JP4344066B2 - Laser light generator and optical signal amplifier - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光発生装置及び光信号増幅器に関し、特にレーザファイバのレーザ活性物質に励起光を供給することにより、レーザ光を発生するレーザ光発生装置及び光信号を増幅する光信号増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、光通信または光加工技術分野において、安価で高出力のレーザ光発生装置の実用化が望まれている。
【0003】
そのような中、光ファイバレーザ発振器または光導波路型レーザ発振器は、コア径及びコアとクラッドの屈折率差を調節して設計、作製することで容易に発振モードを単一にでき、かつ光を高密度に閉じ込めることでレーザ活性物質と光との相互作用を高め、かつ長さを長くすることで相互作用長を大きくとれるので高い効率で空間的に高品質のレーザ光を発生することができることが知られている。
【0004】
ここで、レーザ光の高出力化または高効率化を実現するには、いかに光ファイバまたは光導波路のレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心添加領域(通常はコア部)に効率よく励起光を導入するかが課題となる。
【0005】
しかし、通常単一モードの導波条件にコア径を設定するとその径はレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域(通常はコア部)の十数μm以下に限定され、この径に効率よく励起光を導入するのは一般に困難である。
【0006】
そこで、クラッド部の外側にクラッド部よりもさらに屈折率が低い透明物質で構成される第2クラッド部を設け、第2クラッド部とクラッド部の屈折率差に起因する全反射によって端面より導入された励起光を第一クラッド部及びコア部内に閉じ込め、レーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域(通常はコア部)を閉じ込められた励起光が通過するにしたがって徐々にレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心に励起光を吸収させ、高出力のレーザ光を出力する方法が知られている。これが2重クラッド型ファイバレーザである。(E.Snitzer、H.Po、FHakimi、R.Tumminelli、and B.C.McCllum、in Optical Fiber Sensors、Vol.2 of 1988 OSA Tecnical Digest Series(Optical Society of America、Washington、D.C.、1988)、paper PD5.)。
【0007】
しかし、2重クラッド型ファイバレーザの場合、内部のクラッド部の断面形状が円形であるとレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域(通常はコア部)付近を選択的に透過する励起光のみが効率よくレーザ活性物質に吸収され、そうでない部分の吸収効率が非常に低い。すなわち、モードによる吸収飽和が起こるといった問題があった。
【0008】
そこで、内部のクラッド部の形状を矩形にするような工夫がおこなわれているが、一般に円形以外の断面形状のファイバを作製するのは困難であり、かつ機械的な強度にも不足しがちである。
【0009】
これらの問題を解決するものとして、ファイバにおけるレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域(通常はコア部)に対し、側面から励起光を導入する光ファイバレーザ装置(特開平10−135548)及びレーザ装置(特開平10−190097)が提案されている。
【0010】
側面から励起光をレーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域(通常はコア部)に励起光を導入する場合は、通常レーザ活性イオンまたは色素その他の発光中心の添加領域(通常はコア部)の直径(d)に比べて導波路長(L)が非常に長く、L/d>106以上もとれるので導波路の断面方向から励起光を導入する方法よりも非常に多くの励起エネルギーをファイバまたは導波路内に導入することが可能となる。
【0011】
このような光ファイバレーザ装置(特開平10−135548)及びレーザ装置(特開平10−190097)では、励起光がファイバを横切る形で伝播していくため、各ファイバ間の隙間を光学的に品質が高い低損失な構成とする必要がある。そのため従来は、ファイバを光学接着剤に埋め込む構成あるいはファイバ間を熱融着させる構成等をとることにより、このような低損失な構成を実現していた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光学接着剤でのファイバ間の隙間埋め込みは、有機物である光学接着剤を用いることとなるため、この光学接着剤が励起光によりダメージを受けやすく、耐光パワー性が低いという問題がある。
【0013】
一方、熱融着方法には耐光パワー性の問題はないが、一般的に難易度の高い製造工程を取らなければならず、特に非酸化物ガラスを用いたファイバの場合には結晶化に対する安定度が低い為、融着面に結晶が析出し、融着が不可能となるか或いはこの結晶が散乱源となり励起光の吸収効率が低下するという問題がある。
【0014】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、耐光パワー性が高く、製造が容易な、非石英系ファイバを使用したレーザ光発生装置を提供することを目的とする。
【0015】
また、本発明の他の目的は、耐光パワー性が高く、製造が容易な、石英系ファイバを使用したレーザ光発生装置を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、耐光パワー性が高く、製造が容易な、非石英系ファイバを使用した光信号増幅器を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、レーザ活性物質に励起光を供給することによってレーザ光を発生させるレーザ光発生装置において、前記レーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う非石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された1つながりの光ファイバと、前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、を有し、前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とするレーザ光発生装置が提供される。
【0017】
ここで、光ファイバはレーザ光を発生させ、流動性媒質は各光ファイバ間の隙間を埋めながら流動し、励起光反射部は内部を流動性媒質で満たし、光ファイバの少なくとも一部を収納し、励起光を内部に閉じ込め、励起光導入部は励起光反射部に励起光を導入する。
【0018】
また、レーザ活性物質に励起光を供給することによってレーザ光を発生させるレーザ光発生装置において、Yb3+、Er3+、Ce3+、Tm3+、Ho3+から選ばれる少なくとも1種類のレーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された1つながりの光ファイバと、前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、を有し、前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とするレーザ光発生装置が提供される。
【0019】
ここで、光ファイバはレーザ光を発生させ、流動性媒質は各光ファイバ間の隙間を埋めながら流動し、励起光反射部は内部を流動性媒質で満たし、光ファイバの少なくとも一部を収納し、励起光を内部に閉じ込め、励起光導入部は励起光反射部に励起光を導入する。
【0020】
さらに、レーザ活性物質に励起光を供給することによって信号光を増幅する光信号増幅器において、前記レーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う非石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された1つながりの光ファイバと、前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、を有し、前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とする光信号増幅器が提供される。
