JP2000339735A - アップコンバージョンファイバレーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ｔｍを用いたアップコンバージョンレーザにお
いて青色４５０ｎｍ、４８０ｎｍの光を同時出力し、高
効率で大出力が可能とし、また緑色アップコンバージョ
ンレーザも同様な手段で容易に実現する。 【解決手段】 波長Ａ近辺の光を出力する光源装置３０
１を有し、光ファイバ３０５の他端に波長Ａ近辺の光を
反射する手段３０８を備え波長Ａの光共振器を形成する
ハイブリッドファイバレーザ装置において、波長Ａの光
共振器の中にアップコンバージョンファイバを設置し、
アップコンバージョンファイバの両端の2個所に波長Ｂ
の反射手段３０６、３０７で構成される波長Ｂの光共振
器構造を持ち、2個所の反射手段のうちＳＬＤチップ側
を高反射３０６とし他端側を部分反射３０７とし部分反
射側より波長Ｂの出力光を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスプレイ、光
記憶装置、光情報処理等の分野に利用されるアップコン
バージョンファイバレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】J.Y.Allain,et.; "Blue Upconversion F
luorozirconate FiberLaser "Electoron. Lett.26,199
0,166においてＴｍ^３＋イオンを６７４．４ｎｍ、６４
７．１ｎｍの２種の赤色光で励起した出力４５５ｎｍ、
４８０ｎｍのＴｍ^３＋イオンによるアップコンバージョ
ンレーザが報告されている。この報告では４５５ｎｍ出
力はパルスであり、４８０ｎｍはスパイク状となってお
り、ＣＷ（Continuous Wave；連続波）は得られていな
い。

【０００３】E.W.J.Oomen,et.; "A Material and Devic
e Study for Obtaining A Blue Upconvrsion FiberLase
r" Philips J.Res.46,157-198,1992において解析が報告
されており図２（Ａ），図２（Ｂ）に示す。

【０００４】図２（Ａ）は、Ｔｍ^３＋イオンのエネルギ
ー準位であり、Ｔｍ^３＋イオンを６５０ｎｍの光で励起
したときのエネルギー遷移を示している。この図におい
て１０１、１０３、１０５は吸収遷移（光を吸収してエ
ネルギーを蓄える方向）であり上向き矢印で示してい
る。１０４、１０６は発光遷移（エネルギーを光として
放出する方向）であり下向き矢印で示している。１０２
は非発光遷移であり下向き波状矢印で表記されている。
基底準位^３Ｈ_６および各準位^３Ｈ_４，^３Ｈ_５，^３Ｆ_４，
^３Ｆ_２，３，^１Ｇ_４，^１Ｄ_２を各々準位１，２，３，
４，５，６，７，８と呼ぶことにする。Ｔｍ^３＋イオン
を６５０ｎｍの光で励起したとき上記のようなエネルギ
ー交換が各準位で行われている。

【０００５】Ｔｍ^３＋イオンのエネルギー準位は，励起
光を吸収し、基底準位１から準位６、５に吸収遷移１０
１するがこの寿命は極めて短く瞬時に準位４へ非発光遷
移１０２する。Ｔｍ^３＋イオンはもう一度励起光を吸収
し準位４から準位８に遷移１０３する。次に準位８から
準位２に遷移するがこのときは４５０ｎｍの青色光を放
射する発光遷移１０４である。さらにＴｍ^３＋イオンは
励起光を吸収し、準位２から準位７に吸収遷移１０５す
る。そして準位７から基底準位1に発光遷移１０６する
がこのときの発光光は４７５ｎｍ(４８０ｎｍ)になる。

【０００６】図２（（Ｂ）は、励起光を６５０ｎｍとし
たときの、各準位の分布密度を縦軸に、光パワーＰ
（Ｗ）を横軸にとった解析例である。光パワーの増加に
伴い、準位７と準位１のクロス点があり、準位７の分布
密度が準位１の分布密度を越えていわゆる反転状態が生
じていおり、４８０ｎｍのＣＷ出力が可能であることを
示している。つまり、図２（Ａ）の発光遷移１０６が連
続することが可能であることを示している。

【０００７】しかしながら、光パワーを増加させても準
位８の分布密度は準位２の分布密度を越えることがな
く、４５０ｎｍのＣＷ出力ができないことも示されてい
る。これは準位２に滞在する電子寿命が６ｍｓと非常に
長く、準位８に滞在する電子寿命が５５μｓと短いこと
が主たる要因となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ディスプレイ光源とし
て、波長は赤：６１０ｎｍ乃至６３０ｎｍ、緑：５１０
ｎｍ乃至５３０ｎｍ、青：４６０ｎｍ乃至４７０ｎｍ、
出力はＷ（ワット）クラス以上が必要である。波長に関
しては、前記値に対して赤、緑は多少の許容幅がある。
しかしながら、青は非常にクリティカルである。短波長
側になれば青紫となるが、特に長波長側にはずれると色
再現範囲が著しく狭くなる。

【０００９】青色波長を発光するレーザとして、ガリウ
ムナイトライド系のレーザダイオードが知られているが
出力、信頼性の観点から当面はディスプレイ用途への適
用は困難である。

