■ファイバレーザとは
ファイバレーザとは増幅媒質に光ファイバーを使った固体レーザの1種です。光ファイバーには、コアに希土類元素をドープしたダブルクラッドファイバーが使われます。ファイバーの両端には、出力側に低反射ミラー、入射側に光反射ミラーが設置されます。励起光は第1クラッドに入射され、第2クラッドとの境界で反射されながら伝搬するうちにコアにドープされた希土類元素に吸収されます。励起光の吸収により基底準位と準安定準位間に反転分布が生じて光が放出され、2つのミラー間で反射を繰り返しレーザ発振に至ります。(図1.~図3. 参照)
図1.ファイバレーザの構造
図2.ダブルクラッドファイバの屈折率分布
図3.希土類元素の励起
■ファイバレーザの特徴
レーザ結晶を使用した固体レーザと比べてファイバレーザは、細いファイバ内に光を閉じ込めているためエネルギー変換効率が高いという特徴があります。また、ファイバは細くて表面積が大きいので冷却しやすく高出力化でき、ファイバと光部品を一体化できるため光軸ずれがなく安定・高信頼・保守が容易です。さらに、ファイバ出力なのでビーム品質が優れています。
■ファイバレーザの構成例
●連続発振(CW)ファイバレーザの構成例
連続発振(CW)ファイバレーザの主な用途は溶接などの加工分野です。図4は連続発振高出力ファイバレーザの構成例を示しています。増幅媒質にはコアに希土類元素をドープしたダブルクラッド構造のファイバが使用されます。希土類元素としては発光効率のよいYbが一般的ですが、他にNd、Tm、 Erなども使用されています。ドープする希土類元素の種類により励起光波長、レーザ光の波長が異なります。Ybの場合には915nm励起で発振波長は1030~1070nmです。励起には複数の高出力マルチモードLDが使われ、ポンプコンバイナを介してダブルクラッドファイバの第1クラッドに入射されます。ファイバの両端にはFBGが融着接続されており共振器を形成しています。出力側にはハイパワー向けに設計された出力ファイバが融着接続されており、コリメータを介して出力します。
図4．連続発振高出力ファイバレーザの構成例
●パルス発振ファイバレーザの構成例
パルスファイバレーザの主な用途はマーキング、薄膜のパターニング、スクライビングなどの微細加工です。図5はMOPA(Master Oscillator Power Amplifier)と呼ばれるパルスファイバレーザの構成例を示しています。MOPAレーザは、シード光となるLDをパルスジェネレータでパルス発振させ光ファイバアンプで2段階増幅する構造で、パルス幅、繰り返し周波数等のパルス特性ををパルスジェネレータで制御できる利点があります。レーザ発信を抑制するためにアイソレータが、また、プリアンプで発生したASE光を除去するためにバンドパスフィルタが挿入されています。
図5．MOPA型ファイバレーザの構成例
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