JP2013197332A - 光回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】増幅用光ファイバからの出力の低下の原因をコンパクトかつ安価な構成により把握することができる光回路装置を提供する。
【解決手段】ファイバレーザ装置１は、励起光を供給する励起光源２０Ａ，２０Ｂと増幅用光ファイバ１２とを備えている。増幅用光ファイバ１２には、励起光を受けてレーザ発振光を生ずる第１の希土類元素（Ｙｂ）と、レーザ発振光とは異なる波長の監視光を生ずる第２の希土類元素（Ｅｒ）とが添加される。ファイバレーザ装置１は、増幅用光ファイバ１２を通過した光からレーザ発振光を分離する光分離器４０と、レーザ発振光の光強度を検出する光検出器４２と、増幅用光ファイバ１２を通過した光から監視光を分離する光分離器６０と、監視光の光強度を検出する光検出器６２と、レーザ発振光の光強度の変化と監視光の光強度の変化とを比較してフォトダークニングを検出するフォトダークニング検出部７０とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光回路装置に係り、特にファイバレーザとして利用可能な光回路装置に関するものである。

近年のファイバレーザの高出力化に伴って、ファイバレーザの利得媒体である希土類元素添加光ファイバへの励起光のパワーも大きくなっている。これに伴い、希土類元素添加光ファイバのコア損失が時間とともに増加し、ファイバレーザの出力が低下するフォトダークニングと呼ばれる現象が起きることが報告されている。フォトダークニング現象の詳細な原理は未だ解明されていないが、フォトダークニング現象は反転分布に依存しているという報告がある。

図１は、希土類元素添加光ファイバにおけるフォトダークニングによる損失を示すグラフである。破線は未使用のＹｂ添加光ファイバの損失、実線はフォトダークニングが生じた場合のＹｂ添加光ファイバの損失を示している。図１に示すように、フォトダークニングによる損失は、可視光の波長領域より短い波長になるほど増加する傾向がある。また、Ｙｂを利得媒体としたファイバレーザの発振波長としてよく使われる１０００ｎｍ程度の波長でも損失増加がみられる。

このように、フォトダークニングはファイバレーザの出力低下となる原因のひとつであるが、ファイバレーザの出力低下の原因としては、フォトダークニング以外にも、各光部品の損失増加や励起光源（半導体レーザ）の劣化および故障、出射光の光軸系のずれなどが考えられる。したがって、ファイバレーザの出力低下があった場合に、その原因がフォトダークニングであるか否かが判明するまでには、まず希土類元素添加光ファイバ以外の要素において異常や劣化がないことを確認し、その後、希土類元素添加光ファイバを装置から取り出し評価してその劣化を確認する必要があった。通常、高出力のファイバレーザでは、放熱のために希土類元素添加光ファイバを取り出しにくい構造になっており、希土類元素添加光ファイバを取り出すことが困難である場合が多い。このように、ファイバレーザの出力低下の原因の特定には多くの時間と手間が必要であった。

このようなフォトダークニングを検出する方法として、モニタリング光源からの光の強度を監視し、その光の強度の変動からフォトダークニングを検出する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法では、励起光源とは別にモニタリング光源として半導体レーザなどを接続する必要があり、モニタリング光源やその駆動回路、モニタリング光源へ電力を供給するためのハーネスなどを別途追加する必要が生じる。これにより、装置全体が大きくなってしまうだけでなく、装置の部品数や装置を作るための工数が増加するため、装置のコストが高くなってしまうという問題がある。

特開２０１０−２６３１８８号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、増幅用光ファイバからの出力の低下の原因をコンパクトかつ安価な構成により把握することができる光回路装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、増幅用光ファイバからの出力の低下の原因をコンパクトかつ安価な構成により把握することができる光回路装置が提供される。この光回路装置は、励起光を供給する励起光源と増幅用光ファイバとを備えている。上記増幅用光ファイバには、上記励起光源から供給された励起光を受けてレーザ発振光を生ずる第１の希土類元素と、上記励起光の供給に起因してレーザ発振光とは異なる波長の監視光を生ずる第２の希土類元素とが添加される。また、上記光回路装置は、上記増幅用光ファイバを通過した光から上記レーザ発振光を分離する第１の光分離器と、上記第１の光分離器により分離されたレーザ発振光の光強度を検出する第１の光検出器と、上記増幅用光ファイバを通過した光から上記監視光を分離する第２の光分離器と、上記第２の光分離器により分離された監視光の光強度を検出する第２の光検出器と、上記第１の光検出器により検出されたレーザ発振光の光強度の変化と上記第２の光検出器により検出された監視光の光強度の変化とを比較してフォトダークニングを検出するフォトダークニング検出部とを備える。

