CN1701475A - 光纤激光器、自发发射光源及光纤放大器 - Google Patents

光纤激光器、自发发射光源及光纤放大器 Download PDF

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Abstract

在光纤激光器、自发发射光源和光纤放大器中，虽然以前利用0.67μm或0.8μm的激发光来激发掺杂有铥(Tm)离子的光纤，但仍存在性能随着时间推移而退化的问题。采用1.2μm的光作为激发光，或者采用能够将铥自基态3H6到激发态3H5的激发光源。并且，作为优选的结构，明确了掺杂有Tm的基质玻璃，由此提高了2.3μm波带的发光效率。

Description

光纤激光器、自发发射光源及光纤放大器
技术领域
本发明涉及光纤激光器、自发发射光源及光纤放大器，特别地涉及一种将在纤芯部分或包层部分掺杂具有激光跃迁能级的稀土族元素的光纤作为增益介质的、在2μm波带附近工作的光纤激光器、自发发射光源及光纤放大器。
背景技术
图1是铥离子的能级图(参照非专利文献1)，将箭头赋予的数字即图1中的各个能级右侧的能量值、图1中的各个能级左侧的各个能级的名称分别示出了当产生各个箭头的跃迁时就吸收(图1中，相当于向上的箭头(未示出))或发射(图1中，相对于向下的箭头)的光波长。但是，能量单位是以波数单位为基本的l/cm(相对于分光学所说的K(凯塞))来表示，能级名称采用Russell-Saunders(罗素·桑德斯)的表述法，字母表大写字母表示合成轨道角动量，其上标添加的数字表示基于电子的总的旋转角动量的光谱项的多重度，其下标添加的数字表示总角动量。再有，由于因结晶电场产生的斯塔克效应导致的衰退能级的分裂，3H6能级为宽幅的能级。
在纤芯中掺杂了铥(Tm)的光纤中，探讨了使用铥离子的图1中的光纤激光器、自发发射光源及光纤放大器的应用：
·使用3H4→3H6跃迁(表示铥离子的能量为从3H4能级跃迁至3H6能级，以下，均按照此表述法。)的1.9μm波带；
·使用3F4→3H5跃迁的2.3μm波带；
·使用3F4→3H6跃迁的0.82μm波带；
·使用3F4→3H4跃迁的1.48μm波带。
再有，为了高效率实现在上述跃迁之间的光纤激光器、自发发射光源及光纤放大器，作为掺杂Tm(铥)的光纤，可以采用氟化物光纤。在这种掺杂了Tm的氟化物光纤中，特别是，2.3μm波带很难在半导体激光器中产生振荡，此外，现在具有巨大的商业可能性，国内外很多医疗检查装置开发企业在激烈竞争，从而促进开发竞争，重点集中在作为用于以非侵入方式检测血糖值的光源。
到目前为止，报道了：
(1)在掺杂了Tm的氟化物光纤中，应用0.67μm波带激发(将3H6能级的铥离子激发到3F3能级)(参照非专利文献1)，产生0.82μm波带、1.48μm波带、1.9μm波带和2.35μm波带的激光振荡；
(2)在掺杂了Tm的氟化物光纤中，应用0.8μm波带激发(将3H6能级的铥离子激发为3F4能级)(参照非专利文献2或专利文献1)，产生2.35μm波带的激光振荡；
(3)在掺杂了Tm的氟化物光纤中，应用0.8(0.79)μm波带激发(参照专利文献1)，以产生0.82μm波带、1.48μm波带、1.9μm波带和2.35μm波带的激光振荡；
(4)在掺杂了Tm的氟化物光纤中，应用1.55～1.75μm波带激发(将3H6能级的铥离子激发为3H4能级)(参照专利文献2)，1.9μm波带的激光振荡和光纤放大器；
(5)在掺杂了Tm的氟化物光纤中，应用1.06μm波带激发(参照专利文献2)，以产生1.48μm波带的激光振荡和光纤放大器，
根据上述报告(1)、(2)和(3)，已经开发了2.3μm波带的光纤激光器。
专利文献1：特开平3-293788号公报
专利文献2：特开平6-283798号公报
