JP2004363188A - Optical fiber laser and method of oscillating laser beam of 2.8 micro meter band - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エルビウム添加ガラスファイバを利得媒質とした光ファイバレーザに関し、特に2.8μm帯のレーザ光を高出力で発振する光ファイバレーザに関する。
【0002】
【従来の技術】
医療用途を中心として、発振波長が、水の吸収帯域である2.9μm帯域のレーザが利用されている。この2.9μ帯域のレーザとして、エルビウム添加ガラスファイバ(以下、EDFと言う場合がある。)を利得媒質とした光ファイバレーザが提案されている。一般に光ファイバレーザでは、レーザ光の出力を高めるためには、利得媒体となる光ファイバを長くする必要がある。しかし、光ファイバが長くなることによって共振器長が長くなってしまうため、レーザ光のスペクトル形状は、ピークパワーが小さく、かつ時間半値幅が広いものとなってしまう。
このためレーザの発振効率を高め、比較的短い長さで高いレーザ出力が得られるようにする必要がある。
【0003】
図3は、エルビウム添加ガラスファイバのエネルギー準位図である。EDFに980nm帯域の励起光が入射すると、基底準位吸収(以下、GSAと言う。)が生じて基底状態(4I15/2)の電子が励起状態(4I11/2)に励起される。そして、この励起状態(4I11/2)から基底状態(4I13/2)に遷移するときに2.8μmのレーザ光が発振される。
前記励起状態(4I11/2)において、励起準位吸収(以下、ESAと言う。)が生じると電子がレーザ上準位(4F7/2)に励起されてしまい、2.8μmのレーザ光の発振効率が低下してしまう。
【0004】
近年、前記EDFの980nm帯域でのGSA及びESAの吸収スペクトルが報告された(非特許文献1参照。)。前記ESAを低減することによって、優れた発振効率が得られ、光ファイバを長くすることなく光ファイバレーザのレーザ出力を高めることができるが、励起条件に関する研究が十分行われておらず、非特許文献1においても励起光の最適波長に関する知見が得られていないのが現状である。
【0005】
【非特許文献1】
リチャード・クインビー(Richard Quimby),プロシーディングス・オブ・ザ・ミーティング:ファイバ・レーザ・ソーシーズ・アンド・アンプリファイアーズ(Proceedings of the Meeting:Fiber laser sources and amplifiers),ザ・インターナショナル・ソサイエティー・フォー・オプティカル・エンジニアリング(The International Society for Optical Engineering),1991年,1581巻,p.72−79
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち優れた発振効率で高いレーザ出力が得られる光ファイバレーザ及び2.8μm帯のレーザ光の発振方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、エルビウム添加ガラスファイバを利得媒質とした2.8μm帯の光ファイバレーザであって、980nmよりも長波長の励起光を発振する励起光源を用いたことを特徴とする光ファイバレーザである。
請求項2に係る発明は、励起光の波長が985〜1000nmであることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバレーザである。
請求項3に係る発明は、利得媒質のエルビウム添加ガラスファイバに励起光を入射させて2.8μm帯のレーザ光を発振する方法であって、980nmよりも長波長の励起光を用いることを特徴とする2.8μm帯のレーザ光の発振方法である。
請求項4に係る発明は、985〜1000nmの励起光を用いることを特徴とする請求項3に記載の2.8μm帯のレーザ光の発振方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
図1は、本実施形態の光ファイバレーザの一例を示す概略図である。この光ファイバレーザ1は、励起光源2と、利得媒質のエルビウム添加ガラスファイバ(以下、EDFとも言う。)3を有する。
励起光源2は、980nmよりも長波長のレーザ光4が出射できる半導体レーザモジュール21から構成される。この半導体レーザモジュール21のレーザ出射口21aと対向するように、集光レンズ5が設置されている。この集光レンズ5は、半導体レーザモジュール21から出射された励起用レーザ光4を集光し、後述するリアミラー71が蒸着されたEDF3の入射端面31に励起用レーザ光4を結合するように機能するものである。
【0009】
EDF3は、フッ化物ガラスや石英ガラス等にエルビウムが添加されたガラス材料から構成され、利得媒質として利用できるものであり、2.8μm帯のレーザ光6を発振できるように調整されている。
例えばEDF3は、エルビウムが添加されたフッ化物ガラスから構成され、ダブルクラッド構造を有するクラッドポンプ方式を採用したシングルモードファイバである。ダブルクラッド構造とは、コアの周囲に2重クラッドが設けられたものであり、励起用レーザ光がコアを取り囲む第1クラッドを伝搬し、発振レーザ光がコアを伝搬できるようになっている。
EDF3は、その一方の端面(以下、入射端面とも言う。)31が集光レンズ5に対向するように配置されている。
【0010】
前記EDF3の入射端面31にはリアミラー71が蒸着され、また他方の端面(以下、出射端面とも言う。)32側には、アウトプットカプラ72が設けられている。このアウトプットカプラ72は、フレネル反射を利用して反射鏡として機能するものや、多層膜ミラーからなるもの等が挙げられる。アウトプットカプラ72は、EDF3の出射端面32上に蒸着法等によって形成しても構わない。
前記リアミラー71とアウトプットカプラ72は反射鏡であり、EDF3を介して対向配置し、共振器7として機能する。
