JP2003258341A - 直線偏光ファイバレーザー及び第二高調波出力共振器構造 - Google Patents

直線偏光ファイバレーザー及び第二高調波出力共振器構造

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JP2003258341A
JP2003258341A JP2002089896A JP2002089896A JP2003258341A JP 2003258341 A JP2003258341 A JP 2003258341A JP 2002089896 A JP2002089896 A JP 2002089896A JP 2002089896 A JP2002089896 A JP 2002089896A JP 2003258341 A JP2003258341 A JP 2003258341A
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laser
fiber
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harmonic
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Shinkoku Ko
振国 黄
Josan Sei
序三 成
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 希土類元素ドープ、シングルモードファイバ
レーザーの直線偏光出力、及び近赤外基本波から第二高
調波を高効率に変換するファイバレーザーを提供する。 【解決手段】 共振器内にブリュースタ角石英偏光板、
或はバイアフリンジ結晶偏光素子60を設けることによ
りファイバレーザー出力の直線偏光化を実現する、また
直線偏光ファイバレーザー共振器内に、第二高調波発生
位相整合の非線形光学結晶、或は、周期性分極構造非線
形光学結晶素子80を設けることにより、効率高く第二
高調波に変換する共振器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明に属する技術分野】この発明は、近赤外波長基本
波の直線偏光ファイバレーザー及び第二高調波の可視波
長レーザー出力のレーザー共振器構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、レーザーダイオード(LD,La
ser Diode)により希土類元素ドープのダブル
クラッドファイバ、或は、希土類元素ドープのシングル
モードファイバを励起し、無偏光の近赤外波長基本波レ
ーザーを生成する共振器があるである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の希土類元素ドー
プダブルクラッドファイバ、又、希土類元素ドープシン
グルモードファイバの励起から出力されるレーザーは無
偏光で、いろいろな応用に制限されます。又、非線形光
学効果でレーザーを波長変換する際にも、直線偏光のレ
ーザー光線は必要である。直線偏光のダブルクラッドフ
ァイバ、又は、シングルモードファイバレーザーを作る
のは本発明に解決しようとする課題である。
【0004】又、希土類元素ドープファイバレーザーの
発振波長は近赤外であるが、バイオテクなどの多い応用
には、可視の光が必要の為、通常近赤外波長の基本波か
ら、KTP(KTiOPO,Potassium T
itanyl Phosphate)等非線形光学結晶
を通じて、第二高調波SHG(Second Harm
onic Generate)の可視波長に変換する。
ファイバレーザーを第二高調波の可視波長域に高い効率
で変換することは、本発明が解決しようとするもう一つ
課題である。
【0005】
【課題を解決する為の手段】先ず、ダブルクラッド、
又、シングルモード等ファイバは、光伝搬の媒質として
無偏光であるが、ファイバレーザーを直線偏光発振の
為、本発明は、図1〜3の様に共振器内に偏光素子、例
えば、ブリュースター角石英ガラスプレートを設ける。
特定方向に偏光ビームを選択できる偏光素子の作用によ
って、LD励起希土類元素ドープファイバレーザーは直
線偏光になる。
【0006】通常、出力変調しない連続波LD励起のフ
ァイバレーザーは連続波出力であり、パワーは低く、基
本波出力パワーの二乗に比例する非線形光学結晶の第二
高調波への変換効率が極めて低い。SHGへの波長変換
効率を高める為、基本波光密度が高い共振器内部に非線
形光学素子を設けることにする。
【0007】又、低出力連続波ファイバレーザーを第二
高調波に効率高く変換する為に、高いSHGへの変換率
を持つ非線形光学素子の使用にも本発明の一つの手段で
ある。
【0008】
【発明の実施の形態】先ず、ファイバレーザーを直線偏
光にする為、本発明は、図1〜3の様に共振器内にコリ
メータ二つを挟んで、偏光素子、例えば、ブリュースタ
ー角石英ガラスプレートを組み入れることにより、特定
方向に偏光ビームが選択できる偏光素子の作用によっ
て、LDによって励起された希土類元素ドープファイバ
レーザーを直線偏光化する。
【0009】又、上述の直線偏光に加え、低出力ファイ
バレーザーを効率よく第二高調波(SHG)に変換する
為に、図3の様に共振器内部に非線形光学素子を組み込
んだ。
【0010】この様な非線形光学素子は、KTPとLi
NbO(Lithium Niobate)等普通フ
リースペースレーザー用と同じ位相整合非線形光学結晶
があるが、シングルモード(SM)ファイバレーザー
に、この様な非線形光学結晶の光伝搬ロスは高くなり、
うまく発振出来なくなる可能性も出てくるである。本発
明は、シングルモードファイバレーザー共振器に低い光
ロス且つ高いSHG波長変換率の素子を適正に選ぶ。そ
れは、周期性分極PPLN(Periodically
Poled LiNbO)とPPKTP(Peri
odicallyPoled KTP)など非線形光学
結晶素子である。
【0011】これらの素子の場合、周期性分極を持つこ
とでレーザービームをシングルファイバコア径サイズ並
みの極めて微小な領域に集中できるウエーブガイド(W
G)の効果で光ロスが低くなり、且つ、二倍波に周期化
するブラグ格子構造で二倍波への変換非線形光学効果を
増強になるである。
