態が変動し、出力特性が劣化する。

第１７の観点では、本発明は、前記第１６の観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記フェルール（３４）が透明ガラスからなる場合に、前記出力光導波ファイバ（４）の入力側端部を挿入する前記フェルール（３４）のファイバ挿入口が円錐形状に加工されると共に金メッキまたは銀メッキ（３６）がなされていることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第１７の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、増幅光導波ファイバ（３）から漏れ出す残留励起光（および前記第６の観点による軸ずらし接続を行った際に損失となった光）を金メッキまたは銀メッキ（３６）で外部へ反射・散乱させることが出来る。これにより、残留励起光（および前記第６の観点による軸ずらし接続を行った際に損失となった光）がフェルール（３４）の接着剤溜りの部分に入射し発熱させることを防止でき、信頼性の向上が図れる。

第１８の観点では、本発明は、前記第１４から前記第１７のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記フェルール（３１）の出力側端面と前記フェルール（３２）の入力側端面の少なくとも一方に円環状の溝（２７）を設け、前記フェルール（３１）の出力側端面と前記フェルール（３２）の入力側端面の前記溝（２７）より外側の部分を接着剤（３７）で接着し、前記フェルール（３３）の出力側端面と前記フェルール（３４）の入力側端面の少なくとも一方に円環状の溝（２８）を設け、前記フェルール（３３）の出力側端面と前記フェルール（３４）の入力側端面の前記溝（２８）より外側の部分を接着剤（３８）で接着したことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第１８の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、接着剤（３７）が光路に入り込むことを溝（２７）で防止することが出来る。また、接着剤（３８）が光路に入り込むことを溝（２８）で防止することが出来る。

第１９の観点では、本発明は、前記第１４から前記第１８のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記フェルール（３１）および前記フェルール（３２）を同径の円筒状とし、両者をスリーブ（４１）で保持し、前記フェルール（３３）および前記フェルール（３４）を同径の円筒状とし、両者をスリーブ（４２）で保持したことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第１９の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、励起光導波ファイバ（２）の出力側端部と増幅光導波ファイバ（３）の結合部をスリーブ（４１）によって保護することが出来る。また、増幅光導波ファイバ（３）の出力側端部と出力光導波ファイバ（４）の結合部をスリーブ（４２）によって保護することが出来る。なお、熱伝導性・熱容量が大きいスリーブを用いれば、結合損失による熱や残留励起光の漏れ出しによる熱を結合部から効率的に放熱させることが出来る。

第２０の観点では、本発明は、前記第１から前記第１９のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記増幅光導波ファイバ（３）と前記出力光導波ファイバ（４）の結合部に温調手段（１０）を設けたことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第２０の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、結合損失による熱や残留励起光の漏れ出しによる熱を温調手段（１０）で吸収することが出来る。また、結合部の温度を制御することで、出力側空隙（Ｓ）の距離（Ｌｓ）を制御できる。なお、出力側空隙（Ｓ）の距離（Ｌｓ）が変化すると、出力特性（波長，パワー，ノイズ）が変化する。

第２１の観点では、本発明は、前記第１から前記第２０のいずれかの観点による光ファイバレーザ光源（１００）において、前記増幅光導波ファイバ（３）の温調手段（５０）を設けたことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）を提供する。
上記第２１の観点による光ファイバレーザ光源（１００）では、増幅光導波ファイバ（３）の温度を制御することで、発振波長を制御できる。すなわち、増幅光導波ファイバ（３）を加熱することで発振波長を長波長側にシフトし、増幅光導波ファイバ（３）を冷却することで発振波長を短波長側にシフトすることが出来る。

