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JP2005109185A - Laser beam amplification fiber device - Google Patents

Laser beam amplification fiber device Download PDF

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JP2005109185A
JP2005109185A JP2003341299A JP2003341299A JP2005109185A JP 2005109185 A JP2005109185 A JP 2005109185A JP 2003341299 A JP2003341299 A JP 2003341299A JP 2003341299 A JP2003341299 A JP 2003341299A JP 2005109185 A JP2005109185 A JP 2005109185A
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JP
Japan
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amplified
laser light
fiber
laser beam
laser
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Pending
Application number
JP2003341299A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Fukumoto
敦 福本
Makoto Watanabe
渡辺  誠
Michio Oka
美智雄 岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the follow problems: a laser beam to be amplified propagating a core is decreased due to displacement of the laser beam to be amplified and the core at a fiber incident end in a fiber laser, and as a result, a sufficient amplification output can not be obtained at a fiber exit end, and for a double clad fiber, as the beam leaking from the core propagates a first clad and is emitted from a fiber exit end, it is difficult to identify the component propagating the core. <P>SOLUTION: A position adjustment means arranged at either of a polarized-surface-preservation laser beam amplification fiber 1 having the double clad structure and receiving an excitation laser beam, or at an optical system which introduces to the laser beam amplification fiber 1 the laser beam to be amplified from the laser beam source 110 to be amplified to be optically amplified by the laser beam amplification fiber 1, adjusts a positional relationship between the incident end of the laser beam to be amplified at the core of the laser beam amplification fiber and the optical system at the laser beam source 110 side to be amplified. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザ光増幅ファイバ装置に関する。   The present invention relates to a laser light amplifying fiber device.

レーザ光増幅ファイバは、種々提案されているところである(例えば特許文献1参照)。
レーザ光増幅ファイバを用いたレーザ光増幅ファイバ装置は、例えば図8に、その概略構成図を示すように、レーザ光増幅ファイバ1に、その励起用レーザ光源102からのレーザ光が、伝送用光ファイ103を通じて、光学系121を介してレーザ光増幅ファイバ1の端部112に集光導入され、被増幅レーザ光源110から、例えば増幅がなされる低出力の信号光が、光学系122を通じて、レーザ光増幅ファイバ1の端部111に集光導入される。
Various laser light amplifying fibers have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
A laser light amplifying fiber device using a laser light amplifying fiber, for example, as shown in a schematic configuration diagram in FIG. 8, the laser light from the excitation laser light source 102 is transmitted to the laser light amplifying fiber 1 as a transmission light. A low-power signal light that is condensed and introduced from the laser light source 110 to be amplified through the optical system 122 through the optical system 121 through the optical system 121 and is amplified through the optical system 122. Condensed light is introduced into the end 111 of the optical amplification fiber 1.

励起用レーザ光源側の光学系121は、レンズ104aおよび104bと、これら間に配置された、波長選択性ミラー105aとを有する。
被増幅レーザ光源110側の光学系122は、レンズ104aおよび104bと、これら間に配置された波長選択性ミラー105bと、リターンミラー107とを有する。
The optical system 121 on the excitation laser light source side includes lenses 104a and 104b, and a wavelength selective mirror 105a disposed therebetween.
The optical system 122 on the amplified laser light source 110 side includes lenses 104a and 104b, a wavelength selective mirror 105b disposed therebetween, and a return mirror 107.

また、被増幅レーザ光源102と、光学系106の波長選択性ミラーとの間には、レンズ104cと、光アイソレータ109と、旋光子108とを有し、被増幅レーザ光源102からの被増幅レーザ光、例えば信号光を、コリメートレンズ104c、光アイソレータ109、旋光子108を通じ、ミラー106aによって光学系122の波長選択性ミラー105bによって波長選択されて反射され、レンズ104eによって集光されて、端部111からレーザ光増幅ファイバ1に導入される。   Further, a lens 104c, an optical isolator 109, and an optical rotator 108 are provided between the laser light source 102 to be amplified and the wavelength selective mirror of the optical system 106, and the laser to be amplified from the laser light source 102 to be amplified is provided. The light, for example, signal light is reflected by the wavelength selective mirror 105b of the optical system 122 by the mirror 106a through the collimator lens 104c, the optical isolator 109, and the optical rotator 108, and is reflected by the lens 104e. 111 is introduced into the laser light amplifying fiber 1.

レーザ光増幅ファイバ1は、図2に概略断面図を示すように、コア11の外周に第1クラッド12と、その外周に第2クラッド13と、その外周にバッファ14を介してジャケット15が被覆されて成る。   As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2, the laser light amplifying fiber 1 is covered with a first cladding 12 on the outer periphery of the core 11, a second cladding 13 on the outer periphery, and a jacket 15 on the outer periphery via a buffer 14. Made up.

