JP2717218B2 - Laser oscillation device - Google Patents
Laser oscillation deviceInfo
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- JP2717218B2 JP2717218B2 JP1073940A JP7394089A JP2717218B2 JP 2717218 B2 JP2717218 B2 JP 2717218B2 JP 1073940 A JP1073940 A JP 1073940A JP 7394089 A JP7394089 A JP 7394089A JP 2717218 B2 JP2717218 B2 JP 2717218B2
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- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/083—Ring lasers
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ装置に関し、特に単一縦モードで発振
する光導波路型レーザ発振装置に関するものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser device, and more particularly, to an optical waveguide type laser oscillation device which oscillates in a single longitudinal mode.
レーザ活性イオン、例えば遷移金属、アクチニド、希
土類元素等をドープした光導波路をレーザ媒質に用いた
光導波路型レーザは、小型・軽量性に優れている。これ
は通常２つの反射鏡の中で光を往復させるファブリベロ
ー共振器を用いており、一般的には多数の縦モードが同
時発振している。この原因の一つは、ファブリベロー共
振器内に形成される定在波により、レーザ媒質に空間的
なホールバーニングが生じるためである。また、通常の
光導波路では２つの直交偏波に対応した縦モードが競合
し、スペクトルや強度が不安定になる。したがって、上
述したようにレーザイオンをドープした通常の光導波路
を用いてファブリペロー共振器を構成した従来の光導波
路型レーザでは、本質的に安定な縦単一モード発振を実
現することが極めて困難である。An optical waveguide type laser using an optical waveguide doped with laser active ions, for example, transition metals, actinides, rare earth elements, etc., as a laser medium is excellent in small size and light weight. This normally uses a Fabry-Bellowe resonator that reciprocates light between two reflecting mirrors, and generally, a large number of longitudinal modes oscillate simultaneously. One of the causes is that a standing wave formed in the Fabry-Bellowe resonator causes spatial hole burning in the laser medium. Further, in a normal optical waveguide, longitudinal modes corresponding to two orthogonal polarizations compete with each other, and the spectrum and intensity become unstable. Therefore, it is extremely difficult to achieve essentially stable longitudinal single-mode oscillation with the conventional optical waveguide type laser in which the Fabry-Perot resonator is formed using the ordinary optical waveguide doped with laser ions as described above. It is.
そこで特に単一縦モード化、スペクトル線幅の狭窄化
を実現するため、上記のファブリペロ共振器中もしくは
共振器用ミラーとして波長選択性のある素子（例えば光
ファイバのクラッド部分を削り、その上に長手方向にそ
ってグレーティングを形成した光ファイバグレーティン
グ素子）を用いる方法が考案されている（I.M.Jauncey
et al.,“Single−longitudinal−mode operation of a
n Nd−doped fiber laser",Electron.Lett.,24,pp.24−
26（1988））。Therefore, in order to realize a single longitudinal mode and narrowing of the spectral line width, in particular, a wavelength-selective element (for example, by cutting a cladding part of an optical fiber and then forming a longitudinal section on the above-mentioned Fabry-Perot resonator or as a resonator mirror). A method using an optical fiber grating element in which a grating is formed along a direction (IMJauncey) has been devised.
et al., “Single-longitudinal-mode operation of a
n Nd-doped fiber laser ", Electron. Lett., 24, pp. 24-
26 (1988)).
しかしながら、この方法は特殊な加工を施した光学素
子を用いるため、共振器構造が複雑で高価となるだけで
なく安定性、信頼性等にも問題があった。However, since this method uses an optical element that has been specially processed, not only is the resonator structure complicated and expensive, but also there are problems in stability, reliability, and the like.
本発明は、縦単一モードで発振する光導波路型レーザ
の構成に関するもので、安定でスペクトル線幅のせまい
レーザ発振を実現するものである。The present invention relates to a configuration of an optical waveguide type laser that oscillates in a single longitudinal mode, and realizes stable laser oscillation with a narrow spectral line width.