本発明の光ファイバレーザ光源（１００）によれば、出力安定性を向上することが出来る。

実施例１に係る光ファイバレーザ光源１００を示す構成説明図である。 光ファイバレーザ光源１００を含む光ファイバレーザ光源２００を示す構成説明図である。 増幅光導波ファイバ３の断面図断面図である。 増幅光導波ファイバ３のパラメータを示す図表である。 励起光導波ファイバ２と増幅光導波ファイバ３の結合部を示す断面図である。 増幅光導波ファイバ３と出力光導波ファイバ４の結合部を示す断面図である。 増幅光導波ファイバ３と出力光導波ファイバ４の偏波軸同士の角度を示す説明図である。 出力側ハーフミラー膜８の反射率−波長特性図である。 光ファイバレーザ光源１００の出力スペクトル図である。 増幅光導波ファイバ３の出力側端部を無反射端末とした構成の説明図である。 増幅光導波ファイバ３の出力側端部を無反射端末８’とした構成での増幅光導波ファイバ３の出力スペクトル図である。 増幅光導波ファイバ３の出力側端部に出力側ハーフミラー膜８を設けた構成の説明図である。 増幅光導波ファイバ３の出力側端部に出力側ハーフミラー膜８を設けた構成での増幅光導波ファイバ３の出力スペクトル図である。 入力側空隙Ｎの距離Ｌｎと出力側空隙Ｓの距離Ｌｓとを１０μｍ，２０μｍ，３０μｍとした場合の平行平板共振器（ファブリペローエタロンフィルタ）の透過率−波長特性図である。 増幅光導波ファイバ３の長さＬ３を１５ｍ，１４ｍとした場合の出力スペクトル図である。 出力側ハーフミラー膜の反射率Ｒを５０％，４０％とした場合の出力スペクトル図である。 励起ＬＤ電流−ＳＨＧノイズ特性図である。 フェルール３３の挿入穴３３ａとフェルール３４の挿入穴３４ａの中心軸の位置ずれを示す説明図である。 出力光導波ファイバ４の切断し且つ軸ずらし融着した部分を示す断面図である。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

−実施例１−
図１は、実施例１に係る光ファイバレーザ光源１００の構成説明図である。
この光ファイバレーザ光源１００は、次の構成要素を備えている。
［イ］マルチモード光ファイバであり、半導体励起レーザ１が出力する励起光を導波する励起光導波ファイバ２、
［ロ］偏波保持型光ファイバであり、励起光導波ファイバ２から出力される励起光を入力して所定の波長帯域の放出光を放出すると共に光を導波する増幅光導波ファイバ３、
［ハ］偏波保持型光ファイバであり、増幅光導波ファイバ３から出力される光を導波する出力光導波ファイバ４、
［ニ］励起光導波ファイバ２の出力側端面に設けられ且つ増幅光導波ファイバ３の入力側端面との間に入力側空隙Ｎを形成し、所定の波長帯域の光を反射し且つ所定の波長帯域の光を透過する入力側フィルタ膜７、
［ホ］増幅光導波ファイバ３の出力側端面に設けられ且つ出力光導波ファイバ４の入力側端面との間に出力側空隙Ｓを形成し、所定の波長帯域の光を反射し且つ所定の波長帯域の光を透過し、入力側フィルタ膜７との間で第１光共振器Ｋ１を構成する出力側ハーフミラー膜８、
［へ］出力光導波路ファイバ４の内部に設けられ、入力側フィルタ膜７との間で第２光共振器Ｋ２を構成するファイバブラッググレーティング１４、
［ト］入力側空隙Ｎの距離Ｌｎおよび出力側空隙Ｓの距離Ｌｓが２０μｍ以下である、
［チ］ファイバブラッググレーティング１４より前段の出力光導波路ファイバ４の途中に設けられた偏波保持光ファイバ溶融カプラ型の偏光分離素子１３、
［リ］増幅光導波ファイバ３と出力光導波ファイバ４の結合部を温調する温調器１０、
［ヌ］増幅光導波ファイバ３を温調する温調器５０、
［ル］出力光導波ファイバ４から出力される出力光の一部を分岐するビームスプリッタ２１、
［ヲ］ビームスプリッタ２１で分岐された出力光を受光する受光素子２２，
［ワ］受光素子２２で出力光を監視し、半導体励起レーザ１を帰還制御する制御部２３。

なお、［ニ］の入力側フィルタ膜７の代わりに、増幅光導波ファイバ３の入力側端面に設けられ且つ励起光導波ファイバ２の出力側端面との間に入力側空隙Ｎを形成し、所定の波長帯域の光を反射し且つ所定の波長帯域の光を透過する入力側フィルタ膜を用いてもよい。

