JP2786012B2 - レーザおよび増幅器 - Google Patents

レーザおよび増幅器

Info

Publication number
JP2786012B2
JP2786012B2 JP3514962A JP51496291A JP2786012B2 JP 2786012 B2 JP2786012 B2 JP 2786012B2 JP 3514962 A JP3514962 A JP 3514962A JP 51496291 A JP51496291 A JP 51496291A JP 2786012 B2 JP2786012 B2 JP 2786012B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
level
ions
ground state
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP3514962A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06503920A (ja
Inventor
ミラー、コリン・アンダーソン
ハント、マイケル・ハロルド
ブライアーレイ、マイケル・チャールズ
Original Assignee
ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB909019367A external-priority patent/GB9019367D0/en
Priority claimed from GB909023186A external-priority patent/GB9023186D0/en
Application filed by ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー filed Critical ブリテイッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー
Publication of JPH06503920A publication Critical patent/JPH06503920A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2786012B2 publication Critical patent/JP2786012B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16Solid materials
    • H01S3/17Solid materials amorphous, e.g. glass
    • H01S3/173Solid materials amorphous, e.g. glass fluoride glass, e.g. fluorozirconate or ZBLAN [ ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザと光増幅器に関する。
シリカ光ファイバにより提供される850nmの通信窓を
使用する光通信システムに関心が高まっている。
光ソース又は増幅器を提供する1つの既知の方法はポ
ンプの波長と同一又は異なった波長で光信号を放射又は
増幅する光ファイバレーザ又は増幅器のためのポンプ信
号のソースとして半導体レーザを使用する。これは比較
的安価で高効率で商業的に入射可能であるレーザダイオ
ードを利用できる方法で信号波長の敏速なアクセスを容
易に提供する利点を有する。
レーザおよび増幅器はそれぞれイオン基底状態のレベ
ルより上にあるレーザ媒体中の上部と下部レーザレベル
の間のレーザ変換における動作に依存するものが知られ
ている。上部レーザレベル(ULL)のイオンの平均寿命
が下部レーザレベル(LLL)のイオンの寿命より長けれ
ば、おそらくはULLより大きいレベルを経て基底状態か
らイオン励起によりULLを反転するためのレーザ媒体の
ポンピングはレーザ動作が進行するようにULLとLLLとの
間の反転分布を維持することに使用可能である。しかし
ULLの寿命がLLLより短ければ、レーザ変換はLLLのイオ
ンの形成がレーザに必要なULLとLLLとの間の反転分布を
破壊するので自己終端として知られる。結果としてこの
ような自己終端レーザは通常パルス形態でのみ動作し、
LLLはポンプされたパルスの間を空にするための時間が
与えられている。
本出願人の公表された国際出願WO89/11744号明細書に
は通常自己終端する変換4I11/2から4I13/2の連続波動作
がレーザ期間中、上部と下部レーザレベルとの間の反転
分布を維持するように下部レーザレベルからイオンを上
昇させるための励起エネルギを供給することで達成され
るフルオロジルコニウム酸塩ファイバレーザおよび増幅
器が開示されている。
cwレーザを生成する反転分布を維持するための手段を
提供する励起状態吸収(ESA)をこのように使用するこ
とはイオン−イオンエネルギ変換によるLLLからのアッ
プ変換を得るのに必要な高濃度のドープ剤を使用する必
要性を削除する。代りに低濃度のドープ剤は例えばレー
ザによる高効率のポンプに使用されることができる。こ
れは特にファイバ手段の高パワー密度が広い相互作用の
長さにわたって維持されることができるときにレーザ媒
体がドープした光ファイバからなる場合である。これは
またファイバコアが高い表面対容積比を有するので熱的
に効率が高い。
この装置はある波長でポンプエネルギを提供し、恐ら
くよりエネルギの高いレベルを経て基底状態からULLへ
イオンを励起するのに十分な強度を有するポンプ手段を
必要とする。
前述の参照した出願で説明されているように特定の群
のイオンのエネルギレベルによりLLLからイオンを上昇
するポンプ励起エネルギの波長と強度は基底状態とエネ
ルギレベルとの間のエネルギの差、おそらくULLを反転
する結果となるULL自体と一致するように選択されるこ
とができる。これは単一波長のソースがイオンをULLに
ポンプし、飽和を阻止するようにLLLを反転しないよう
にするために使用されることができる非常に簡単な装置
を与える。しかしこのエネルギレベルの一致は常に存在
しない。
本発明によると、それぞれイオンの基底状態レベルよ
り上であり通常自己終端レーザ変換を形成する上部およ
び下部レーザレベルを有するレーザイオンを有する媒体
と、上部および下部レーザレベルの間の反転分布を維持
するために低レーザレベルからイオンを上昇する適切な