励起用レーザ光源102から転送用光ファイバ103を通じて光学系121に導入されたレーザ光は、波長選択性ミラー105aを透過してレンズ104bによって集光され、レーザ光増幅ファイバ1の第1クラッドに導入されてレーザ光増幅ファイバ1のコア11に添加された希土類の励起がなされる。
この励起用レーザ光の、増幅ファイバ1の端部112から端部111まで通過する間で吸収されなかった余剰のレーザ光は、光学系122のリターンミラー107で反射されて再びレーザ光増幅ファイバ1に導入され、有効に励起に寄与するようになされる。
The laser light introduced from the pumping laser light source 102 into the optical system 121 through the transfer optical fiber 103 is transmitted through the wavelength selective mirror 105 a, condensed by the lens 104 b, and introduced into the first cladding of the laser light amplifying fiber 1. Then, the rare earth added to the core 11 of the laser beam amplifying fiber 1 is excited.
The excess laser light that is not absorbed while the excitation laser light passes from the end portion 112 to the end portion 111 of the amplification fiber 1 is reflected by the return mirror 107 of the optical system 122 and is again reflected in the laser light amplification fiber 1. To effectively contribute to excitation.

一方、低出力の被増幅レーザ光源110からの被増幅レーザ光は、上述したように光学系122によって、集光されて、レーザ光増幅ファイバ1の端部111から、コア11に導入される。このとき被増幅レーザ光の波長は、レーザ光増幅ファイバ1のコア11に添加された希土類の誘導放出光の波長に合わされている。
そして、この被増幅レーザ光が、レーザ光増幅ファイバ1を伝播していく過程において、第1クラッド12中の励起用レーザ光は、コア11に添加された希土類に吸収されてコア11に誘導放出光を誘起する。
一方、コア11を伝播する被増幅レーザは、その誘導放出光をピックアップしながら次第にその強度を増す、すなわち増幅が行われる。増幅されたレーザ光は、レーザ光増幅ファイバ1の端部112から出射される。
この増幅された出力光は、レンズ104bを通じて波長選択性ミラー105aおよびミラー106bによって反射されるため、励起用レーザ光源102に向かうことなく、出力光として導出される。
On the other hand, the amplified laser light from the low-power amplified laser light source 110 is condensed by the optical system 122 and introduced into the core 11 from the end 111 of the laser light amplification fiber 1 as described above. At this time, the wavelength of the amplified laser light is matched with the wavelength of the rare earth stimulated emission light added to the core 11 of the laser light amplifying fiber 1.
Then, in the process in which the laser light to be amplified propagates through the laser light amplifying fiber 1, the excitation laser light in the first cladding 12 is absorbed by the rare earth added to the core 11 and stimulated emission to the core 11. Induces light.
On the other hand, the laser to be amplified propagating through the core 11 is gradually increased in intensity while picking up the stimulated emission light, that is, amplified. The amplified laser light is emitted from the end 112 of the laser light amplifying fiber 1.
Since the amplified output light is reflected by the wavelength selective mirror 105a and the mirror 106b through the lens 104b, the amplified output light is derived as output light without going to the excitation laser light source 102.