また、EDF3の出射端面32側に屈折率の異なる複数の酸化物が積層されて構成された長波域フィルタ(long wave pass filter)8が設けられ、EDF3から出射された発振レーザ光6のうち、例えば2.56μm以上の長波域の光のみが透過されて出力されるようになっている。
【0011】
励起光源2から980nmよりも長波長の励起用レーザ光4を出射すると、この励起用レーザ光4は集光レンズ5にて集光され、リアミラー71が蒸着されたEDF3の入射端面31に結合される。そして、EDF3は入射した励起用レーザ光4によって励起され、2.8μm帯のレーザ光6が出射端面32から出射される。
【0012】
図2は、励起用レーザ光4の波長を966nm〜1011nmの範囲で変化させたときのEDF3から出射された2.8μm帯の発振レーザ光6の光出力と、励起用レーザ光4の波長との関係を示す図である。
ここで、図2は、EDF3として、エルビウムが添加されたフッ化ガラスから構成され、ダブルクラッド構造を有するシングルモードファイバを用いた結果である。EDF3はZr−Ba−La−Al−Na系フッ化物(以下、ZBLANとも言う。)から構成され、そのコア径は10μmであり、また第1クラッドの断面形状は、100μm×200μmの長方形状である。また、EDF3に入射する励起用レーザ光4の出力は2Wで一定とした。
【0013】
励起用レーザ光4の波長が965nm〜985nmの範囲では、励起用レーザ光4の波長が長いほど、得られる発振レーザ光6の光強度が高くなり、励起用レーザ光4の波長が985nmのとき、発振レーザ光6の光強度は極大となる。
また、励起用レーザ光4の波長が985〜1000nmのとき、発振レーザ光6の光強度は240mW以上であり、励起用レーザ光4の波長が980nmのときよりも高強度の発振レーザ光6が得られることが分かる。
【0014】
本実施形態では、励起用レーザ光4の波長を980nmよりも長波長とすることによって、2.8μm帯のレーザ光6を高い発振効率で発振することができる。前記励起用レーザ光4の波長は、好ましくは985〜1000nmであり、これにより、従来の約980nmの励起用レーザ光を用いた場合よりも優れた発振効率で高出力のレーザ光6が得られる。
【0015】
また、フッ化物ガラスから構成されたEDF3は、2.8μm帯での光吸収がほとんど無く、2.8μm帯の発振レーザ光6の伝搬損失を抑えることができ、これにより効率良く高出力の2.8μm帯のレーザ光6を発振できる。
またEDF3はダブルクラッド構造を有し、励起用レーザ光4がコアを取り囲む第1クラッドが励起領域となるため、励起用レーザ光4はEDF3の入射端面31のうち、第1クラッドも含めた広い面積に照射できることとなり、例えば高出力の半導体レーザを励起用光源2として利用できる。これにより、高出力の2.8μm帯のレーザ光6を比較的容易に実現できる。
【0016】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、励起光源2として、出射口に口出し用ファイバが設けられ、この口出し用ファイバから励起光が出射されるものを用い、口出し用ファイバとEDF3とを突合せ接合(Butt Jointとも言う。)した構成でもよい。
またEDF3のコア半径、屈折率分布形状、エルビウムの濃度分布等は特に限定されず、例えばDEF3は、マルチモードファイバや、EDF3の断面において第1クラッドの外周が正方形又は円状であるものであっても構わない。
また、EDF3の入射端面31側又は出射端面32側にQスイッチ等を設け、レーザ光6がパルス発振できるようにした構成であっても構わない。
【0017】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の光ファイバレーザは、励起光波長を980nmよりも長波長とすることによって、2.8μm帯のレーザ光を効率良く高出力で発振することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の光ファイバレーザの一例を示す概略図である。
【図2】エルビウム添加ガラスファイバから出射された2.8μm帯の発振レーザ光の光出力と、励起用レーザ光の波長との関係を示す図である。
【図3】エルビウム添加ガラスファイバのエネルギー準位図である。
【符号の説明】
1‥‥光ファイバレーザ、2‥‥励起光源、3‥‥エルビウム添加ガラスファイバ、4‥‥励起光、6‥‥2.8μm帯のレーザ光[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber laser using an erbium-doped glass fiber as a gain medium, and more particularly to an optical fiber laser that oscillates a 2.8 μm band laser beam with high output.
[0002]
[Prior art]
A laser having an oscillation wavelength of 2.9 μm, which is an absorption band of water, is mainly used for medical applications. An optical fiber laser using an erbium-doped glass fiber (hereinafter sometimes referred to as EDF) as a gain medium has been proposed as a laser in the 2.9 μ band. Generally, in an optical fiber laser, in order to increase the output of laser light, it is necessary to lengthen an optical fiber serving as a gain medium. However, since the length of the optical fiber becomes longer and the length of the resonator becomes longer, the spectrum shape of the laser beam has a smaller peak power and a wider half-width at time.
