DE19941836C2

DE19941836C2 - Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung

Info

Publication number: DE19941836C2
Application number: DE19941836A
Authority: DE
Inventors: Kiyoyuki Kawai; Ritsuo Yoshida; Ken Itou; Hideaki Okano
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2019-09-03
Also published as: US6320885B1; DE19941836A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Upconversion- Faserlaser-Vorrichtung für eine Verwendung in Anzeigen, optischen Speichervorrichtungen, einem Lichtinformations- Verarbeitungsverfahren und dergleichen.

J. Y. Allain, et al., "Blue Upconversion Fluoroziroconate Fiber Laser" Electron Lett. 26. 1990, 166, offenbart das folgende.

Wenn ein Tm³⁺-Ion mit zwei roten Lichtstrahlen, die Wellenlängen von 674,4 nm bzw. 647,1 nm aufweisen, gepumpt wird, emittiert es zwei Lichtstrahlen mit Wellenlängen von 455 nm bzw. 480 nm. Dieser Mechanismus wird als ein Upconversion-Laser bezeichnet. Das ausgegebene Licht von 455 nm ist ein impulsartiger Strahl, wohingegen das ausgegebene Licht von 480 nm ein spitzenartiger (spike-like) Strahl ist. Sie sind keine kontinuierlichen Wellen (CWs = continuous waves).

E. W. J. Oomen, et al., "A Material and Device Study for Obtaining A Blue Upconversion Fiber Laser" Philips J. Res. 46, 157-198, 1992 offenbart eine Analyse des von dem Tm³⁺- Ion emittierten Lichts, und zeigt Fig. 2A und Fig. 2B.

Fig. 2A zeigt die Energieniveaus, die ein Tm³⁺-Ion annimmt, wobei der Energieübergang, den es durchläuft, veranschaulicht wird, wenn mit Licht einer Wellenlänge von 650 nm gepumpt wird. In Fig. 2A geben die nach oben zeigenden Pfeile 101, 103 und 105 einen Absorptionsübergang an (das Ion absorbiert Licht, wodurch Energie gewonnen wird). Die nach unten zeigenden Pfeile 104 und 106 geben einen Strahlungsübergang an (das Ion emittiert Licht, wobei somit Energie abgegeben wird). Der nach unten gerichtete Pfeil 102 mit wellenförmiger Linie gibt einen nichtstrahlenden Zerfall an. Das Grundniveau ³H₆ und die anderen Niveaus ³H₄, ³H₅, ³F₄, ³F_2,3, ¹G₄ und ¹D₂ werden als "Niveau 1", "Niveau 2", "Niveau 3", "Niveau 4", Niveau 5", "Niveau 6", "Niveau 7" bzw. "Niveau 8" bezeichnet.

Ein Energieaustausch findet zwischen Niveaus statt, wenn das Tm³⁺-Ion mit Licht einer Wellenlänge von 650 nm gepumpt wird. Während das Tm³⁺-Ion das Pumplicht absorbiert, verschiebt sich genauer gesagt seine Energie von dem Grundniveau 1 auf das Niveau 5 oder 6 (Pfeil 101). Das Ion bleibt auf Niveau 5 oder 6, jedoch nur für eine extrem kurze Zeit. Es durchläuft dann einen nicht strahlenden Zerfall; seine Energie verringert sich auf das Niveau 4 (Pfeil 104). Das Ion absorbiert noch einmal Pumplicht, durchläuft einen Absorptionsübergang und verschiebt sich somit von Niveau 4 auf Niveau 8 (Pfeil 103). Das Ion geht dann von Niveau 8 auf Niveau 2 über (Pfeil 104). Dieser Übergang ist ein strahlender Übergang, wobei blaues Licht von 450 nm abgestrahlt wird. Das Tm⁺³-Ion absorbiert das Pumplicht beim Übergang von Niveau 2 auf Niveau 7 (Pfeil 105). Das Ion durchläuft dann einen Strahlungsübergang von Niveau 7 auf das Grundniveau 1 (Pfeil 106). Im Verlauf dieses Strahlungsübergangs wird Licht von 480 nm emittiert.

Fig. 2B zeigt die Ergebnisse der Analyse des von dem Tm³⁺- Ion emittierten Lichts, wenn mit Licht von 650 nm gepumpt wird. In Fig. 2B wird die Besetzungsverteilung bei verschiedenen Energieniveaus auf der Ordinate und die optische Leistung P(W) auf der Abszisse aufgetragen. Das von dem Thulium (Tm)-Ion emittierte Licht muß aus kontinuierlichen Wellen (CWs) bestehen, falls es in Anzeigen verwendet werden soll. Im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften von Thulium wird es jedoch als extrem schwierig für Tm angesehen, CWs mit einer Wellenlänge von 450 nm zu emittieren, obgleich Tm CWs mit einer Wellenlänge von 480 nm emittieren kann.

US-A-5 226 049 offenbart eine Upconversion-Faserlaser- Vorrichtung mit einer Laserdiode zum Ausgeben eines ersten Lichts, einer optischen Faser, in die das Licht der Laserdiode über einen optischen Pfad eingekoppelt wird, einem optischen Resonator für das erste Licht, und einem optischen Resonator für ein zweites Licht, nämlich für blaues Laserlicht. Hierbei wird der optische Resonator für das erste Licht und der optische Resonantor für das zweite Licht durch jeweils die gleichen Spiegel gebildet.

Darüber hinaus offenbart EP 0 762 570 A2 eine Upconversion- Faserlaser-Vorrichtung mit einem separaten Spiegel bei einem ersten Resonator für einen Anteil des ersten Lichts sowie einen separaten Spiegel beim zweiten Resonator für das zweite Licht.

Eine weitere Laservorrichtung zur Emission von blauem Laserlicht ist aus EP 0 450 667 A1 bekannt. Darüber hinaus offenbart DE 197 18 997 A1 eine Laser-Sendeeinheit für die Nachrichtenübertragung mit wenigstens einer Pumpwelle, deren Energie mit einem optischen Resonator einkoppelbar ist, in welchem ein optisch aktives Medium angeordnet ist, wobei im optischen Resonator wenigstens zwei schmalbandige Wellenlängen selektive Reflektoren einer vorbestimmten Mittelwellenlänge vorgesehen sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen einer verbesserten Resonatorstruktur einer Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung.

Die Aufgabe wird durch eine Upconversion-Faserlaser- Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung.

Insbesondere besteht ein erster Vorteil der Erfindung darin, daß die Möglichkeit gegeben ist, daß ein Upconversion-Laser mit Tm zwei blaue Lichtstrahlen mit Wellenlängen von 450 nm und 480 nm gleichzeitig emittiert, die beide in Form kontinuierlicher Wellen sind.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Upconversion-Laser mit blauem Licht verwirklicht wird.

