專利名稱：耐反射光性優(yōu)異的光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及MO-PA方式的光纖激光器，特別是涉及以脈沖光進(jìn)行 輸出的、耐反射光性優(yōu)異的光纖激光器。
本申請(qǐng)主張基于2007年6月27日在日本提出的專利申請(qǐng)?zhí)卦?2007-169042號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并在此引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
近年，由于高輸出光纖激光器的開發(fā)的進(jìn)展，在加工機(jī)器、醫(yī)療機(jī) 械、測(cè)量?jī)x器等各種領(lǐng)域中廣泛使用光纖激光器。特別是在材料加工領(lǐng) 域中，光纖激光器與其他的激光器相比具有優(yōu)異的聚光性，能夠得到高 功率密度的非常小的光束斑因此可進(jìn)行精密加工，而且，由于是非接觸 加工，并且能夠?qū)晌占す獾挠参镔|(zhì)進(jìn)行加工，所以其用途被迅速地 擴(kuò)大。
脈沖輸出的光纖激光器一般釆用MO-PA方式的構(gòu)成，通過(guò)脈沖振 蕩器(MO: Master Oscillator)產(chǎn)生比較低功率的脈沖光，該脈沖光通 過(guò)光纖放大器(PA: Power Amplifier)放大到希望的輸出。圖1是表 示MO-PA方式的高輸出光纖激光器的概略圖。在使用 一個(gè)光纖放大器 不能放大到希望的輸出時(shí)，也有串聯(lián)連接使用多個(gè)光纖放大器的情況。
但是，MO-PA方式的光纖激光器，特別是輸出為IOW以上的高輸 出的光纖激光器存在容易由反射光而引起故障的缺點(diǎn)。例如，使用光纖 激光器進(jìn)行加工時(shí)，存在已經(jīng)從光纖激光器輸出的激光被加工對(duì)象物體 的表面反射，其一部分再次返回到光纖激光器的情況。該反射光雖微弱 但通過(guò)PA內(nèi)向MO傳輸時(shí)被放大從而功率增大，有時(shí)造成構(gòu)成MO的 光學(xué)部件、配置在MO和PA之間的光學(xué)部件的損壞。
而且，在PA內(nèi)進(jìn)行脈沖光的放大，在下一束脈沖光射入到PA的 期間內(nèi)，從PA所使用的添加稀土元素光纖中輸出ASE光(Amplified Spontaneous Emission )。該光被加工對(duì)象物體反射，再次射入PA時(shí)，
3往往會(huì)產(chǎn)生寄生振蕩。若產(chǎn)生寄生振蕩則會(huì)從PA向MO發(fā)出非常高的 峰值的脈沖光，該脈沖光會(huì)損壞構(gòu)成MO的光學(xué)部件、配置在MO和 PA之間的光學(xué)部件。
為了保護(hù)MO的光學(xué)部件以及配置在MO和PA之間的光學(xué)部件免 受反射光的損壞，例如專利文獻(xiàn)l所公開那樣，考慮使用隔離器。此處 提出了為了防止光通信用的光纖放大器中后段的光纖放大器發(fā)出的 ASE光射入到前段的光纖放大器而使用了隔離器的方案。同樣在光纖激 光器中緊挨著PA的前面配置隔離器能夠防止反射光射入到MO、 MO 和PA之間所配置的光學(xué)部件中。
專利文獻(xiàn)1:日本專利第261卯96號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開2002-296630號(hào)>^才艮
專利文獻(xiàn)3:美國(guó)專利第5864644號(hào)說(shuō)明書
與^專矛J文獻(xiàn)1: G.Bouwmans，"Fabrication and characterization of an allsolid 2D photonic bandgap fiber with a low-loss region( < 20dB/km)around 1550nm"OPTICS EXPRESS 17，Vol.l3,No.21, 2005,pp 8452-8459
但是，即使如專利文獻(xiàn)l所公開那樣使用隔離器時(shí)，在該隔離器正 常發(fā)揮功能時(shí)，也存在光纖激光器的輸出是比較低的數(shù)百mW左右的 情況。能夠在數(shù)W左右使用的隔離器在市場(chǎng)上雖有但價(jià)格非常高。
并且，隔離器的插入損耗^f艮大程度依賴于隔離器的構(gòu)成要素的法拉 第旋轉(zhuǎn)器。但是法拉第旋轉(zhuǎn)器能夠使用的材料是受限制的，存在難于得 到希望波段的低損耗的隔離器的情況。特別是在通過(guò)數(shù)W以上的激光 的地方使用隔離器時(shí)即使只有很小的損耗(通常法拉第旋轉(zhuǎn)器的損耗為 0.5dB左右)由該損耗產(chǎn)生的熱也會(huì)導(dǎo)致其損壞。
