【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いた光ファイバレーザに関し、特に、医療の分野で必要とされる波長２．９μｍ付近のレーザ光の発振波長を変化させることが可能な光ファイバレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水は波長２．９μｍ付近に光に対して大きな吸収を示すため、この波長付近の光を生体組織や歯などに照射することで切開・切削などの治療を行なうことができる。
【０００３】
図４に示すように、波長２．９μｍ付近における水の吸収係数は波長に依存して大きくなるため、生体組織や歯などに照射するレーザ光の発振波長を変化させることで、治療の自由度が高くなる。
しかしながら、発振波長を外部から制御した場合、レーザ光の発振波長の変化量は、現在、歯科治療で用いられている発振波長の中心が２．９４μｍのエルビウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｅｒ：ＹＡＧ）レーザにエタロンを適用した場合で、６ｎｍ程度であることが報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。この方法では、発振波長の制御性が悪いという問題がある。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｃ．Ｅ．Ｈａｍｉｌｔｏｎ、Ｒ．Ｊ．Ｂｅａｃｈ、Ｓ．Ｂ．Ｓｕｔｔｏｎ、Ｌ．Ｈ．Ｆｕｒｕ、ａｎｄ Ｗ．Ｆ．Ｋｒｕｐｋｅ、１−Ｗ ａｖｅｒａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｌｅｖｅｌｓ ａｎｄ ｔｕｎａｂｉｌｉｔｙ ｆｒｏｍ ａ ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ ２．９４−μｍ Ｅｒ：ＹＡＧ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、Ｏｃｔｏｂｅｒ １５、１９９４、Ｖｏｌ．１９、Ｎｏ．２０、ｐ１６２７−１６２９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、発振波長の制御性が良好な光ファイバレーザを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、励起光源と、希土類元素添加ファイバと、波長制御素子とを少なくとも備えた光ファイバレーザにおいて、前記波長制御素子は、前記希土類元素添加ファイバから出射される発振光の光軸と、該波長制御素子の表面に垂直な方向とのなす角が可変となっており、前記発振光の発振波長が波長２．９μｍ帯である光ファイバレーザを提供する。
【０００７】
上記構成の光ファイバレーザにおいて、前記波長制御素子は誘電体多層膜フィルタであることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の光ファイバレーザの一例を示す模式図である。
この例の光ファイバレーザは、励起光源１と、集光レンズ２と、第一のフィルタ３と、希土類元素添加ファイバ４と、コリメートレンズ５と、波長制御素子６と、第二のフィルタ７とから概略構成されており、これらがこの順に配置されている。また、第一のフィルタ３、希土類元素添加ファイバ４および第二のフィルタ７から共振器が構成されている。
【０００９】
励起光源１としては、波長９６０ｎｍ〜９９０ｎｍ、出力１０Ｗ〜４０Ｗ程度の励起光を出射可能な半導体レーザ（ＬＤ）、ファイバレーザなどが用いられる。
【００１０】
集光レンズ２は、励起光源１から出射された励起光を集光するものであり、例えば、ソーダ石灰ガラス、溶融石英、サファイアなどを材質とする非球面レンズや平凸レンズなどが用いられる。
【００１１】
第一のフィルタ３は、励起光源１から出射された励起光を透過し、希土類元素添加ファイバ４で発振したレーザ光を反射するものであり、例えば、誘電体多層膜が用いられる。
また、第一のフィルタ３は、励起光源１から出射される励起光の透過率が９５％、レーザ光の反射率が９９％以上であることが望ましい。
【００１２】
希土類元素添加ファイバ４は、励起光源１から出射された励起光によって励起される利得媒体であり、例えば、希土類元素が２０００ｐｐｍ〜１０００００ｐｐｍ程度添加されたフッ化物ガラスからなるコアと、その外周にフッ化物ガラスからなり、励起光を伝搬する内側クラッドが設けられ、さらに内側クラッドの外周に紫外線硬化型樹脂からなる外側クラッドが設けられたダブルクラッドファイバである。
希土類元素添加ファイバ４の外径は３００μｍ〜６００μｍ程度、そのコアの外径は１０μｍ〜１００μｍ程度である。
【００１３】
希土類元素としては、波長２．９μｍ付近のレーザ光を発振するには、エルビウム（Ｅｒ）、ホルミウム（Ｈｏ）などが用いられる。
フッ化物ガラスとしては、例えば、フッ化ジルコニウム（ＺｒＦ４）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）、フッ化ランタン（ＬａＦ３）、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、フッ化ハフニウム（ＨｆＦ４）などからなるガラスが用いられる。
【００１４】