【００１０】また、ＳＨＧによる赤外線からの変換はや
はり出力と効率の観点からディスプレイ用途への適用は
困難である。他の青色レーザ生成手法として、希土類を
用いたアップコンバージョンが知られている。この場
合、青色出力波長は希土類のもつ物理的性質によってほ
ぼ一義的に決まってしまう。数多くの報告があるが、４
６０ｎｍ乃至４７０ｎｍの出力波長を満たし、変換効率
が良好でかつ大出力可能な報告事例は見当たらない。

【００１１】しかしながら、ツリウム（Ｔｍ）は４５０
ｎｍと４８０ｎｍを同時に出力できる可能性があり、デ
ィスプレイ用途における４６０ｎｍ乃至４７０ｎｍ光と
ほぼ等価な光源として使用できる。

【００１２】一方、ディスプレイ用途には当然ＣＷ（連
続波）が必要であるが、Ｔｍの物理的性質から４８０ｎ
ｍ出力はＣＷが可能であるが、上述した準位８と準位２
の関係から４５０ｎｍ出力のＣＷ出力が非常に困難であ
る。

【００１３】そこで本発明は、Ｔｍを用いたアップコン
バージョンレーザにおいて青色４５０ｎｍ、４８０ｎｍ
の光を同時出力し、高効率で大出力が可能な手段を提供
する事を第一の目的とする。また、緑色アップコンバー
ジョンレーザも同様な手段で容易に実現することを第二
の目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、波長Ａ近辺の光を出力するスーパール
ミネッセンスダイオード(ＳＬＤ)チップ(またはレーザ
ダイオードチップ)と光ファイバを低反射接続し、ＳＬ
Ｄチップの他端と光ファイバの他端に波長Ａ近辺の光を
反射する手段を備え波長Ａの光共振器を形成するハイブ
リッドファイバレーザ装置において、波長Ａの光共振器
の中にアップコンバージョンファイバを設置し、アップ
コンバージョンファイバの両端の2個所に波長Ｂの反射
手段で構成される波長Ｂの光共振器構造を持ち、2個所
の反射手段のうちＳＬＤチップ側を高反射率とし他端側
を部分反射とし部分反射側より波長Ｂの出力光を得る事
を特徴とするものである。上記の波長Ｂの共振構造を得
ることで所望の色の光を取り出すことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１６】図１（Ａ），図１（Ｂ）は、この発明の第
１と第２の実施の形態である。本発明の具体的な実施形
態について説明する前に、まず本発明の基本的な原理に
ついて図面を用いて説明する。

【００１７】図２（Ｂ）は励起光を６５０ｎｍとしたと
きの、Ｔｍ^３＋イオンの各準位の分布密度を縦軸に、光
パワーＰ（Ｗ）を横軸にとったものである。

【００１８】この図において非常にパワーが高い状態、
例えば２Ｗ付近の領域を考える。このとき準位７の分布
密度は準位１の分布密度よりも大きく、反転分布状態に
なっている。基準７は、４３ｍＷ以上になると、基準１
に対して反転状態となっている。

【００１９】このとき外部から強制的に図１（Ａ）の準
位７と準位１間で誘導放出（発光遷移１０６）を行なっ
たと仮定する。準位７から準位１への誘導放出（発光遷
移１０６）が行われることで波長４８０ｎｍの光が放射
される。この作用により準位７の分布密度は減少し、基
底準位1の分布密度は増加する。

【００２０】波長６５０ｎｍの励起光により十分な励起
が行なわれている状態を想定しているので、準位７の分
布密度の減少に伴い励起光の吸収がよくなり、準位２か
ら準位７へ励起遷移１０５が効果的に実現され、準位2
の分布密度は減少する。

【００２１】また、準位1の分布密度の増加にともな
い、励起光を吸収して準位1から準位5、6への励起遷移
１０１が行なわれるが、準位５、６は寿命が短いので瞬
時に準位４へ非発光遷移１０２し、準位４の分布密度が
増加することになる。

【００２２】準位４の電子の分布密度が増加し、準位２
の分布密度が減少すると、準位４、準位８、準位４の遷
移経路が出来上がる。つまり、波長６５０ｎｍの励起光
により十分な励起が行なわれている状態では、さらに励
起光を吸収し準位4から準位8への励起遷移１０３がおこ
なわれ、準位８の分布密度が増加する。

【００２３】以上の過程により準位２の分布密度の減少
と準位８の分布密度増加の関係が生じ、準位８の分布密
度が準位２の分布密度を越えるに至り、両準位間におい
て反転分布が実現される。この状態を実現することによ
り準位８から準位２への遷移により波長４５０ｎｍの放
射が行なわれる。

【００２４】この波長４５０ｎｍの放射は準位2の分布
密度を増加させるため、この系が平衡状態になれば、準
位2の分布密度は系の平衡状態のある値に落ち着く。す
なわち、このとき他の各準位の分布密度もある平衡状態
に落ち着く。