并且，寄生振蕩在PA所使用的添加稀土元素光纖的熒光波段內(nèi)(波 段為lOOnm左右)的任何波長(zhǎng)中都可能發(fā)生，取得足夠大的隔離器的 隔離是10nm左右的波段，對(duì)這以外的波長(zhǎng)隔離度低，存在無(wú)法防止寄 生振蕩的發(fā)生的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述情況而做出的，目的在于提供一種在高輸出脈
沖的MO-PA方式的光纖激光器中，不使用昂貴的光學(xué)部件就能夠防止 由反射光引起的光纖激光器的損壞的光纖激光器。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種激光器，是MO-PA方式的光纖 激光器，包括脈沖振蕩器，以及與所述脈沖振蕩器的后段連接的將添加 稀土元素光纖作為增益介質(zhì)的第一光纖放大器，在脈沖振蕩器和光纖放 大器之間具有波長(zhǎng)變換部，并且在所述波長(zhǎng)變換部和脈沖振蕩器之間具 有僅使從脈沖振蕩器發(fā)出的脈沖光的波長(zhǎng)成分通過(guò)的波長(zhǎng)濾波器。
在本發(fā)明的光纖激光器中，優(yōu)選在所述波長(zhǎng)變換部和所述光纖放大 器之間，具有僅使由波長(zhǎng)變換部對(duì)從所述脈沖振蕩器發(fā)出的脈沖光進(jìn)行 波長(zhǎng)變換后的波長(zhǎng)通過(guò)的波長(zhǎng)濾波器。
在本發(fā)明的光纖激光器中，優(yōu)選所述波長(zhǎng)變換部，是將從脈沖振蕩 器發(fā)出的脈沖光的波長(zhǎng)變換為用第一光纖放大器能夠放大的波長(zhǎng)的部 件。
在本發(fā)明的光纖激光器中，優(yōu)選所述波長(zhǎng)變換部是產(chǎn)生受激拉曼散 射的波長(zhǎng)變換用光纖。
在本發(fā)明的光纖激光器中，優(yōu)選所述波長(zhǎng)變換用光纖是光子帶隙光纖。
在本發(fā)明的光纖激光器中，優(yōu)選所述波長(zhǎng)變換部是第二光纖放大
在本發(fā)明的光纖激光器中，優(yōu)選還包括用于容易引發(fā)波長(zhǎng)變換的種光 光源，種光光源與脈沖振蕩器同步，并發(fā)出波長(zhǎng)與從脈沖振蕩器發(fā)出的脈 沖光被第二光纖放大器進(jìn)行波長(zhǎng)變換后的波W目同的光，從與自脈沖振蕩 器來(lái)的脈沖光被射入的方向相同方向射入第二光纖放大器。
發(fā)明效果
本發(fā)明的光纖激光器作為在脈沖振蕩器(MO )和光纖放大器(PA)之間具有波長(zhǎng)變換部，并且在所述波長(zhǎng)變換部和脈沖振蕩器之間具有僅 通過(guò)脈沖振蕩器發(fā)出的脈沖光的波長(zhǎng)成分的波長(zhǎng)濾波器的構(gòu)成，由于從 脈沖振蕩器發(fā)出的脈沖光的波長(zhǎng)和反射光脈沖的波長(zhǎng)不同，所以不使用
隔離器而在波長(zhǎng)變換器的前后使用BPF等的波長(zhǎng)濾波器，就能夠防止 反射光脈沖對(duì)部件的損壞從而保護(hù)部件。
而且，由于沒有使用非常昂貴的隔離器，所以能夠降低光纖激光器 的成本。
而且，由于在波長(zhǎng)變換中使用拉曼散射，因此不根據(jù)從脈沖振蕩器 發(fā)出的脈沖光的波長(zhǎng)就能進(jìn)行波長(zhǎng)變換。
而且，通過(guò)在波長(zhǎng)變換中使用光纖放大器，能夠增大射入到PA的 脈沖光功率，所以使用小的激發(fā)功率即可得到規(guī)定的輸出，能夠抑制光 纖激光器的成本。
而且，通過(guò)在波長(zhǎng)變換中使用光纖放大器，能夠增大射入到PA的 脈沖光功率，因此使用小的激發(fā)功率即可得到規(guī)定的輸出，能夠抑制 PA的寄生振蕩，因此能夠提高光纖激光器的可靠性。


圖1是以例子表示MO-PA方式的光纖激光器的基本構(gòu)成的構(gòu)成圖。
圖2是表示本發(fā)明的光纖激光器的一個(gè)實(shí)施方式的構(gòu)成圖。
圖3是表示本發(fā)明的光纖激光器中MO的構(gòu)造的一個(gè)例子的構(gòu)成圖。
圖4是表示本發(fā)明的光纖激光器中PA的構(gòu)造的一個(gè)例子的構(gòu)成圖。 圖5是表示根據(jù)實(shí)施例1所制造的光纖激光器的MO發(fā)出的脈沖光 的光譜波長(zhǎng)的圖。
圖6是表示在實(shí)施例1中波長(zhǎng)變換后的脈沖光的光譜波長(zhǎng)的圖。