また、［ホ］の出力側ハーフミラー膜８の代わりに、出力光導波ファイバ４の入力側端面に設けられ且つ増幅光導波ファイバ３の出力側端面との間に出力側空隙Ｓを形成し、所定の波長帯域の光を反射し且つ所定の波長帯域の光を透過し、入力側フィルタ膜との間で第１光共振器Ｋ１を構成する出力側ハーフミラー膜を用いてもよい。

図２は、光ファイバレーザ光源１００を含む光ファイバレーザ光源２００の構成説明図である。
この光ファイバレーザ光源２００は、光ファイバレーザ光源１００の構成要素［イ］〜［ヌ］および次の構成要素を備えている。
［カ］出力光導波ファイバ４から出力される出力光の高調波光を出力するＳＨＧ素子５１、
［ヨ］ＳＨＧ素子５１から出力される出力光の一部を分岐するビームスプリッタ２１、
［タ］ビームスプリッタ２１で分岐された出力光を受光する受光素子２２，
［レ］受光素子２２で出力光を監視し、半導体励起レーザ１を帰還制御する制御部２３。

図３は、増幅光導波ファイバ３の断面図である。
増幅光導波路ファイバ３は、増幅媒体として希土類元素が添加されたコア３ａと、コア３ａの外側に設けた該コア３ａより屈折率が低い内部クラッド（石英クラッド）３ｂと、内部クラッド３ｂの外側に設けた該内部クラッド３ｂより屈折率が低い外部クラッド（樹脂クラッド）３ｃとを有するダブルクラッドＹｂファイバである。

図４は、増幅光導波ファイバ３のパラメータを示す図表である。
増幅光導波ファイバ３の長さＬ３は、例えば１〜１５ｍである。
増幅媒体として添加された希土類元素は、例えばイッテルビウムのイオンであり、波長９１５ｎｍの励起光により励起され、１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長帯域の放出光を発生する。

出力光導波ファイバ４は、９８０ＰＡＮＤＡファイバである。

図５は、励起光導波ファイバ２と増幅光導波ファイバ３の結合部の拡大断面図である。
励起光導波ファイバ２の出力側端部は、樹脂被覆が除去され、円筒状のフェルール３１に挿入され、クラッドの外周面がフェルール３１に例えばＵＶ硬化樹脂で接着されている。
フェルール３１は、セラミックスまたは透明ガラスからなる。

入力側フィルタ膜７は、励起光導波ファイバ２の出力側端部をフェルール３１に挿入した後、フェルール３１ごと励起光導波ファイバ２の出力側端面を研磨し、その研磨面に誘電体多層膜を形成して設けられる。
入力側フィルタ膜７は、励起光に対して透過率９５％以上で且つ放出光に対して反射率９５％以上である。例えば波長９１５ｎｍに対しては透過率９５％以上で且つ波長９００ｎｍ〜１２００ｎｍに対して反射率９５％以上である。

増幅光導波ファイバ３の入力側端部は、円筒状のフェルール３２に挿入され、外周面がフェルール３２に例えばＵＶ硬化樹脂で接着されている。
フェルール３２は、セラミックスまたは透明ガラスからなる。
フェルール３２の入力側端面には、円環状に溝２７が形成されている。

増幅光導波ファイバ３の入力側端部をフェルール３２に挿入した後、フェルール３２ごと増幅光導波ファイバ３の入力側端面を研磨し、その研磨面の溝２７より内側に反射防止膜１７が設けられる。反射防止膜１７は、例えば波長９５０ｎｍ〜１１５０ｎｍに応じたＡＲコートである。

励起光導波ファイバ２の出力側端部を挿入したフェルール３１は、金属製のスリーブ４１の中程までスリーブ４１に挿入される。
他方、増幅光導波ファイバ３の入力側端部を挿入したフェルール３２は、溝２７より外側の入力側端面に接着剤３７を塗布され、スリーブ４１に挿入され、フェルール３１に接着される。