本発明の第２の態様によれば、増幅用光ファイバからの出力の低下の原因をコンパクトかつ安価な構成により把握することができる光回路装置が提供される。この光回路装置は、励起光を供給する励起光源と増幅用光ファイバとを備えている。上記増幅用光ファイバには、上記励起光源から供給された励起光を受けてレーザ発振光を生ずる第１の希土類元素と、上記励起光の供給に起因してレーザ発振光とは異なる波長の監視光を生ずる第２の希土類元素とが添加される。また、上記光回路装置は、上記レーザ発振光が伝播する光路からの漏れ光の光強度を検出する第１の光検出器と、上記増幅用光ファイバを通過した光から上記監視光を分離する光分離器と、上記光分離器により分離された監視光の光強度を検出する第２の光検出器と、上記第１の光検出器により検出された漏れ光の光強度の変化と上記第２の光検出器により検出された監視光の光強度の変化とを比較してフォトダークニングを検出するフォトダークニング検出部とを備える。

上記漏れ光は、上記レーザ発振光が伝播する光路上に設けられた融着接続部における損失光であってもよく、紫外光が照射された光ファイバのコアから漏れる散乱光であってもよい。また、上記レーザ発振光が伝播する光路から上記第１の光検出器に入射する上記漏れ光のうち、上記レーザ発振光の波長の光を透過させつつ上記監視光の波長の光を遮断するフィルタを設けてもよい。

また、上記励起光の供給に起因した、上記第１の希土類元素から上記第２の希土類元素へのエネルギー遷移による上記第２の希土類元素の自然放出または誘導放出により生ずる光を上記監視光として用いることができる。あるいは、上記第１の希土類元素の吸収帯と上記第２の希土類元素の吸収帯とは互いに部分的に重複している場合に、上記励起光の供給に起因した、上記第２の希土類元素の自然放出または誘導放出により生ずる光を上記監視光として用いることができる。

上記監視光の波長が上記レーザ発振光の波長よりも長い場合に、上記フォトダークニング検出部は、上記第１の光検出器により検出された光強度の低下が上記第２の光検出器により検出された光強度の低下よりも大きい場合にフォトダークニングが生じていると判断してもよい。また、上記フォトダークニング検出部は、上記第１の光検出器により検出された光強度の低下と上記第２の光検出器により検出された光強度の低下との差に基づいてフォトダークニングの進行レベルを判断してもよい。

さらに、上記光回路装置は、フォトダークニングが生じた上記増幅用光ファイバのコア損失を回復させるブリーチング光を照射可能なブリーチング光源と、上記フォトダークニング検出部によりフォトダークニングが検出されたことを受け、上記ブリーチング光源から上記ブリーチング光を上記増幅用光ファイバに供給するフォトブリーチング部とをさらに備えていてもよい。

ここで、上記励起光の供給に起因した、上記第１の希土類元素から上記第２の希土類元素へのエネルギー遷移による上記第２の希土類元素の自然放出または誘導放出により生ずる光を上記監視光として用いる場合には、上記第１の希土類元素としてＹｂ、上記第２の希土類元素としてＥｒを用いることができる。また、上記第１の希土類元素としてＴｍ、上記第２の希土類元素としてＨｏを用いることができ、あるいは、上記第１の希土類元素としてＹｂ、上記第２の希土類元素としてＰｒを用いることができる。

また、上記励起光の供給に起因した、上記第２の希土類元素の自然放出または誘導放出により生ずる光を上記監視光として用いる場合には、上記第１の希土類元素としてＹｂ、上記第２の希土類元素としてＥｒを用いることができる。この場合には、上記励起光の波長を９７０ｎｍ〜９８０ｎｍとすることが好ましい。