圖7是表示實(shí)施例1中波長(zhǎng)變換后、通過(guò)波長(zhǎng)濾波器后的光的光譜 波長(zhǎng)的圖。圖8是說(shuō)明實(shí)施例1中波長(zhǎng)變換時(shí)的脈沖波形變化的圖。
圖9是表示實(shí)施例1中波長(zhǎng)變換后的脈沖波形圖。
圖10是表示實(shí)施例1中從PA返回到MO的反射光脈沖的平均功 率和通過(guò)第一波長(zhǎng)濾波器射入到MO的反射光脈沖功率的測(cè)量結(jié)果的 圖。
圖ll是實(shí)施例2所使用的波長(zhǎng)變換用PBGF的截面圖。
圖12是表示實(shí)施例2所使用的波長(zhǎng)變換用PBGF的直徑方向的折 射率分布圖。
圖13是表示實(shí)施例2中從作為波長(zhǎng)變換器使用的PBGF輸出的光 鐠波長(zhǎng)的圖。
圖14是表示根據(jù)實(shí)施例3所制造的光纖激光器的構(gòu)成的圖。
圖15是表示根據(jù)實(shí)施例3所制造的光纖激光器輸出的光鐠波長(zhǎng)的圖。
圖16是表示根據(jù)實(shí)施例4所制造的光纖激光器輸出的光i普波長(zhǎng)的圖。
附圖符號(hào)說(shuō)明
100—光纖激光器；110—MO; 120—PA; 130—波長(zhǎng)變換器；140— 第一波長(zhǎng)濾波器；150—第二波長(zhǎng)濾波器；lll一激發(fā)光源；112—WDM 耦合器；113—添加稀土元素光纖；114一隔離器；115—輸出耦合器；117— 帶通濾波器；118—光開關(guān)；121—激發(fā)光源；122—信號(hào)端口； 123—光 耦合器；124—射出端口； 125—添加稀土元素雙包層光纖；500—PBGF; 501—低折射率區(qū)域；502—高折射率部分。
具體實(shí)施例方式
下面參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖2是表示本發(fā)明的光纖激光器的一個(gè)實(shí)施方式的構(gòu)成圖。本實(shí)施方式的光纖激光器100是在脈沖振蕩器(以下稱為MO ) 110和光纖放 大器(以下稱為PA) 120之間設(shè)置波長(zhǎng)變換器130,在MO110和波長(zhǎng) 變換器130之間設(shè)置第一波長(zhǎng)濾波器140，并且在波長(zhǎng)變換器130和 PA120之間設(shè)置第二波長(zhǎng)濾波器150而構(gòu)成的。在MO—PA之間所設(shè) 置的第一波長(zhǎng)濾波器140、波長(zhǎng)變換器130以及第二波長(zhǎng)濾波器150， 在從MO110發(fā)出的脈沖光朝向PA120通過(guò)時(shí)進(jìn)行以下動(dòng)作。
從MO110發(fā)出的脈沖光通過(guò)第一波長(zhǎng)濾波器140射入到波長(zhǎng)變換 器130中。波長(zhǎng)變換器130變換射入的脈沖光的波長(zhǎng)。變換后的波長(zhǎng)在 PA120中能夠放大到所期望的輸出，并處于PA120的增益波段內(nèi)。第二 波長(zhǎng)濾波器150通過(guò)由波長(zhǎng)變換器130變換了波長(zhǎng)的脈沖光，遮斷在波 長(zhǎng)變換器130中沒有進(jìn)行波長(zhǎng)變換的成分。這樣，通過(guò)第二波長(zhǎng)濾波器 150后的脈沖光被PA120放大到所期望的輸出后被輸出。
另一方面，第一波長(zhǎng)濾波器140、波長(zhǎng)變換器130、第二波長(zhǎng)濾波 器150對(duì)于反射光進(jìn)行以下動(dòng)作。已經(jīng)輸出的激光由外部的反射等再次 射入PA120時(shí)，即使僅有少量的反射光在通過(guò)PA120的期間也會(huì)被放 大，成為高強(qiáng)度的脈沖射入第二波長(zhǎng)濾波器150。射入到第二波長(zhǎng)濾波 器150的反射光脈沖因?yàn)榕c從波長(zhǎng)變換器130射入PA120的脈沖是相同 的波長(zhǎng)，因此沒被第二波長(zhǎng)濾波器150遮斷而通過(guò)，射入到波長(zhǎng)變換器 130。通過(guò)波長(zhǎng)變換器130的反射光脈沖射入到第一波長(zhǎng)濾波器140，但 由于反射光脈沖的波長(zhǎng)是與MO110原來(lái)發(fā)出的波長(zhǎng)不同的波長(zhǎng)，因此 被第一波長(zhǎng)濾波器140遮斷。如上所述，不使用隔離器也能夠遮斷向 MO110射入的反射光脈沖，因此能夠防止發(fā)生由反射光引起的MO110 內(nèi)的部件的故障。