【0012】
【実施例】図1と図2は、本発明の実施例、レーザーダ
イオード励起直線偏光ファイバレーザーである。ファイ
バレーザーの一端に、レーザー発振中心波長に高反射率
のファイバブラグ格子素子(30)を設け、もう一端は
30%から40%反射率の部分反射ファイバブラグ格子
素子(70)を設け、共振器の反射ミラーとしてある。
【0013】ファイバレーザーの媒質(40)は、ダブ
ルクラッドファイバ、或は、シングルモードファイバ
で、コアに希土類元素ドープしてある。ファイバレーザ
ーの基本波の波長は、Neodymium(Nd)で1
064nm、Ytterbium(Yb)で1060n
mから1120nm、Erbium (Er)で153
5nmから1600nmである。
【0014】ファイバレーザーを励起する光源は、Yb
とErドープの場合で915nmから980nm、Nd
ドープの場合で808nm波長のレーザーダイオード
(10)である。励起光(10)は、図1の直接ファイ
バピグテールから、又は、図2と図3のファイバカプラ
(20)素子を通す様な二方式で、レーザー媒質とする
ダブルクラッドファイバ(40)に入力する。
【0014】ファイバレーザーを直線偏光にする為、本
発明は共振器内にブリュースター角の石英プレート、或
は、バイアフリンジ結晶等偏光素子(60)を組み入れ
た。ファイバ内で発振するレーザーを往復させる為、偏
光素子(60)をペアーとするコリメータ素子(50)
と偏光保持(PM)コリメータ素子(90)が挟んであ
る。
【0015】以上図1と図2は直線偏光のファイバレー
ザー構造であり、出力は希土類元素ドープレーザー媒質
が持つ基本波である。主にこれらの波長範囲は近赤外
(NIR)である。前述のように、波長を基本波のNI
Rから第二高調波の可視波長の光に変換して出力する
為、本発明に図3の様に、非線形光学結晶素子(80)
を組み入れた。
【0016】但し、レーザービーム質を高める為、シン
グルモード(SM)ファイバ(40)を使っている場合
もあるが、発振するレーザー光をNIR波長シングルモ
ードファイバの十ミクロン程度のコア径に集中する為、
非線形光学結晶素子に周期性分極を取り入れ、レーザー
光のウエーブガイドになり、発振するレーザー光線が非
線形素子(80)を通る際にシングルモードのファイバ
にマッチングする微小領域に集中できることになる。
【0017】通常、近赤外域波長のレーザーを可視光に
変換する為、KTPとLiNbO等非線形光学結晶が
使われている。それらの結晶基板に周期性分極を作った
素子は、PPLN(Periodically Pol
ed LiNbO)とPPKTP(Periodic
ally Poled KTP)等と言う。それらの素
子は非線形光学変換率を高める効果と、シングルモード
ファイバに発振するレーザービームにマッチングするウ
エーブガイド効果の両方を持つので、シングルモードフ
ァイバレーザーから第二高調波を得る為の最適な共振器
である。
【0018】一般、PPLNとPPKTP等非線形光学
素子で変換できるファイバレーザーの第二高調波は、フ
ァイバに希土類元素Ndドープで532nm、Ybドー
プで530nmから560nm、Erで767nmから
800nm、それぞれの波長がある。
【0019】
【発明の効果】本発明にレーザーダイオード励起希土類
元素ドープダブルクラッドファイバ、又は、シングルモ
ードファイバレーザーに偏光素子を共振器内に設けるこ
とによりレーザー出力を直線偏光にする。
【0020】又、上述の直線偏光出力ファイバレーザー
共振器内に周期性分極非線形光学結晶素子PPLN、或
はPPKTP等を設けることにより、レーザーは近赤外
波長(基本波)から第二高調波を効率よく発生せしめる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】ピグテールからLD直接入力の直線偏光ファイ
バレーザー構成図
【図2】カプラ素子からLD入力の直線偏光ファイバレ
ーザー構成図
【図3】周期極持つ非線形光学結晶素子による第二高調
波ファイバレーザー構成図
【符号の説明】
(10) レーザーダイオード(LD)、ファイバレー
ザーの励起光源。 (20) LDをレーザーファイバに入力為のカプラ。 (30) ファイバブラグ格子素子、ファイバレーザー
発振の中心波長に高い反射率を持ち、レーザー共振器の
全反射ミラーである。 (40) ダブルクラッドファイバ、或は、シングルモ
ードファイバ、コアに希土類元素がドープしてあり、フ
ァイバレーザー発振媒質である。 (50) ファイバコリメータである。 (60) 偏光素子、ブリュースター角に置く石英プレ
ート、或は、バイアフリンジ結晶等である。 (70) ファイバブラグ格子素子、レーザー共振器出
力端の部分反射ミラーである。図1と図2に基本波のみ
発振の場合にファイバレーザーの中心発振波長で30%
から40%部分反射率を持つ。図3第二高調波の場合に
は、基本波に全反射し、高調波に反射防止膜をコートす
る第二高調波出力端共振器ミラーになるである。 (80) 第二高調波変換に位相整合の非線形光学結
晶、或は、周期性分極非線形光学結晶で、レーザー発振
基本波から第二高調波に波長変換する素子である。 (90) 偏光保持(PM)コリメータ素子である。

Claims (2)

    【請求項の数】 2 【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ダイオードレーザーにより希土類元素ドー
    プファイバを励起する共振器内に図1と図2の様に、ブ
    ラグ格子素子の共振器反射ミラーと共にブリュースター
    角シリカガラスプレート、或は、他のバイアフリンジフ
    ィルタなどの偏光素子を挿入し、直線偏光特性を得るフ
    ァイバレーザー共振器。
  2. 【請求項2】請求項目1に述べた直線偏光ファイバレー
    ザーに、図3の様に、KTPなど非線形光学結晶、又、
    PPKTP(Periodically Poled
    Potassium Titanyl Phospha
    te)など周期性分極非線形光学結晶によって高効率に
    第二高調波レーザーを発生させる共振器。
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