JP2000244046A - レーザ増幅器及びレーザ発振器 - Google Patents

レーザ増幅器及びレーザ発振器

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JP2000244046A
JP2000244046A JP3873399A JP3873399A JP2000244046A JP 2000244046 A JP2000244046 A JP 2000244046A JP 3873399 A JP3873399 A JP 3873399A JP 3873399 A JP3873399 A JP 3873399A JP 2000244046 A JP2000244046 A JP 2000244046A
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laser
fiber
ytterbium
medium
amplifier
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Tadashi Kasamatsu
直史 笠松
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Original Assignee
NEC Corp
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高出力、高効率、小型で多種類の希土類添加レ
ーザ増幅器やレーザ発振器を励起するに適当な発振波長
を有する励起光源を提供すると共に、それらを搭載した
高出力、高効率、小型で多種類のレーザ増幅器並びにレ
ーザ発振器を提供すること。 【解決手段】レーザ増幅器等の励起光源として、半導体
レーザ励起Ｙｂ（イッテルビウム）添加固体レーザ２を
用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信システム等に
おいて用いられるレーザ発振器並びにレーザ増幅器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】エルビウム（元素記号Er）やホルミウム
（Ho）、ツリウム（Tm）、プラセオジム（Pr）といった
希土類元素を含む利得媒質を用いたレーザ増幅器（例え
ばファイバ増幅器）やレーザ発振器（例えばファイバレ
ーザや固体レーザ）は、光通信やレーザ医療等の様々な
産業分野において有望なキーデバイスである。
【０００３】特に光通信システムにおいて、より多機能
・高性能なファイバ増幅器が求められている。例えば波
長多重通信用のエルビウム添加シリカファイバ増幅器に
おいては、波長多重数の増加に伴い、ワット級の飽和出
力が要求されている。他方、光通信の波長域を拡大する
研究開発も進んでおり、エルビウム増幅器以外では、プ
ラセオジム添加フッ化物ファイバを用いた1.3ミクロン
帯ファイバ増幅器（大石、レーザ研究、第25巻、第2
号、139ページ、1997年）や、ツリウム添加フッ化物フ
ァイバを用いた1.47ミクロン帯ファイバ増幅器（特許第
2688303号等）等が開発されている。
【０００４】これらの多種多様なファイバ増幅器を実現
するためには、ファイバ増幅器を励起する励起光源も多
様な要求を満たす必要が有る。上述のようなワット級飽
和出力のファイバ増幅器を提供するためには、当然の帰
結として励起光源においても高出力（数ワット級）が求
められている。またプラセオジムやツリウム等を励起す
るためには、従来波長（980nmや1480nm）とは異なった
発振波長（1020nmから1050nm）を有する励起光源が必要
である。また実用に供している光通信システムにおいて
は、ファイバ増幅器や励起光源のサイズ、効率等に様々
な制約条件がある。
【０００５】従来からの励起光源について個別に問題を
述べる。現状の半導体レーザの出力パワーは100mWから2
00mW程度に抑えられている。これは端面破壊や熱干渉に
よる出力低下といった出力制限要因が、高出力において
より顕著に発現するためである。さらにプラセオジム
や、ツリウムなどを励起するに適当な波長での高出力発
振が得られていない。特に波長1020nmから1050nmの範囲
において、プラセオジム（1020-1030nm最適励起波
長）、ツリウム（1050nm最適励起波長）、イッテルビウ
ム添加エルビウム（800-1100nm励起波長）等の各種ファ