波長と強度の励起エネルギを提供するためのポンプ手段
とを具備している光増幅器において励起エネルギの波長
と強度は、励起状態吸収により基底状態レベルから第1
のエネルギレベルへ、および第1のエネルギレベルから
第2のエネルギレベルへの両方のイオン励起を行うこと
により基底状態レベルから上部レーザレベルへ上昇する
のにも適切であることを特徴とする。
本発明は単一のポンプソースの簡単な装置がドープ剤
イオンの下部レーザレベルの非反転と上部レーザレベル
の反転を同時に行うために使用されるポンプ構造を提供
し、ここでは上部レーザレベルはポンプ信号の単一な光
子吸収によりイオンの基底状態から直接反転されること
ができるエネルギレベルよりもはるかに大きいエネルギ
にある。
この方式は利得媒体のような増幅器を使用するレーザ
にも応用可能である。
レーザ又は増幅器は約800nmでポンプされるEr3+でド
ープしたフルオロジルコニウム酸塩の単一のモード光フ
ァイバに基づいている。これは4S3/2から4I13/2への変
換から約850nmにおけるレーザ又は利得を提供する。
本発明のポンプ構成は通常所定の群中の適切なエネル
ギレベルを有するドープ剤イオンに適用可能であり、群
とドープ剤イオンの特定の組合わせに限定されないこと
が理解できるであろう。バルクな光学装置又は平面導波
体のような他の導波体への応用も発見されている。
本発明は以下の添付図面を参照して例示としてのみ説
明される。
図1は適切なレーザ、蛍光、ESA変換を示すZBLAN光フ
ァイバのエルビウムのエネルギレベルの図である。
図2は本発明によるレーザの概略図である。
図3は図2のレーザのレーザ特性を示しているグラフ
である。
図4は図2のレーザの励起スペクトルのグラフである 図5は本発明による増幅器の概略図である。
図6は図5の増幅器の利得特性のグラフである。
図1を参照するとフルオロジルコニウム酸塩母体中の
3価エルビウムのエネルギレベルの図(バンドの幅が広
がった特性を指示していない)を示している。図2を参
照して説明されているレーザは約850nm波長で(4S3/2
4I13/2)変換を使用する。低レーザレベル4I13/2は通
常このレーザ変換の自己終端を生じさせる約11msの寿命
を有する。
801nmのポンピングは2つの段階のプロセス、すなわ
ち基底状況4I15/2レベルから2I9/2レベルへと、それに
つづくESAによる2H9/2レベルへの励起によって4S3/2
の反転と共に、ESAによる2H11/2への4I13/2レベルの非
反転を行う。
ポンピング機構はこの波長のポンピングによる基底状
態レベルから直接反転されることのできる最高のエネル
ギレベルである4I9/2レベルより高いエネルギであるが4
S3/2レベルの反転を行う。
図2のレーザは本発明の原理によるレーザポンプした
エルビウムドープのZBLANファイバ2の動作特性を決定
する実験装置からなる。レーザ2は一方の端部の93%の
反射ミラー4と約4%の反射を与える他方の端部の破断
されたファイバ端部6とを具備し、ファブリーペロー空
洞中の500ppm/wtのエルビウムでドープされた長さ3mのZ
BLANファイバである。ファイバはポンプ波長で4,5のV
値を有した。入力における8%のビームスプリッタ8は
出力パワーが決定されるレーザ光の固定した反転の抽出
を可能にした。Ti:サフィアポンプレーザ10からファイ
バに結合されたほとんど全てのポンプエネルギは吸収さ
れた。ビームスプリッタ8を介したレーザ10からファイ
バ2に通過する出力はレンズ12によりファイバ2に結合
された。
残りのポンプ光、レーザ光およびあらゆる自然の放射
はブレーズ格子14を使用して出力で分離され、レーザと
ポンプ波長の光パワーは単一の順序で1対の検出器16,1
8によりそれぞれ測定された。レーザの出力パワーはバ
ルクな光学系およびビームスプリッタ比による損失を知
るために測定された。
他のポンプソースはEr3+をドープしたZBLANファイバ
レーザのような特に半導体レーザに約800nmで必要な光
ポンプパワーを提供するために使用される。
図3はポンプレーザ10が801nmに同調されたときの図
2のレーザのレーザ特性を示している。レーザしきい値
は空洞の低いQのために高いが勾配効率も高く38%であ
る。これは多重光子励起プロセスでは驚異的に効率であ
る。
図4は369mW(ほぼしきい値)の一定の発射ポンプパ
ワーのポンプ波長に対するレーザの相対的な出力パワー
の変化を示している。励起スペクトルは9nmの半分のパ
ワーの点における幅を有する。この同調曲線は基底状態
変換のブリーチのために生じる。ESA吸収プロセスはさ
らに基底状態吸収のピークに非常に接近している。ポン
プレーザ10を792nmに対して非同調することは980nmで生
じる3レベル変換(4I11/2から4I15/2)のレーザされる
程度まで形成される4I11/2レベルの反転を可能にした。
図5は500ppm/wtのエルビウムでドープした3mの長さ
のZBLANファイバ20が反射性の抑圧したファイバ端部22,
24を有する装置の増幅特性を立証するために使用される
実験的装置の概略図を示している。ポンプレーザ26は2
色性のビームスプリッタ28およびレンズ30を通ってファ
イバに結合される光ポンプパワーを801nmで提供する。8
50nmの単一の信号ソースもまたビームスプリッタ28とレ
ンズ30によりファイバ20の端部22に導入される。ファイ
バ端部24を出る増幅された850nmの信号のパワーは信号
がレンズ34より焦点を結ばされる検出器32により測定さ
れる。
図6は図5の装置の801nmにおけるポンプパワーと850
nmにおける利得特性を示している。図2の空洞のQは7d
Bのしきい値に達する単一の通過利得と200mWのポンプパ
ワーを必要とする。このことは図3のレーザ特性から確
認される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハント、マイケル・ハロルド イギリス国、アイピー5・7エイチエ ー、サフォーク、イプスウイッチ、ケス グレイブ、セダー・アビニュー 51 (72)発明者 ブライアーレイ、マイケル・チャールズ イギリス国、アイピー5・7エスユー、 サフォーク、イプスウイッチ、マートレ スハム・ヒース、ウエストランド 33 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/17 H01S 3/18 H01S 3/094 H01S 3/10