【００２５】すなわち、Ｔｍ^３＋イオンに充分な励起光
密度をあたえ、準位７から準位１への遷移による波長４
８０ｎｍの放射光を充分に誘導放出させ，準位２から準
位７への遷移１０５を活発に行わせることにより、結果
的に準位２の分布密度を減少させ、準位8の分布密度を
増加させることになる。これにより４８０ｎｍの放射光
と準位８から準位２への誘導遷移による４５０ｎｍの放
射光とを同時に得ることができる。

【００２６】（第１の実施の形態）以上の原理に基づ
き、本発明の具体的実施形態1の構成を図１を参照し詳
細に説明する。図１（Ａ）において３０１は励起光源装
置であり、中心波長６５０ｎｍ付近の励起光を出力する
ＳＬＤ(super-luminescent diode)で構成される。３０
２は励起光源装置３０１を駆動させるための駆動装置で
あり、電源・回路系から構成される。

【００２７】３０5はフッ化物系等のフォノンエネルギ
の低い材料からなる光ファイバであり、そのコア部には
Ｔｍ^３＋が添加されている。３０３は結合素子であり、
励起光源３０１と光ファイバ３０5とを結合するための
導波路で構成されている。３０４はミラーであり、励起
光源装置３０１から一方の端から出射する励起光を反射
する光学部材からなる。例えばこれは励起光源装置３０
１の一端に形成された誘電体の多層膜で構成されてお
り、励起光の波長６５０ｎｍ付近に対して９９％以上の
高反射率を有する。３０8は光ファイバ３０5中に作製さ
れたファイバグレーティングであり、励起光波長６５０
ｎｍ付近に対し９９％以上の高反射率を有するように屈
折率を変化させたグレーディングが施されている。つま
り、グレーディングは、光ファイバを部分的に波長に関
連させて周期的に屈折率を変化させた部分である。３０
６、３０７も同様にファイバグレーディングであり、波
長４５０ｎｍと４８０ｎｍとを共に反射するようにグレ
ーティング周期を長手方向に徐々に変化させて広帯域化
してある。

【００２８】また、３０６のグレーティングはそれぞれ
の波長共に９９％以上の反射率、３０７のグレーティン
グはそれぞれの波長に対して異なる部分反射率を有する
ように構成されている。３０９はファイバ中に挿入され
た偏光素子であり、例えば光ファイバ３０5中に設けら
れたスリットに光学部材で作製された偏光子を挿入し構
成されている。

【００２９】次に図１（Ａ）を参照して本発明の第１の
実施の形態の動作を説明する。

【００３０】まず、励起光源装置３０１から励起光が両
端から出射される。励起光源３０１の後端面から出射し
た励起光はミラー３０４に反射され再び励起光源装置３
０１を通過増幅される。前端面から出射した励起光は結
合素子３０３を介して光ファイバ３０5に入射する。そ
の励起光はファイバグレーティング３０8により反射
し、結合素子３０３を介して再び励起光源装置３０１に
入射し、通過増幅される。つまり励起光に関しては、ミ
ラー３０４とファイバグレーティング３０8の間で共振
器が構成されており、この共振器構造により光ファイバ
３０5中での高い励起光密度を保つことができる。この
励起光は光ファイバ３０5に添加されているＴｍ^３＋イ
オンに吸収される。

【００３１】前述した原理のように、この励起光の光密
度を非常に高い状態にすることにより波長４５０ｎｍと
４８０ｎｍの光が放射される。このためにこれら波長４
５０ｎｍと４８０ｎｍの放射光に対してファイバグレー
ティング３０６（高反射）と３０７（部分反射）とで共
振器が構成されている。また光ファイバ３０5中に挿入
された偏光素子３０９により、特定方向の偏光に関して
高いＱ値を持つ共振器を形成し、これらの波長はその偏
光に関して強く励振される。高い励起光密度が保たれた
この共振器内部で繰り返し反射し増幅されたこれらの光
はレーザ発振する。これらの光の一部は、部分反射のフ
ァイバグレーティング３０７を透過し、光ファイバ端か
ら波長４５０ｎｍと４８０ｎｍの光を同時に得ることが
できる。

【００３２】上記のように、この発明では共振器により
ファイバー内のエネルギー制御を行っている。そして複
数の波長に対してそれぞれ共振器を構築し、励起に必要
な波長の光はファイバー内に閉じ込め、必要な波長の光
は取り出すようにしている。またこれから述べる実施の
形態ではエネルギー制御のための各種変形手段が明らか
にされる。

【００３３】以上の実施の形態において光ファイバ３０
５中のファイバグレーティングは本実施例のような位置
関係に限ることはなく、例えばファイバグレーティング
３０７と３０８の位置関係を入れ換えても同様の動作を
することは明らかである。

【００３４】また偏光素子３０９も本実施例のような位
置関係に限ることはなく、ファイバグレーティング３０
６と３０７とで構成される共振器中にあれば良い。

【００３５】またファイバグレーティング３０７は４５
０ｎｍ、４８０ｎｍ両方に対して部分反射するが、これ
を狭帯域なファイバグレーティング2つにしてそれぞれ
の波長に対してのみそれぞれの部分反射率を持つように
しても良い。