下面說(shuō)明具體的實(shí)施例。
實(shí)施例1
MO110是激光振蕩器，在本實(shí)施例中使用光纖環(huán)形激光器。如圖3 所示，該光纖環(huán)形激光器包括激發(fā)光源111，耦合激發(fā)光和激光的 WDM耦合器112,作為增益介質(zhì)的添加稀土元素光纖113，隔離器114, 帶通濾波器117，光開關(guān)118，以及輸出耦合器115。從激發(fā)光源111射 出的激發(fā)光經(jīng)由WDM耦合器112射入到添加稀土元素光纖113。射入
8到添加稀土元素光纖113的激發(fā)光由添加稀土元素光纖113的纖芯中所 添加的稀土元素離子吸收，使稀土元素離子處于激發(fā)狀態(tài)。成為激發(fā)狀 態(tài)的稀土元素離子放出特定波長(zhǎng)的自然放射光，該自然放射光一邊被放 大一邊在添加稀土元素光纖113內(nèi)傳播，作為ASE (Amplified Spontaneous Emission)被輸出。WDM耦合器112和添加稀土元素光 纖113、隔離器114、輸出耦合器115、帶通濾波器117以及光開關(guān)118 連接成為環(huán)形，帶通濾波器117的通過(guò)波段的波長(zhǎng)的ASE通過(guò)這些部 件環(huán)繞一周后，再次在添加稀土元素光纖113中被放大，最后激發(fā)出激 光，其一部分通過(guò)輸出耦合器115作為激光被輸出。而且光開關(guān)元件117 若總是處于低損耗的狀態(tài)則進(jìn)行CW發(fā)光，激光輸出作為連續(xù)光被輸 出。若光開關(guān)元件117周期性重復(fù)在低損耗狀態(tài)和高損耗狀態(tài)之間這樣 動(dòng)作的話則發(fā)出脈沖光，能夠得到脈沖形式的激光輸出。
本實(shí)施例作為MO110的添加稀土元素光纖113使用在纖芯中添加 Yb離子、纖芯直徑是4nm、吸收量是500dB/m的光纖，激發(fā)光源使用 在波長(zhǎng)976nm下振蕩的光源，以便能夠激發(fā)在添加稀土元素光纖的纖 芯中所添加的Yb離子，光開關(guān)元件使用聲光學(xué)元件(AOM)。驅(qū)動(dòng)激 發(fā)光源使其能夠輸出500mW，使AOM以20kHz周期動(dòng)作時(shí)，作為 MO輸出可得到脈沖寬度是50ns、峰值功率是70W左右的脈沖輸出。
MO110也可不使用這樣的光纖環(huán)形激光器，而使用在添加稀土元素 光纖的兩端設(shè)置諧振器反射鏡的法布里-佩洛型光纖激光器或組合輸出 連續(xù)光的半導(dǎo)體激光器和外部調(diào)制器的部件等的激光器。
另一方面，PA12(H吏用如圖4所示的構(gòu)成的PA。
該P(yáng)A120由激發(fā)光源121、光耦合器123、添加稀土元素雙包層光 纖125、以及激發(fā)光源121構(gòu)成。光耦合器123例如可以使用專利文獻(xiàn) 3所記載的光耦合器。該光耦合器123具有由多模光纖構(gòu)成的多根激發(fā) 端口 122，以及由一根單模光纖構(gòu)成的信號(hào)端口 122，還具有將這些熔 化拉伸一體化所形成的一個(gè)射出端口 124。
從MO110射出的激光從信號(hào)端口 122射入，經(jīng)由光耦合器123入 射到添加稀土元素雙包層光纖125的纖芯。另一方面激發(fā)端口 122連接 有激發(fā)光源121，激發(fā)光經(jīng)由光耦合器123射入到添加稀土元素雙包層光纖125的第一包層。射入到添加稀土元素雙包層光纖125的第一包層 的激發(fā)光被纖芯所添加的稀土元素離子吸收后形成逆態(tài)分布，通過(guò)產(chǎn)生 受激發(fā)射來(lái)放大在纖芯內(nèi)傳播的激光，并作為激光輸出被輸出。
本實(shí)施例中作為PA120的添加稀土元素雙包層光纖125，使用在纖 芯中添加Yb離子的添加Yb雙包層光纖，上述光纖的纖芯直徑是6jim， 第一包層直徑為125nm，纖芯吸收量是1200dB/m@976nm。激發(fā)光源 為了要激發(fā)Yb離子所以使用波長(zhǎng)為915nm的激發(fā)光源。每一臺(tái)激發(fā)光 源的輸出為6W，通過(guò)使用這樣的12臺(tái)光源能夠射入最大是72W的激 發(fā)光。激發(fā)光源的臺(tái)數(shù)(最大功率)根據(jù)需要的激光輸出進(jìn)行調(diào)整。而 且，在PA120的輸出達(dá)不到所期望的輸出時(shí)，也可在PA120的后段設(shè) 置相同構(gòu)成的PA,放大到所期望的輸出。