【0021】
ここで、光ファイバは信号光を増幅させ、流動性媒質は各光ファイバ間の隙間を埋めながら流動し、励起光反射部は内部を流動性媒質で満たし、光ファイバの少なくとも一部を収納し、励起光を内部に閉じ込め、励起光導入部は励起光反射部に励起光を導入する。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、本発明における第1の実施の形態について説明する。
【0023】
図1は、第1の実施の形態におけるレーザ光発生装置1の構成図である。
レーザ光発生装置1は、レーザ光を発生する1本につながった非石英系光ファイバであるレーザファイバ2、レーザファイバ2の一部が収納されるファイバ収納ボックス4、レーザファイバ2の一端に取り付けられる反射ミラー5及びファイバ収納ボックス4内に励起光を導入する励起光導入用ファイバ3により構成されている。ファイバ収納ボックス4には、ファイバ収納ボックス4内にマッチングオイル6を導入するマッチングオイル導入口4a及びファイバ収納ボックス4内からマッチングオイル6を排出するマッチングオイル排出口4bが設置されており、これらによりマッチングオイル6の導入及び排出が行われる。
【0024】
レーザファイバ2はファイバ収納ボックス4内に収納され、その両端部をファイバ収納ボックス4の外部に配置する。ファイバ収納ボックス4の外部に配置されたレーザファイバ2の一端には反射ミラー5が取り付けられる。
【0025】
レーザファイバ2としてフッ化物ガラスやカルコゲナイドガラス、テルライトガラス等を用いた非石英系ファイバを用いる場合、その低いマルチフォノン吸収によって、石英系ファイバでは実現し得ない主に中赤外域の波長を含むレーザ発振が可能になる。例えば、ドープコア2aの材質としてCe3+を用いた場合、発信されるレーザの波長は5μmであり、Pr3+を用いた場合には、5μm、1.3 μm及び2.3μmの波長のレーザ光を発信することができる。その他、非石英系ファイバにおけるドープコア2aの材質と、それらに対応する発信レーザの波長を羅列すると、Nd3+:5μm、2.5μm/Tb3+:5μm/Dy3+:3μm、1.34μm、1.7μm/Ho3+:5μm、4μm、3μm、2μm/Er3+:3μm、3.5μm、4μm/Tm3+:5.5μm、4μm、2μm、1.2μm/Eu2+:0.5〜0.4μmのようになる。
【0026】
また、一般にフッ化物ガラスやカルコゲナイドガラス、テルライトガラス等は、ESA(励起準位からの吸収)による多光子吸収も石英系ガラスに比べてその強度が大きく、長波長から短波長への振動数上方変換が可能である。例えばEr3+による緑色光レーザ、Pr3+による赤、緑、青色レーザ、Tm3+による青色レーザ等が知られている。
【0027】
また光増幅器においてはPr3+を添加したフッ化物またはカルコゲナイドガラスファイバで、石英系ファイバでは増幅困難な1.3μm帯の波長の光信号を増幅する事もできる。また、Er3+を添加した多成分アルミノシリケートガラスやテルライトガラスではその1.5μm帯域の光信号増幅において増幅利得の波長依存性が石英系ファイバに比べて少なく、波長多重光通信において非常に広帯域の増幅が可能になる。
【0028】
励起光導入用ファイバ3は、その先端がファイバ収納ボックス4の内部に達するように取り付けられ、その先端から励起光をファイバ収納ボックス4内に照射する。励起光源としては、一般に市販されている波長1.5μm、0.98μm、0.9μm、0.8μm、0.67μmのLD等を用いる。その外にLD励起の固体レーザを励起光源にする事もできる。この場合、1.06μm、1.1μm、0.53μm等の波長が使用できる。
【0029】
マッチングオイル6は、流動性を上げるためになるべく低粘性のものが好ましい。また、後述する非石英ガラスクラッド2bは水分によって劣化するため、マッチングオイル6には水分含有量の少ないものが好ましい。
【0030】
図2は、ファイバ収納ボックス4内部の様子を表した拡大断面図である。
ファイバ収納ボックス4の内部は、まず一面に金メッキ加工が施されることにより金メッキ層4cが構成されており、さらにその金メッキ層4cの表面には、透明フッ素樹脂による透明フッ素樹脂クラッド層4dが形成されている。
【0031】
ファイバ収納ボックス4の内部に収納されるレーザファイバ2は、励起光によりレーザ光を発生するドープコア2a及びそれを取り囲む非石英ガラスクラッド2bにより構成されており、ドープコア2aを中心とし、非石英ガラスクラッド2bを外周部とする同軸構成をとっている。そして、各レーザファイバ2は、流動性を有するマッチングオイル6によってその隙間を埋められている。
【0032】
ここで、非石英ガラスクラッド2b及びマッチングオイル6は、お互いに光の屈折率がほぼ等しいものを用い、透明フッ素樹脂クラッド層4dは、非石英ガラスクラッド2b及びマッチングオイル6よりも光の屈折率が小さいものを用いる。また、ドープコア2aは、非石英ガラスクラッド2bよりも光の屈折率の大きいものを用いる。
【0033】
次に、図1及び図2を用いて本形態のレーザ光発生装置1の動作について説明する。
まず、マッチングオイル6の流れについて説明する。
【0034】
ポンプ等により圧力を加えられたマッチングオイル6は、マッチングオイル導入口4aからファイバ収納ボックス4の内部に注入される。ファイバ収納ボックス4の内部に注入されたマッチングオイル6は、ファイバ収納ボックス4の内部を隙間なく満たし、マッチングオイル排出口4bより排出される。これにより、ファイバ収納ボックス4の内部には、マッチングオイル6が常に流動した状態が作り出される。一般に、非石英系ファイバは石英系ファイバに比べて耐熱性が低い。非石英系ファイバを用いる場合、このマッチングオイル6の流動により、マッチングオイル6の劣化を防止するだけではなく、非石英系ファイバの劣化も防止する。
【0035】
次に、レーザ光発生の動作について説明する。
励起光導入用ファイバ3によりファイバ収納ボックス4の内部に導入された励起光は、ファイバ収納ボックス4内のレーザファイバ2及びマッチングオイル6を横切りながらファイバ収納ボックス4内部を進み、ファイバ収納ボックス4の内側壁に達した励起光は金メッキ層4cあるいは透明フッ素樹脂クラッド層4dで反射される。反射された励起光は同じようにファイバ収納ボックス4内を進み、金メッキ層4cあるいは透明フッ素樹脂クラッド層4dでの反射を繰り返す。
【0036】
このとき各レーザファイバ2を横切る励起光の一部は、ドープコア2aに達し、励起光が照射されたドープコア2aはレーザ光を発生する。発生したレーザ光はドープコア2a内を進み、レーザファイバ2の両端に達する。レーザファイバ2の両端のうち反射ミラー5が設置された側に達したレーザ光はそこで反射され、レーザファイバ2のもう一端から取り出される。
【0037】
このように、本形態では、ファイバ収納ボックス4内にレーザファイバ2を収納し、それをマッチングオイル6で満たし、ファイバ収納ボックス4内部に励起光を導入し、導入された励起光はファイバ収納ボックス4内部で反射を繰り返しながら、レーザファイバ2のドープコア2aを励起し、レーザ光を発生させることとしたため、効率のよいレーザ光の発生を簡単な装置構成で実現することが可能となり、装置の生産コスト低減が可能となる。
【0038】
また、マッチングオイル6を流動させながら励起光を照射することとしたため、マッチングオイルを形成する分子の一部が常に強いレーザ光で照射されることがなくなり、マッチングオイル6のレーザ耐性を著しく向上させることができる。
【0039】
さらに、マッチングオイル6を流動させながら励起光を照射することとしたため、熱に弱い非石英ガラスクラッド2bの冷却を行うことが可能となり、レーザファイバ2の耐久性を向上させることが可能となる。
【0040】
なお、本形態ではレーザファイバ2として非石英系ファイバを用いたが、レーザ活性物質にYb3+、Er3+、Ce3+、Tm3+、Ho3+等を用い、クラッドに石英ガラスを用いることとしてもよい。
【0041】
また、非石英ガラスクラッド2bとほぼ同じ屈折率で励起光波長において透明な樹脂を用い、非石英ガラスクラッド2bの外周を被覆することとしてもよい。この場合、この被覆ができるだけ薄い方が冷却効率を高くすることができ、レーザダメージの発生確率も小さいので好ましい。
【0042】
【実施例1】