Mit anderen Worten, liefert die vorliegende Erfindung eine Hybrid-Faserlaser-Vorrichtung, in der ein Superlumineszenz- Dioden-Chip (SLD-Chip) oder ein Laserdioden-Chip und eine optische Faser bei einer niedrigen Reflexionsrate miteinander verbunden sind, und wobei ein Mittel zur Reflexion von Licht nahe einer Wellenlänge A jeweils an dem anderen Ende des Laserdioden-Chips und dem anderen Ende der optischen Faser vorgesehen ist, um dadurch einen optischen Resonator für die Wellenlänge A zu bilden. Bei dieser Hybrid-Laservorrichtung wird eine Upconversions-Faser in dem optischen Resonator für die Wellenlänge A vorgesehen, und eine optische Resonatorstruktur wird für eine Wellenlänge B, die durch ein Reflexionsmittel für die Wellenlänge B aufgebaut ist, an jeder der zwei Positionen an den beiden jeweiligen Enden der Upconversion-Faser vorgesehen. Von den Reflexionsmitteln an den beiden Positionen wird das Reflexionsmittel an der Laserdioden-Chip-Seite so angeordnet, um eine hohe Reflexionsrate aufzuweisen, wobei das erste Ende so angeordnet ist, um eine partielle Reflexion zu erreichen, so daß Ausgangslicht mit der Wellenlänge B von der halbdurchlässigen oder partiell reflektierenden Seite erhalten wird. Durch Erhalten der Resonanzstruktur für die Wellenlänge B, wie es vorangehend beschrieben wurde, ist es möglich, Licht einer gewünschten Farbe zu extrahieren.

KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN

Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der vorstehend gegebenen allgemeinen Beschreibung und der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.

Fig. 1A ist ein Diagramm, das die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 1B ist ein Diagramm, das die zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 2A ist ein Diagramm, das den Energieübergang, den ein Tm³⁺-Ion durchläuft, wenn mit Licht einer Wellenlänge von 650 nm gepumpt wird, veranschaulicht;

Fig. 2B ist eine graphische Darstellung, die die Besetzungsverteilung bei verschiedenen Niveaus zeigt, die beobachtet wird, wenn ein Tm³⁺-Ion mit Licht von 650 nm gepumpt wird;

Fig. 3A ist ein Diagramm, das einen Upconversion-Faserlaser gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 3B ist ein Diagramm, das einen Upconversion-Faserlaser gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 3C ist ein Diagramm, das die Besetzungsverteilung auf verschiedenen Niveaus veranschaulicht, die hilft, die vierte Ausführungsform der Erfindung zu verwirklichen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1A und 1B zeigen die erste bzw. die zweite Ausführungsform der Erfindung. Bevor diese Ausführungsformen beschrieben werden, wird das Prinzip der Erfindung mit Bezug auf Fig. 2B erläutert.

Wie oben erwähnt ist, ist Fig. 2B eine graphische Darstellung, bei der die Besetzungsverteilung bei verschiedenen Energieniveaus und die optische Leistung P(W), die beobachtet wurden, wenn ein Tm³⁺-Ion mit dem Licht von 650 nm gepumpt wird, auf der Ordinate bzw. auf der Abszisse aufgetragen sind. Eine genaue Untersuchung von Fig. 2B zeigt, daß die Besetzungsverteilung auf Niveau 7 über die Besetzungsverteilung auf dem Grundniveau 1 ansteigt, während die optische Leistung P ansteigt. Es findet eine sogenannte "Inversion" statt. Dies bedeutet, daß Licht von 480 nm in Form kontinuierlicher Wellen (CWs) ausgegeben werden kann. Mit anderen Worten, der in Fig. 2A gezeigte Strahlungsübergang (Pfeil 106) kann fortgesetzt werden.

Fig. 2B zeigt ferner, daß die Besetzungsverteilung auf Niveau 8 niemals über die Besetzungsdichte von Elektronen auf dem Grundniveau 2 steigt, während die optische Leistung P ansteigt. Licht von 450 nm kann nicht in Form kontinuierlicher Wellen (CWs) ausgegeben werden. Das liegt daran, daß jedes Elektron auf Niveau 8 eine Lebensdauer von 55 µs aufweist, die viel kürzer als die Lebensdauer (6 ms) der Elektronen ist, die auf Niveau 2 verbleiben.

Eine Anzeigenlichtquelle muß rotes Licht mit einer Wellenlänge, die von 610 nm bis 630 nm reicht, grünes Licht mit einer Wellenlänge, die von 510 nm bis 530 nm reicht, und blaues Licht mit einer Wellenlänge, die von 460 nm bis 470 nm reicht, emittieren und muß eine Ausgangsleistung in der Größenordnung von Watt oder mehr liefern. Es gibt eine gewisse Wellenlängentoleranz für rotes und grünes Licht. Die Toleranz ist für blaues Licht jedoch sehr klein. Das blaue Licht wird bläulich-lila, falls seine Wellenlänge auf der kürzeren Wellenlängenseite modifiziert wird, und wird schwerlich als blau wahrgenommen, falls seine Wellenlänge auf der längeren Wellenlängenseite als seine richtige Wellenlänge modifiziert wird.

Laserdioden auf Galliumnitridbasis sind als blau-emittierende Laser bekannt. Gegenwärtig können sie kaum Verwendung in Anzeigen finden, da ihre Leistung und Zuverlässigkeit unzureichend sind.

Im Gegensatz dazu kann Thulium (Tm) einen Lichtstrahl von 450 nm und einen Lichtstrahl von 480 nm zur gleichen Zeit ausgeben. Thulium kann daher in Anzeigen als eine Lichtquelle verwendet werden, die Lichtstrahlen mit Wellenlängen, die von 460 nm bis 470 nm reichen, emittiert.

Im Hinblick auf seine physikalischen Eigenschaften kann Tm Licht mit einer Wellenlänge von 480 nm in Form kontinuierlicher Wellen (CWs) ausgeben und daher in Anzeigen verwendet werden. Infolge des oben erwähnten Verhältnisses zwischen Niveau 8 und Niveau 2 ist es jedoch für Tm extrem schwierig, Licht von 450 nm in der Form kontinuierlicher Wellen (CWs) zu emittieren.

Wie aus Fig. 2B ersichtlich ist, ist die optische Leistung P beispielsweise in einer Region nahe 2 Watt groß. In dieser Region ist die Besetzungsverteilung auf Niveau 7 höher als diejenige von Niveau 1, wodurch eine Inversion erzeugt wird. Bei einer optischen Leistung P von 43 mW oder mehr wird das Niveau 7 bezüglich Niveau 1 invertiert. Es sei angenommen, daß das Tm³⁺-Ion durch externe Mittel zu einer induzierten Emission gezwungen wird (d. h. den durch Pfeil 106 angegebenen Strahlungsübergang). In diesem Fall verringert sich die Energie des Tm³⁺-Ions von Niveau 7 auf das Grundniveau 1, wie in Fig. 2A gezeigt ist, wobei Licht mit einer Wellenlänge von 480 nm emittiert wird. Als ein Ergebnis dieser induzierten Emission verringert sich die Besetzungsverteilung auf Niveau 7, wohingegen sich die Besetzungsverteilung auf dem Grundniveau 1 erhöht.