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基底状態より上の上部レーザレベルと基底
    状態レベルより上の下部レーザレベルをそれぞれ有する
    レーザイオンを含む媒体と、ここで上部レーザレベルと
    下部レーザレベルは通常の自己終端レーザ遷移を形成
    し、 上部レーザレベルと下部レーザレベル間の反転分布を維
    持するように下部レーザレベルと基底状態の双方からイ
    オンを上昇させるるために適切な波長と強度の励起エネ
    ルギを供給する単一のポンプ手段とを具備している増幅
    器において、 下部レーザレベルから上部レーザレベルより上のレベル
    へのポンピングは単一の遷移により生じ、基底状態から
    のポンピングは2つの分離された遷移、すなわち基底状
    態から第1のエネルギレベルへおよび第1のエネルギレ
    ベルから上部レーザレベルより上の第2のエネルギレベ
    ルへにより生ずることを特徴とする光増幅器。
  2. 【請求項2】レーザイオンがEr3+であり、単一のポンプ
    手段がおよそ801nmの波長でエネルギを供給することを
    特徴とする請求項1に記載の光増幅器。
  3. 【請求項3】Er3+イオンがフルオロジルコニウム酸塩ガ
    ラス中に含まれることを特徴とする請求項2に記載の光
    増幅器。
  4. 【請求項4】Er3+イオンの濃度が約500ppm/wtであるこ
    とを特徴とする請求項3に記載の光増幅器。
  5. 【請求項5】媒体が光ファイバ導波体であることを特徴
    とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光増幅
    器。
  6. 【請求項6】基底状態より上の上部レーザレベルと基底
    状態レベルより上の下部レーザレベルをそれぞれ有する
    レーザイオンを含む媒体を含む共振空洞と、ここで上部
    レーザレベルと下部レーザレベルは通常の自己終端レー
    ザ遷移を形成し、 上部レーザレベルと下部レーザレベル間の反転分布を維
    持するように下部レーザレベルと基底状態の双方からイ
    オンを上昇させるために適切な波長と強度の励起エネル
    ギを供給する単一のポンプ手段とを具備しているレーザ
    において、 下部レーザレベルから上部レーザレベルより上のレベル
    へのポンピングは単一の遷移により生じ、基底状態から
    のポンピングは2つの分離された遷移、すなわち基底状
    態から第1のエネルギレベルへおよび第1のエネルギレ
    ベルから上部レーザレベルより上の第2のエネルギレベ
    ルへにより生ずることを特徴とするレーザ。
  7. 【請求項7】レーザイオンがEr3+であり、単一のポンプ
    手段がおよそ801nmの波長でエネルギを供給することを
    特徴とする請求項6に記載のレーザ。
  8. 【請求項8】Er3+イオンがフルオロジルコニウム酸塩ガ
    ラス中に含まれることを特徴とする請求項6に記載のレ
    ーザ。
  9. 【請求項9】Er3+イオンの濃度が約500ppm/wtであるこ
    とを特徴とする請求項8に記載のレーザ。
  10. 【請求項10】媒体が光ファイバ導波体であることを特
    徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載のレー
    ザ。
JP3514962A 1990-09-05 1991-09-05 レーザおよび増幅器 Expired - Fee Related JP2786012B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB909019367A GB9019367D0 (en) 1990-09-05 1990-09-05 Laser
GB9019367.3 1990-10-24
GB909023186A GB9023186D0 (en) 1990-10-24 1990-10-24 Laser and amplifier
GB9023186.1 1990-10-24
PCT/GB1991/001512 WO1992004750A1 (en) 1990-09-05 1991-09-05 A laser and an amplifier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06503920A JPH06503920A (ja) 1994-04-28
JP2786012B2 true JP2786012B2 (ja) 1998-08-13