Therefore, it is necessary to increase the oscillation efficiency of the laser so as to obtain a high laser output with a relatively short length.
[0003]
FIG. 3 is an energy level diagram of the erbium-doped glass fiber. When excitation light in the 980 nm band is incident on the EDF, ground level absorption (hereinafter, referred to as GSA) occurs, and electrons in the ground state ( 4 I 15/2 ) are excited to the excited state ( 4 I 11/2 ). You. Then, when transitioning from the excited state ( 4 I 11/2 ) to the ground state ( 4 I 13/2 ), 2.8 μm laser light is emitted.
In the excited state ( 4 I 11/2 ), when excited level absorption (hereinafter, referred to as ESA) occurs, electrons are excited to the upper level of the laser ( 4 F 7/2 ), resulting in 2.8 μm of electrons. The oscillation efficiency of the laser light is reduced.
[0004]
In recent years, absorption spectra of GSA and ESA in the 980 nm band of the EDF have been reported (see Non-Patent Document 1). By reducing the ESA, excellent oscillation efficiency can be obtained, and the laser output of the optical fiber laser can be increased without lengthening the optical fiber. At present, knowledge about the optimum wavelength of the excitation light has not been obtained even in Document 1.
[0005]
[Non-patent document 1]
Richard Quimby, Proceedings of the Meeting: Fiber laser sources and amplifiers, The International Engineering (The International Society for Optical Engineering), 1991, Vol. 1581, p. 72-79
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances. That is, an object of the present invention is to provide an optical fiber laser capable of obtaining a high laser output with excellent oscillation efficiency and a method of oscillating laser light in the 2.8 μm band.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is an 2.8 μm band optical fiber laser using an erbium-doped glass fiber as a gain medium, wherein an excitation light source oscillating excitation light having a wavelength longer than 980 nm is used. An optical fiber laser.
The invention according to a second aspect is the optical fiber laser according to the first aspect, wherein the wavelength of the excitation light is 980 to 1000 nm.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of oscillating a laser beam in a 2.8 μm band by causing excitation light to enter an erbium-doped glass fiber as a gain medium, wherein excitation light having a wavelength longer than 980 nm is used. 2.8 μm band laser light oscillation method.