波長(zhǎng)變換部130使用波長(zhǎng)變換用光纖。該波長(zhǎng)變換用光纖是在高強(qiáng) 度的光射入時(shí)通過(guò)受激拉曼散射使射入光的波長(zhǎng)向波長(zhǎng)長(zhǎng)的一側(cè)偏移 的光纖。受激拉曼散射產(chǎn)生的光的強(qiáng)度能夠通過(guò)波長(zhǎng)變換光纖的纖芯直 徑、光纖長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在本實(shí)施例中通過(guò)使用50m的纖芯直徑6nm 的單模光纖，在射入到波長(zhǎng)變換用光纖的脈沖光的峰值超過(guò)約50W時(shí)，
引發(fā)基于受激拉曼散射的波長(zhǎng)變換。
由于本實(shí)施例的MO110發(fā)出的脈沖光峰值是70W左右，因此能夠 發(fā)生足夠的波長(zhǎng)變換。如圖5所示，從MO110發(fā)出的脈沖光的波長(zhǎng)為 1040nm,在通過(guò)波長(zhǎng)變換用光纖時(shí)，如圖6所示通過(guò)拉曼散射脈沖光 的波長(zhǎng)偏移到約10卯nm。在圖6中，雖然只產(chǎn)生波長(zhǎng)10卯nm的光(一 次拉曼光)，但如果通過(guò)使光纖的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，或使纖芯直徑變小等，調(diào) 整為更容易產(chǎn)生受激拉曼散射時(shí)，則能夠波長(zhǎng)變換為更長(zhǎng)波長(zhǎng)、例如 1140nm (2次拉曼光)的波長(zhǎng)。本實(shí)施例中，能夠通過(guò)后段所連接的 PA120的添加Yb雙包層光纖125進(jìn)行脈沖放大，因此只對(duì)波長(zhǎng)10卯nm 脈沖光進(jìn)行波長(zhǎng)變換。而且，若脈沖光的時(shí)間波形完全成為矩形時(shí)，則 能夠完全地波長(zhǎng)變換到10卯nm,但實(shí)際上從MO110發(fā)出的脈沖的時(shí)間 波形是如圖8所示的形狀，在波長(zhǎng)的上升和下降的部分不發(fā)生波長(zhǎng)變換， 在脈沖的峰值前后發(fā)生波長(zhǎng)變換，因此來(lái)自波長(zhǎng)變換用光纖的輸出光是 射出包含1040nm和1090nm這兩者的波長(zhǎng)成分的脈沖光。
第 一波長(zhǎng)濾波器140使用設(shè)計(jì)成通過(guò)從MO110發(fā)出的波長(zhǎng)1040nm附近的脈沖光的帶通濾波器，而且第二波長(zhǎng)濾波器150使用設(shè)計(jì)為通過(guò) 波長(zhǎng)變換后的1090nm附近的帶通濾波器。任何一個(gè)都使用多層電介質(zhì) 薄膜濾波器。因此，從波長(zhǎng)變換用光纖射出的脈沖光(圖6)之中，僅 通過(guò)具有波長(zhǎng)10卯nm附近的波長(zhǎng)成分的脈沖光(圖7)。此時(shí)，脈沖波 形也從圖8的波形變?yōu)閳D9的波形，脈沖寬度也變窄。這樣如上所述， 波長(zhǎng)變換只在脈沖的峰值附近發(fā)生。而且由于通過(guò)波長(zhǎng)變換使脈沖寬度 變窄，因此在被PA120放大時(shí)，能夠放大到更高峰值。
通過(guò)第二波長(zhǎng)濾波器150的脈沖光射入到PA120，被放大后作為激 光輸出被輸出。本實(shí)施例中激發(fā)光功率是70W時(shí)，可得到25W的輸出， 可得到脈沖寬度為53ns、峰值功率為25kW的脈沖。
下面，在按照激光輸出是25W的方式驅(qū)動(dòng)光纖激光器的狀態(tài)下， 在PA120的射出端配置反光鏡改變反射損耗，測(cè)量從PA120返回到 MO110的反射光脈沖的平均功率和通過(guò)第一波長(zhǎng)濾波器140后射入到 MO110的反射光脈沖的功率。結(jié)果如圖10所示。
如圖10所示，來(lái)自PA120的最大功率約30dBm (1W)的反射光 脈沖射出到MOllO。假設(shè)1W的反射光脈沖也射入MO110中，會(huì)使 MO110中所使用的光學(xué)部件發(fā)生故障。但是，實(shí)際上已控制射入到 MO110的反射光脈沖的功率在0dBm (lmW)以下。
這是因?yàn)榈谝徊ㄩL(zhǎng)濾波器140只能通過(guò)和MO110相同波長(zhǎng)的光， 已經(jīng)進(jìn)行波長(zhǎng)變換而波長(zhǎng)發(fā)生變化的反射光脈沖通過(guò)第一波長(zhǎng)濾波器 140時(shí)其將被遮斷。通常，MO110所使用的光學(xué)部件在100mW功率時(shí) 也不會(huì)損壞。而且，由于波長(zhǎng)濾波器140、 150使用具有優(yōu)異的耐功率 性的多層電介質(zhì)薄膜，因此即使遮斷高強(qiáng)度的反射光脈沖也不會(huì)損壞。 而且，也不需要昂貴的隔離器。