一般に長いレーザ光増幅ファイバ1は、大出力の励起用レーザを用いれば、コア11での吸収量は大きくなり、より大きな増幅、すなわち大出力レーザ光が得られる。
具体的なレーザ光増幅ファイバの例としては、コアに希土類ネオジウムイオン(Nd3+)を添加したレーザ光増幅ファイバを用いて、励起用レーザ光としては、約800nmの波長の半導体レーザ光を、被増幅レーザ光として1064nmのNd:YAGレーザ光を用いると、1064nmの増幅されたレーザ出力が得られる。
以上、一般的なファイバレーザの構成例を説明したが、この原理より励起用レーザ光源102からの励起光をレーザ光増幅ファイバ1の端部111からから注入してもよい。また2つの励起用レーザ光源を用い、レーザ光増幅ファイバ1の両端111、112から注入する方法も用いられる。
図2で示したファイバ、その構造よりダブルクラッドファイバと呼ばれる。そして、前述したように、屈折率の高いコア11に希土類が添加され、被増幅レーザが注入、伝播、増幅される。一般にコア11の断面形状は円であるが、偏波面保存のために楕円形状などが採用される。コア11の直径は単一モードで伝播させるときには10ミクロン以下が一般的である。また、上述したように、第1クラッド12には励起用レーザが注入される。第2クラッド13は、第1クラッド12より屈折率が低く、励起用レーザは、第1クラッド内を伝播する。その伝播する過程で励起用レーザはコア11にも侵入し、侵入した光はコアに添加された希土類に吸収される。
第1クラッドの直径はコアの直径の2〜10倍と用途に応じて選択される。第2クラッドの外側はバッファ14、ジャケット15で、機械的な強度を維持する目的で一般に光学材料以外の材料が用いられる。
このファイバレーザにおいて、ファイバ端部111側のレンズ104eにより集光された被増幅レーザのビームスポットとコア11の位置ずれが生じるとコア11を伝播する被増幅レーザ光が減少し、その結果ファイバ端部112より十分な増幅出力が得られなくなる。そこで被増幅レーザをレーザ光増幅ファイバ1のコア11に正確に注入することはファイバレーザの特性のためにも重要である。
国際公開第02−/03513号パンフレット
In general, when a long laser beam amplifying fiber 1 uses a high-power excitation laser, the amount of absorption in the core 11 increases, and a larger amplification, that is, a large-power laser beam can be obtained.
As a specific example of the laser light amplifying fiber, a laser light amplifying fiber in which rare earth neodymium ions (Nd 3+ ) are added to the core is used, and a semiconductor laser light having a wavelength of about 800 nm is used as the excitation laser light. When an Nd: YAG laser beam of 1064 nm is used as the amplified laser beam, an amplified laser output of 1064 nm can be obtained.
The configuration example of a general fiber laser has been described above. However, the pumping light from the pumping laser light source 102 may be injected from the end 111 of the laser light amplifying fiber 1 based on this principle. Further, a method of injecting from both ends 111 and 112 of the laser light amplification fiber 1 using two excitation laser light sources is also used.
The fiber shown in FIG. 2 and its structure are called double clad fibers. As described above, rare earth is added to the core 11 having a high refractive index, and the laser to be amplified is injected, propagated, and amplified. In general, the cross-sectional shape of the core 11 is a circle, but an elliptical shape or the like is adopted to preserve the polarization plane. The diameter of the core 11 is generally 10 microns or less when propagating in a single mode. Further, as described above, an excitation laser is injected into the first cladding 12. The second cladding 13 has a lower refractive index than the first cladding 12, and the excitation laser propagates in the first cladding. In the process of propagating, the excitation laser also enters the core 11, and the invading light is absorbed by the rare earth added to the core.
The diameter of the first cladding is 2 to 10 times the diameter of the core and is selected according to the application. The outer side of the second cladding is a buffer 14 and a jacket 15, and materials other than optical materials are generally used for the purpose of maintaining mechanical strength.
In this fiber laser, when the beam spot of the laser to be amplified collected by the lens 104e on the fiber end 111 side and the core 11 are displaced, the laser beam to be amplified propagating through the core 11 is reduced. A sufficient amplified output cannot be obtained from the unit 112. Therefore, accurately injecting the laser to be amplified into the core 11 of the laser light amplifying fiber 1 is important for the characteristics of the fiber laser.
International Publication No. 02-03513

ファイバレーザにおいて、ファイバ入射端において被増幅レーザのビームとコアの位置ずれが生じるとコアを伝播する被増幅レーザ光が減少し、その結果ファイバ出射端より十分な増幅出力が得られなくなる。コアを伝播する光を最大にすれば位置ずれは解消されるが、ダブルクラッドファイバの場合、コアから漏れた光も第1クラッドを伝播してファイバ出射端より出てくるためコアを伝播する成分の区別が困難であった。
また被増幅レーザ側光学系内のレンズおよびファイバ入射端は固定されているので、経時変化による上記位置ずれの補正は困難であった。
In a fiber laser, if the position of the laser beam to be amplified and the core is displaced at the fiber entrance end, the laser beam to be amplified propagating through the core decreases, and as a result, a sufficient amplified output cannot be obtained from the fiber exit end. If the light propagating through the core is maximized, the misalignment is eliminated. However, in the case of a double clad fiber, the light leaking from the core also propagates through the first clad and emerges from the fiber exit end. It was difficult to distinguish.
Further, since the lens and the fiber incident end in the amplified laser side optical system are fixed, it is difficult to correct the positional deviation due to a change with time.

本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置は、コアの外周に第1クラッド層と、第2クラッド層とを有するダブルクラッド構造を有し、励起レーザ光が導入される偏波面保存レーザ光増幅ファイバと、このレーザ光増幅ファイバによって光増幅がなされる被増幅レーザ光源と、この被増幅レーザ光源からの被増幅レーザ光を、レーザ光増幅ファイバのコアに入射させる被増幅レーザ光源側の光学系と、位置調整手段とを有し、この位置調整手段は、レーザ光増幅ファイバのコアの被増幅レーザ光の入射端と、被増幅レーザ光源からの被増幅レーザ光源側の光学系との位置関係を調整する位置調整機構を有することを最も主要な特徴とする。   A laser light amplifying fiber device according to the present invention has a double clad structure having a first cladding layer and a second cladding layer on the outer periphery of a core, and a polarization-maintaining laser light amplifying fiber into which pumping laser light is introduced, An amplified laser light source that is optically amplified by the laser light amplifying fiber, an optical system on the amplified laser light source side that makes the amplified laser light from the amplified laser light source incident on the core of the laser light amplifying fiber, and a position Adjusting means, and this position adjusting means adjusts the positional relationship between the incident end of the amplified laser light of the core of the laser light amplifying fiber and the optical system on the amplified laser light source side from the amplified laser light source. The most important feature is to have a position adjusting mechanism.

