JP2001102662A - 光ファイバ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 増幅用光ファイバの高効率な励起を実現し、
高出力、高効率の光増幅、レーザ発振、および簡略化を
実現するファイバ装置を得る。 【解決手段】 励起光が入力される集光器１２の内部に
全てあるいは一部設けられ、２重のコアが形成され、中
心コア、外周コアには少なくとも一種類の活性媒質を有
する増幅用光ファイバ１と、前記外周コアの誘導放出現
象により少なくとも一波長のレーザ光を増幅用光ファイ
バ１中で共振させて密閉するグレーティング１６とを有
し、集光器１２の内部の増幅用光ファイバ１に信号光を
入力し、活性媒質を有する中心コアの誘導放出現象によ
り増幅用光ファイバ１中で光増幅された信号光を集光器
１２の外部に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、活性媒質を有す
る光ファイバにおける誘導放出現象あるいは非線形光学
効果を利用した光増幅およびレーザ発振を行う光ファイ
バ装置に関し、特に活性媒質の励起を高効率化するとと
もに光増幅およびレーザ発振を高出力化できる光ファイ
バ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来例１．一般に、誘導放出現象を利用
した光増幅やレーザ発振用の媒体として使用される光フ
ァイバにはダブルクラッド型と称されるものがある。図
１２（ａ）は、このダブルクラッド型の光ファイバの構
造を示す断面図であり、図において、２００ａは中心コ
ア、２００ｂは中心コア２００ａの外周に形成された第
１クラッド層、２００ｃは第１クラッド層２００ｂの外
周に形成された第２クラッド層である。

【０００３】このダブルクラッド型と称される光ファイ
バは、図１２（ａ）に示すように中心コア２００ａの外
周に、第１クラッド層２００ｂおよび第２クラッド層２
００ｃが順次形成された構造を有している。中心コア２
００ａは、石英系のシングルモードあるいはマルチモー
ドのもので、希土類元素（例えば、Ｎｄ“ネオジウム”
やＥｒ“エルビウム”など）がドープされている。

【０００４】第１クラッド層２００ｂは石英系のマルチ
モードのもので、発光面積の大きい半導体レーザのよう
な励起光源からの励起光を光ファイバ中に高効率で導入
するために、中心コア２００ａの断面積よりも十分に大
きい断面積を有している。

【０００５】第２クラッド層２００ｃは、保護兼光閉込
用としてウレタンアクリルレートやポリメチルメタアク
リレートなどのような高分子樹脂が使用されている。

【０００６】この光ファイバの具体的な寸法としては、
例えば、中心コア２００ａの外径は１０μｍ程度、第１
クラッド層２００ｂの外径は１２５〜４００μｍ程度、
第２クラッド層２００ｃの外径は２００〜４５０μｍ程
度である。また、屈折率分布は、図１２（ｂ）に示すよ
うに、例えば、中心コア２００ａの屈折率ｎａは１．４
６３〜１．４６７程度、第１クラッド層２００ｂの屈折
率ｎｂは１．４５〜１．４６程度、第２クラッド層２０
０ｃの屈折率ｎｃは１．４０程度であって、外方に向か
う程、屈折率が次第に小さくなるように階段状に設定さ
れている。

【０００７】この構成の光ファイバを例えば光増幅媒体
として用いた増幅用光ファイバ装置の場合、中心コア２
００ａ中に例えばＮｄがドープされているときには、こ
の中心コア２００ａ内に１．０６μｍ帯の信号光が入射
される一方、０．８０μｍ帯の励起光が中心コア２００
ａ中だけでなく第１クラッド層２００ｂ中にも入射され
る。そして、この中心コア２００ａおよび第１クラッド
層２００ｂ中を伝搬する励起光によって中心コア２００
ａがポンピングされて信号光が光増幅される。

【０００８】この構成の光ファイバを用いた増幅用光フ
ァイバ装置では、中心コア２００ａの周囲の比較的広い
領域を占める第１クラッド層２００ｂ中に高出力の励起
光を導入できるため、いわゆる側方励起効果が得られ、
中心コア２００ａ中にのみ励起光を導入する場合に比較
して一層高出力な光増幅を行うことができるという利点
がある。

【０００９】従来例２．図１３は特開平１０−１９００
９７号公報に開示されたレーザ装置の構成を示す説明図
であり、２ａはレーザファイバ、３ａは紫外線硬化性樹
脂、５ａはコア、６ａはクラッドである。

【００１０】このレーザ装置では、図１３に示すよう
に、連続した１本の長いレーザファイバ２ａが、円筒形
状の塊を形成するように多数回巻回されて紫外線硬化性
樹脂３ａで固められ、レーザ光の取り出し口としてその
両端が露出されており、周辺部からの励起光の照射によ
って前記両端部からレーザ発振光を得る。なお、レーザ
ファイバ２ａは、コア５ａの周囲にクラッド６ａが設け
られたもので、このコア５ａの内部には０．５ａｔ％の
Ｎｄ３＋イオンがドープされている。

【００１１】このレーザ装置は、導光部として長さが著
しく長い連続したものを繰り返し折り返しもしくは巻回
して塊状に形成したもので構成し、この塊状の導光部に
励起光を照射することにより、導光部の外周部（側面）
を通じて励起してレーザ発振を行うものである。このた
め、１つの励起光に着目すると、この１つの励起光は繰
り返し導光部を通過することになる。従って、この繰り
返し通過するうちに励起光の多くがレーザ活性物質に吸
収されることになり、極めて効率の良い励起が可能にな
る。

【００１２】従来例３．また、特開平７−２１１９８０
号公報においては、増幅用光ファイバの構造は、図１２
（ａ）に示した構造と同一であり、例えば、第２クラッ
ド層２００ｃにはＺＨＢＬＹＡＮガラス、第１クラッド
層（以下、外側コアという）２００ｂにはＺＢＬＹＡＮ
ガラス、中心コア２００ａにはＰｂＦ２添加ＺＢＬＹＡ
Ｎガラスを使用した。第２クラッド層２００ｃを基準と
した中心コア２００ａ、外側コア２００ｂの比屈折率差
は、それぞれ＋４．５％、＋１．０％である。中心コア
２００ａの直径は約１．８μｍであり、外側コア２００
ｂの直径は６０μｍとし、第２クラッド層２００ｃの直
径は１２８μｍとした。希土類元素はＰｒとＹｂを添加
し、Ｐｒは中心コアの部分にのみ均一に５００ｐｐｍ
で、Ｙｂは外側コア２００ｂの部分のみ均一に１０００
ｐｐｍ添加した。

【００１３】図１４はこの特開平７−２１１９８０号公
報に開示された光ファイバ増幅器の概略構成を示すブロ
ック図である。図において、２０４は光サーキュレー
タ、２０４−１および２０４−３はピグテイルファイ
バ、２０５は接続部材、２０６は希土類添加２重コア光
ファイバ、２０７は光フィルタ、２０８は励起光結合用
レンズ系、２０９は励起光源である。この従来例では、
光フィルタ２０７は２種類使用した。励起光源２０９側
に設置した光フィルタ２０７は、波長０．７μｍ〜０．
９μｍでの透過率が９９％以上で、波長１．２μｍ〜
１．４μｍでの反射率は９９％以上、波長１．０μｍ〜
１．１μｍでの反射率は４０％である。光サーキュレー
タ２０４側に設置した光フィルタ２０７は、波長１．２
μｍ〜１．４μｍでの透過率は９９％以上、波長１．０
μｍ〜１．１μｍでの反射率は４０％である。これら光
フィルタ２０７は、石英ガラス板の片面に蒸着により形
成された誘電体多層膜であり、この膜面側を増幅用光フ
ァイバの端面に直接接着させて使用した。

【００１４】また、使用した光サーキュレータ２０４
は、偏波無依存型の４端子型光サーキュレータであり、
順方向過剰損失０．６ｄＢ以上、逆方向阻止比３６ｄＢ
以上の特性を有している。

【００１５】さらに、励起光源２０９としては、０．８
０μｍ発振のアレイ型ＬＤであり、発振出力１０ＷでＬ
Ｄ端面での発光領域のサイズは１μｍ×３００μｍであ
る。また、励起光結合用レンズ系２０８のレンズとして
は、非球面レンズとシリンドリカルレンズの複合レンズ
であり、焦点面でＬＤの発振光を５μｍ×７０μｍの楕
円形上に集光した。

【００１６】励起光は、前記光フィルタ２０７を介して
希土類添加２重コア光ファイバ２０６の外側コア２００
ｂの部分に結合させたが、その際の結合効率は、励起光
結合用レンズ系および光ファイバの損失を含めて６０％
であった。信号光は、１．３０μｍで発振している分布
帰還型半導体レーザであり、光サーキュレータ２０４の
入射ポートに−３０ｄＢｍのパワーを結合させた。

【００１７】次に、２重コア光ファイバに結合した励起
光量が４Ｗの際の特性について説明する。図１５は、２
枚の光フィルタ２０７，２０７’とＰｒ／Ｙｂ共添加２
重コア光ファイバ２０６により構成された共振器の概略
構成を示す模式図である。この励起光量においては、Ｙ
ｂは十分励起され反転分布が形成されており、Ｙｂのレ
ーザ遷移波長である１μｍ帯で２枚の光フィルタ２０
７，２０７’とＰｒ／Ｙｂ共添加２重コア光ファイバ２
０６により構成された共振器はレーザ発振状態となって
いた。２枚の光フィルタ２０７，２０７’とＰｒ／Ｙｂ
共添加２重コア光ファイバ２０６により構成された共振
器から出射された１μｍ帯発振光のパワーは４００ｍＷ
であった。このことは、共振器内部での１μｍ帯発振光
のパワーが１．２Ｗ以上であることを意味しており、こ
の発振波長がＰｒイオンの励起波長に一致していること
から、以下の順序でＰｒイオンの励起が生じていること
が予期される。

【００１８】アレイ型ＬＤからの発振光→２重コア光フ
ァイバ２０６内でのＹｂイオン（ＲＥ３）の励起→光フ
ィルタに囲まれた２重コア光ファイバ２０６内でのＹｂ
イオンによるレーザ発振→レーザ発振光による２重コア
光ファイバ２０６内でのＰｒイオン（ＲＥ１）の励起→
Ｐｒイオンの反転分布形成→Ｐｒイオンにより信号光が
増幅される。

【００１９】信号光利得は、１．３０μｍであり、光サ
ーキュレータ２０４の光入射端への結合光量は−３０ｄ
Ｂとした。増幅用光ファイバに結合したアレイ型ＬＤか
らの発振光パワーが４Ｗの際に３０ｄＢの小信号利得を
実現した。

【００２０】従来例４．また、非線形光学効果を利用し
て光増幅やレーザ発振を行う増幅用光ファイバ装置にお
いては、例えば増幅媒質を通常の石英系光ファイバとし
て、非線形光学効果の一つである誘導ラマン散乱現象を
利用する。この増幅用光ファイバ装置では、石英系光フ
ァイバのコア中に高出力の励起光を入射すると、励起光
より長い波長のストークス線とよばれるスペクトルが現
れる。このストークス線に対応した波長帯の信号光を石
英系光ファイバのコア中に入力すれば、エネルギーが授
受されて信号光は増幅される。石英系光ファイバに高出
力の励起光を入射して励起密度を大きくするほど、信号
光の利得は大きくなる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ファイバ装置
は以上のように構成されているので、ダブルクラッド型
と称される光ファイバを光増幅媒体として備えた光ファ
イバ装置においては、第１クラッド層２００ｂ中に励起
光を導入して中心コア２００ａ中の活性媒質を励起して
いるため、より高出力な光増幅を行うためにはさらに高
出力の励起光を第１クラッド層２００ｂに結合させて導
入する必要がある。

【００２２】一般に、アレー半導体レーザおよびスタッ
ク型半導体レーザなどの高出力の半導体レーザからの励
起光を用いる場合、バー状素子が複数集積して構成され
ているため、励起光の発光面積は第１クラッド層２００
ｂの断面積に比べて非常に大きく、レンズなどで励起光
を集光して結合させているが、第１クラッド層２００ｂ
の開口数は限られているため、効率良く励起光を第１ク
ラッド層２００ｂに結合させることが困難である課題が
ある。

【００２３】また、励起光は光ファイバの両端部の一方
あるいは両方から導入されており、中心コア２００ａ中
の活性媒質により励起光は光ファイバ中を伝搬するにつ
れて次第に吸収されて減衰するため、中心コア２００ａ
および第１クラッド層２００ｂ中の伝搬方向における励
起密度分布は不均一となり、増幅特性は伝搬方向に沿っ
て変化する。特に、活性媒質がＥｒなどの３準位系であ
る場合、光増幅が正の利得となるために必要な励起密度
にはしきい値があり、励起密度が高いほど高出力が得ら
れるが、励起密度が不十分であると活性媒質は吸収媒質
となる。このため、励起光をできるだけ多く活性媒質に
吸収させるために光ファイバを長くしても、効率良く光
増幅は行われないという課題がある。

【００２４】さらに、特開平１０−１９００９７号公報
に開示された増幅用光ファイバ装置においては、コアの
側面から励起光を照射してコア中の活性媒質を励起して
いるが、光ファイバにおけるコアの外径は非常に小さい
ため、１回のコアの通過において活性媒質に吸収される
励起光は少なく、このため、より多くの励起光を活性媒
質に吸収させるためには、１つの励起光が多数回巻回さ
れた幾つものコアを１回通過するだけでなく、さらに円
筒形状の塊の内部を折り返し何度も通過させる必要があ
る。励起光は繰り返しコアを通過して活性媒質に吸収さ
れるため、その他に損失がなければ全て活性媒質に吸収
されることになる。しかし、励起光が塊の界面で反射さ
れて内部に折り返されなければ、外部に漏れて損失を受
ける。