図６は、増幅光導波ファイバ３と出力光導波ファイバ４の結合部の拡大断面図である。
増幅光導波ファイバ３の出力側端部は、外部クラッド３ｃが除去され、円筒状のフェルール３３に挿入され、内部クラッド３ｂの外周面がフェルール３３に接着剤３５で接着されている。
この接着剤３５は、内部クラッド３ｂと同じかそれよりも高い屈折率の接着剤であり、例えば屈折率を調整したＵＶ硬化樹脂である。
フェルール３３は、セラミックスまたは透明ガラスからなる。
フェルール３３の出力側端面には、円環状に溝２８が形成されている。

出力側ハーフミラー膜８は、増幅光導波ファイバ３の出力側端部をフェルール３３に挿入した後、フェルール３３ごと増幅光導波ファイバ３の出力側端面を研磨し、その研磨面の溝２８より内側に設けられる。

出力光導波ファイバ４の入力側端部は、樹脂被覆が除去され、円筒状のフェルール３４に挿入され、クラッドの外周面がフェルール３４に例えばＵＶ硬化樹脂で接着されている。
フェルール３４は、セラミックスまたは透明ガラスからなる。
フェルール３４が透明ガラスからなる場合、出力光導波ファイバ４の入力側端部を挿入するフェルール３４のファイバ挿入口が円錐形状に加工される。

出力光導波ファイバ４の入力側端部をフェルール３４に挿入した後、フェルール３４ごと出力光導波ファイバ４の入力側端面を研磨し、その研磨面に反射防止膜１８が設けられる。
フェルール３４が透明ガラスからなる場合、円錐形状に加工されたファイバ挿入口に金メッキまたは銀メッキ３６が施される。

出力光導波ファイバ４の入力側端部を挿入したフェルール３４は、金属製のスリーブ４２の中程までスリーブ４２に挿入される。
他方、増幅光導波ファイバ３の出力側端部を挿入したフェルール３３は、溝２８より外側の入力側端面に接着剤３８を塗布され、スリーブ４２に挿入され、フェルール３４に接着される。

増幅光導波ファイバ３と出力光導波ファイバ４の結合部を温調する温調器１０は、ペルチェ素子１０ａとサーミスタ１０ｂとからなる。

図示しないが、増幅光導波ファイバ３を温調する温調器５０は、ペルチェ素子とサーミスタとを備えると共に増幅光導波ファイバ３を収容するケースからなる。

図７に示すように、増幅光導波ファイバ３と出力光導波ファイバ４の偏波軸同士が０°または９０°になるように調整する。

図８は、出力側ハーフミラー膜８の反射率−波長特性図である。
出力側ハーフミラー膜８の反射率Ｒｓは、励起光の波長範囲を含み且つ放出光の波長帯域の中心の前後１００ｎｍ以上を含む範囲を含むブロードな波長範囲（波長９００ｎｍ〜１２００ｎｍ）に対して約５０％である。

ファイバブラッググレーティング１４の波長は、所望の出力光の波長とする。
図９は、ファイバブラッググレーティング１４の波長を例えば波長１１１２ｎｍとした構成における光ファイバレーザ光源１００の出力スペクトル図である。

図１０に示すように増幅光導波ファイバ３の出力側端部を無反射端末８’とした場合、増幅光導波ファイバ３の出力側端部からは図１１に示すように波長９１５ｎｍの励起光ｅと波長１０５０ｎｍ〜１１００ｎｍのブロードな放出光ｒが出力される。
図１２に示すようにように増幅光導波ファイバ３の出力側端部に出力側ハーフミラー膜８を設けて第１共振器Ｋ１を構成した場合、出力側ハーフミラー膜８の出力は図１３に示すようなスペクトルとすることが出来る。
すなわち、第１共振器Ｋ１を設けたことによって、１１００ｎｍよりも長い波長帯域でも出力の安定化・ノイズ低減が可能となる。