非专利文献1：1989年发行的Electron.Lett.(电子学报)第25卷第24期第1660-1662页的J.Y.Allain等人的“Tunnable CW lasing around0.82、1.48、1.88 and 2.35μm in Thulium-doped fluorozirconate fiber(在掺杂铥的氟锆酸盐光纤中发射在0.82、1.48、1.88和2.35μm附近的可调谐CW激光”
非专利文献2：1988年发行的Electron.Lett.(电子学报)第24卷第17期第1104页的L.Esterowitz等人的“Pulsed laser emission at 2.3μm ina Thulium-doped florozirconate fiber(在掺杂铥的氟锆酸盐光纤中的2.3μm脉冲激光发射”
非专利文献3：2002年发行的Appl.Phys.Lett.(应用物理学报)第81卷第20期第3723-3725页的A.Taniguchi等人的“1212-nm pumping of2μm Tm-Ho-codoped silica fiber laser(共掺杂有铥-钬的2μm硅光纤激光的1212纳米激发)”
非专利文献4：1995年发行的Opt.Lett.(光学学报)第20(21)卷第2195-2197页的P.R.Barber等人的“Infrared-induced photodarkening inTm-doped fluoride fiber(在掺杂铥的氟化物光纤中的红外感应的光变暗)”
发明内容
但是，报道的仅是将0.67μm或0.8μm波带激发作为活性催化剂，采用掺铥氟化物光纤，却没有有关采用其它基质玻璃(母材)的掺铥光纤的报告。即，到此为止，还不清楚怎样形成的基质玻璃的光纤适用于2.3μm波带工作的激光器。
并且，对掺铥的氟化物照射1.05μm波长以下的强光时，就产生所谓的增加氟化物光纤本身的损失的光变暗(参照非专利文献4)的现象。图2示出了当对掺铥氟化物光纤(掺杂浓度2000wt.ppm、光纤长20m，相对折射率差3.7％)、光变暗500mW、1.047μm波带Nd-YLF激光之前的损失光谱(实线曲线)和在该激光入射后的56小时之后的损失光谱(虚线曲线)。此图所示的损失增幅是由于激光的入射而在氟化物光纤的玻璃中产生了缺陷，此现象在其入射波长越为短波长时就会越显著。由此，当考虑通过采用0.67μm或0.8μm波带激发的掺铥氟化物光纤、应用2.3μm波带工作的激光器的情况下，随着时间增加，其振荡效率减少，最后就会存在所谓的不能进行激光振荡的可靠性方面的问题。由此，在非侵入血糖评价装置等的应用中利用现有的这种光源，就不能得到具有可靠性的实用光源。
而且，已经报告了通过采用1.2μm波带激发的同时掺杂Tm3+和Ho3+的氟化物光纤的1.9μm波带的激光振荡(参照非专利文献3)。但是，它们都没有利用从Tm3+的3H4到3H5能级的激光跃迁，因此未涉及2.3μm波带的发光。
用于解决课题的手段
本发明鉴于上述情况，其主要目的在于：
1)明确了用于2.3μm波带下进行操作所需的掺铥基质玻璃，确实地实现了在同一波带下进行操作的光纤激光器、自发发光(ASE)光源和光纤放大器，同时，
2)能够实现不因光变暗(フオトダ-クニング)而使光纤特性退化的高可靠性。
为了实现上述目的，本发明具有以下两个特征。
1)作为在2.3μm波带下工作所需的掺铥基质玻璃，采用具有比石英玻璃更低的由多声子衰减引起的非发光衰减率的玻璃。
2)为了不因光变暗而使光纤特性劣化，作为对掺杂Tm的光纤入射的激发的波长，使用1.2μm波带。
本发明能够实现应用于利用此特征的非侵入血糖评价装置等的实用装置。
发明效果
本发明根据上述特征起到以下效果。