本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置は、偏波面保存レーザ光増幅ファイバの、光増幅レーザ光の出射端側に増幅レーザ光の出力の検出手段が設けられ、この検出手段における検出出力によって、上述の位置調整機構を制御して、被増幅レーザ光のレーザ光増幅ファイバレーザへの入射位置の調整がなされるようにし得る。   The laser light amplifying fiber device according to the present invention is provided with a means for detecting the output of the amplified laser light on the exit end side of the light amplifying laser light of the polarization plane preserving laser light amplifying fiber. The position adjustment mechanism may be controlled to adjust the incident position of the laser light to be amplified to the laser light amplification fiber laser.

そして、本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置は、偏波面保存レーザ光増幅ファイバの光増幅レーザ光出射端側に、この増幅レーザ光の出力の検出手段が設けられ、この増幅レーザ光の出力の検出手段が、上記偏波面保存レーザ光増幅ファイバの、光増幅レーザ光の出射端側に配置された偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタによって分離された第1および第2の出力光を検出する第1および第2の光検出手段とを有し、これら光検出手段からの検出出力の差を制御信号として、上記位置調整機構の位置調整を行い得る。   In the laser beam amplifying fiber device according to the present invention, a means for detecting the output of the amplified laser beam is provided on the light-amplified laser beam output end side of the polarization-maintaining laser beam amplification fiber, and the output of the amplified laser beam is detected. The means detects a polarization beam splitter disposed on the output end side of the optical amplification laser beam of the polarization plane preserving laser beam amplification fiber, and first and second output lights separated by the polarization beam splitter. The position adjustment mechanism can be adjusted using a difference between detection outputs from the light detection means as a control signal.

本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置によれば、被増幅レーザのビームを正確な注入が図られることから、所望の増幅光が得られるものである。
また、装置製造時だけでなく、経時変化等による位置ずれの補正も可能とされることから、長期信頼性の高いファイバレーザの実現が図られる等、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。
According to the laser light amplifying fiber device of the present invention, since the laser beam to be amplified is accurately injected, desired amplified light can be obtained.
In addition, since it is possible to correct misalignment due to changes over time as well as at the time of manufacturing the apparatus, a long-term reliable fiber laser can be realized. It can bring about an effect.

図1を参照して本発明装置の一実施形態例を図1を参照して説明する。
この実施形態例においては、図8で説明したファイバ装置に適用した場合であるが、本発明は、この形態例に限定されるものではない。
An embodiment of the apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the present invention is applied to the fiber device described in FIG. 8, but the present invention is not limited to this embodiment.

この実施形態においては、前述したように、レーザ光増幅ファイバ1と、励起用レーザ光源102と、伝送用光ファイバ103と、光学系121と、被増幅レーザ光源110すなわち例えば被増幅信号レーザ光の光源と、光学系122とを有する。   In this embodiment, as described above, the laser light amplification fiber 1, the excitation laser light source 102, the transmission optical fiber 103, the optical system 121, the amplified laser light source 110, that is, the amplified signal laser light, for example, A light source and an optical system 122;

励起用レーザ光源側の光学系121は、レンズ104aおよび104bと、これら間に配置された、波長選択性ミラー105aとを有する。
被増幅レーザ光源110側の光学系122は、レンズ104eおよび104dと、これら間に配置された波長選択性ミラー105bと、リターンミラー107とを有する。
The optical system 121 on the excitation laser light source side includes lenses 104a and 104b, and a wavelength selective mirror 105a disposed therebetween.
The optical system 122 on the amplified laser light source 110 side includes lenses 104e and 104d, a wavelength selective mirror 105b disposed therebetween, and a return mirror 107.

また、被増幅レーザ光源102と、光学系122の波長選択性ミラー105bとの間には、レンズ104cと、光アイソレータ109と、旋光子108と、ミラー106aとが配置される。   A lens 104c, an optical isolator 109, an optical rotator 108, and a mirror 106a are disposed between the laser light source 102 to be amplified and the wavelength selective mirror 105b of the optical system 122.

そして、この実施形態例においては、励起用レーザ光源102側の光学系121の波長選択性ミラー105aによる波長選択されて分岐される光路に、偏光ビームスプリッタ131と、この偏光ビームスプリッタ131によって分岐された2つの光路に配置された、それぞれ例えばフォトダイオードによる第1および第2の光検出部132および133と、これら第1および第2の光検出部132および133からの検出出力の差を検出する演算回路134とを設ける。   In this embodiment, the polarization beam splitter 131 and the polarization beam splitter 131 branch off the optical path that is selected and branched by the wavelength selective mirror 105a of the optical system 121 on the excitation laser light source 102 side. For example, the first and second light detection units 132 and 133 that are arranged in the two optical paths, for example, using photodiodes, and the difference between detection outputs from the first and second light detection units 132 and 133 are detected. An arithmetic circuit 134 is provided.