Da das Tm³⁺-Ion mit Licht der Wellenlänge von 650 nm ausreichend gepumpt wird, absorbiert es das Pumplicht wirksam, während sich die Besetzungsverteilung auf Niveau 7 verringert. Der Absorptionsübergang (Pfeil 105) von Niveau 2 auf Niveau 7 wird dadurch wirksam erreicht, wobei die Besetzungsverteilung auf Niveau 2 verringert wird.

Die Erhöhung der Besetzungsverteilung auf dem Grundniveau 1 wird von einem Absorptionsübergang (Pfeil 101) von dem Grundniveau 1 auf Niveau 5 und dann auf Niveau 6 begleitet. Die Elektronen verbleiben auf Niveau 5 und 6 für eine sehr kurze Zeit; ihr Energieniveau geht schnell auf Niveau 4 über (Pfeil 102). Die Besetzungsverteilung auf Niveau 4 erhöht sich daher.

Wenn sich die Besetzungsverteilung auf Niveau 2 infolge des Anstiegs der Besetzungsverteilung auf Niveau 4 erniedrigt, wird ein Weg für einen Energieübergang von Niveau 4 auf Niveau 8 und folglich auf Niveau 2 vorgesehen. Das heißt, daß das Tm³⁺-Ion, während es ausreichend mit Licht von 650 nm gepumpt wird, Licht absorbiert und von Niveau 4 auf Niveau 8 (Pfeil 103) übergeht, wodurch sich die Besetzungsverteilung auf Niveau 8 erhöht.

Bei dem oben beschriebenen Prozeß verringert sich die Besetzungsverteilung auf Niveau 2 und die Besetzungsverteilung auf Niveau 8 erhöht sich, wobei diejenige der Elektronen auf Niveau 2 überschritten wird. Eine Inversion findet zwischen Niveau 2 und Niveau 8 statt. Diese Inversion veranlaßt das Tm³⁺-Ion, von Niveau 8 auf Niveau 2 (Pfeil 104) überzugehen, wodurch Licht einer Wellenlänge von 450 nm emittiert wird. Diese Lichtemission mit einer Wellenlänge von 450 nm erhöht die Besetzungsverteilung auf Niveau 2. Die Besetzungsverteilung auf Niveau 2 stellt sich auf einen bestimmten Wert ein, wenn sich das System ausgleicht. Zur gleichen Zeit stellt sich die Besetzungsverteilung auf jedem anderen Energieniveau ebenfalls auf einen spezifischen Wert ein.

Zusammengefaßt wird das Tm³⁺-Ion ausreichend mit Licht gepumpt, dann veranlaßt, von Niveau 7 zum Grundniveau 1 überzugehen, wodurch Licht mit einer Wellenlänge von 480 nm emittiert wird, und ferner veranlaßt, einen aktiven Absorptionsübergang (Pfeil 105) von Niveau 2 auf Niveau 7 zu durchlaufen. Dies verringert die Besetzungsverteilung auf Niveau 2 und erhöht die Besetzungsverteilung auf Niveau 8. Das Tm³⁺-Ion kann daher zwei Lichtstrahlen mit Wellenlängen von 480 nm bzw. 450 nm zur gleichen Zeit emittieren. (Der Lichtstrahl von 450 nm wird mittels induzierter Emission, d. h. Strahlungsübergang (Pfeil 104) emittiert.)

Erste Ausführungsform

Die erste Ausführungsform der Erfindung, die auf dem oben beschriebenen Prinzip basiert, wird nun im Detail mit Bezug auf Fig. 1A beschrieben. Wie in Fig. 1A gezeigt ist, wird eine Pumplichtquelle 301 bereitgestellt. Die Lichtquelle 301 umfaßt einen Laserdioden-Chip (oder eine SLD (Superlumineszenz-Diode)), der Pumplicht mit einer Zwischenwellenlänge von etwa 650 nm ausgibt. Eine Ansteuervorrichtung 302 ist mit der Lichtquelle 301 verbunden, um die Lichtquelle 301 anzusteuern. Die Ansteuervorrichtung 302 umfaßt ein Stromversorgungs- Schaltungssystem.

Ein Koppelelement 303, ein Spiegel 304, eine optische Faser 305, Spiegel 306 und 307 und ein Fasergitter (Spiegel) 308 werden bereitgestellt. Die optische Faser 305 ist aus einem Material mit niedriger Phononen-Energie, wie z. B. einem Material auf Fluoridbasis oder dergleichen, hergestellt. Der Kern der Faser 305 ist mit Tm³⁺-Ionen dotiert. Das Koppelelement 303 besteht aus einem Wellenleiter, der die Pumplichtquelle 301 und die optische Faser 305 verbindet. Der Spiegel 304 ist ein optisches Element zum Reflektieren des von einem Ende der Lichtquelle 301 emittierten Pumplichtes.

Das optische Element besteht beispielsweise aus einem mehrschichtigen dielektrischen Film, der an dem Ende der Pumplichtquelle 301 ausgebildet ist. Dieses Element weist einen Reflexionsgrad von 99% oder mehr auf, um Licht mit einer Wellenlänge von etwa 650 nm zu pumpen. Das Fasergitter (Spiegel) 308 ist in der optischen Faser 305. Das Gitter 308 weist einen Brechungsindex auf, der sich zyklisch verändert, so daß es einen Reflexionsgrad von 99% oder mehr aufweisen kann, um Licht mit einer Wellenlänge von etwa 650 nm zu pumpen. D. h., das Gitter 308 ist ein Spiegel, der einen Teil der optischen Faser ist und dessen Brechungsindex bezüglich der Wellenlängen variiert.

Die Spiegel 306 und 307 weisen einen Gitterzyklus auf, der sich allmählich in der Längsrichtung verändert, um Lichtstrahlen von Wellenlängen über ein breites Band zu reflektieren. Die Spiegel 306 und 307 können sowohl einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 450 nm als auch einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge 480 nm reflektieren. Der Spiegel 306 weist einen Reflexionsgrad von 99% oder mehr für beide Lichtstrahlen auf (d. h. 450 nm-Strahl und 480 nm- Strahl). Der Spiegel 307 weist einen unterschiedlichen Reflexionsgrad, oder partielle Reflexionseigenschaft, für beide Lichtstrahlen (d. h. 450 nm-Strahl und 480 nm-Strahl) auf.