【００２５】さらに、励起光はコア以外に繰り返しクラ
ッドや硬化性樹脂を通過するため、クラッドや硬化性樹
脂に吸収されて損失を受ける。従って、高効率な励起を
行うためには、１回のコアの通過において励起光をでき
るだけ多く活性媒質に吸収させることが必要である。こ
こで、光ファイバのコアにドープできる希土類元素の量
は限られているため、例えば、活性媒質がＥｒのように
吸収断面積が小さい場合、励起光の１回のコアの通過に
おいて活性媒質が吸収する割合は非常に小さく、その他
の損失の割合が大きくなるため、塊の内部を折り返し通
過して活性媒質に吸収される励起光は少なくなり、効率
良く励起が行われないという課題がある。

【００２６】例えば、活性媒質がＥｒなどの３準位系で
ある場合、光増幅が正の利得となるために必要な励起密
度には閾値があり、励起密度が高いほど高出力が得られ
る。これに対し、この従来技術では前記円筒形状の塊の
内部においてはクラッドと硬化性樹脂の占める割合はコ
アに比べて非常に大きいため、励起光が存在する塊の容
積に対してコアの割合は小さく、塊の内部でコアに照射
される励起光の励起密度は低くなり、このため効率良く
光増幅は行われないという課題がある。

【００２７】また、特開平７−２１１８９０号公報の増
幅用光ファイバ装置においては、励起光は、光フィルタ
を介して希土類添加２重コア光ファイバの外側コアの部
分に結合させている。より高出力な光増幅を行うために
は、さらに高出力の励起光を外側コアに結合させて導入
する必要がある。一般に、アレー半導体レーザおよびス
タック型半導体レーザなどの高出力の半導体レーザから
の励起光を用いる場合、バー状素子が複数集積されて構
成されているため、励起光の発光面積は外側コアの断面
積に比べて非常に大きく、レンズなどで励起光を集光し
て結合させているが、外側コアの開口数は限られている
ため、効率良く励起光を外側コアに結合させることは困
難である。

【００２８】さらに、光サーキュレータは構造が複雑で
あるとともに、入射光のパワーが大きくなるほど順方向
過剰損失は大きく、逆方向阻止比は小さくなるため、高
出力な光増幅を行うことは困難であるという課題があ
る。

【００２９】さらに、非線形光学効果を利用した増幅用
光ファイバ装置においては、石英系の増幅用光ファイバ
に高出力の励起光を入射する必要がある。一般に、アレ
ー半導体レーザおよびスタック型半導体レーザなどの高
出力の半導体レーザからの励起光を用いる場合、バー状
素子が複数集積して構成されているため、励起光の発光
面積はコアの断面積に比べて非常に大きく、レンズなど
で励起光を集光して結合させているが、コアの開口数は
限られているため、効率良く励起光をコアに結合させる
ことが困難であるという課題がある。

【００３０】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の目的は、増幅用
光ファイバの高効率な励起を実現し、高出力、高効率の
光増幅、レーザ発振、および簡略化を実現できる光ファ
イバ装置を得ることを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光ファイ
バ装置は、励起光を出力する励起光源と、励起光を内部
で繰り返し反射させて密閉する集光器と、前記励起光源
から出力された励起光を前記集光器の内部に入力するた
めの励起光入力手段と、前記集光器の内部に全てあるい
は一部設けられ、少なくとも２重のコアが形成され、中
心コアは少なくとも一種類の活性媒質を有し、少なくと
も一層の外周コアには少なくとも一種類の活性媒質を有
する増幅用光ファイバと、活性媒質を有する前記外周コ
アの誘導放出現象により少なくとも一波長のレーザ光を
前記増幅用光ファイバ中で共振させて密閉するためのレ
ーザ光共振手段と、信号光を前記集光器の内部の前記増
幅用光ファイバに入力するための信号光入力手段と、活
性媒質を有する前記中心コアの誘導放出現象により前記
増幅用光ファイバ中で光増幅された信号光を前記集光器
の外部に出力するための信号光出力手段とを備えるよう
にしたものである。

【００３２】この発明に係る光ファイバ装置は、励起光
を出力する励起光源と、励起光を内部で繰り返し反射さ
せて密閉する集光器と、前記励起光源から出力された励
起光を前記集光器の内部に入力するための励起光入力手
段と、前記集光器の内部に全てあるいは一部設けられ、
少なくとも２重のコアが形成され、中心コアは少なくと
も一種類の活性媒質を有し、少なくとも一層の外周コア
には少なくとも一種類の活性媒質を有する増幅用光ファ
イバと、活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出現象
により少なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光ファ
イバ中で共振させて密閉するためのレーザ光共振手段
と、活性媒質を有する前記中心コアの誘導放出現象によ
り発振光を前記増幅用光ファイバ中でレーザ発振させる
ための発振光発生手段と、該発振光発生手段により前記
増幅用光ファイバ中でレーザ発振された発振光を前記集
光器の外に出力するための発振光出力手段とを備えるよ
うにしたものである。

【００３３】この発明に係る光ファイバ装置は、励起光
を出力する励起光源と、励起光を内部で繰り返し反射さ
せて密閉する集光器と、前記励起光源から出力された励
起光を前記集光器の内部に入力するための励起光入力手
段と、前記集光器の内部に全てあるいは一部設けられ、
少なくとも２重のコアが形成され、中心コアは非線形光
学効果における増幅媒質であり、少なくとも一層の外周
コアには少なくとも一種類の活性媒質を有する増幅用光
ファイバと、活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出
現象により少なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光
ファイバ中で共振させて密閉するためのレーザ光共振手
段と、信号光を前記集光器の内部の前記増幅用光ファイ
バに入力するための信号光入力手段と、増幅媒質である
前記中心コアの非線形光学効果により前記増幅用光ファ
イバ中で光増幅された信号光を前記集光器の外部に出力
するための信号光出力手段とを備えるようにしたもので
ある。

【００３４】この発明に係る光ファイバ装置は、励起光
を出力する励起光源と、励起光を内部で繰り返し反射さ
せて密閉する集光器と、前記励起光源から出力された励
起光を前記集光器の内部に入力するための励起光入力手
段と、前記集光器の内部に全てあるいは一部設けられ、
少なくとも２重のコアが形成され、中心コアは非線形光
学効果における増幅媒質であり、少なくとも一層の外周
コアには少なくとも一種類の活性媒質を有する増幅用光
ファイバと、活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出
現象により少なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光
ファイバ中で共振させて密閉するためのレーザ光共振手
段と、増幅媒質である前記中心コアの非線形光学効果に
より発振光を前記増幅用光ファイバ中でレーザ発振させ
るための発振光発生手段と、該発振光発生手段により前
記増幅用光ファイバ中でレーザ発振された発振光を前記
集光器の外部へ出力するための発振光出力手段とを備え
るようにしたものである。

【００３５】この発明に係る光ファイバ装置は、信号光
入力手段および信号光出力手段の少なくとも一方は、集
光器の内部から外部に露出している増幅用光ファイバ自
体、あるいは増幅用光ファイバと集光器の内部で通じて
いて外部に露出している光ファイバを用いるようにした
ものである。

【００３６】この発明に係る光ファイバ装置は、集光器
の内部から外部に露出している増幅用光ファイバ自体、
あるいは増幅用光ファイバと集光器の内部で通じていて
外部に露出している光ファイバを発振光出力手段として
用いるようにしたものである。

【００３７】この発明に係る光ファイバ装置は、集光器
の内部面が励起光に対して鏡面反射性であるようにした
ものである。

【００３８】この発明に係る光ファイバ装置は、集光器
の内部面が励起光に対して全反射するように形成された
ものである。

【００３９】この発明に係る光ファイバ装置は、集光器
の内部面が励起光に対して拡散反射性であるようにした
ものである。

【００４０】この発明に係る光ファイバ装置は、集光器
の内部面が励起光に対して反射率の高いセラミックス材
料あるいは樹脂材料で形成されている構成を備えるよう
にしたものである。

【００４１】この発明に係る光ファイバ装置は、励起光
源が、励起光の出射をスロー軸方向に複数集積して構成
されたバー状素子であるアレー半導体レーザ、あるいは
励起光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成され
たバー状素子を、ファスト軸方向に複数集積して構成さ
れたスタック型半導体レーザであり、励起光入力手段
は、前記励起光源から出射された励起光を少なくともフ
ァスト軸方向に収束するための半導体レーザ光収束手段
と、集光器に設けられ、励起光を前記集光器の内部に導
入するための半導体レーザ光導入手段とを備えるように
したものである。

【００４２】この発明に係る光ファイバ装置は、励起光
源から出力された励起光を収束する結合光学系と、該結
合光学系から収束された励起光を伝送して集光器の内部
に導入する光ファイバあるいは光ファイバ束とを励起光
入力手段が備えるようにしたものである。

【００４３】この発明に係る光ファイバ装置は、励起光
源および励起光入力手段の少なくとも一方が複数設置さ
れている構成を備えるようにしたものである。

【００４４】この発明に係る光ファイバ装置は、増幅用
光ファイバの全てあるいは一部は、体積が集光器の内部
の容積とできるだけ等しくなるように密集して設置され
ている構成を備えるようにしたものである。

【００４５】この発明に係る光ファイバ装置は、増幅用
光ファイバが中心コアの第１コアに希土類元素Ｅｒを有
し、第１コアの外周の第２コアに希土類元素Ｎｄおよび
Ｙｂを共に有する構成か、または第１コアに希土類元素
ＥｒおよびＹｂを共に有し、第２コアに希土類元素Ｙｂ
を有する構成か、または第１コアに希土類元素Ｐｒを有
し、第２コアに希土類元素Ｎｄを有する構成か、あるい
は第１コアに希土類元素Ｅｒを有し、第２コアに希土類
元素Ｔｍを有し、第２コアの外周の第３コアに希土類元
素Ｎｄを有する構成にしたものである。

【００４６】この発明に係る光ファイバ装置は、励起光
を出力する励起光源と、少なくとも２重のコアが形成さ
れ、中心コアは非線形光学効果における増幅媒質であ
り、少なくとも一層の外周コアには少なくとも一種類の
活性媒質を有する増幅用光ファイバと、前記励起光源か
ら出力された励起光を前記増幅用光ファイバに入力する
ための励起光入力手段と、活性媒質を有する前記外周コ
アの誘導放出現象により少なくとも一波長のレーザ光を
前記増幅用光ファイバ中で共振させて密閉するためのレ
ーザ光共振手段と、信号光を前記増幅用光ファイバへ入
力するための信号光入力手段と、増幅媒質である前記中
心コアの非線形光学効果により前記増幅用光ファイバ中
で光増幅された信号光を出力するための信号光出力手段
とを備えるようにしたものである。

【００４７】この発明に係る光ファイバ装置は、励起光
を出力する励起光源と、少なくとも２重のコアが形成さ
れ、中心コアは非線形光学効果における増幅媒質であ
り、少なくとも一層の外周コアには少なくとも一種類の
活性媒質を有する増幅用光ファイバと、前記励起光源か
ら出力された励起光を前記増幅用光ファイバに入力する
ための励起光入力手段と、活性媒質を有する前記外周コ
アの誘導放出現象により少なくとも一波長のレーザ光を
前記増幅用光ファイバ中で共振させて密閉するためのレ
ーザ光共振手段と、前記増幅媒質である前記中心コアの
非線形光学効果により発振光を前記増幅用光ファイバ中
でレーザ発振させるための発振光発生手段とを備えるよ
うにしたものである。

【００４８】この発明に係る光ファイバ装置は、発振光
発生手段の全てあるいは一部は、増幅用光ファイバに一
体形成されたグレーティングあるいはコーティングを用
いるか、増幅用光ファイバの端面におけるフレネル反射
を用いるようにしたものである。

【００４９】この発明に係る光ファイバ装置は、レーザ
光共振手段の全てあるいは一部として、増幅用光ファイ
バに一体形成されたグレーティングあるいはコーティン
グを用いるようにしたものである。

【００５０】この発明に係る光ファイバ装置は、中心コ
アの屈折率が最も大きく、外方に向かう外周コアになる
ほど屈折率が小さい構成を増幅用光ファイバが備えるよ
うにしたものである。

【００５１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの実施の形態１の信号光の光増
幅を行う光ファイバ装置における増幅用光ファイバの構
成を示す断面図である。図１において、１は増幅用光フ
ァイバ、１ａは第１コア、１ｂは第２コア、１ｃはクラ
ッドである。この実施の形態１における増幅用光ファイ
バ１は、図１に示すように、中心コアである第１コア１
ａの外周に、第２コア１ｂおよびクラッド１ｃが順次形
成されてなる。

【００５２】第１コア１ａは石英系のもので、信号光に
対してシングルモードとなるようにその外径が設定さ
れ、活性媒質の希土類元素としてＥｒ（エルビウム）が
ドープされている。

【００５３】第２コア１ｂは第１コア１ａと同じく石英
系のもので、全体として第１コア１ａの断面積よりも十
分に大きい断面積を有していて（例えば、第１コア１ａ
の外径が１０μｍ程度に対して、第２コア１ｂの外径は
１２５μｍ程度）、希土類元素であるＮｄ（ネオジウ
ム）およびＹｂ（イッテルビウム）が共にドープされて
いる。クラッド１ｃは、保護兼光閉込用としてウレタン
アクリルレートやポリメチルメタアクリレートなどのよ
うな高分子樹脂が使用され、励起光に対して透明であ
る。クラッド１ｃは第２コア１ｂよりも屈折率が小さ
く、第２コア１ｂは第１コア１ａよりも屈折率が小さく
なるように設定されており、中心コアの屈折率が最も大
きく、外方に向かう外周コアになるほど屈折率は小さ
い。

【００５４】図２はこの実施の形態１による光ファイバ
装置の構成を示す模式図である。図２において、１１は
励起光を出力する励起光源である半導体レーザ、１２は
内部面が励起光に対して鏡面反射性であり、励起光を内
部で繰り返し反射させて密閉する集光器、１３は励起光
入力手段であり、１３ａは半導体レーザから出力された
励起光を集束するレンズ（励起光入力手段，結合光学
系）、１３ｂはレンズ１３ａから集束された励起光を伝
送して集光器１２の内部に導入する励起用光ファイバ
（励起光入力手段）、１４は信号光入力手段であり、信
号光に対してシングルモードである信号入力用光ファイ
バ、１５は信号光出力手段であり、信号光に対してシン
グルモードである信号出力用光ファイバである。

【００５５】増幅用光ファイバ１は集光器１２の内部に
全て設けられ、その両端部において第１コア１ａと信号
入力用光ファイバ１４および信号出力用光ファイバ１５
のコアが集光器１２の内部でそれぞれ通じていて外部に
露出している。なお、これら信号光入力手段および信号
光出力手段である光ファイバの少なくとも一方は、集光
器１２の内部から外部に露出している増幅用光ファイバ
１自体を用いることが出来る。１６はレーザ光共振手段
であり、増幅用光ファイバ１の両端部１ｘにそれぞれ一
体形成され、波長が０．９８μｍ帯のレーザ光を全反射
するグレーティングを用いている。

【００５６】次に動作について説明する。半導体レーザ
１１は、波長が０．８０μｍ帯の励起光を出射する。レ
ンズ１３ａにより、半導体レーザ１１から出射された励
起光を励起用光ファイバ１３ｂのマルチモードで大口径
のコアの断面積にまで集光して励起用光ファイバ１３ｂ
のコア中に入射させる。そして、励起用光ファイバ１３
ｂにより励起光を集光器１２の内部に伝送して導入して
いる。

【００５７】集光器１２の内部に導入された励起光は、
増幅用光ファイバ１あるいは集光器１２の内部面に照射
される。励起光が増幅用光ファイバ１に照射された場
合、励起光は活性媒質を有する増幅用光ファイバ１によ
り一部吸収され、再び増幅用光ファイバ１あるいは集光
器１２の内部面に照射される。励起光が集光器１２の内
部面に照射された場合、励起光は励起光に対して鏡面反
射性である内部面により反射され、再び増幅用光ファイ
バ１あるいは集光器１２の内部面に照射される。これに
より、励起光は集光器１２の内部において増幅用光ファ
イバ１に繰り返し照射され、増幅用光ファイバ１の活性
媒質に繰り返し吸収される。

【００５８】増幅用光ファイバ１において、励起光はク
ラッド１ｃを透過して第２コア１ｂおよび第１コア１ａ
を通過する。図３に、各希土類元素のエネルギー準位を
示す。図３（ａ）に示すように、励起光の波長はＮｄの
吸収波長λ１と同じであり、第２コア１ｂ中のＮｄが励
起光を吸収して励起される。Ｎｄの４Ｆ３／２からＹｂ
の２Ｆ５／２へのエネルギー移動を利用して、Ｙｂは励
起されて反転分布を形成する。増幅用光ファイバ１の両
端部１ｘにそれぞれ一体形成されたグレーティング１６
により、誘導放出現象を利用して、第２コア１ｂおよび
第１コア１ａ中においてＹｂの誘導放出波長λ２である
０．９８μｍ帯のレーザ光を増幅用光ファイバ１中で共
振させて密閉する。Ｙｂの誘導放出波長λ２はＥｒの吸
収波長λ３と同じであり、第１コア１ａ中のＥｒが０．
９８μｍ帯のレーザ光を吸収して励起されて反転分布を
形成する。

【００５９】信号入力用光ファイバ１４により、波長が
１．５５μｍ帯の信号光を集光器１２の内部の増幅用光
ファイバ１の第１コア１ａに伝送して導入している。こ
れにより、誘導放出現象を利用して、Ｅｒの誘導放出波
長λ４である１．５５μｍ帯の信号光が増幅用光ファイ
バ１中で光増幅される。信号出力用光ファイバ１５によ
り、光増幅された信号光を集光器１２の外部に伝送して
出力する。

【００６０】この場合、増幅用光ファイバ１は集光器１
２の内部の空間に設けられ、その体積が集光器１２の内
部の容積とできるだけ等しくなるようにコイル状に巻い
て密集して設置することができ、このような構成にした
場合には励起光を多く増幅用光ファイバ１の活性物質に
吸収させて、高出力な光増幅を図ることが出来る。

【００６１】ここで、励起光は集光器１２の内部におい
て増幅用光ファイバ１に繰り返し照射され、増幅用光フ
ァイバ１の活性物質に繰り返し吸収されるため、増幅用
光ファイバ１の高効率な励起を図ることが出来る。

【００６２】励起用光ファイバ１３ｂにより、励起光を
集光器１２の内部に伝送して導入している。さらに信号
入力用光ファイバ１４および信号出力用光ファイバ１５
により、信号光を集光器１２の内部および外部に伝送し
ているため、光ファイバのコアの断面積は集光器１２の
内部表面積に比べて十分に小さく、集光器１２の内部か
らの励起光の漏れを小さく抑えて、増幅用光ファイバ１
の高効率な励起を図ることが出来る。

【００６３】集光器１２の内部面が励起光に対して鏡面
反射性であるため、集光器１２の内部における励起密度
分布を任意に形成することにより、増幅用光ファイバ１
に励起光を集中的に照射させて第２コア１ｂ中の活性媒
質を高密度で励起して、増幅用光ファイバ１の高効率な
励起を図ることが出来る。

【００６４】また、集光器１２の内部面が励起光に対し
全反射するように構成してもよく、このように構成した
場合には、集光器１２内部での励起光の損失を低減でき
増幅用光ファイバ１の高効率な励起を図ることが出来
る。

【００６５】さらにまた、集光器１２の内面部は励起光
に対し拡散反射性であってもよく、このように構成した
場合は増幅用光ファイバ１は励起光に一様に照射されて
励起密度分布は均一になり、増幅用光ファイバ１の高効
率な励起を図ることが可能になる。この場合、集光器１
２の内部面は励起光に対して反射率の高いセラミックス
材料あるいは樹脂材料で形成することが出来る。

【００６６】増幅用光ファイバ１は、第２コア１ｂ中の
Ｎｄが励起光を吸収して励起されるため、第２コア１ｂ
は全体として第１コア１ａの断面積よりも十分に大きい
断面積を有していて、第１コア１ａ中の活性媒質だけで
励起光を吸収する場合に比べて励起光は多く活性媒質に
吸収され、増幅用光ファイバ１の高効率な励起を図るこ
とが出来る。

【００６７】また、増幅用光ファイバ１の両端部１ｘに
それぞれ一体形成されたグレーティング１６により、第
２コア１ｂおよび第１コア１ａ中においてＹｂの誘導放
出波長λ２である０．９８μｍ帯のレーザ光を増幅用光
ファイバ１中で共振させて密閉して、第１コア１ａ中の
Ｅｒが０．９８μｍ帯のレーザ光を吸収して励起される
ため、第１コア１ａ中の活性媒質は高密度で均一励起さ
れ、増幅用光ファイバ１の高効率な励起を図ることが出
来る。

【００６８】さらに、レーザ光共振手段は、増幅用光フ
ァイバ１の両端部１ｘにそれぞれ一体形成されたグレー
ティング１６を用いているため、新たな構成要素を設置
する必要がなく、増幅用光ファイバ装置の簡略化を図る
ことが出来る。

【００６９】さらに、この実施の形態１では、半導体レ
ーザ１１などの励起光源およびレンズ１３ａ、励起用光
ファイバ１３ｂなどの励起光入力手段の少なくとも一方
を複数設ける構成にしてもよく、このように構成した場
合には、半導体レーザ１１からの励起光を多数合成する
ことができ、高出力の励起光を集光器１２の内部に入力
でき、高出力な光増幅を図ることが出来る。

【００７０】なお、複数設置されたレンズ１３ａによ
り、各半導体レーザ１１から出射された励起光を各光フ
ァイバのコアの断面積にまで集光して各光ファイバのコ
ア中にそれぞれ入射させる場合には、励起用光ファイバ
１３ｂを複数の光ファイバを束ねた光ファイバ束とする
ことが出来る。

【００７１】また、この実施の形態１では、第１コア１
ａにＥｒがドープされ、第２コア１ｂにＮｄおよびＹｂ
が共にドープされ、波長が０．９８μｍ帯のレーザ光を
全反射するグレーティング１６が増幅用光ファイバ１の
両端部１ｘにそれぞれ一体形成され、半導体レーザ１１
は波長が０．８０μｍ帯の励起光を出射するとしたが、
第１コア１ａにＥｒおよびＹｂが共にドープされ、第２
コア１ｂにＹｂがドープされ、波長が１．１μｍ帯のレ
ーザ光を全反射するグレーティング１６が増幅用光ファ
イバ１の両端部１ｘにそれぞれ一体形成され、半導体レ
ーザ１１は波長が０．９８μｍ帯の励起光を出射すると
しても同様の効果が得られる。

【００７２】図３（ｂ）に示すように、励起光の波長は
Ｙｂの吸収波長λ５と同じであり、第２コア１ｂ中のＮ
ｄが励起光を吸収して励起される。増幅用光ファイバ１
の両端部１ｘにそれぞれ一体形成されたグレーティング
１６により、誘導放出現象を利用して、第２コア１ｂお
よび第１コア１ａ中においてＹｂの誘導放出波長λ６で
ある１．１μｍ帯のレーザ光を増幅用光ファイバ１中で
共振させて密閉する。Ｙｂの２Ｆ５／２からＥｒの４Ｉ
１１／２へのエネルギー移動を利用して、Ｅｒ励起され
て反転分布を形成する。誘導放出現象を利用して、Ｅｒ
の誘導放出波長λ４である１．５５μｍ帯の信号光が増
幅用光ファイバ１中で光増幅される。

【００７３】また、この実施の形態１では、第１コア１
ａに希土類元素Ｐｒを有し、第２コア１ｂに希土類元素
Ｎｄを有する増幅用光ファイバを用いることも可能であ
り、さらに第１コア１ａには希土類元素Ｅｒを有し、第
２コア１ｂには希土類元素Ｔｍを有し、さらに第２コア
１ｂの外周の第３コアが希土類元素Ｎｄを有する増幅用
光ファイバを用いてもよく同様な効果を奏する。

【００７４】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、増幅用光ファイバ１の高効率な励起と、簡略化を図
ることが可能な増幅用光ファイバ装置が得られる効果が
ある。

【００７５】実施の形態２．この実施の形態２における
増幅用光ファイバは、前記実施の形態１の図１に示した
増幅用光ファイバ１と同様な構成を有しており、中心コ
アの屈折率が最も大きく、外方に向かう外周コアになる
ほど屈折率は小さい構成であるが、第１コア１ａはフッ
化物のもので、希土類元素としてＰｒがドープされてい
る。また、第２コア１ｂは石英系のもので、希土類元素
としてＮｄがドープされている。

【００７６】図４はこの実施の形態２による光ファイバ
装置の構成を示す構成図である。図４（ｂ）は図４
（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図４（ａ），
（ｂ）において、２１はスタック型半導体レーザ、２１
−１〜２１−５はスタック型半導体レーザ２１を構成す
るバー状素子である。このスタック型半導体レーザ２１
は、レーザ光の出射端をスロー軸方向に複数集積して構
成されたバー状素子が、ファスト軸方向に複数積層して
構成されている。このバー状素子２１−１〜２１−５か
ら出射されたレーザ光は、スロー軸方向には１０°程度
の広がり角度を持つが、ファスト軸方向では３０°程度
の大きな広がり角度を持っている。

【００７７】２２はスタック型半導体レーザ２１から出
射されたレーザ光を集光する半導体レーザ光集束手段で
ある。２２−１〜２２−５はシリンドリカルレンズであ
り、スタック型半導体レーザ２１を構成するそれぞれ異
なるバー状素子２１−１〜２１−５と対向し、対向する
バー状素子２１−１〜２１−５からその略焦点距離だけ
離れた位置に配置されており、対向するバー状素子２１
−１〜２１−５からの出射レーザ光を平行化している。
２２ａはシリンドリカルレンズアレーで、シリンドリカ
ルレンズ２２−１〜２２−５により構成されている。２
２ｂは各シリンドリカルレンズ２２−１〜２２−５によ
り平行化された半導体レーザ光をバー状素子２１−１〜
２１−５の積層方向と平行な方向（ファスト軸方向）に
集光する非球面レンズである。

【００７８】なお、この実施の形態２では、バー状素子
２１−１〜２１−５およびシリンドリカルレンズ２２−
１〜２２−５をそれぞれ５個備えているスタック型半導
体レーザの場合が示されているが、単数備えているアレ
ー半導体レーザ（励起光の出射をスロー軸方向に複数集
積して構成されたバー状素子）の場合、あるいは５個以
外の複数備えているスタック型半導体レーザの場合もあ
る。

【００７９】２３は集光器２４に設けられた半導体レー
ザ光導入手段であって、半導体レーザ光集束手段２２に
より集光された半導体レーザ光を集光器２４の内部に導
入する。

【００８０】２４は内部面が励起光に対して拡散反射性
で反射率の高いセラミックス材料で形成され、励起光を
内部で繰り返し反射させて密閉する前記集光器である。
２５はレーザ光共振手段であり、増幅用光ファイバ１の
両端部にそれぞれ一体形成され、波長が０．９８μｍ帯
のレーザ光を全反射するコーティングである。増幅用光
ファイバ１は集光器２４の内部に一部設けられ、その両
端部は信号光入力手段および信号光出力手段を兼ね備え
て集光器２４の内部から外部に露出している。なお、こ
れら信号光入力手段および信号光出力手段を兼ねた増幅
用光ファイバ１の両端部の少なくとも一方は、増幅用光
ファイバ１と集光器２４の内部で通じていて外部に露出
している光ファイバであってもよい。

【００８１】次に、半導体レーザ光集束手段２２、半導
体レーザ光導入手段２３について詳細に説明した後、こ
の実施の形態２の光ファイバ装置の動作について説明す
る。先ず、半導体レーザ光集束手段２２について詳説す
る。半導体レーザ光集束手段２２は、スタック型半導体
レーザ２１から出射されたレーザ光を集光するものであ
る。また、任意の大きさで限られた範囲に全ての半導体
レーザ光のエネルギーを集中させるためには、半導体レ
ーザ光の集光点の大きさを小さくすることが必要であ
る。

【００８２】このために、実施の形態２では、半導体レ
ーザ光集束手段２２をシリンドリカルレンズアレー２２
ａと非球面レンズ２２ｂとから構成している。シリンド
リカルレンズアレー２２ａは、シリンドリカルレンズ２
２−１〜２２−５をバー状素子２１−１〜２１−５の積
層間隔と同じ間隔で当該バー状素子２２−１〜２２−５
の積層方向と平行な方向（ファスト軸方向）に集積して
構成している。各シリンドリカルレンズ２２−１〜２２
−５を、スタック型半導体レーザ２１を構成するそれぞ
れ異なるバー状素子２１−１〜２１−５と対向させ、対
向するバー状素子２１−１〜２１−５から各シリンドリ
カルレンズ２２−１〜２２−５の略焦点距離だけ離れた
位置に配置している。

【００８３】そして、非球面レンズ２２ｂを、バー状素
子２１−１〜２１−５の積層方向と平行な方向（ファス
ト軸方向）に屈折力を有し、シリンドリカルレンズアレ
ー２２ａの後であって、任意の位置から非球面レンズ２
２ｂの焦点距離だけ離れた位置に配置している。

【００８４】このように半導体レーザ光集束手段２２を
構成した場合、各シリンドリカルレンズ２２−１〜２２
−５により対向するバー状素子２１−１〜２１−５から
出射されたレーザ光は平行化される。各シリンドリカル
レンズ２２−１〜２２−５により平行化された半導体レ
ーザ光は非球面レンズ２２ｂによりバー状素子２１−１
〜２１−５の積層方向と平行な方向（ファスト軸方向）
に線上に集光される。

【００８５】この場合、シリンドリカルレンズアレー２
２ａを通過した半導体レーザ光のバー状素子２１−１〜
２１−５の積層方向と平行な方向の幅は例えば１０〜２
０μｍと大きく、集光レンズでの集光角度が大きくなる
ために球面収差が生じ集光点の大きさが大きくぼやける
が、集光レンズとして非球面レンズ２２ｂを用いること
により球面収差が低く抑えられ、集光点の大きさが小さ
く抑えられる。

【００８６】次に、半導体レーザ光導入手段２３につい
て詳説する。この半導体レーザ光導入手段２３は、増幅
用光ファイバ１の活性媒質の高効率な励起を図るため
に、半導体レーザ光集束手段２２により集光された半導
体レーザ光を、バー状素子２１−１〜２１−５の積層方
向と平行な方向（ファスト軸方向）の大きさを略保持し
て集光器２４の内部に導入するものである。

【００８７】非球面レンズ２２ｂにより線上に集光され
る半導体レーザ光の前記バー状素子２１−１〜２１−５
の積層方向と平行な方向（ファスト軸方向）の大きさは
非球面レンズ２２ｂによる集光位置で最小となるが、そ
の前後で発散的に大きくなる。また、集光器２４を形成
する材料として一般的に用いられるセラミックス材料や
樹脂材料により集光器２４を形成するには、反射率が集
光器２４の厚さに大きく依存し、例えば、セラミックス
材料により反射９８％以上の集光器２４を形成する場合
には、集光器２４の厚さを１０ｍｍ程度にする必要があ
る。

【００８８】このため、図４に示す半導体レーザ光導入
手段２３を、図５に示すように集光器２４に形成された
スリット３１のみで構成する場合には、バー状素子２１
−１〜２１−５の積層方向と平行な方向（ファスト軸方
向）のスリット３１の大きさを大きくしなければならな
い。

【００８９】例えば、集光器２４の厚さが１０ｍｍ、シ
リンドリカリルレンズアレー２２ａを通過した半導体レ
ーザ光の前記バー状素子２１−１〜２１−５の積層方向
と平行な幅Ｌが１０μｍ、非球面レンズ２２ｂの焦点距
離が７μｍのとき、非球面レンズ２２ｂによる集光位置
の前後での半導体レーザ光の広がり角度が７０°程度と
なり、スリット３１両端での半導体レーザ光のバー状素
子２１−１〜２１−５の積層方向と平行な方向（ファス
ト軸方向）の大きさは７ｍｍにもなってしまう。従っ
て、集光器２４の内部での半導体レーザ光の閉じ込め性
能が低下する。これにより、半導体レーザ光の前記バー
状素子２１−１〜２１−５の積層方向と平行な方向（フ
ァスト軸方向）の集光点における大きさを保持して集光
器２４の内部に導入する半導体レーザ光導入手段２３が
必要となる。

【００９０】図６はこの半導体レーザ光導入手段２３の
構成を示す模式図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）中の
Ｂ−Ｂ断面図である。図６に示すように、この実施の形
態２では、半導体レーザ光導入手段２３を集光器２４に
形成されたスリット３１と、スリット３１内に配置され
た六面体形のスラブ導波路３２と、スラブ導波路３２の
６端面のうち半導体レーザ光が入射する第１の端面３２
ａおよび半導体レーザ光が出射する第２の端面３２ｂ以
外の４端面とスリット３１との空隙に設けられた、スラ
ブ導波路３２より屈折率の小さい光学接着材からなる接
着材層３３とから構成している。

【００９１】このように半導体レーザ光導入手段２３を
構成した場合、集光位置Ｏにおいてスロー軸方向で線上
に集光された半導体レーザ光は、第１の端面３２ａから
スラブ導波路３２に入射する。スラブ導波路３２に入射
した半導体レーザ光は、スラブ導波路３２より屈折率の
小さい接着材層３３とスラブ導波路３２の界面で全反射
を繰り返し、第２の端面３２ｂから出射し集光器２４の
内部に導入される。図６にはこの様子が矢印により示さ
れている。

【００９２】図６に示すように、スラブ導波路３２の第
１の端面３２ａの面積より第２の端面３２ｂの面積が小
さければ、半導体レーザ光導入手段２３からの半導体レ
ーザ光の漏れを小さく抑えて増幅用光ファイバ１の活性
媒質の高効率な励起を図ることが出来る。また、スラブ
導波路３２の屈折率をできるだけ大きくして、全反射条
件の臨界角をできるだけ小さくすることが望ましい。

【００９３】次に動作について説明する。各バー状素子
２１−１〜２１−５から出射されたレーザ光は、対向す
るシリンドリカルレンズ２２−１〜２２−５によりファ
スト軸方向に平行化される。前記シリンドリカルレンズ
２２−１〜２２−５を出射した半導体レーザ光は、スロ
ー軸方向の大きさを非球面レンズ２２ｂのスロー軸方向
の大きさに抑えられて非球面レンズ２２ｂに入射し、非
球面レンズ２２ｂによりバー状素子２１−１〜２１−５
の積層方向と直交する方向（スロー軸方向）に線上に集
光される。この線上に集光された半導体レーザ光は、ス
ロー軸方向の大きさを図６の第１の端面３２ａにおける
スロー軸方向の大きさに抑えられて第１の端面３２ａか
らスラブ導波路３２に入射する。

【００９４】スラブ導波路３２に入射した半導体レーザ
光は、スラブ導波路３２より屈折率の小さい接着材層３
３とスラブ導波路３２の界面で全反射を繰り返し、第２
の端面３２ｂから出射し、集光器２４の内部に導入され
る。その結果、任意の位置から非球面レンズ２２ｂの焦
点距離だけ離れた位置にて第１の端面３２ａの大きさに
全ての半導体レーザ光を入射させて、半導体レーザ光が
スラブ導波路３２内で全反射して第２の端面３２ｂを全
透過することで、エネルギー利用効率を高くすることが
でき、増幅用光ファイバ１の活性媒質の高効率な励起を
図ることが出来る。

【００９５】集光器２４の内部に導入された励起光は、
増幅用光ファイバ１あるいは集光器２４の内部面に照射
される。励起光が増幅用光ファイバ１に照射された場
合、励起光は活性媒質を有する増幅用光ファイバ１によ
り一部吸収され、再び増幅用光ファイバ１あるいは集光
器２４の内部面に照射される。励起光が集光器２４の内
部面に照射された場合、励起光は、励起光に対して拡散
反射性で反射率の高いセラミックス材料で形成された内
部面により反射され、再び増幅用光ファイバ１あるいは
集光器２４の内部面に照射される。これにより、励起光
は集光器２４の内部において増幅用光ファイバ１に繰り
返し照射され、増幅用光ファイバ１の活性媒質に繰り返
し吸収される。

【００９６】増幅用光ファイバ１において、励起光はク
ラッド１ｃを透過して第２コア１ｂおよび第１コア１ａ
を通過する。図３（ｃ）に示すように、励起光の波長は
Ｎｄの吸収波長λ１と同じであり、第２コア１ｂ中のＮ
ｄが励起光を吸収して励起されて反転分布を形成する。
増幅用光ファイバ１の両端部にそれぞれ一体形成された
コーティング２５により、誘導放出現象を利用して、第
２コア１ｂおよび第１コア１ａ中においてＮｄの誘導放
出波長λ７である１．０６μｍ帯のレーザ光を増幅用光
ファイバ１中で共振させて密閉する。Ｎｄの誘導放出波
長λ７はＰｒの吸収波長λ８と同じであり、第１コア１
ａ中のＰｒが１．０６μｍ帯のレーザ光を吸収して励起
されて反転分布を形成する。

【００９７】増幅用光ファイバ１により、集光器２４の
内部に導入された増幅用光ファイバ１の両端部の一方か
ら波長が１．３０μｍ帯の信号光を集光器２４の内部の
増幅用光ファイバ１の第１コア１ａに伝送して導入して
いる。これにより、誘導放出現象を利用して、Ｐｒの誘
導放出波長λ９である１．３０μｍ帯の信号光が増幅用
光ファイバ１中で光増幅される。増幅用光ファイバ１に
より、増幅用光ファイバ１の両端部のもう一方から光増
幅された信号光を集光器２４の外部に伝送して出力す
る。

【００９８】ここで、スタック型半導体レーザ２１、半
導体レーザ光収束手段２２および半導体レーザ光導入手
段２３により高出力の励起光を集光器２４の内部に入力
しているため、高出力な光増幅を行うことが出来る。

【００９９】励起光は集光器２４の内部において増幅用
光ファイバ１に繰り返し照射され、増幅用光ファイバ１
の活性物質に繰り返し吸収されるため、増幅用光ファイ
バ１の高効率な励起を図ることが出来る。

【０１００】また、増幅用光ファイバ１により、信号光
を集光器２４の内部および外部に伝送しているため、光
ファイバのコアの断面積は集光器２４の内部表面積に比
べて十分に小さく、集光器２４の内部からの励起光の漏
れを小さく抑えて、増幅用光ファイバ１の高効率な励起
を図ることが出来る。

【０１０１】さらに、集光器２４の内部面が励起光に対
して反射率の高いセラミックス材料で形成されているた
め、集光器２４の内部における励起光の損失を低減し
て、増幅用光ファイバ１の高効率な励起を図ることが出
来る。また、集光器２４の内部面が励起光に対して拡散
反射性であるため、増幅用光ファイバ１は励起光に一様
に照射されて励起密度分布は均一となり、高出力の励起
光を集光器２４の内部に入力することで、効率良く光増
幅を行うとともに高出力な光増幅を図ることが出来る。

【０１０２】なお、この実施の形態２では、前記実施の
形態１で説明したように集光器の内部面が励起光に対し
て鏡面反射性であるように構成してもよく、集光器の内
部における励起密度分布を任意に形成することにより、
増幅用光ファイバ１に励起光を集中的に照射させて増幅
用光ファイバ１の高効率な励起を図ることが出来る。ま
た、集光器の内部面が励起光に対し全反射するように構
成してもよく、このように構成した場合には、集光器内
部での励起光の損失を低減でき増幅用光ファイバ１の高
効率な励起を図ることが出来る。

【０１０３】また、この実施の形態２では、集光器２４
の内部面を励起光に対して反射率の高いセラミックス材
料としたが、セラミックス材料を樹脂材料としても同様
の効果が得られる。

【０１０４】さらに、増幅用光ファイバ１は、第２コア
１ｂ中のＮｄが励起光を吸収して励起されるため、第２
コア１ｂは全体として第１コア１ａの断面積よりも十分
に大きい断面積を有していて、第１コア１ａ中の活性媒
質だけで励起光を吸収する場合に比べて励起光は多く活
性媒質に吸収され、増幅用光ファイバ１の高効率な励起
を図ることが出来る。

【０１０５】さらに、増幅用光ファイバ１の両端部にそ
れぞれ一体形成されたコーティング２５により、第２コ
ア１ｂおよび第１コア１ａ中においてＮｄの誘導放出波
長λ７である１．０６μｍ帯のレーザ光を増幅用光ファ
イバ１中で共振させて密閉して、第１コア１ａ中のＰｒ
が１．０６μｍ帯のレーザ光を吸収して励起されるた
め、第１コア１ａ中の活性媒質は高密度で均一励起さ
れ、増幅用光ファイバ１の高効率な励起を図ることが出
来る。

【０１０６】さらに、レーザ光共振手段２５は、増幅用
光ファイバ１の両端部にそれぞれ一体形成されたコーテ
ィングを用いているため、新たな構成要素を設置する必
要がなく、増幅用光ファイバ装置の簡略化を図ることが
出来る。

【０１０７】さらに、この実施の形態２で説明したアレ
ー半導体レーザ、スタック型半導体レーザの構造、半導
体レーザ光収束手段２２の構成、半導体レーザ光導入手
段２３の構成は、前記実施の形態１、後述する実施の形
態３および実施の形態５で使用するレンズ１３ａ、励起
用光ファイバ１３ｂにより半導体レーザ１１からの励起
光を集光器へ入力する構成に代用できる。

【０１０８】さらに、この実施の形態２でも、スタック
型半導体レーザ２１などの励起光源および半導体レーザ
光収束手段２２、半導体レーザ光導入手段２３などの励
起光入力手段の少なくとも一方を複数設ける構成にして
もよく、このように構成した場合には、スタック型半導
体レーザ２１からの励起光を多数合成することができ、
高出力の励起光を集光器２４の内部に入力でき、高出力
な光増幅を図ることが出来る。

【０１０９】なお、この実施の形態２においても、増幅
用光ファイバ１は、体積が集光器２４の内部の容積とで
きるだけ等しくなるようにコイル状に巻かれ密集して設
置されている構成にしてもよく、このような構成にした
場合には励起光を多く増幅用光ファイバ１の活性物質に
吸収させて、高出力な光増幅を図ることが出来る。

【０１１０】さらに、以上の説明において、増幅用光フ
ァイバ１は第１コア１ａはフッ化物のもので、希土類元
素としてＰｒがドープされ、第２コア１ｂは石英系のも
ので、希土類元素としてＮｄがドープされているとした
が、中心コアの第１コア１ａに希土類元素Ｅｒを有し、
第１コア１ａの外周の第２コア１ｂに希土類元素Ｎｄお
よびＹｂを共に有する増幅用光ファイバ、または第１コ
ア１ａに希土類元素ＥｒおよびＹｂを共に有し、第２コ
ア１ｂに希土類元素Ｙｂを有する増幅用光ファイバ、ま
たは、第１コア１ａに希土類元素Ｅｒを有し、第２コア
１ｂに希土類元素Ｔｍを有し、さらに第２コア１ｂの外
周の第３コアに希土類元素Ｎｄを有する増幅用光ファイ
バを用いてもよく、同様な効果を奏する。

【０１１１】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、増幅用光ファイバ１の高効率な励起と、簡略化を図
ることが可能な光ファイバ装置が得られる効果がある。

【０１１２】実施の形態３．次に、この実施の形態３の
レーザ発振を行う光ファイバ装置について説明する。図
７はこの実施の形態３の光ファイバ装置における増幅用
光ファイバの構成を示す断面図である。図７において図
１と同一または相当の部分については同一の符号を付し
説明を省略する。図７において、１ｄは第３コアであ
る。

【０１１３】この実施の形態３による増幅用光ファイバ
１００は、図７に示すように、中心コアである第１コア
１ａの外周に、第２コア１ｂ、第３コア１ｄおよびクラ
ッド１ｃが順次形成されている。第１コア１ａは石英系
のもので、信号光に対してシングルモードとなるように
その外径が設定され、活性媒質の希土類元素としてＥｒ
がドープされている。第２コア１ｂはフッ化物のもの
で、希土類元素としてＴｍ（ツリウム）がドープされて
いる。第３コア１ｄは石英系のもので、希土類元素とし
てＮｄがドープされている。クラッド１ｃは、保護兼光
閉込用としてウレタンアクリルレートやポリメチルメタ
アクリレートなどのような高分子樹脂が使用され、励起
光に対して透明である。また、クラッド１ｃは第３コア
１ｄよりも屈折率が小さく、第３コア１ｄは第２コア１
ｂよりも屈折率が小さく、第２コア１ｂは第１コア１ａ
よりも屈折率が小さくなるように設定されており、中心
コアの屈折率が最も大きく、外方に向かう外周コアにな
るほど屈折率は小さい構成である。

【０１１４】図８はこの実施の形態３による光ファイバ
装置の構成を示す模式図である。図２に示す光ファイバ
装置と同一部分には同一符号を付してその説明は省略す
る。図８において、半導体レーザ１１、レンズ１３ａお
よび励起用光ファイバ１３ｂは複数設置されている。４
１は励起光を内部で繰り返し反射させて密閉する集光器
であり、その内部面は励起光に対し前記実施の形態１の
ように鏡面反射性を有している。４２はレーザ光共振手
段の一部であり、増幅用光ファイバ１００の両端部１ｘ
の一方に一体形成され、波長が１．０６μｍ帯のレーザ
光を全反射するグレーティングである。

【０１１５】４３はレーザ光共振手段の一部であり、増
幅用光ファイバ１００の両端部１ｘのグレーティング４
２が形成された一方に一体形成され、波長が１．４７μ
ｍ帯のレーザ光を全反射するコーティングである。

【０１１６】４４は発振光発生手段の一部であり、増幅
用光ファイバ１００の両端部（発振光出力手段）１ｘの
グレーティング４２およびコーティング４３が形成され
た一方に設置され、波長が１．５５μｍ帯のレーザ光を
一部反射する部分反射鏡である。４５はレーザ光共振手
段および発振光発生手段の一部であり、増幅用光ファイ
バ１００の両端部１ｘにおける他端に設置され、波長が
１．０６μｍ帯、１．４７μｍ帯および１．５５μｍ帯
のレーザ光を全反射する全反射鏡である。

【０１１７】増幅用光ファイバ１００は集光器４１の内
部の円柱状の空間に一部設けられ、体積が集光器４１の
内部の容積とできるだけ等しくなるようにコイル状に巻
かれ密集して設置され、増幅用光ファイバ１００の両端
部１ｘは発振光出力手段を兼ね備えて集光器４１の内部
から外部に露出している。なお、この発振光出力手段を
兼ねた増幅用光ファイバ１００の両端部１ｘの代わり
に、前記増幅用光ファイバ１００と集光器４１内で通じ
ており、外部へ露出している光ファイバを用いることも
可能である。

【０１１８】次に動作について説明する。複数設置され
た半導体レーザ１１は、波長が０．８０μｍ帯の励起光
をそれぞれ出射する。複数設置されたレンズ１３ａによ
り、各半導体レーザ１１から出射された励起光を各励起
用光ファイバ１３ｂのマルチモードであるコアの断面積
にまで集光して各励起用光ファイバ１３ｂのコア中にそ
れぞれ入射させる。複数設置された励起用光ファイバ１
３ｂにより、励起光を集光器４１の内部にそれぞれ伝送
して導入している。

【０１１９】集光器４１の内部に導入された励起光は、
増幅用光ファイバ１００あるいは集光器４１の内部面に
照射される。励起光が増幅用光ファイバ１００に照射さ
れた場合、励起光は活性媒質を有する増幅用光ファイバ
１００により一部吸収され、再び増幅用光ファイバ１０
０あるいは集光器４１の内部面に照射される。励起光が
集光器４１の内部面に照射された場合、励起光は集光器
４１の内部面により反射され、再び増幅用光ファイバ１
００あるいは集光器４１の内部面に照射される。これに
より、励起光は集光器４１の内部において増幅用光ファ
イバ１００に繰り返し照射され、増幅用光ファイバ１０
０の活性媒質に繰り返し吸収される。

【０１２０】増幅用光ファイバ１００において、励起光
はクラッド１ｃを透過して第３コア１ｄ、第２コア１ｂ
および第１コア１ａを通過する。図３（ｄ）に示すよう
に、励起光の波長はＮｄの吸収波長λ１と同じであり、
第３コア１ｄ中のＮｄが励起光を吸収して励起されて反
転分布を形成する。増幅用光ファイバ１００の両端部１
ｘのグレーティング４２および全反射鏡４５により、誘
導放出現象を利用して、第３コア１ｄ、第２コア１ｂお
よび第１コア１ａ中においてＮｄの誘導放出波長λ７で
ある１．０６μｍ帯のレーザ光を増幅用光ファイバ１０
０中で共振させて密閉する。

【０１２１】Ｎｄの誘導放出波長λ７はＴｍの吸収波長
λ１０と同じであり、第２コア１ｂ中のＴｍが１．０６
μｍ帯のレーザ光を吸収して励起されて反転分布を形成
する。増幅用光ファイバ１００の両端のコーティング４
３および全反射鏡４５により、誘導放出現象を利用し
て、第２コア１ｂおよび第１コア１ａ中においてＴｍの
誘導放出波長λ１１である１．４７μｍ帯のレーザ光を
増幅用光ファイバ１００中で共振させて密閉する。Ｔｍ
の誘導放出波長λ１１はＥｒの吸収波長λ１２と同じで
あり、第１コア１ａ中のＥｒが１．４７μｍ帯のレーザ
光を吸収して励起されて反転分布を形成する。増幅用光
ファイバ１００の両端の部分反射鏡４４および全反射鏡
４５により、誘導放出現象を利用して第１コア１ａ中に
おいてＥｒの誘導放出波長λ４である１．５５μｍ帯の
発振光を増幅用光ファイバ１００中でレーザ発振させ
る。増幅用光ファイバ１００により、増幅用光ファイバ
１００の一端に設置された部分反射鏡４４からレーザ発
振された発振光を集光器４１の外部に伝送して出力す
る。

【０１２２】ここで、複数設置された半導体レーザ１
１、レンズ１３ａおよび励起用光ファイバ１３ｂによ
り、半導体レーザからの励起光は多数合成され、高出力
の励起光を集光器４１の内部に入力しているため、高出
力な光増幅を図ることが出来る。

【０１２３】なお、複数設置されたレンズ１３ａによ
り、各半導体レーザ１１から出射された励起光を各光フ
ァイバのコアの断面積にまで集光して各光ファイバのコ
ア中にそれぞれ入射させる場合には、励起用光ファイバ
１３ｂを複数の光ファイバを束ねた光ファイバ束とする
ことが出来る。

【０１２４】なお、この実施の形態３では、複数設置さ
れた励起用光ファイバ１３ｂにより、励起光を集光器４
１の内部にそれぞれ伝送して導入しているとしたが、複
数の光ファイバを束ねて光ファイバ束として励起光を集
光器４１の内部に伝送して導入しても同様な効果が得ら
れる。

【０１２５】励起光は集光器４１の内部において増幅用
光ファイバ１００に繰り返し照射され、増幅用光ファイ
バ１００の第３コア１ｄの活性物質に繰り返し吸収され
るため、増幅用光ファイバ１００の高効率な励起を図る
ことができる。また、増幅用光ファイバ１００は、体積
が集光器４１の内部の容積とできるだけ等しくなるよう
にコイル状に巻かれ密集して設置されているため、励起
光を多く活性物質に吸収させて、高出力な光増幅を図る
ことが出来る。

【０１２６】励起用光ファイバ１３ｂにより、励起光を
集光器４１の内部に伝送して導入している。さらに増幅
用光ファイバ１００により、発振光を集光器４１の外部
に伝送しているため、光ファイバの断面積は集光器４１
の内部表面積に比べて十分に小さく、集光器４１の内部
からの励起光の漏れを小さく抑えて、増幅用光ファイバ
１００の高効率な励起を図ることが出来る。

【０１２７】第３コア１ｄ中のＮｄが励起光を吸収して
励起されるため、第３コア１ｄは全体として第１コア１
ａの断面積よりも十分に大きい断面積を有していて、第
１コア１ａ中の活性媒質だけで励起光を吸収する場合に
比べ、励起光は多く活性媒質に吸収され、増幅用光ファ
イバ１００の高効率な励起を図ることが出来る。また、
増幅用光ファイバ１００の両端部１ｘのグレーティング
４２、コーティング４３および全反射鏡４５により、第
３コア１ｄ、第２コア１ｂ、および第１コア１ａ中にお
いてＮｄの誘導放出波長λ７である１．０６μｍ帯のレ
ーザ光およびＴｍの誘導放出波長λ１１である１．４７
μｍ帯のレーザ光を増幅用光ファイバ１００中で共振さ
せて密閉して、第２コア１ｂ中のＴｍが１．０６μｍ帯
のレーザ光および第１コア１ａ中のＥｒが１．４７μｍ
帯のレーザ光を吸収して励起されるため、第２コア１ｂ
および第１コア１ａ中の活性媒質は高密度で均一励起さ
れ、増幅用光ファイバ１００の高効率な励起を図ること
が出来る。

【０１２８】レーザ光共振手段および発振光発生手段の
それぞれ一部は、増幅用光ファイバ１００の両端部１ｘ
の一方に一体形成されたそれぞれグレーティング４２お
よびコーティング４３を用いているため、新たな構成要
素を設置する必要がなく、光ファイバ装置の簡略化を図
ることが出来る。

【０１２９】なお、この実施の形態３では、発振光発生
手段の一部を、増幅用光ファイバ１００の両端部１ｘの
グレーティング４２およびコーティング４３が形成され
た一方に設置され、波長が１．５５μｍ帯のレーザ光を
一部反射する部分反射鏡としたが、増幅用光ファイバ１
００の両端部１ｘのグレーティング４２およびコーティ
ング４３が形成された一方に何も設置せず、増幅用光フ
ァイバ１００の端面におけるフレネル反射を用いても、
波長が１．５５μｍ帯のレーザ光を一部反射するため、
同様の効果が得られる。

【０１３０】また、この実施の形態３では、集光器４１
の内部面が励起光に対し全反射するように構成してもよ
く、このように構成した場合には、集光器４１の内部で
の励起光の損失を低減し、増幅用光ファイバ１００の高
効率な励起を図ることが出来る。

【０１３１】さらにまた、この実施の形態３でも、前記
実施の形態２のように集光器４１の内面部は励起光に対
し拡散反射性であってもよく、このように構成した場合
は増幅用光ファイバ１００は励起光に一様に照射されて
励起密度分布は均一になり、増幅用光ファイバ１００の
高効率な励起を図ることが可能になる。この場合、集光
器１２の内部面は励起光に対して反射率の高いセラミッ
クス材料あるいは樹脂材料で形成することが出来る。

【０１３２】また、以上の説明において第１コア１ａに
希土類元素Ｅｒを有し、第２コア１ｂに希土類元素Ｔｍ
を有し、第２コア１ｂの外周の第３コア１ｄに希土類元
素Ｎｄを有する増幅用光ファイバ１００を用いるものと
したが、第３コアを有さず中心コアの第１コア１ａに希
土類元素Ｅｒを有し、第１コア１ａの外周の第２コア１
ｂに希土類元素ＮｄおよびＹｂを共に有する増幅用光フ
ァイバ、同様に第１コア１ａに希土類元素ＥｒおよびＹ
ｂを共に有し、第２コア１ｂに希土類元素Ｙｂを有する
増幅用光ファイバ、または同様に第１コア１ａに希土類
元素Ｐｒを有し、第２コア１ｂに希土類元素Ｎｄを有す
る増幅用光ファイバを用いてもよく、同様な効果を奏す
る。

【０１３３】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、増幅用光ファイバ１００の高効率な励起と、簡略化
を図ることが可能な光ファイバ装置が得られる効果があ
る。

【０１３４】実施の形態４．次に、この実施の形態４の
レーザ発振を行う光ファイバ装置について説明する。こ
の実施の形態４における増幅用光ファイバは、前記実施
の形態１の図１に示した増幅用光ファイバと同様な構成
であるが、この実施の形態４の増幅用光ファイバ１０１
は第１コア１ａが石英系のものであり、誘導ラマン散乱
の増幅媒質である。また、第２コア１ｂは石英系のもの
であり、希土類元素としてＮｄがドープされている。ク
ラッド１ｃは第２コア１ｂよりも屈折率が小さく、第２
コア１ｂは第１コア１ａよりも屈折率が小さくなるよう
に設定されており、中心コアの屈折率が最も大きく、外
方に向かう外周コアになるほど屈折率は小さい構成であ
る。

【０１３５】図９はこの実施の形態４における光ファイ
バ装置の構成を示す模式図である。なお、図９において
図２と同一部分は同一符号を付してその説明は省略す
る。図において、５１は励起光入力手段であり、半導体
レーザから出力された励起光を収束するレンズ、５２は
発振光発生手段、レーザ光共振手段の一部であり、増幅
用光ファイバ１０１の両端部の一方に一体形成され、発
振光を全反射するグレーティングである。５３は前記発
振光発生手段、レーザ光共振手段の一部であり、増幅用
光ファイバ１０１の両端部のもう一方に一体形成され、
発振光を一部反射して、励起光を全反射するグレーティ
ングであり、発振光出力手段を兼ね備えている。

【０１３６】次に動作について説明する。半導体レーザ
１１は波長が０．８０μｍ帯の励起光を出射する。レン
ズ５１により半導体レーザ１１から出射された励起光を
増幅用光ファイバ１０１の第２コア１ｂの断面積まで集
光して増幅用光ファイバ１０１の第２コア１ｂ中に入射
させる。

【０１３７】増幅用光ファイバ１０１において、励起光
は第２コア１ｂおよび第１コア１ａを折り返し通過す
る。励起光の波長はＮｄの吸収波長λ１と同じであり、
第２コア１ｂ中のＮｄが励起光を吸収して励起されて反
転分布を形成する。増幅用光ファイバ１０１の両端部に
それぞれ一体形成されたグレーティング５２，５３によ
り、誘導放出現象を利用して、第２コア１ｂおよび第１
コア１ａ中においてＮｄの誘導放出波長λ７である１．
０６μｍ帯のレーザ光を増幅用光ファイバ１０１中で共
振させて密閉する。

【０１３８】増幅用光ファイバ１０１において、周波数
ν１（誘導放出波長λ７）のレーザ光は第２コア１ｂお
よび第１コア１ａを繰り返し通過する。図１０に誘導ラ
マン散乱におけるエネルギー遷移を示す。励起光が石英
系の活性媒質の第１コア１ａに照射されると、非線形光
学効果の一つである誘導ラマン散乱により、励起光と活
性媒質の間においてエネルギー準位間のエネルギー差ｈ
（ν１−ν２）に等しいエネルギーの授受が行われる。

【０１３９】増幅用光ファイバ１０１の両端部のグレー
ティング５２，５３により、誘導ラマン散乱を利用し
て、エネルギー準位間のエネルギー差に相当する周波数
ν３（＝ν１−ν２）の発振光を増幅用光ファイバ１０
１中でレーザ発振させる。増幅用光ファイバ１０１自体
により、増幅用光ファイバ１０１の両端部の一方に形成
された周波数ν３の発振光を一部反射するグレーティン
グ５３からレーザ発振された発振光を出力する。

【０１４０】ここで、非線形光学効果を利用してレーザ
発振を行う光ファイバ装置において、第２コア１ｂ中の
Ｎｄが励起光を吸収して励起されるため、第２コア１ｂ
は全体として第１コア１ａの断面積よりも十分に大きい
断面積を有していて、第１コア１ａ中の活性媒質だけで
励起光を吸収する場合に比べて励起光は多く活性媒質に
吸収され、増幅用光ファイバ１０１の高効率な励起を図
ることが出来る。また、増幅用光ファイバ１０１の両端
部にそれぞれ一体形成されたグレーティング５２，５３
により、第２コア１ｂおよび第１コア１ａ中においてＮ
ｄの誘導放出波長λ７である１．０６μｍ帯のレーザ光
を増幅用光ファイバ１０１中で共振させて密閉して、石
英系の第１コア１ａ中に入射するため、増幅媒質である
第１コア１ａは高密度で均一励起され、増幅用光ファイ
バ１０１の高効率な励起を図ることが出来る。

【０１４１】また、増幅用光ファイバ１０１の両端部の
もう一方に一体形成され、励起光を全反射するグレーテ
ィング５２により、励起光は増幅用光ファイバ１０１中
において折り返し通過し、増幅用光ファイバ１０１の活
性物質に再び吸収されるため、増幅用光ファイバ１０１
の高効率な励起を図ることが出来る。

【０１４２】また、レーザ光共振手段および発振光発生
手段は、増幅用光ファイバ１０１の両端部にそれぞれ一
体形成されたグレーティング５２，５３を用いているた
め、新たな構成要素を設置する必要がなく、光ファイバ
装置の簡略化を図ることが出来る。

【０１４３】なお、この実施の形態４では、非線形光学
効果を利用してレーザ発振を行う光ファイバ装置として
構成したが、グレーティング（レーザ光共振手段）５２
が施された増幅用光ファイバ１０１の端面に励起光およ
び信号光を合成する光ファイバカプラの出力端を接続
し、励起光を光ファイバカプラの一方の入力端（励起光
入力手段）へ、また信号光を前記光ファイバカプラのも
う一方の入力端（信号光入力手段）へ入力し、接続した
前記光ファイバカプラの出力端から前記励起光および前
記信号光を合成して増幅用光ファイバ１０１へ入力し、
光増幅された信号光を増幅用光ファイバ１０１のグレー
ティング５３（レーザ光共振手段，信号光出力手段）か
ら出力するなど、非線形光学効果を利用して信号光の光
増幅を行う光ファイバ装置として構成しても、同様な効
果が得られる。

【０１４４】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、増幅用光ファイバ１０１の高効率な励起と、簡略化
を図ることが可能な光ファイバ装置が得られる効果があ
る。

【０１４５】実施の形態５．次に、この実施の形態５の
信号光の光増幅を行う光ファイバ装置について説明す
る。この光ファイバ装置の増幅用光ファイバは、前記実
施の形態４の増幅用光ファイバと同一のものであり、中
心コアの屈折率が最も大きく、外方に向かう外周コアに
なるほど屈折率は小さい構成である。

【０１４６】図１１はこの実施の形態５の光ファイバ装
置の構成を示す模式図である。図１１において図２と同
一部分には同一符号を付しその説明は省略する。図にお
いて、６１は内部面が励起光に対して鏡面反射性であ
り、励起光を内部で繰り返し反射させて密閉する集光
器、６２はレーザ光共振手段であり、増幅用光ファイバ
１０１の両端面にそれぞれ一体形成され、波長が１．０
６μｍ帯のレーザ光を全反射するグレーティングであ
る。

【０１４７】増幅用光ファイバ１０１は集光器６１の内
部の円環状の空間に一部設けられ、体積が集光器６１の
内部の容積とできるだけ等しくなるようにコイル状に巻
かれ密集して設置され、増幅用光ファイバ１０１の両端
部１ｘは信号光入力手段および信号光出力手段を兼ね備
えて集光器６１の内部から外部に露出している。なお、
これら信号光入力手段および信号光出力手段を兼ねた増
幅用光ファイバ１０１の両端部１ｘの少なくとも一方
は、前記増幅用光ファイバ１０１と集光器６１内で通じ
ていて外部へ露出している光ファイバを用いることも可
能である。

【０１４８】集光器６１の内部における増幅用光ファイ
バ１０１との隙間にはクラッドと同じ媒質が充填され、
集光器６１はクラッド１ｃと同じ媒質が充填され、集光
器６１はクラッド１ｃよりも屈折率が小さいガラス材料
であり、内部面が励起光に対し全反射するように形成さ
れている。

【０１４９】次に動作について説明する。半導体レーザ
１１は波長が０．８０μｍ帯の励起光を出射する。レン
ズ１３ａにより、半導体レーザ１１から出射された励起
光を励起用光ファイバ１３ｂのマルチモードで大口径の
コアの断面積にまで集光して励起用光ファイバ１３ｂの
コア中に入射させる。励起用光ファイバ１３ｂにより、
励起光を集光器６１の内部に伝送して導入している。

【０１５０】集光器６１の内部に導入された励起光は、
増幅用光ファイバ１０１あるいは集光器６１の内部面に
照射される。励起光が増幅用光ファイバ１０１に照射さ
れた場合、励起光は活性媒質を有する増幅用光ファイバ
１０１により一部吸収され、再び増幅用光ファイバ１０
１あるいは集光器６１の内部面に照射される。励起光が
集光器６１の内部面に照射された場合、励起光は励起光
に対して鏡面反射性である内部面により反射され、再び
増幅用光ファイバ１０１あるいは集光器６１の内部面に
照射される。これにより、励起光は集光器６１の内部に
おいて増幅用光ファイバ１０１に繰り返し照射され、増
幅用光ファイバ１０１の活性媒質に繰り返し吸収され
る。

【０１５１】増幅用光ファイバ１０１において、励起光
はクラッド１ｃを透過して第２コア１ｂおよび第１コア
１ａを通過する。励起光の波長はＮｄの吸収波長λ１と
同じであり、第２コア１ｂ中のＮｄが励起光を吸収して
励起されて反転分布を形成する。増幅用光ファイバ１０
１の両端部１ｘにそれぞれ一体形成されたグレーティン
グ６２により、誘導放出現象を利用して、第２コア１ｂ
および第１コア１ａ中においてＮｄの誘導放出波長λ７
である１．０６μｍ帯のレーザ光を増幅用光ファイバ１
０１中で共振させて密閉する。

【０１５２】増幅用光ファイバ１０１において、周波数
ν１（誘導放出波長λ７）のレーザ光は、第２コア１ｂ
および第１コア１ａを繰り返し通過する。励起光が石英
系の活性媒質の第１コア１ａに照射されると、非線形光
学効果の一つである誘導ラマン散乱により、励起光と活
性媒質の間においてエネルギー準位間のエネルギー差ｈ
（ν１−ν２）に等しいエネルギーの授受が行われる。

【０１５３】増幅用光ファイバ１０１自体により、集光
器６１の内部に導入される増幅用光ファイバ１０１の両
端部１ｘの一方からエネルギー準位間のエネルギー差に
相当する周波数ν３（＝ν１−ν２）の信号光を集光器
６１の内部の増幅用光ファイバ１０１の第１コア１ａに
伝送して導入している。これにより、誘導ラマン散乱効
果を利用して、周波数ν３の信号光が増幅用光ファイバ
１０１中で光増幅される。増幅用光ファイバ１０１自体
により、増幅用光ファイバ１０１の両端部１ｘのもう一
方から光増幅された信号光を集光器６１の外部に伝送し
て出力する。

【０１５４】ここで、励起光は集光器６１の内部におい
て増幅用光ファイバ１０１に繰り返し照射され、増幅用
光ファイバ１０１の第２コア１ｂの活性物質に繰り返し
吸収されるため、増幅用光ファイバ１０１の高効率な励
起を図ることが出来る。また、増幅用光ファイバ１０１
の一部は、体積が集光器６１の内部の容積とできるだけ
等しくなるようにコイル状に巻かれ密集して設置されて
いるため、励起光を多く活性媒質に吸収させて、高出力
な光増幅を図ることが出来る。

【０１５５】励起用光ファイバ１３ｂにより、励起光を
集光器６１の内部に伝送して導入している。さらに増幅
用光ファイバ１０１自体により、信号光を集光器６１の
外部に伝送しているため、光ファイバの断面積は集光器
６１の内部表面積に比べて十分に小さく、集光器６１の
内部からの励起光の漏れを小さく抑えて、増幅用光ファ
イバ１０１の高効率な励起を図ることが出来る。

【０１５６】また、集光器６１の内部面が励起光に対し
て全反射するように形成されているため、集光器６１の
内部における励起光の損失を低減して、増幅用光ファイ
バ１０１の高効率な励起を図ることが出来る。

【０１５７】さらに、レーザ光共振手段は、増幅用光フ
ァイバ１０１の両端部１ｘにそれぞれ一体形成されたグ
レーティング６２を用いているため、新たな構成要素を
設置する必要がなく、光ファイバ装置の簡略化を図るこ
とが出来る。

【０１５８】なお、この実施の形態５では、非線形光学
効果を利用して信号光の光増幅を行う光ファイバ装置と
して構成したが、図８に示したように部分反射鏡４４、
全反射鏡４５、グレーティング４２などを設け、非線形
光学効果を利用してレーザ発振を行う光ファイバ装置と
し、増幅用光ファイバ１０１の両端部１ｘが発振光出力
手段を兼ね備えて集光器４１の内部から外部に露出して
いるように構成しても、同様な効果が得られる。

【０１５９】また、この実施の形態５の光ファイバ装置
を非線形光学効果を利用してレーザ発振を行う光ファイ
バ装置として構成した場合、発振光出力手段を兼ねた増
幅用光ファイバ１０１の両端部１ｘの代わりに、前記増
幅用光ファイバ１０１と集光器６１内で通じていて外部
へ露出している光ファイバを用いることも可能である。

【０１６０】また、この実施の形態５の光ファイバ装置
をレーザ発振を行う光ファイバ装置として構成した場合
においても、前記実施の形態１のように集光器６１の内
部面が励起光に対して鏡面反射性であるように構成して
もよく、集光器６１の内部における励起密度分布を任意
に形成することにより、増幅用光ファイバ１０１に励起
光を集中的に照射させて増幅用光ファイバ１０１の高効
率な励起を図ることが出来る。

【０１６１】さらに、この実施の形態５の光ファイバ装
置を信号光の光増幅を行う光ファイバ装置またはレーザ
発振を行う光ファイバ装置として構成した場合いずれに
おいても、前記実施の形態２のように集光器６１の内面
部は励起光に対し拡散反射性であってもよく、このよう
に構成した場合は増幅用光ファイバ１０１は励起光に一
様に照射されて励起密度分布は均一になり、増幅用光フ
ァイバ１０１の高効率な励起を図ることが可能になる。
この場合、集光器６１の内部面は励起光に対して反射率
の高いセラミックス材料あるいは樹脂材料で形成するこ
とが出来る。

【０１６２】さらに、半導体レーザ１１などの励起光源
およびレンズ１３ａ、励起用光ファイバ１３ｂなどの励
起光入力手段の少なくとも一方を複数設ける構成にして
もよく、このように構成した場合には、半導体レーザ１
１からの励起光を多数合成することができ、高出力の励
起光を集光器６１の内部に入力でき、高出力な光増幅を
図ることが出来る。

【０１６３】なお、複数設置されたレンズ１３ａによ
り、各半導体レーザ１１から出射された励起光を各光フ
ァイバのコアの断面積にまで集光して各光ファイバのコ
ア中にそれぞれ入射させる場合には、励起用光ファイバ
１３ｂを複数の光ファイバを束ねた光ファイバ束とする
ことが出来る。

【０１６４】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、増幅用光ファイバ１０１の高効率な励起と、簡略化
を図ることが可能な光ファイバ装置が得られる効果があ
る。

【０１６５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、励起
光を出力する励起光源と、励起光を内部で繰り返し反射
させて密閉する集光器と、前記励起光源から出力された
励起光を前記集光器の内部に入力するための励起光入力
手段と、前記集光器の内部に全てあるいは一部設けら
れ、少なくとも２重のコアが形成され、中心コアは少な
くとも一種類の活性媒質を有し、少なくとも一層の外周
コアには少なくとも一種類の活性媒質を有する増幅用光
ファイバと、活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出
現象により少なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光
ファイバ中で共振させて密閉するためのレーザ光共振手
段と、信号光を前記集光器の内部の前記増幅用光ファイ
バに入力するための信号光入力手段と、活性媒質を有す
る前記中心コアの誘導放出現象により前記増幅用光ファ
イバ中で光増幅された信号光を前記集光器の外部に出力
するための信号光出力手段とを備えるように構成したの
で、信号光を光増幅する前記増幅用光ファイバの高効率
な励起を図れる効果がある。

【０１６６】この発明によれば、励起光を出力する励起
光源と、励起光を内部で繰り返し反射させて密閉する集
光器と、前記励起光源から出力された励起光を前記集光
器の内部に入力するための励起光入力手段と、前記集光
器の内部に全てあるいは一部設けられ、少なくとも一層
の外周コアには少なくとも一種類の活性媒質を有する増
幅用光ファイバと、活性媒質を有する前記外周コアの誘
導放出現象により少なくとも一波長のレーザ光を前記増
幅用光ファイバ中で共振させて密閉するためのレーザ光
共振手段と、活性媒質を有する中心コアの誘導放出現象
により発振光を増幅用光ファイバ中でレーザ発振させる
ための発振光発生手段と、該発振光発生手段により前記
増幅用光ファイバ中でレーザ発振された発振光を前記集
光器の外部に出力するための発振光出力手段とを備える
ように構成したので、レーザ発振を行う前記増幅用光フ
ァイバの高効率な励起を図れる効果がある。

【０１６７】この発明によれば、励起光を出力する励起
光源と、励起光を内部で繰り返し反射させて密閉する集
光器と、前記励起光源から出力された励起光を前記集光
器の内部に入力するための励起光入力手段と、前記集光
器の内部に全てあるいは一部設けられ、少なくとも２重
のコアが形成され、中心コアは非線形光学効果における
増幅媒質であり、少なくとも一層の外周コアには少なく
とも一種類の活性媒質を有する増幅用光ファイバと、活
性媒質を有する前記外周コアの誘導放出現象により少な
くとも一波長のレーザ光を前記増幅用光ファイバ中で共
振させて密閉するためのレーザ光共振手段と、信号光を
前記集光器の内部の前記増幅用光ファイバに入力するた
めの信号光入力手段と、前記増幅媒質である中心コアの
非線形光学効果により前記増幅用光ファイバ中で光増幅
された信号光を前記集光器の外部に出力するための信号
光出力手段とを備えるように構成したので、前記増幅媒
質である中心コアが高密度で均一励起され、信号光を光
増幅する前記増幅用光ファイバの高効率な励起を図れる
効果がある。

【０１６８】この発明によれば、励起光を出力する励起
光源と、励起光を内部で繰り返し反射させて密閉する集
光器と、前記励起光源から出力された励起光を前記集光
器の内部に入力するための励起光入力手段と、前記集光
器の内部に全てあるいは一部設けられ、少なくとも２重
のコアが形成され、中心コアは非線形光学効果における
増幅媒質であり、少なくとも一層の外周コアには少なく
とも一種類の活性媒質を有する増幅用光ファイバと、活
性媒質を有する前記外周コアの誘導放出現象により少な
くとも一波長のレーザ光を前記増幅用光ファイバ中で共
振させて密閉するためのレーザ光共振手段と、増幅媒質
である前記中心コアの非線形光学効果により発振光を前
記増幅用光ファイバ中でレーザ発振させるための発振光
発生手段と、該発振光発生手段により前記増幅用光ファ
イバ中でレーザ発振された発振光を前記集光器の外部へ
出力するための発振光出力手段とを備えるように構成し
たので、増幅媒質である前記中心コアが高密度で均一励
起され、レーザ発振を行う前記増幅用光ファイバの高効
率な励起を図れる効果がある。

【０１６９】この発明によれば、信号光入力手段および
信号光出力手段の少なくとも一方には、集光器の内部か
ら外部に露出している増幅用光ファイバ自体、あるいは
増幅用光ファイバと集光器の内部で通じていて外部に露
出している光ファイバを用いるように構成したので、前
記光ファイバのコアの断面積は集光器の内部表面積に比
べて十分に小さいため、集光器の内部からの励起光の漏
れを小さく抑えて、増幅用光ファイバの高効率な励起を
図れる効果がある。

【０１７０】この発明によれば、集光器の内部から外部
に露出している増幅用光ファイバ自体、あるいは増幅用
光ファイバと集光器の内部で通じていて外部に露出して
いる光ファイバを発振光出力手段として用いるように構
成したので、集光器の内部からの励起光の漏れを小さく
抑えて、増幅用光ファイバの高効率な励起を図れる効果
がある。

【０１７１】この発明によれば、集光器の内部面が励起
光に対して鏡面反射性になるように構成したので、励起
光は集光器の内部において増幅用光ファイバに繰り返し
照射され、増幅用光ファイバの高効率な励起を図れる効
果がある。

【０１７２】この発明によれば、集光器の内部面が励起
光に対して全反射するように構成したので、集光器の内
部における励起光の損失を低減して、増幅用光ファイバ
の高効率な励起を図れる効果がある。

【０１７３】この発明によれば、集光器の内部面を励起
光に対し拡散反射性になるように構成したので、増幅用
光ファイバは励起光に一様に照射されて励起密度分布が
均一となり、増幅用光ファイバの高効率な励起を図れる
効果がある。

【０１７４】この発明によれば、集光器の内部面を励起
光に対して反射率の高いセラミックス材料あるいは樹脂
材料で形成するように構成したので、集光器の内部にお
ける励起光の損失を低減して、増幅用光ファイバの高効
率な励起が図れる効果がある。

【０１７５】この発明によれば、励起光の出射をスロー
軸方向に複数集積して構成されたバー状素子であるアレ
ー半導体レーザ、あるいは励起光の出射端をスロー軸方
向に複数集積して構成されたバー状素子を、ファスト軸
方向に複数集積して構成したスタック型半導体レーザを
励起光源としており、励起光入力手段は、前記励起光源
から出射された励起光を少なくともファスト軸方向に収
束するための半導体レーザ光収束手段と、集光器に設け
られ、励起光を当該集光器の内部に導入するための半導
体レーザ光導入手段とを備えるように構成したので、エ
ネルギー利用効率を高くして高出力の励起光を前記集光
器の前記内部に入力でき、増幅用光ファイバの高効率な
励起を図れる効果がある。

【０１７６】この発明によれば、励起光源から出力され
た励起光を収束する結合光学系と、該結合光学系から収
束された励起光を伝送して集光器の内部に導入する光フ
ァイバあるいは光ファイバ束とを励起光入力手段が備え
るように構成したので、前記集光器からの励起光の漏れ
をなくして高出力の励起光を前記集光器の内部に入力で
き、増幅用光ファイバの高効率な励起を図れる効果があ
る。

【０１７７】この発明によれば、励起光源および励起光
入力手段の少なくとも一方を複数設置するように構成し
たので、高出力の励起光を集光器の内部に入力でき、増
幅用光ファイバの高効率な励起を図れる効果がある。

【０１７８】この発明によれば、増幅用光ファイバの全
てあるいは一部を、体積が集光器の内部の容積とできる
だけ等しくなるように密集して設置した構成を備えるよ
うにしたので、増幅用光ファイバの高効率な励起を図れ
る効果がある。

【０１７９】この発明によれば、増幅用光ファイバが中
心コアの第１コアに希土類元素Ｅｒを有し、第１コアの
外周の第２コアに希土類元素ＮｄおよびＹｂを共に有す
る構成か、または第１コアに希土類元素ＥｒおよびＹｂ
を共に有し、第２コアに希土類元素Ｙｂを有する構成
か、または第１コアに希土類元素Ｐｒを有し、第２コア
に希土類元素Ｎｄを有する構成か、あるいは第１コアに
希土類元素Ｅｒを有し、第２コアに希土類元素Ｔｍを有
し、第２コアの外周の第３コアに希土類元素Ｎｄを有す
るように構成したので、増幅用光ファイバの高効率な励
起を図れる効果がある。

【０１８０】この発明によれば、励起光を出力する励起
光源と、少なくとも２重のコアが形成され、中心コアは
非線形光学効果における増幅媒質であり、少なくとも一
層の外周コアには少なくとも一種類の活性媒質を有する
増幅用光ファイバと、前記励起光源から出力された励起
光を前記増幅用光ファイバに入力するための励起光入力
手段と、活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出現象
により少なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光ファ
イバ中で共振させて密閉するためのレーザ光共振手段
と、信号光を前記増幅用光ファイバへ入力するための信
号光入力手段と、増幅媒質である前記中心コアの非線形
光学効果により前記増幅用光ファイバ中で光増幅された
信号光を出力するための信号光出力手段を備えるように
構成したので、信号光を光増幅する増幅用光ファイバの
高効率な励起を図れる効果がある。

【０１８１】この発明によれば、励起光を出力する励起
光源と、少なくとも２重のコアが形成され、中心コアは
非線形光学効果における増幅媒質であり、少なくとも一
層の外周コアには少なくとも一種類の活性媒質を有する
増幅用光ファイバと、前記励起光源から出力された励起
光を前記増幅用光ファイバに入力するための励起光入力
手段と、活性媒質を有する外周コアの誘導放出現象によ
り少なくとも一波長のレーザ光を増幅用光ファイバ中で
共振させて密閉するためのレーザ光共振手段と、増幅媒
質である中心コアの非線形光学効果により発振光を増幅
用光ファイバ中でレーザ発振させるための発振光発生手
段とを備えるように構成したので、レーザ発振を行う増
幅用光ファイバの高効率な励起を図れる効果がある。

【０１８２】この発明によれば、発振光発生手段の全て
あるいは一部が、増幅用光ファイバに一体形成されたグ
レーティングあるいはコーティングを用いるか、増幅用
光ファイバの端面におけるフレネル反射を用いるように
構成したので、新たな構成要素を付加する必要がなく、
光ファイバ装置の簡略化を図れる効果がある。

【０１８３】この発明によれば、レーザ光共振手段の全
てあるいは一部として、増幅用光ファイバに一体形成さ
れたグレーティングあるいはコーティングを用いるよう
に構成したので、新たな構成要素を付加する必要がな
く、光ファイバ装置の簡略化を図れる効果がある。

【０１８４】この発明によれば、中心コアの屈折率が最
も大きく、外方に向かう外周コアになるほど屈折率が小
さい構成を増幅用光ファイバが備えるようにしたので、
増幅用光ファイバの高効率な励起が図れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による増幅用光ファ
イバの構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による光ファイバ装
置の構成を示す模式図である。