図１４の（ａ）は、平行平板共振器（ファブリペローエタロン）における空隙の距離ｄを１０μｍとしたときの透過率−波長特性図である。
空隙の距離ｄが１０μｍのとき、透過率のピーク間隔は約６０ｎｍになる。
図１４の（ｂ）は、平行平板共振器における空隙の距離ｄを２０μｍとしたときの透過率−波長特性図である。
空隙の距離ｄが２０μｍのとき、透過率のピーク間隔は約３０ｎｍになる。
図１４の（ｃ）は、平行平板共振器における空隙の距離ｄを３０μｍとしたときの透過率−波長特性図である。
空隙の距離ｄが３０μｍのとき、透過率のピーク間隔は約２０ｎｍになる。
光ファイバレーザ光源１００における入力側空隙Ｎと出力側空隙Ｓが平行平板共振器における空隙と同様の機能を奏するため、入力側空隙Ｎの距離Ｌｎと出力側空隙Ｓの距離Ｌｓを２０μｍ以下とすることで、透過率のピーク間隔が約３０ｎｍ以上となり、モードホップが起こりにくくなり、出力の安定性を向上できる。

図１５の（ａ）は、増幅光導波ファイバ３の長さＬ３を１５ｍとしたときの第１共振器Ｋ１の出力−波長特性図である。
図１５の（ｂ）は、増幅光導波ファイバ３の長さＬ３を１４ｍとしたときの第１共振器Ｋ１の出力−波長特性図である。
増幅光導波ファイバ３の長さＬ３は、所望の波長帯域の放出光を放出させるために調整される。

図１６の（ａ）は、出力側ハーフミラー膜８の反射率Ｒｓを約５０％としたときの第１共振器Ｋ１の出力−波長特性図である。
図１６の（ｂ）は、出力側ハーフミラー膜８の反射率Ｒｓを約４０％としたときの第１共振器Ｋ１の出力−波長特性図である。
出力側ハーフミラー膜８の反射率Ｒｓは、所望の波長帯域の放出光を放出させるために４％〜９０％の範囲で調整される。

図１７は、図２の光ファイバレーザ光源２００におけるＳＨＧ光ノイズ（ｒｍｓ）−励起ＬＤ電流特性図である。
励起ＬＤ電流を増やすと、Ｙｂ３＋の励起状態（反転分布状態）が安定することで、ノイズが低下する。
ＳＨＧ光ノイズ（ｒｍｓ）を例えば２．５％以下に抑えたい場合、励起ＬＤ電流を３．３Ａ以上にする必要がある。
しかし、励起ＬＤ電流を３．３Ａ以上にすると、出力光のパワーも大きくなってしまい、ＳＨＧ素子５１の寿命を短くしてしまうなどの問題を生じる。
そこで、図１８に示すように、フェルール３３とフェルール３４のファイバ挿入穴の中心軸をずらせておく。すると、増幅光導波ファイバ３のコア３ａと出力光導波路ファイバ４のコア４ａの中心軸がずれて、出力光のパワーを減衰させることが出来る。
また、図１９に示すように、出力光導波路ファイバ４の１カ所で切断し、軸ずらし融着すれば、出力光のパワーを減衰させることが出来る。

偏波分離素子１３は、増幅光導波ファイバ４に９８０ＰＡＮＤＡファイバ４’を隣接するように置いて、応力付与部の方向を互いに直角になるよう配置し、火炎等であぶり柔らかくして、増幅光導波ファイバ４と９８０ＰＡＮＤＡファイバ４’を融着させ、延伸して製作される。

偏波分離素子１３において、縦波は出力光導波ファイバ４を通過し、横波は隣接した９８０ＰＡＮＤＡファイバ４’に乗り移り、出て行く。この結果、縦波のみを通過させることが出来る。

増幅光導波ファイバ３と出力光導波ファイバ４の結合部では、結合損失による熱や残留励起光の漏れ出しによる熱を冷却すると共に温度変動による出力特性の変動を防ぐために、温調器１０で一定温度に温調する。

増幅光導波ファイバ３は、加熱すると波長が長くなる側に発振波長がシフトし、冷却すると波長が短くなる側に発振波長がシフトする。所望の発振波長が得られるように温調器５０で温調する。

実施例１の光ファイバレーザ光源１００によれば、第１光共振器Ｋ１と第２光共振器Ｋ２の２段階複合共振器構造とするため、出力安定性が高くなる。さらに、入力側空隙Ｎの距離Ｌｎおよび出力側空隙Ｓの距離Ｌｓを２０μｍ以下としたため、モードホップが起こりにくくなり、この点でも出力安定性が高くなる。

