JP2579484B2 - 希土類添加光フアイバレ−ザ - Google Patents

希土類添加光フアイバレ−ザ

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JP2579484B2 JP62123766A JP12376687A JP2579484B2 JP 2579484 B2 JP2579484 B2 JP 2579484B2 JP 62123766 A JP62123766 A JP 62123766A JP 12376687 A JP12376687 A JP 12376687A JP 2579484 B2 JP2579484 B2 JP 2579484B2
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誠 清水
文明 塙
裕之 須田
正治 堀口
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光通信や光フアイバセンサ等の光源として
使用可能な、単一偏波発振する光フアイバレーザに関す
る。
〔従来の技術〕
これまで、レーザ発振媒体として光フアイバのコア部
に希土類を含有する構造の単一モード光フアイバを使用
した光フアイバレーザでは、第2図に示すようにNdにお
いて0.9μm帯(1)及び1.1μm帯(1)に、Erにおい
ては1.5μm帯(2)において、室温下で連続発振が実
現している。なお、第2図は上記従来の光フアイバレー
ザの発振スペクトルを波長(μm、横軸)と光強度(任
意単位、縦軸)との関係で示すグラフであり、1及び
1′はNdを添加した光フアイバレーザの発振スペクト
ル、2はErを添加した光フアイバレーザの発振スペクト
ルを示す。例えば、Ndをコア部に150ppm程度含有し、コ
ア・クラツド間の比屈折率差が約0.3%の単一モード光
フアイバをレーザ媒質として使用した場合、発振効率55
%(最高値)、最大出力5mW(半導体レーザ励起、CW発
振)の特性が得られている。
ところで、実際に光通信や光フアイバセンサへの光源
として希土類添加単一モード光フアイバレーザを適用す
る場合について考えると、レーザ発振光の偏波が一定で
あることが望ましい場合がある。例えば、干渉型光フア
イバジヤイロの光源として光フアイバレーザを使用する
場合、レーザ発振光の偏波の安定化はセンサの高感度化
高安定化に必須の条件である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、従来の希土類添加単一モード光フアイバレ
ーザは、フアイバ内に偏波保持機能を有していないため
に外乱の影響を受けやすくレーザ発振光の偏波安定性に
乏しかつた。
本発明の目的は、従来の希土類添加単一モード光フア
イバレーザを持つレーザ発振光の偏化の不安定さをなく
した希土類添加光フアイバレーザを提供することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明を概説すれば、本発明は希土類添加光フアイバ
レーザに関する発明であつて、希土類元素を添加した単
一モード光フアイバを発振媒体とする光フアイバレーザ
において、当該発振媒体が、5×10-5以上の複屈折率性
を保有する単一モード光フアイバであつて、当該光フア
イバの少なくともコア内に希土類元素を含有しているこ
とを特徴とする。
本発明の最も大きな特徴は、希土類添加単一モード光
フアイバレーザに用いるフアイバ構造として、当該光フ
アイバ内のコア部に複屈折性を誘起するような構造を用
いる点にある。従来の希土類添加単一モード光フアイバ
レーザとは、フアイバ構造自体が異なる。
複屈折性を誘起するようなフアイバ構造としては、こ
れまでにコア部の両側に軸対称の位置に応力付与部を配
置した構造のものが知られている〔例えば、パンダ・フ
アイバやボータイ・フアイバ等がある。参考文献として
は、ジヤーナル・オブ・ライトウエーブ・テクノロジー
(J.Lightwave Technology)第LT−4巻、第8号、第10
71〜1089頁(1986)等がある〕。本発明の主要な点は、
希土類含有単一モード光フアイバの構造として上述のよ
うな応力付与型偏波保持フアイバ構造を取ることにあ
る。
以下、パンダ・フアイバについて説明をするが、本発
明はこれに限定されない。第3図は、パンダ・フアイバ
の断面図である。コア部(5)の両側に応力付与部
(4)があり、全体をクラツド部(3)が覆つている。
通常応力付与部(4)は他の部分より熱膨張係数の大き
なガラス(例えば、B2O3−SiO2等)が用いられる。この
ため、光フアイバを母材から線引きする際の冷却過程に
おいて、応力付与部(4)の熱膨張係数の違いからコア
部(5)に応力が生じる。応力付与部(4)にB2O3−Si
O2を用いた石英系フアイバでは、通常コア部を中心にし
て2個の応力付与部を結ぶ方向(以後、x方向と呼ぶ)
には、コア内に引張り応力が生じ、一方それと直交する
方向(以後、y方向と呼ぶ)には圧縮応力が生じる。こ
の結果、コア内に異方的な応力が誘起されるため、光弾
性効果のためにコア内に異方的な屈折率分布(複屈折率
性)が生じる。通常、コア部(5)と応力付与部(4)
との距離にもよるがxy方向での屈折率の差(以後、モー
ド複屈折率と呼ぶ)は5.0×10-5以上、特に5.0×10-5
1.0×10-3程度の値を持つ。この結果、パンダ・フアイ