Ein Polarisationselement 309 ist in der optischen Faser 305 vorgesehen. Das Element 309 ist beispielsweise ein optisches Element, das in einen in der optischen Faser 305 gemachten Schlitz eingesetzt ist.

Mit Bezug auf Fig. 1A wird erläutert, wie die erste Ausführungsform der Erfindung arbeitet.

Zuerst emittiert die Pumplichtquelle 301 Pumplicht von beiden Enden. Der Spiegel 304 reflektiert das von dem hinteren Ende der Lichtquelle 301 emittierte Pumplicht, das wieder an die Lichtquelle 301 angelegt wird. Das Licht wird während eines Durchlaufens der Lichtquelle 301 verstärkt. Das so verstärkte Licht wird an die optische Faser 305 über das Koppelelement 303 angelegt. Der Spiegel 308 reflektiert das Pumplicht, das wieder an die Pumplichtquelle 301 angelegt wird. Das Licht wird weiter verstärkt, während es durch die Pumplichtquelle 301 läuft. Das heißt, daß ein Resonator zwischen den Spiegeln 304 und 308 vorgesehen ist. Der Resonator hält das Pumplicht (mit einer Wellenlänge von 650 nm) in der optischen Faser 305 auf einer hohen Dichte. Das Pumplicht wird in den Tm³⁺- Ionen, mit denen die optische Faser 305 dotiert ist, absorbiert.

Wie in Verbindung mit dem Prinzip der Erfindung beschrieben wurde, können die Tm³⁺-Ionen zwei Lichtstrahlen mit Wellenlängen von 450 nm bzw. 480 nm zur gleichen Zeit emittieren, wenn das Pumplicht auf einer hohen Dichte verbleibt. Die Spiegel 306 und 307 bilden einen Resonator für diese Lichtstrahlen. Der Spiegel 306, der einen hohen Reflexionsgrad aufweist, reflektiert die Lichtstrahlen mit der Wellenlänge von 450 nm, die von den Tm³⁺-Ionen emittiert wurden. Der Spiegel 307 reflektiert einen Teil des Lichts mit einer Wellenlänge, die von den Tm³⁺-Ionen emittiert wurde. Das Polarisationselement 309 ist in der optischen Faser 305 vorgesehen. Der Resonator weist einen großen Q-Wert für Licht auf, das in einer bestimmten Richtung polarisiert ist. Das polarisierte Licht regt die Lichtstrahlen stark an. Diese Strahlen werden in dem Resonator wiederholt reflektiert und verstärkt, wobei ein Laserstrahl erzeugt wird. Teile dieser Strahlen laufen durch den Spiegel 307 und werden gleichzeitig von dem Ende der optischen Faser als zwei Lichtstrahlen, die Wellenlängen von 450 nm bzw. 480 nm aufweisen, emittiert.

Wie oben beschrieben ist, wird bei der vorliegenden Erfindung eine Energiesteuerung in der Faser durch einen Resonator durchgeführt. Ferner werden Resonatoren jeweils für eine Mehrzahl von Wellenlängen aufgebaut und Licht mit einer derartigen Wellenlänge, die zum Pumpen notwendig ist, wird in der Faser eingeschlossen, während anderes Licht, das eine unnötige Wellenlänge aufweist, daraus extrahiert wird. Das heißt, daß bei dieser Ausführungsform ein erster Resonator bezüglich eines Lichtstrahls mit einer Wellenlänge von 650 nm und ein zweiter Resonator bezüglich Lichtstrahlen mit Wellenlängen von 450 nm bzw. 480 nm wirken. Ferner werden Lichtstrahlen mit Wellenlängen von 450 nm und 480 nm extrahiert.

Bei der nächsten Ausführungsform, die nun nachstehend erläutert wird, werden verschiedene modifizierte Maßnahmen für eine Energiesteuerung klar verständlich sein.

Bei der obenstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Spiegel in der optischen Faser 305 nicht auf die Positionsbeziehung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschränkt, sondern die gleiche Operation, wie oben beschrieben, kann erreicht werden, falls die Positionsbeziehung zwischen den Spiegeln 307 und 308 umgekehrt wird.

Ferner ist die Positionsbeziehung des Polarisationselements 309 nicht auf diejenige gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschränkt, so lange wie das Element 309 in dem Resonator, der durch die Spiegel 306 und 307 aufgebaut ist, angebracht ist.

Ferner reflektiert der Spiegel 307 sowohl das Licht von 450 nm als auch das Licht von 480 nm partiell. Dieser Spiegel 307 kann jedoch aus zwei Spiegeln bestehen, wobei jeder eine schmale Bandbreite aufweist, die jeweils partielle Reflexionsraten bezüglich der Wellenlängen von 450 nm und 480 nm aufweisen.

Ferner kann die Pumplichtquellenvorrichtung 301 eine Lichtquelle sein, die im Stande ist, mit einer hohen Lichtdichte zu oszillieren, wie beispielsweise eine Laserdiode. In diesem Fall ist der Spiegel 304 nicht erforderlich.

Ferner können die Spiegel in der optischen Faser 305 Spiegel sein, die jeweils einen schmalen Bandbereich aufweisen und einen dielektrischen vielschichtigen Film aufweisen, der an beiden Enden der optischen Faser 305 vorgesehen ist.

Ferner ist es möglich, eine Polarisations-Erhaltungs-Faser als optische Faser 305 zu verwenden, die eine asymmetrische Querschnittsform aufweist.

Ferner ist das Polarisierungselement 309 keine Komponente, die für die vorliegende Erfindung wesentlich ist, sondern kann weggelassen werden, es sei denn, daß konstant polarisiertes Licht als das Ausgangslicht erforderlich ist. Dies ist ebenfalls auf die später beschriebenen Ausführungsformen anwendbar.

Es wurde berichtet, daß es einen Upconversion-Laser gibt, der im Stande ist, eine Ausgangsleistung mit einer Wellenlänge von 545 nm zu erhalten, wenn Ho³⁺-Ionen mit Pumplicht nahe der Wellenlänge von 645 nm gepumpt werden. Bei der gleichen Struktur wie bei der obenstehend beschriebenen Ausführungsform kann eine grüne Upconversion-Faserlaser- Vorrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad aufgebaut werden, wenn die Reflexions-Mittenwellenlänge des Spiegels 308 auf eine Wellenlänge nahe 645 nm, und die Reflexionswellenlängen der Spiegel 306 und 307 auf Wellenlängen nahe 545 nm eingestellt werden, wobei eine mit Ho³⁺-Ionen anstelle von Tm³⁺-Ionen dotierte optische Faser 305 verwendet wird und wobei eine Lichtquellenvorrichtung verwendet wird, die Pumplicht nahe der Wellenlänge von 645 nm anstelle der Lichtquelle 301 erzeugt.