【００３６】また、励起光源装置３０１は高光密度で発
振することのできる光源でよく、例えば半導体レーザを
用いてもよい。その場合ミラー３０４は不要である。

【００３７】また、光ファイバ３０5中のファイバグレ
ーティングは光ファイバ３０5の両端に設けられた誘電
体の多層膜を用いた狭帯域なミラーでもよい。

【００３８】また光ファイバ３０5は非対象な断面形状
のコアを持つような偏光保存ファイバを用いても良い。

【００３９】また、偏光素子３０９は本発明にとって必
須の構成要素ではなく、出力光として一定偏光が不要な
場合には省略できる。これは以下の実施例においても同
様である。

【００４０】また、Ｈｏ^３＋イオンを波長６４５ｎｍ付
近の励起光で励起すると波長５４５ｎｍの出力を得るこ
とができるアップコンバージョンレーザは報告されてい
る。上記の実施の形態と同様の構成において、Ｔｍ^３＋
イオンの代わりにＨｏ^３＋イオンを添加した光ファイバ
３０5を用い、光源装置３０１の代わりに波長６４５ｎ
ｍ付近の励起光を発する光源装置を用い、ファイバグレ
ーティングの反射中心波長を３０8は６４５ｎｍ付近、
３０６,３０７は５４５ｎｍ付近にすることにより高効
率な緑色アップコンバージョンファイバレーザ装置を構
成することができる。

【００４１】また、同様にＥｒ^３＋イオンを波長９７０
ｎｍ付近あるいは８００ｎｍ付近の光で励起すると波長
５４５ｎｍの出力が得られることも報告されている。こ
れも上記の実施形態１と同様の構成において、Ｔｍ^３＋
イオンの代わりにＥｒ^３＋イオンを添加した光ファイバ
３０5を用い、光源装置３０１の代わりに波長９７０ｎ
ｍ付近あるいは波長６４５ｎｍ付近の励起光を発する光
源装置を用い、ファイバグレーティングの反射中心波長
をファイバーグレーティング３０８は，９７０ｎｍ付近
あるいは８００ｎｍ付近、ファイバーグレーティング３
０６,３０７は５４５ｎｍ付近にすることにより高効率
な緑色アップコンバージョンファイバレーザ装置を構成
することができる。

【００４２】（第２の実施の形態）上記原理で説明した
ようにＴｍ^３＋イオンによるアップコンバージョンにお
いて波長４５０ｎｍと４８０ｎｍとの両波長を同時発振
するためには三つの励起遷移１０１、１０３、１０５が
必要となる。それぞれの吸収スペクトルの中心波長を次
のようになっている。

【００４３】 励起遷移１０１における吸収スペクトルの中心波長…６７６ｎｍ 励起遷移１０３における吸収スペクトルの中心波長…６４７ｎｍ 励起遷移１０５における吸収スペクトルの中心波長…６４０ｎｍ 上記に示したように励起遷移の中心波長の波長差の大き
なものは３６ｎｍ程度ある。それぞれの吸収スペクトル
はある程度幅を持っているので上記の原理のように６５
０ｎｍという波長の励起光を吸収し、励起遷移すること
が可能であるが、それぞれの中心波長に近い光を励起光
とすればより効率的に吸収し、励起遷移を行なうことが
できる。

【００４４】図１（Ｂ）は，本発明の第２の実施の形態
であるアップコンバージョンファイバレーザ装置の構成
を示した図である。本実施の形態においては第１の実施
の形態と異なる点についてのみ言及する。なお第１の実
施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、特に説
明はしない。

【００４５】図１（Ｂ）において、４０１は第一の励起
光源装置であり、例えば中心波長波長６５０ｎｍの励起
光を出射するＳＬＤで構成される。４０２は第一の励起
光源装置４０１を駆動させるための駆動装置であり、電
源・回路系により構成される。４０３は結合素子であ
り、励起光源装置４０１と光ファイバ３０5とを結合す
るための導波路で構成されている。４０４は第一の励起
光源装置４０１の一端に作製されたミラーであり、波長
６５０ｎｍ付近の光に対し９９％以上の反射率を持つよ
うに構成される。４０５は第二の励起光源装置であり、
例えば中心波長６７０ｎｍの励起光を出射するＳＬＤで
構成される。４０６は第二の励起光源装置４０５を駆動
するための駆動装置であり、電源・回路系により構成さ
れる。４０７は結合素子であり、励起光源装置４０５と
光ファイバ３０5とを結合するための導波路で構成され
ている。４０８は第二の励起光源装置４０５の一端に作
製されたミラーであり、波長６７０ｎｍ付近の光に対し
９９％以上の反射率を持つように構成される。４０９は
光分波・合波器であり、例えばＷＤＭカップラで構成さ
れる。４１０は光ファイバ３０5中に作製されたファイ
バグレーティングであり、波長６５０ｎｍ付近および６
７０ｎｍ付近のそれぞれの波長付近の光に対して９９％
以上の反射率を持つように構成される。

【００４６】次に図１（Ｂ）を参照して本発明の第２の
実施形態の動作を説明する。

【００４７】まず、第一の励起光源装置４０１から励起
光が両端から出射される。励起光源４０１の後端面から
出射した第一の励起光はミラー４０４に反射され再び励
起光源装置４０１を通過し増幅される。前端面から出射
した第一の励起光は結合素子４０３を通過し光ファイバ
３０5に入射し、光分波・合波器４０９を通過する。そ
の励起光はファイバグレーティング４１０により反射
し、光分波・合波器４０９を通過して再び第一の励起光
源装置４０１に入射し、通過増幅される。

【００４８】つまり第一の励起光に関しては、ミラー４
０４とファイバグレーティング４１０との間で共振器が
構成されており、この共振器構造により光ファイバ３０
5中での高い励起光密度を保つことができる。

【００４９】同様に、第二の励起光源装置４０５から励
起光が両端から出射される。励起光源装置４０５の後端
面から出射した第二の励起光はミラー４０８に反射され
再び励起光源装置４０５を通過増幅される。前端面から
出射した第二の励起光は結合素子４０７を通過し光ファ
イバ３０5に入射し、光分波・合波器４０７により第一
の励起光と合波される。その第二の励起光はファイバグ
レーティング４１０により反射し、光分波・合波器４０
９により分波され再び第二の励起光源装置４０５に入射
し、通過増幅される。

【００５０】つまり第二の励起光に関しても、ミラー４
０８とファイバグレーティング４１０との間で共振器が
構成されており、第一の励起光と同様にこの共振器構造
により光ファイバ３０5中での高い励起光密度を保つこ
とができる。

【００５１】第一および第二の励起光は光ファイバ３０
5に添加されているＴｍ^３＋イオンに吸収され、第一の
励起光は主に先に示した励起遷移１０３および１０５に
寄与し、第二の励起光は励起遷移１０１に寄与する。

【００５２】上記のようにエネルギーを吸収するための
励起遷移を活発化させることができる波長の光源を選択
することにより、本願発明の装置の動作がより効果的に
達成される。以上の動作により本発明第１の実施の形態
と同様に、光ファイバ端から波長４５０ｎｍ,４８０ｎ
ｍのレーザ光を同時に高効率で得ることができる。

【００５３】本実施例において光ファイバ３０5中に作
製されたファイバグレーティング４１０は励起光波長６
５０ｎｍおよび６７０ｎｍ付近にたいして９９％以上の
反射率を持つようにしたが、同様の反射率を持ち、６５
０ｎｍ、６７０ｎｍそれぞれに対する狭帯域な二つのフ
ァイバグレーティングにより構成してもよい。

【００５４】また、同様にファイバグレーティング３０
６および３０７も波長４５０ｎｍ,４８０ｎｍそれぞれ
に対して、狭帯域な二つのファイバグレーティングで構
成しても良い。

【００５５】（第３の実施の形態）図３（Ａ）は本発明
の第３の実施の形態であるアップコンバージョンファイ
バレーザ装置の構成を示した図である。本実施の形態に
おいては第１、第２の実施の形態と異なる点についての
み言及する。なお第１と第２の実施の形態と同一の要素
は同一の符号を付し、特に説明はしない。

【００５６】図３（Ａ）において、５０１は第三の励起
光源装置であり、波長６４０ｎｍの励起光を出射するＳ
ＬＤで構成される。５０２は第三の励起光源装置５０１
を駆動させるための駆動装置であり、電源・回路系によ
り構成される。５０３は結合素子であり、励起光源５０
１と光ファイバ３０5とを結合するための導波路で構成
されている。５０４は第三の励起光源装置５０１の一端
に作製されたミラーであり、波長６４０ｎｍの光に対し
９９％以上の反射率を持つように構成される。５０５は
光分波・合波器であり、例えばＷＤＭカップラからな
る。５０６は光ファイバ３０5中に作製されたファイバ
グレーティングであり、６４０ｎｍの光に対して９９％
以上の反射率を持つように構成される。

【００５７】次に図３（Ａ）を参照して本発明の第３の
実施の形態の動作を説明する。

【００５８】第三の励起光源装置５０１の両端から励起
光が出射される。励起光源５０１の後端面から出射した
第三の励起光はミラー５０４に反射され再び励起光源装
置５０１を通過増幅される。前端面から出射した第三の
励起光は結合素子５０３により光ファイバ３０5に入射
する。次に光分波・合波器５０５により合波する。その
励起光はファイバグレーティング５０６により反射し、
光分波・合波器５０５により反射してして再び第三の励
起光源装置５０１に入射し、通過増幅される。つまり第
三の励起光に関しては、ミラー５０４とファイバグレー
ティング５０６の間で共振器が構成されており、この共
振器構造により光ファイバ３０5中での高い励起光密度
を保つことができる。

【００５９】本発明の第２の実施の形態と同様に第一お
よび第二の励起光源装置４０１,４０５からの第一およ
び第二の励起光と第三の励起光は光ファイバ３０5に添
加されているＴｍ^３＋イオンに吸収され、第一の励起光
は主に先に示した励起遷移１０３に寄与し、第二の励起
光は励起遷移１０１に寄与し、第三の励起光は励起遷移
１０５に寄与する。

【００６０】このように励起光の波長を三つにすること
により、より高効率に吸収遷移（発光エネルギーを蓄積
させるための遷移）を行なうことができ、第１と第２の
実施の形態と同様に波長４５０ｎｍ、４８０ｎｍの発光
を同時に得ることができる。

【００６１】また、第１の実施の形態の構成において、
ファイバグレーティング３０8を波長６５０ｎｍ、６７
０ｎｍもしくは６４０ｎｍ、６５０ｎｍ、６７０ｎｍに
対して反射するようにし、例えば励起光源装置３０１を
分布帰還型(Distributed Feed back)レーザのグレー
ティングの周期を変化させることにより波長６５０ｎ
ｍ、６７０ｎｍもしくは６４０ｎｍ、６５０ｎｍ、６７
０ｎｍの多波長発振するような励起光源装置に置き換え
ることで、第１の実施形態もしくは第３の実施形態と同
様の効果を得ることができる。

【００６２】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態について説明する前に、まず本実施例の基本的な
原理について図２（Ｂ）と図３（Ｃ）とを用いて説明す
る。第１の実施の形態とは異なる部分のみ説明する。図
３（Ｃ）と図２（Ａ）が異なる部分は、発光遷移７０１
が図３（Ｃ）に表れている点だけである。

【００６３】今、図2（Ｂ）において非常に励起光密度
が高い状態、例えば２Ｗの領域を考える。このとき準位
2の分布密度は準位1の分布密度よりも大きく、反転分布
状態になっている。この準位2から準位1への遷移を強制
的に行なう。

【００６４】この遷移は図３（Ｃ）中における発光遷移
７０１である。この動作によりにより波長１８００ｎｍ
の光が放出され、それに伴い準位2の分布密度が減少す
る。

【００６５】すると準位８の分布密度は準位２の分布密
度にくらべ、相対的に増大し準位８から準位２への発光
遷移１０４つまり波長４５０ｎｍの発光が生じ易くな
る。

【００６６】以上の原理に基づき、本発明の第４の実施
の形態の構成を図３（Ｂ）を参照し、実施例1と異なる
点を中心に説明する。

【００６７】図３（Ｂ）において６０１、６０２はとも
に光ファイバ３０5中に作製されたファイバグレーティ
ングであり、波長１８００ｎｍ付近の光を部分反射す
る。このファイバグレーテイング６０１、６０２は波長
１８００ｎｍ付近の光に対して共振器を構成している。
この共振器構造により波長１８００ｎｍの光が誘導遷移
により生じる。すると上記の原理により波長４５０ｎ
ｍ、および４８０ｎｍの発光を容易に得ることができ
る。

【００６８】この発明の装置は、ディスプレイのための
青色光源として利用できることは勿論のこと、記録媒体
（光学ディスク）へのデータ書き込みレーザ出力装置、
データ読取りのためのレーザ出力装置など各種の応用分
野が可能である。

【００６９】以上説明したこの発明の要点をまとめると
次のように述べることができる。即ち、波長Ａ近辺の光
を出力するスーパールミネッセンスダイオード(ＳＬＤ)
チップ(またはレーザダイオードチップ)と光ファイバを
低反射接続し、ＳＬＤチップの他端と光ファイバの他端
に波長Ａ近辺の光を反射する手段を備え波長Ａの光共振
器を形成するハイブリッドファイバレーザ装置におい
て、波長Ａの光共振器の中にアップコンバージョンファ
イバを設置し、アップコンバージョンファイバの両端の
2個所に波長Ｂの反射手段で構成される波長Ｂの光共振
器構造を持ち、2個所の反射手段のうちＳＬＤチップ側
を高反射率とし他端側を部分反射とし部分反射側より波
長Ｂの出力光を得る事を特徴とするものである。

【００７０】また、前記アップコンバージョンファイバ
はツリウム(Ｔｍ)イオンを添加した光ファイバであり、
波長Ａ近辺の光を反射する手段として６５０ｎｍ付近の
赤色光を１００％近く反射し、波長Ｂの反射手段として
ＳＬＤチップ側では４５０ｎｍ付近および４８０ｎｍ付
近を１００％近く反射し他端側では４５０ｎｍ付近およ
び４８０ｎｍ付近を部分反射するという構成を持つ。

【００７１】また、前記波長Ｂの反射手段のうちＳＬＤ
チップの反対側の反射手段の部分反射率を４５０ｎｍ付
近および４８０ｎｍ付近で異なる反射率を用いるという
構成を備えてもよい。また、前記波長Ａ近辺の光を反射
する前記反射手段として複数の波長に対して選択的に１
００％近く反射するという構成を設けてもよい。

【００７２】また、前記波長Ａ近辺の選択的複数の波長
として、６５０ｎｍ付近の赤色光および６７０ｎｍ付近
の赤色光を１００％近く反射するとうい構成を付加した
アップコンバージョンファイバレーザ装置としてもよ
い。

【００７３】また前記波長Ａ近辺の選択的複数の波長と
して、６４０ｎｍ付近、６５０ｎｍ付近および６７０ｎ
ｍ付近の赤色光を１００％近く反射するという構成を付
加したアップコンバージョンファイバレーザ装置として
もよい。

【００７４】また、前記波長Ｂの反射手段として４５０
ｎｍ付近と４８０ｎｍ付近に加えて１８００ｎｍ付近の
反射手段をも持ち、１８００ｎｍ付近でも共振器構造を
有するという構成をさらに付加したアップコンバージョ
ンファファイバレーザ装置としても良い。また、前記ア
ップコンバージョンファイバはホルミウム(Ｈｏ)イオン
を添加した光ファイバであり、前記波長Ａ近辺の光を反
射する手段として６４５ｎｍ付近の赤色光を１００％近
く反射し、前記波長Ｂの反射手段としてＳＬＤチップ側
では５４５ｎｍ付近を１００％近く反射し他端側では５
４５ｎｍ付近を部分反射するという構成を付加したアッ
プコンバージョンファイバレーザ装置を得ることで前記
第二の目的を達成する。また、前記アップコンバージョ
ンファイバはエルビウム(Ｅｒ)イオンを添加した光ファ
イバであり、前記波長Ａ近辺の光を反射する手段として
９７０ｎｍまたは８００ｎｍ付近の赤外光を１００％近
く反射し、前記波長Ｂの反射手段としてＳＬＤチップ側
では５４５ｎｍ付近を１００％近く反射し他端側では５
４５ｎｍ付近を部分反射するという構成を付加したアッ
プコンバージョンファイバレーザ装置を得ることでも第
二の目的を達成する。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
Ｔｍを用いたアップコンバージョンレーザにおいて青色
４５０ｎｍ、４８０ｎｍの光を同時出力し、高効率で大
出力が可能となる。緑色アップコンバージョンレーザも
同様な手段で容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１と第２の実施の形態を示す図。

【図２】Ｔｍ^３＋イオンを波長６５０ｎｍ付近の光で励
起した時のエネルギ遷移図、及びＴｍ^３＋イオンを波長
６５０ｎｍの光で励起した時の各エネルギ準位の分布密
度を表した図である。

【図３】本発明によるアップコンバージョンファイバレ
ーザ装置の第３の実施の形態の図、第４の実施の形態の
図及び第４の形態を実現するための各エネルギ準位の分
布密度を表した図。

【符号の説明】

１０１、１０３、１０５…吸収遷移、１０２…非発光遷
移、１０４、１０６…発光遷移、３０１…励起光源装
置、３０２…駆動装置、３０３…結合素子、３０４…ミ
ラー、３０5…光ファイバ、３０６、３０７、３０8…フ
ァイバグレーティング、３０９…偏光素子、４０１…第
一の励起光源装置、４０２、４０６…駆動装置、４０
３、４０７…結合素子、４０４、４０８…ミラー、４０
５…第二の励起光源装置、４０９…光分波・合波器、４
１０…ファイバグレーティング、５０１…第三の励起光
源装置、５０２…駆動装置、５０３…結合素子、５０４
…ミラー、５０５…光分波・合波器、５０６…ファイバ
グレーティング、７０１…発光遷移。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年９月７日（１９９９．９．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するために、少なくとも波長Ａを含む第１の光を出
力するレーザダイオードチップと、このレーザダイオー
ドチップの光出力部に一方の端部が接続された光ファイ
バと、このレーザダイオードの反射側に前記第１の光を
反射する反射手段と、前記光ファイバの他方の端部に設
けられて前記第１の光を反射する第１のミラーとで構成
される第１の共振器と、前記第１のレーザダイオードチ
ップと前記第１のミラーとの間に設けられて、少なくと
も波長Ｂを含む第２の光を高反射する第２のミラーと、
前記光ファイバの前記他方の端部側に形成され、前記第
２の光を部分反射する第３のミラーとで構成され、前記
部分反射側より前記第２の光を出力する第２の共振器
と、を備えるものである。これにより、上記波長Ｂ付近
の共振構造を得ることで、所望の色の光を取り出すこと
が可能となる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】（第１の実施の形態）以上の原理に基づ
き、本発明の具体的実施形態1の構成を図１を参照し詳
細に説明する。図１（Ａ）において３０１は励起光源装
置であり、中心波長６５０ｎｍ付近の励起光を出力する
レーザダイオードチップ（ＳＬＤ(super-luminescentdi
odeでもよい)）で構成される。３０２は励起光源装置３
０１を駆動させるための駆動装置であり、電源・回路系
から構成される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】３０5はフッ化物系等のフォノンエネルギ
の低い材料からなる光ファイバであり、そのコア部には
Ｔｍ^３＋が添加されている。３０３は結合素子であり、
励起光源３０１と光ファイバ３０5とを結合するための
導波路で構成されている。３０４はミラーであり、励起
光源装置３０１から一方の端から出射する励起光を反射
する光学部材からなる。例えばこれは励起光源装置３０
１の一端に形成された誘電体の多層膜で構成されてお
り、励起光の波長６５０ｎｍ付近に対して９９％以上の
高反射率を有する。３０8は光ファイバ３０5中に作製さ
れたファイバグレーティング（ミラー）であり、励起光
波長６５０ｎｍ付近に対し９９％以上の高反射率を有す
るように屈折率を変化させたグレーティングが施されて
いる。つまり、グレーディングは、光ファイバを部分的
に波長に関連させて周期的に屈折率を変化させたミラー
である。３０６、３０７も同様にファイバグレーディン
グ（ミラー）であり、波長４５０ｎｍと４８０ｎｍとを
共に反射するようにグレーティング周期を長手方向に徐
々に変化させて広帯域化してある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 謙 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 岡野 英明 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5F072 AB07 AB09 AK06 JJ02 JJ04 KK07 KK30 PP07 RR03 YY16 YY20