Family

ID=26297602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3514962A Expired - Fee Related JP2786012B2 (ja) 1990-09-05 1991-09-05 レーザおよび増幅器

Country Status (10)

Country Link
US (1) US5383197A (ja)
EP (1) EP0547136B1 (ja)
JP (1) JP2786012B2 (ja)
KR (1) KR0151555B1 (ja)
AU (1) AU648339B2 (ja)
CA (1) CA2090680C (ja)
DE (1) DE69107214T2 (ja)
HK (1) HK139096A (ja)
IE (1) IE80723B1 (ja)
WO (1) WO1992004750A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4409444A1 (de) * 1994-03-19 1995-09-21 Sel Alcatel Ag Optisch gepumpter bistabiler Laser
US6384368B1 (en) * 1999-05-05 2002-05-07 Lsp Technologies, Inc. Laser amplifier with variable and matched wavelength pumping
WO2014176639A1 (en) * 2013-05-03 2014-11-06 Adelaide Research & Innovation Pty Ltd Dual wavelength pumped laser system and method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03289186A (ja) * 1990-04-06 1991-12-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバレーザ

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8811820D0 (en) * 1988-05-19 1988-06-22 British Telecomm Laser

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03289186A (ja) * 1990-04-06 1991-12-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光ファイバレーザ

Also Published As

Publication number Publication date
EP0547136B1 (en) 1995-02-01
KR0151555B1 (ko) 1999-05-15
WO1992004750A1 (en) 1992-03-19
DE69107214D1 (de) 1995-03-16
KR930702804A (ko) 1993-09-09
AU8507291A (en) 1992-03-30
US5383197A (en) 1995-01-17
JPH06503920A (ja) 1994-04-28
DE69107214T2 (de) 1995-05-24
HK139096A (en) 1996-08-02
IE913124A1 (en) 1992-03-11
IE80723B1 (en) 1998-12-30
CA2090680C (en) 1997-08-19
EP0547136A1 (en) 1993-06-23
AU648339B2 (en) 1994-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pask et al. Ytterbium-doped silica fiber lasers: versatile sources for the 1-1.2/spl mu/m region
Jackson et al. Theoretical modeling of Tm-doped silica fiber lasers
Jackson et al. Efficient gain-switched operation of a Tm-doped silica fiber laser
US5453873A (en) Optical amplifier and laser
US5185749A (en) Large signal three-level superfluorescent fiber sources
US6510276B1 (en) Highly doped fiber lasers and amplifiers
Booth et al. Operation of diode laser pumped Tm/sup 3+/ZBLAN upconversion fiber laser at 482 nm
US5617244A (en) Optical amplifier and laser
JP2000340865A (ja) レーザ発振器及びレーザ増幅器
EP0547133B1 (en) Optical fibre amplifier and laser
JP2786012B2 (ja) レーザおよび増幅器
JPH07120830B2 (ja) レーザシステム
JPH05275792A (ja) ファイバレーザおよびファイバ増幅器
Barnes et al. Q-switching in fibre lasers
Tropper et al. Thulium-doped silica fiber lasers
JPH06283798A (ja) ファイバレーザ及び光ファイバ増幅器
US5539758A (en) Upconversion pumped thulium fiber amplifier and laser operating at 790 to 830 nm
Wysocki et al. Broadband operation of erbium-doped silica-based fiber lasers
EP0476800B1 (en) Large signal three-level superfluorescent fiber sources
JP3228390B2 (ja) 光増幅器
Sridhar et al. Experimental measurement of gain in erbium-doped fluoride fiber amplifier in the 850-nm signal band
JP2829101B2 (ja) 光増幅装置
France et al. Fluoride Fibre Lasers For Sources Over The Wavelength Range 1.0 To 3.0 um
JPH06232490A (ja) 1.3μm帯増幅用光ファイバ及び光ファイバ増幅器
JP2675687B2 (ja) 光増幅用媒体および光増幅器

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees