JPH07135361A - ファイバー伝送励起型レーザー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来大出力レーザーでは使用できなかったフ
ァイバー伝送を大出力レーザーでも可能とし、従来の複
雑な伝送光学系を用いることなく、簡便で安価で高効率
の大出力のフィバー伝送励起型レーザー装置を提供す
る。 【構成】 光ファイバー（５）によって伝送された励起
用レーザービーム（３）をレーザー媒質（９）に照射し
て励起しレーザー発振させるファイバー伝送励起型レー
ザー装置において、励起用レーザービーム（３）が入射
される光ファイバー（５）の入射側端部に、光ファイバ
ー（５）の口径が光ファイバー（５）の出射側へ向かっ
て小さくなるテーパー部（１５）が形成されていること
を特徴する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファイバー伝送励起型
レーザー装置に係り、特に、光ファイバーによって伝送
された励起用レーザービームを液体、固体、気体等のレ
ーザー媒質に照射して励起しレーザー発振させるファイ
バー伝送励起型レーザー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、他の励起用レーザービームにより
レーザー媒質を励起しレーザー発振を得るレーザー装置
のほとんどは、レンズとミラーを組み合わせた光学シス
テムにより、励起用レーザービームを液体、固体、気体
等のレーザー媒質にまで伝送している。しかし、この方
法では、励起用レーザーと被励起用レーザーの位置関係
が制限され、さらに、伝送光学系が複雑になるという欠
点が有る。また、光学系が複雑になるとビームの伝送効
率も低下することになる。

【０００３】一方、このような光学システムを用いない
で、図３に示すように、光ファイバー２０を励起用レー
ザービームの伝送に用いる方法がある。この方式は、伝
送光学系が非常に簡単になり、伝送効率が高くできると
ともに励起用レーザーと励起用レーザーの位置関係が制
限されないという利点を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光ファ
イバー２０に損傷を与えることなく通すことができる励
起用レーザービームのパワーには制限がある。このた
め、これまでのところ、大出力レーザーのファイバー伝
送は実現されていない。

【０００５】伝送されるレーザービームのパワーが制限
されることは、ファイバーの径を大きくすることにより
改善することが可能である。しかし、ファイバーの径を
大きくすると、例えば曲げ等の取り扱いが困難になり、
励起用レーザーと被励起用レーザーの位置関係が制限さ
れることになる。さらに、出射側の口径が大きくなると
集光レンズで集光したあとの径も大きくなり、レーザー
媒質の励起効率も低下する。このため、励起効率を低下
させないためにはファイバーの径、特に、出射側の径を
できるだけ小さくする必要がある。したがって結局、出
射側の口径を大きくすることができず、大出力レーザー
に対してはファイバーを励起用レーザービームの伝送用
に使用することができないという問題点があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上記従来技術の
有する問題を解消し、従来大出力レーザーでは使用でき
なかったファイバー伝送を大出力レーザーでも可能と
し、従来の複雑な伝送光学系を用いることなく、簡便で
安価で高効率の大出力のフィバー伝送励起型レーザー装
置を提供することを目的とする。 ［発明の構成］

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるフィバー伝送励起型レーザー装置は、
光ファイバーによって伝送された励起用レーザービーム
をレーザー媒質に照射して励起しレーザー発振させるフ
ァイバー伝送励起型レーザー装置において、励起用レー
ザービームが入射される前記光ファイバーの入射側端部
に、前記光ファイバーの口径が前記光ファイバーの出射
側へ向かって小さくなるテーパー部が形成されているこ
とを特徴する。

【０００８】また、ファイバーの入射側の口径を出射側
の口径を出射側より大きくし、途中にテーパー部を設け
ることが好適である。

【０００９】また、光ファイバーの入射側端面、及び出
射側端面の少なくとも一方を、励起用レーザービームの
波長に対する無反射コートを施すことが好適である。

【００１０】

【作用】励起用レーザービームが入射される前記光ファ
イバーの入射側端部に、前記光ファイバーの口径が前記
光ファイバーの出射側へ向かって小さくなるテーパー部
が形成されているので、光ファイバーの入射側端部にお
ける励起用レーザービームのパワー密度を低くすること
ができ、光ファイバーの入射側端部で生じやすい損傷を
防止することができる。

【００１１】また、テーパー部が形成されているので、
テーパー部のテーパー形状に合わせて励起用レーザービ
ームを集光することにより、励起用レーザービームを光
ファイバーの入射側端面で集光させず、集光レンズの焦
点面の位置を光ファイバーの入射側端面の位置からずら
すことが可能になる。これによって、光ファイバーの入
射側端面における強度分布を滑らかにすることができ、
光ファイバーの入射側端部で生じやすい損傷を防止する
ことができる。