1)作为添加Tm的基质玻璃，由于采用由多声子衰减引起的非发光衰减率比石英玻璃更低的玻璃，所以能够确实实现在2.3μm波带下工作的光纤激光器、ASE光源(自发发光光源)和光纤放大器。
2)由于采用1.2μm波带(1.2μm波带激发)来作为入射到掺铥光纤中的激发波长，因此就能够实现具有不因光变暗而使光纤特性劣化的高可靠性和实用的、在2.3μm波带下进行操作的光纤激光器、ASE光源和光纤放大器。
附图的简要说明
图1是铥离子的能级图；
图2是说明掺铥氟化物光纤的光变暗的曲线图；
图3是示出了各种玻璃的非发光衰减率特性的曲线图；
图4是示出了本发明的0.67μm波带激发的2.3μm波带自发发光光谱的曲线图；
图5是示出了本发明的0.8μm波带激发的2.3μm波带自发发光光谱的曲线图；
图6是示出了本发明的0.67μm波带激发的0.8μm波带激发的2.3μm波带自发发光光谱的曲线图；
图7是本发明的1.2μm波带激发掺Tm3+氟化物光纤和掺Tm3+碲化物光纤的自发发光光谱图；
图8是示出了本发明的1.2μm波带激发掺Tm3+碱性锗酸盐(ゲルマン酸塩)玻璃光纤、掺Tm3+硫硒碲化合物玻璃光纤、掺Tm3+铋系玻璃光纤和掺Tm3+氟磷(フツリン)酸玻璃光纤的自发发光光谱的曲线图；
图9是说明本发明的1.2μm波带激发的有效性的曲线图；
图10是示出了本发明的第一实施例的光纤激光器结构的模式图；
图11A是示出了本发明的第一实施例的2.3μm波带的带通滤波器特性的曲线图；
图11B是示出了本发明的第一实施例的1.8μm波带的光纤激光器的输出特性的曲线图；
图12是示出了本发明的第一实施例的2.3μm波带的光纤激光器的输出特性的曲线图；
图13是示出了本发明的第二实施例的光纤放大器结构的示意图；
图14是示出了本发明的第三实施例的自发发光光源结构的示意图。
符号说明
1    掺杂作为增益介质的Tm3+的光纤
2    1.2μm波带激发光源
3    分色镜
4    反射镜
5    2.3μm波带和1.8μm波带的带通滤波器
6    聚光透镜
7    全反射镜
用于实施发明的最佳方式
以下，根据上述本发明的特征1)和2)来详细说明用于实施本发明的最佳方式。
(关于本发明的特征1的说明)
如图1所示，掺杂了Tm的光纤的2.3μm波带的荧光从3F4激光跃迁到3H5能级。此外，在实现基于该跃迁的激光器应用的情况下，由于延长了滞留在3F4能级的铥离子的滞留时间(即，延长荧光寿命)，就必须形成在3F4能级和3H5能级之间的反转分布。为此，减少从3F4能级到达3H5能级的非发光衰减的铥离子就非常重要。在图3中，示出了各种玻璃的非发光衰减率的特性。而且，该非发光是由于从3F4能级到达3H5能级的多声子衰减而引起的。图3表明，3F4能级和3H5能级之间的能量差为～4300(l/cm)，与石英玻璃(硅酸盐玻璃)相比，碲化物玻璃、碱性锗酸盐玻璃、氟化物玻璃、硫硒碲化合物玻璃具有小的非发光衰减率。此外，虽然图3中未示出，但与石英相比，铋系玻璃和氟磷酸玻璃也具有小的非发光衰减率。根据这种知识，本发明人制作不同的各种基质玻璃的掺铥光纤，实测了0.67μm波带激发、0.8μm波带激发的2.3μm波带自发发光光谱，图4、图5、图6示出了其结果。
而且，在此使用的光纤的参数是：
·掺铥氟化物光纤：Tm的掺杂浓度2000wt.ppm、相对折射率差1.6％、截止波长1.4μm、光纤长度10m
·掺铥碲化物光纤：Tm的掺杂浓度2000wt.ppm、相对折射率差2.5％、截止波长1.4μm、光纤长度10m
·掺铥硫硒碲化合物玻璃光纤：Tm的掺杂浓度2000wt.ppm、相对折射率差1.0％、截止波长1.5μm、光纤长度5m
·掺铥碱性锗酸盐玻璃光纤：Tm的掺杂浓度1500wt.ppm、相对折射率差1.1％、截止波长1.3μm、光纤长度10m
·掺铥石英光纤：Tm的掺杂浓度1500wt.ppm、相对折射率差1.8％、截止波长1.2μm、光纤长度10m