第1の実施の形態において、コア径50μm、クラッド径125μm、開口数0.2のZrF4系フッ化物ガラスファイバのコア内部に1at%のNd3+イオンをドープした50mの長さのレーザファイバを250x180x30の直方体容器の中に詰め込み、屈折率1.51、室温での粘性30poiseの波長0.5〜0.85μmにわたって透明なマッチングオイルを流量1リットル/分でこの直方体容器に流すこととした。この容器は厚さ0.5mmの透明弗素樹脂で形成されており、その外側を金でコートしてある。この容器において、長さが180mmである側の側面には等間隔に横20列x縦2列の励起光導入用の窓が開けられ、それらの窓には、1.0x0.3mmの矩形断面を有する長さ1.5mの励起光導入用ファイバ(開口数0.2)が接続されている。励起光導入用ファイバの容器に接続されていない側の一端は、それぞれ波長0.8μm、出力100Wのレーザダイオードと光学レンズを介し結合した。レーザファイバの一方の端面には反射率99.9%の反射ミラーを垂直に押し付け、もう一方の端面は破断面のままにした(反射率約4%)。合計2kWの励起光を導入し、レーザファイバの破断面の端面から0.5kWの波長1.05μmのレーザ発振を確認した。
【0043】
次に、図3を使用して第2の実施の形態を説明する。
図3は、第2の実施の形態におけるレーザ光発生装置10の構成図である。
本形態のレーザ光発生装置10は、1つながりの非石英系光ファイバであるレーザファイバ11、マッチングオイルの流れをスムーズにするセパレータ12、反射ミラー13、励起光を導入する励起光LD14、表面に鏡面金メッキ処理された金属基盤15、マッチングオイルを金属基盤15内部に導入するマッチングオイル導入部17及びマッチングオイルを金属基盤15から排出するマッチングオイル排出部16により構成されている。
【0044】
金属基盤15の内部には円筒状の空間を設けており、レーザファイバ11は、その円筒内の外周から中心に向かう渦巻き状に配置される。そして、この渦巻きの中心に位置することとなるレーザファイバ11の端面には反射ミラー13が取り付けられ、レーザファイバ11の残りのもう一端は金属基盤15の外部に引き出される。レーザファイバ11の構成については、第1の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【0045】
金属基盤15の内部に配置されたレーザファイバ11の上には、レーザファイバ11からドープコアを除いたコア無しファイバであるセパレータ12が中心点に終端部をもたない渦巻き状に配置される。マッチングオイル導入部17から導入されるマッチングオイルは、このセパレータ12に沿って金属基盤15内部を流動し、マッチングオイル排出部16から排出される。ここで、セパレータ12の材質は、第1の実施の形態で説明した非石英ガラスクラッドと同じであり、その光の屈折率はマッチングオイルとほぼ等しいため、セパレータ12は励起光の進行を妨げない。
【0046】
励起光LD14は、金属基盤15内部の円筒の側面に複数配置され、この円筒内に励起光を導入する。
導入された励起光は、金属基盤15内で反射を繰り返しながら、レーザファイバ11を励起しレーザ光を発生させる。発生したレーザ光は、レーザファイバ11の両端に進み、反射ミラー13に達したレーザ光はそこで反射され、レーザファイバ11のもう一端から取り出される。
【0047】
【実施例2】
第2の実施の形態において、コア径100μm、クラッド径125μm、開口数0.2のAlF3−ZrF4系ガラスファイバのコア内部に5at%のEr3+イオンをドープしたレーザファイバを外周100mmφの渦巻状(1層)にして金めっきを施した金属板で構成される筐体に収めた。そして、このように配置されたレーザファイバの上に太さ100μmのコアなし(単層)AlF3−ZrF4系ガラスファイバをセパレータとして配置した。このファイバはマッチングオイルの流れをスムーズにする役割を果たす。このセパレータはレーザファイバのクラッドと同じ材質で作成されているのでマッチングオイルに浸されると光学的に同一となり、励起光の進行を何ら妨害しない。セパレータの端面付近にマッチングオイルを流すためのマッチングオイル導入部、排出口を設け、0.1リットル/分の割合で屈折率1.448のマッチングオイルを流した。励起光はディスクの周囲に配置された発振波長0.98μmのパルス的発振のレーザダイオードによって行い、合計で平均500W投入した。レーザファイバの片端面は反射率99%のミラーを押し付け、もう一端面は破断面のままとした。結果、平均50W,繰り返し100Hzの波長2.8μm帯のパルスレーザ発振を確認できた。
【0048】
次に、図4を使用して第3の実施の形態を説明する。
図4は、第3の実施の形態におけるレーザ光発生装置20の構成図である。
レーザ光発生装置20は、1つながりの非石英系光ファイバであるレーザファイバ21、反射ミラー22、内側構成体23f、外側構成体23e、金属製筐体23、マッチングオイル導入部23b、マッチングオイル排出部23a及びマッチングオイルの流れをスムーズにするセパレートファイバ23c、23dによって構成されている。
【0049】
金属製筐体23は、その内側を金メッキ処理されており、その内部に円筒形の外側構成体23eを有している。外側構成体23eの内部には、外側構成体23eよりもその底面半径の小さい円筒形の内側構成体23fが配置され、この内側構成体23fの側面と外側構成体23eの側面とに囲まれた空間の上下を金メッキ層の表面に透明フッ素樹脂層を設けた板でふさぐことにより密封される。内側構成体23f及び外側構成体23eは共に透明フッ素樹脂により構成されており、内側構成体23fはその内側の側面に金メッキ処理が施されている。
【0050】
レーザファイバ21は、内側構成体23fの側面に複数回巻き付けられることにより内側構成体23fの側面と外側構成体23eの側面とに囲まれた空間内に配置され、その両端を金属製筐体23の外部に引き出される。金属製筐体23の外部に引き出されたレーザファイバ21の一端には反射ミラー22が取り付けられ、もう一端は破断面のまま配置される。
【0051】
内側構成体23fの側面と外側構成体23eの側面とに囲まれた空間の上部には、マッチングオイル導入部23b及びマッチングオイル排出部23aが配置され、この空間内部にマッチングオイルを循環させる。
【0052】
また、この空間内部には複数のセパレートファイバ23c、23dが配置される。各セパレートファイバ23c、23dは、内側構成体23fの側面に巻き付けられたレーザファイバ21の外側に金属製筐体23の底面と垂直方向に配列される。各セパレートファイバ23c、23dは、内側構成体23fの側面と外側構成体23eの側面との隙間と同じ程度の太さを有しており、それらをある一定の間隔で配置することにより、マッチングオイルの流動経路を形成する。
【0053】
複数配置されるセパレートファイバ23c、23dのうちマッチングオイル導入部23bとマッチングオイル排出部23aとの間に配置されるセパレートファイバ23cは、その長さを内側構成体23f及び外側構成体23eの高さと同一とし、マッチングオイル導入部23bが接続される領域とマッチングオイル排出部23aが接続される領域とを分割する。
【0054】
それ以外セパレートファイバ23dの長さはセパレートファイバ23cよりも短いものとし、それにより生じた隙間をマッチングオイルが通過することとなる。これらのセパレートファイバ23dは、その一端を内側構成体23fと外側構成体23eとに囲まれた空間の上面もしくは下面に接して配置され、1つのセパレートファイバ23dが内側構成体23fと外側構成体23eとに囲まれた空間の上面に接して配置されているときには、その隣に配置されるセパレートファイバ23dは内側構成体23fと外側構成体23eとに囲まれた空間の下面に接して配置され、内側構成体23fと外側構成体23eとに囲まれた空間の下面に接して配置されているセパレートファイバ23dの隣に配置されるセパレートファイバ23dは、内側構成体23fと外側構成体23eとに囲まれた空間の上面に接して配置される。このようにセパレートファイバ23dを配置することにより、マッチングオイルは内側構成体23f及び外側構成体23eの側面を上下に移動しながら流動していく。
【0055】
ここで、セパレートファイバ23c、23dは、第1の実施の形態で説明した非石英ガラスクラッドと同じ材質で構成されており、マッチングオイルとも光の屈折率がほぼ等しいため、励起光の進行を妨げない。
【0056】
励起光は、内側構成体23fと外側構成体23eとに囲まれた空間の上部から照射され、照射された励起光はこの空間内で反射を繰り返しながら、レーザファイバ21を励起し、それにより生じたレーザ光は、反射ミラー22が取り付けられていないレーザファイバ21の一端から取り出されることとなる。
【0057】
【実施例3】
第3の実施の形態において、コア径50μm、クラッド径125μm、開口数0.2のGa−Na−S系ガラスファイバのコア内部に0.4at%のDy3+イオンをドープしたレーザファイバを外周100mmφの円筒の側面に1層巻き付けた。この円筒は透明弗素樹脂により形成されており、その内側を金メッキ加工してある。そして、図4に示すように巻き付けたレーザファイバの外側に、太さ100μmのコアなし(単層)Ga−Na−S系ガラスファイバをセパレータとして配置した。このファイバはマッチングオイルの流れをスムーズにする役割を果たす。このセパレータはレーザファイバのクラッドと同じ材質で構成されており、マッチングオイルに浸されると光学的にクラッド及びマッチングオイル同一となるため、励起光の進行を何ら妨害しない。このように組み合わせた構成体の外側に内径100.30mm、厚み0.5mmの透明弗素樹脂を配置する。その外側は割り型の内面金の鏡面を有する金属型で覆った。シリンダーの上部にはマッチングオイルを流すための導入、排出口が設けてあり、屈折率2.14のマッチングオイルを0.1リットル/分の割合で流した。励起光は円筒の周囲に配置された発振波長0.8μmのレーザダイオードによって行い、合計で2.5kW投入した。レーザファイバの片端面は波長3.3μmの光に対して反射率99%のミラーを押し付け、もう一端面は破断面のままとした。結果、150Wの波長3.3μm帯のレーザ発振を確認できた。
【0058】
次に、図5を使用して第4の実施の形態を説明する。
図5は、第4の実施の形態におけるレーザ光発生装置30の構成図である。
本形態のレーザ光発生装置30は、1つながりのレーザファイバ31、マッチングオイル導入部32、励起光をレーザファイバ31に導入する光ダクト33a、33b、マッチングオイル排出部34、反射ミラー35、表面を透明フッ素樹脂加工された金線37a、37b、及び表面を金メッキされ、さらにその表面を透明フッ素樹脂加工した金属基盤36により構成されている。
【0059】
レーザファイバ31は複数箇所で折り返されながら金属基盤36内に平面的に配置され、金属基盤36内に平面状に並べられたレーザファイバ31の列の両端部分には、そのレーザファイバと平行に金線37a、37bが配置される。
【0060】
金属基盤36内に配置されたレーザファイバ31上には2つの光ダクト33a、33bが配置され、これらの光ダクト33a、33bを介して励起光がレーザファイバ31に導入される。そして、これらの金属基盤36内に配置されたレーザファイバ31、金線37a、37b、光ダクト33a、33bは、表面を金メッキ処理され、さらにその表面を透明フッ素樹脂加工した板を金属基盤36にかぶせることにより、金属基盤36内に収納される。この際、金線37a、37bが配置されていることにより、金属基盤36内に配置されたレーザファイバ31の列は、金線37a、37b、金属基盤36及び表面を金メッキ処理され、さらにその表面を透明フッ素樹脂加工した板により、その周囲を囲まれ、マッチングオイル導入部32及びマッチングオイル排出部34以外の部分を密封されることとなる。
【0061】
マッチングオイル導入部32からはマッチングオイルが導入され、導入されたマッチングオイルは、金属基盤36内に配置されたレーザファイバ31を満たしながら流動し、マッチングオイル排出部34から排出される。
【0062】
励起光は光ダクト33a、33bに導入され、光ダクト33a、33bに導入された励起光は金属基盤36内のレーザファイバ31に導入される。励起光を導入されたレーザファイバ31は、レーザ光を発生させ、発生したレーザ光はレーザファイバ31の両端に伝わり、反射ミラー35が設置されていない端面に達したレーザ光はそこから取り出され、反射ミラー35が配置されている側に達したレーザ光は、そこで反射され、反射ミラー35が設置されていない端面から取り出される。
【0063】
【実施例4】
第4の実施の形態において、コア径50μm、クラッド径125μm、開口数0.2のAlF3系フッ化物ガラスファイバのコア内部に1.0at%のNd3+イオンと0.01at%のCe3+イオンを共ドープした全長200x幅25mmの形状に一つながりのレーザファイバを折り返しながら平板状に密に配置した。基盤には鏡面の金表面を有する平板に厚さ0.01μmの透明弗素樹脂皮膜を均質に付けたものを用い、基盤に平面状に並べられたレーザファイバの列の両端部分には、そのレーザファイバと平行に透明弗素樹脂の被覆を薄く付けた200μmの純金線を配置した。
【0064】
そして、基盤に並べられたレーザファイバ上部に、光ダクトに励起光を導入するための窓を有する鏡面金めっき表面に0.01mmの透明弗素樹脂を塗布した金属板をかぶせた。
【0065】
ここで、レーザファイバの両端部分に配置された純金線によって両端部分の機密性が高められるため、強い圧力でのマッチングオイルの流動が可能となる。作成されたファイバ整列部全体を直角に横断するように波長1.05μmのレーザ光を反射するマスクを置き、そこにエキシマーレーザ(波長256nm)を照射し、その屈折率変化を誘起することによりレーザファイバのコア内部にチャープドグレーティングを形成した。このチャープドグレーティングはマルチモードのモード分散に対応し、各モードにおいて波長1.05μm付近の透過率を低くする。その結果、波長1.05μm付近の増幅された自然放出光は抑制され、波長1.33μmのレーザ発振が可能になる。
【0066】
マッチングオイル導入部から0.1リットル/分の割合で屈折率1.432のマッチングオイルを流し、発振波長0.8μmのレーザダイオードからの励起光を配置された光ダクトを通して合計で2.8kW投入した。レーザファイバの片端面は反射率99%のミラーに押し付け、もう一端面は破断面のままとした。結果、0.5kWの波長1.33μm帯のレーザ発振を確認できた。
【0067】
次に、図6を用いて第5の実施の形態を説明する。
図6は第5の実施の形態における光信号増幅器50の構成図である。
光信号増幅器50は、1つながりの非石英系光ファイバであるレーザファイバ51、レーザファイバ51を巻き付ける巻き付けドラム52、励起光導入用ファイバ53、マッチングオイル導入部54、マッチングオイル排出部55、バンドル部57、O−リング58、隔壁59、内面を金メッキ処理され、さらにその表面を透明フッ素樹脂加工された金属治具60によって構成されている。
【0068】
レーザファイバ51は、複数箇所で折り返されバンドル部57に束ねられる。レーザファイバ51の折り返し部分は、バンドル部の両端に位置する巻き付けドラム52に巻き付けられ固定される。レーザファイバ51の両端面は破断面のまま配置される。
【0069】
バンドル部57のレーザファイバ51の長手方向における両端部分には複数の励起光導入用ファイバ53の先端が配置され、バンドル部57内への励起光の導入を行う。
【0070】
バンドル部57の長手方向の中央部分には、バンドル部57を挟み込むように隔壁59が取り付けられ、隔壁59の外側にはO―リング58が取り付けられる。
【0071】
そして、このように配置されたレーザファイバ51、巻き付けドラム52、励起光導入用ファイバ53、バンドル部57、隔壁59、O―リング58は、箱状の金属治具60内部に納められ、さらにその上部を、内部を金メッキし、さらにその表面を透明フッ素樹脂で覆った板によりふさがれる。
【0072】
この際、レーザファイバ51の両端部分及び励起光導入用ファイバ53のバンドル部に接続されていない側の端面部分は、金属治具60の外部に配置される。隔壁59は金属治具60内部を2つの領域に分割し、O−リング58はその機密性を高める。隔壁59によって分割された一方の領域には、マッチングオイル導入部54が接続され、もう一方の領域にはマッチングオイル排出部55が取り付けられる。
【0073】
図7に、図6におけるバンドル部57のA−A断面図を示す。
バンドル部57は、折り返されたレーザファイバ51が束ねられており、その束の隙間をマッチングオイル61が満たしている。レーザファイバ51は、ドープコア51a及び非石英ガラスクラッド51bにより構成されており、ドープコア51aを中心とし非石英ガラスクラッド51bを外周とする同軸構造を有する。
【0074】
バンドル部の外壁部分は、その内部を鏡面金メッキ処理された鏡面金メッキ金属治具57b及び鏡面金メッキ金属治具57bの鏡面金メッキ処理部の表面を覆う透明フッ素樹脂クラッド57aにより構成されており、内部に取り込まれた励起光バンドル部内で反射させる構造となっている。
【0075】
ここで、非石英ガラスクラッド51b及びマッチングオイル61は光の屈折率がほぼ等しいものとし、ドープコア51aの光の屈折率は、非石英ガラスクラッド51b及びマッチングオイル61よりも大きいものとする。また、透明フッ素樹脂クラッド57aの光の屈折率は、非石英ガラスクラッド51b、マッチングオイル61及びドープコア51aよりも小さいものとする。
【0076】
図8に、図6におけるB部の詳細図を示す。
B部には、励起光導入用ファイバ53の先端が配置され、この励起光導入用ファイバ53の先端から励起光を照射することにより、レーザファイバ51に励起光を導入する。励起光導入用ファイバ53には、比較的太い径のもの、または市販の高出力レーザダイオードと結合の良い帯状のファイバを使用する。
【0077】
図8において、θpは励起光導入用ファイバ53の全反射臨界角を示しており、励起光導入用ファイバ53から照射される励起光は、2×(90−θp)の角度で広がりをもった光としてレーザファイバ51内に導入される。
【0078】
θbは、マッチングオイル61と透明フッ素樹脂クラッド57aにおける全反射臨界角を示しており、この全反射臨界角θb以内の角度で透明フッ素樹脂クラッド57aに達した励起光は、透明フッ素樹脂クラッド57aで全反射され、透明フッ素樹脂クラッド57a内部に閉じこめられることとなる。
【0079】
励起光の導入部であるB部は、励起光の導入の効率を図るため、レーザファイバ51及び透明フッ素樹脂クラッド57aに広がりをもたせており、図8の場合、B部におけるレーザファイバ51及び透明フッ素樹脂クラッド57aは、バンドル部57の中心軸に対し、外部にθtの角度をもった広がりを有している。
【0080】
ここで、励起光導入用ファイバ53からレーザファイバ51に導入されるすべての励起光は透明フッ素樹脂クラッド57aで全反射されバンドル部57内に導入されることが望ましいが、その為には励起光導入用ファイバ53から照射される励起光と透明フッ素樹脂クラッド57a表面からなる角度が、全反射臨界角θb以下である必要がある。この励起光導入用ファイバ53から照射される励起光と透明フッ素樹脂クラッド57a表面からなる角度がもっとも大きくなるのは、励起光導入用ファイバ53から照射された励起光が、上記に述べたバンドル部57の中心軸に対し外部にθtの角度の広がりをもった透明フッ素樹脂クラッド57aに到達するときであり、その時の励起光導入用ファイバ53から照射される励起光と透明フッ素樹脂クラッド57a表面からなる角度は、(θp+θt)で表される。そのため、B部のレーザファイバ51及び透明フッ素樹脂クラッド57aの広がりは、B部の外部への広がり角θtが(θp+θt)<θbを満たすように構成される。
【0081】
次に、図6を用いて光信号増幅器50の動作について説明する。
マッチングオイル導入部54から導入されたマッチングオイルは、隔壁59により分岐された一方の領域をみたし、その後バンドル部57内部を流動して隔壁59により分岐されたもう一方の領域に達する。その後、マッチングオイルはその領域を満たし、マッチングオイル排出部55から排出される。
【0082】
励起光導入用ファイバ53から導入された励起光は、バンドル部57内で反射を繰り返しながらレーザファイバ51のドープコア51aに達し、励起光が照射されたレーザファイバ51はレーザファイバ51の片端より導入された入植信号光を増幅する。そして、もう一方の端面より増幅された信号光が取り出される。
【0083】
【実施例5】
第5の実施の形態において、コア径10μm、クラッド径125μm、開口数0.11の多成分アルミノシリケートガラスファイバのコア内部に5000ppmwtのEr3+イオンと5wt%のYb3+イオンをコドープしたレーザファイバをドープしたレーザファイバをバンドル部分長が250mmになるように折り返した。全長230mのファイバを用い、バンドルの折り返し数を452回とすることにより、ファイバ一往復あたりの長さを1000mmとした。バンドル部の両端面に断面形状10.0×0.1mm矩形の励起光導入用ファイバ5本ずつ、合計10本を差し込み、中央に隔壁を取り付けた金属治具で囲い込んだ。金属治具は、真鍮をベースとし、その表面に鏡面純金メッキ処理を施し、さらにその表面を屈折率1.34の透明弗素樹脂で覆った。
【0084】
レーザファイバの励起光導入部分より外にはみ出した部分には屈折率1.34の透明弗素樹脂を塗布し、励起光導入用ファイバには屈折率1.445の透明紫外線硬化樹脂を塗布した。
【0085】
このように構成したレーザ本体を金属筐体中に収めた。この際、レーザ本体の隔壁により金属筐体の内部を2つの領域に区分することとした。一方の領域にはマッチングオイル導入部が設置され、もう一方の領域にはマッチングオイル排出部が設置される。そして、マッチングオイル導入部をオイル循環ポンプに接続して屈折率1.523の透明マッチングオイルを筐体内部に流し込み、圧力をかけてレーザバンドル部分を透過するようにマッチングオイルを循環させた。ここでの圧力は3kg/cm2とした。ファイバの取り出し部分はしっかりと樹脂で封止し、筐体内部から取り出し圧力がもれないようにした。レーザファイバの片端には波長1.53〜1.57μmの信号光を40波長同時に入射できるようにした。そして、もう一方の片端面は、斜め破断接続で信号光の取り出し用石英ファイバと接続した。
【0086】
励起光導入用ファイバは、シリンドリカルレンズを介して発振波長約0.98μm、最大出力50Wの半導体レーザに結合され、励起光をバンドル部分に導入することととした。導入した信号光の強度は合計6dBm,そして増幅された信号光の出力は合計55dBmに達した。この際、マッチングオイルの励起光レーザによるレーザ損傷は全く観察されなかった。また、励起光強度を調整する事によって波長間の増幅偏差を±1dB以下に抑える事ができた。
【0087】
なお、以上の説明において、レーザファイバの断面形状を円形及び四角形として説明したが、その他の形状のレーザファイバを使用してもよく、効率の上では、矩形ないしD型、樽型のほうが好ましい。
【0088】
また、第1、第2、第3、第4及び第5の実施の形態では、それぞれの構成をレーザ光発生装置として説明したが、各構成において反射ミラーを取り除くことにより、光信号増幅器として使用することとしてもよい。
【0089】
さらに、第6の実施の形態では、その構成を光信号増幅器として説明したが、この構成においてレーザファイバ51の一端面にミラーを取り付けることにより、レーザ光発生装置として使用することとしてもよい。
【0090】
【発明の効果】
本発明のレーザ光発生装置は、励起光反射部に非石英系光ファイバの外周部と略屈折率が等しい流動性媒質と十分長い光ファイバとを収納することとしたので、製造が容易で、効率のよいレーザ光発生装置を実現できる。
【0091】
また、流動性媒質を流動させることとしたので、発熱等による流動性媒質の劣化及び非石英系光ファイバの劣化を抑えることができ、耐光パワー性が高いレーザ光発生装置を実現できる。
【0092】
本発明の光信号増幅器は、励起光反射部に光ファイバの外周部と略屈折率が等しい流動性媒質と十分長い非石英系光ファイバとを収納することとしたので、製造が容易で、効率のよい光信号増幅器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施の形態におけるレーザ光発生装置の構成図である。
【図2】ファイバ収納ボックス4内部の様子を表した拡大断面図である。
【図3】第2の実施の形態におけるレーザ光発生装置の構成図である。
【図4】第3の実施の形態におけるレーザ光発生装置の構成図である。
【図5】第4の実施の形態におけるレーザ光発生装置の構成図である。
【図6】第5の実施の形態におけるレーザ光発生装置の構成図である。
【図7】図6におけるバンドル部のA−A断面図を示す。
【図8】図6におけるB部の詳細図を示す。
【符号の説明】
1 レーザ光発生装置
2 レーザファイバ
3 励起光導入用ファイバ
4 ファイバ収納ボックス
4a マッチングオイル導入口
4b マッチングオイル排出口
5 反射ミラー
6 マッチングオイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser light generation device and an optical signal amplifier, and more particularly to a laser light generation device that generates laser light by supplying excitation light to a laser active material of a laser fiber and an optical signal amplifier that amplifies the optical signal.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of optical communication or optical processing technology, it is desired to put into practical use an inexpensive and high-power laser light generator.