上記光回路装置は、上記フォトダークニング検出部の検出結果に基づいて上記励起光源の励起光の強度を制御する制御部をさらに備えていてもよい。

また、上記第２の希土類元素の濃度は上記第１の希土類元素の濃度よりも低いことが好ましい。また、上述した光分離器として、波長分割多重カプラ、タップカプラ、または波長分割多重カプラとタップカプラの組み合わせのいずれかを用いることができる。

本発明によれば、２種類の希土類元素が添加された増幅用光ファイバを用いることにより、レーザ発振光に加えてこれとは異なる波長を有する監視光を生じさせることができる。したがって、監視光用の光源を別に設けなくても監視光を生じさせることができ、部品数を増やすことも装置全体を大きくすることなく、出力低下の原因を把握することが可能となる。この結果、増幅用光ファイバの出力低下の原因を安価に把握することができる。

フォトダークニングによる損失の波長依存性を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態における光回路装置の構成を示す模式図である。 図２の光回路装置における増幅用光ファイバのエネルギー遷移図である。 ＹｂとＥｒとが添加された光ファイバの損失波長特性を示す図である。 本発明の第２の実施形態における光回路装置の構成を示す模式図である。 本発明の第３の実施形態における光回路装置の構成を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態における光回路装置の構成を示す模式図である。

以下、本発明に係る光回路装置の実施形態について図２から図７を参照して詳細に説明する。なお、図２から図７において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図２は、本発明の第１の実施形態における光回路装置としてのファイバレーザ装置１の構成を示す模式図である。図２に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置１は、光共振器１０と、光共振器１０の一方から光共振器１０に励起光を導入する複数の励起光源２０Ａと、励起光源２０Ａからの励起光を合波するコンバイナ２２Ａと、光共振器１０の他方から光共振器１０に励起光を導入する複数の励起光源２０Ｂと、励起光源２０Ｂからの励起光を合波するコンバイナ２２Ｂとを備えている。

光共振器１０は、増幅用光ファイバ１２と、増幅用光ファイバ１２の一端に接続された高反射ファイバブラッググレーティング（Fiber Bragg Grating（ＦＢＧ））１４と、増幅用光ファイバ１２の他端に接続された低反射ＦＢＧ１６とから構成されている。また、低反射ＦＢＧ１６から光共振器１０の外部に延びる光路３０の端部には、レーザ発振光を出射する光出射部３２が設けられている。

本実施形態では、高反射ＦＢＧ１４側と低反射ＦＢＧ１６側の双方に励起光源２０Ａ，２０Ｂとコンバイナ２２Ａ，２２Ｂが設けられており、双方向励起型のファイバレーザ装置となっているが、高反射ＦＢＧ１４側と低反射ＦＢＧ１６側のいずれか一方にのみ励起光源とコンバイナを設置することとしてもよい。

増幅用光ファイバ１２のコアには少なくとも２種類の希土類元素が添加されており、本実施形態では、Ｙｂ（イッテルビウム）とＥｒ（エルビウム）が添加された増幅用光ファイバ１２が用いられる。この場合において、ＹｂをＥｒよりも非常に高い濃度で添加することが好ましい。例えば、ＹｂとＥｒの比率が３０：１となるように添加する。なお、増幅用光ファイバ１２は、内部クラッドと、内部クラッドの屈折率よりも低い外部クラッドとを備えたダブルクラッド構造を有することが好ましい。

励起光源２０Ａ，２０Ｂとしては、例えば、波長９１５ｎｍの高出力マルチモード半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。励起光源２０Ａからの励起光は、コンバイナ２２Ａにより合波され、高反射ＦＢＧ１４側から増幅用光ファイバ１２に導入される。同様に、励起光源２０Ｂからの励起光は、コンバイナ２２Ｂにより合波され、低反射ＦＢＧ１６側から増幅用光ファイバ１２に導入される。

本実施形態における高反射ＦＢＧ１４および低反射ＦＢＧ１６は、レーザ発振光の波長に対応させて１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長の光を反射するように構成されている。高反射ＦＢＧ１４の反射率は９０％〜１００％であることが好ましく、低反射ＦＢＧ１６の反射率は３０％以下であることが好ましい。なお、本実施形態では、光共振器１０内でレーザ発振させるための反射手段としてＦＢＧを用いた例を説明するがミラーを反射手段として用いることもできる。