【図３】 この発明の光ファイバ装置における各希土類
元素のエネルギー準位を示す説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態２による光ファイバ装
置の構成を示す模式図である。

【図５】 この発明の実施の形態２による光ファイバ装
置において、半導体レーザ光導入手段を集光器に形成さ
れたスリットのみで構成した場合の模式図である。

【図６】 この発明の実施の形態２による光ファイバ装
置における半導体レーザ光導入手段の構成を示す模式図
である。

【図７】 この発明の実施の形態３による増幅用光ファ
イバの構成を示す断面図である。

【図８】 この発明の実施の形態３による光ファイバ装
置の構成を示す模式図である。

【図９】 この発明の実施の形態４による光ファイバ装
置の構成を示す模式図である。

【図１０】 この発明の実施の形態４における誘導ラマ
ン散乱におけるエネルギー遷移を示す説明図である。

【図１１】 この発明の実施の形態５の光ファイバ装置
の構成を示す模式図である。

【図１２】 誘導放出現象を利用した光増幅やレーザ発
振用の媒体として使用されるダブルクラッド型の光ファ
イバの構造を示す断面図および屈折率分布図である。

【図１３】 特開平１０−１９００９７号公報に開示さ
れたレーザ装置の構成を示す説明図である。

【図１４】 特開平７−２１１９８０号公報に開示され
た光ファイバ増幅器の概略構成を示すブロック図であ
る。

【図１５】 ２枚の光フィルタとＰｒ／Ｙｂ共添加２重
コア光ファイバにより構成された共振器の概略構成を示
す模式図である。

【符号の説明】

１，１００，１０１ 増幅用光ファイバ、１ｘ 増幅用
光ファイバの両端部（発振光出力手段，信号光入力手
段，信号光出力手段）、１１ 半導体レーザ（励起光
源）、１２，２４，４１，６１ 集光器、１３ｂ 励起
用光ファイバ（励起光入力手段）、１３ａ レンズ（励
起光入力手段，結合光学系）、５１ レンズ（励起光入
力手段）、１４ 信号入力用光ファイバ（信号光入力手
段）、１５信号出力用光ファイバ（信号光出力手段）、
１６，６２ グレーティング（レーザ光共振手段）、２
１ スタック型半導体レーザ（励起光源）、２１−１，
２１−２，２１−３，２１−４，２１−５ バー状素
子、２２ 半導体レーザ光収束手段（励起光入力手
段）、２３ 半導体レーザ光導入手段（励起光入力手
段）、４２，５２，５３ グレーティング（レーザ光共
振手段，発振光発生手段）、４３ コーティング（レー
ザ光共振手段，発振光発生手段）、４４ 部分反射鏡
（発振光発生手段）、４５ 全反射鏡（発振光発生手
段，レーザ光共振手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H050 AA11 AB18X AB20X AB42Y AC13 2K002 AA02 AB30 BA01 CA15 DA10 GA10 HA23 5F072 AB08 AB09 AK06 JJ02 KK06 KK30 MM08 PP07 RR01 YY17

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性媒質を有する増幅用光ファイバに励
   起光を与え、誘導放出現象により光増幅を行う光ファイ
   バ装置において、 励起光を出力する励起光源と、 励起光を内部で繰り返し反射させて密閉する集光器と、 前記励起光源から出力された励起光を前記集光器の内部
   に入力するための励起光入力手段と、 前記集光器の内部に全てあるいは一部設けられ、少なく
   とも２重のコアが形成され、中心コアは少なくとも一種
   類の活性媒質を有し、少なくとも一層の外周コアには少
   なくとも一種類の活性媒質を有する増幅用光ファイバ
   と、 活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出現象により少
   なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光ファイバ中で
   共振させて密閉するためのレーザ光共振手段と、 信号光を前記集光器の内部の前記増幅用光ファイバに入
   力するための信号光入力手段と、 活性媒質を有する前記中心コアの誘導放出現象により前
   記増幅用光ファイバ中で光増幅された信号光を前記集光
   器の外部に出力するための信号光出力手段とを備えたこ
   とを特徴とする光ファイバ装置。
2. 【請求項２】 活性媒質を有する増幅用光ファイバに励
   起光を与え、誘導放出現象によりレーザ発振を行う光フ
   ァイバ装置において、 励起光を出力する励起光源と、 励起光を内部で繰り返し反射させて密閉する集光器と、 前記励起光源から出力された励起光を前記集光器の内部
   に入力するための励起光入力手段と、 前記集光器の内部に全てあるいは一部設けられ、少なく
   とも２重のコアが形成され、中心コアは少なくとも一種
   類の活性媒質を有し、少なくとも一層の外周コアには少
   なくとも一種類の活性媒質を有する増幅用光ファイバ
   と、 活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出現象により少
   なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光ファイバ中で
   共振させて密閉するためのレーザ光共振手段と、 活性媒質を有する前記中心コアの誘導放出現象により発
   振光を前記増幅用光ファイバ中でレーザ発振させるため
   の発振光発生手段と、 該発振光発生手段により前記増幅用光ファイバ中でレー
   ザ発振された発振光を前記集光器の外に出力するための
   発振光出力手段とを備えたことを特徴とする光ファイバ
   装置。
3. 【請求項３】 活性媒質を有する増幅用光ファイバに励
   起光を与え、誘導放出現象を介して非線形光学効果によ
   り光増幅を行う光ファイバ装置において、 励起光を出力する励起光源と、 励起光を内部で繰り返し反射させて密閉する集光器と、 前記励起光源から出力された励起光を前記集光器の内部
   に入力するための励起光入力手段と、 前記集光器の内部に全てあるいは一部設けられ、少なく
   とも２重のコアが形成され、中心コアは非線形光学効果
   における増幅媒質であり、少なくとも一層の外周コアに
   は少なくとも一種類の活性媒質を有する増幅用光ファイ
   バと、 活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出現象により少
   なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光ファイバ中で
   共振させて密閉するためのレーザ光共振手段と、 信号光を前記集光器の内部の前記増幅用光ファイバに入
   力するための信号光入力手段と、 増幅媒質である前記中心コアの非線形光学効果により前
   記増幅用光ファイバ中で光増幅された信号光を前記集光
   器の外部に出力するための信号光出力手段とを備えたこ
   とを特徴とする光ファイバ装置。
4. 【請求項４】 活性媒質を有する増幅用光ファイバに励
   起光を与え、誘導放出現象を介して非線形光学効果によ
   りレーザ発振を行う光ファイバ装置において、 励起光を出力する励起光源と、 励起光を内部で繰り返し反射させて密閉する集光器と、 前記励起光源から出力された励起光を前記集光器の内部
   に入力するための励起光入力手段と、 前記集光器の内部に全てあるいは一部設けられ、少なく
   とも２重のコアが形成され、中心コアは非線形光学効果
   における増幅媒質であり、少なくとも一層の外周コアに
   は少なくとも一種類の活性媒質を有する増幅用光ファイ
   バと、 活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出現象により少
   なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光ファイバ中で
   共振させて密閉するためのレーザ光共振手段と、 増幅媒質である前記中心コアの非線形光学効果により発
   振光を前記増幅用光ファイバ中でレーザ発振させるため
   の発振光発生手段と、 該発振光発生手段により前記増幅用光ファイバ中でレー
   ザ発振された発振光を前記集光器の外部へ出力するため
   の発振光出力手段とを備えたことを特徴とする光ファイ
   バ装置。
5. 【請求項５】 信号光入力手段および信号光出力手段の
   少なくとも一方は、 集光器の内部から外部に露出している増幅用光ファイバ
   自体、あるいは増幅用光ファイバと集光器の内部で通じ
   ていて外部に露出している光ファイバを用いることを特
   徴とする請求項１または請求項３記載の光ファイバ装
   置。
6. 【請求項６】 発振光出力手段は、 集光器の内部から外部に露出している増幅用光ファイバ
   自体、あるいは増幅用光ファイバと集光器の内部で通じ
   ていて外部に露出している光ファイバを用いることを特
   徴とする請求項２または請求項４記載の光ファイバ装
   置。
7. 【請求項７】 集光器は、 内部面が励起光に対して鏡面反射性であることを特徴と
   する請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の
   光ファイバ装置。
8. 【請求項８】 集光器は、 内部面が励起光に対して全反射するように形成されてい
   ることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ装置。
9. 【請求項９】 集光器は、 内部面が励起光に対して拡散反射性であることを特徴と
   する請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の
   光ファイバ装置。
10. 【請求項１０】 集光器は、 内部面が励起光に対して反射率の高いセラミックス材料
    あるいは樹脂材料で形成されていることを特徴とする請
    求項９記載の光ファイバ装置。
11. 【請求項１１】 励起光源が、 励起光の出射をスロー軸方向に複数集積して構成された
    バー状素子であるアレー半導体レーザ、あるいは励起光
    の出射端をスロー軸方向に複数集積して構成されたバー
    状素子を、ファスト軸方向に複数集積して構成されたス
    タック型半導体レーザであり、 励起光入力手段は、 前記励起光源から出射された励起光を少なくともファス
    ト軸方向に収束するための半導体レーザ光収束手段と、 集光器に設けられ、前記励起光を集光器の内部に導入す
    るための半導体レーザ光導入手段とを備えていることを
    特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１
    項記載の光ファイバ装置。
12. 【請求項１２】 励起光入力手段は、 励起光源から出力された励起光を収束する結合光学系
    と、 該結合光学系から収束された励起光を伝送して集光器の
    内部に導入する光ファイバあるいは光ファイバ束とを備
    えていることを特徴とする請求項１から請求項１０のう
    ちのいずれか１項記載の光ファイバ装置。
13. 【請求項１３】 励起光源および励起光入力手段の少な
    くとも一方は複数設置されていることを特徴とする請求
    項１から請求項１２のうちのいずれか１項記載の光ファ
    イバ装置。
14. 【請求項１４】 増幅用光ファイバの全てあるいは一部
    は、 体積が集光器の内部の容積とできるだけ等しくなるよう
    に密集して設置されていることを特徴とする請求項１か
    ら請求項１３のうちのいずれか１項記載の光ファイバ装
    置。
15. 【請求項１５】 増幅用光ファイバは、 中心コアの第１コアに希土類元素Ｅｒを有し、第１コア
    の外周の第２コアに希土類元素ＮｄおよびＹｂを共に有
    するか、 第１コアに希土類元素ＥｒおよびＹｂを共に有し、第２
    コアに希土類元素Ｙｂを有するか、 第１コアに希土類元素Ｐｒを有し、第２コアに希土類元
    素Ｎｄを有するか、 第１コアに希土類元素Ｅｒを有し、第２コアに希土類元
    素Ｔｍを有し、第２コアの外周の第３コアに希土類元素
    Ｎｄを有することを特徴とする請求項１から請求項１４
    のうちのいずれか１項記載の光ファイバ装置。
16. 【請求項１６】 活性媒質を有する増幅用光ファイバに
    励起光を与え、誘導放出現象を介して非線形光学効果に
    より前記増幅用光ファイバに入力された信号光を光増幅
    し出力する光ファイバ装置において、 励起光を出力する励起光源と、 少なくとも２重のコアが形成され、中心コアは非線形光
    学効果における増幅媒質であり、少なくとも一層の外周
    コアには少なくとも一種類の活性媒質を有する増幅用光
    ファイバと、 前記励起光源から出力された励起光を前記増幅用光ファ
    イバに入力するための励起光入力手段と、 活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出現象により少
    なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光ファイバ中で
    共振させて密閉するためのレーザ光共振手段と、 信号光を前記増幅用光ファイバへ入力するための信号光
    入力手段と、 増幅媒質である前記中心コアの非線形光学効果により前
    記増幅用光ファイバ中で光増幅された信号光を出力する
    ための信号光出力手段とを備えたことを特徴とする光フ
    ァイバ装置。
17. 【請求項１７】 活性媒質を有する増幅用光ファイバに
    励起光を与え、誘導放出現象を介して非線形光学効果に
    よりレーザ発振を行いレーザ光を出力する光ファイバ装
    置において、 励起光を出力する励起光源と、 少なくとも２重のコアが形成され、中心コアは非線形光
    学効果における増幅媒質であり、少なくとも一層の外周
    コアには少なくとも一種類の活性媒質を有する増幅用光
    ファイバと、 前記励起光源から出力された励起光を前記増幅用光ファ
    イバに入力するための励起光入力手段と、 活性媒質を有する前記外周コアの誘導放出現象により少
    なくとも一波長のレーザ光を前記増幅用光ファイバ中で
    共振させて密閉するためのレーザ光共振手段と、 前記増幅媒質である前記中心コアの非線形光学効果によ
    り発振光を前記増幅用光ファイバ中でレーザ発振させる
    ための発振光発生手段とを備えたことを特徴とする光フ
    ァイバ装置。
18. 【請求項１８】 発振光発生手段の全てあるいは一部
    は、増幅用光ファイバに一体形成されたグレーティング
    あるいはコーティングを用いるか、増幅用光ファイバの
    端面におけるフレネル反射を用いることを特徴とする請
    求項２、請求項４、請求項６から請求項１５、または請
    求項１７のうちのいずれか１項記載の光ファイバ装置。
19. 【請求項１９】 レーザ光共振手段の全てあるいは一部
    は、 増幅用光ファイバに一体形成されたグレーティングある
    いはコーティングを用いることを特徴とする請求項１か
    ら請求項１８のうちのいずれか１項記載の光ファイバ装
    置。
20. 【請求項２０】 増幅用光ファイバは、 中心コアの屈折率が最も大きく、外方に向かう外周コア
    になるほど屈折率は小さいことを特徴とする請求項１か
    ら請求項１９のうちのいずれか１項記載の光ファイバ装
    置。