[0003]
Under such circumstances, an optical fiber laser oscillator or an optical waveguide type laser oscillator can be easily made into a single oscillation mode by adjusting and adjusting the core diameter and the refractive index difference between the core and the clad, and can emit light. Enhancing the interaction between the laser active substance and light by confining at a high density, and increasing the interaction length by increasing the length, it is possible to generate spatially high-quality laser light with high efficiency. It has been known.
[0004]
Here, in order to achieve high output or high efficiency of the laser beam, how to efficiently introduce the excitation light into the laser active ion or dye or other emission center addition region (usually the core) of the optical fiber or optical waveguide It will be a challenge.
[0005]
However, when the core diameter is usually set in the waveguide mode of single mode, the diameter is limited to less than a dozen μm or less of the addition region (usually the core portion) of the laser active ion or dye or other light emission center. It is generally difficult to introduce excitation light well.
[0006]
Therefore, a second clad portion made of a transparent material having a lower refractive index than the clad portion is provided outside the clad portion, and is introduced from the end face by total reflection due to the refractive index difference between the second clad portion and the clad portion. The pumped light is confined in the first cladding part and the core part, and gradually the laser active ions or dyes pass as the confined pumping light passes through the added region (usually the core part) of the laser active ions or dyes or other emission centers. There is known a method in which excitation light is absorbed by other emission centers and high-power laser light is output. This is a double clad fiber laser. (E. Snitzer, H. Po, FHakimi, R. Tumminelli, and BCMcCllum, in Optical Fiber Sensors, Vol. 2 of 1988 OSA Tecnical Digest Series (Optical Society of America, Washington, DC, 1988), paper PD5.).
[0007]
However, in the case of a double-clad fiber laser, if the cross-sectional shape of the inner cladding part is circular, excitation light that selectively transmits near the active region of the laser-active ion or dye or other emission center (usually the core part) Only the laser active material is efficiently absorbed, and the absorption efficiency of the other part is very low. That is, there is a problem that absorption saturation occurs due to the mode.
[0008]
Therefore, a device has been devised to make the shape of the inner cladding part rectangular, but it is generally difficult to produce a fiber having a cross-sectional shape other than circular, and the mechanical strength tends to be insufficient. is there.
[0009]
In order to solve these problems, an optical fiber laser device that introduces pumping light from the side surface into a doped region (usually a core portion) of a laser active ion or dye or other emission center in a fiber (Japanese Patent Laid-Open No. 10-135548) And a laser device (Japanese Patent Laid-Open No. 10-190097) have been proposed.
[0010]
When excitation light is introduced from the side into the laser active ion or dye or other emission center addition region (usually the core), the laser active ion or dye or other emission center addition region (usually the core portion) ) Has a very long waveguide length (L) compared to the diameter (d) of L), and L / d> 106 or more, so that much more excitation energy than the method of introducing excitation light from the cross-sectional direction of the waveguide can be obtained. It can be introduced into a fiber or waveguide.
[0011]
In such an optical fiber laser device (Japanese Patent Laid-Open No. 10-135548) and a laser device (Japanese Patent Laid-Open No. 10-190097), the excitation light propagates across the fiber, so that the gap between the fibers is optically quality-enhanced. However, it is necessary to have a high and low loss configuration. Therefore, conventionally, such a low-loss configuration has been realized by adopting a configuration in which a fiber is embedded in an optical adhesive or a configuration in which fibers are heat-sealed.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the optical adhesive which is an organic substance is used for filling the gap between the fibers with the optical adhesive, there is a problem that the optical adhesive is easily damaged by the excitation light and the light resistance is low.
[0013]
On the other hand, there is no problem of light resistance in the heat fusion method, but generally a difficult manufacturing process has to be taken, especially in the case of a fiber using non-oxide glass, stability against crystallization. Since the degree is low, there is a problem that crystals are deposited on the fused surface, making fusion impossible, or the crystals become a scattering source and the absorption efficiency of excitation light is lowered.
[0014]
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a laser beam generator using a non-quartz fiber that has high light resistance and is easy to manufacture.
[0015]
Another object of the present invention is to provide a laser beam generator using a silica-based fiber that has high light resistance and is easy to manufacture.
Furthermore, another object of the present invention is to provide an optical signal amplifier using a non-quartz fiber that has high optical power resistance and is easy to manufacture.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in a laser light generator for generating laser light by supplying excitation light to a laser active material, an outer periphery made of the laser active material and a non-quartz material covering the laser active material possess a part, substantially equal to fluid medium and the
[0017]
Here, the optical fiber generates laser light, the fluid medium flows while filling the gaps between the optical fibers, and the excitation light reflector fills the interior with the fluid medium and houses at least a part of the optical fiber. The excitation light is confined inside, and the excitation light introducing unit introduces the excitation light into the excitation light reflecting unit.
[0018]
Further, in the laser beam generator for generating laser beam by supplying excitation light to the laser active substance, at least one kind selected from Yb 3+ , Er 3+ , Ce 3+ , Tm 3+ and Ho 3+ is used. a laser active material, possess an outer peripheral portion made of a material of silica-based covering the laser active material, the
[0019]
Here, the optical fiber generates laser light, the fluid medium flows while filling the gaps between the optical fibers, and the excitation light reflector fills the interior with the fluid medium and houses at least a part of the optical fiber. The excitation light is confined inside, and the excitation light introducing unit introduces the excitation light into the excitation light reflecting unit.