このような構成において、励起光源２０Ａ，２０Ｂから例えば９１５ｎｍの波長の励起光を増幅用光ファイバ１２に導入すると、増幅用光ファイバ１２のＹｂが励起され、１０００ｎｍ帯の波長の放出光を発する。このＹｂ放出光は、所定の共振条件を満たすように配置された高反射ＦＢＧ１４および低反射ＦＢＧ１６により１０００ｎｍ帯の波長でレーザ発振する。光共振器１０内で生じたレーザ発振光は、その一部が低反射ＦＢＧ１６で反射して増幅用光ファイバ１２に戻るが、そのほとんどが低反射ＦＢＧ１６を透過して光出射部３２から出射される。

ここで、図２に示すように、本実施形態においては、光出射部３２とコンバイナ２２Ｂとの間に、光共振器１０からの光のうち１０００ｎｍ帯の光、すなわちレーザ発振光の一部を分離する第１の光分離器４０が設けられている。この第１の光分離器４０には第１の光検出器４２が接続されており、この第１の光検出器４２は、第１の光分離器４０で分離されたレーザ発振光の光強度を検出するように構成されている。なお、第１の光分離器４０としては、例えば波長分割多重（ＷＤＭ）カプラやタップカプラ、あるいはこれらの組み合わせを用いることができ、第１の光検出器４２としては例えばフォトディテクタを用いることができる。

ところで、本実施形態における増幅用光ファイバ１２のコアには２種類の希土類元素Ｙｂ，Ｅｒが添加されている。図３は、この増幅用光ファイバ１２のエネルギー遷移図である。図３に示すように、Ｙｂ^３＋の^２Ｆ_５／２のエネルギー準位からＥｒ³⁺の⁴Ｉ_11/2のエネルギー準位へエネルギー遷移が生じることが知られている（例えば、W.L.Barnes
et al. "Er³⁺-Yb³⁺ and Er³⁺ Doped Fiber
Lasers," Journal of Lightwave Technology, Vol. 7, No. 10, October 1989,
pp. 1461-1465）。このため、励起光源２０Ａ，２０Ｂからの励起光によりＹｂ³⁺のエネルギー準位を高くすると、一部のエネルギーがＥｒ³⁺に遷移し、Ｅｒ³⁺のエネルギー準位が⁴Ｉ_11/2に励起される。励起されたＥｒ³⁺は非放射過程で⁴Ｉ_13/2に緩和し、１５００ｎｍ帯の増幅された自然放出光（ＡＳＥ）を発して基底状態⁴Ｉ_15/2に遷移する。ここでは、このようにして放出されるＥｒからの増幅された自然放出光または自然放出光により発生した誘導放出光を監視光と呼ぶこととする。

このように、本実施形態においては、増幅用光ファイバ１２に添加された希土類元素のうち、Ｙｂはレーザ発振光の利得媒体として光を増幅する役割を有し、Ｅｒはレーザ発振光とは異なる波長の光を放出する役割を有する。このため、励起光源２０Ａ，２０Ｂから励起光を増幅用光ファイバ１２に供給することにより、Ｙｂからは１０００ｎｍ帯の波長のレーザ発振光が生じ、Ｅｒからは１５００ｎｍ帯の監視光が生じる。ここで、高反射ＦＢＧ１４および低反射ＦＢＧ１６は、１５００ｎｍ帯の光を反射するようには構成されていないため、監視光は高反射ＦＢＧ１４および低反射ＦＢＧ１６を透過する。

ここで、図２に示すように、高反射ＦＢＧ１４から光共振器１０の外部に延びる光路５０の端部には、光共振器１０からの光のうち１５００ｎｍ帯の光、すなわち監視光の一部を分離する第２の光分離器６０が設けられている。この第２の光分離器６０には第２の光検出器６２が接続されており、この第２の光検出器６２は、第２の光分離器６０で分離された監視光の光強度を検出できるようになっている。なお、第２の光分離器６０としては、例えば波長分割多重（ＷＤＭ）カプラやタップカプラ、あるいはこれらの組み合わせを用いることができ、第２の光検出器６２としては例えばフォトディテクタを用いることができる。