希土類元素添加ファイバ４としては、例えば、コアはエルビウムが添加されたフッ化物ガラスからなるエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）が用いられるが、ファイバ製造時の冷却速度を遅くしても結晶化を伴わずにガラスを生成することができるＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ４、ＢａＦ２、ＬａＦ３、ＡｌＦ３、ＮａＦからなるガラス）ファイバ（ＺＢＬＡＮ−ＥＤＦ）が好ましく用いられる。
【００１５】
コリメートレンズ５は、サファイアガラスあるいはフッ化カルシウムからなる平凸レンズであり、波長２．８μｍ付近の光に対して吸収のないレンズである。このコリメートレンズ５は、希土類元素添加ファイバ４の出射端側にその平面が対向し、波長制御素子６側にその凸面が対向するように配されている。これにより、希土類元素添加ファイバ４から出射された光をコリメートし、波長制御素子６からの反射光を集光する。
【００１６】
波長制御素子６は、希土類元素添加ファイバ４から出射される発振光の光軸と、波長制御素子６の表面に垂直な方向とのなす角度θが可変となっているバンドパスフィルタであり、この角度θを変えることで、波長制御素子６に対する発振光の入射角が変化するため、その透過スペクトル（発振波長）を変化させることができる。
【００１７】
波長制御素子６としては、誘電体多層膜フィルタが用いられる。
誘電体多層膜フィルタとは、屈折率の異なる、例えばＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などの薄膜をそれぞれの厚さ数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度で、数層〜数１００層程度積み重ねて作製されたフィルタである。
【００１８】
第二のフィルタ７は、希土類元素添加ファイバ４から出射されたレーザ光の一部を反射し、その他を透過するものである。
また、第二のフィルタ７は、レーザ光の反射率が１０〜９０％であることが望ましい。
【００１９】
この例の光ファイバレーザでは、励起光源１から出射された励起光を集光レンズ２によって集光し、希土類元素添加ファイバ４に入射する。第一のフィルタ３、希土類元素添加ファイバ４および第二のフィルタ７の間で発振した光は、希土類元素添加ファイバ４からレーザ光として出射されるが、波長制御素子６の角度θを変えることで、このレーザ光の発振波長を２．９μｍ帯の任意波長となるように制御することができる。
【００２０】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
（実施例）
図１に示すような光ファイバレーザを作製した。
励起光源１としては、波長９７９ｎｍ、出力２０Ｗの半導体レーザを用いた。集光レンズ２としては、レンズの焦点距離と有効径の比を表すＦ値が０．８８で、材質がソーダ石灰ガラスの非球面レンズを用いた。第一のフィルタ３としては、励起光の透過率９５％、レーザ光の反射率９９％の誘電体多層膜を用いた。希土類元素添加ファイバ４としては、コアがモル濃度２００００ｐｐｍでエルビウムイオンが添加されたフッ化物ガラスからなるＺＢＬＡＮファイバを用いた。希土類元素添加ファイバ４の外径は１２５μｍ、長さは１５ｍ、コアの外径は１０μｍとした。コリメータレンズ５としては、サファイアガラスからなる平凸レンズを用いた。波長制御素子６としては、厚さ約３００ｎｍの誘電体多層膜フィルタを用いた。第二のフィルタ７としては、レーザ光の反射率１０％の誘電体多層膜を用いた。
【００２１】
図２に、実施例で用いた誘電体多層膜フィルタの透過スペクトルを示す。図２中、角度は、誘電体多層膜フィルタ（波長制御素子６）が希土類元素添加ファイバ４から出射される発振光の光軸と、波長制御素子６の表面に垂直な方向とのなす角度θを示している。
図２から、角度θによって、透過スペクトルが変化することが分かった。
【００２２】
波長制御素子６の角度θを変化させながら、光ファイバレーザの発振波長を測定した。結果を図３に示す。
図３の結果から、角度θを変化させることにより、光ファイバレーザの発振波長が２．７９μｍから２．８６５μｍまで変化することが確認された。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバレーザによれば、希土類元素添加ファイバから出射される発振光の光軸と、波長制御素子の表面に垂直な方向とのなす角を変えることで、レーザ光の発振波長を２．９μｍ帯の任意波長となるように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバレーザの一例を示す模式図である。
【図２】実施例で用いた誘電体多層膜フィルタの透過スペクトルを示すグラフである。
【図３】波長制御素子の角度θと、光ファイバレーザの発振波長との関係を示すグラフである。
【図４】波長と光の吸収係数を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・励起光源、２・・・集光レンズ、３・・・第一のフィルタ、４・・・希土類元素添加ファイバ、５・・・コリメータレンズ、６・・・波長制御素子、７・・・第二のフィルタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber laser using an optical fiber, and more particularly to an optical fiber laser capable of changing the oscillation wavelength of laser light having a wavelength of about 2.9 μm required in the medical field.