在此，通過(guò)信號(hào)光射入到高度非線性的光纖而發(fā)生的拉曼散射進(jìn)行 波長(zhǎng)變換，之后在波長(zhǎng)濾波器中進(jìn)行僅取出波長(zhǎng)變換后的波長(zhǎng)成分的波 長(zhǎng)變換技術(shù)，例如專利文獻(xiàn)2所記載的技術(shù)。假設(shè)，將該構(gòu)成設(shè)置在本 實(shí)施例的MO110和PA120之間，則在從MO110射入到PA120時(shí)，能 夠?qū)τ蒔A120可放大的脈沖光進(jìn)行波長(zhǎng)變換，反射光都通過(guò)波長(zhǎng)濾波 器、高度非線性光纖后，射入到MOllO,因此該構(gòu)成不能保護(hù)MO110免受反射光脈沖的損害。
實(shí)施例2
實(shí)施例1中，拉曼變換后的光鐠波長(zhǎng)如圖6所示，通過(guò)第二波長(zhǎng)濾 波器150時(shí)功率損耗大。即使調(diào)整波長(zhǎng)變換用光纖的長(zhǎng)度等，使拉曼散 射更容易地產(chǎn)生，由于開始發(fā)生了 2次拉曼光，因此不能增加l次拉曼 光的功率。因此，使用與實(shí)施例l相同的構(gòu)成，通過(guò)在波長(zhǎng)變換器130 中使用光子帶隙光纖(以下稱為PBGF)，抑制功率損耗，實(shí)現(xiàn)改善效 率。
PBGF例如是非專利文獻(xiàn)1所記載的。圖11是表示PBGF的截面圖， 圖12是表示其直徑方向的折射率分布圖。該P(yáng)BGF500在中心具有與純 石英相同低折射率的區(qū)域501，在其周圍通過(guò)添加Ge等形成高折射率 部分502，將該高折射率部分排列成三角形柵格狀的周期構(gòu)造。通過(guò)調(diào) 整高折射率部分的直徑、間隔能夠形成所期望的波段的光子帶。當(dāng)光射
入到該P(yáng)BGF500的低折射率區(qū)域501時(shí)，光子帶隙的波段的光不能在 周期構(gòu)造配置的高折射率部分502中傳播，因此被封閉在低折射率區(qū)域 501中，在纖芯區(qū)域被傳播。這與原有的光通信等中所使用的光纖的傳 播原理不同。關(guān)于這以外的波段的光，能夠在周期構(gòu)造中傳播，因此直 接在光纖整體中擴(kuò)散放射。即對(duì)于光子帶隙的波段的光，PBGF成為以 低折射率區(qū)域作為纖芯、以高折射率區(qū)域作為包層發(fā)揮功能的光纖。
在本實(shí)施例中，作為波長(zhǎng)變換用光纖4吏用PBGF500,該P(yáng)BGF500 將光子帶隙配置在MO110發(fā)出的脈沖光和其1次拉曼光的波段(1020 ~ 1120nm)中，2次拉曼光的波段(1140nm)在光子帶隙的波段以外。 通過(guò)這樣的構(gòu)成，從MO110發(fā)出的脈沖光通過(guò)PA120時(shí)，從MOllO 發(fā)出的脈沖光和其1次拉曼光被封閉在纖芯區(qū)域中進(jìn)行傳播，1次拉曼 光產(chǎn)生的拉曼散射光不在纖芯區(qū)域中傳播，在受激拉曼散射前被放出。 若沒有產(chǎn)生受激拉曼散射，為了能夠有效抑制從1次拉曼光向2次拉曼 光的波長(zhǎng)變換，通過(guò)使用該P(yáng)BGF500,比實(shí)施例1中的波長(zhǎng)變換用光 纖能夠產(chǎn)生更多1次拉曼光。
圖13是表示作為波長(zhǎng)變換器130使用PBGF500時(shí)的、從PBGF500 輸出的光鐠波長(zhǎng)。與實(shí)施例1的情況(圖6)相比能夠產(chǎn)生更多波長(zhǎng)1090nm的脈沖光。通過(guò)第二波長(zhǎng)濾波器150時(shí)的損耗相對(duì)于實(shí)施例1 中的3.5dB，本實(shí)施例能夠降低到1.8dB。
而且，通過(guò)降低損耗能夠得到以下的效果。
通過(guò)降低損耗可提高向PA120輸入的脈沖光的功率，為了得到與實(shí) 施例l相同的25W的輸出而需要的激發(fā)功率減少到65W。即、通過(guò)小 的激發(fā)功率能夠得到與實(shí)施例l相同的輸出。光纖激光器中的激發(fā)光源 是成本高的部件，減少需要的激發(fā)功率即可達(dá)到需要的輸出則在成本控 制方面具有很大的效果。而且，由于能夠降低激發(fā)功率，可降低添加稀 土元素光纖的增益，難以發(fā)生寄生振蕩，因此具有能夠提高光纖激光器 的可靠性的效果。