図２に示すように、ファイバレーザ装置１は、第１の光検出器４２および第２の光検出器６２に接続されたフォトダークニング検出部７０を備えている。フォトダークニング検出部７０は、第１の光検出器４２で検出されたレーザ発振光の光強度と、第２の光検出器６２で検出された監視光の光強度とが入力される比較器を備えており、この比較器での比較結果に基づいてフォトダークニングを検出する。フォトダークニング検出部７０は、入力されたレーザ発振光と監視光の光強度の変化をそれぞれ算出し、これらの変化の比較結果を利用して以下のようにフォトダークニングの検出を行う。

光ファイバにフォトダークニングが生じた場合、図１に示すように、短波長側の１０００ｎｍ帯のレーザ出力には大きな損失が生じるが、１５００ｎｍ帯の光には影響がほとんどみられない。したがって、フォトダークニングが生じた場合には、１０００ｎｍ帯における出力低下の度合いと１５００ｎｍ帯における出力低下の度合いとに差が生じる。すなわち、レーザ発振光と監視光の光強度の比率は通常一定になるが、増幅用光ファイバ１２でフォトダークニングが生じた場合は、短波長であるレーザ発振光はフォトダークニングの影響を強く受け、長波長である監視光はその影響が小さいため、１０００ｎｍ帯における出力低下の度合いが１５００ｎｍ帯における出力低下の度合いよりも大きい場合にはフォトダークニングが生じていると推測できる。一方、１０００ｎｍ帯と１５００ｎｍ帯とで出力低下の度合いにあまり差がみられない場合には、その出力低下は波長依存性の低いものであると言えるので、その原因はフォトダークニング以外のもの（例えば励起光源の劣化など）であると判断できる。

本実施形態のフォトダークニング検出部７０は、上述したフォトダークニングによる損失の波長依存性を利用してフォトダークニングを検出する。すなわち、フォトダークニング検出部７０では、１０００ｎｍ帯のレーザ発振光の光強度の変化と１５００ｎｍ帯の監視光の光強度の変化とを比較し、レーザ発振光の光強度の低下が監視光の光強度の低下よりも大きい場合にフォトダークニングが生じていると判断する。さらに、フォトダークニング検出部７０は、レーザ発振光の光強度の低下と監視光の光強度の低下との差が大きくなればなるほどフォトダークニングが進行していると判断する。

このように、本実施形態においては、２種類の希土類元素Ｙｂ，Ｅｒが添加された増幅用光ファイバ１２を用いることにより、レーザ発振光に加えてこれとは異なる波長を有する監視光を生じさせることができる。したがって、監視光用の光源を別に設けなくても監視光を生じさせることができ、部品数を増やすことも装置全体を大きくすることなく出力低下の原因を把握することが可能となる。この結果、増幅用光ファイバ１２の出力低下の原因を安価に把握することができる。

また、フォトダークニングによる損失の波長依存性を利用することで、出力低下の原因がフォトダークニングによるものか、その他の要因によるものかを容易に判断することができ、修理などの対応を迅速に行うことができる。また、ファイバレーザ装置１を光ファイバの評価試験に用いた場合には、フォトダークニングのレベルを容易に監視することが可能となる。

図２に示す例では、高反射ＦＢＧ１４から光共振器１０の外部に延びる光路５０上に第２の光分離器６０が設けられていたが、第２の光分離器６０の設置位置はこれに限られず、監視光が存在する場所であればどこであってもよい。例えば、低反射ＦＢＧ１６から延びる光路３０上や光共振器１０の内部に第２の光分離器６０を設けることも可能である。

上述したように、本実施形態では、増幅用光ファイバ１２に添加する２種類の希土類元素として、励起光源から供給された励起光を受けてレーザ発振光を生ずるＹｂ（第１の希土類元素）と、Ｙｂからのエネルギー遷移によりレーザ発振光とは異なる波長の監視光を生ずるＥｒ（第２の希土類元素）とを用いているが、これら第１の希土類元素と第２の希土類元素の組み合わせはこれに限られるものではない。同様の特性を有する希土類元素の組み合わせとしては、第１の希土類元素としてＴｍ（ツリウム）、第２の希土類元素としてＨｏ（ホルミウム）の組み合わせ、あるいは、第１の希土類元素としてＹｂ（イッテルビウム）、第２の希土類元素としてＰｒ（プラセオジム）の組み合わせなどが考えられる。

