JP2019102615A - 結晶ファイバ光源 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本実施例に係る結晶ファイバ光源の構成について説明する。励起用光源として、シングルストライプ構造を有し複数の導波モードにより光が伝搬し放射する半導体レーザ(以下、シングルストライプ・マルチ横モード半導体レーザという)を用いて、結晶ファイバとして、コアが比較的大きいダブルクラッド単結晶ファイバを用いる。この構成によれば、結晶ファイバ光源の励起効率が高まるので、高効率な光増幅器もしくはレーザ発振器として用いることができる。
次に、第2の実施例として、励起光源としてシングルストライプ・マルチ横モード半導体レーザ(波長0.5μm)を用いて、波長0.8μmを中心とした広い増幅帯域を持つチタンサファイアレーザ発振器(もしくは増幅器)を励起させる実施例を示す。本実施例により、増幅媒体として断面内に発光中心の濃度分布を持つチタンサファイア単結晶ファイバを用いたレーザ発振器(もしくは増幅器)の高効率化が達成される。
波長1.03μmにおいて発振するYb:YAGレーザ装置(もしくは増幅器)の高効率動作のために、YAG単結晶をダブルクラッド構造としたファイバが作製されている(非特許文献4)。このファイバが方位[111]に引き上げられたものであることは非特許文献9を参照することによりわかる。結晶の引上げ方位を非特許文献5に示された[100]方位から[110]方位へ15°の結晶方位とすることで、図4に示すような角の丸まった四角形を断面形状とするダブルクラッドYAG単結晶ファイバ21を作製することができる。本実施例における単結晶ファイバ21の最大径は、約130μmである。単結晶ファイバ21には結晶作製後にその側面全体を覆うように厚さ1μmのSiO2蒸着層(図示せず)を設け、それをクラッドとして機能させる。
波長2.09μmにおいて発振するHo:YAGレーザ装置に用いるために、YAG多結晶を用いたファイバが作製され使用されている(非特許文献10)。例えば、図5に示すような、コア側面全体の周囲に無添加YAG多結晶を第一クラッドとして備え、その側面全体を覆うように厚さ1μmのSiO2蒸着層(図示せず)を設け第2クラッドとして機能させる、ダブルクラッドHo:YAG多結晶ファイバ31を作製することができる。本実施例における多結晶ファイバ31の直径は、約130μmである。
31 多結晶ファイバ
2、12、22、32、102 高濃度領域
3、103 低濃度領域
4、104 励起光
5、105 発振光もしくは増幅光
6、16、26、36 励起光の密度分布
7、17、27、37 選択励起領域
Claims (8)
- 結晶ファイバと励起光源とを備えた結晶ファイバ光源であって、
前記結晶ファイバの軸方向に対して垂直な断面内において、前記励起光源から出射される光により励起され発振光もしくは増幅光を放出する発光中心の濃度が高い高濃度領域と、前記高濃度領域よりも発光中心の濃度が低い低濃度領域とを有し、
前記高濃度領域は、前記結晶ファイバの軸方向に垂直な断面内において少なくとも当該断面の略中心を含み、前記低濃度領域は、前記高濃度領域と隣接しており、
前記結晶ファイバの断面における前記高濃度領域の分布は、前記結晶ファイバの軸方向に対して略均一であり、
前記結晶ファイバは、少なくとも結晶質の部分を含み、前記高濃度領域および前記低濃度領域よりも屈折率の低いクラッドにより側面全体が覆われており、
前記励起光源は、当該励起光源から出射される光の伝搬方向に直交する少なくとも一方向については概ね回折限界に集光可能な光源であって、
前記励起光源から出射される光を前記結晶ファイバの端面に集光し、前記結晶ファイバの軸方向に直交する少なくとも一方向については前記発振光もしくは増幅光の前記結晶ファイバにおける基本伝搬モードに一致させ、他方向については前記結晶ファイバの最大NAより小さいNAを取り、かつ前記結晶ファイバの端面の内側に集光することにより、前記結晶ファイバの軸方向に対して垂直な断面内において、前記高濃度領域と前記励起光源から出射される光との重なる領域の面積が前記高濃度領域の全体の面積より限定されている
ことを特徴とする、結晶ファイバ光源。 - 前記励起光源として、シングルストライプ・マルチ横モード半導体レーザを用いる
ことを特徴とする請求項1に記載の結晶ファイバ光源。 - 前記結晶ファイバとして外周に、前記結晶ファイバの軸方向に対して垂直となる前記結晶ファイバの断面の最大径の1/2より大きな曲率半径を持つ対向する円弧の対を有し、前記結晶ファイバの前記断面上において前記円弧の対に対して平行である帯状の前記高濃度領域を備え、前記高濃度領域の長径方向に対し垂直かつ帯状に前記励起光源を前記結晶ファイバの端面に集光する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の結晶ファイバ光源。 - 前記結晶ファイバは、前記結晶ファイバの軸方向において、結晶方位が、[100]方位から[110]方位へ10°以上25°以下の角度であるCr4+:YAG(Y3Al5O12)単結晶ファイバである
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の結晶ファイバ光源。 - 前記結晶ファイバがチタンサファイア単結晶からなり、前記結晶ファイバの軸方向が前記チタンサファイア単結晶のc軸に垂直な方向である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の結晶ファイバ光源。 - 前記結晶ファイバが、Cr4+:LuAG(Lu3Al5O12)、Crフォルステライト(Cr4+:Mg2SiO4)もしくはアレキサンドライト(Cr3+:BeAl2O4)である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の結晶ファイバ光源。 - 前記結晶ファイバが、Nd3+、Yb3+、Er3+、Ho3+、Tm3+、Pr3+、Cr3+の内いずれかを発光中心として、YAG、LuAG、Al2O3、Sc2O3、Lu2O3、Y2O3の内いずれかの単結晶もしくは多結晶をホスト媒体とするレーザ結晶である
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の結晶ファイバ光源。 - 前記クラッドは、SiO2、MgOもしくはAl2O3より成る薄膜またはこれらの組み合わせもしくはこれらの複合物である
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の結晶ファイバ光源。
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