在按照激光輸出是25W的方式驅(qū)動(dòng)光纖激光器的狀態(tài)下，與實(shí)施 例1相同，在PA120的射出端配置反射鏡且反射損耗是20dB，測(cè)量從 PA120返回到MO110的反射光脈沖的平均功率和通過(guò)第一波長(zhǎng)濾波器 140射入到MO110的光脈沖的功率。從其結(jié)果可知來(lái)自PA120的最 大功率約29dBm (0.8W)的反射光脈沖向MO110射出，射入MO110 的反射光脈沖的功率被抑制在-3dBm(0.5mW)，得到與實(shí)施例1大體 上相同的效果。
實(shí)施例3
在實(shí)施例2中，通過(guò)在波長(zhǎng)變換器中使用PBGF，抑制了功率損耗 并提高了效率。
但是，為了產(chǎn)生足夠的波長(zhǎng)變換，需要數(shù)十米非常長(zhǎng)的波長(zhǎng)變換用 光纖。因此在制造激光器時(shí)操作性差，且需要大的容納空間。特別是形 成如圖12所示的復(fù)雜的折射率構(gòu)造時(shí)，比通常的光纖更難制造而且成 本高。
射入到波長(zhǎng)變換器130的光，在PBGF中傳播的同時(shí)通過(guò)自然拉曼 散射產(chǎn)生波長(zhǎng)比入射光長(zhǎng)的光。該自然拉曼散射光隨著入射光在PBGF 中的傳播而逐漸地積蓄，達(dá)到某個(gè)強(qiáng)度時(shí)迅速地產(chǎn)生由受激拉曼散射引 發(fā)的波長(zhǎng)偏移。
13因此，在入射光接近波長(zhǎng)變換器130的射出側(cè)時(shí)產(chǎn)生2次拉曼光， 即使波長(zhǎng)變換器130的射入側(cè)部分沒有PBGF光纖，只要在射出側(cè)部分 使用PBGF，就能夠抑制2次拉曼光的產(chǎn)生。
通過(guò)上述，相對(duì)于實(shí)施例2的激光器增加了以下的變更。
基本構(gòu)成與實(shí)施例2相同，但波長(zhǎng)變換器130是由以下的兩個(gè)部分 構(gòu)成的這一點(diǎn)與實(shí)施例2不同。(圖14)
第一波長(zhǎng)變換器131使用纖芯直徑為4ftm的單模光纖。由于與實(shí)施 例l相比纖芯直徑變小，因此能夠使在纖芯內(nèi)傳播的光的功率密度增高， 使用更短的光纖就可產(chǎn)生波長(zhǎng)變換。光纖長(zhǎng)度調(diào)整為觀測(cè)到來(lái)自第一波 長(zhǎng)變換器131的輸出光僅產(chǎn)生1次拉曼光的長(zhǎng)度(15m)。圖15表示來(lái) 自第一波長(zhǎng)變換器的輸出光鐠。
第二波長(zhǎng)變換器使用25m與實(shí)施例2中所使用的光纖相同的光纖， 該輸出光鐠是與實(shí)施例2的PBGF的輸出(圖13)相同的輸出光譜， 作為波長(zhǎng)變換器130具有與實(shí)施例2的構(gòu)成的情況同樣的功能。
而且，使用的PBGF與實(shí)施例相比只是其一半的長(zhǎng)度，因此能夠縮 短所4吏用的PBGF。
實(shí)施例4
作為波長(zhǎng)變換器130使用添加Yb的光纖放大器。添加Yb光纖使 用具有纖芯直徑為6nm、包層直徑為120nm的雙包層構(gòu)造的光纖，纖 芯吸收量是1200dB/m ( @976nm)。調(diào)整該添加Yb光纖的長(zhǎng)度以及激 發(fā)光強(qiáng)度，以使該添加Yb光纖的最大增益波長(zhǎng)處于10卯nm附近，在 從MO110發(fā)出的脈沖光射入時(shí)，能夠得到如圖16所示的輸出，能夠?qū)?脈沖光的波長(zhǎng)從1040nm變換到10卯nm。在此，根據(jù)光纖放大器的動(dòng) 作條件，也有產(chǎn)生1140nm脈沖光的情況。這是由于波長(zhǎng)變換到10卯nm 的脈沖光通過(guò)拉曼散射使波長(zhǎng)偏移的緣故，當(dāng)發(fā)生量多時(shí)將成為導(dǎo)致?lián)p 耗的主要原因，因此也可使用纖芯直徑大的添加Yb光纖，或使用在 PBGF500的纖芯中添加Yb的光纖等，抑制拉曼散射引起的波長(zhǎng)偏移。 而且，通過(guò)將種光從與將來(lái)自MO110的脈沖光射入到光纖放大器的方 向相同的方向輸入，能夠容易地發(fā)生波長(zhǎng)偏移。種光以希望波長(zhǎng)變換到的波長(zhǎng)與脈沖光同步地射入到光纖放大器中即可。