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長Ａ近辺の光を出力するスーパールミ
   ネッセンスダイオード(ＳＬＤ)チップ(またはレーザダ
   イオードチップ)と光ファイバとの一端同士を低反射接
   続し、前記ＳＬＤチップの他端と光ファイバの他端側に
   波長Ａ近辺の光を反射する手段を備え波長Ａの光共振器
   を形成するハイブリッドファイバレーザ装置において、 前記波長Ａの光共振器にアップコンバージョンファイバ
   を用い、前記アップコンバージョンファイバの両端側の
   2個所に波長Ｂの反射手段を設けて波長Ｂの光共振器を
   構成し、前記2個所の反射手段のうちＳＬＤチップ側を
   高反射とし他端側を部分反射とし、部分反射側より波長
   Ｂの出力光を得る事を特徴とするアップコンバージョン
   ファイバレーザ装置。
2. 【請求項２】 前記アップコンバージョンファイバはツ
   リウム(Ｔｍ)イオンを添加した光ファイバであり、波長
   Ａ近辺の光を反射する手段として６５０ｎｍ付近の赤色
   光を１００％近く反射し、波長Ｂの反射手段としてＳＬ
   Ｄチップ側では４５０ｎｍ付近および４８０ｎｍ付近を
   １００％近く反射し他端側では４５０ｎｍ付近および４
   ８０ｎｍ付近を部分反射し、４５０ｎｍ付近および４８
   ０ｎｍ付近の出力光を得る事を特徴とする請求項１記載
   のアップコンバージョンファイバレーザ装置。
3. 【請求項３】 前記波長Ｂの反射手段のうちＳＬＤチッ
   プの反対側の反射手段の内前記部分反射として、 ４５０ｎｍ付近および４８０ｎｍ付近で異なる反射率を
   奏する部分反射を用いる事を特徴とする請求項２記載の
   アップコンバージョンファイバレーザ装置。
4. 【請求項４】 前記波長Ａ近辺の光を反射する前記反射
   手段として、 複数の波長に対して選択的に１００％近く反射する反射
   手段を用いている事を特徴とする請求項２あるいは請求
   項３記載のアップコンバージョンファイバレーザ装置。
5. 【請求項５】 前記波長Ａ近辺の選択的複数の波長とし
   ては、 ６５０ｎｍ付近の赤色光および６７０ｎｍ付近の赤色光
   であり、これらの光を１００％近く反射する事を特徴と
   する請求項４記載のアップコンバージョンファイバレー
   ザ装置。
6. 【請求項６】 前記波長Ａ近辺の選択的複数の波長とし
   ては、 ６４０ｎｍ付近、６５０ｎｍ付近および６７０ｎｍ付近
   の赤色光であり、これらを１００％近く反射する事を特
   徴とする請求項４記載のアップコンバージョンファイバ
   レーザ装置。
7. 【請求項７】 前記波長Ｂの反射手段として、 前記４５０ｎｍ付近と４８０ｎｍ付近に加えて１８００
   ｎｍ付近の反射手段をもち１８００ｎｍ付近でも共振器
   を形成する事を特徴とする請求項２乃至６のいずれかに
   記載のアップコンバージョンファイバレーザ装置。
8. 【請求項８】 前記アップコンバージョンファイバはホ
   ルミウム（Ｈｏ）イオンを添加した光ファイバであり、
   前記波長Ａ近辺の光を反射する手段として６４５ｎｍ付
   近の赤色光を１００％近く反射し、前記波長Ｂの反射手
   段としてＳＬＤチップ側では５４５ｎｍ付近を１００％
   近く反射し他端側では５４５ｎｍ付近を部分反射し、５
   ４５ｎｍ付近の出力光を得る事を特徴とする請求項1記
   載のアップコンバージョンファイバレーザ装置。
9. 【請求項９】 前記アップコンバージョンファイバはエ
   ルビウム（Ｅｒ）イオンを添加した光ファイバであり、
   前記波長Ａ近辺の光を反射する手段として９７０ｎｍま
   たは８００ｎｍ付近の赤外光を１００％近く反射し、前
   記波長Ｂの反射手段としてＳＬＤチップ側では５４５ｎ
   ｍ付近を１００％近く反射し他端側では５４５ｎｍ付近
   を部分反射し、５４５ｎｍ付近の出力光を得る事を特徴
   とする請求項1記載のアップコンバージョンファイバレ
   ーザ装置。