·掺铥铋系玻璃光纤：Tm的掺杂浓度1000wt.ppm、相对折射率差2.5％、截止波长1.43μm、光纤长度3m
·掺铥氟磷酸玻璃光纤：Tm的掺杂浓度2500wt.ppm、相对折射率差1.1％、截止波长1.36μm、光纤长度3.5m
·掺铥磷酸玻璃光纤：Tm的掺杂浓度1800wt.ppm、相对折射率差1.55％、截止波长1.53μm、光纤长度2.9m
此外，激发光量为：0.67μm波带为200mW，0.8μm波带为150mW。如图4、图5、图6所示，与石英玻璃相比，在具有小的非发光衰减率的碲化物玻璃光纤、碱性锗酸盐玻璃光纤、氟化物光纤、硫硒碲化合物玻璃光纤、铋系玻璃光纤和氟磷酸玻璃光纤中，观测到2.3μm波带的自发发光。另一方面，在石英类光纤及具有比石英玻璃大的非发光衰减率的磷酸玻璃光纤中，可观测到2.3μm波带的自发发光。由此表明，利用将与石英玻璃相比因多声子衰减引起的非发光衰减率小的玻璃作为基质玻璃的光纤，就能够得到2.3μm波带的荧光。即，可以理解，利用此荧光，作为掺杂了Tm的玻璃基质，由于采用了因多声子衰减引起的非发光衰减率比石英玻璃更低的玻璃，显然可知在2.3μm波长范围的激光应用是可能的。
(本发明的特征2的说明)
首先，说明有关利用向掺铥光纤的1.2μm波带激发的2.3μm波带的激光应用(光纤激光器、自发发光光源和光放大器)。利用1.2μm波带激发，通过首先将处于3H6基态能级的铥离子激发到3H5能级、通过暂时的无辐射过程从该能级衰减到3H4能级、并且从3H4能级激发到3F2能级、最后靠无辐射过程将处于3F2能级的铥离子衰减到3F4能级、而在3F4能级和3H5能级之间形成反向分布，由此实现通过该激发的2.3μm波带的激光器应用。(再有，过去完全没有涉及采用1.2μm波带(1.2μm波带激发)的作为入射到掺铥光纤的激发波长，实现2.3μm波带的激光器应用(光纤激光器、自发发光光源和光放大器)的报道)。
图7中示出了1.2μm波带激发掺杂Tm3+的氟化物光纤和掺杂Tm3+的碲化物光纤的自发发光光谱。可以看出，产生3F4能级→3H5能级引起的2.3μm波带(虽然荧光峰值为2.05μm，但这是利用1.2μm波带的激发光量产生位移)的自发发光光谱，所谓利用1.2μm波带的激发光量，通过掺铥氟化物光纤、掺铥碲化物玻璃光纤在2.3μm波带下产生荧光是本发明人新的认识，是原来所不了解的。而且，在掺铥石英系光纤中，未观测到2.3μm波带的荧光。
此外，图8中合并示出了1.2μm波带激发掺杂Tm3+的碱性锗酸盐玻璃光纤、掺杂Tm3+的硫硒碲化合物玻璃光纤、掺杂Tm3+的铋系玻璃光纤和掺杂Tm3+的氟磷酸玻璃光纤的自发发光特性。该特性也与1.2μm波带激发掺杂Tm3+的氟化物光纤和掺杂Tm3+的碲化物光纤一样，是本发明人新的认识。同时可以看出，与在上述本发明的特征1的说明所明确的石英玻璃相比，以具有小的非发光衰减率的玻璃作为基质玻璃的光纤，即使是1.2μm波带激发也可获得2.3μm波带的荧光。即，可以理解，通过1.2μm波带激发，在2.3μm波带的激光器应用是可能的。
而且，虽然关于采用1.2μm波带激发的掺杂Tm3+的氟化物光纤本身没有报道，但是已经报道了(非专利文献3)同时掺杂Tm3+和钬(Ho)两者的共掺杂Tm-Ho光纤的1.9μm波带的激光振荡。但是，该报告没有利用从Tm3+的3H4向3H5能级的激光跃迁，并且也未涉及到2.3μm波带。
接着，说明有关不因光变暗使光纤特性劣化的高可靠性。图9中，示出了在掺铥氟化物光纤(掺杂浓度200wt.ppm、光纤长度20m、相对折射率差3.7％)中入射1.21μm波带的约500mW的半导体LD(激光二极管)光之前的损失光谱(实线曲线)、和入射该光100小时之后的损失光谱(虚线曲线)。如图9的结果所表明的，通过采用1.2μm波带激发，就能够实现抑制所谓的氟化物光纤自身的损失增加的光变暗，就能够应用具有高可靠性的实用的2.3μm波带的激光器。(而且，在图9中，虽然入射多个激发光之前与1.21μm波带激发光入射之后的光谱不同，但是认为这是测量精度引起的误差。)