【００１２】ファイバー径が小さいと大出力レーザービ
ームを通すことができない最大の原因は、ファバーの入
射部にある。以下にその理由を説明する。

【００１３】ファイバーに通すことができる最大パワー
は、理想的には、そのレーザーパワーをファイバー断面
積で割った値（パワー密度）がファイバー材料の限界を
越えない条件で決められる。ファイバー中は、光の強度
分布は、ほぼ一様になっており、この条件で最大パワー
が決定されるが、ファイバー入射部には、レンズ等で集
光してレーザービームを入射するため、光強度分布が不
均一になる。図４に、入射端面上でのレーザービームの
強度分布の一例を示す。このような分布をしていると、
強度の最も高いところでの値でファイバー耐力が制限さ
れてしまい、理想的な最大パワーの数分の１以下のレー
ザーパワーしか通すことができなくなる。さらに、ファ
イバーの周辺部の耐力は中心部に比べ低くなっており、
ビームをファイバー径よりもかなり細くなるように集光
する必要があり、その結果、通せるビームのパワーは、
更に小さくなってしまい、理想的な値の１０分の１程度
になってしまう。

【００１４】よって、本発明は、ファイバーの入射側の
口径を大きくすることにより、入射部でのレーザービー
ムの最大パワーを高くして、その後ファイバーをテーパ
ー状にすることにより、伝送ロスをなくしてファイバー
径を細くするようにしている。ファイバーの中では、光
は、ランダムに伝わるため、強度分布は一様により、フ
ァイバー径を理想的な値にまで細くすることができ、フ
ァイバーの取り扱いは容易になり、値段も安くなるとと
もに、出射側の口径が小さくなり、レーザー媒質集光照
射したときのパワー密度を高くでき、レーザー媒質の励
起効率が高くなり、その結果発振効率も高くなる。

【００１５】また、ファイバー入射部、出射部の端面に
無反射コートを行うことにより伝送効率を更に高くする
ことができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明によるファイバ
ー伝送励起型レーザー装置の実施例を説明する。図１
に、本発明のファイバー伝送励起型レーザー装置の第１
実施例を示す。ここでは、レーザー媒質として色素溶液
を用いた場合を例にあげる。本実施例によるファイバー
伝送励起型レーザー装置は、色素レーザー発振器１と色
素レーザー増幅器２とから構成されている。励起用レー
ザーとして例えば金属蒸気レーザー（図示しない）から
でたレーザービーム３は、入射用集光レンズ４によって
光ファイバー５の入射側端面６の近傍に集光される。励
起用レーザービーム３は、光ファイバー５によって伝送
されて光ファイバー５の出射側端面７から出射され、集
光用レンズ８によってレーザー媒質９へ横から集光され
る。

【００１７】色素レーザー発振器１には、出力ミラー１
０とグレーティング１１によってレーザ共振器が、レー
ザー媒質９が励起される方向と垂直な方向に形成されて
いる。このレーザ共振器内には、エタロン板１２および
ビーム拡大器１２が設けられている。エタロン板１２に
よって、グレーティング１１によっておおまかに選択さ
れた発振波長幅の中からさらに発振波長が微調選択され
る。また、ビーム拡大器１２によって、グレーティング
１１による波長選択性を上げるとともにレーザー媒質９
の励起の効率化が図られる。出力ミラー１０から出射さ
れたレーザービームは色素レーザー増幅器２における励
起されたレーザー媒質９を通るようになっている。

【００１８】光ファイバー５の入射側端部には、入射側
端面６から光ファイバー５の口径が光ファイバーの出射
側端面７へ向かって小さくなるテーパー部１５が形成さ
れている。テーパー部１５に続く光ファイバー５の部分
は、テーパー部１５の出口側端部における細い口径のま
ま出射側端面７まで続いており、光ファイバーの出射側
端面７の口径は入射側端面６の口径より小さくなってい
る。

【００１９】入射用集光レンズ４の焦点面の位置は、以
下の理由により入射側端面６の位置からはずれている。
入射用集光レンズ４による集光径を絞れば絞るほどレン
ズの球面収差等の影響が大きくなり、端面６上での光強
度分布は、図４の（ａ）あるいは（ｂ）で示すように局
部的に強い強度を有する分布になる。これに対して、レ
ンズ４の焦点面の位置を入射側端面６の位置から少しは
ずして入射側端面６における集光径を大きくすると、図
５に示すように入射側端面６上における光強度分布は滑
らかになる。そこで、入射用集光レンズ４の焦点面の位
置を入射側端面６の位置より光ファイバー５の内側へず
れるようにして、入射側端面６上におけるピーク強度を
低減してある。入射側端面６上における光強度分布を滑
らかにすることによってピーク強度を低減させる手法
は、集光径を大きくすることによってピーク強度を低減
させる以上に効果的である。

【００２０】本実施例の構成によれば、光ファイバー５
の入射側端部にテーパー部１５が形成されているので、
励起用レーザービーム３の伝送用の光ファイバーとして
細い口径の光ファイバー５を使用する場合においても、
光ファイバー５の入射側端部における伝送ロスを生じさ
せることなく、入射側端面６上における光ファイバー５
の損傷を生じさせないようにすることができる。