また、上述した実施形態では、励起光の供給により生ずるＹｂからＥｒへのエネルギー遷移を利用してＥｒから監視光を放出させたが、これ以外の方法によりＥｒから監視光を生じさせることもできる。図４には、ＹｂとＥｒとが添加された光ファイバの損失波長特とＥｒが添加された光ファイバの損失波長特性が示されているが、図４に示すように、実質的に９７０ｎｍ〜９８０ｎｍの波長において両者の吸収帯が重複している。したがって、９７０ｎｍ〜９８０ｎｍの波長の励起光を用いた場合には、ＹｂとＥｒの双方が自然放出と、自然放出に伴う誘導放出を生じ、Ｙｂからは１０００ｎｍ帯の光、Ｅｒからは１５００ｎｍ帯の光をそれぞれ放出させることができ、Ｅｒの自然放出光と自然放出に伴う誘導放出光を監視光として用いることができる。このように、２種類の希土類元素の自然放出と自然放出に伴う誘導放出を利用してレーザ発振光と監視光を生成することもできる。

図５は、本発明の第２の実施形態における光回路装置としてのファイバレーザ装置１０１の構成を示す模式図である。図５に示すように、本実施形態のファイバレーザ装置１０１は、第１の実施形態の構成に加えて、フォトダークニング検出部７０の検出結果に基づいて励起光源２０Ａ，２０Ｂの励起光の出力を制御する制御部１８０を備えている。この制御部１８０は、フォトダークニング検出部７０の検出結果に応じて励起光源２０Ａ，２０Ｂの駆動電流を制御し、励起光源２０Ａ，２０Ｂからの励起光の強度を調整する。このような構成により、レーザ発振光および／または監視光の光強度の低下に応じて励起光の強度を調整することができる。例えば、レーザ発振光および／または監視光の光強度が低下した場合に、励起光源２０Ａ，２０Ｂからの励起光の強度を上げることにより、光出射部３２からの出力状態を一定に維持することができる。

図６は、本発明の第３の実施形態における光回路装置としてのファイバレーザ装置２０１の構成を示す模式図である。図６に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置２０１では、第１の実施形態における励起光源２０Ａの一部に代えてフォトブリーチング光源２８０を設け、このフォトブリーチング光源２８０の出力を制御するフォトブリーチング部２８２が追加されている。

フォトブリーチング光源２８０は、フォトダークニングが生じた増幅用光ファイバ１２のコア損失を回復させるブリーチング光を照射するものである。フォトブリーチング光源２８０としては、例えば波長４０７ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。フォトブリーチング光源２８０からのブリーチング光は、コンバイナ２２Ａにより合波され、高反射ＦＢＧ１４側から増幅用光ファイバ１２に導入される。なお、図６では、フォトブリーチング光源２８０を高反射ＦＢＧ１４側に設けた例を示しているが、フォトブリーチング光源２８０を低反射ＦＢＧ１６側に設けてもよい。

フォトブリーチング部２８２は、フォトダークニング検出部７０に接続されており、フォトダークニング検出部７０でのフォトダークニング検出結果に基づいてフォトブリーチング光源２８０を制御する。すなわち、このフォトダークニング検出部７０においてフォトダークニングが検出されると、フォトブリーチング部２８２は、フォトブリーチング光源２８０を駆動してブリーチング光を増幅用光ファイバ１２に供給する。これにより、フォトダークニングが生じた増幅用光ファイバ１２のコア損失の回復が行われる。

このように、本実施形態によれば、増幅用光ファイバ１２にフォトダークニングが検出された場合に、増幅用光ファイバ１２のコア損失を回復させるブリーチング光を増幅用光ファイバ１２に照射することができるので、フォトダークニングによる影響を軽減または解消することが可能である。

