JP2002111108A - アップコンバージョンレーザ装置 - Google Patents
アップコンバージョンレーザ装置Info
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- JP2002111108A JP2002111108A JP2000292707A JP2000292707A JP2002111108A JP 2002111108 A JP2002111108 A JP 2002111108A JP 2000292707 A JP2000292707 A JP 2000292707A JP 2000292707 A JP2000292707 A JP 2000292707A JP 2002111108 A JP2002111108 A JP 2002111108A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｐｒ３＋イオンを用いて複数の安定したレー
ザ光を同時に合波された状態で得る。 【解決手段】 励起光源１０１より反射されたレーザ光
λp により３価のプラセオジム（Ｐｒ３＋）イオンが添
加された第１の共振器１０２の光ファイバ１５を励起
し、第１の波長のレーザ光λs1を得て、これを３価のプ
ラセオジム（Ｐｒ３ ＋）イオンが添加された第２の共振
器１０３の光ファイバ１６を励起し、第２の共振器１０
３からの出力として第１の波長λs1のレーザ光と第２の
光共振器１０３からの第１の波長λs1と第２の波長λs2
のレーザ光の出力を得る。
ザ光を同時に合波された状態で得る。 【解決手段】 励起光源１０１より反射されたレーザ光
λp により３価のプラセオジム（Ｐｒ３＋）イオンが添
加された第１の共振器１０２の光ファイバ１５を励起
し、第１の波長のレーザ光λs1を得て、これを３価のプ
ラセオジム（Ｐｒ３ ＋）イオンが添加された第２の共振
器１０３の光ファイバ１６を励起し、第２の共振器１０
３からの出力として第１の波長λs1のレーザ光と第２の
光共振器１０３からの第１の波長λs1と第２の波長λs2
のレーザ光の出力を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、複数の波長のレ
ーザ出力を同一光軸上から容易に取り出すことができる
ことから、ディスプレイ、光記憶装置、光情報処理、光
センサーなどの広い分野での用途が考えられるアップコ
ンバージョンレーザ装置に関する。
ーザ出力を同一光軸上から容易に取り出すことができる
ことから、ディスプレイ、光記憶装置、光情報処理、光
センサーなどの広い分野での用途が考えられるアップコ
ンバージョンレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より光ファイバのコアにプラセオジ
ム（Ｐｒ３＋）イオンを添加し、アップコンバージョン
励起を行い、レーザ光を得る装置が数多く提案されてい
る。図１０はUSP.5,805,631 に示されている従来のアッ
プコンバージョンレーザ装置の概略構成図である。
ム（Ｐｒ３＋）イオンを添加し、アップコンバージョン
励起を行い、レーザ光を得る装置が数多く提案されてい
る。図１０はUSP.5,805,631 に示されている従来のアッ
プコンバージョンレーザ装置の概略構成図である。
【０００３】図１０において、1011はコア部にＰｒ３＋
イオンとイッテルビウム（Ｙｂ３＋）イオンを共添加し
た光ファイバである。励起光源1012から発射された波長
７８０ｎｍ〜９００ｎｍの光が光学手段1013により光フ
ァイバ1011に入射し、ここでＰｒ３＋イオンとＹｂ３＋
イオンをアップコンバージョン励起して波長４８０ｎ
ｍ、５２０ｎｍ、６１０ｎｍ、６３５ｎｍ等の可視光λ
s が発光する。発光されたλp は、反射素子1014，1015
とで構成された光共振器により繰り返し反射・増幅され
レーザ発振に至る。ここで1016はその光共振器内に配さ
れたプリズムのような波長選択素子であり、特定の発光
波長のみを発振させることができる。
イオンとイッテルビウム（Ｙｂ３＋）イオンを共添加し
た光ファイバである。励起光源1012から発射された波長
７８０ｎｍ〜９００ｎｍの光が光学手段1013により光フ
ァイバ1011に入射し、ここでＰｒ３＋イオンとＹｂ３＋
イオンをアップコンバージョン励起して波長４８０ｎ
ｍ、５２０ｎｍ、６１０ｎｍ、６３５ｎｍ等の可視光λ
s が発光する。発光されたλp は、反射素子1014，1015
とで構成された光共振器により繰り返し反射・増幅され
レーザ発振に至る。ここで1016はその光共振器内に配さ
れたプリズムのような波長選択素子であり、特定の発光
波長のみを発振させることができる。
【０００４】このように、希土類イオン特にＰｒ３＋イ
オンを用いることにより複数の波長のレーザ光を得るこ
とができる。しかし、この構成では同時に異なる波長の
レーザ光は得ることができない。
オンを用いることにより複数の波長のレーザ光を得るこ
とができる。しかし、この構成では同時に異なる波長の
レーザ光は得ることができない。
【０００５】このため、D.M.Baney et al, "Simultaneo
us blue and green upconversion lasing in a laser-d
iode-pumped Pr3+/Yb3+ doped fluoride fiber laser"
Appl. Phys. Lett. 69(12), 16 Sep 1996 では、Ｐｒ
３＋イオンとＹｂ３＋イオンを共添加したファイバレー
ザで波長５２０ｎｍと４９０ｎｍの同時発振が報告され
ている。
us blue and green upconversion lasing in a laser-d
iode-pumped Pr3+/Yb3+ doped fluoride fiber laser"
Appl. Phys. Lett. 69(12), 16 Sep 1996 では、Ｐｒ
３＋イオンとＹｂ３＋イオンを共添加したファイバレー
ザで波長５２０ｎｍと４９０ｎｍの同時発振が報告され
ている。
【０００６】図１１はその報告のレーザ出力のグラフで
ある。横軸は励起光強度、縦軸はレーザ出力強度であ
る。励起光強度を上げて行くとまず波長５２０ｎｍが発
振し、励起光強度に比例して大きくなる。さらに励起光
強度を上げると今度は波長４９０ｎｍが発振するが波長
５２０ｎｍの発振が不安定になっている。
ある。横軸は励起光強度、縦軸はレーザ出力強度であ
る。励起光強度を上げて行くとまず波長５２０ｎｍが発
振し、励起光強度に比例して大きくなる。さらに励起光
強度を上げると今度は波長４９０ｎｍが発振するが波長
５２０ｎｍの発振が不安定になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来例のよう
に、Ｐｒ３＋イオンを用いてさまざまな波長のレーザ光
を得ている。しかし複数の波長のレーザ光を同時に安定
して発振させることは難しい。さらにそれぞれの出力パ
ワーをコントロールすることも困難である。
に、Ｐｒ３＋イオンを用いてさまざまな波長のレーザ光
を得ている。しかし複数の波長のレーザ光を同時に安定
して発振させることは難しい。さらにそれぞれの出力パ
ワーをコントロールすることも困難である。
【０００８】また、複数の波長のレーザ光をそれぞれ異
なる光共振器を用いて発振させても、それらを合成する
には光合波器が必要となり、コストが高くなってしまう
という問題があった。
なる光共振器を用いて発振させても、それらを合成する
には光合波器が必要となり、コストが高くなってしまう
という問題があった。
【０００９】この発明の第１の目的は、Ｐｒ３＋イオン
を用いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された
状態で得ることにある。
を用いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された
状態で得ることにある。
【００１０】この発明の第２の目的は、Ｐｒ３＋イオン
を用いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された
状態で得、それらレーザ光によりＴｍ３＋イオンを励起
し青色のレーザ光を得ることをにある。
を用いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された
状態で得、それらレーザ光によりＴｍ３＋イオンを励起
し青色のレーザ光を得ることをにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明のアップコンバ
ージョンレーザ装置では、励起光源により３価のプラセ
オジム（Ｐｒ３＋）イオンが添加された光ファイバをア
ップコンバージョン励起してレーザ光を発生させる装置
において、前記光ファイバを励起する励起手段と第１の
波長に対する第１の光共振器と第２の波長に対する第２
の光共振器を備え、前記第１の光共振器から発生された
前記第１の波長のレーザ光を前記第２の光共振器に入射
し、前記第２の光共振器からの出力として前記第１の波
長のレーザ光と前記第２の光共振器から発生された前記
第２の波長のレーザ光を出力することで第１の目的を達
成する。
ージョンレーザ装置では、励起光源により３価のプラセ
オジム（Ｐｒ３＋）イオンが添加された光ファイバをア
ップコンバージョン励起してレーザ光を発生させる装置
において、前記光ファイバを励起する励起手段と第１の
波長に対する第１の光共振器と第２の波長に対する第２
の光共振器を備え、前記第１の光共振器から発生された
前記第１の波長のレーザ光を前記第２の光共振器に入射
し、前記第２の光共振器からの出力として前記第１の波
長のレーザ光と前記第２の光共振器から発生された前記
第２の波長のレーザ光を出力することで第１の目的を達
成する。
【００１２】また、希土類イオンを添加した光ファイバ
と、前記光ファイバを励起することが可能な波長の励起
光を発する励起光源と、Ｐｒ３＋イオン添加光ファイバ
を励起する励起手段と波長６３５ｎｍ付近の光を共振さ
せる第１の光共振器と、波長６９５ｎｍ付近の光を共振
させる第２の光共振器とを具備し、前記第１の光共振器
により発振した波長６９５ｎｍ付近の第１のレーザ光を
前記第２の光共振器に入射し、前記第２の光共振器から
の出力として、前記第２の光共振器により発振した波長
６３５ｎｍ付近の第２のレーザ光と前記第２の光共振器
を透過した前記第１のレーザ光をツリウム（Ｔｍ３＋）
イオン添加光ファイバに入射し、その出力より青色レー
ザ光を得ることで第２の目的を達成する。
と、前記光ファイバを励起することが可能な波長の励起
光を発する励起光源と、Ｐｒ３＋イオン添加光ファイバ
を励起する励起手段と波長６３５ｎｍ付近の光を共振さ
せる第１の光共振器と、波長６９５ｎｍ付近の光を共振
させる第２の光共振器とを具備し、前記第１の光共振器
により発振した波長６９５ｎｍ付近の第１のレーザ光を
前記第２の光共振器に入射し、前記第２の光共振器から
の出力として、前記第２の光共振器により発振した波長
６３５ｎｍ付近の第２のレーザ光と前記第２の光共振器
を透過した前記第１のレーザ光をツリウム（Ｔｍ３＋）
イオン添加光ファイバに入射し、その出力より青色レー
ザ光を得ることで第２の目的を達成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、こ
の発明の基本的な構成について説明するためのブロック
構成図である。すなわち、１１は励起光源であり、Ｐｒ
３＋を励起することのできる波長λp を出力する。１２
はＰｒ３＋イオンが添加された光ファイバと、その両端
には第１の発振波長λs1を反射する反射要素とで構成さ
れる第１の光共振器である。１３はＰｒ３＋イオンが添
加された光ファイバと、その両端には第２の発振波長λ
s2を反射する反射要素とで構成される第２の光共振器で
ある。
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、こ
の発明の基本的な構成について説明するためのブロック