本発明によるレーザ発振装置は、レーザ活性イオンが
ドープされた光導波路がレーザ媒質として用いられるレ
ーザ発振装置において、シリコン基板上の石英ガラス層
中に形成された直線状光導波路と、前記石英ガラス層中
に形成され、少なくとも一部分にEr3+を含み、前記直線
状光導波路と光学的に結合され、リング共振器を構成す
るリング状光導波路と、前記石英ガラス層上に設けられ
た金属膜と、前記直線状光導波路に接続されたシングル
モード光ファイバと、前記リング共振器を励振するため
の、前記シングルモード光ファイバに接続された励起用
光源とを備えたことを特徴とする。A laser oscillation device according to the present invention is a laser oscillation device in which an optical waveguide doped with laser active ions is used as a laser medium, wherein a linear optical waveguide formed in a quartz glass layer on a silicon substrate, A ring-shaped optical waveguide that is formed therein and includes at least a portion of Er 3+ and is optically coupled to the linear optical waveguide to form a ring resonator, and a metal film provided on the quartz glass layer. A single-mode optical fiber connected to the linear optical waveguide; and an excitation light source connected to the single-mode optical fiber for exciting the ring resonator.
上述したように、従来の光導波路型レーザでは、縦単
一モード発振を得るためにファブリペロー共振器の中、
もしくは鏡として、光ファイバグレーティング等を使用
していたため、その構造が複雑であった。（しかも、上
記タイプの共振器は、共振器内に空間的なホールバーニ
ングが生じるため、縦多モード発振することとなる。）
また、通常のシングルモード光導波路を用いているた
め、直交する２つの偏波が同時レーザ発振し、縦単一モ
ード発振を得ることは困難である。As described above, in the conventional optical waveguide type laser, in order to obtain longitudinal single mode oscillation, a Fabry-Perot resonator is used.
Alternatively, the structure is complicated because an optical fiber grating or the like is used as a mirror. (In addition, in the above-described type of resonator, spatial hole burning occurs in the resonator, so that longitudinal multi-mode oscillation occurs.)
In addition, since a normal single mode optical waveguide is used, two orthogonally polarized waves oscillate simultaneously and it is difficult to obtain longitudinal single mode oscillation.
これに対し、本発明では、光グレーティング等のミラ
ーを用いず、光導波路だけで共振器を構成することが可
能であると同時に、空間的なホールバーニングが原理的
に起こらないリング共振器構造を、（１）通常のシング
ルモード光導波路にレーザ活性イオンをドープした光導
波路と偏光素子機能を有するデバイスにより構成する、
あるいは（２）単一偏波のみが伝搬可能な光導波路の少
なくとも一部にレーザ活性イオンをドープした光導波路
で構成することにより、従来の光導波路型レーザのもつ
上記欠点を解決することが可能となる。On the other hand, in the present invention, it is possible to configure a resonator only with an optical waveguide without using a mirror such as an optical grating, and at the same time, a ring resonator structure in which spatial hole burning does not occur in principle. (1) an ordinary single-mode optical waveguide composed of an optical waveguide doped with laser active ions and a device having a polarizing element function;
Alternatively, (2) the above-mentioned drawbacks of the conventional optical waveguide type laser can be solved by forming an optical waveguide in which at least a part of the optical waveguide capable of propagating only a single polarization is doped with laser active ions. Becomes
以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は、参考例として、光ファイバを用いたレーザ
発振装置を説明する図であって、１は波長570,807,980
あるいは1480nmの励起光源、２は励起光とレーザ発振光
とを合分波する波長選択性を有する光合分波器、３は少
なくとも一部にEr3+をドープしたシングルモード光ファ
イバであり、ｃ点で光合分波器２と、ａ点で偏波保持光
ファイバ型偏光子４と、それぞれ融着接続されている。
４は偏波保持光ファイバ型偏光子であり、ｂ点で光合分
波器２と、ａ点で光ファイバ３と、それぞれ融着接続さ
れている。励起光源１を出た光は、光合分波器２を通し
て光ファイバ３に結合され、光ファイバ３に含まれるEr
3+を励起し、1.5μｍ帯の光を生み出す。この光は、光
合分波器２、光ファイバ３および４で構成されたリング
共振器を所定の回数伝搬し、しきい値に達した時点でレ
ーザ発振し、光合分波器２より外部にとりだされる。そ
の際、光ファイバ４は偏光子として作用するため、光フ
ァイバ３で生みだされた1.5μｍ帯の光の直交２偏波間
のうちどちらか一方の偏波のみを選択し、発振させるこ
とになり、単一偏波のレーザ光が得られる。FIG. 1 is a diagram illustrating a laser oscillation device using an optical fiber as a reference example, where 1 is a wavelength of 570, 807, 980.