図７は、本発明の第４の実施形態における光回路装置としてのファイバレーザ装置３０１の構成を示す模式図である。図７に示すように、本実施形態におけるファイバレーザ装置３０１では、低反射ＦＢＧ１６から光共振器１０の外部に延びる光路３０上に融着接続部３４０が設けられている。この融着接続部３４０の近傍には、融着接続部３４０からの漏れ光の光強度を検出する第１の光検出器３４２が設けられている。この第１の光検出器３４２としては例えばフォトディテクタを用いることができる。

また、第１の実施形態と同様に、高反射ＦＢＧ１４から光共振器１０の外部に延びる光路５０の端部には、監視光の一部を分離する光分離器６０が設けられており、この光分離器６０には第２の光検出器６２が接続されている。この第２の光検出器６２により監視光の光強度が検出される。

このような構成において、レーザ発振光は光路３０上を光共振器１０から光出射部３２に向けて伝播するが、融着接続部３４０にてその一部が漏れ光（損失光）として外部に漏れる。この漏れ光にはレーザ発振光のほかにＥｒからの監視光も含まれるが、ＹｂをＥｒよりも非常に高い濃度で添加した増幅用光ファイバ１２を用いれば、漏れ光の成分としてはレーザ発振光が支配的となり、第１の光検出器３４２にて検出される光強度はほぼレーザ発振光の光強度とみなすことができる。したがって、フォトダークニング検出部７０において、第１の光検出器３４２により検出された漏れ光の光強度の変化と第２の光検出器６２により検出された監視光の光強度とを比較することにより、上述した第１の実施形態と同様に、フォトダークニングを検出することができる。すなわち、本実施形態におけるフォトダークニング検出部７０は、漏れ光の光強度の低下が監視光の光強度の低下よりも大きい場合にフォトダークニングが生じていると判断し、漏れ光の光強度の低下と監視光の光強度の低下との差が大きくなればなるほどフォトダークニングが進行していると判断する。

なお、漏れ光に含まれる監視光の成分による検出精度の低下が懸念される場合には、図７に示すように、融着接続部３４０と第１の光検出器３４２との間にフィルタ３８０を挿入すればよい。すなわち、第１の光検出器３４２に入射する漏れ光のうち、レーザ発振光の波長（１０００ｎｍ帯）を透過させつつ監視光の波長（１５００ｎｍ帯）を遮断するフィルタ３８０を挿入すれば、第１の光検出器３４２にはレーザ発振光のみが入射することとなり、より精度の高い検出が可能となる。

また、出力の高いレーザ発振光が伝播する場合には、融着接続部３４０ではなく、光路３０のファイバ自体からの漏れ光を第１の光検出器３４２により検出するようにしてもよい。そのような場合には、融着接続部３４０を設ける必要がないが、本実施形態のように融着接続部３４０からの損失光を利用すれば、より多くの光量を得ることができる。

さらに、第１の光検出器３４２における検出光量を増やしたい場合には、光路３０としてコアに紫外光が照射された光ファイバを用い、その光ファイバのコアから漏れる散乱光を第１の光検出器３４２により検出してもよい。そのような構成によれば、その紫外光照射領域において散乱光の光量を増加させることができる。

なお、本実施形態における融着接続部３４０、第１の光検出器３４２、フィルタ３８０などの構成を、上述した第２の実施形態や第３の実施形態に適用できることは言うまでもない。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。例えば、上述した各実施形態においては、光回路装置の一例としてファイバレーザ装置を説明したが、本発明はファイバレーザに限られるものではなく、例えば、本発明を光ファイバ増幅器に適用することも可能である。

１ ファイバレーザ装置
１０ 光共振器
１２ 増幅用光ファイバ
１４ 高反射ＦＢＧ
１６ 低反射ＦＢＧ
２０Ａ，２０Ｂ 励起光源
２２Ａ，２２Ｂ コンバイナ
３０ 光路
３２ 光出射部
４０ 第１の光分離器
４２ 第１の光検出器
５０ 光路
６０ 第２の光分離器
６２ 第２の光検出器
７０ フォトダークニング検出部
１０１ ファイバレーザ装置
１８０ 制御部
２０１ ファイバレーザ装置
２８０ フォトブリーチング光源
２８２ フォトブリーチング部
３０１ ファイバレーザ装置
３４０ 融着接続部
３４２ 第１の光検出器
３８０ フィルタ