Es wurde ferner berichtet, daß eine Ausgangsleistung mit einer Wellenlänge von 545 nm erhalten werden kann, wenn Er³⁺-Ionen mit Licht mit einer Wellenlänge nahe 970 nm oder 800 nm gepumpt werden. Bei der gleichen Struktur wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform 1 kann eine grüne Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung mit einem hohen Wirkungsgrad aufgebaut werden, wenn die Reflexions- Mittenwellenlänge des Spiegels 308 auf eine Wellenlänge nahe 970 nm oder 800 nm eingestellt wird, und die Reflexionswellenlängen der Spiegel 306 und 307 auf eine Wellenlänge nahe 545 nm eingestellt werden, wobei eine mit Er³⁺-Ionen anstelle von Tm³⁺-Ionen dotierte optische Faser 305 verwendet wird, und wobei eine Lichtquellenvorrichtung verwendet wird, die Pumplicht nahe der Wellenlänge von 970 nm anstelle der Lichtquelle 301 erzeugt.

Zweite Ausführungsform

Wie oben beschrieben wurde, gibt es drei Übergänge (Absorptionsübergänge) 101, 103 und 105, um Licht beider Wellenlängen von 450 nm und 480 nm in der Upconversion abhängig von Tm³⁺-Ionen gleichzeitig zu oszillieren. Die Mittenwellenlängen der absorbierten Spektren der Übergänge sind wie folgt.
Mittenwellenlänge der absorbierten Spektren des Pumpübergangs (durch den Pfeil 101 angegeben) . . . 676 nm
Mittenwellenlänge der absorbierten Spektren des Pumpübergangs (durch den Pfeil 103 angegeben) . . . 647 nm
Mittenwellenlänge der absorbierten Spektren des Pumpübergangs (durch den Pfeil 105 angegeben) . . . 640 nm

Wie oben angegeben ist, beträgt die größte Differenz zwischen den Mittenwellenlängen der Pumpübergänge ungefähr 36 nm. Da jedes absorbierte Spektrum eine bestimmte Breite aufweist, ist es möglich, Pumplicht einer Wellenlänge von 650 nm zu absorbieren, wodurch ein Pumpübergang gemäß dem oben beschriebenen Prinzip durchgeführt wird. Wenn jedoch Licht mit einer Wellenlänge nahe der Mittenwellenlänge als Pumplicht in jedem Pumpübergang verwendet wird, ist es möglich, Licht effizient zu absorbieren und Pumpübergänge durchzuführen.

Fig. 1B ist eine Ansicht, die die Struktur einer Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung als eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der vorliegenden Erfindung wird nur eine Beschreibung der Unterschiede zu der ersten Ausführungsform vorgenommen. Es sei bemerkt, daß Komponenten, die die gleichen wie diejenigen in der ersten Ausführungsform sind, durch die gleichen Bezugssymbole bezeichnet werden, und eine besondere Erläuterung derselben wird hiervon weggelassen.

In Fig. 1B bezeichnet 401 eine erste Pumplichtquellenvorrichtung, die beispielsweise durch einen Laserdioden-Chip zum Emittieren von Pumplicht mit einer Mittenwellenlänge von beispielsweise 650 nm aufgebaut ist. 402 bezeichnet eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern der ersten Pumplichtquelle 401 und ist durch ein Stromversorgungs/Schaltungssystem aufgebaut. 403 bezeichnet ein Koppelelement, das durch einen Wellenleiterdurchgang zum Miteinanderverbinden der Pumplichtquelle 401 und der optischen Faser 305 aufgebaut ist. 404 bezeichnet einen Spiegel, der an einem Ende der ersten Pumplichtquelle 401 bereitgestellt wird und so aufgebaut ist, um eine Reflexionsrate von 99% oder mehr bezüglich Licht mit einer Wellenlänge nahe 650 nm aufzuweisen. 405 bezeichnet eine zweite Pumplichtquelle, die durch einen Laserdioden-Chip zum Emittieren von Pumplicht mit einer Mittenwellenlänge von beispielsweise 670 nm aufgebaut ist. 406 bezeichnet eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern der zweiten Pumplichtquelle 405, die aus einem Stromversorgungs/Schaltungssystem aufgebaut ist. 407 bezeichnet ein Koppelelement, das durch einen Wellenleiterdurchgang zum Miteinanderverbinden der Pumplichtquelle 405 und der optischen Faser 305 aufgebaut ist. 408 bezeichnet einen Spiegel, der an einem Ende der zweiten Pumplichtquelle 405 bereitgestellt wird und so aufgebaut ist, um einen Reflexionsrate von 99% oder mehr bezüglich Licht nahe einer Wellenlänge von 670 nm aufzuweisen. 409 bezeichnet einen Wellenlängen- Multiplexer/Demultiplexer, der beispielsweise durch einen WDM-Koppler aufgebaut ist. 410 bezeichnet einen Spiegel, der in der optischen Faser 305 bereitgestellt wird, der so aufgebaut ist, um eine Reflexionsrate von 99% oder mehr bezüglich jedem Licht mit Wellenlängen nahe 650 nm und nahe 670 nm aufzuweisen.

Als nächstes wird ein Betrieb der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 1B erläutert.

Zuerst wird Pumplicht von beiden Enden der ersten Pumplichtquelle 401 emittiert. Das erste Pumplicht, das von der hinteren Endoberfläche der Pumplichtquelle 401 emittiert wird, wird durch einen Spiegel 404 reflektiert und wird durch die Pumplichtquelle 401 geführt und wieder verstärkt. Das erste Pumplicht, das von der vorderen Endoberfläche der Pumplichtquelle 401 emittiert wird, wird durch das Koppelelement 403 geführt, tritt in die optische Faser 305 ein und wird weiter durch den Wellenlängen- Multiplexer/Demultiplexer 409 geführt. Das Pumplicht wird durch den Spiegel 410 reflektiert, wieder durch den Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 409 geführt und tritt in die erste Pumplichtquelle 401 ein. Dieses Pumplicht wird durch die erste Pumplichtquelle 401 geführt und wird dadurch verstärkt.

Das heißt, daß bezüglich dem ersten Pumplicht ein Resonator zwischen dem Spiegel 404 und dem Spiegel 410 gebildet wird. Infolge dieser Resonatorstruktur ist es möglich, eine hohe Pumplichtdichte in der optischen Faser 305 aufrechtzuerhalten.

In ähnlicher Weise wird Pumplicht von beiden Enden der zweiten Pumplichtquelle 405 emittiert. Das von der hinteren Endoberfläche der Pumplichtquelle 405 emittierte zweite Pumplicht wird durch den Spiegel 408 reflektiert und wieder durch die Pumplichtquelle 405 geführt und verstärkt. Das von der vorderen Endfläche der zweiten Pumplichtquelle 405 emittierte zweite Pumplicht wird durch das Koppelelement 407 geführt und tritt in die optische Faser 305 ein. Dieses zweite Pumplicht wird mit dem ersten Pumplicht durch den Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 407 synthetisiert. Das zweite Pumplicht wird durch den Spiegel 410 reflektiert und durch den Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 409 geteilt. Dieses Pumplicht tritt dann wieder in die zweite Pumplichtquelle 405 ein und wird durch diese zweite Pumplichtquelle 405 geführt und verstärkt.