Alternatively, an excitation light source of 1480 nm, 2 is an optical multiplexer / demultiplexer having wavelength selectivity for multiplexing / demultiplexing the excitation light and the laser oscillation light, 3 is a single mode optical fiber doped with Er 3+ at least in part, c The optical multiplexer / demultiplexer 2 is fusion-spliced at a point and the polarization-maintaining optical fiber type polarizer 4 at point a.
Reference numeral 4 denotes a polarization-maintaining optical fiber type polarizer, which is fusion-spliced to the optical multiplexer / demultiplexer 2 at point b and the optical fiber 3 at point a. Light emitted from the excitation light source 1 is coupled to an optical fiber 3 through an optical multiplexer / demultiplexer 2 and Er contained in the optical fiber 3
Excites 3+ , producing 1.5μm band light. This light propagates through a ring resonator constituted by the optical multiplexer / demultiplexer 2 and the optical fibers 3 and 4 a predetermined number of times. When the light reaches a threshold value, the laser oscillates and is taken out of the optical multiplexer / demultiplexer 2. Is done. At this time, since the optical fiber 4 acts as a polarizer, only one of the two orthogonal polarizations of the 1.5 μm band light generated by the optical fiber 3 is selected and oscillated. Thus, a single polarized laser beam is obtained.
第２図は、参考例として、光ファイバを用いたレーザ
発振装置の他の例を説明する図であって、５は波長530,
807,980あるいは1480nmの励起光源、６は励起光とレー
ザ光とを合分波する波長選択性を有する光合分波器、７
は少なくとも一部にEr3+をドープした偏波保持光ファイ
バ型編型子であり、ｄ点及びｅ点で光合分波器６と融着
接続されている。励起光源５を出た光は光合分波器６を
通して光ファイバ７に結合され、Er3+を励起し1.5μｍ
帯の光を生み出す。この光は、光合分波器６と光ファイ
バ７で構成されたリング共振器を伝搬することでレーザ
発振する。その際、光ファイバ７は偏光子としても作用
するため、上記実施例で説明したように、単一偏波のレ
ーザ光が得られる。FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a laser oscillation device using an optical fiber as a reference example.
An excitation light source of 807, 980 or 1480 nm; 6 an optical multiplexer / demultiplexer having wavelength selectivity for multiplexing / demultiplexing excitation light and laser light;
Is a polarization-maintaining optical fiber type knitting element doped at least in part with Er 3+ , and is fusion-spliced to the optical multiplexer / demultiplexer 6 at points d and e. The light emitted from the pumping light source 5 is coupled to an optical fiber 7 through an optical multiplexer / demultiplexer 6 to excite Er 3+ to 1.5 μm
Produces a band of light. This light oscillates laser by propagating through a ring resonator constituted by the optical multiplexer / demultiplexer 6 and the optical fiber 7. At this time, since the optical fiber 7 also functions as a polarizer, a single polarized laser beam is obtained as described in the above embodiment.
第３図は、本発明の実施例を説明する図である。８は
波長530,807,980あるいは1480μｍの励起光源、９およ
び10は単一モード光ファイバである。11および12はそれ
ぞれ直線状およびリング状の光導波路であり、シリコン
基板13上の石英ガラス層14内に形成されている。15は石
英層14上に設けられた金属蒸着膜である。光導波路12は
少なくともその一部分にEr3+を含み、かつ直線状導波路
11と光的に結合され、レーザ発振波長に関してリング共
振器を構成する。単一モード光ファイバ９および10は直
線状光導波路11と結合されている。FIG. 3 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention. Reference numeral 8 denotes an excitation light source having a wavelength of 530, 807, 980 or 1480 μm, and reference numerals 9 and 10 denote single mode optical fibers. Reference numerals 11 and 12 denote linear and ring-shaped optical waveguides, respectively, which are formed in the quartz glass layer 14 on the silicon substrate 13. Reference numeral 15 denotes a metal deposition film provided on the quartz layer 14. The optical waveguide 12 includes Er 3+ at least in part, and is a linear waveguide.
It is optically coupled to 11 and forms a ring resonator with respect to the laser oscillation wavelength. The single mode optical fibers 9 and 10 are coupled to a straight optical waveguide 11.