一方、レーザ光増幅ファイバ1の被増幅レーザ光源110側の端部111と光学系122との間に、光学系122と、端部111の相対的位置、特に両者の光軸を相対的に微調整する可動部135を設ける。
この可動部135は、例えば図4に概略構成を示すように、レーザ光増幅ファイバ1の、上述した被増幅レーザ光源110側の端部111を保持するファイバホルダ21が、これを図においてX方向に移動させることができる例えばピエゾ素子(PLZT素子)、すなわち電歪素子22を介して、中間ベース23に支持される。そして、この中間ベース23が、固定ベース30に、X方向と直交するY方向に移動させることができる上記例えば同様に、例えばピエゾ素子、すなわち電歪素子24を介して、支持される構成とすることができる。
On the other hand, the relative positions of the optical system 122 and the end 111, particularly the optical axes of both, are relatively small between the end 111 of the laser light amplifying fiber 1 on the amplified laser light source 110 side and the optical system 122. A movable part 135 to be adjusted is provided.
For example, as shown in FIG. 4, the movable portion 135 includes a fiber holder 21 that holds the end 111 of the laser light amplifying fiber 1 on the above-described amplified laser light source 110 side. For example, it is supported by the intermediate base 23 via a piezo element (PLZT element), that is, an electrostrictive element 22. The intermediate base 23 is supported by the fixed base 30 via, for example, a piezo element, that is, an electrostrictive element 24, which can be moved in the Y direction orthogonal to the X direction. be able to.

図4で示した例では、ファイバ1の端部111を可動構成とした場合であるが、同様の構成をとって、図5に概略構成を示すように、レンズ104eを可動にすることができる。すなわち、この場合は、レンズ104eを、保持するホルダ26が、X方向に移動させることができる例えばピエゾ素子27を介して、中間ベース28に支持される。そして、この中間ベース28が、固定ベース30に、X方向と直交するY方向に移動させることができる上記例えば同様に、例えばピエゾ素子、すなわち電歪素子29を介して、支持される構成とすることができる。   In the example shown in FIG. 4, the end portion 111 of the fiber 1 is configured to be movable. However, the lens 104 e can be made movable by adopting the same configuration as shown in the schematic configuration in FIG. 5. . That is, in this case, the holder 26 that holds the lens 104e is supported by the intermediate base 28 via, for example, the piezo element 27 that can be moved in the X direction. The intermediate base 28 is supported by the fixed base 30 via, for example, a piezo element, that is, an electrostrictive element 29, which can be moved in the Y direction orthogonal to the X direction. be able to.

これら構成において、そのピエゾ素子に制御電圧を印加することによって、ファイバ1あるいはレンズ104eをXおよびYに移動調整することができる。しかしながら、この移動調整機構は、電歪素子を用いる場合に限られるものではなく、例えば電磁アクチュエータ構成とすることもできる。   In these configurations, the fiber 1 or the lens 104e can be moved and adjusted to X and Y by applying a control voltage to the piezoelectric element. However, this movement adjustment mechanism is not limited to the case where an electrostrictive element is used, and may be an electromagnetic actuator configuration, for example.

次に、この構成の動作を説明する。
この場合、レーザ光増幅ファイバ1に、その励起用レーザ光源102からのレーザ光が、伝送用光ファイ103を通じて、光学系121の、レンズ104a、波長選択性ミラー105a、レンズ104bを通じて、レーザ光増幅ファイバ1の端部112の第1クラッド12に集光導入される。
一方、被増幅レーザ光源110から、例えば増幅がなされる低出力の信号光が、レンズ104c、光アイソレータ109、旋光子108を通じて、ミラー106aによって光学系122の波長選択性ミラー105bに導入され、これよって波長選択されて反射され、レンズ104eによって集光されて、レーザ光増幅ファイバ1の端部111に集光導入される。
Next, the operation of this configuration will be described.
In this case, laser light from the excitation laser light source 102 passes through the transmission optical fiber 103 to the laser light amplification fiber 1 and passes through the lens 104a, the wavelength selective mirror 105a, and the lens 104b of the optical system 121. Condensed light is introduced into the first cladding 12 at the end 112 of the fiber 1.
On the other hand, for example, low-power signal light to be amplified is introduced from the laser light source 110 to be amplified into the wavelength selective mirror 105b of the optical system 122 by the mirror 106a through the lens 104c, the optical isolator 109, and the optical rotator 108. Accordingly, the wavelength is selected, reflected, condensed by the lens 104e, and condensed and introduced into the end 111 of the laser light amplifying fiber 1.

このようにして、励起用レーザ光源102からの励起用レーザ光が光増幅ファイバ1の第1クラッド12に導入されることによって、コア11に添加された希土類の励起がなされる。
この励起用レーザ光の、増幅ファイバ1の端部112から端部111まで通過する間で吸収されなかった余剰のレーザ光は、光学系122のリターンミラー107で反射されて再びレーザ光増幅ファイバ1に導入され、有効に励起に寄与するようになされる。
In this manner, the excitation laser light from the excitation laser light source 102 is introduced into the first cladding 12 of the optical amplification fiber 1, thereby exciting the rare earth added to the core 11.
The excess laser light that is not absorbed while the excitation laser light passes from the end portion 112 to the end portion 111 of the amplification fiber 1 is reflected by the return mirror 107 of the optical system 122 and is again reflected in the laser light amplification fiber 1. To effectively contribute to excitation.