Das heißt, daß bezüglich dem zweiten Pumplicht ein Resonator zwischen dem Spiegel 408 und dem Spiegel 410 gebildet wird. Ähnlich der ersten Pumpe kann eine hohe Pumpdichte in der optischen Faser 305 infolge dieser Resonatorstruktur aufrechterhalten werden.

Das erste Pumplicht und das zweite Pumplicht werden durch Tm³⁺ absorbiert, mit dem die optische Faser 305 dotiert ist, so daß das erste Pumplicht hauptsächlich zu den Pumpübergängen beiträgt (durch die Pfeile 103 und 105 angegeben), die vorher in Fig. 2b gezeigt wurden, während das zweite Pumplicht zu dem Pumpübergang (durch den Pfeil 101 angegeben) beiträgt.

Wie oben beschrieben ist, kann durch Auswählen einer Lichtquelle einer Wellenlänge, die im Stande ist, die Pumpübergänge zum Absorbieren von Energie zu aktivieren, ein Betrieb der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wirkungsvoller erreicht werden.

Durch den oben beschriebenen Betrieb ist es möglich, gleichzeitig Laserstrahlen von Wellenlängen von 450 nm und 480 nm von dem Ende der optischer Faser zu erhalten, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Obgleich die vorliegende Ausführungsform derart angeordnet ist, so daß der in der optischer Faser 305 bereitgestellte Spiegel 410 eine Reflexionsrate von 99% oder mehr bezüglich dem Pumplicht mit Wellenlängen nahe 650 nm und 670 nm aufweist, kann der Spiegel 410 durch zwei Spiegel aufgebaut sein, die eine ähnliche Reflexionsrate aufweisen und die jeweils schmale Bandbreiten entsprechend Licht von 650 nm und Licht von 670 nm aufweisen.

Desgleichen kann ferner jeder der Spiegel 306 und 307 durch zwei Spiegel aufgebaut sein, die jeweils schmale Bandbreiten entsprechend Licht von 450 nm und Licht von 480 nm aufweisen.

Dritte Ausführungsform

Fig. 3A ist eine Ansicht, die die Struktur einer Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung als eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird nur eine Beschreibung der Unterschiede zu der ersten und zweiten Ausführungsform vorgenommen. Es sei bemerkt, daß Komponenten, die dieselben wie diejenigen in der ersten Ausführungsform sind, durch die gleichen Bezugssymbole bezeichnet werden, und eine besondere Erläuterung derselben hiervon weggelassen wird.

In Fig. 3A bezeichnet 501 eine dritte Pumplichtquellenvorrichtung, die durch einen Laserdioden-Chip zum Emittieren von Pumplicht mit einer Mittenwellenlänge von beispielsweise 640 nm aufgebaut ist. 502 bezeichnet eine Ansteuervorrichtung zum Ansteuern der dritten Pumplichtquelle 501 und wird durch ein Stromversorgungs/Schaltungssytem aufgebaut. 503 bezeichnet ein Koppelelement, das durch einen Wellenleiterdurchgang zum Miteinanderverbinden der Pumplichtquelle 501 und der optischen Faser 305 aufgebaut ist. 504 bezeichnet einen Spiegel, der an einem Ende der dritten Pumplichtquelle 501 bereitgestellt wird, und derart aufgebaut ist, um eine Reflexionsrate von 99% oder mehr bezüglich Licht mit einer Wellenlänge nahe 640 nm aufzuweisen. Bezugsziffer 505 bezeichnet einen Wellenlängen- Multiplexer/Demultiplexer und wird beispielsweise durch einen WDM-Koppler aufgebaut. 506 bezeichnet einen Spiegel, der in der optischen Faser 305 bereitgestellt wird, der aufgebaut ist, um eine Reflexionsrate von 99% oder mehr bezüglich Licht mit einer Wellenlänge nahe 640 nm aufzuweisen.

Als nächstes wird ein Betrieb der dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 3A erläutert.

Pumplicht wird von beiden Enden der dritten Pumplichtquelle 501 emittiert. Das von der hinteren Endoberfläche der Pumplichtquelle 501 emittierte dritte Pumplicht wird durch einen Spiegel 504 reflektiert und wieder durch die Pumplichtquelle 501 geführt und verstärkt. Das von der vorderen Endoberfläche der Pumplichtquelle 501 emittierte dritte Pumplicht tritt in die optische Faser 305 durch das Koppelelement 503 ein. Als nächstes wird das Licht durch den Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 505 synthetisiert. Das Pumplicht wird durch den Spiegel 506 und ferner durch den Wellenlängen-Multiplexer/Demultiplexer 505 reflektiert. Das Licht tritt dann in die dritte Pumplichtquelle 501 ein und wird durch die dritte Pumplichtquelle 501 geführt und verstärkt.

Das heißt, daß bezüglich dem dritten Pumplicht ein Resonator zwischen dem Spiegel 504 und dem Spiegel 506 gebildet wird. Infolge dieser Resonatorstruktur ist es möglich, eine hohe Pumplichtdichte in der optischen Faser 305 beizubehalten.

Wie bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erste und zweite Pumplicht von den ersten und zweiten Pumplichtquellen 401 und 405 und das dritte Pumplicht durch Tm³⁺-Ionen, mit der die optische Faser 305 dotiert ist, absorbiert, so daß das erste Pumplicht hauptsächlich zu den vorher beschriebenen Pumpübergängen (durch Pfeil 103 angegeben) beiträgt, das zweite Pumplicht zu dem Pumpübergang (durch Pfeil 101 angegeben) beiträgt und das dritte Pumplicht zu dem Pumpübergang (durch Pfeil 105 angegeben) beiträgt.

Wie oben beschrieben ist, ist es durch Bereitstellen von drei Wellenlängen für das Pumplicht möglich, Absorptionsübergänge mit einem höheren Wirkungsgrad zu erreichen (die Übergänge zum Speichern von Lichtemissionsenergie sind), so daß Lichtemissionen mit Wellenlängen von 450 nm und 480 nm, wie bei den ersten und zweiten Ausführungsformen, gleichzeitig erhalten werden können.

Wenn bei der Struktur der ersten Ausführungsform der Spiegel 308 derart angeordnet ist, um Licht mit Wellenlängen von 650 nm und 670 nm oder Licht mit Wellenlängen von 640 nm, 650 nm und 670 nm zu reflektieren, und wenn die Pumplichtquelle 301 durch eine Pumplichtquellenvorrichtung ersetzt wird, die bei mehrfachen Wellenlängen von 650 nm und 670 nm oder 640 nm, 650 nm und 670 nm durch Ändern des Zyklus des Gitters eines verteilten Rückkopplungslasers oszilliert, können die gleichen Vorteile wie bei den zweiten und dritten Ausführungsformen erhalten werden.