接著在PA120中對(duì)波長(zhǎng)變換后的脈沖光進(jìn)行放大，激光輸出調(diào)整為 25W，與實(shí)施例1中進(jìn)行的相同，在PA120的射出端配置反射鏡且反射 損耗為20dB時(shí)，測(cè)量從PA120返回到MO110的反射光脈沖的平均功 率和通過(guò)第一波長(zhǎng)濾波器140射入到MO110的反射光脈沖的功率。其 結(jié)果可以確認(rèn)來(lái)自PA120的最大功率約29dBm (0.8W)的反射光脈 沖向MO110射出，能夠?qū)⑸淙氲組O110的反射光脈沖功率抑制在+ 8dBm(6nW)。由于反射光通過(guò)光纖放大器時(shí)被放大，因此與實(shí)施例1 和實(shí)施例2相比反射光脈沖功率變大，但能夠充分地抑制到不損壞 MO110的光學(xué)部件的程度。
而且，由于作為波長(zhǎng)變換器130使用光纖放大器，所以能夠得到實(shí) 施例l和實(shí)施例2得不到的效果。在本實(shí)施例中相對(duì)于波長(zhǎng)變換前的脈 沖光的功率是70mW，波長(zhǎng)變換后的輸出被放大到卯OmW。即、射入 PA120的脈沖光功率比實(shí)施例1和實(shí)施例2能夠增大10倍以上。若增 大射入PA120的脈沖光功率，則可減少用于得到規(guī)定的輸出的PA120 的激發(fā)光，即能夠降低PA120的增益，因此能夠防止由寄生振蕩引起的 光纖激光器的故障，并具有能夠減少在光纖激光器的成本中占最大比例 的激發(fā)光激光器的臺(tái)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性
根據(jù)本發(fā)明的光纖激光器，不必使用昂貴的光學(xué)部件就能夠防止由 反射光引起的光纖激光器的損壞。
權(quán)利要求
1.一種光纖激光器，其是MO-PA方式的光纖激光器，包括脈沖振蕩器，以及與所述脈沖振蕩器的后段連接的將添加稀土元素光纖作為增益介質(zhì)的第一光纖放大器，其特征在于，在脈沖振蕩器和光纖放大器之間具有波長(zhǎng)變換部，并且在所述波長(zhǎng)變換部和脈沖振蕩器之間具有僅使從脈沖振蕩器發(fā)出的脈沖光的波長(zhǎng)成分通過(guò)的波長(zhǎng)濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光器，其特征在于，在所述波長(zhǎng)變換部和所述光纖放大器之間，具有僅使由波長(zhǎng)變換部 對(duì)從所述脈沖振蕩器發(fā)出的脈沖光進(jìn)行波長(zhǎng)變換后的波長(zhǎng)通過(guò)的波長(zhǎng) 濾波器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖激光器，其特征在于， 所述波長(zhǎng)變換部，是將從脈沖振蕩器發(fā)出的脈沖光的波長(zhǎng)變換為用第一光纖放大器能夠放大的波長(zhǎng)的部件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖激光器，其特征在于， 所述波長(zhǎng)變換部是產(chǎn)生受激拉曼散射的波長(zhǎng)變換用光纖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖傳感器，其特征在于， 所述波長(zhǎng)變換用光纖是光子帶隙光纖。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖激光器，其特征在于， 所述波長(zhǎng)變換部是第二光纖放大器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖激光器，其特征在于， 還包括用于容易引發(fā)波長(zhǎng)變換的種光光源，種光光源與脈沖振蕩器同步，并發(fā)出波長(zhǎng)與從脈沖振蕩器發(fā)出的脈 沖光被第二光纖放大器進(jìn)行波長(zhǎng)變換后的波長(zhǎng)相同的光，從與自脈沖振 蕩器來(lái)的脈沖光被射入的方向相同方向射入第二光纖放大器。
全文摘要
一種光纖激光器，是MO-PA方式的光纖激光器，包括脈沖振蕩器，以及與所述脈沖振蕩器的后段連接的將添加稀土元素光纖作為增益介質(zhì)的第一光纖放大器，在脈沖振蕩器和光纖放大器之間具有波長(zhǎng)變換部，并且在所述波長(zhǎng)變換部和脈沖振蕩器之間具有僅使從脈沖振蕩器發(fā)出的脈沖光的波長(zhǎng)成分通過(guò)的波長(zhǎng)濾波器，因此能夠不使用昂貴的光學(xué)部件就能防止由反射光造成的光纖激光器的損壞。
文檔編號(hào)H01S3/06GK101584093SQ20088000122
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者北林和大 申請(qǐng)人:株式會(huì)社藤倉(cāng)