一方、低出力の被増幅レーザ光源110からの被増幅レーザ光は、上述したように光学系122によって、集光されて、レーザ光増幅ファイバ1の端部111から、コア11に導入される。このとき被増幅レーザ光の波長は、レーザ光増幅ファイバ1のコア11に添加された希土類の誘導放出光の波長に合わされている。
そして、この被増幅レーザ光が、レーザ光増幅ファイバ1を伝播していく過程において、第1クラッド12中の励起用レーザ光は、コア11に添加された希土類に吸収されてコア11に誘導放出光を誘起する。
On the other hand, the amplified laser light from the low-power amplified laser light source 110 is condensed by the optical system 122 and introduced into the core 11 from the end 111 of the laser light amplification fiber 1 as described above. At this time, the wavelength of the amplified laser light is matched with the wavelength of the rare earth stimulated emission light added to the core 11 of the laser light amplifying fiber 1.
Then, in the process in which the laser light to be amplified propagates through the laser light amplifying fiber 1, the excitation laser light in the first cladding 12 is absorbed by the rare earth added to the core 11 and stimulated emission to the core 11. Induces light.

コア11を伝播して増幅された被増幅レーザ光は、レーザ光増幅ファイバ1の端部112から出射される。
この増幅された出力光は、レンズ104bを通じて波長選択性ミラー105aおよびミラー106bによって反射されるように、前述した旋光子108の設定がなされ、偏光ビームスプリッタ131に導入される。
The laser beam to be amplified that has been propagated through the core 11 and amplified is emitted from the end 112 of the laser beam amplification fiber 1.
The amplified output light 108 is set as described above so that the amplified output light is reflected by the wavelength selective mirror 105a and the mirror 106b through the lens 104b, and is introduced into the polarization beam splitter 131.

いま、ファイバ1に、励起用レーザ光が導入されない状態で、かつファイバ1の偏波面方向を偏光ビームスプリッタ131のS偏光方向と一致させると、ファイバ1の端部111における被増幅レーザ光のビームスポットとファイバ1のコア11の位置ずれにより、光検出素子132および133の出力が変化する。
すなわち、被増幅レーザ光のビームスポットとファイバ1のコア11とが一致したとき、例えば図3の実線曲線19で示すように、例えば第1の光検出器132の出力が最大となり、破線曲線20で示す他方の第2の光検出器133の出力が最小となる。
このような変化を示す理由は、被増幅レーザ光のビームスポットとファイバ1のコア11の位置がずれるとき、コア11内で偏波面が保存されてファイバ1を伝播する光は減少し、一方、コア11から漏れた光は、第1クラッド12内を偏波面が保存されることなく、すなわちランダム偏光の光として伝播し、これが、ファイバ1の端部112から導出され、偏光ビームスプリッタ131に向かうことから、これを透過して、第2の光検出器133に導入されることから、この出力が大となるのである。
上述した例では、偏波面方向を偏光ビームスプリッタ131のS偏光と一致させた場合であるが、P偏光と一致させるときは、両光検出器132および133の振る舞いは、上述した場合とは、逆となる。
Now, when the excitation laser beam is not introduced into the fiber 1 and the polarization plane direction of the fiber 1 is made to coincide with the S polarization direction of the polarization beam splitter 131, the beam of the amplified laser beam at the end 111 of the fiber 1. Due to the positional deviation between the spot and the core 11 of the fiber 1, the outputs of the light detection elements 132 and 133 change.
That is, when the beam spot of the laser beam to be amplified and the core 11 of the fiber 1 coincide with each other, for example, as indicated by the solid curve 19 in FIG. The output of the other second photodetector 133 indicated by is minimized.
The reason for this change is that when the beam spot of the laser beam to be amplified is displaced from the position of the core 11 of the fiber 1, the polarization plane is preserved in the core 11 and the light propagating through the fiber 1 is reduced. The light leaking from the core 11 propagates in the first cladding 12 without preserving the polarization plane, that is, as randomly polarized light, which is led out from the end 112 of the fiber 1 and travels toward the polarization beam splitter 131. Therefore, since this is transmitted and introduced into the second photodetector 133, this output becomes large.
In the example described above, the polarization plane direction is matched with the S-polarized light of the polarization beam splitter 131, but when matched with the P-polarized light, the behavior of both the photodetectors 132 and 133 is as described above. The reverse is true.

次に、光検出器132および133の位置ずれに対する特性をもとに位置制御機構のアルゴリズムの例を、図6を参照して説明する。
この例では、被増幅レーザとファイバ1のコア11とが一致したときに、光検出器132の出力P1が最大、光検出器133の出力が最小となることを利用してP1とP2の差DP、すなわち図1の演算回路134の出力が最大になるようにして、可動部135の制御を行うようにした場合である。
すなわち、X,Y方向でそれぞれ独立に可動するファイバ端またはレンズ104eを微小に移動して、DPの変化を繰り返し評価し、X,Y方向で、それぞれDPを最大にする位置にファイバもしくは光学系の位置を設定する。いわゆるオープンループの制御方式を用いる。
Next, an example of the algorithm of the position control mechanism based on the characteristics of the photodetectors 132 and 133 with respect to the positional deviation will be described with reference to FIG.
In this example, when the laser to be amplified and the core 11 of the fiber 1 coincide, the difference between P1 and P2 is obtained by utilizing the fact that the output P1 of the photodetector 132 is maximum and the output of the photodetector 133 is minimum. This is a case where the movable portion 135 is controlled so that DP, that is, the output of the arithmetic circuit 134 of FIG.
That is, the fiber end or lens 104e that can move independently in the X and Y directions is slightly moved to repeatedly evaluate the change in DP, and the fiber or optical system is positioned at the position where the DP is maximized in the X and Y directions. Set the position of. A so-called open loop control method is used.

また、図7で示すアルゴリズムは、被増幅レーザと光1のコア11の位置が、合致したときに、光検出器133の出力が最小となるように、可動部を制御するほう指示器であり、X,Y方向に独立に可動するファイバ端またはレンズ104eを微小に移動させて出力P2の変化を繰り返し評価し、X,Y方向でそれぞれ出力P2を最小にする位置にファイバ端あるいはレンズ104eの位置を設定する。同様に、オープンループの制御方式を用いる。この方法によるときは、光検出器132は不要となる。   The algorithm shown in FIG. 7 is an indicator that controls the movable part so that the output of the photodetector 133 is minimized when the position of the laser 11 to be amplified matches the position of the core 11 of the light 1. The fiber end or lens 104e, which is independently movable in the X and Y directions, is slightly moved to repeatedly evaluate the change in the output P2, and the fiber end or the lens 104e is positioned to minimize the output P2 in the X and Y directions. Set the position. Similarly, an open loop control method is used. When this method is used, the photodetector 132 is not necessary.

上述した方法により被増幅レーザと光増幅ファイバ1のコア11との位置調整をした後に、励起用レーザ光をファイバ1に導入し、前述した増幅動作を行う。
更に、励起用レーザ光をファイバ1に導入したレーザ動作中においても、増幅レーザ光はコアを伝播する被増幅レーザの偏波面と一致した偏波面を有するので、光検出器の出力は図3のように最適位置が最小値を示すことになる。すなわち、図7で示したアルゴリズムを使用すれば、レーザ動作使用中に、被増幅レーザとファイバ1のコア11の相対位置制御をすることも可能となる。
After adjusting the position of the laser to be amplified and the core 11 of the optical amplifying fiber 1 by the method described above, the excitation laser light is introduced into the fiber 1 and the above-described amplification operation is performed.
Further, even during the laser operation in which the excitation laser beam is introduced into the fiber 1, the amplified laser beam has a polarization plane that coincides with the polarization plane of the laser to be amplified propagating through the core. Thus, the optimum position shows the minimum value. That is, if the algorithm shown in FIG. 7 is used, it becomes possible to control the relative position between the laser to be amplified and the core 11 of the fiber 1 while using the laser operation.

この構成によれば、被増幅レーザのビームの正確な注入が図られる。   According to this configuration, it is possible to accurately inject the beam of the laser to be amplified.

本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置の一例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an example of the laser beam amplification fiber apparatus by this invention. 本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置を構成する、レーザ光増幅ファイバの一例の構造を示す概略横断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a structure of an example of a laser beam amplification fiber constituting a laser beam amplification fiber device according to the present invention. 本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置の一例における、光検出の手段の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the means of light detection in an example of the laser beam amplification fiber apparatus by this invention. 本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置における、可動部の一例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of an example of a movable part in the laser beam amplification fiber apparatus by this invention. 本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置における、可動部の別の例の概略構成図である。It is a schematic block diagram of another example of a movable part in the laser beam amplification fiber apparatus by this invention. 本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置の一例における、位置調整メカニズムの一例の模式図である。It is a schematic diagram of an example of the position adjustment mechanism in an example of the laser beam amplification fiber apparatus by this invention. 本発明によるレーザ光増幅ファイバ装置の一例における、位置調整メカニズムの別の例の模式図である。It is a schematic diagram of another example of the position adjustment mechanism in an example of the laser beam amplification fiber apparatus by this invention. 従来のレーザ光増幅ファイバ装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional laser beam amplification fiber apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・レーザ光増幅ファイバ、11・・・コア、12・・・第1クラッド、13・・・第2クラッド、14・・・バッファ、15・・・ジャケット、19・・・光検出器、20・・・光検出器、21・・・ファイバホルダ、22・・・ピエゾ素子、23・・・中間ベース、24・・・ピエゾ素子、25・・・ベース、26・・・ホルダ、27・・・ピエゾ素子、28・・・中間ベース、29・・・ピエゾ素子、30・・・ベース、102・・・励起用レーザ光源、103・・・伝送用光ファイバ、104a・・・レンズ、104b・・・レンズ、104c・・・レンズ、104d・・・レンズ、104e・・・レンズ、105a・・・波長選択性ミラー、105b・・・波長選択性ミラー、106a・・・ミラー、106b・・・ミラー、107・・・リターンミラー、108・・・旋光子、109・・・光アイソレータ、110・・・被増幅レーザ光源、111・・・端部、112・・・端部、121・・・光学系、122・・・光学系、131・・・偏光ビームスプリッタ、132・・・第1の光検出器、133・・・第2の光検出器、134・・・演算回路、135・・・可動部、201・・・レーザ光増幅ファイバ装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser beam amplifying fiber, 11 ... Core, 12 ... 1st clad, 13 ... 2nd clad, 14 ... Buffer, 15 ... Jacket, 19 ... Photodetector , 20 ... photodetector, 21 ... fiber holder, 22 ... piezo element, 23 ... intermediate base, 24 ... piezo element, 25 ... base, 26 ... holder, 27 ... Piezo element, 28 ... Intermediate base, 29 ... Piezo element, 30 ... Base, 102 ... Laser light source for excitation, 103 ... Optical fiber for transmission, 104a ... Lens, 104b ... lens, 104c ... lens, 104d ... lens, 104e ... lens, 105a ... wavelength selective mirror, 105b ... wavelength selective mirror, 106a ... mirror, 106b ··mirror, 07 ... Return mirror, 108 ... Optical rotator, 109 ... Optical isolator, 110 ... Amplified laser light source, 111 ... End, 112 ... End, 121 ... Optical system , 122 ... optical system, 131 ... polarization beam splitter, 132 ... first photodetector, 133 ... second photodetector, 134 ... arithmetic circuit, 135 ... movable , 201... Laser light amplifying fiber device

Claims (3)

コアの外周に第1クラッド層と、第2クラッド層とを有するダブルクラッド構造を有し、励起レーザ光が導入される、偏波面保存レーザ光増幅ファイバと、
上記レーザ光増幅ファイバによって光増幅がなされる被増幅レーザ光発生源と、
該被増幅レーザ光発生源からの被増幅レーザ光を、上記レーザ光増幅ファイバの上記コアに入射させる被増幅レーザ光発生源側の光学系と、
位置調整手段とを有し、
該位置調整手段は、上記レーザ光増幅ファイバのコアの被増幅レーザ光の入射端と、上記被増幅レーザ光の発生部からの被増幅レーザ光発生源側の光学系との位置関係を調整する位置調整機構を有することを特徴とするレーザ光増幅ファイバ装置。
A polarization-preserving laser light amplifying fiber having a double clad structure having a first clad layer and a second clad layer on the outer periphery of the core, into which pumping laser light is introduced;
An amplified laser beam source that is amplified by the laser beam amplification fiber;
An optical system on the amplified laser beam generation source side that makes the amplified laser beam from the amplified laser beam generation source incident on the core of the laser beam amplification fiber;
Position adjusting means,
The position adjusting means adjusts a positional relationship between an incident end of the amplified laser light of the core of the laser light amplifying fiber and an optical system on the amplified laser light generation source side from the generation unit of the amplified laser light. A laser light amplifying fiber device having a position adjusting mechanism.
上記偏波面保存レーザ光増幅ファイバの、光増幅レーザ光の出射端側に、該増幅レーザ光の出力の検出手段が設けられ、
該検出出力によって、上記位置調整機構を制御して、上記被増幅レーザ光の上記レーザ光増幅ファイバレーザへの入射位置の調整がなされるようにしたことを特徴とする請求項1に記載のレーザ光増幅ファイバ装置。
The polarization plane preserving laser light amplifying fiber is provided with a means for detecting the output of the amplified laser light on the emission end side of the optically amplified laser light,
2. The laser according to claim 1, wherein the position adjustment mechanism is controlled by the detection output to adjust an incident position of the laser light to be amplified to the laser light amplifying fiber laser. 3. Optical amplification fiber device.
上記偏波面保存レーザ光増幅ファイバの、光増幅レーザ光の出射端側に、該増幅レーザ光の出力の検出手段が設けられ、
該増幅レーザ光の出力の検出手段が、上記偏波面保存レーザ光増幅ファイバの、光増幅レーザ光の出射端側に配置された偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタによって分離された第1および第2の出力光を検出する第1および第2の光検出手段とを有し、
これら光検出手段からの検出出力の差を制御信号として、上記位置調整機構の位置調整を行うことを特徴とする請求項1に記載のレーザ光増幅ファイバ装置。
The polarization plane preserving laser light amplifying fiber is provided with a means for detecting the output of the amplified laser light on the emission end side of the optically amplified laser light,
A means for detecting the output of the amplified laser beam, a polarization beam splitter disposed on the output end side of the optically amplified laser beam of the polarization-maintaining laser beam amplification fiber;
First and second light detection means for detecting first and second output lights separated by the polarization beam splitter;
2. The laser light amplifying fiber device according to claim 1, wherein the position adjustment mechanism performs position adjustment using a difference in detection output from the light detection means as a control signal.
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