Vierte Ausführungsform

Vor einer Erläuterung der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung werden wieder Grundprinzipien der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 2A und 3C erläutert. Es wird nur eine Erläuterung der Unterschiede zu der ersten Ausführungsform vorgenommen. Fig. 3C und 2A unterscheiden sich voneinander nur darin, daß ein weiterer Lichtemissionsübergang (durch Pfeil 701 angegeben) in Fig. 3C erscheint.

Es sei ein Zustand angenommen, bei dem die Pumplichtdichte in Fig. 2b sehr hoch ist, beispielsweise ein Bereich von 2 W. Zu dieser Zeit ist die Verteilungsdichte auf Niveau 2 größer als die Verteilungsdichte auf Niveau 1 und eine Inversion findet zwischen diesen statt. Ein Übergang von dem Niveau 2 auf das Niveau 1 wird erzwungenermaßen durchgeführt.

Dieser Übergang ist ein Lichtemissionsübergang (durch den Pfeil 701 angegeben) in Fig. 3C. Durch diese Operation wird Licht mit einer Wellenlänge von 1800 nm erzeugt und die Verteilungsdichte auf Niveau 2 verringert sich demgemäß.

Dann erhöht sich die Verteilungsdichte auf Niveau 8 relativ im Vergleich mit der Verteilungsdichte auf Niveau 2 und ein Lichtemissionsübergang (durch den Pfeil 104 angegeben) von Niveau 8 auf das Niveau 2 findet ohne weiteres statt, d. h. eine Lichtemission mit einer Wellenlänge von 450 nm findet ohne weiteres statt.

Basierend auf den oben beschriebenen Prinzipien wird eine Erläuterung der Unterschiede zu der Ausführungsform 1 mit Bezug auf die Struktur der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommen.

In Fig. 3B bezeichnen 601 und 602 in der optischen Faser 305 bereitgestellte Spiegel, die Licht mit einer Wellenlänge nahe 1800 nm reflektieren. Diese Spiegel 601 und 602 bilden einen Resonator bezüglich Licht mit einer Wellenlänge nahe 1800 nm. Licht mit einer Wellenlänge von 1800 nm wird durch die Resonatorstruktur erzeugt. Somit kann ohne weiteres eine Emission von Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm und Licht mit einer Wellenlänge von 480 nm erhalten werden.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann natürlich als eine blaue Lichtquelle für eine Anzeige verwendet werden, und ist ferner auf verschiedenen Gebieten, wie z. B. einer Laserausgabevorrichtung zum Schreiben von Daten auf ein Aufzeichnungsmedium (oder eine optischen Platte), einer Laserausgabevorrichtung zum Lesen von Daten und dergleichen, anwendbar.

Die oben beschriebenen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden wie folgt zusammengefaßt. Das heißt, daß bei einer Hybrid-Faserlaser-Vorrichtung ein Superlumineszenzdioden(SLD)-Chip (oder Laserdioden-Chip), der Licht nahe einer Wellenlänge A ausgibt, und eine optische Faser miteinander verbunden werden, wodurch eine niedrige Reflexion erreicht wird, und ein Mittel zum Reflektieren von Licht nahe der Wellenlänge A wird an jedem des anderen Endes des Laserdioden-Chips und des anderen Endes der optischer Faser vorgesehen, wodurch ein Resonator für die Wellenlänge A gebildet wird. Bei dieser Hybrid-Faserlaser-Vorrichtung wird eine Upconversion-Faser in dem optischen Resonator für die Wellenlänge A vorgesehen, und eine optische Resonatorstruktur für die Wellenlänge B, die durch ein Reflexionsmittel aufgebaut wird, wird an jeder der zwei Positionen an beiden Enden der Upconversion-Faser vorgesehen. Von den Reflexionsmitteln an den beiden Positionen wird das Reflexionsmittel an der Laserdioden-Chip-Seite so angeordnet, daß eine hohe Reflexionsrate erreicht wird, und das andere Reflexionsmittel an der anderen Endseite wird so angeordnet, daß eine partielle Reflexion erreicht wird, so daß Ausgangslicht mit der Wellenlänge B von der Seite der partiellen Reflexion erhalten wird.

Zusätzlich ist die Upconversion-Faser eine mit Thulium(Tm)- Ionen dotierte Faser und ist aufgebaut, um nahezu 100% von rotem Licht mit einer Wellenlänge nahe 650 nm zu reflektieren, als ein Mittel zum Reflektieren von Licht mit der Wellenlänge A, und um nahezu 100% von Licht mit Wellenlängen nahe 450 nm und 480 nm auf der Laserdioden-Chip- Seite zu reflektieren und Licht mit Wellenlängen nahe 450 nm und 480 nm an der anderen Endseite partiell zu reflektieren, als ein Reflexionsmittel für Licht mit der Wellenlänge B.

Von den Reflexionsmitteln für die Wellenlänge B kann das Reflexionsmittel an der dem Laserdioden-Chip gegenüberliegenden Seite so aufgebaut werden, um unterschiedliche partielle Reflexionsraten derselben für eine Wellenlänge nahe 450 nm bzw. für eine Wellenlänge nahe 480 nm zu verwenden. Zusätzlich kann das Reflexionsmittel zum Reflektieren von Licht nahe der Wellenlänge A so aufgebaut sein, um 100% von Licht einer Mehrzahl von Wellenlängen selektiv zu reflektieren.

Ferner kann die Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung mit einer Struktur dotiert sein, bei der nahezu 100% von rotem Licht nahe 650 nm und rotem Licht nahe 670 nm als das Licht der Mehrzahl von auszuwählenden Wellenlängen reflektiert wird.

Ferner kann die Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung mit einer Struktur dotiert sein, bei der nahezu 100% von rotem Licht nahe 640 nm, 650 nm und 670 nm als das Licht der Mehrzahl von auszuwählenden Wellenlängen reflektiert wird.