[0002]
[Prior art]
Since water exhibits a large absorption with respect to light in the vicinity of a wavelength of 2.9 μm, treatment such as incision and cutting can be performed by irradiating living tissue or teeth with light in the vicinity of this wavelength.
[0003]
As shown in FIG. 4, since the absorption coefficient of water near the wavelength of 2.9 μm increases depending on the wavelength, the degree of freedom of treatment can be achieved by changing the oscillation wavelength of the laser light applied to the living tissue or teeth. Becomes higher.
However, when the oscillation wavelength is controlled from the outside, the amount of change in the oscillation wavelength of the laser beam is erbium-doped yttrium aluminum garnet (Er) whose center is 2.94 μm. : YAG) When etalon is applied to a laser, it is reported to be about 6 nm (for example, see Non-Patent Document 1). This method has a problem that the controllability of the oscillation wavelength is poor.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
C. E. Hamilton, R.A. J. et al. Beach, S.M. B. Sutton, L.M. H. Furu, and W.H. F. Krupke, 1-W average power levels and tunability from a diode-pumped 2.94-μm Er: YAG oscillator, Optical Society of America, October 94, October 94. 19, no. 20, p1627-1629
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical fiber laser having good controllability of oscillation wavelength.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides an optical fiber laser including at least a pumping light source, a rare earth element-doped fiber, and a wavelength control element, wherein the wavelength control element is emitted from the rare earth element-doped fiber. Provided is an optical fiber laser in which an angle formed by an optical axis of oscillation light and a direction perpendicular to the surface of the wavelength control element is variable, and an oscillation wavelength of the oscillation light is a wavelength of 2.9 μm band.
[0007]
In the optical fiber laser having the above configuration, the wavelength control element is preferably a dielectric multilayer filter.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an optical fiber laser of the present invention.
The optical fiber laser of this example includes an excitation light source 1, a condenser lens 2, a first filter 3, a rare earth element-doped fiber 4, a collimator lens 5, a wavelength control element 6, and a second filter 7. Are generally configured, and these are arranged in this order. The first filter 3, the rare earth element doped fiber 4 and the second filter 7 constitute a resonator.
[0009]
As the excitation light source 1, a semiconductor laser (LD), a fiber laser, or the like that can emit excitation light having a wavelength of 960 nm to 990 nm and an output of about 10 W to 40 W is used.
[0010]
The condensing lens 2 condenses the excitation light emitted from the excitation light source 1, and for example, an aspheric lens or plano-convex lens made of soda lime glass, fused silica, sapphire, or the like is used.
[0011]
The first filter 3 transmits the excitation light emitted from the excitation light source 1 and reflects the laser light oscillated by the rare earth element-doped fiber 4. For example, a dielectric multilayer film is used.
The first filter 3 desirably has a transmittance of 95% for excitation light emitted from the excitation light source 1 and a reflectance of 99% or more for laser light.
[0012]
The rare earth element-doped fiber 4 is a gain medium that is excited by the excitation light emitted from the excitation light source 1, and includes, for example, a core made of fluoride glass to which rare earth elements are added in an amount of about 2000 ppm to 100,000 ppm, and fluoride on the outer periphery thereof. This is a double clad fiber made of glass, provided with an inner clad for propagating excitation light, and further provided with an outer clad made of an ultraviolet curable resin on the outer periphery of the inner clad.
The outer diameter of the rare earth element-doped fiber 4 is about 300 μm to 600 μm, and the outer diameter of the core is about 10 μm to 100 μm.
[0013]
As the rare earth element, erbium (Er), holmium (Ho), or the like is used to oscillate laser light having a wavelength of about 2.9 μm.
Examples of the fluoride glass include zirconium fluoride (ZrF 4 ), barium fluoride (BaF 2 ), lanthanum fluoride (LaF 3 ), aluminum fluoride (AlF 3 ), sodium fluoride (NaF), and lithium fluoride. Glass made of (LiF), yttrium fluoride (YF 3 ), hafnium fluoride (HfF 4 ), or the like is used.
[0014]
As the rare earth element-doped fiber 4, for example, an erbium-doped fiber (EDF) made of fluoride glass doped with erbium is used as the core. However, even if the cooling rate at the time of fiber production is slowed, crystallization does not occur. ZBLAN (glass made of ZrF 4 , BaF 2 , LaF 3 , AlF 3 , NaF) fiber (ZBLAN-EDF) capable of producing glass is preferably used.