[0020]
Further, in the optical signal amplifier for amplifying the signal light by supplying excitation light to the laser active material, possess said laser active material, and an outer peripheral portion made of a material of non-silica-based covering the laser active material, a predetermined A series of optical fibers arranged in parallel in the longitudinal direction at a plurality of locations, a fluid medium having a refractive index at the wavelength of the excitation light substantially equal to that of the outer peripheral portion, and at least a part of the optical fiber the pay has a pumping light reflecting portion confining said gap the excitation light to the interior by filling in the fluid medium, and a pumping light introducing part for introducing the excitation light to the excitation light reflecting portion, wherein optical fibers are arranged spirally, wherein the gap, that is composed of the same material as the cladding of the optical fiber, a separator for forming a flow path of the fluid medium is provided Optical signal amplifier of symptoms is provided.
[0021]
Here, the optical fiber amplifies the signal light, the flowable medium flows while filling the gaps between the optical fibers, and the excitation light reflecting portion fills the inside with the flowable medium and accommodates at least a part of the optical fiber. The excitation light is confined inside, and the excitation light introducing unit introduces the excitation light into the excitation light reflecting unit.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a first embodiment of the present invention will be described.
[0023]
FIG. 1 is a configuration diagram of a
A
[0024]
The
[0025]
When a non-quartz fiber using fluoride glass, chalcogenide glass, tellurite glass, or the like is used as the
[0026]
In general, fluoride glass, chalcogenide glass, tellurite glass, etc. have higher multiphoton absorption due to ESA (absorption from the excitation level) than quartz glass, and the frequency from long to short wavelength is high. Up conversion is possible. For example, a green light laser using Er 3+ , a red, green and blue laser using Pr 3+ , a blue laser using Tm 3+ , and the like are known.
[0027]
In an optical amplifier, a fluoride or chalcogenide glass fiber doped with Pr 3+ can amplify an optical signal having a wavelength of 1.3 μm, which is difficult to amplify with a silica-based fiber. In addition, in multi-component aluminosilicate glass or tellurite glass with Er 3+ added, the wavelength dependence of amplification gain in optical signal amplification in the 1.5 μm band is less than that of silica-based fibers, which is very high in wavelength multiplexing optical communication. Broadband amplification is possible.
[0028]
The pumping
[0029]
The matching
[0030]
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the inside of the
The inside of the
[0031]
The
[0032]
Here, the non-quartz glass clad 2b and the matching
[0033]
Next, the operation of the
First, the flow of the matching
[0034]
The matching
[0035]
Next, the operation of generating laser light will be described.
The pumping light introduced into the
[0036]
At this time, a part of the excitation light crossing each
[0037]
As described above, in this embodiment, the
[0038]
Further, since the excitation light is irradiated while flowing the matching
[0039]
Furthermore, due to the irradiation with excitation light in flowing matching
[0040]
In this embodiment, a non-quartz fiber is used as the
[0041]
Alternatively, a resin that is substantially the same refractive index as that of the non-quartz glass clad 2b and is transparent at the excitation light wavelength may be used to cover the outer periphery of the non-quartz glass clad 2b. In this case, it is possible to better this coating is as thin as possible to increase the cooling efficiency, since the probability of rate Zada images also preferably small.
[0042]
[Example 1]
In the first embodiment, a laser fiber having a length of 50 m in which a core of a ZrF 4 fluoride glass fiber having a core diameter of 50 μm, a cladding diameter of 125 μm, and a numerical aperture of 0.2 is doped with 1 at% Nd 3+ ions. Was packed in a rectangular parallelepiped container of 250 × 180 × 30, and a transparent matching oil was flowed into the rectangular parallelepiped container at a flow rate of 1 liter / min over a wavelength of 0.5 to 0.85 μm with a refractive index of 1.51 and a viscosity of 30 poise at room temperature. . This container is formed of a transparent fluororesin having a thickness of 0.5 mm, and its outer side is coated with gold. In this container, excitation light introduction windows of 20 horizontal rows x 2 vertical columns are opened at equal intervals on the side surface on the side having a length of 180 mm, and these windows have a rectangular cross section of 1.0 × 0.3 mm. A 1.5 m long pumping light introducing fiber (numerical aperture 0.2) is connected. One end of the side not connected to the container of the excitation light introducing fiber are each wavelength 0.8 [mu] m, attached via a laser Zada diode and the optical lens output 100W. A reflection mirror having a reflectivity of 99.9% was pressed vertically on one end face of the laser fiber, and the other end face was left as a fractured surface (reflectance of about 4%). A total of 2 kW of pumping light was introduced, and laser oscillation with a wavelength of 1.05 μm of 0.5 kW was confirmed from the end face of the fracture surface of the laser fiber.
[0043]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of the
The
[0044]
A cylindrical space is provided inside the
[0045]
On the laser fiber 11 disposed inside the
[0046]
A plurality of excitation lights LD14 are arranged on the side surface of the cylinder inside the
The introduced excitation light excites the laser fiber 11 while repeating reflection in the
[0047]
[Example 2]
In the second embodiment, a laser fiber doped with 5 at% Er 3+ ions in the core of an AlF 3 —ZrF 4 glass fiber having a core diameter of 100 μm, a cladding diameter of 125 μm, and a numerical aperture of 0.2 has an outer diameter of 100 mmφ. It was housed in a casing made of a metal plate that was spirally (one layer) plated with gold. Then, a coreless (single layer) AlF 3 —ZrF 4 glass fiber having a thickness of 100 μm was disposed as a separator on the laser fiber thus disposed. This fiber serves to smooth the flow of matching oil. Since this separator is made of the same material as the cladding of the laser fiber, it is optically identical when immersed in matching oil and does not obstruct the progression of the excitation light. A matching oil inlet and outlet for flowing matching oil were provided near the end face of the separator, and matching oil having a refractive index of 1.448 was allowed to flow at a rate of 0.1 liter / min. The excitation light was applied by a pulsed laser diode with an oscillation wavelength of 0.98 μm arranged around the disk, and an average of 500 W was input. One end face of the laser fiber was pressed with a mirror having a reflectance of 99%, and the other end face was left as a broken surface. As a result, it was confirmed that pulse laser oscillation in the wavelength 2.8 μm band with an average of 50 W and a repetition of 100 Hz was achieved.
[0048]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram of the
The
[0049]
The inside of the
[0050]
The
[0051]
A matching
[0052]
In addition, a plurality of
[0053]
Among the plurality of
[0054]
Otherwise, the length of the
[0055]
Here, the
[0056]
The excitation light is emitted from the upper part of the space surrounded by the inner structure 23f and the outer structure 23e, and the irradiated excitation light excites the
[0057]
[Example 3]
In the third embodiment, a laser fiber doped with 0.4 at% Dy 3+ ions in the core of a Ga—Na—S glass fiber having a core diameter of 50 μm, a cladding diameter of 125 μm, and a numerical aperture of 0.2 is used as the outer periphery. One layer was wound around the side surface of a 100 mmφ cylinder. This cylinder is formed of a transparent fluorine resin, and the inside thereof is gold-plated. And as shown in FIG. 4, the coreless (single layer) Ga-Na-S type | system | group glass fiber of thickness 100 micrometers was arrange | positioned as a separator on the outer side of the wound laser fiber. This fiber serves to smooth the flow of matching oil. This separator is made of the same material as the clad of the laser fiber, and when immersed in the matching oil, it optically becomes the same as the clad and the matching oil. A transparent fluororesin having an inner diameter of 100.30 mm and a thickness of 0.5 mm is disposed on the outer side of the structure thus combined. The outside was covered with a metal mold having a mirror surface of a split mold inner surface gold. An inlet and outlet for flowing the matching oil were provided at the top of the cylinder, and a matching oil having a refractive index of 2.14 was allowed to flow at a rate of 0.1 liter / min. Excitation light was performed by a laser diode having an oscillation wavelength of 0.8 μm arranged around the cylinder, and a total of 2.5 kW was input. One end surface of the laser fiber was pressed with a mirror having a reflectance of 99% against light having a wavelength of 3.3 μm, and the other end surface was left as a broken surface. As a result, it was possible to confirm laser oscillation of 150 W wavelength in the 3.3 μm band.