構成図である。すなわち、１１は励起光源であり、Ｐｒ
３＋を励起することのできる波長λp を出力する。１２
はＰｒ３＋イオンが添加された光ファイバと、その両端
には第１の発振波長λs1を反射する反射要素とで構成さ
れる第１の光共振器である。１３はＰｒ３＋イオンが添
加された光ファイバと、その両端には第２の発振波長λ
s2を反射する反射要素とで構成される第２の光共振器で
ある。
【００１４】まず、励起光源１１から出射された波長λ
p の励起光は、第１の光共振器１２の一方の端から入射
し、第１の光共振器１２中のＰｒ３＋イオンを励起する
ことにより発振波長λs1で第１のレーザ光が発振する。
発振された第１のレーザ光は、励起光とともに、第１の
光共振器１２と光学的に結合された第２の光共振器１３
の一方の端に入射する。入射された励起光は、第２の光
共振器１３中のＰｒ３ ＋イオンを励起することにより発
振波長λs2で第２のレーザ光が発振する。発振された第
２のレーザ光（λs2）と第２の光共振器１３を通過した
第１のレーザ光（λs1）は第２の光共振器１３のもう一
方の端から出力される。
p の励起光は、第１の光共振器１２の一方の端から入射
し、第１の光共振器１２中のＰｒ３＋イオンを励起する
ことにより発振波長λs1で第１のレーザ光が発振する。
発振された第１のレーザ光は、励起光とともに、第１の
光共振器１２と光学的に結合された第２の光共振器１３
の一方の端に入射する。入射された励起光は、第２の光
共振器１３中のＰｒ３ ＋イオンを励起することにより発
振波長λs2で第２のレーザ光が発振する。発振された第
２のレーザ光（λs2）と第２の光共振器１３を通過した
第１のレーザ光（λs1）は第２の光共振器１３のもう一
方の端から出力される。
【００１５】図２は、図１を具体的にしたこの発明の第
１の実施の形態について説明するための構成図である。
図２において、１１は励起光源であり、例えば中心波長
８５０ｎｍ（λp ）付近の励起光を出力する半導体レー
ザ（ＬＤ）装置である。１４は励起光を光ファイバ１５
に入射するための結合素子であり、例えば光学系により
構成する。１５，１６はＰｒ３＋イオンとＹｂ３＋イオ
ンを共添加した光ファイバであり、ハライドガラス材料
のような低フォノンエネルギーの母材を用いる。１７〜
１９は反射素子であり、例えばクリーブしたファイバ端
面に誘電体多層膜を積層したものからなる誘電体ミラー
である。
１の実施の形態について説明するための構成図である。
図２において、１１は励起光源であり、例えば中心波長
８５０ｎｍ（λp ）付近の励起光を出力する半導体レー
ザ（ＬＤ）装置である。１４は励起光を光ファイバ１５
に入射するための結合素子であり、例えば光学系により
構成する。１５，１６はＰｒ３＋イオンとＹｂ３＋イオ
ンを共添加した光ファイバであり、ハライドガラス材料
のような低フォノンエネルギーの母材を用いる。１７〜
１９は反射素子であり、例えばクリーブしたファイバ端
面に誘電体多層膜を積層したものからなる誘電体ミラー
である。
【００１６】図３はそれぞれの反射素子のおおよその反
射率特性を表したグラフであり、横軸は波長、縦軸は反
射率である。図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ反射素子１
７〜１９の反射率特性である。励起光波長８５０ｎｍに
対して反射素子１７〜１９ともにほぼ１００％透過とな
っている。また第１の発振波長６９５ｎｍ（λs1）に対
しては、反射素子１７，１８でそれぞれほぼ１００％と
部分反射となっており、光ファイバ１５とともに波長６
９５ｎｍ付近に対する第１の光共振器１２を形成してい
る。また、第２の発振波長６３５ｎｍ（λs2）に対して
は、反射素子１８、１９でそれぞれほぼ１００％と部分
反射となっており、同様に光ファイバ１６とともに波長
６３５ｎｍ付近に対する第２の光共振器１３を形成して
いる。これら光共振器１２，１３は、反射素子１８を介
して端面接続（butt-joint）で結合している。
射率特性を表したグラフであり、横軸は波長、縦軸は反
射率である。図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ反射素子１
７〜１９の反射率特性である。励起光波長８５０ｎｍに
対して反射素子１７〜１９ともにほぼ１００％透過とな
っている。また第１の発振波長６９５ｎｍ（λs1）に対
しては、反射素子１７，１８でそれぞれほぼ１００％と
部分反射となっており、光ファイバ１５とともに波長６
９５ｎｍ付近に対する第１の光共振器１２を形成してい
る。また、第２の発振波長６３５ｎｍ（λs2）に対して
は、反射素子１８、１９でそれぞれほぼ１００％と部分
反射となっており、同様に光ファイバ１６とともに波長
６３５ｎｍ付近に対する第２の光共振器１３を形成して
いる。これら光共振器１２，１３は、反射素子１８を介
して端面接続（butt-joint）で結合している。
【００１７】次に、図２の動作について説明するが、ま
ず波長８５０ｎｍ付近の励起光でＰｒ３＋イオンとＹｂ
３＋イオンがアップコンバージョン励起する様子をエネ
ルギー準位図である図４を用いて簡単に説明する。
ず波長８５０ｎｍ付近の励起光でＰｒ３＋イオンとＹｂ
３＋イオンがアップコンバージョン励起する様子をエネ
ルギー準位図である図４を用いて簡単に説明する。
【００１８】図４はＰｒ３＋イオンとＹｂ３＋イオンの
エネルギー準位図である。まずＹｂ ３＋イオンは波長８
５０ｎｍ付近の励起光を吸収し、基底準位（ ２Ｆ７／
２）から２ Ｆ５／２ に遷移する。そこから ２Ｆ７
／２ に脱励起する際Ｐｒ ３＋イオンにエネルギーを伝
達し、Ｐｒ３＋イオンは基底準位から １Ｇ４ へ遷移
する。さらに、Ｐｒ３＋イオンは波長８５０ｎｍ付近の
励起光を吸収し、 １Ｉ６ ， ３Ｐ１ へ遷移する。
３Ｐ１ から ３Ｈ５ へは発光遷移であり波長５２
０ｎｍ付近の発光を得る。また ３Ｐ１ から ３Ｐ０
へ非発光遷移した後、それぞれ ３Ｈ４ へ遷移した
場合波長４９０ｎｍ付近の発光を、 ３Ｆ２ へ遷移した
場合波長６３５ｎｍ付近の発光を、 ３Ｆ３ へ遷移し
た場合波長６９５ｎｍの発光を得ることができる。これ
らの遷移はいずれもレーザ発振が可能であるが、それぞ
れの蛍光断面積(emission cross-section)と下位準位の
蛍光寿命、非発光緩和確率などで利得の得やすさつまり
レーザ発振のしやすさが異なる。発振のしやすさは ３
Ｐ０ → ３Ｆ２ （波長６３５ｎｍ付近）、 ３Ｐ１
→ ３Ｈ５ （波長５２０ｎｍ付近）、 ３Ｐ０ →
３Ｈ４ （波長４９０ｎｍ付近）、 ３Ｐ０ → ３
Ｆ３ （波長６９５ｎｍ付近）の順で大きい。
エネルギー準位図である。まずＹｂ ３＋イオンは波長８
５０ｎｍ付近の励起光を吸収し、基底準位（ ２Ｆ７／
２）から２ Ｆ５／２ に遷移する。そこから ２Ｆ７
／２ に脱励起する際Ｐｒ ３＋イオンにエネルギーを伝
達し、Ｐｒ３＋イオンは基底準位から １Ｇ４ へ遷移
する。さらに、Ｐｒ３＋イオンは波長８５０ｎｍ付近の
励起光を吸収し、 １Ｉ６ ， ３Ｐ１ へ遷移する。
３Ｐ１ から ３Ｈ５ へは発光遷移であり波長５２
０ｎｍ付近の発光を得る。また ３Ｐ１ から ３Ｐ０
へ非発光遷移した後、それぞれ ３Ｈ４ へ遷移した
場合波長４９０ｎｍ付近の発光を、 ３Ｆ２ へ遷移した
場合波長６３５ｎｍ付近の発光を、 ３Ｆ３ へ遷移し
た場合波長６９５ｎｍの発光を得ることができる。これ
らの遷移はいずれもレーザ発振が可能であるが、それぞ
れの蛍光断面積(emission cross-section)と下位準位の
蛍光寿命、非発光緩和確率などで利得の得やすさつまり
レーザ発振のしやすさが異なる。発振のしやすさは ３
Ｐ０ → ３Ｆ２ （波長６３５ｎｍ付近）、 ３Ｐ１
→ ３Ｈ５ （波長５２０ｎｍ付近）、 ３Ｐ０ →
３Ｈ４ （波長４９０ｎｍ付近）、 ３Ｐ０ → ３
Ｆ３ （波長６９５ｎｍ付近）の順で大きい。
【００１９】まず、励起光源１１から波長８５０ｎｍ付
近の励起光が出射され、結合素子１４により光ファイバ
１５に入射する。入射された励起光は、Ｐｒ３＋／Ｙｂ
３＋をアップコンバージョン励起し、波長６３５ｎｍ、
５２０ｎｍ、４９０ｎｍ、６９５ｎｍ付近の発光を得
る。光ファイバ１５と反射素子１７，１８とで構成され
た光共振器１２は、波長６９５ｎｍ付近の光に対して繰
り返し反射するため波長６９５ｎｍ付近の光のみ増幅・
発振に至り、他の波長は発振しない。
近の励起光が出射され、結合素子１４により光ファイバ
１５に入射する。入射された励起光は、Ｐｒ３＋／Ｙｂ
３＋をアップコンバージョン励起し、波長６３５ｎｍ、
５２０ｎｍ、４９０ｎｍ、６９５ｎｍ付近の発光を得
る。光ファイバ１５と反射素子１７，１８とで構成され
た光共振器１２は、波長６９５ｎｍ付近の光に対して繰
り返し反射するため波長６９５ｎｍ付近の光のみ増幅・
発振に至り、他の波長は発振しない。
【００２０】発振された波長６９５ｎｍのレーザ光は、
部分反射である反射素子１８を一部透過し、光ファイバ
１６に入射する。同時に光ファイバ１５で吸収されなか
った一部の励起光も反射素子１８を透過し光ファイバ１
６に入射する。
部分反射である反射素子１８を一部透過し、光ファイバ
１６に入射する。同時に光ファイバ１５で吸収されなか
った一部の励起光も反射素子１８を透過し光ファイバ１
６に入射する。
【００２１】入射された励起光は同様にＰｒ３＋／Ｙｂ
３＋をアップコンバージョン励起するが、光共振器１３
は波長６３５ｎｍ付近の光を選択的に繰り返し反射・増
幅するため、部分反射の反射素子１９側から波長６３５
ｎｍ付近のレーザ光を得ることができる。
３＋をアップコンバージョン励起するが、光共振器１３
は波長６３５ｎｍ付近の光を選択的に繰り返し反射・増
幅するため、部分反射の反射素子１９側から波長６３５
ｎｍ付近のレーザ光を得ることができる。
【００２２】一方、光ファイバ１６に入射された波長６
９５ｎｍ付近のレーザ光は、６９５ｎｍ付近発光の下位
準位 ３Ｆ３ の寿命は蛍光寿命と非放射緩和率を考え
ると１７ｎｓ程度と非常に小さな値であり、 ３Ｆ３
の分布密度はほとんどないと考えられる。そのためイオ
ンに吸収されることなく透過し、反射素子１９側から出
力を得ることができる。
９５ｎｍ付近のレーザ光は、６９５ｎｍ付近発光の下位
準位 ３Ｆ３ の寿命は蛍光寿命と非放射緩和率を考え
ると１７ｎｓ程度と非常に小さな値であり、 ３Ｆ３
の分布密度はほとんどないと考えられる。そのためイオ
ンに吸収されることなく透過し、反射素子１９側から出
力を得ることができる。
【００２３】また、波長６３５ｎｍと波長６９５ｎｍ発
光の上位準位は同じ ３Ｐ０ であるが、波長６３５ｎ
ｍの蛍光断面積は波長６９５ｎｍのものよりも大きく、
波長６３５ｎｍ発振への波長６９５ｎｍの影響はほとん
どない。
光の上位準位は同じ ３Ｐ０ であるが、波長６３５ｎ
ｍの蛍光断面積は波長６９５ｎｍのものよりも大きく、
波長６３５ｎｍ発振への波長６９５ｎｍの影響はほとん
どない。
【００２４】以上の動作により、異なる波長のレーザ光
を同時に発振させ、同軸上の光として得ることができ
る。
を同時に発振させ、同軸上の光として得ることができ
る。
【００２５】なお、第１および第２の光共振器１２，１
３で発振させるレーザの波長を変えても同様の効果を得
ることができる。この場合、光共振器ミラーの特性を変
えることにより実現できる。
３で発振させるレーザの波長を変えても同様の効果を得
ることができる。この場合、光共振器ミラーの特性を変
えることにより実現できる。
【００２６】例えば、第１の光共振器１１で波長５２０
ｎｍ付近のレーザ光を、第２の光共振器１３で波長６３
５ｎｍ付近のレーザ光を発振させても良い。図５（ａ）
〜（ｃ）は、その場合のそれぞれ図２における反射素子
１７〜１９のおおよその反射率特性を表したグラフであ
り、横軸は波長、縦軸は反射率である。第１の光共振器
１１は波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振するよう
に、反射素子１７の波長５２０ｎｍ付近に関してはほぼ