[0015]
The collimating lens 5 is a plano-convex lens made of sapphire glass or calcium fluoride, and is a lens that does not absorb light in the vicinity of a wavelength of 2.8 μm. The collimating lens 5 is disposed such that its plane faces the emission end side of the rare earth element-doped fiber 4 and its convex surface faces the wavelength control element 6 side. Thereby, the light emitted from the rare earth element-doped fiber 4 is collimated, and the reflected light from the wavelength control element 6 is collected.
[0016]
The wavelength control element 6 is a bandpass filter in which an angle θ formed by the optical axis of the oscillation light emitted from the rare earth element-doped fiber 4 and the direction perpendicular to the surface of the wavelength control element 6 is variable. By changing the angle θ, the incident angle of the oscillation light with respect to the wavelength control element 6 changes, so that the transmission spectrum (oscillation wavelength) can be changed.
[0017]
As the wavelength control element 6, a dielectric multilayer filter is used.
A dielectric multilayer filter is a filter produced by stacking several layers to several hundreds of thin films having different refractive indexes, such as SiO 2 and Ta 2 O 5 , each having a thickness of about several tens to several hundreds of nanometers. It is.
[0018]
The second filter 7 reflects a part of the laser light emitted from the rare earth element-doped fiber 4 and transmits the others.
The second filter 7 desirably has a laser beam reflectance of 10 to 90%.
[0019]
In the optical fiber laser of this example, the excitation light emitted from the excitation light source 1 is condensed by the condenser lens 2 and is incident on the rare earth element-doped fiber 4. The light oscillated between the first filter 3, the rare earth element doped fiber 4 and the second filter 7 is emitted as a laser beam from the rare earth element doped fiber 4, but by changing the angle θ of the wavelength control element 6. The oscillation wavelength of this laser beam can be controlled to be an arbitrary wavelength in the 2.9 μm band.
[0020]
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to this Example.
(Example)
An optical fiber laser as shown in FIG. 1 was produced.
As the excitation light source 1, a semiconductor laser having a wavelength of 979 nm and an output of 20 W was used. As the condenser lens 2, an aspherical lens having an F value representing a ratio between the focal length and the effective diameter of the lens of 0.88 and a material of soda-lime glass was used. As the first filter 3, a dielectric multilayer film having excitation light transmittance of 95% and laser light reflectance of 99% was used. As the rare earth element-doped fiber 4, a ZBLAN fiber made of fluoride glass having a core with a molar concentration of 20000 ppm and erbium ions added thereto was used. The rare earth element-doped fiber 4 had an outer diameter of 125 μm, a length of 15 m, and an outer diameter of the core of 10 μm. As the collimator lens 5, a plano-convex lens made of sapphire glass was used. As the wavelength control element 6, a dielectric multilayer filter having a thickness of about 300 nm was used. As the second filter 7, a dielectric multilayer film having a laser beam reflectance of 10% was used.
[0021]
FIG. 2 shows a transmission spectrum of the dielectric multilayer filter used in the example. In FIG. 2, the angle is an angle θ formed between the optical axis of the oscillation light emitted from the rare earth element-doped fiber 4 by the dielectric multilayer filter (wavelength control element 6) and the direction perpendicular to the surface of the wavelength control element 6. Is shown.
From FIG. 2, it was found that the transmission spectrum changes depending on the angle θ.
[0022]
While changing the angle θ of the wavelength control element 6, the oscillation wavelength of the optical fiber laser was measured. The results are shown in FIG.
From the result of FIG. 3, it was confirmed that the oscillation wavelength of the optical fiber laser changes from 2.79 μm to 2.865 μm by changing the angle θ.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical fiber laser of the present invention, by changing the angle between the optical axis of the oscillation light emitted from the rare earth element-doped fiber and the direction perpendicular to the surface of the wavelength control element, The oscillation wavelength of light can be controlled to be an arbitrary wavelength in the 2.9 μm band.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an optical fiber laser of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing a transmission spectrum of a dielectric multilayer filter used in Examples.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the angle θ of the wavelength control element and the oscillation wavelength of the optical fiber laser.
FIG. 4 is a graph showing a wavelength and an absorption coefficient of light.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Excitation light source, 2 ... Condensing lens, 3 ... 1st filter, 4 ... Rare earth element addition fiber, 5 ... Collimator lens, 6 ... Wavelength control element, 7 * ..Second filter.