Ferner kann die Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung mit einer Struktur dotiert sein, die ein Reflexionsmittel für Licht mit einer Wellenlänge nahe 1800 nm zusätzlich zu 450 nm und 480 nm aufweist, und eine Resonatorstruktur für eine Wellenlänge nahe 1800 nm umfaßt. Zusätzlich wird die zweite Aufgabe durch Erhalten einer Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung wie folgt erreicht. Das heißt, daß die Upconversion-Faserlaser- Vorrichtung mit einer Struktur dotiert wird, bei der die Upconversion-Faser eine mit Holmium (Ho)-Ionen dotierte optische Faser ist, nahezu 100% von rotem Licht nahe 645 nm als ein Mittel zum Reflektieren von Licht nahe der Wellenlänge A reflektiert, und nahezu 100% von Licht nahe 545 nm auf der Laserdioden-Chip-Seite reflektiert und Licht nahe 545 nm auf der anderen Endseite partiell reflektiert, als ein Reflexionsmittel für die Wellenlänge B. Ferner wird die zweite Aufgabe durch eine Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung wie folgt erreicht. Das heißt, daß die Upconversion- Faserlaser-Vorrichtung mit einer Struktur dotiert wird, bei der die Upconversion-Faser eine mit Erbium (Er)-Ionen dotierte optische Faser ist, die nahezu 100% von rotem Licht nahe 970 nm oder 800 nm reflektiert, als ein Mittel zum Reflektieren von Licht nahe der Wellenlänge A, und nahezu 100% von Licht nahe 545 nm auf der Laserdioden-Chip-Seite und Licht nahe 545 nm an der anderen Endseite partiell reflektiert, als ein Reflexionsmittel für die Wellenlänge B.

Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung blaues Licht von 450 nm und blaues Licht von 480 nm gleichzeitig in dem Upconversion-Laser unter Verwendung von Tm ausgegeben, so daß eine große Ausgangsleistung mit einem hohen Wirkungsgrad erreicht werden kann. Es ist ferner möglich, einen grünen Upconversion-Laser durch ähnliche Mittel zu verwirklichen.

Zusätzliche Vorteile und Abwandlungen werden Fachleute ohne Schwierigkeiten erkennen. Daher ist die Erfindung in ihren breiteren Aspekten nicht auf die hierin gezeigten und beschriebenen besonderen Einzelheiten und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Demgemäß können verschiedene Abwandlungen ohne vom Geist oder Schutzumfang des allgemeinen erfinderischen Konzepts abzuweichen, wie es durch die beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente definiert ist, vorgenommen werden.

Claims

1. Eine Upconversion-Faserlaser-Vorrichtung, mit folgenden Merkmalen:
einem ersten Laserdioden-Chip (301) zum Ausgeben eines ersten Lichts, das mindestens Licht mit einer Wellenlänge A enthält;
einer optischen Faser (305), die einen mit einem Lichtausgabeabschnitt des ersten Laserdioden-Chips verbundenen Endabschnitt aufweist;
einem ersten Resonator, der durch ein an einer reflektierenden Seite des ersten Laserdioden-Chips (301) vorgesehenes Reflexionsmittel (304) zum Reflektieren des ersten Lichts und einen an einer Seite eines anderen Endabschnitts der optischen Faser vorgesehenen ersten Spiegel (308) zum Reflektieren des ersten Lichts aufgebaut ist; und
einem zweiten Resonator, der durch einen zwischen dem ersten Laserdioden-Chip (301) und dem ersten Spiegel (308) vorgesehenen zweiten Spiegel (306) zum Reflektieren eines zweiten Lichts, das mindestens Licht mit einer Wellenlänge B enthält, und einen an der Seite eines anderen Endabschnitts der optischen Faser gebildeten dritten Spiegel (307) zum teilweisen Reflektieren des zweiten Lichts aufgebaut ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die optische Faser eine mit Thulium (TM)-Ionen dotierte optische Faser ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der
das erste Licht, mit dem der erste Resonator in Resonanz ist, rotes Licht mit einer Wellenlänge einschließlich 650 nm ist;
das zweite Licht, mit dem der zweite Resonator in Resonanz ist, Licht mit Wellenlängen einschließlich 450 nm und 480 nm ist, und
Ausgangslicht mit Wellenlängen einschließlich 450 nm und 480 nm erhalten wird.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der der dritte Spiegel das Licht mit Wellenlängen einschließlich 450 nm und 480 nm mit unterschiedlichen Reflexionsraten für die Wellenlängen einschließlich 450 nm bzw. 480 nm teilweise reflektiert.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der
ein zweiter Laserdioden-Chip zum Eingeben von Licht mit einer Wellenlänge C mit der optischen Faser verbunden ist, so daß das erste Licht mindestens Licht mit der Wellenlänge A und der Wellenlänge C enthält, und
die optische Faser mit einem zweiten Spiegel für Resonanz mit dem ersten Licht und zum Reflektieren des ersten Lichts, das mindestens das Licht mit der Wellenlänge A und der Wellenlänge C enthält, ausgestattet ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der das erste Licht rotes Licht mit einer Wellenlänge einschließlich 650 nm und rotes Licht mit einer Wellenlänge einschließlich 670 nm ist, und der zweite Spiegel nahezu 100% des ersten Lichts reflektiert.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der
die optische Faser ferner mit zweiten und dritten Laserdioden-Chips (405, 501) zum jeweiligen Eingeben von Licht mit einer Wellenlänge C und Licht mit einer Wellenlänge D versehen ist, so daß das erste Licht mindestens Licht mit den Wellenlängen A, C und D enthält,
die optische Faser mit einem zweiten Spiegel (410, 506) zum Reflektieren des Lichts mit den Wellenlängen A, C und D als der zweite Spiegel versehen ist, und
das erste Licht rotes Licht mit Wellenlängen einschließlich 650 nm, 670 nm und 640 nm ist, und der zweite Spiegel nahezu 99% des ersten Lichts reflektiert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der der zweite Resonator eine Resonanzfähigkeit für Licht einer Wellenlänge einschließlich 1800 nm zusätzlich zu einer Resonanzfähigkeit für Licht von Wellenlängen einschließlich 450 nm und 480 nm aufweist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der
die Upconversion-Faser eine optische Faser ist, die mit Holmium (Ho)-Ionen dotiert ist,
der erste Resonator mit rotem Licht mit einer Wellenlänge einschließlich 645 nm in Resonanz ist,
der zweite Resonator eine Resonanzfähigkeit aufweist, um nahezu 100% von Licht mit einer Wellenlänge einschließlich 545 nm an einer Seite des Laserdioden-Chips zu reflektieren und um Licht, das eine Wellenlänge einschließlich 545 nm aufweist, an einer anderen Endseite partiell zu reflektieren, und
Ausgangslicht mit einer Wellenlänge einschließlich 545 nm als Ausgangslicht erhalten wird.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Upconversion- Faser eine optische Faser ist, die mit Erbium (Er)-Ionen dotiert ist,
der erste Resonator mit rotem Licht mit einer Wellenlänge nahe 970 nm oder 800 nm in Resonanz ist,
der zweite Resonator eine Resonanzfähigkeit aufweist, um nahezu 100% von Licht mit einer Wellenlänge einschließlich 545 nm an einer Seite des Laserdioden-Chip zu reflektieren und um Licht mit einer Wellenlänge einschließlich 545 nm an einer anderen Endseite partiell zu reflektieren, und
Ausgangslicht mit einer Wellenlänge einschließlich 545 nm als Ausgangslicht erhalten wird.