The invention according to claim 4 is the method for oscillating laser light in the 2.8 μm band according to
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of the optical fiber laser according to the present embodiment. The optical fiber laser 1 has an
The
[0009]
The EDF 3 is made of a glass material in which erbium is added to fluoride glass, quartz glass, or the like, and can be used as a gain medium. The EDF 3 is adjusted so as to oscillate the laser light 6 in the 2.8 μm band.
For example, the EDF 3 is a single mode fiber that is made of fluoride glass to which erbium is added and that employs a cladding pump method having a double cladding structure. The double clad structure is a structure in which a double clad is provided around a core. The excitation laser light propagates through the first clad surrounding the core, and the oscillation laser light can propagate through the core.
The EDF 3 is arranged such that one end face (hereinafter, also referred to as an incident end face) 31 faces the condenser lens 5.
[0010]
A
The
Further, a long wave pass filter 8 formed by stacking a plurality of oxides having different refractive indexes on the
[0011]
When the
[0012]
FIG. 2 shows the light output of the oscillation laser light 6 in the 2.8 μm band emitted from the
Here, FIG. 2 shows the result of using a single-mode fiber having a double clad structure, which is made of erbium-doped fluoride glass as the
[0013]
When the wavelength of the excitation laser beam 4 is in the range of 965 nm to 985 nm, the longer the wavelength of the excitation laser beam 4 is, the higher the light intensity of the obtained oscillation laser beam 6 becomes, and when the wavelength of the excitation laser beam 4 is 985 nm. The light intensity of the oscillation laser light 6 is maximized.
When the wavelength of the excitation laser beam 4 is 980 to 1000 nm, the light intensity of the oscillation laser beam 6 is 240 mW or more, and the oscillation laser beam 6 having a higher intensity than when the wavelength of the excitation laser beam 4 is 980 nm is used. It can be seen that it can be obtained.
[0014]
In this embodiment, by setting the wavelength of the excitation laser beam 4 to be longer than 980 nm, the 2.8 μm band laser beam 6 can be oscillated with high oscillation efficiency. The wavelength of the pumping laser beam 4 is preferably 985 to 1000 nm, whereby the high-output laser beam 6 can be obtained with a higher oscillation efficiency than in the case where the conventional pumping laser beam of about 980 nm is used. .
[0015]
In addition, the
Further, the
[0016]
Note that the technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, as the pumping
Further, the core radius, the refractive index distribution shape, the erbium concentration distribution, and the like of the
Further, a configuration may be employed in which a Q switch or the like is provided on the
[0017]
【The invention's effect】
As described above in detail, the optical fiber laser of the present invention can efficiently oscillate a 2.8 μm band laser beam with a high output by setting the excitation light wavelength to be longer than 980 nm.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of an optical fiber laser according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the optical output of a 2.8 μm-band oscillation laser beam emitted from an erbium-doped glass fiber and the wavelength of an excitation laser beam.
FIG. 3 is an energy level diagram of an erbium-doped glass fiber.
[Explanation of symbols]
1 ‥‥ optical fiber laser, 2 ‥‥ excitation light source, 3 ‥‥ erbium-doped glass fiber, 4 ‥‥ excitation light, 6 ‥‥ 2.8 μm band laser light
Claims (4)
980nmよりも長波長の励起光を発振する励起光源を用いたことを特徴とする光ファイバレーザ。An 2.8 μm band optical fiber laser using an erbium-doped glass fiber as a gain medium,
An optical fiber laser using an excitation light source that oscillates excitation light having a wavelength longer than 980 nm.
980nmよりも長波長の励起光を用いることを特徴とする2.8μm帯のレーザ光の発振方法。A method of oscillating 2.8 μm-band laser light by injecting excitation light into an erbium-doped glass fiber as a gain medium,
A method of oscillating 2.8 μm band laser light, characterized in that pump light having a wavelength longer than 980 nm is used.
Priority Applications (4)
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