イバ増幅器の励起波長帯域が存在するが、980nm半導体
レーザを除き、高出力の半導体レーザは開発されていな
い。
【０００６】一方、出力パワーの増大が比較的容易な光
源として、マルチモード半導体レーザを励起光源とする
固体レーザとダブルクラッド構造ファイバレーザが挙げ
られる（図１２）。しかしながら、固体レーザにおいて
は、ネオジム（Nd）添加の固体結晶（YAG;Y3Al5O12結晶
やYLF結晶等）が従来から主に用いられてきた。製品レ
ベルのNd添加固体レーザにおいては、10W程度の出力パ
ワーが回折限界ビームで得られており、光通信のファイ
バ増幅器励起用光源としての出力の要請には応えられ
る。しかしながら、Nd添加固体レーザの電気入力／光出
力の変換効率は、Ndの持つ量子効率76%を上限とし、こ
れを越えられない。さらに発振波長も固定（1064nm;Nd:
YAG、1047nmまたは1053nm；Nd:YLF）で、上記の各種フ
ァイバ増幅器を高効率励起できる波長範囲から外れてお
り、波長可変性もないため、自ずと適用範囲が限られ
る。
【０００７】一方、ネオジムやイッテルビウム(Yb)添加
したダブルクラッド構造シリカ・ファイバレーザは、10
W以上の高出力、広い波長可変性（1020nmから1100nm）
と、イッテルビウムの持つ高い量子効率に起因する高効
率とを兼備えているため、励起光源として有力である。
しかしサイズに注目すると、典型的なイッテルビウム添
加ファイバ長は10mから40m程度であり、ファイバを収納
するリール（巻き取り治具）の最小曲げ半径や、励起光
学系を備える必要を考慮すると、半導体レーザ程度のサ
イズにまで小型化することは難しい。
【０００８】高出力・高効率・小型で多様なファイバ増
幅器を提供する為には、高出力・高効率・小型で多様な
ファイバ増幅器を励起するに適当な励起波長を兼備えた
励起光源が必要であり、それらを搭載したファイバ増幅
器が望まれてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記事情を踏まえ、本
発明は、高出力、高効率、小型で多種類の希土類添加レ
ーザ増幅器やレーザ発振器を励起するために適当な発振
波長を有する励起光源を提供すると共に、それらを搭載
した高出力、高効率、小型で多種類のレーザ増幅器並び
にレーザ発振器を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】かかる課題は、レーザ増
幅器並びにレーザ発振器において、励起光源として半導
体レーザ励起イッテルビウム添加固体レーザを備えるこ
とにより解決される。すなわち本発明によれば、希土類
元素を添加した媒体を利得媒質としたレーザ増幅器にお
いて、レーザ増幅器のレーザ利得を得るための励起光源
として、イッテルビウム添加固体レーザを備えたことを
特徴とするレーザ増幅器が提供される。
【００１１】また本発明によれば、希土類元素を添加し
た媒体を利得媒質とし、該媒体に励起光と信号光とを合
波して入射し信号光を増幅するレーザ増幅器において、
レーザ増幅器のレーザ利得を得るための励起光源とし
て、イッテルビウム添加固体レーザを備えたことを特徴
とするレーザ増幅器が提供される。
【００１２】また本発明によれば、希土類元素を添加し
た媒体を利得媒質とし、該媒体に励起光を供給すること
によってレーザ発振を行うレーザ発振器において、レー
ザ発振器のレーザ利得を得るための励起光源として、イ
ッテルビウム添加固体レーザを備えたことを特徴とする
レーザ発振器が提供される。
【００１３】以下、本発明の作用について説明する。
【００１４】本発明では、イッテルビウム（Yb）添加固
体レーザの具備する分光学的特性を適用する事で、従来
の励起光源には無い特徴を引き出すことで課題を解決す
る。イッテルビウム(Yb)のエネルギー準位構造は、基底
準位2F7/2と基底準位よりエネルギー差で10,000cm-1程
上方に位置する励起準位2F5/2の２つしか存在しない。
従って励起波長（940nm）とレーザ発振波長（主発振波
長1030nm）が極めて近接しており、非放射緩和が極めて
少なく、90%を越える量子効率を有している（より詳し
くは、ティー・ワイ・ファン著、オプティクス・レター
ズ、第16巻、第14号、1089ページ、1991年に記載されて
いる）。このためYb添加固体レーザの高効率動作が出来
る。さらに、Nd添加固体レーザの10倍程度高い吸収係数
（励起光波長に対する）を有するため、媒体のサイズを