并且，在下述表1中，示出了掺杂Tm3+的碲化物光纤、掺杂Tm3+的碱性锗酸盐玻璃光纤、掺杂Tm3+的硫硒碲化合物玻璃光纤、掺杂Tm3+的铋系玻璃光纤和掺杂Tm3+的氟磷酸玻璃光纤(使用在上述本发明的特征1的说明栏中表示的参数的各个光纤来进行测定)的1.047μm波带激发和1.21μm波带激发时的波长600nm的损失变化。根据此测定结果表明，即使对于除氟化物光纤外的其它玻璃光纤，也有效地提高了1.2μm波带激发的可靠性。
表1
  光纤   1.047μm波带激发(500mW、56小时)之后的每单位的增益损失(波长600nm)(dB/m)   1.2μm波带激发(500mW、100小时)之后的每单位的增益损失(波长600nm)(dB/m)
  碲化物玻璃光纤   0.81   ＜0.01
  碱性锗酸盐玻璃光纤   0.92   ＜0.01
  硫硒碲化合物玻璃光纤   0.77   ＜0.01
  铋系玻璃光纤   0.71   ＜0.01
  氟磷酸玻璃光纤   0.85   ＜0.01
以下，参照附图来具体详细地说明本发明，以下公开的本发明的实施例只不过是本发明的示例，并非是对本发明的范围的任何限定。
实施例1
由本发明的实施例1来说明本发明的应用于2.3μm波带和1.8μm波带的光纤激光器。图10中示出了本发明的第一实施例的配置结构。这里，1是作为增益介质的掺杂Tm3+光纤，2是1.2μm波带激发光源(为半导体激光器，振荡波长1.21μm、最大输出200mW)，3是分色镜(反射1.2μm波带的光、透过1.6～2.4μm波带的光)，4是反射镜(在1.6～2.4μm波带下反射率50％、100％透过1.2μm波带的光)，5是2.3μm波带和1.8μm波带的带通滤波器(图11A和图11B中示出了相同滤光片的透射特性)，6是聚光镜，7是全反射镜(1.6～2.4μm波带光的反射率为95％以上)。作为掺杂Tm3+的光纤1，使用每次交换下述的各种掺杂光纤中的一种。
使用了掺杂Tm3+的光纤1的参数是：
·掺铥氟化物光纤：Tm的掺杂浓度2000wt.ppm、相对折射率差1.6％、截止波长1.5μm、光纤长度5m
·掺铥碲化物光纤：Tm的掺杂浓度2000wt.ppm、相对折射率差2.5％、截止波长1.4μm、光纤长度5m
·掺铥硫硒碲化合物玻璃光纤：Tm的掺杂浓度2000wt.ppm、相对折射率差1.0％、截止波长1.5μm、光纤长度6m
·掺铥碱性锗酸盐玻璃光纤：Tm的掺杂浓度1500wt.ppm、相对折射率差1.1％、截止波长1.3μm、光纤长度5m
·掺铥铋系玻璃光纤：Tm的掺杂浓度1000wt.ppm、相对折射率差2.5％、截止波长1.43μm、光纤长度4.5m
·掺铥氟磷酸玻璃光纤：Tm的掺杂浓度2500wt.ppm、相对折射率差1.1％、截止波长1.36μm、光纤长度5.5m
入射到各种掺杂Tm3+的光纤1的1.2μm波带激发光量为50mW，当使用2.3μm波带(透射中心波长2.205μm)的带通滤波器作为带通滤波器5的情况下，在2.205μm分别实现如下的激光振荡：采用掺铥的氟化物光纤的情况为1.5mW、采用掺铥碲化物光纤的情况为2.2mW、采用掺铥硫硒碲化合物玻璃光纤的情况为0.6mW、采用掺铥碱性锗酸盐玻璃光纤的情况为0.4mW、采用掺铥铋系玻璃光纤的情况为1.3mW、采用掺铥氟磷酸玻璃光纤的情况为1.1mW。