１００％反射、反射素子１８に関しては部分反射であ
り、第１の光共振器で波長６３５ｎｍ付近で発振しない
ように反射素子１７の波長６３５ｎｍ付近の反射率はほ
ぼ０％にする。また第２の光共振器１３は波長６３５ｎ
ｍ付近のレーザ光を発振するように、反射素子１８の波
長６３５ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反射、反射素
子１９に関しては部分反射である。
ｎｍ付近のレーザ光を、第２の光共振器１３で波長６３
５ｎｍ付近のレーザ光を発振させても良い。図５（ａ）
〜（ｃ）は、その場合のそれぞれ図２における反射素子
１７〜１９のおおよその反射率特性を表したグラフであ
り、横軸は波長、縦軸は反射率である。第１の光共振器
１１は波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振するよう
に、反射素子１７の波長５２０ｎｍ付近に関してはほぼ
１００％反射、反射素子１８に関しては部分反射であ
り、第１の光共振器で波長６３５ｎｍ付近で発振しない
ように反射素子１７の波長６３５ｎｍ付近の反射率はほ
ぼ０％にする。また第２の光共振器１３は波長６３５ｎ
ｍ付近のレーザ光を発振するように、反射素子１８の波
長６３５ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反射、反射素
子１９に関しては部分反射である。
【００２７】波長５２０ｎｍ付近と波長６３５ｎｍ付近
はレーザの上位準位がそれぞれ ３Ｐ１ と ３Ｐ０
と異なるため、波長６３５ｎｍ付近が発振している第２
の光共振器１３に波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を入射
してもほとんど影響はなく、また下位準位（ ３Ｈ５
）の寿命も蛍光寿命と非放射緩和を考慮すると２μｓ
と小さいためほとんど吸収されることなく、反射素子１
９側から出射する。
はレーザの上位準位がそれぞれ ３Ｐ１ と ３Ｐ０
と異なるため、波長６３５ｎｍ付近が発振している第２
の光共振器１３に波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を入射
してもほとんど影響はなく、また下位準位（ ３Ｈ５
）の寿命も蛍光寿命と非放射緩和を考慮すると２μｓ
と小さいためほとんど吸収されることなく、反射素子１
９側から出射する。
【００２８】また同様に、第１の光共振器１１で波長４
９０ｎｍ付近のレーザ光を、第２の光共振器１３で波長
５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振させても良い。図６
（ａ）〜（ｃ）はその場合のそれぞれ図２における反射
素子１７〜１９のおおよその反射率特性を表したグラフ
であり、横軸は波長、縦軸は反射率である。
９０ｎｍ付近のレーザ光を、第２の光共振器１３で波長
５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振させても良い。図６
（ａ）〜（ｃ）はその場合のそれぞれ図２における反射
素子１７〜１９のおおよその反射率特性を表したグラフ
であり、横軸は波長、縦軸は反射率である。
【００２９】第１の光共振器１１は波長４９０ｎｍ付近
のレーザ光を発振するように、反射素子１７の波長４９
０ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反射、反射素子１８
に関しては部分反射である。第２の光共振器１３は波長
５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振するように、反射素子
１８の波長５２０ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反
射、反射素子１９に関しては部分反射である。第１およ
び第２の光共振器１２，１３で波長６３５ｎｍ付近で発
振しないように反射素子１７〜１９の波長６３５ｎｍ付
近の反射率はほぼ０％にする。
のレーザ光を発振するように、反射素子１７の波長４９
０ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反射、反射素子１８
に関しては部分反射である。第２の光共振器１３は波長
５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振するように、反射素子
１８の波長５２０ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反
射、反射素子１９に関しては部分反射である。第１およ
び第２の光共振器１２，１３で波長６３５ｎｍ付近で発
振しないように反射素子１７〜１９の波長６３５ｎｍ付
近の反射率はほぼ０％にする。
【００３０】波長５２０ｎｍ付近と波長４９０ｎｍ付近
は、レーザの上位準位がそれぞれ ３Ｐ１ と ３Ｐ０
と異なるため、波長４９０ｎｍ付近が発振している第２
の光共振器１３に波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を入射
してもほとんど影響はなく、また下位準位（ ３Ｈ５
）の寿命も蛍光寿命と非放射緩和を考慮すると２μｓ
と小さいためほとんど吸収されることなく、反射素子１
９側から出射する。
は、レーザの上位準位がそれぞれ ３Ｐ１ と ３Ｐ０
と異なるため、波長４９０ｎｍ付近が発振している第２
の光共振器１３に波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を入射
してもほとんど影響はなく、また下位準位（ ３Ｈ５
）の寿命も蛍光寿命と非放射緩和を考慮すると２μｓ
と小さいためほとんど吸収されることなく、反射素子１
９側から出射する。
【００３１】また、この実施の形態において第１および
第２の光共振器１２，１３で発振するそれぞれのレーザ
光の出力比は、それぞれの光共振器を構成する光ファイ
バの長さ、あるいは光ファイバに添加するＰｒ３＋及び
あるいはＹｂ３＋イオンの濃度、あるいは光共振器を構
成する反射素子の各波長における反射率を変化させるこ
とにより実現することができる。
第２の光共振器１２，１３で発振するそれぞれのレーザ
光の出力比は、それぞれの光共振器を構成する光ファイ
バの長さ、あるいは光ファイバに添加するＰｒ３＋及び
あるいはＹｂ３＋イオンの濃度、あるいは光共振器を構
成する反射素子の各波長における反射率を変化させるこ
とにより実現することができる。
【００３２】また反射素子１７〜１９はこの実施の形態
のような誘電体多層膜に限らず、ファイバブラッググレ
ーティングのような反射素子でも同様の効果が得られる
ことは明らかである。
のような誘電体多層膜に限らず、ファイバブラッググレ
ーティングのような反射素子でも同様の効果が得られる
ことは明らかである。
【００３３】この実施の形態では励起光の波長を８５０
ｎｍ付近としたが、この波長に限らずＰｒ３＋イオンお
よびＹｂ３＋イオンをアップコンバージョン励起できる
波長であればよい。また光ファイバ１５，１６にＹｂ
３＋イオンをＰｒ３＋イオンと共添加しているが、Ｐｒ
３＋イオンだけを添加してもよく、この場合励起光の波
長を１０１０ｎｍ付近と８３５ｎｍ付近にすればよい。
ｎｍ付近としたが、この波長に限らずＰｒ３＋イオンお
よびＹｂ３＋イオンをアップコンバージョン励起できる
波長であればよい。また光ファイバ１５，１６にＹｂ
３＋イオンをＰｒ３＋イオンと共添加しているが、Ｐｒ
３＋イオンだけを添加してもよく、この場合励起光の波
長を１０１０ｎｍ付近と８３５ｎｍ付近にすればよい。
【００３４】図７は、この発明の第２の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。１１１は、励起光源
である。７１はリング型光導波路のリング部コアであ
り、例えば樹脂系あるいはガラス系の光学材料からな
り、光ファイバ１５１，１６１の一部が埋め込まれてい
る。リング部コア７１の屈折率は、光ファイバ１５１，
１６１のクラッド部と同様の値である。７２はテーパ型
光導波路のテーパ部コアであり、リング部コア７１と同
様の光学材料からなり、その細径端はリング部コア７１
と低接続損失で接続し、太径端は励起光源１１と端面接
続(butt-joint)している。またリング部コア７１とテー
パ部コア７２は図示しないクラッド部に覆われている。
いて説明するための構成図である。１１１は、励起光源
である。７１はリング型光導波路のリング部コアであ
り、例えば樹脂系あるいはガラス系の光学材料からな
り、光ファイバ１５１，１６１の一部が埋め込まれてい
る。リング部コア７１の屈折率は、光ファイバ１５１，
１６１のクラッド部と同様の値である。７２はテーパ型
光導波路のテーパ部コアであり、リング部コア７１と同
様の光学材料からなり、その細径端はリング部コア７１
と低接続損失で接続し、太径端は励起光源１１と端面接
続(butt-joint)している。またリング部コア７１とテー
パ部コア７２は図示しないクラッド部に覆われている。
【００３５】励起光源１１１から発した波長λp 付近の
励起光はテーパ部コア７２に入射・伝搬しリング部コア
７１に入射する。入射された励起光は、リング部コア７
１内に閉じ込められ、低損失で周回伝搬し高い励起光密
度を実現することができる。
励起光はテーパ部コア７２に入射・伝搬しリング部コア
７１に入射する。入射された励起光は、リング部コア７
１内に閉じ込められ、低損失で周回伝搬し高い励起光密
度を実現することができる。
【００３６】その励起光で光ファイバ１５１，１６１に
添加されたＰｒ３＋イオンは励起され、第１の実施の形
態と同様に波長λs1付近と波長λs2付近のレーザ光を同
時に反射素子１９１側から得ることができる。このとき
反射素子１７１〜１９１の反射特性を、図３，図５，図
６のいずれかとすることにより、それぞれ波長６９５ｎ
ｍと波長６３５ｎｍあるいは波長５２０ｎｍ付近と波長
６３５ｎｍ付近のレーザ光をあるいは波長４９０ｎｍ付
近と波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を同時に得ることが
できる。
添加されたＰｒ３＋イオンは励起され、第１の実施の形
態と同様に波長λs1付近と波長λs2付近のレーザ光を同
時に反射素子１９１側から得ることができる。このとき
反射素子１７１〜１９１の反射特性を、図３，図５，図
６のいずれかとすることにより、それぞれ波長６９５ｎ
ｍと波長６３５ｎｍあるいは波長５２０ｎｍ付近と波長
６３５ｎｍ付近のレーザ光をあるいは波長４９０ｎｍ付
近と波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を同時に得ることが
できる。
【００３７】この実施の形態において第１および第２の
光共振器１２１，１３１で発振するそれぞれのレーザ光
の出力比は、それぞれの光共振器を構成する光ファイバ
にの長さ、あるいは光ファイバに添加するＰｒ３＋及び
またはＹｂ３＋イオンの濃度、あるいは光共振器を構成
する反射素子の各波長における反射率を変化させること
により実現することができる。
光共振器１２１，１３１で発振するそれぞれのレーザ光
の出力比は、それぞれの光共振器を構成する光ファイバ
にの長さ、あるいは光ファイバに添加するＰｒ３＋及び
またはＹｂ３＋イオンの濃度、あるいは光共振器を構成
する反射素子の各波長における反射率を変化させること
により実現することができる。
【００３８】また、反射素子１７１，１８１，１９１は
この実施の形態のような誘電体多層膜に限らず、ファイ
バブラッググレーティングのような反射素子でも同様の
効果が得られることは明らかである。
この実施の形態のような誘電体多層膜に限らず、ファイ
バブラッググレーティングのような反射素子でも同様の
効果が得られることは明らかである。
【００３９】図８は、この発明の第３の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。同図において、１１
２は励起光源であり、一方の端に誘電体多層膜により形