Claims (14)

1. 励起光を供給する励起光源と、
   前記励起光源から供給された励起光を受けてレーザ発振光を生ずる第１の希土類元素と、前記励起光の供給に起因してレーザ発振光とは異なる波長の監視光を生ずる第２の希土類元素とが添加された増幅用光ファイバと、
   前記増幅用光ファイバを通過した光から前記レーザ発振光を分離する第１の光分離器と、
   前記第１の光分離器により分離されたレーザ発振光の光強度を検出する第１の光検出器と、
   前記増幅用光ファイバを通過した光から前記監視光を分離する第２の光分離器と、
   前記第２の光分離器により分離された監視光の光強度を検出する第２の光検出器と、
   前記第１の光検出器により検出されたレーザ発振光の光強度の変化と前記第２の光検出器により検出された監視光の光強度の変化とを比較してフォトダークニングを検出するフォトダークニング検出部と、
   を備えたことを特徴とする光回路装置。
2. 励起光を供給する励起光源と、
   前記励起光源から供給された励起光を受けてレーザ発振光を生ずる第１の希土類元素と、前記励起光の供給に起因してレーザ発振光とは異なる波長の監視光を生ずる第２の希土類元素とが添加された増幅用光ファイバと、
   前記レーザ発振光が伝播する光路からの漏れ光の光強度を検出する第１の光検出器と、
   前記増幅用光ファイバを通過した光から前記監視光を分離する光分離器と、
   前記光分離器により分離された監視光の光強度を検出する第２の光検出器と、
   前記第１の光検出器により検出された漏れ光の光強度の変化と前記第２の光検出器により検出された監視光の光強度の変化とを比較してフォトダークニングを検出するフォトダークニング検出部と、
   を備えたことを特徴とする光回路装置。
3. 前記漏れ光は、前記光路上に設けられた融着接続部における損失光を含むことを特徴とする請求項２に記載の光回路装置。
4. 前記漏れ光は、紫外光が照射された光ファイバのコアから漏れる散乱光を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の光回路装置。
5. 前記光路から前記第１の光検出器に入射する前記漏れ光のうち、前記レーザ発振光の波長の光を透過させつつ前記監視光の波長の光を遮断するフィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の光回路装置。
6. 前記監視光は、前記励起光の供給に起因した、前記第１の希土類元素から前記第２の希土類元素へのエネルギー遷移による前記第２の希土類元素の自然放出または誘導放出により生ずることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光回路装置。
7. 前記第１の希土類元素の吸収帯と前記第２の希土類元素の吸収帯とは互いに部分的に重複しており、前記監視光は、前記励起光の供給に起因した、前記第２の希土類元素の自然放出または誘導放出により生ずることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光回路装置。
8. 前記監視光の波長は、前記レーザ発振光の波長よりも長く、
   前記フォトダークニング検出部は、前記第１の光検出器により検出された光強度の低下が前記第２の光検出器により検出された光強度の低下よりも大きい場合にフォトダークニングが生じていると判断することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光回路装置。
9. 前記フォトダークニング検出部は、前記第１の光検出器により検出された光強度の低下と前記第２の光検出器により検出された光強度の低下との差に基づいてフォトダークニングの進行レベルを判断することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光回路装置。
10. フォトダークニングが生じた前記増幅用光ファイバのコア損失を回復させるブリーチング光を照射可能なブリーチング光源と、
    前記フォトダークニング検出部によりフォトダークニングが検出されたことを受け、前記ブリーチング光源から前記ブリーチング光を前記増幅用光ファイバに供給するフォトブリーチング部と、
    をさらに備えた請求項１から９のいずれか一項に記載の光回路装置。
11. 前記第１の希土類元素がＹｂであり、前記第２の希土類元素がＥｒであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の光回路装置。
12. 前記励起光の波長が９７０ｎｍ〜９８０ｎｍであることを特徴とする請求項１１に記載の光回路装置。
13. 前記フォトダークニング検出部の検出結果に基づいて前記励起光源の励起光の強度を制御する制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の光回路装置。
14. 前記第２の希土類元素の濃度は前記第１の希土類元素の濃度よりも低いことを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の光回路装置。
    

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