バに直線偏波光を伝播させる際に、x又はy方向に一致
させて入射させてやれば、パンダ・フアイバ内の複屈折
率性により入射光は直線偏波を安定に保持したままフア
イバ内を伝播することが可能となる。更に、コア・クラ
ツド間の屈折率差とモード複屈折率の値を同程度にして
やればx方向の偏波成分のみを伝播する絶対単一偏波フ
アイバも可能となる。
次に、このような絶対単一偏波フアイバのコア部に希
土類を添加した構造のフアイバをフアイバレーザのレー
ザ媒質として使用する場合を考える。この場合、励起光
によりレーザ共振器内に生じた誘導放出光(レーザ光)
は、x成分のみフアイバ内を伝播可能なため、レーザ共
振器外に取出されるレーザ光も当然直線偏波光となつて
いる。また特に絶対単一偏波フアイバのように高いモー
ド複屈折率を持たなくても、応力付与型偏波保持光フア
イバの曲げ損失の偏波依存性を使つたフアイバ型偏光子
〔参考文献オプトエレクトロニタス、第1巻、第2号、
第175〜194頁(1986)〕の機能を持つように希土類含有
単一モード光フアイバを共振器内で適当に曲げてやれば
良い。このような構造にすれば、共振器外に取出される
レーザ光は安定な直線偏波を有している。
以下3種類の実施例においては、Ndを取り上げて実験
を行つた結果について示したが、本発明で使用する希土
類元素としてはNd元素のみに限るものではない。Nd元素
以外に、Er、Pr、ErとNdの混合系等のレーザ活性な希土
類元素が使用できることはいうまでもない。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により、更に具体的に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されない。
実施例1 第1図は、本発明の第1の実施例を説明するための装
置構成図であり、6は励起用半導体レーザ、7は集光用
対物レンズ、8は偏光子、9,9′は端面ミラーを蒸着し
てあるコネクタ、10はNd添加単一モード光フアイバ、11
は検光子、12は光検出器、13は光検出器表示部である。
第4−1図は、本実施例を結果をθ(度、横軸)と光出
力(a,u、縦軸)との関係で示すグラフであり、第4−
2図は第4−1図のθを説明する概要図である。14は光
フアイバレーザからの発振光出力、15は検光子のx軸か
らの角度、16はx軸である。なお、Nd添加単一モード光
フアイバは、第3図に示すようなパンダ型であり、コア
部(5)がSiO2−GeO2にNdを100ppm含有しており、クラ
ツド部(3)はSiO2であり、コア・クラツド間の比屈折
率差は0.3%である。更に、応力付与部(4)はSiO2−B
2O3であり、コア部に誘起されるモード複屈折率は約4.0
×10-4である。
励起用半導体レーザ(6)の出射光(以後、励起光と
呼ぶ)は対物レンズ(7)で一旦平行光にした後、偏光
子(8)により励起光の偏波面をNd添加単一モード光フ
アイバ(10)のx軸(16)に一致させ対物レンズを介し
て入射させた。Nd添加単一モード光フアイバ(10)内部
で、誘導放出により生じたレーザ光の一部はコネクタ
(9′)を通して共振器外部に出射する(以後、この出
射光を発振光と呼ぶ)。発振光は対物レンズ(7)、検
光子(11)を介して光検出器(12)により発振光強度を
測定した。
第4−1図は、検光子のx軸からの回転量に対して発
振光強度の測定値をプロツトしたものである。第4−1
図より明らかなように、発振光の偏波面は、x軸に一致
しておりその時間安定性も優れていた。
実施例2 第5図及び第6図は、本発明の第2の実施例を示す図
である。すなわち、第5図は波長(μm、横軸)と曲げ
損失(dB、縦軸)との関係を示すグラフであり、第6図
は第2の実施例を説明するための装置構成図である。17
はy方向の偏波に対する曲げ損失を、18はx方向の偏波
に対する曲げ損失の特性を示す。第6図において、19は
集光用ロツドレンズ、20はNd添加単一モード光フアイ
バ、20′は20にフアイバ型偏光子機能を持たせるための
曲げ部分であり、その他の番号については、実施例1と
同じである。なお、Nd添加単一モード光フアイバは、第
3図に示すようなパンダ型であり、コア部(5)がSiO2
−GeO2にNdを100ppm含有しており、クラツド部(3)は
SiO2であり、コア・クラツド間の比屈折率差は0.25%で
ある。更に、応力付与部(4)はSiO2−B2O3であり、コ
ア部に誘起されるモード複屈折率は約5.0×10-4であ
る。このNd添加単一モード光フアイバを、直径約20mmの
コイル状に3回巻くと、xy両偏波に対する屈折率の違い
から曲げ損失の値も第5図のように両者に違いが生じ
る。第6図の20′の部分はこのようなコイル状に曲げた
部分であり、その特性は第5図に示すとおりである。
励起用半導体レーザ(6)からの励起光はロツドレン
ズ(19)でNd添加単一モード光フアイバ(20)に入射さ
せた。Nd添加単一モード光フアイバ(20)内部で、誘導
放出により生じたレーザ光の一部はコネクタ(9′)を
通して共振器外部に出射する。発振光はロツドレンズ
(19)を介して光検出器(12)により発振光強度を測定
した。
得られた発振光強度は、10mWの励起光強度に対して約
4mWであり、発振効率は約50%、発振しきい値は約1mWと
従来の結果と同程度と特性をもつていた。なお、発振光
の偏波面は、Nd添加単一モード光フアイバ(20)のx方