本発明の光ファイバレーザ光源は、レーザ顕微鏡装置，バイオ医療用分析装置，精密測定装置などに利用することが出来る。

１ 半導体励起レーザ
２ 励起光導波ファイバ
３ 増幅光導波ファイバ
４ 出力光導波ファイバ
７ 入力側フィルタ膜
８ 出力側ハーフミラー膜
１０ 温調器
１３ 偏波分離素子
１４ ファイバブラッググレーティング
１７，１８ 反射防止膜
２１ ビームスプリッタ
２２ 受光素子
２３ 制御部
２７，２８ 溝
３５ 接着剤
３７，３８ 接着剤
３１，３２ フェルール
３３，３４ フェルール
４１，４２ スリーブ
５０ 温調器
５１ ＳＨＧ素子
１００ 光ファイバレーザ光源
２００ 光ファイバレーザ光源
Ｋ１ 第１共振器
Ｋ２ 第２共振器
Ｎ 入力側空隙
Ｓ 出力側空隙

Claims (21)

1. ［イ］半導体励起レーザ（１）が出力する励起光を導波する励起光導波ファイバ（２）と、
   ［ロ］ 前記励起光導波ファイバ（２）から出力される励起光を入力して所定の波長帯域の放出光を放出すると共に光を導波する増幅光導波ファイバ（３）と、
   ［ハ］前記増幅光導波ファイバ（３）から出力される光を導波する出力光導波ファイバ（４）と、
   ［ニ］前記励起光導波ファイバ（２）の出力側端面に設けられ且つ前記増幅光導波ファイバ（３）の入力側端面との間に入力側空隙（Ｎ）を形成するか、又は、前記増幅光導波ファイバ（３）の入力側端面に設けられ且つ前記励起光導波ファイバ（２）の出力側端面との間に入力側空隙（Ｎ）を形成し、所定の波長帯域の光を反射し且つ所定の波長帯域の光を透過する入力側フィルタ膜（７）と、
   ［ホ］前記出力光導波ファイバ（４）の入力側端面に設けられ且つ前記増幅光導波ファイバ（３）の出力側端面との間に出力側空隙（Ｓ）を形成するか、又は、前記増幅光導波ファイバ（３）の出力側端面に設けられ且つ前記出力光導波ファイバ（４）の入力側端面との間に出力側空隙（Ｓ）を形成し、所定の波長帯域の光を反射し且つ所定の波長帯域の光を透過し、前記入力側フィルタ膜（７）との間で第１光共振器（Ｋ１）を構成する出力側ハーフミラー膜（８）と、
   ［へ］前記出力光導波路ファイバ（４）の内部に設けられ、前記入力側フィルタ膜（７）との間で第２光共振器（Ｋ２）を構成するファイバブラッググレーティング（１４）とを具備し、
   ［ト］前記入力側空隙（Ｎ）の距離（Ｌｎ）および前記出力側空隙（Ｓ）の距離（Ｌｓ）が２０μｍ以下である
   ことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
2. 請求項１に記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
   前記増幅光導波路ファイバ（３）は、増幅媒体として希土類元素が添加されたコア（３ａ）と、前記コア（３ａ）の外側に設けた該コア（３ａ）より屈折率が低い内部クラッド（３ｂ）と、前記内部クラッド（３ｂ）の外側に設けた該内部クラッド（３ｂ）より屈折率が低い外部クラッド（３ｃ）とを有することを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
3. 請求項１または請求項２に記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
   前記増幅光導波ファイバ（３）の長さ（Ｌ３）が、前記所定の波長帯域の放出光が放出されるように調整されていることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
   前記入力側フィルタ膜（７）は、前記励起光に対して透過率９５％以上で且つ前記放出光に対して反射率９５％以上であることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
   前記出力側ハーフミラー膜（８）は、前記放出光に対して反射率４％〜９０％であることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
   前記増幅光導波ファイバ（３）のコア（３ａ）と前記出力光導波路ファイバ（４）のコア（４ａ）の中心軸をずらせたことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
   前記出力光導波路ファイバ（４）の１カ所で切断し且つ軸ずらし融着したこと特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
   前記出力側ハーフミラー膜（８）と前記ファイバブラッググレーティング（１４）の間に、偏光分離手段（１３）を具備することを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
9. 請求項８に記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、前記偏光分離手段（１３）が、偏波保持光ファイバ溶融カプラ型の偏光分離素子（１３）からなることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記増幅光導波ファイバ（３）および前記出力光導波ファイバ（４）が、偏波保持型光ファイバであることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