成された反射防止膜８１と他方の端に同様に形成された
反射膜８２とで構成する。少なくとも反射膜８２は反射
防止膜８１以上の反射率を持つ。８３は反射素子であ
り、第１の光共振器１２２および第２の光共振器１３２
で発振された波長λs1，λs2に対してはほぼ全透過し、
励起光波長λp に対してはほぼ全反射する特性を持つ。
反射膜８２と反射素子８３との間で外部共振器８４が形
成され、第１および第２の光共振器１２２，１３２はそ
の外部共振器の内部に配置する。
いて説明するための構成図である。同図において、１１
２は励起光源であり、一方の端に誘電体多層膜により形
成された反射防止膜８１と他方の端に同様に形成された
反射膜８２とで構成する。少なくとも反射膜８２は反射
防止膜８１以上の反射率を持つ。８３は反射素子であ
り、第１の光共振器１２２および第２の光共振器１３２
で発振された波長λs1，λs2に対してはほぼ全透過し、
励起光波長λp に対してはほぼ全反射する特性を持つ。
反射膜８２と反射素子８３との間で外部共振器８４が形
成され、第１および第２の光共振器１２２，１３２はそ
の外部共振器の内部に配置する。
【００４０】励起光源１１２より発射された波長λp の
励起光は、外部共振器８４により繰り返し反射・増幅
し、外部共振器内部は高い励起光密度を実現することが
できる。その励起光により、内部におかれた第１および
第２の光共振器１２２，１３２を構成する光ファイバを
励起し、前記した基本的な動作と同様にそれぞれの光共
振器で発振したレーザ光λs1，λs2を同時に得ることが
できる。
励起光は、外部共振器８４により繰り返し反射・増幅
し、外部共振器内部は高い励起光密度を実現することが
できる。その励起光により、内部におかれた第１および
第２の光共振器１２２，１３２を構成する光ファイバを
励起し、前記した基本的な動作と同様にそれぞれの光共
振器で発振したレーザ光λs1，λs2を同時に得ることが
できる。
【００４１】また、反射素子８３は第２の光共振器１３
２の出射端側の反射素子８３に励起光波長λp を、ほぼ
全反射するような特性を付加することによっても同様の
効果が得られる。
２の出射端側の反射素子８３に励起光波長λp を、ほぼ
全反射するような特性を付加することによっても同様の
効果が得られる。
【００４２】また、上記した実施の形態と同様に、第１
および第２の共振器を構成する反射素子の特性を変える
ことによりλs1，λs2として、波長６９５ｎｍ付近と波
長６３５ｎｍ付近あるいは波長５２０ｎｍ付近および波
長６３５ｎｍ付近あるいは波長４９０ｎｍ付近および波
長５２０ｎｍ付近のレーザ光を同時に得ることができ
る。
および第２の共振器を構成する反射素子の特性を変える
ことによりλs1，λs2として、波長６９５ｎｍ付近と波
長６３５ｎｍ付近あるいは波長５２０ｎｍ付近および波
長６３５ｎｍ付近あるいは波長４９０ｎｍ付近および波
長５２０ｎｍ付近のレーザ光を同時に得ることができ
る。
【００４３】さらに、第１および第２の光共振器で発振
するそれぞれのレーザ光の出力比は、それぞれの光共振
器を構成する光ファイバにの長さ、あるいは光ファイバ
に添加するＰｒ３＋及びまたはＹｂ３＋イオンの濃度、
あるいは光共振器を構成する反射素子の各波長における
反射率を変化させることにより実現することができる。
光共振器を構成する反射素子あるいは反射膜８３は、誘
電体多層膜に限らず、ファイバブラッググレーティング
のような反射素子でも同様の効果を得ることができる。
するそれぞれのレーザ光の出力比は、それぞれの光共振
器を構成する光ファイバにの長さ、あるいは光ファイバ
に添加するＰｒ３＋及びまたはＹｂ３＋イオンの濃度、
あるいは光共振器を構成する反射素子の各波長における
反射率を変化させることにより実現することができる。
光共振器を構成する反射素子あるいは反射膜８３は、誘
電体多層膜に限らず、ファイバブラッググレーティング
のような反射素子でも同様の効果を得ることができる。
【００４４】図９のブロック図を用い、この発明の第４
の実施の形態について説明する。この実施の形態は、Ｔ
ｍ３＋イオンが添加された光ファイバと、その両端には
波長４５５ｎｍあるいは波長４８０ｎｍの光を反射する
反射要素とで構成される第３の光共振器９１を追加した
構成部分が第１の実施の形態と異なる。
の実施の形態について説明する。この実施の形態は、Ｔ
ｍ３＋イオンが添加された光ファイバと、その両端には
波長４５５ｎｍあるいは波長４８０ｎｍの光を反射する
反射要素とで構成される第３の光共振器９１を追加した
構成部分が第１の実施の形態と異なる。
【００４５】励起光源１１から発射された光は、第１お
よび第２の光共振器１２，１３中の光ファイバを励起
し、それぞれ波長６９５ｎｍ付近と波長６３５ｎｍ付近
のレーザ光を発振する。それらのレーザ光同軸上で得ら
れるので、高効率で第３の光共振器９１に入射し、Ｔｍ
３＋イオンをアップコンバージョン励起し、波長４５５
ｎｍあるいは波長４８０ｎｍ付近の青色光が発光する。
その発光された青色光は、第３の光共振器９１により繰
り返し反射増幅され、青色のレーザ光を得ることができ
る。
よび第２の光共振器１２，１３中の光ファイバを励起
し、それぞれ波長６９５ｎｍ付近と波長６３５ｎｍ付近
のレーザ光を発振する。それらのレーザ光同軸上で得ら
れるので、高効率で第３の光共振器９１に入射し、Ｔｍ
３＋イオンをアップコンバージョン励起し、波長４５５
ｎｍあるいは波長４８０ｎｍ付近の青色光が発光する。
その発光された青色光は、第３の光共振器９１により繰
り返し反射増幅され、青色のレーザ光を得ることができ
る。
【００４６】なお、第１および第２の光共振器１２，１
３を励起する方法は、上記した各実施の形態で説明した
手段を用いてもよい。
３を励起する方法は、上記した各実施の形態で説明した
手段を用いてもよい。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のアップ
コンバージョンレーザ装置によれば、Ｐｒ３＋イオンを
用いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された状
態で得ることができる。また、Ｐｒ３＋イオンを用いて
複数の安定したレーザ光を同時に、合波された状態で
得、それらレーザ光によりＴｍ３＋イオンを励起し青色
のレーザ光を得ることができる。
コンバージョンレーザ装置によれば、Ｐｒ３＋イオンを
用いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された状
態で得ることができる。また、Ｐｒ３＋イオンを用いて
複数の安定したレーザ光を同時に、合波された状態で
得、それらレーザ光によりＴｍ３＋イオンを励起し青色
のレーザ光を得ることができる。
【図１】この発明の基本的な構成と動作について説明す
るためのブロック図。
るためのブロック図。
【図２】この発明の第１の実施の形態について説明する
ための概略構成図。
ための概略構成図。
【図３】図２の光共振器の反射率について説明するため
の説明図。
の説明図。
【図４】Ｐｒ３＋イオンとＹｂ３＋イオンを波長８５０
ｎｍ付近の光で励起したときのエネルギー遷移図。
ｎｍ付近の光で励起したときのエネルギー遷移図。
【図５】図２の光共振器の反射率について説明するため
の説明図。
の説明図。
【図６】図２の光共振器の反射率について説明するため
の説明図。
の説明図。
【図７】この発明の第２の実施の形態について説明する
ための概略構成図。
ための概略構成図。
【図８】この発明の第３の実施の形態について説明する
ためのブロック図。
ためのブロック図。
【図９】この発明の第４の実施の形態について説明する
ためのブロック図。
ためのブロック図。
【図１０】従来のアップコンバージョンレーザ装置につ
いて説明するための概略図。
いて説明するための概略図。
【図１１】従来の５２０ｎｍと４９０ｎｍ同時発振のレ
ーザ出力について説明するための説明図。
ーザ出力について説明するための説明図。
１１，１１１，１１２…励起光源、１２，１２１，１２
２…第１の光共振器、１３，１３１，１３２…第２の光
共振器、１４…結合素子、１５，１６，１５１，１６１
…光ファイバ、１７〜１９，８３，１７１，１８１，１
９１…反射素子、７１…リング部コア、
７２…テーパ部コア、８１…反射防止膜、
８２…反射膜、９１…第３の光共振器。
２…第１の光共振器、１３，１３１，１３２…第２の光
共振器、１４…結合素子、１５，１６，１５１，１６１
…光ファイバ、１７〜１９，８３，１７１，１８１，１
９１…反射素子、７１…リング部コア、
７２…テーパ部コア、８１…反射防止膜、
８２…反射膜、９１…第３の光共振器。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年１１月１５日（２０００．１１．
１５）
１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 アップコンバージョンレーザ装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、複数の波長のレ
ーザ出力を同一光軸上から容易に取り出すことができる
ことから、ディスプレイ、光記憶装置、光情報処理、光
センサーなどの広い分野での用途が考えられるアップコ
ンバージョンレーザ装置に関する。
ーザ出力を同一光軸上から容易に取り出すことができる
ことから、ディスプレイ、光記憶装置、光情報処理、光
センサーなどの広い分野での用途が考えられるアップコ
ンバージョンレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より光ファイバのコアにプラセオジ
ム（Ｐｒ3+）イオンを添加し、アップコンバージョン励
起を行い、レーザ光を得る装置が数多く提案されてい
る。図１０はUSP.5,805,631 に示されている従来のアッ
プコンバージョンレーザ装置の概略構成図である。
ム（Ｐｒ3+）イオンを添加し、アップコンバージョン励
起を行い、レーザ光を得る装置が数多く提案されてい
る。図１０はUSP.5,805,631 に示されている従来のアッ
プコンバージョンレーザ装置の概略構成図である。
【０００３】図１０において、1011はコア部にＰｒ3+イ
オンとイッテルビウム（Ｙｂ3+）イオンを共添加した光
ファイバである。励起光源1012から発射された波長７８
０ｎｍ〜９００ｎｍの光が光学手段1013により光ファイ
バ1011に入射し、ここでＰｒ 3+イオンとＹｂ3+イオンを
アップコンバージョン励起して波長４８０ｎｍ、５２０
ｎｍ、６１０ｎｍ、６３５ｎｍ等の可視光λs が発光す
る。発光されたλp は、反射素子1014，1015とで構成さ
れた光共振器により繰り返し反射・増幅されレーザ発振
に至る。ここで1016はその光共振器内に配されたプリズ
ムのような波長選択素子であり、特定の発光波長のみを
発振させることができる。
オンとイッテルビウム（Ｙｂ3+）イオンを共添加した光
ファイバである。励起光源1012から発射された波長７８
０ｎｍ〜９００ｎｍの光が光学手段1013により光ファイ
バ1011に入射し、ここでＰｒ 3+イオンとＹｂ3+イオンを
アップコンバージョン励起して波長４８０ｎｍ、５２０
ｎｍ、６１０ｎｍ、６３５ｎｍ等の可視光λs が発光す
る。発光されたλp は、反射素子1014，1015とで構成さ
れた光共振器により繰り返し反射・増幅されレーザ発振
に至る。ここで1016はその光共振器内に配されたプリズ
ムのような波長選択素子であり、特定の発光波長のみを
発振させることができる。
【０００４】このように、希土類イオン特にＰｒ3+イオ
ンを用いることにより複数の波長のレーザ光を得ること
ができる。しかし、この構成では同時に異なる波長のレ
ーザ光は得ることができない。
ンを用いることにより複数の波長のレーザ光を得ること
ができる。しかし、この構成では同時に異なる波長のレ
ーザ光は得ることができない。
【０００５】このため、D.M.Baney et al, "Simultaneo
us blue and green upconversion lasing in a laser-d
iode-pumped Pr3+/Yb3+ doped fluoride fiber laser"
Appl. Phys. Lett. 69(12), 16 Sep 1996 では、Ｐｒ3+
イオンとＹｂ3+イオンを共添加したファイバレーザで波
長５２０ｎｍと４９０ｎｍの同時発振が報告されてい
る。
us blue and green upconversion lasing in a laser-d
iode-pumped Pr3+/Yb3+ doped fluoride fiber laser"
Appl. Phys. Lett. 69(12), 16 Sep 1996 では、Ｐｒ3+
イオンとＹｂ3+イオンを共添加したファイバレーザで波
長５２０ｎｍと４９０ｎｍの同時発振が報告されてい
る。
【０００６】図１１はその報告のレーザ出力のグラフで
ある。横軸は励起光強度、縦軸はレーザ出力強度であ
る。励起光強度を上げて行くとまず波長５２０ｎｍが発
振し、励起光強度に比例して大きくなる。さらに励起光
強度を上げると今度は波長４９０ｎｍが発振するが波長
５２０ｎｍの発振が不安定になっている。
ある。横軸は励起光強度、縦軸はレーザ出力強度であ
る。励起光強度を上げて行くとまず波長５２０ｎｍが発
振し、励起光強度に比例して大きくなる。さらに励起光
強度を上げると今度は波長４９０ｎｍが発振するが波長
５２０ｎｍの発振が不安定になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来例のよう
に、Ｐｒ3+イオンを用いてさまざまな波長のレーザ光を
得ている。しかし複数の波長のレーザ光を同時に安定し
て発振させることは難しい。さらにそれぞれの出力パワ
ーをコントロールすることも困難である。
に、Ｐｒ3+イオンを用いてさまざまな波長のレーザ光を
得ている。しかし複数の波長のレーザ光を同時に安定し
て発振させることは難しい。さらにそれぞれの出力パワ
ーをコントロールすることも困難である。
【０００８】また、複数の波長のレーザ光をそれぞれ異
なる光共振器を用いて発振させても、それらを合成する
には光合波器が必要となり、コストが高くなってしまう
という問題があった。
なる光共振器を用いて発振させても、それらを合成する
には光合波器が必要となり、コストが高くなってしまう
という問題があった。
【０００９】この発明の第１の目的は、Ｐｒ3+イオンを
用いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された状
態で得ることにある。
用いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された状
態で得ることにある。
【００１０】この発明の第２の目的は、Ｐｒ3+イオンを
用いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された状
態で得、それらレーザ光によりＴｍ3+イオンを励起し青
色のレーザ光を得ることをにある。
用いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された状
態で得、それらレーザ光によりＴｍ3+イオンを励起し青
色のレーザ光を得ることをにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明のアップコンバ
ージョンレーザ装置では、励起光源により３価のプラセ
オジム（Ｐｒ3+）イオンが添加された光ファイバをアッ
プコンバージョン励起してレーザ光を発生させる装置に
おいて、前記光ファイバを励起する励起手段と第１の波
長に対する第１の光共振器と第２の波長に対する第２の
光共振器を備え、前記第１の光共振器から発生された前
記第１の波長のレーザ光を前記第２の光共振器に入射
し、前記第２の光共振器からの出力として前記第１の波
長のレーザ光と前記第２の光共振器から発生された前記
第２の波長のレーザ光を出力することで第１の目的を達
成する。
ージョンレーザ装置では、励起光源により３価のプラセ
オジム（Ｐｒ3+）イオンが添加された光ファイバをアッ
プコンバージョン励起してレーザ光を発生させる装置に
おいて、前記光ファイバを励起する励起手段と第１の波
長に対する第１の光共振器と第２の波長に対する第２の
光共振器を備え、前記第１の光共振器から発生された前
記第１の波長のレーザ光を前記第２の光共振器に入射
し、前記第２の光共振器からの出力として前記第１の波
長のレーザ光と前記第２の光共振器から発生された前記
第２の波長のレーザ光を出力することで第１の目的を達
成する。
【００１２】また、希土類イオンを添加した光ファイバ
と、前記光ファイバを励起することが可能な波長の励起
光を発する励起光源と、Ｐｒ3+イオン添加光ファイバを
励起する励起手段と波長６３５ｎｍ付近の光を共振させ
る第１の光共振器と、波長６９５ｎｍ付近の光を共振さ
せる第２の光共振器とを具備し、前記第１の光共振器に
より発振した波長６９５ｎｍ付近の第１のレーザ光を前
記第２の光共振器に入射し、前記第２の光共振器からの
出力として、前記第２の光共振器により発振した波長６
３５ｎｍ付近の第２のレーザ光と前記第２の光共振器を
透過した前記第１のレーザ光をツリウム（Ｔｍ3+）イオ
ン添加光ファイバに入射し、その出力より青色レーザ光
を得ることで第２の目的を達成する。
と、前記光ファイバを励起することが可能な波長の励起
光を発する励起光源と、Ｐｒ3+イオン添加光ファイバを
励起する励起手段と波長６３５ｎｍ付近の光を共振させ
る第１の光共振器と、波長６９５ｎｍ付近の光を共振さ
せる第２の光共振器とを具備し、前記第１の光共振器に
より発振した波長６９５ｎｍ付近の第１のレーザ光を前
記第２の光共振器に入射し、前記第２の光共振器からの
出力として、前記第２の光共振器により発振した波長６
３５ｎｍ付近の第２のレーザ光と前記第２の光共振器を
透過した前記第１のレーザ光をツリウム（Ｔｍ3+）イオ
ン添加光ファイバに入射し、その出力より青色レーザ光
を得ることで第２の目的を達成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、こ
の発明の基本的な構成について説明するためのブロック
構成図である。すなわち、１１は励起光源であり、Ｐｒ
3+を励起することのできる波長λpを出力する。１２は
Ｐｒ3+イオンが添加された光ファイバと、その両端には
第１の発振波長λs1を反射する反射要素とで構成される
第１の光共振器である。１３はＰｒ3+イオンが添加され
た光ファイバと、その両端には第２の発振波長λs2を反
射する反射要素とで構成される第２の光共振器である。
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、こ
の発明の基本的な構成について説明するためのブロック
構成図である。すなわち、１１は励起光源であり、Ｐｒ
3+を励起することのできる波長λpを出力する。１２は
Ｐｒ3+イオンが添加された光ファイバと、その両端には
第１の発振波長λs1を反射する反射要素とで構成される
第１の光共振器である。１３はＰｒ3+イオンが添加され
た光ファイバと、その両端には第２の発振波長λs2を反
射する反射要素とで構成される第２の光共振器である。
【００１４】まず、励起光源１１から出射された波長λ
p の励起光は、第１の光共振器１２の一方の端から入射
し、第１の光共振器１２中のＰｒ3+イオンを励起するこ
とにより発振波長λs1で第１のレーザ光が発振する。発
振された第１のレーザ光は、励起光とともに、第１の光
共振器１２と光学的に結合された第２の光共振器１３の
一方の端に入射する。入射された励起光は、第２の光共
振器１３中のＰｒ3+イオンを励起することにより発振波
長λs2で第２のレーザ光が発振する。発振された第２の
レーザ光（λs2）と第２の光共振器１３を通過した第１
のレーザ光（λs1）は第２の光共振器１３のもう一方の
端から出力される。
p の励起光は、第１の光共振器１２の一方の端から入射
し、第１の光共振器１２中のＰｒ3+イオンを励起するこ
とにより発振波長λs1で第１のレーザ光が発振する。発
振された第１のレーザ光は、励起光とともに、第１の光
共振器１２と光学的に結合された第２の光共振器１３の
一方の端に入射する。入射された励起光は、第２の光共
振器１３中のＰｒ3+イオンを励起することにより発振波
長λs2で第２のレーザ光が発振する。発振された第２の
レーザ光（λs2）と第２の光共振器１３を通過した第１
のレーザ光（λs1）は第２の光共振器１３のもう一方の
端から出力される。
【００１５】図２は、図１を具体的にしたこの発明の第
１の実施の形態について説明するための構成図である。
図２において、１１は励起光源であり、例えば中心波長
８５０ｎｍ（λp ）付近の励起光を出力する半導体レー
ザ（ＬＤ）装置である。１４は励起光を光ファイバ１５
に入射するための結合素子であり、例えば光学系により
構成する。１５，１６はＰｒ3+イオンとＹｂ3+イオンを
共添加した光ファイバであり、ハライドガラス材料のよ
うな低フォノンエネルギーの母材を用いる。１７〜１９
は反射素子であり、例えばクリーブしたファイバ端面に
誘電体多層膜を積層したものからなる誘電体ミラーであ
る。
１の実施の形態について説明するための構成図である。
図２において、１１は励起光源であり、例えば中心波長
８５０ｎｍ（λp ）付近の励起光を出力する半導体レー
ザ（ＬＤ）装置である。１４は励起光を光ファイバ１５
に入射するための結合素子であり、例えば光学系により
構成する。１５，１６はＰｒ3+イオンとＹｂ3+イオンを
共添加した光ファイバであり、ハライドガラス材料のよ
うな低フォノンエネルギーの母材を用いる。１７〜１９
は反射素子であり、例えばクリーブしたファイバ端面に
誘電体多層膜を積層したものからなる誘電体ミラーであ
る。
【００１６】図３はそれぞれの反射素子のおおよその反
射率特性を表したグラフであり、横軸は波長、縦軸は反
射率である。図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ反射素子１
７〜１９の反射率特性である。励起光波長８５０ｎｍに
対して反射素子１７〜１９ともにほぼ１００％透過とな
っている。また第１の発振波長６９５ｎｍ（λs1）に対
しては、反射素子１７，１８でそれぞれほぼ１００％と
部分反射となっており、光ファイバ１５とともに波長６
９５ｎｍ付近に対する第１の光共振器１２を形成してい
る。また、第２の発振波長６３５ｎｍ（λs2）に対して
は、反射素子１８、１９でそれぞれほぼ１００％と部分
反射となっており、同様に光ファイバ１６とともに波長
６３５ｎｍ付近に対する第２の光共振器１３を形成して
いる。これら光共振器１２，１３は、反射素子１８を介
して端面接続（butt-joint）で結合している。
射率特性を表したグラフであり、横軸は波長、縦軸は反
射率である。図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ反射素子１
７〜１９の反射率特性である。励起光波長８５０ｎｍに
対して反射素子１７〜１９ともにほぼ１００％透過とな
っている。また第１の発振波長６９５ｎｍ（λs1）に対
しては、反射素子１７，１８でそれぞれほぼ１００％と
部分反射となっており、光ファイバ１５とともに波長６
９５ｎｍ付近に対する第１の光共振器１２を形成してい
る。また、第２の発振波長６３５ｎｍ（λs2）に対して
は、反射素子１８、１９でそれぞれほぼ１００％と部分
反射となっており、同様に光ファイバ１６とともに波長
６３５ｎｍ付近に対する第２の光共振器１３を形成して
いる。これら光共振器１２，１３は、反射素子１８を介
して端面接続（butt-joint）で結合している。
【００１７】次に、図２の動作について説明するが、ま
ず波長８５０ｎｍ付近の励起光でＰｒ3+イオンとＹｂ3+
イオンがアップコンバージョン励起する様子をエネルギ
ー準位図である図４を用いて簡単に説明する。
ず波長８５０ｎｍ付近の励起光でＰｒ3+イオンとＹｂ3+
イオンがアップコンバージョン励起する様子をエネルギ
ー準位図である図４を用いて簡単に説明する。
【００１８】図４はＰｒ3+イオンとＹｂ3+イオンのエネ
ルギー準位図である。まずＹｂ3+イオンは波長８５０ｎ
ｍ付近の励起光を吸収し、基底準位（ ２Ｆ７／２ ）
から２Ｆ５／２ に遷移する。そこから ２Ｆ７／２
に脱励起する際Ｐｒ3+イオンにエネルギーを伝達し、Ｐ
ｒ3+イオンは基底準位から １Ｇ４ へ遷移する。さら
に、Ｐｒ3+イオンは波長８５０ｎｍ付近の励起光を吸収
し、 １Ｉ６ ， ３Ｐ１ へ遷移する。 ３Ｐ１ から
３Ｈ５ へは発光遷移であり波長５２０ｎｍ付近の発
光を得る。また ３Ｐ１ から ３Ｐ０ へ非発光遷移
した後、それぞれ ３Ｈ４ へ遷移した場合波長４９０
ｎｍ付近の発光を、 ３Ｆ２ へ遷移した場合波長６３
５ｎｍ付近の発光を、 ３Ｆ３ へ遷移した場合波長６
９５ｎｍの発光を得ることができる。これらの遷移はい
ずれもレーザ発振が可能であるが、それぞれの蛍光断面
積(emission cross-section)と下位準位の蛍光寿命、非
発光緩和確率などで利得の得やすさつまりレーザ発振の
しやすさが異なる。発振のしやすさは ３Ｐ０ → ３
Ｆ２ （波長６３５ｎｍ付近）、 ３Ｐ１ → ３Ｈ５
（波長５２０ｎｍ付近）、 ３Ｐ０ → ３Ｈ４ （波
長４９０ｎｍ付近）、 ３Ｐ０ → ３Ｆ３ （波長６
９５ｎｍ付近）の順で大きい。
ルギー準位図である。まずＹｂ3+イオンは波長８５０ｎ
ｍ付近の励起光を吸収し、基底準位（ ２Ｆ７／２ ）
から２Ｆ５／２ に遷移する。そこから ２Ｆ７／２
に脱励起する際Ｐｒ3+イオンにエネルギーを伝達し、Ｐ
ｒ3+イオンは基底準位から １Ｇ４ へ遷移する。さら
に、Ｐｒ3+イオンは波長８５０ｎｍ付近の励起光を吸収
し、 １Ｉ６ ， ３Ｐ１ へ遷移する。 ３Ｐ１ から
３Ｈ５ へは発光遷移であり波長５２０ｎｍ付近の発
光を得る。また ３Ｐ１ から ３Ｐ０ へ非発光遷移
した後、それぞれ ３Ｈ４ へ遷移した場合波長４９０
ｎｍ付近の発光を、 ３Ｆ２ へ遷移した場合波長６３
５ｎｍ付近の発光を、 ３Ｆ３ へ遷移した場合波長６
９５ｎｍの発光を得ることができる。これらの遷移はい
ずれもレーザ発振が可能であるが、それぞれの蛍光断面
積(emission cross-section)と下位準位の蛍光寿命、非
発光緩和確率などで利得の得やすさつまりレーザ発振の
しやすさが異なる。発振のしやすさは ３Ｐ０ → ３
Ｆ２ （波長６３５ｎｍ付近）、 ３Ｐ１ → ３Ｈ５
（波長５２０ｎｍ付近）、 ３Ｐ０ → ３Ｈ４ （波
長４９０ｎｍ付近）、 ３Ｐ０ → ３Ｆ３ （波長６
９５ｎｍ付近）の順で大きい。
【００１９】まず、励起光源１１から波長８５０ｎｍ付
近の励起光が出射され、結合素子１４により光ファイバ
１５に入射する。入射された励起光は、Ｐｒ3+／Ｙｂ3+
をアップコンバージョン励起し、波長６３５ｎｍ、５２
０ｎｍ、４９０ｎｍ、６９５ｎｍ付近の発光を得る。光
ファイバ１５と反射素子１７，１８とで構成された光共
振器１２は、波長６９５ｎｍ付近の光に対して繰り返し
反射するため波長６９５ｎｍ付近の光のみ増幅・発振に
至り、他の波長は発振しない。
近の励起光が出射され、結合素子１４により光ファイバ
１５に入射する。入射された励起光は、Ｐｒ3+／Ｙｂ3+
をアップコンバージョン励起し、波長６３５ｎｍ、５２
０ｎｍ、４９０ｎｍ、６９５ｎｍ付近の発光を得る。光
ファイバ１５と反射素子１７，１８とで構成された光共
振器１２は、波長６９５ｎｍ付近の光に対して繰り返し
反射するため波長６９５ｎｍ付近の光のみ増幅・発振に
至り、他の波長は発振しない。
【００２０】発振された波長６９５ｎｍのレーザ光は、
部分反射である反射素子１８を一部透過し、光ファイバ
１６に入射する。同時に光ファイバ１５で吸収されなか
った一部の励起光も反射素子１８を透過し光ファイバ１
６に入射する。
部分反射である反射素子１８を一部透過し、光ファイバ
１６に入射する。同時に光ファイバ１５で吸収されなか
った一部の励起光も反射素子１８を透過し光ファイバ１
６に入射する。
【００２１】入射された励起光は同様にＰｒ3+／Ｙｂ3+
をアップコンバージョン励起するが、光共振器１３は波
長６３５ｎｍ付近の光を選択的に繰り返し反射・増幅す
るため、部分反射の反射素子１９側から波長６３５ｎｍ
付近のレーザ光を得ることができる。
をアップコンバージョン励起するが、光共振器１３は波
長６３５ｎｍ付近の光を選択的に繰り返し反射・増幅す
るため、部分反射の反射素子１９側から波長６３５ｎｍ
付近のレーザ光を得ることができる。
【００２２】一方、光ファイバ１６に入射された波長６
９５ｎｍ付近のレーザ光は、６９５ｎｍ付近発光の下位
準位 ３Ｐ０ の寿命は蛍光寿命と非放射緩和率を考え
ると１７ｎｓ程度と非常に小さな値であり、 ３Ｆ３
の分布密度はほとんどないと考えられる。そのためイオ
ンに吸収されることなく透過し、反射素子１９側から出
力を得ることができる。
９５ｎｍ付近のレーザ光は、６９５ｎｍ付近発光の下位
準位 ３Ｐ０ の寿命は蛍光寿命と非放射緩和率を考え
ると１７ｎｓ程度と非常に小さな値であり、 ３Ｆ３
の分布密度はほとんどないと考えられる。そのためイオ
ンに吸収されることなく透過し、反射素子１９側から出
力を得ることができる。
【００２３】また、波長６３５ｎｍと波長６９５ｎｍ発
光の上位準位は同じ ３Ｐ０ であるが、波長６３５ｎ
ｍの蛍光断面積は波長６９５ｎｍのものよりも大きく、
波長６３５ｎｍ発振への波長６９５ｎｍの影響はほとん
どない。
光の上位準位は同じ ３Ｐ０ であるが、波長６３５ｎ
ｍの蛍光断面積は波長６９５ｎｍのものよりも大きく、
波長６３５ｎｍ発振への波長６９５ｎｍの影響はほとん
どない。
【００２４】以上の動作により、異なる波長のレーザ光
を同時に発振させ、同軸上の光として得ることができ
る。
を同時に発振させ、同軸上の光として得ることができ
る。
【００２５】なお、第１および第２の光共振器１２，１
３で発振させるレーザの波長を変えても同様の効果を得
ることができる。この場合、光共振器ミラーの特性を変
えることにより実現できる。
３で発振させるレーザの波長を変えても同様の効果を得
ることができる。この場合、光共振器ミラーの特性を変
えることにより実現できる。
【００２６】例えば、第１の光共振器１１で波長５２０
ｎｍ付近のレーザ光を、第２の光共振器１３で波長６３
５ｎｍ付近のレーザ光を発振させても良い。図５（ａ）
〜（ｃ）は、その場合のそれぞれ図２における反射素子
１７〜１９のおおよその反射率特性を表したグラフであ
り、横軸は波長、縦軸は反射率である。第１の光共振器
１１は波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振するよう
に、反射素子１７の波長５２０ｎｍ付近に関してはほぼ
１００％反射、反射素子１８に関しては部分反射であ
り、第１の光共振器で波長６３５ｎｍ付近で発振しない
ように反射素子１７の波長６３５ｎｍ付近の反射率はほ
ぼ０％にする。また第２の光共振器１３は波長６３５ｎ
ｍ付近のレーザ光を発振するように、反射素子１８の波
長６３５ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反射、反射素
子１９に関しては部分反射である。
ｎｍ付近のレーザ光を、第２の光共振器１３で波長６３
５ｎｍ付近のレーザ光を発振させても良い。図５（ａ）
〜（ｃ）は、その場合のそれぞれ図２における反射素子
１７〜１９のおおよその反射率特性を表したグラフであ
り、横軸は波長、縦軸は反射率である。第１の光共振器
１１は波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振するよう
に、反射素子１７の波長５２０ｎｍ付近に関してはほぼ
１００％反射、反射素子１８に関しては部分反射であ
り、第１の光共振器で波長６３５ｎｍ付近で発振しない
ように反射素子１７の波長６３５ｎｍ付近の反射率はほ
ぼ０％にする。また第２の光共振器１３は波長６３５ｎ
ｍ付近のレーザ光を発振するように、反射素子１８の波
長６３５ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反射、反射素
子１９に関しては部分反射である。
【００２７】波長５２０ｎｍ付近と波長６３５ｎｍ付近
はレーザの上位準位がそれぞれ ３Ｐ１ と ３Ｐ０
と異なるため、波長６３５ｎｍ付近が発振している第２
の光共振器１３に波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を入射
してもほとんど影響はなく、また下位準位（ ３Ｈ
５ ）の寿命も蛍光寿命と非放射緩和を考慮すると２μ
ｓと小さいためほとんど吸収されることなく、反射素子
１９側から出射する。
はレーザの上位準位がそれぞれ ３Ｐ１ と ３Ｐ０
と異なるため、波長６３５ｎｍ付近が発振している第２
の光共振器１３に波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を入射
してもほとんど影響はなく、また下位準位（ ３Ｈ
５ ）の寿命も蛍光寿命と非放射緩和を考慮すると２μ
ｓと小さいためほとんど吸収されることなく、反射素子
１９側から出射する。
【００２８】また同様に、第１の光共振器１１で波長４
９０ｎｍ付近のレーザ光を、第２の光共振器１３で波長
５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振させても良い。図６
（ａ）〜（ｃ）はその場合のそれぞれ図２における反射
素子１７〜１９のおおよその反射率特性を表したグラフ
であり、横軸は波長、縦軸は反射率である。
９０ｎｍ付近のレーザ光を、第２の光共振器１３で波長
５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振させても良い。図６
（ａ）〜（ｃ）はその場合のそれぞれ図２における反射
素子１７〜１９のおおよその反射率特性を表したグラフ
であり、横軸は波長、縦軸は反射率である。
【００２９】第１の光共振器１１は波長４９０ｎｍ付近
のレーザ光を発振するように、反射素子１７の波長４９
０ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反射、反射素子１８
に関しては部分反射である。第２の光共振器１３は波長
５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振するように、反射素子
１８の波長５２０ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反
射、反射素子１９に関しては部分反射である。第１およ
び第２の光共振器１２，１３で波長６３５ｎｍ付近で発
振しないように反射素子１７〜１９の波長６３５ｎｍ付
近の反射率はほぼ０％にする。
のレーザ光を発振するように、反射素子１７の波長４９
０ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反射、反射素子１８
に関しては部分反射である。第２の光共振器１３は波長
５２０ｎｍ付近のレーザ光を発振するように、反射素子
１８の波長５２０ｎｍ付近に関してはほぼ１００％反
射、反射素子１９に関しては部分反射である。第１およ
び第２の光共振器１２，１３で波長６３５ｎｍ付近で発
振しないように反射素子１７〜１９の波長６３５ｎｍ付
近の反射率はほぼ０％にする。
【００３０】波長５２０ｎｍ付近と波長４９０ｎｍ付近
は、レーザの上位準位がそれぞれ ３Ｐ１ と ３Ｐ０
と異なるため、波長４９０ｎｍ付近が発振している第２
の光共振器１３に波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を入射
してもほとんど影響はなく、また下位準位（ ３Ｈ
５ ）の寿命も蛍光寿命と非放射緩和を考慮すると２μ
ｓと小さいためほとんど吸収されることなく、反射素子
１９側から出射する。
は、レーザの上位準位がそれぞれ ３Ｐ１ と ３Ｐ０
と異なるため、波長４９０ｎｍ付近が発振している第２
の光共振器１３に波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を入射
してもほとんど影響はなく、また下位準位（ ３Ｈ
５ ）の寿命も蛍光寿命と非放射緩和を考慮すると２μ
ｓと小さいためほとんど吸収されることなく、反射素子
１９側から出射する。
【００３１】また、この実施の形態において第１および
第２の光共振器１２，１３で発振するそれぞれのレーザ
光の出力比は、それぞれの光共振器を構成する光ファイ
バの長さ、あるいは光ファイバに添加するＰｒ3+及びあ
るいはＹｂ3+イオンの濃度、あるいは光共振器を構成す
る反射素子の各波長における反射率を変化させることに
より実現することができる。
第２の光共振器１２，１３で発振するそれぞれのレーザ
光の出力比は、それぞれの光共振器を構成する光ファイ
バの長さ、あるいは光ファイバに添加するＰｒ3+及びあ
るいはＹｂ3+イオンの濃度、あるいは光共振器を構成す
る反射素子の各波長における反射率を変化させることに
より実現することができる。
【００３２】また反射素子１７〜１９はこの実施の形態
のような誘電体多層膜に限らず、ファイバブラッググレ
ーティングのような反射素子でも同様の効果が得られる
ことは明らかである。
のような誘電体多層膜に限らず、ファイバブラッググレ
ーティングのような反射素子でも同様の効果が得られる
ことは明らかである。
【００３３】この実施の形態では励起光の波長を８５０
ｎｍ付近としたが、この波長に限らずＰｒ3+イオンおよ
びＹｂ3+イオンをアップコンバージョン励起できる波長
であればよい。また光ファイバ１５，１６にＹｂ3+イオ
ンをＰｒ3+イオンと共添加しているが、Ｐｒ3+イオンだ
けを添加してもよく、この場合励起光の波長を１０１０
ｎｍ付近と８３５ｎｍ付近にすればよい。
ｎｍ付近としたが、この波長に限らずＰｒ3+イオンおよ
びＹｂ3+イオンをアップコンバージョン励起できる波長
であればよい。また光ファイバ１５，１６にＹｂ3+イオ
ンをＰｒ3+イオンと共添加しているが、Ｐｒ3+イオンだ
けを添加してもよく、この場合励起光の波長を１０１０
ｎｍ付近と８３５ｎｍ付近にすればよい。
【００３４】図７は、この発明の第２の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。１１１は、励起光源
である。７１はリング型光導波路のリング部コアであ
り、例えば樹脂系あるいはガラス系の光学材料からな
り、光ファイバ１５１，１６１の一部が埋め込まれてい
る。リング部コア７１の屈折率は、光ファイバ１５１，
１６１のクラッド部と同様の値である。７２はテーパ型
光導波路のテーパ部コアであり、リング部コア７１と同
様の光学材料からなり、その細径端はリング部コア７１
と低接続損失で接続し、太径端は励起光源１１と端面接
続(butt-joint)している。またリング部コア７１とテー
パ部コア７２は図示しないクラッド部に覆われている。
いて説明するための構成図である。１１１は、励起光源
である。７１はリング型光導波路のリング部コアであ
り、例えば樹脂系あるいはガラス系の光学材料からな
り、光ファイバ１５１，１６１の一部が埋め込まれてい
る。リング部コア７１の屈折率は、光ファイバ１５１，
１６１のクラッド部と同様の値である。７２はテーパ型
光導波路のテーパ部コアであり、リング部コア７１と同
様の光学材料からなり、その細径端はリング部コア７１
と低接続損失で接続し、太径端は励起光源１１と端面接
続(butt-joint)している。またリング部コア７１とテー
パ部コア７２は図示しないクラッド部に覆われている。
【００３５】励起光源１１１から発した波長λp 付近の
励起光はテーパ部コア７２に入射・伝搬しリング部コア
７１に入射する。入射された励起光は、リング部コア７
１内に閉じ込められ、低損失で周回伝搬し高い励起光密
度を実現することができる。
励起光はテーパ部コア７２に入射・伝搬しリング部コア
７１に入射する。入射された励起光は、リング部コア７
１内に閉じ込められ、低損失で周回伝搬し高い励起光密
度を実現することができる。
【００３６】その励起光で光ファイバ１５１，１６１に
添加されたＰｒ3+イオンは励起され、第１の実施の形態
と同様に波長λs1付近と波長λs2付近のレーザ光を同時
に反射素子１９１側から得ることができる。このとき反
射素子１７１〜１９１の反射特性を、図３，図５，図６
のいずれかとすることにより、それぞれ波長６９５ｎｍ
と波長６３５ｎｍあるいは波長５２０ｎｍ付近と波長６
３５ｎｍ付近のレーザ光をあるいは波長４９０ｎｍ付近
と波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を同時に得ることがで
きる。
添加されたＰｒ3+イオンは励起され、第１の実施の形態
と同様に波長λs1付近と波長λs2付近のレーザ光を同時
に反射素子１９１側から得ることができる。このとき反
射素子１７１〜１９１の反射特性を、図３，図５，図６
のいずれかとすることにより、それぞれ波長６９５ｎｍ
と波長６３５ｎｍあるいは波長５２０ｎｍ付近と波長６
３５ｎｍ付近のレーザ光をあるいは波長４９０ｎｍ付近
と波長５２０ｎｍ付近のレーザ光を同時に得ることがで
きる。
【００３７】この実施の形態において第１および第２の
光共振器１２１，１３１で発振するそれぞれのレーザ光
の出力比は、それぞれの光共振器を構成する光ファイバ
にの長さ、あるいは光ファイバに添加するＰｒ3+及びま
たはＹｂ3+イオンの濃度、あるいは光共振器を構成する
反射素子の各波長における反射率を変化させることによ
り実現することができる。
光共振器１２１，１３１で発振するそれぞれのレーザ光
の出力比は、それぞれの光共振器を構成する光ファイバ
にの長さ、あるいは光ファイバに添加するＰｒ3+及びま
たはＹｂ3+イオンの濃度、あるいは光共振器を構成する
反射素子の各波長における反射率を変化させることによ
り実現することができる。
【００３８】また、反射素子１７１，１８１，１９１は
この実施の形態のような誘電体多層膜に限らず、ファイ
バブラッググレーティングのような反射素子でも同様の
効果が得られることは明らかである。
この実施の形態のような誘電体多層膜に限らず、ファイ
バブラッググレーティングのような反射素子でも同様の
効果が得られることは明らかである。
【００３９】図８は、この発明の第３の実施の形態につ
いて説明するための構成図である。同図において、１１
２は励起光源であり、一方の端に誘電体多層膜により形
成された反射防止膜８１と他方の端に同様に形成された
反射膜８２とで構成する。少なくとも反射膜８２は反射
防止膜８１以上の反射率を持つ。８３は反射素子であ
り、第１の光共振器１２２および第２の光共振器１３２
で発振された波長λs1，λs2に対してはほぼ全透過し、
励起光波長λp に対してはほぼ全反射する特性を持つ。
反射膜８２と反射素子８３との間で外部共振器８４が形
成され、第１および第２の光共振器１２２，１３２はそ
の外部共振器の内部に配置する。
いて説明するための構成図である。同図において、１１
２は励起光源であり、一方の端に誘電体多層膜により形
成された反射防止膜８１と他方の端に同様に形成された
反射膜８２とで構成する。少なくとも反射膜８２は反射
防止膜８１以上の反射率を持つ。８３は反射素子であ
り、第１の光共振器１２２および第２の光共振器１３２
で発振された波長λs1，λs2に対してはほぼ全透過し、
励起光波長λp に対してはほぼ全反射する特性を持つ。
反射膜８２と反射素子８３との間で外部共振器８４が形
成され、第１および第２の光共振器１２２，１３２はそ
の外部共振器の内部に配置する。
【００４０】励起光源１１２より発射された波長λp の
励起光は、外部共振器８４により繰り返し反射・増幅
し、外部共振器内部は高い励起光密度を実現することが
できる。その励起光により、内部におかれた第１および
第２の光共振器１２２，１３２を構成する光ファイバを
励起し、前記した基本的な動作と同様にそれぞれの光共
振器で発振したレーザ光λs1，λs2を同時に得ることが
できる。
励起光は、外部共振器８４により繰り返し反射・増幅
し、外部共振器内部は高い励起光密度を実現することが
できる。その励起光により、内部におかれた第１および
第２の光共振器１２２，１３２を構成する光ファイバを
励起し、前記した基本的な動作と同様にそれぞれの光共
振器で発振したレーザ光λs1，λs2を同時に得ることが
できる。
【００４１】また、反射素子８３は第２の光共振器１３
２の出射端側の反射素子８３に励起光波長λp を、ほぼ
全反射するような特性を付加することによっても同様の
効果が得られる。
２の出射端側の反射素子８３に励起光波長λp を、ほぼ
全反射するような特性を付加することによっても同様の
効果が得られる。
【００４２】また、上記した実施の形態と同様に、第１
および第２の共振器を構成する反射素子の特性を変える
ことによりλs1，λs2として、波長６９５ｎｍ付近と波
長６３５ｎｍ付近あるいは波長５２０ｎｍ付近および波
長６３５ｎｍ付近あるいは波長４９０ｎｍ付近および波
長５２０ｎｍ付近のレーザ光を同時に得ることができ
る。
および第２の共振器を構成する反射素子の特性を変える
ことによりλs1，λs2として、波長６９５ｎｍ付近と波
長６３５ｎｍ付近あるいは波長５２０ｎｍ付近および波
長６３５ｎｍ付近あるいは波長４９０ｎｍ付近および波
長５２０ｎｍ付近のレーザ光を同時に得ることができ
る。
【００４３】さらに、第１および第２の光共振器で発振
するそれぞれのレーザ光の出力比は、それぞれの光共振
器を構成する光ファイバにの長さ、あるいは光ファイバ
に添加するＰｒ3+及びまたはＹｂ3+イオンの濃度、ある
いは光共振器を構成する反射素子の各波長における反射
率を変化させることにより実現することができる。光共
振器を構成する反射素子あるいは反射膜８３は、誘電体
多層膜に限らず、ファイバブラッググレーティングのよ
うな反射素子でも同様の効果を得ることができる。
するそれぞれのレーザ光の出力比は、それぞれの光共振
器を構成する光ファイバにの長さ、あるいは光ファイバ
に添加するＰｒ3+及びまたはＹｂ3+イオンの濃度、ある
いは光共振器を構成する反射素子の各波長における反射
率を変化させることにより実現することができる。光共
振器を構成する反射素子あるいは反射膜８３は、誘電体
多層膜に限らず、ファイバブラッググレーティングのよ
うな反射素子でも同様の効果を得ることができる。
【００４４】図９のブロック図を用い、この発明の第４
の実施の形態について説明する。この実施の形態は、Ｔ
ｍ3+イオンが添加された光ファイバと、その両端には波
長４５５ｎｍあるいは波長４８０ｎｍの光を反射する反
射要素とで構成される第３の光共振器９１を追加した構
成部分が第１の実施の形態と異なる。
の実施の形態について説明する。この実施の形態は、Ｔ
ｍ3+イオンが添加された光ファイバと、その両端には波
長４５５ｎｍあるいは波長４８０ｎｍの光を反射する反
射要素とで構成される第３の光共振器９１を追加した構
成部分が第１の実施の形態と異なる。
【００４５】励起光源１１から発射された光は、第１お
よび第２の光共振器１２，１３中の光ファイバを励起
し、それぞれ波長６９５ｎｍ付近と波長６３５ｎｍ付近
のレーザ光を発振する。それらのレーザ光同軸上で得ら
れるので、高効率で第３の光共振器９１に入射し、Ｔｍ
3+イオンをアップコンバージョン励起し、波長４５５ｎ
ｍあるいは波長４８０ｎｍ付近の青色光が発光する。そ
の発光された青色光は、第３の光共振器９１により繰り
返し反射増幅され、青色のレーザ光を得ることができ
る。
よび第２の光共振器１２，１３中の光ファイバを励起
し、それぞれ波長６９５ｎｍ付近と波長６３５ｎｍ付近
のレーザ光を発振する。それらのレーザ光同軸上で得ら
れるので、高効率で第３の光共振器９１に入射し、Ｔｍ
3+イオンをアップコンバージョン励起し、波長４５５ｎ
ｍあるいは波長４８０ｎｍ付近の青色光が発光する。そ
の発光された青色光は、第３の光共振器９１により繰り
返し反射増幅され、青色のレーザ光を得ることができ
る。
【００４６】なお、第１および第２の光共振器１２，１
３を励起する方法は、上記した各実施の形態で説明した
手段を用いてもよい。
３を励起する方法は、上記した各実施の形態で説明した
手段を用いてもよい。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のアップ
コンバージョンレーザ装置によれば、Ｐｒ3+イオンを用
いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された状態
で得ることができる。また、Ｐｒ3+イオンを用いて複数
の安定したレーザ光を同時に、合波された状態で得、そ
れらレーザ光によりＴｍ3+イオンを励起し青色のレーザ
光を得ることができる。
コンバージョンレーザ装置によれば、Ｐｒ3+イオンを用
いて複数の安定したレーザ光を同時に、合波された状態
で得ることができる。また、Ｐｒ3+イオンを用いて複数
の安定したレーザ光を同時に、合波された状態で得、そ
れらレーザ光によりＴｍ3+イオンを励起し青色のレーザ
光を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の基本的な構成と動作について説明す
るためのブロック図。
るためのブロック図。
【図２】この発明の第１の実施の形態について説明する
ための概略構成図。
ための概略構成図。
【図３】図２の光共振器の反射率について説明するため
の説明図。
の説明図。
【図４】Ｐｒ3+イオンとＹｂ3+イオンを波長８５０ｎｍ
付近の光で励起したときのエネルギー遷移図。
付近の光で励起したときのエネルギー遷移図。
【図５】図２の光共振器の反射率について説明するため
の説明図。
の説明図。
【図６】図２の光共振器の反射率について説明するため
の説明図。
の説明図。
【図７】この発明の第２の実施の形態について説明する
ための概略構成図。
ための概略構成図。
【図８】この発明の第３の実施の形態について説明する
ためのブロック図。
ためのブロック図。
【図９】この発明の第４の実施の形態について説明する
ためのブロック図。
ためのブロック図。
【図１０】従来のアップコンバージョンレーザ装置につ
いて説明するための概略図。
いて説明するための概略図。
【図１１】従来の５２０ｎｍと４９０ｎｍ同時発振のレ
ーザ出力について説明するための説明図。
ーザ出力について説明するための説明図。
【符号の説明】 １１，１１１，１１２…励起光源、１２，１２１，１２
２…第１の光共振器、１３，１３１，１３２…第２の光
共振器、１４…結合素子、１５，１６，１５１，１６１
…光ファイバ、１７〜１９，８３，１７１，１８１，１
９１…反射素子、７１…リング部コア、
７２…テーパ部コア、８１…反射防止膜、
８２…反射膜、９１…第３の光共振器。
２…第１の光共振器、１３，１３１，１３２…第２の光
共振器、１４…結合素子、１５，１６，１５１，１６１
…光ファイバ、１７〜１９，８３，１７１，１８１，１
９１…反射素子、７１…リング部コア、
７２…テーパ部コア、８１…反射防止膜、
８２…反射膜、９１…第３の光共振器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土田 雅基 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 AK06 KK01 KK07 KK26 PP07
Claims (11)
- 【請求項１】 励起光源により３価のプラセオジム（Ｐ
ｒ３＋）イオンが添加された光ファイバをアップコンバ
ージョン励起してレーザ光を発生させる装置において、 前記光ファイバを励起する励起手段と第１の波長に対す
る第１の光共振器と第２の波長に対する第２の光共振器
を備え、 前記第１の光共振器から発生された前記第１の波長のレ
ーザ光を前記第２の光共振器に入射し、 前記第２の光共振器からの出力として前記第１の波長の
レーザ光と前記第２の光共振器から発生された前記第２
の波長のレーザ光を出力することを特徴とするアップコ
ンバージョンレーザ装置。 - 【請求項２】 前記第１の光共振器を構成する反射素子
の特性として、励起光源からの励起光波長に対しては両
端とも透過する特性を持ち、前記第２の波長に対しては
第２の光共振器側は高反射の特性を持ち、他端側は透過
する特性を持つことを特徴とし、前記第２の光共振器を
構成する反射素子の特性として、第１の波長に対しては
両端とも透過する特性を持ち、励起光源からの励起光波
長に対しては第１の光共振器側は透過する特性を持ち、
他端側は高反射の特性を持つことを特徴とした請求項１
記載のアップコンバージョンレーザ装置。 - 【請求項３】 前記光ファイバは、Ｐｒ３＋イオンおよ
び３価のイッテルビウム（Ｙｂ３＋）イオンを添加した
光ファイバであることを特徴とする請求項１または２記
載のアップコンバージョンレーザ装置。 - 【請求項４】 前記励起手段として、励起光を前記第１
の光共振器に入射させ該第１の光共振器を透過した後、
前記第２の光共振器に入射することを特徴とした請求項
１または３記載のアップコンバージョンレーザ装置 - 【請求項５】 前記励起手段として、励起光を各光共振
器を構成する光ファイバの側面から入射させることを特
徴とした請求項１または３記載のアップコンバージョン
レーザ装置。 - 【請求項６】 前記励起手段として、外部共振器型の半
導体レーザの外部共振器内部に前記第１の光共振器と前
記第２の光共振器を配することを特徴とした請求項１ま
たは３記載のアップコンバージョンレーザ装置。 - 【請求項７】 前記第１の波長のレーザ光と前記第２の
波長のレーザ光との出力比を制御するため、各光共振器
内に配された光ファイバの長さ、あるいは該光ファイバ
に添加するイオンの濃度、あるいは光共振器での各波長
に対する反射特性のいずれかを変化させることを特徴と
する請求項１，３〜６のいずれかに記載のアップコンバ
ージョンレーザ装置。 - 【請求項８】 前記第１の波長を６９５ｎｍ付近、前記
第２の波長を６３５ｎｍ付近とすることを特徴とする請
求項１，３〜７のいずれかに記載のアップコンバージョ
ンレーザ装置。 - 【請求項９】 前記第１の波長を５２０ｎｍ付近、前記
第２の波長を６３５ｎｍ付近とすることを特徴とする請
求項１，３〜７のいずれかに記載のアップコンバージョ
ンレーザ装置。 - 【請求項１０】 前記第１の波長を４９０ｎｍ付近、前
記第２の波長を５２０ｎｍ付近とすることを特徴とする
請求項１，３〜７のいずれかに記載のアップコンバージ
ョンレーザ装置。 - 【請求項１１】 希土類イオンを添加した光ファイバ
と、 前記光ファイバを励起することが可能な波長の励起光を
発する励起光源と、 Ｐｒ３＋イオン添加光ファイバを励起する励起手段と波
長６３５ｎｍ付近光を共振させる第１の光共振器と、 波長６９５ｎｍ付近の光を共振させる第２の光共振器と
を具備し、 前記第１の光共振器により発振した波長６９５ｎｍ付近
の第１のレーザ光を前記第２の光共振器に入射し、前記
第２の光共振器からの出力として、前記第２の光共振器
により発振した波長６３５ｎｍ付近の第２のレーザ光と
前記第２の光共振器を透過した前記第１のレーザ光をツ
リウム（Ｔｍ３＋）イオン添加光ファイバに入射し、そ
の出力より青色レーザ光を得ることを特徴とするアップ
コンバージョンレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000292707A JP2002111108A (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | アップコンバージョンレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000292707A JP2002111108A (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | アップコンバージョンレーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002111108A true JP2002111108A (ja) | 2002-04-12 |
Family
ID=18775610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000292707A Withdrawn JP2002111108A (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | アップコンバージョンレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002111108A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007013181A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 外部共振構造を有するアップ−コンバージョン光ファイバレーザ |
| WO2007026510A1 (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ファイバレーザおよび光学装置 |
| JP2007155820A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-21 | Sumita Optical Glass Inc | 蛍光ファイバを用いた白色発光装置 |
| WO2011016170A1 (ja) * | 2009-08-03 | 2011-02-10 | パナソニック株式会社 | 波長変換レーザ及び画像表示装置 |
-
2000
- 2000-09-26 JP JP2000292707A patent/JP2002111108A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007013181A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-01-18 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 外部共振構造を有するアップ−コンバージョン光ファイバレーザ |
| WO2007026510A1 (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ファイバレーザおよび光学装置 |
| US7826500B2 (en) | 2005-08-29 | 2010-11-02 | Panasonic Corporation | Fiber laser and optical device |
| JP2007155820A (ja) * | 2005-11-30 | 2007-06-21 | Sumita Optical Glass Inc | 蛍光ファイバを用いた白色発光装置 |
| WO2011016170A1 (ja) * | 2009-08-03 | 2011-02-10 | パナソニック株式会社 | 波長変換レーザ及び画像表示装置 |
| CN102124616A (zh) * | 2009-08-03 | 2011-07-13 | 松下电器产业株式会社 | 波长转换激光器及图像显示装置 |
| US8351108B2 (en) | 2009-08-03 | 2013-01-08 | Panasonic Corporation | Wavelength conversion laser and image display device |
| CN102124616B (zh) * | 2009-08-03 | 2013-08-21 | 松下电器产业株式会社 | 波长转换激光器及图像显示装置 |
| JP5380461B2 (ja) * | 2009-08-03 | 2014-01-08 | パナソニック株式会社 | 波長変換レーザ及び画像表示装置 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071204 |