【００２１】また、テーパー部１５のテーパー形状に合
わせて励起用レーザービームを集光することにより、集
光レンズ４の焦点面の位置を光ファイバー５の入射側端
面６の位置からずらして集光することができる。この結
果、光ファイバー５の入射側端面６における強度分布を
滑らかにすることができ、光ファイバーの入射側端部で
生じやすい損傷を防止することができる。これにより、
入射側端面６の口径を出射側端面７の口径より大きくし
口径比を変えることで入射側端面６における単位面積当
たりのパワー密度を下げるとともに入射側端面６におけ
る強度分布を滑らかにすることにより、利用できるパワ
ーの許容範囲を広げることができる。

【００２２】光ファイバー５の入射側端部にテーパー部
１５が形成されているので、励起用レーザービーム３の
伝送用の光ファイバーとして細い口径の光ファイバー５
を使用することが可能になり、この結果、光ファイバー
５の取り扱いが容易になるとともに、低価格で光学系を
構成することができる。

【００２３】また、細い口径の光ファイバー５を使用す
ることが可能になるので出射側の口径を小さくできる。
この結果、光ファイバー５の出射側端面８から出射され
て出射集光レンズ８によって集光されたレーザービーム
を高いパワー密度でレーザー媒質９に照射することがで
き、レーザー媒質の励起効果が高くなり、発振効率も高
くすることができる。

【００２４】次に図２を参照して本発明の第２実施例に
ついて説明する。ここでは、複数の励起用レーザー３
ａ、３ｂ、３ｃを一本の光ファイバー５中に入射する場
合の例を示している。入射側端部には、テーパー部１５
が形成されている。入射側端面６へ複数のレーザービー
ムをそれぞれ集光レンズ４ａ、４ｂ、４ｃで入射側面６
上に集光照射し、テーパー部１５の形状に沿って光ファ
イバー５へ導かれる。その後の動作は第１実施例の場合
と同様である。

【００２５】本実施例の構成によれば、入射側端部にテ
ーパー部１５が形成されているので、複数の励起用レー
ザー３ａ、３ｂ、３ｃを集光レンズ４ａ、４ｂ、４ｃに
よって容易に光ファイバー５中へ導くことができる。こ
の結果、励起用レーザービームを高いパワー密度でレー
ザー媒質９に照射することができる。

【００２６】なお、以上の実施例において、金属蒸気レ
ーザーと色素レーザーを例にあげて説明したが、励起用
レーザーとしては、半導体レーザー、ガスレーザー、固
体レーザー等何を用いてもよい。

【００２７】また、レーザー媒質としては、色素溶液に
限らず、チタンサファイア等の固体レーザー用の固体、
あるいは、ガスを用いてもよい。

【００２８】また、以上の実施例において、光ファイバ
ーの端面を無反射コートすることにより、励起用レーザ
ービームの伝送効率を高くすることが可能である。ま
た、テーパー部１５は、光ファイバー５の一部に設けて
もよく、あるいは光ファイバー５の全体の長さに渡って
設けてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光ファイバーの入射側端部にテーパー部が形成されてい
るので、励起用レーザービームの伝送用の光ファイバー
として細い口径の光ファイバーを使用する場合において
も、光ファイバーの入射側端部における伝送ロスを生じ
させることなく、入射側端面上における光ファイバーの
損傷を生じさせないようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるファイバー伝送励起型レーザー装
置の第１実施例の概略構成を示す図。

【図２】本発明によるファイバー伝送励起型レーザー装
置の第２実施例の概略構成の一部を示す図。

【図３】従来のファイバー伝送励起型レーザー装置の概
略構成を示す図。

【図４】励起用レーザービームを集光レンズでファイバ
ーの入射端面上に集光した時の光強度分布の例を示す
図。

【図５】励起用レーザービームを集光レンズでファイバ
ーの入射端面上に焦点面をはずし大きな集光径で集光し
た時の光強度分布の例を示す図。

【符号の説明】

１ 色素レーザー発信器 ２ 色素レーザー増幅器 ３ 励起用レーザービーム ４ 入射用集光レンズ ５ 光ファイバー ６ 入射側端面 ７ ビーム拡大器 ８ 出射用集光レンズ ９ レーザー媒質 １０ 出力ミラー １１ グレーティング １２ エタロン １３ ビーム拡大器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバーによって伝送された励起用レ
   ーザービームをレーザー媒質に照射して励起しレーザー
   発振させるファイバー伝送励起型レーザー装置におい
   て、励起用レーザービームが入射される前記光ファイバ
   ーの入射側端部に、前記光ファイバーの口径が前記光フ
   ァイバーの出射側へ向かって小さくなるテーパー部が形
   成されていることを特徴するファイバー伝送励起型レー
   ザー装置。