11. 請求項１０に記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、前記増幅光導波ファイバ（３）と前記出力光導波ファイバ（４）の偏波軸同士が０°または９０°であることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記励起光導波ファイバ（２）の出力側端面または前記増幅光導波ファイバ（３）の入力側端面のうちの前記入力側フィルタ膜（７）が設けられていない方に反射防止膜（１７）が設けられていることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記増幅光導波ファイバ（３）の出力側端面または前記出力光導波路ファイバ（４）の入力側端面のうちの前記出力側ハーフミラー膜（８）が設けられていない方に反射防止膜（１８）が設けられていることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
14. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記励起光導波ファイバ（２）の出力側端部がフェルール（３１）に固定されており、前記増幅光導波ファイバ（３）の入力側端部がフェルール（３２）に固定されており、
    前記増幅光導波ファイバ（３）の出力側端部がフェルール（３３）に固定されており、前記出力光導波ファイバ（４）の入力側端部がフェルール（３４）に固定されていることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
15. 請求項１４に記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記フェルール（３１〜３４）が、セラミックスまたは透明ガラスからなることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
16. 請求項１４または請求項１５に記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記増幅光導波路ファイバ（３）が、増幅媒体として希土類元素が添加されたコア（３ａ）と、前記コア（３ａ）の外側に設けた該コア（３ａ）より屈折率が低い内部クラッド（３ｂ）と、前記内部クラッド（３ｂ）の外側に設けた該内部クラッド（３ｂ）より屈折率が低い外部クラッド（３ｃ）とを有する場合に、
    前記増幅光導波ファイバ（３）の出力側端部の前記フェルール（３３）に挿入する部分の前記外部クラッド（３ｃ）を除去し、前記内部クラッド（３ｂ）と同じかそれよりも高い屈折率の接着剤（３５）により前記フェルール（３３）の挿入穴と前記内部クラッド（３ｂ）の間を充填し固めたことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
17. 請求項１６に記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記フェルール（３４）が透明ガラスからなる場合に、
    前記出力光導波ファイバ（４）の入力側端部を挿入する前記フェルール（３４）のファイバ挿入口が円錐形状に加工されると共に金メッキまたは銀メッキ（３６）がなされていることを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
18. 請求項１４から請求項１７のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記フェルール（３１）の出力側端面と前記フェルール（３２）の入力側端面の少なくとも一方に円環状の溝（２７）を設け、前記フェルール（３１）の出力側端面と前記フェルール（３２）の入力側端面の前記溝（２７）より外側の部分を接着剤（３７）で接着し、
    前記フェルール（３３）の出力側端面と前記フェルール（３４）の入力側端面の少なくとも一方に円環状の溝（２８）を設け、前記フェルール（３３）の出力側端面と前記フェルール（３４）の入力側端面の前記溝（２８）より外側の部分を接着剤（３８）で接着したことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
19. 請求項１４から請求項１８のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記フェルール（３１）および前記フェルール（３２）を同径の円筒状とし、両者をスリーブ（４１）で保持し、
    前記フェルール（３３）および前記フェルール（３４）を同径の円筒状とし、両者をスリーブ（４２）で保持したことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
20. 請求項１から請求項１９のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記増幅光導波ファイバ（３）と前記出力光導波ファイバ（４）の結合部に温調手段（１０）を設けたことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。
21. 請求項１から請求項２０のいずれかに記載の光ファイバレーザ光源（１００）において、
    前記増幅光導波ファイバ（３）の温調手段（５０）を設けたことを特徴とする光ファイバレーザ光源（１００）。

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