励起光源８を出た光は、光ファイバ９を通してリング
共振器に導かれ、共振器中のEr3+を励起し、1.5μｍ帯
の光を生み出す。この光はリング共振器中を何回も伝搬
することでレーザ発振する。The light emitted from the excitation light source 8 is guided to the ring resonator through the optical fiber 9, and excites Er 3+ in the resonator to generate light in the 1.5 μm band. This light oscillates laser by propagating through the ring resonator many times.
その際、金属蒸着膜15は、リング共振器中を伝搬可能
なTE,TM波のうち、TM波を阻止するため、単一偏波のみ
がレーザ発振することとなる。したがって、光ファイバ
10からは、TE波のみがレーザ光として取り出される。At that time, the metal vapor-deposited film 15 blocks the TM wave among the TE and TM waves that can propagate in the ring resonator, so that only a single polarized wave oscillates. Therefore, the optical fiber
From 10, only the TE wave is extracted as laser light.
以上説明したように、本発明によれば縦単一モードで
狭スペクトル線幅を有する光導波路型レーザ装置が光導
波路のみで容易に構成できる。As described above, according to the present invention, an optical waveguide type laser device having a narrow spectral line width in a longitudinal single mode can be easily constituted only by an optical waveguide.
本レーザは、極めてコヒーレンスが高いため、コヒー
レント光通信や、光ファイバセンシング用光源として幅
広い応用が期待できる。Since this laser has extremely high coherence, it can be expected to be widely used as a light source for coherent optical communication and optical fiber sensing.
第１図および第２図はそれぞれ参考例の模式図であり、
第３図は本発明の実施例の模式図である。 １……励起光源、 ２……光合分波器、 ３……Er3+ドープシングルモード光ファイバ、 ４……偏波保持光ファイバ型偏光子、 ５……励起光源、 ６……光合分波器、 ７……Er3+ドープ偏波保持光ファイバ型偏光子、 ８……励起光源、 9,10……単一モード光ファイバ、 11……直線状光導波路、 12……リング状光導波路、 13……シリコン基板、 14……石英ガラス層、 15……金属蒸着膜。1 and 2 are schematic diagrams of a reference example, respectively.
FIG. 3 is a schematic view of an embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pump light source, 2 ... Optical multiplexer / demultiplexer, 3 ... Er3 + -doped single mode optical fiber, 4 ... Polarization maintaining optical fiber type polarizer, 5 ... Pump light source, 6 ... Optical multiplexing / demultiplexing , Er 3+ -doped polarization-maintaining optical fiber polarizer, 8… Pumping light source, 9,10… Single mode optical fiber, 11… Linear optical waveguide, 12… Ring optical waveguide , 13 ... silicon substrate, 14 ... quartz glass layer, 15 ... metal deposition film.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−38903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−291488（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−500339（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−177482（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−289981（ＪＰ，Ａ)Continuation of front page (56) References JP-A-63-38903 (JP, A) JP-A-63-291488 (JP, A) JP-A-62-500339 (JP, A) JP-A-63-177482 (JP) , A) JP-A-63-289981 (JP, A)
Claims (1)
がレーザ媒質として用いられるレーザ発振装置におい
て、 シリコン基板上の石英ガラス層中に形成された直線状光
導波路と、 前記石英ガラス層中に形成され、少なくとも一部分にEr
3+を含み、前記直線状光導波路と光学的に結合され、リ
ング共振器を構成するリング状光導波路と、 前記石英ガラス層上に設けられた金属膜と、 前記直線状光導波路に接続されたシングルモード光ファ
イバと、 前記リング共振器を励振するための、前記シングルモー
ド光ファイバに接続された励起用光源とを備えたことを
特徴とするレーザ発振装置。1. A laser oscillation device using an optical waveguide doped with laser active ions as a laser medium, comprising: a linear optical waveguide formed in a quartz glass layer on a silicon substrate; and a linear optical waveguide formed in the quartz glass layer. And at least in part Er
A ring-shaped optical waveguide that includes 3+ and is optically coupled to the linear optical waveguide to form a ring resonator; a metal film provided on the quartz glass layer; and A laser oscillation device comprising: a single-mode optical fiber; and an excitation light source connected to the single-mode optical fiber for exciting the ring resonator.
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-
1989
- 1989-03-28 JP JP1073940A patent/JP2717218B2/en not_active Expired - Fee Related
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