并且，入射到各种掺杂Tm的光纤的1.2μm波带激发光量为50mW，当使用1.8μm波带(透射中心波长1.801μm)带通滤波器作为带通滤波器5的情况下，在1.801μm分别实现如下的激光振荡：采用掺铥氟化物光纤的情况为2.4mW、采用掺铥碲化物光纤的情况为3.2mW、采用掺铥硫硒碲化合物玻璃光纤的情况为0.8mW、采用掺铥碱性锗酸盐玻璃光纤的情况为0.7mW、采用掺铥铋系玻璃光纤的情况为1.9mW、采用掺铥氟磷酸玻璃光纤的情况为1.4mW。
并且，通过将带通滤波器5变更为可调滤波器，就能够实现在2.3μm波带和1.8μm波带的两个波长区域下的激光振荡，例如，采用掺铥氟化物光纤和可调滤光片，就能够实现1.75～2.21μm波带的波长可变。
此外，在图12中，示出了本实施例中采用掺杂Tm3+的氟化物光纤的光纤激光器的输出光量的时间稳定性(2.205μm激光器的初始输出为1.5mW)。此外，该图还一并示出了0.67μm波带激发时的特性(与上述相同的激光器初始输出)。根据此结果可确认，通过采用1.2μm波带激发，就能够高可靠性地应用光纤激光器。
此外，已经清楚，即使是采用掺铥碲化物光纤、掺铥硫硒碲化合物玻璃光纤、掺铥碱性锗酸盐玻璃光纤、掺铥铋系玻璃光纤和掺铥氟磷酸玻璃光纤的情况下，1000小时工作之后的激光输出光变动也为10％以内，即使在这些玻璃中，通过使用1.2μm波带激发，也能够实现高可靠性。
实施例2
用本发明的第二实施例来说明将本发明应用于2.3μm波带的光纤放大器。图13中示出了本发明的第二实施例的结构。这里，1是作为增益介质的掺杂Tm3+的光纤，2是1.2μm波带激发光源(为半导体激光器，振荡波长1.21μm、最大输出200mW)，3是分色镜(反射1.2μm波带的光、透过1.6～2.4μm波带的光)，6是聚光镜。
分别相对于2.205μm的信号光，
·通过采用掺铥的氟化物光纤(Tm的掺杂浓度2000wt.ppm、相对折射率差1.6％、光纤长度11m)作为增益介质1，能够实现信号增益为8.3dB(1.2μm波带激发光量为62mW时)
·通过采用掺铥的碲化物光纤(Tm的掺杂浓度2000wt.ppm、相对折射率差2.5％、光纤长度5m)作为增益介质1，能够实现信号增益为5.8dB(1.2μm波带激发光量为52mW时)
·通过采用掺铥的硫硒碲化合物玻璃光纤(Tm的掺杂浓度2000wt.ppm、相对折射率差1.0％、光纤长度5m)作为增益介质1，能够实现信号增益为3.8dB(1.2μm波带激发光量为75mW时)
·通过采用掺铥的碱性锗酸盐玻璃光纤(Tm的掺杂浓度1500wt.ppm、相对折射率差1.1％、光纤长度6m)作为增益介质1，能够实现信号增益为2.7dB(1.2μm波带激发光量为73mW时)
·通过采用掺铥铋系玻璃光纤(Tm的掺杂浓度1000wt.ppm、相对折射率差2.5％、光纤长度5.5m)作为增益介质1，能够实现信号增益为4.7dB(1.2μm波带激发光量为55mW时)
·通过采用掺铥氢氟酸玻璃光纤(Tm的掺杂浓度2500wt.ppm、相对折射率差1.1％、光纤长度4.3m)作为增益介质1，能够实现信号增益为2.2dB(1.2μm波带激发光量为86mW时)。
此外，在采用上述各种掺铥光纤的情况下，利用上述激发条件，即使是在1.8μm波带下也能够同样实现信号增益，分别实现以下的激光振荡：采用掺铥氟化物光纤的情况为6.2dB(波长1.805μm)、采用掺铥碲化物光纤的情况为5.1dB(波长1.805μm)、采用掺铥硫硒碲化合物玻璃光纤的情况为3.2dB(波长1.805μm)、采用掺铥的碱性锗酸盐玻璃光纤的情况为3.2dB(波长1.805μm)、采用掺铥的铋系玻璃光纤的情况为7.5dB(波长1.805μm)、采用掺铥氟磷酸玻璃光纤的情况为2.8dB(波长1.805μm)。
实施例3
用本发明的第三实施例来说明将本发明应用于2.3μm波带的光纤放大器。图14中示出了本发明的第三实施例的结构。这里，1是作为增益介质的掺杂Tm3+的光纤，2是1.2μm波带激发光源(作为半导体激光器，振荡波长1.21μm、最大输出200mW)，3是分色镜(反射1.2μm波带的光、透过2.2μm波带的光)，6是聚光镜。