厚み数100ミクロン程度にまで縮小する事ができる。さ
らに上述の高い量子効率に起因して、発熱量は極めて少
なく、Nd添加固体レーザの1/3から1/4程度である。した
がって、数100ミクロン程度に固体結晶を小型化して
も、発熱に起因する結晶破砕には至らない。極めて小型
のYb添加結晶を、励起用半導体レーザに近接して配置す
ることが可能となり、半導体レーザとほぼ同程度のサイ
ズを実現できる。さらに同一パッケージ内に同梱するこ
とも可能である。
【００１５】イッテルビウムの蛍光スペクトルは1020nm
から1050nmまで広く、この波長範囲で発振波長を可変で
きる。このため様々なファイバ増幅器（例えばツリウム
添加フッ化物ファイバ、プラセオジム添加フッ化物ファ
イバ、イッテルビウム共添加エルビウム・シリカファイ
バ等）を励起できる。さらに波長1030nmを発振波長とす
る事で、エルビウム・イッテルビウム共添加シリカファ
イバ増幅器において、従来主流であった1030nmより長波
長側での励起より高いイッテルビウム反転分布率を得る
事が出来るため、低雑音化できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明において、イッテルビウム
添加固体レーザに使用されるレーザ結晶としては、イッ
テルビウム添加YAG（Y3Al5O12）が好適に用いられる
が、Yb:YLF、Yb:Lu3Al5O12等を用いることもできる。Yb
の分光学的特性を共通に有している為、同一構成で同様
の作用を得る事ができるからである。
【００１７】本発明において、イッテルビウム添加固体
レーザのレーザ媒質はマイクロチップ構造を有すること
が好ましい。マイクロチップ構造を採る事で、励起用マ
ルチモード半導体レーザをマイクロチップ結晶に近接さ
せ直接に励起することができ、また、マイクロレンズ等
を用いてマイクロチップ結晶を励起することが可能とな
る。
【００１８】本発明において、媒体に含まれる希土類元
素としては、たとえば、ツリウム、プラセオジム、また
はエルビウムとイッテルビウムとの組み合わせのうちい
ずれかとすることができる。また、上記媒体の構造とし
て、石英ガラスまたはフルオロジルコニウム酸塩ガラス
中に希土類元素が含まれてなる構造とすることができ
る。また、上記媒体を光ファイバとすれば、光通信シス
テムにおいて有用なレーザ増幅器、レーザ発振器が得ら
れる。
【００１９】さらに、本発明のレーザ増幅器を複数台、
直列または並列に接続すれば、広帯域光通信において高
効率増幅動作を実現することができる。
【００２０】
【実施例】（第１の実施例）以下、本発明を詳細に説明
する。図１に本発明のファイバ増幅器の構成図を示す。
図に示したファイバ増幅器は、半導体レーザ励起Yb添加
固体レーザ2を励起光源とし、アイソレータ４、アイソ
レータ５、波長多重カプラ３、及び増幅用ファイバ１を
備えている。本実施例では、Yb:YAG（Yb:Y3Al5O12）レ
ーザを例に挙げて説明する。ただし本発明はYb:YAGレー
ザに制限される事無く、一般的に他のYb添加固体レーザ
（Yb:YLF、Yb:Lu3Al5O12等）においても、Ybの分光学的
特性を共通に有している為、同一構成で同様の作用を得
る事ができる。
【００２１】図２に第1の実施例の構成図を示す。第1の
実施例においては、マルチモード半導体レーザ9からの
励起ビーム16を、励起光学系12（コリメートレンズ10と
集光レンズ11からなる）によりYb:YAG結晶13を集光励起
する。Yb:YAG結晶13の励起光入射側に施されたリアミラ
ーコート17と出力鏡15によりレーザ共振器を構成しYb:Y
AGレーザ発振を行う。実験では出力3.2W、波長940nmの
マルチモード半導体レーザ９と、Yb濃度5at%、長さ3mm
のYb:YAG結晶１３を用いた。共振器長50mm、出力鏡反射
率90%のレーザ共振器を構成した。Yb:YAGレーザ出力と
して、1.05W（@1030nm）を得る事ができた。図３に入出
力特性を示す。光/光変換効率33%、スロープ効率40%程
度が得られ、固体レーザとしては極めて高効率な動作を
実現している。さらにビーム品質因子M2値は1.1と良好
なTEM00動作が実現でき、シングルモードファイバ８に9
0%程度の効率で入射する事が出来た。
【００２２】Yb:YAGは非常に幅広い蛍光帯域を有してい
るため、レーザ共振器内にプリズム・エタロン・回折格
子などの波長選択素子を挿入する事で、1020nmから1050
nmまで切れ目無く連続波長可変動作が可能である。しか
も、その波長範囲において出力のばらつきは20%程度で
あった。波長同調結果の一例を図4に示す。1030nmと105
0nmにおいて、共に1Wを越えるYb:YAGレーザ出力が得ら
れた。
【００２３】Yb:YAGレーザを励起光源として備えた本発
明のエルビウム添加シリカファイバ増幅器（1.55ミクロ
ン帯）の増幅動作について説明する。通常、エルビウム
ファイバの励起波長は980nmまたは1480nmである。エル
ビウム添加シリカファイバにイッテルビウムを共添加す
る事により（Er-Ybファイバ）、波長800nmから1100nmの
波長帯域において強い吸収帯を形成できる。Yb:YAGレー
ザの発振波長を1030nmから1050nmとすることで、Er-Yb
ファイバを励起可能である。1030nm発振のYb:YAGレーザ
を励起光源とすると、Nd:YAG（1064nm）やNd:YLF（1047
nm）で励起する場合に比べ、ファイバ長を1/2から1/3に
することができる。これはEr-Ybファイバの吸収係数
が、1030nmにおいて、上記の波長よりも約1桁大きいた
めである（P.R.Morkel,Optical Amplifiers and Their
Applciations, paper FD2,1992）。ファイバ長を短尺化
することで背景損失低減を期待でき、ファイバ増幅器の
高効率動作も可能である。実際、1064nmNd:YAGレーザ励
起の場合、30m程度ファイバ長が必要なところ、1030nm
励起では15m程度で済んだ。さらに希土類添加ファイバ
の背景損失は、0.05dB/mから0.1dB/mであり、0.75から
1.5dB程度（20%）の損失差が生じ、1030nm励起の効率が
高い。
【００２４】次に図２の構成を用いて増幅実験を行っ
た。波長多重カプラ3を介して、Yb:YAGレーザを増幅フ
ァイバ１に入射する。後方励起構成を採用しているが、
本発明の作用は励起方向に拘わらない。ここでは増幅フ
ァイバ１としてEr-Ybファイバを用いている。用いたフ
ァイバのパラメータは、Er濃度300ppm、Yb濃度6000pp
m、コア径5ミクロン、NA0.2である。信号光6の光源とし
て1.55ミクロン帯波長可変半導体レーザを用いた。Yb:Y
AGレーザ出力500mWにおいて、1.55ミクロン帯増幅出力1
50mWを得た。入力信号６は、波長1534nm、パワー9dBmで
あった。スロープ効率37%であり、Yb:YAGレーザ励起に
よる高効率動作が実証できた。
【００２５】（第２の実施例）第2の実施例について説
明する。ファイバ結合型半導体レーザを励起光源とした
Yb:YAGレーザとそれを備えた本発明のファイバ増幅器の
構成図を図5に示す。図に示したファイバ増幅器は、半
導体レーザ励起Yb添加固体レーザ2を励起光源とし、ア
イソレータ４、アイソレータ５、波長多重カプラ３、及
び増幅用ファイバ１を備えている。本実施例では、出力
12W、波長940nm、ファイバコア径400ミクロン、NA0.33
のファイバ結合型マルチモード半導体レーザ19を励起光
源として用いた。共振器構成は第１の実施例と同様であ
る。すなわち、マルチモード半導体レーザ19からの励起
ビームを、励起光学系12（コリメートレンズ10と集光レ
ンズ11からなる）によりYb:YAG結晶13を集光励起する。
Yb:YAG結晶13の励起光入射側に施されたリアミラーコー
ト（不図示）と出力鏡15によりレーザ共振器を構成しY
b:YAGレーザ発振を行っている。以上の共振器構成によ
り、Yb:YAGレーザ出力3.1W、シングルモード出力2.4Wを
得る事ができた。これを励起光源とし、1.55ミクロン帯
増幅実験を行ったところ、図６に示すように最大出力85
0mW（+29.3dBm、入力信号：1545nm、7.7dBm）と高スロ
ープ効率（36%）を得る事が出来た。ワット級ファイバ
増幅器励起光源として、Yb:YAGレーザの適用可能性を十
分に示している。
【００２６】Yb:YAGレーザ装置の波長を1030nmないし10
50nmと設定することで、1060nmNd:YAGレーザ励起ファイ
バ増幅器よりも、低雑音化（低ノイズフィギュア）が図
れる。イッテルビウムの反転分布率は波長980nmに近接
するほど増大するため、1050-1060nm固体レーザ励起（N
d:YAGやNd:YLF）よりも、1030nmYb:YAG励起の方がASEに
起因するノイズ・フィギュアを低減できる事による。よ
り詳しくはP.F.Wysockietal.,OFC'f96,paperTuG6に記載
されている。図2の構成において励起光源を前方に配置
し、波長多重カプラ１８から入射した場合の、信号利得
と雑音指数（ノイズフィギュア）の入力信号波長依存性
を図7に示す。利得は小信号（-20dBm入力）の場合、32d
B程度が得られている。1530nmから1580nmに渡り、雑音
指数3.5dB程度を得る事が出来た。これは、1060nm励起
における3.6dB-4.2dBの値よりも優れた値を得ることが
出来た。Yb:YAGレーザにより低雑音ファイバ増幅器を提
供できる。 （第３の実施例）第３の実施例として、Y
b:YAGレーザを励起光源として備えた1.47ミクロン帯ツ
リウム(Tm)添加フッ化物ファイバ増幅器を説明する。Tm
の基底準位から3H5準位への基底準位吸収、それに続く
非放射緩和、及び3H4から3F2への励起状態吸収に伴う遷
移が、波長1050nm近辺に存在する（特許2688303号）。Y
b:YAGレーザを波長1050nmで発振させることにより、Tm
添加フッ化物ファイバ増幅器を高効率励起できる。図２
において、増幅ファイバ１をTm添加フッ化物ファイバと
し、波長多重カプラ3を介して、Yb:YAGレーザ光（1050n
m）を増幅ファイバ１に入射する。ここでツリウム添加
フッ化物ファイバと通常のシリカファイバとは融着接続
が出来ない為、ツリウム添加フッ化物ファイバの両端に
高NAシリカファイバを突き合わせ接続してあるモジュー
ルを使用した。さらに信号光６の光源として1.47ミクロ
ン帯波長可変半導体レーザを用いた。1W出力のYb:YAGレ
ーザにより、小信号利得30dB以上、飽和出力21dBm（126
mW）程度を得る事ができた。用いたファイバはTm3+濃度
2000ppm、長さ10m、コア径2.4ミクロンである。
【００２７】（第４の実施例）第４の実施例として、Y
b:YAGレーザを備えた1.3ミクロン帯プラセオジム添加フ
ッ化物ファイバを説明する。プラセオジムは1020nmを中
心波長とし、全幅40nm程度の吸収幅の吸収スペクトルを
有している（大石、レーザー研究、第25巻、第2号、199
7年、139頁）。1030nmにYb:YAGレーザ発振波長を同調す
る事により、1.3ミクロン帯域において高出力・高効率
な増幅動作を達成できた。図２の構成において、増幅フ
ァイバ１をプラセオジム添加フッ化物ファイバに置き換
え、信号光６の光源として1.3ミクロン帯波長可変半導
体レーザを用いた。用いたファイバはPr3+濃度500ppm、
長さ22m、コア径1.5ミクロンである。図2のように、波
長多重カプラ3を介して、Yb:YAGレーザ光をPr添加フッ
化物ファイバに入射する。1W入射において、小信号利得
42dB、飽和出力23dBmを達成できた。
【００２８】これらの実施例は、Yb:YAGレーザの有する
高出力・高効率・波長可変性により、多種多様なファイ
バ増幅器を高出力、高効率動作できる事を示している。
【００２９】さらにこれまでのEr-Yb添加シリカファイ
バ増幅器、Tm添加フッ化物ファイバ増幅器、Pr添加フッ
化物ファイバ増幅器を、一台または複数台用意し、任意
の組合わせで直列ないし並列に接続し、Yb:YAGレーザ
（一台または複数台）により励起光源を提供することも
可能である。図8に本発明の第4の実施例の代表例の構成
図を示す。Yb:YAGレーザ（1050nm）のレーザ光をカプラ
により3分割することにより、3台のファイバ増幅器（増
幅ファイバ２４、増幅ファイバ２５，増幅ファイバ２
６）に励起パワーを供給する事ができる。信号光の光源
としては、1.3ミクロン帯波長可変光源20、1.47ミクロ
ン帯波長可変光源20、および1.55ミクロン帯波長可変光
源20を備えている。1030nm励起の方が、Prファイバの励
起効率が高い為、図８においてさらにもう1台のYb:YAG
レーザ（1030nm発振）を導入し、波長多重カプラを介し
て別にPrファイバを励起することで、Prファイバ増幅器
も高効率動作できる。このような構成を採る事により、
1.3ミクロン、1.47ミクロン、1.55ミクロンにおいて高
効率増幅動作を達成でき、超広帯域光通信が可能とな
る。
【００３０】（第５の実施例）図9に本発明の第5の実施
例を示す。本実施例はYb:YAGレーザを励起光源として備
えるファイバレーザに係るものである。エルビウムとイ
ッテルビウム共添加シリカファイバを発振用ファイバ２
９とし、波長多重カプラ３によりYb:YAGレーザを入射す
る。レーザ共振器は、ファイバ端面を垂直に破断また
は、へき開したフレネル反射を利用した。Er-Ybファイ
バは第1の実施例と同じものを使用した。励起パワー500
mWにおいて200mW（＠1.55ミクロン帯）を越えるファイ
バレーザ出力が得られた。Yb:YAGレーザを励起光源とし
て、ファイバレーザへ適用することも容易である事が示
される。
【００３１】（第６の実施例）Yb:YAGレーザを小型化し
た第６の実施例を示す。図１０および図１１に小型Yb:Y
AGレーザとそれを備えたファイバ増幅器の構成図を示
す。本実施例のファイバ増幅器は、図１１のように、マ
ルチモードファイバ102の一端がファイバ結合型マルチ
モード半導体レーザ19に、他端がマイクロチップ３０に
接続されている。マルチモードファイバ102は、マルチ
モードファイバ・コア33の周囲にマルチモードクラッド
34が形成され、この外周がケーブル被覆35で被覆された
構造を有している。マイクロチップ３０は、Yb:YAGレー
ザ結晶を厚み200ミクロン、面積4mm2程度に加工したも
のであり、両端面に共振器ミラーの機能を持つ誘電体多
層膜がコーティングされている（リアミラーコート17、
出力ミラーコート31）。レーザ発振はこのマイクロチッ
プ結晶の両端面で達成される。励起ビーム16を効率よく
マイクロチップ結晶に吸収する為、Yb濃度を25at.%と高
濃度に設定する必要が有る。Yb:YAGにおいては50at.%程
度まで、上準位寿命の低下（濃度消光）は顕著には起こ
らず、結晶内の高濃度添加に起因する育成歪みもないこ
とが報告されているため、25at%程度の濃度は問題な
い。
【００３２】このようなマイクロチップ構造を採る事
で、励起用マルチモード半導体レーザをマイクロチップ
結晶に近接させ直接に励起することや、もちろんマイク
ロレンズ等を用いてマイクロチップ結晶を励起すること
も可能である。半導体レーザのパッケージ内にマイクロ
チップ結晶を同梱でき、極めて小型化できる。一方、図
10に示すようにファイバ結合型半導体レーザを励起光源
とする場合、ファイバ出射端に直接に接合することも可
能である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、励
起光源として半導体レーザ励起イッテルビウム添加固体
レーザを備えているため、高出力、高効率、かつ低ノイ
ズであって、小型で多様なレーザ増幅器およびレーザ発
振器が提供される。これにより、波長多重通信において
大容量化に対応したファイバ増幅器、ならびに伝送シス
テムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るファイバ増幅器の構成図である。
【図２】本発明に係るファイバ増幅器の構成図である。
【図３】本発明におけるレーザ増幅器励起光源であるY
b:YAGレーザの特性を示すグラフである。
【図４】本発明におけるレーザ増幅器励起光源であるY
b:YAGレーザの発振スペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明に係るファイバ増幅器の構成図である。
【図６】本発明のファイバ増幅器の出力特性を示すグラ
フである。
【図７】本発明のファイバ増幅器の利得と雑音指数の入
力信号波長依存性を示すグラフである。
【図８】本発明の広帯域ファイバ増幅器を示す構成図で
ある。
【図９】本発明のファイバレーザ発振器を示す構成図で
ある。
【図１０】本発明における小型Yb:YAGレーザとそれを備
えたファイバ増幅器の構成図である。
【図１１】本発明における小型Yb:YAGレーザとそれを備
えたファイバ増幅器の構成図を示す。
【図１２】従来技術に係るファイバ増幅器の構成図であ
る。
【符号の説明】
１ 増幅用ファイバ ２ 半導体レーザ励起Yb添加固体レーザ ３ 波長多重カプラ ４ アイソレータ ５ アイソレータ ６ 信号光 ７ 増幅信号 ８ Yb:YAGレーザ・ピグテイル用シングルモードファイ
バ ９ マルチモード半導体レーザ １０ コリメートレンズ １１ 集光レンズ １２ 励起光学系 １３ Yb:YAG結晶 １４ 集光レンズ １５ 出力鏡 １６ 励起ビーム １７リアミラーコート １８ 波長多重カプラ １９ファイバ結合型マルチモード半導体レーザ ２０ 1.3ミクロン帯波長可変光源 ２１ 1.47ミクロン帯波長可変光源 ２２ 1.55ミクロン帯波長可変光源 ２３ 波長多重カプラ ２４ 増幅ファイバ１（例えばプラセオジム添加フッ化
物ファイバ） ２５ 増幅ファイバ２（例えばツリウム添加フッ化物フ
ァイバ） ２６ 増幅ファイバ３ （例えばエルビウム・イッテル
ビウム共添加シリカファイバ） ２７ 波長多重カプラ ２８ 3分岐カプラ ２９ 発振用ファイバ ３０マイクロチップYb:YAG結晶 ３１ 出力ミラーコート ３２ レーザ発振光 ３３ マルチモードファイバ・コア ３４ マルチモードクラッド ３５ ケーブル被覆 １００ 従来励起光源（半導体レーザ、Nd添加固体レー
ザ、NdないしYb添加ファイバレーザ） １０１ Yb:YAGレーザ光 １０２ マルチモードファイバ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 希土類元素を添加した媒体を利得媒質と
    したレーザ増幅器において、レーザ増幅器のレーザ利得
    を得るための励起光源として、イッテルビウム添加固体
    レーザを備えたことを特徴とするレーザ増幅器。
  2. 【請求項２】 希土類元素を添加した媒体を利得媒質と
    し、該媒体に励起光と信号光とを合波して入射し信号光
    を増幅するレーザ増幅器において、レーザ増幅器のレー
    ザ利得を得るための励起光源として、イッテルビウム添
    加固体レーザ。を備えたことを特徴とするレーザ増幅
    器。
  3. 【請求項３】 前記イッテルビウム添加固体レーザに使
    用されるレーザ結晶が、イッテルビウム添加YAG（Y3Al5
    O12）であることを特徴とする請求項１または２に記載
    のレーザ増幅器。
  4. 【請求項４】 前記イッテルビウム添加固体レーザのレ
    ーザ媒質が、マイクロチップ構造を有することを特徴と
    する請求項１乃至３いずれかに記載のレーザ増幅器。
  5. 【請求項５】 前記媒体に含まれる前記希土類元素が、
    ツリウム、プラセオジム、またはエルビウムとイッテル
    ビウムとの組み合わせのうちいずれかであることを特徴
    とする請求項１乃至４いずれかに記載のレーザ増幅器。
  6. 【請求項６】 前記媒体は、石英ガラスまたはフルオロ
    ジルコニウム酸塩ガラス中に希土類元素が含まれてなる
    ことを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載のレー
    ザ増幅器。
  7. 【請求項７】 前記媒体が光ファイバであることを特徴
    とする請求項１乃至６いずれかに記載のレーザ増幅器。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至７いずれかに記載のレーザ
    増幅器が複数台、直列または並列に接続されてなること
    を特徴とするレーザ増幅器。
  9. 【請求項９】 希土類元素を添加した媒体を利得媒質と
    し、該媒体に励起光を供給することによってレーザ発振
    を行うレーザ発振器において、レーザ発振器のレーザ利
    得を得るための励起光源として、イッテルビウム添加固
    体レーザを備えたことを特徴とするレーザ発振器。
  10. 【請求項１０】 イッテルビウム添加固体レーザに使用
    されるレーザ結晶が、イッテルビウム添加YAG（Y3Al5O
    12）であることを特徴とする請求項９に記載のレーザ発
    振器。
  11. 【請求項１１】 前記イッテルビウム添加固体レーザの
    レーザ媒質が、マイクロチップ構造を有することを特徴
    とする請求項９または１０に記載のレーザ発振器。
  12. 【請求項１２】 前記媒体に含まれる前記希土類元素
    が、ツリウム、プラセオジム、またはエルビウムとイッ
    テルビウムとの組み合わせのうちいずれかであることを
    特徴とする請求項９乃至１１いずれかに記載のレーザ発
    振器。
  13. 【請求項１３】 前記媒体は、石英ガラスまたはフルオ
    ロジルコニウム酸塩ガラス中に希土類元素が含まれてな
    ることを特徴とする請求項９乃至１２いずれかに記載の
    レーザ発振器。
  14. 【請求項１４】 前記媒体が光ファイバであることを特
    徴とする請求項９乃至１３いずれかに記載のレーザ発振
    器。
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