向に一致しており、その時間安定性も良好であつた。こ
れは、第5図での発振光波長での曲げ損失の差を考えれ
ば、y方向の偏波成分に対する損失が大きくなるために
この方向の偏波の発振が抑制されたためである。
実施例3 第7図及び第8図は、本発明の第3の実施例を説明す
る図である。すなわち、第7図は第3の実施例を説明す
るための装置構成図、第8図は第3の実施例で使用した
光変調器の拡大断面図であり、各図において、21はLiNb
O3製光変調器、23は光変調器の駆動用発振器、24はオシ
ロスコープ、22はレーザ共振器を構成するための誘電体
多層膜鏡、25及び25′はTi添加により形成した光導波
路、26及び26′は変調用電極であり、その他の番号につ
いては、実施例1及び2と同じである。使用したNd添加
単一モード光フアイバ(20)は、実施例2と同じであ
る。光変調器(21)の動作は、変調用電極(26,26′)
に電圧が印加されると2本の光導波路間に結合が生じ、
25に入射した光は25′側の光導波路へと移る。この結
果、変調用電極(26,26′)に電圧が印加されている間
は第7図においてレーザ共振器は形成されない。変調電
圧が印加していない場合に得られた発振光強度は、10mW
の励起光強度に対して約3mWであり、発振効率は約35
%、発振しきい値は約1.5mWであつた。一方、100Hzの変
調信号を光変調器(21)に加えると、発振光のピーク出
力約800mW、パルス幅300nsec、繰返し100HzのQ−sw動
作が得られた。この場合も、発振光の偏波面は、Nd添加
単一モード光フアイバ(20)のx軸に一致しており、そ
の時間安定性も良好であつた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明のような希土類添加単一
モード光フアイバをレーザ発振器の媒体として使用すれ
ば、大変時間安定性に優れた単一な偏波面で発振するフ
アイバ形レーザが容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の実施例を説明するための装置
構成図、第2図は、従来の希土類添加単一モード光フア
イバをレーザ発振媒体として用いた場合の発振スペクト
ルを示すグラフ、第3図は、パンダ・フアイバの断面
図、第4−1図は、本発明の第1の実施例の結果を示す
グラフ、第4−2図は第4−1図のθを説明する概要
図、第5図は、本発明の第2の実施例で使用したパンダ
型Nd添加単一モード光フアイバの曲げ損失の測定値を示
すグラフ、第6図は、本発明の第2の実施例を説明する
ための装置構成図、第7図は、本発明の第3の実施例を
説明するための装置構成図、第8図は、本発明の第3の
実施例で使用した光変調器の拡大断面図である。 1及び1′;Ndを添加したフアイバレーザの発振スペク
トル、2;Erを添加したフアイバレーザの発振スペクト
ル、3;クラツド部、4;応力付与部、5;コア部、6;励起用
半導体レーザ、7;集光用対物レンズ、8;偏光子、9,
9′;端面ミラーを蒸着してあるコネクタ、10及び20;Nd
添加単一モード光フアイバ、11;検光子、12;光検出器、
13;光検出器表示部、14;光フアイバレーザからの発振光
出力、15;検光子のx軸からの角度、16;x軸、17;y方向
の偏波に対する曲げ損失、18;x方向の偏波に対する曲げ
損失、19;集光用ロツドレンズ、20′;20にフアイバ型偏
光子機能を持たせるための曲げ部分、21;LiNbO3製光変
調器、22;レーザ共振器を構成するための誘電体多層膜
鏡、23;光変調器の駆動用発振器、24;オシロスコープ、
25及び25′;Ti添加により形成した光導波路、26及び2
6′;変調用電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須田 裕之 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162 番地 日本電信電話株式会社茨城電気通 信研究所内 (72)発明者 堀口 正治 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162 番地 日本電信電話株式会社茨城電気通 信研究所内

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】希土類元素を添加した単一モード光フアイ
    バを発振媒体とする光フアイバレーザにおいて、当該発
    振媒体が、5×10-5以上の複屈折率性を保有する単一モ
    ード光フアイバであつて、当該光フアイバの少なくとも
    コア内に希土類元素を含有していることを特徴とする希
    土類添加光フアイバレーザ。
  2. 【請求項2】当該フアイバが、当該光フアイバ内のコア
    に対し軸対称の位置に応力付与構造を有している特許請
    求の範囲第1項記載の希土類添加光フアイバレーザ。
  3. 【請求項3】該レーザの共振器内に、少なくとも1ない
    し2種類の光変調器を具備している特許請求の範囲第1
    項又は第2項記載の希土類添加光フアイバレーザ。
JP62123766A 1987-05-22 1987-05-22 希土類添加光フアイバレ−ザ Expired - Lifetime JP2579484B2 (ja)

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