利用图14的结构，如上述图7、图8所示，可获得掺杂Tm3+的氟化物光纤、掺杂Tm3+的碲化物光纤、掺杂Tm3+的碱性锗酸盐玻璃光纤、掺杂Tm3+的硫硒碲化合物玻璃光纤、掺杂Tm3+的铋系玻璃光纤和掺杂Tm3+的氟磷酸玻璃光纤的各种自发发光特性。根据此特性，就能够实现在2.3μm波带下工作的自发发光光源。此外，图7、图8表明，能够利用2.3μm和1.8μm波带中的自发发光。
(其它实施方式)
在上述第一～第三实施例中，作为激发光源，虽然采用了半导体激光器，但也可采用1.2μm波带的光纤喇曼激光器等其它的光源。
而且，虽然举例说明了本发明的最佳实施方式，但是本发明的实施方式不限于上述举例，若在权利要求所要求保护的范围中所记载的范围内，此结构部件等的置换、变更、附加、数量的增减、形状的变更等各种变形全部都包含在本发明的实施方式中。
产业上利用的可行性
现在，非侵入式血糖值检测具有巨大的商业前景，国内外很多的医疗检查装置开发企业在激烈竞争，从而促进了开发竞争。在这种非侵入式血糖值检测中，2.3μm波带是葡萄糖的希望检查波长区之一，因而迫切要求开发在此波长下工作的光源。到此为止，作为在此波长区下工作的光源，难以使半导体LD振荡。虽然开发出采用掺铥氟化物光纤的光纤激光器或自发发光光源，但是，由于可采用1.05μm以下的0.67μm或0.8μm来作为激发光，因此就会存在产生光变暗的现象。因此，随着时间的推移，2.3μm波带的输出光会减少，最终就会存在所谓无输出的可靠性问题。本发明由于能够实现具有不因光变暗而使光纤特性劣化的高可靠性的、实用的、在2.3μm波带区域下工作的光纤激光器、ASE光源和光纤放大器，因此非常实用。

Claims (27)

1.一种光纤激光器，将在纤芯部分或包层部分掺杂具有激光跃迁能级的稀土类元素的光纤作为增益介质，其特征在于，
上述光纤中至少掺杂有铥，采用1.2μm波带的光或将上述铥从基态3H6激发到3H5激发态的激发光源作为激发光源，且至少在2.3μm波带工作。
2.根据权利要求1所述的光纤激光器，其特征在于，掺杂有上述铥的上述光纤是采用具有比石英玻璃低的由多声子衰减引起的非发光衰减率的玻璃作为光纤基质玻璃的非石英类光纤。
3.根据权利要求2所述的光纤激光器，其特征在于，上述非石英类光纤是氟化物光纤、碲化物玻璃光纤、铋系玻璃光纤、氟磷酸玻璃光纤、硫硒碲化合物玻璃光纤、碱性锗酸盐玻璃光纤中的任何一种。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的光纤激光器，其特征在于，至少采用自3F4到3H5能级的激光跃迁。
5.根据权利要求1至3中任何一项所述的光纤激光器，其特征在于，在2.3μm波带和1.8μm波带两个波长工作。
6.根据权利要求1至3中任何一项所述的光纤激光器，其特征在于，采用自3F4到3H5能级的激光跃迁和自3H4到3H5能级的激光跃迁。
7.一种光纤激光器，其特征在于，将在纤芯部分或包层部分掺杂具有激光跃迁能级的稀土类元素的光纤作为增益介质，在上述光纤中至少掺杂有铥，且在2.3μm波带工作，其特征在于，
采用0.67μm波带或0.8μm波带的光作为激发光源、并且至少掺杂有上述铥的上述光纤是采用具有比石英玻璃低的由多声子衰减引起的非发光衰减率的玻璃作为光纤基质玻璃的非石英类光纤。
8.根据权利要求7所述的光纤激光器，其特征在于，至少掺杂有上述铥的上述光纤是碲化物玻璃光纤、铋系玻璃光纤、氟磷酸玻璃光纤、硫硒碲化合物玻璃光纤、碱性锗酸盐玻璃光纤中的任何一种。
9.根据权利要求8所述的光纤激光器，其特征在于，采用自3F4到3H5能级的激光跃迁。
10.一种自发发射光源，将在纤芯部分或包层部分掺杂具有激光跃迁能级的稀土族元素的光纤作为增益介质，其特征在于，
在上述光纤中至少掺杂有铥、采用1.2μm波带的光或将上述铥自基态3H6激发到3H5激发态的激发光源作为激发光源，且至少在2.3μm波带工作。
11.根据权利要求10所述的自发发射光源，其特征在于，掺杂有上述铥的上述光纤是采用具有比石英玻璃低的由多声子衰减引起的非发光衰减率的玻璃作为光纤基质玻璃的非石英类光纤。
12.根据权利要求11所述的自发发射光源，其特征在于，上述非石英类光纤是氟化物光纤、碲化物玻璃光纤、铋系玻璃光纤、氟磷酸玻璃光纤、硫硒碲化合物玻璃光纤、碱性锗酸盐玻璃光纤中的任何一种。
13.根据权利要求10至12中任何一项所述的自发发射光源，其特征在于，至少采用自3F4到3H5能级的激光跃迁。
14.根据权利要求10至12中任何一项所述的自发发射光源，其特征在于，在2.3μm波带和1.8μm波带的两个波长工作。
15.根据权利要求10至12中任何一项所述的自发发射光源，其特征在于，采用自3F4到3H5能级的激光跃迁和自3H4到3H5能级的激光跃迁。
16.一种自发发射光源，将在纤芯部分或包层部分掺杂具有激光跃迁能级的稀土类元素的光纤作为增益介质，在上述光纤中至少掺杂有铥，且在2.3μm波带工作，其特征在于，
采用0.67μm波带或0.8μm波带的光作为激发光源，同时至少掺杂有上述铥的上述光纤是采用具有比石英玻璃低的由多声子衰减引起的非发光衰减率的玻璃作为光纤基质玻璃的非石英类光纤。
17.根据权利要求16所述的自发发射光源，其特征在于，至少掺杂有上述铥的上述光纤是碲化物玻璃光纤、铋系玻璃光纤、氟磷酸玻璃光纤、硫硒碲化合物玻璃光纤、碱性锗酸盐玻璃光纤中的任何一种。
18.根据权利要求17所述的自发发射光源，其特征在于，采用自3F4到3H5能级的激光跃迁。
19.一种光纤放大器，将在纤芯部分或包层部分掺杂具有激光跃迁能级的稀土类元素的光纤作为增益介质，其特征在于，
在上述光纤中至少掺杂有铥、采用1.2μm波带的光或将上述铥自基能级3H6到3H5激发态的激发光源，作为激发光源，且至少在2.3μm波带工作。
20.根据权利要求19所述的光纤放大器，其特征在于，掺杂有上述铥的上述光纤是采用具有比石英玻璃低的由多声子衰减引起的非发光衰减率的玻璃作为光纤基质玻璃的非石英类光纤。
21.根据权利要求20所述的光纤放大器，其特征在于，上述非石英类光纤是氟化物光纤、碲化物玻璃光纤、铋系玻璃光纤、氟磷酸玻璃光纤、硫硒碲化合物玻璃光纤、碱性锗酸盐玻璃光纤中的任何一种。
22.根据权利要求19至21中任何一项所述的光纤放大器，其特征在于，至少采用自3F4到3H5能级的激光跃迁。
23.根据权利要求19至21中任何一项所述的光纤放大器，其特征在于，在2.3μm波带和1.8μm波带的两个波带工作。
24.根据权利要求19至21中任何一项所述的光纤放大器，其特征在于，采用自3F4到3H5能级的激光跃迁和自3H4到3H5能级的激光跃迁。
25.一种光纤放大器，将在纤芯部分或包层部分掺杂具有激光跃迁能级的稀土类元素的光纤作为增益介质，在上述光纤中至少掺杂有铥、且在2.3μm波带工作，其特征在于，
采用0.67μm波带或0.8μm波带的光作为激发光源，同时至少掺杂有上述铥的上述光纤是采用具有比石英玻璃低的由多声子衰减引起的非发光衰减率的玻璃作为光纤基质玻璃的非石英类光纤。
26.根据权利要求25所述的光纤放大器，其特征在于，至少掺杂有上述铥的上述光纤是碲化物玻璃光纤、铋系玻璃光纤、氟磷酸玻璃光纤、硫硒碲化合物玻璃光纤、碱性锗酸盐玻璃光纤中的任何一种。
27.根据权利要求25或26所述的光纤放大器，其特征在于，至少采用自3F4到3H5能级的激光跃迁。
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