[0058]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram of a
The laser
[0059]
The
[0060]
Two
[0061]
Matching oil is introduced from the matching oil introduction section 32, and the introduced matching oil flows while filling the
[0062]
The excitation light is introduced into the
[0063]
[Example 4]
In the fourth embodiment, 1.0 at% Nd 3+ ions and 0.01 at% Ce 3 are placed inside the core of an AlF 3 fluoride glass fiber having a core diameter of 50 μm, a cladding diameter of 125 μm, and a numerical aperture of 0.2. + Laser fibers that are co-doped with ions and have a total length of 200 × 25 mm in width are densely arranged in a flat plate shape while being folded back. The substrate is a flat plate with a mirror-finished gold surface, and a transparent fluororesin film with a thickness of 0.01 μm is uniformly applied, and the laser is arranged at both ends of the array of laser fibers arranged in a plane on the substrate. A 200 μm pure gold wire with a thin transparent fluororesin coating was placed in parallel with the fiber.
[0064]
And the metal plate which apply | coated 0.01 mm transparent fluororesin on the mirror surface gold plating surface which has the window for introducing excitation light into an optical duct was covered on the laser fiber arranged in the board | substrate.
[0065]
Here, since the confidentiality of both end portions is enhanced by the pure gold wires arranged at both end portions of the laser fiber, the matching oil can be flowed at a strong pressure. A mask that reflects a laser beam having a wavelength of 1.05 μm is placed so as to cross the entire fiber alignment portion at right angles, and an excimer laser (wavelength 256 nm) is irradiated on the mask to induce a change in the refractive index of the laser. A chirped grating was formed inside the core of the fiber. This chirped grating corresponds to multimode mode dispersion, and lowers the transmittance in the vicinity of a wavelength of 1.05 μm in each mode. As a result, the amplified spontaneous emission around the wavelength of 1.05μm is suppressed, allowing vibration lasers originated wavelength 1.33.
[0066]
A matching oil having a refractive index of 1.432 is allowed to flow from the matching oil introduction portion at a rate of 0.1 liter / minute, and a total of 2.8 kW is input through an optical duct in which excitation light from a laser diode having an oscillation wavelength of 0.8 μm is disposed. did. One end surface of the laser fiber was pressed against a mirror having a reflectance of 99%, and the other end surface was left as a broken surface. As a result, it was possible to confirm laser oscillation in a wavelength 1.33 μm band of 0.5 kW.
[0067]
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram of an
The
[0068]
The
[0069]
The ends of a plurality of excitation
[0070]
A
[0071]
The
[0072]
At this time, both end portions of the
[0073]
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA of the
In the
[0074]
The outer wall portion of the bundle part is constituted by a mirror gold-plated
[0075]
Here, it is assumed that the
[0076]
FIG. 8 shows a detailed view of a portion B in FIG.
The tip of the pumping
[0077]
In FIG. 8, θp indicates the total reflection critical angle of the excitation
[0078]
θb represents the total reflection critical angle in the matching
[0079]
In order to increase the efficiency of introducing the pumping light, the part B, which is the pumping light introducing part, has the
[0080]
Here, it is desirable that all the excitation light introduced from the excitation
[0081]
Next, the operation of the
The matching oil introduced from the matching oil introducing portion 54 sees one region branched by the
[0082]
Excitation light introduced from the excitation
[0083]
[Example 5]
In the fifth embodiment, a laser in which 5000 ppmwt Er 3+ ions and 5 wt% Yb 3+ ions are co-doped in the core of a multicomponent aluminosilicate glass fiber having a core diameter of 10 μm, a cladding diameter of 125 μm, and a numerical aperture of 0.11. The fiber fiber-doped laser fiber was folded so that the bundle part length was 250 mm. By using a fiber having a total length of 230 m and setting the number of bundle folds to 452 times, the length per round trip of the fiber was set to 1000 mm. A total of 10 pumping light introducing fibers each having a rectangular cross section of 10.0 × 0.1 mm were inserted into both end faces of the bundle part, and surrounded by a metal jig with a partition wall attached to the center. The metal jig was made of brass, and its surface was subjected to a mirror pure gold plating process, and the surface was covered with a transparent fluorine resin having a refractive index of 1.34.
[0084]
A transparent fluorine resin having a refractive index of 1.34 was applied to a portion of the laser fiber that protruded beyond the pumping light introducing portion, and a transparent ultraviolet curable resin having a refractive index of 1.445 was applied to the pumping light introducing fiber.
[0085]
The laser main body configured as described above was housed in a metal casing. At this time, the inside of the metal casing was divided into two regions by the partition of the laser body. A matching oil introduction part is installed in one area, and a matching oil discharge part is installed in the other area. Then, the matching oil introduction part was connected to an oil circulation pump, transparent matching oil having a refractive index of 1.523 was poured into the casing, and the matching oil was circulated so as to pass through the laser bundle part under pressure. The pressure here was 3 kg / cm 2 . The fiber take-out part was tightly sealed with resin to prevent the pressure from taking out from inside the housing. A signal light having a wavelength of 1.53 to 1.57 μm can be simultaneously incident on one end of the laser fiber at 40 wavelengths. The other end face is connected with the extraction quartz Fiber signal light at an oblique fracture connection.
[0086]
The pumping light introducing fiber is coupled to a semiconductor laser having an oscillation wavelength of about 0.98 μm and a maximum output of 50 W through a cylindrical lens, and pumping light is introduced into the bundle portion. The intensity of the introduced signal light reached a total of 6 dBm, and the output of the amplified signal light reached a total of 55 dBm. At this time, no laser damage was observed by the pumping laser of the matching oil. Further, the amplification deviation between wavelengths could be suppressed to ± 1 dB or less by adjusting the excitation light intensity.
[0087]
In the above description, the cross-sectional shape of the laser fiber has been described as a circular shape and a quadrangular shape. However, other shapes of the laser fiber may be used, and a rectangular shape, a D shape, or a barrel shape is preferable in terms of efficiency.
[0088]
In the first, second, third, fourth, and fifth embodiments, each configuration has been described as a laser beam generator. However, in each configuration, it is used as an optical signal amplifier by removing the reflection mirror. It is good to do.
[0089]
Furthermore, in the sixth embodiment, the configuration has been described as an optical signal amplifier. However, in this configuration, a mirror may be attached to one end surface of the
[0090]
【The invention's effect】
Since the laser beam generator of the present invention accommodates a sufficiently long optical fiber and a fluid medium having substantially the same refractive index as the outer peripheral portion of the non-quartz optical fiber in the excitation light reflecting portion, it is easy to manufacture, An efficient laser beam generator can be realized.
[0091]
Further, since the fluid medium is caused to flow, deterioration of the fluid medium due to heat generation or the like and deterioration of the non-quartz optical fiber can be suppressed, and a laser light generator with high light resistance can be realized.
[0092]
In the optical signal amplifier of the present invention, the pumping light reflecting part accommodates a fluid medium having substantially the same refractive index as the outer peripheral part of the optical fiber and a sufficiently long non-quartz optical fiber. A good optical signal amplifier can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser beam generator according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the inside of the
FIG. 3 is a configuration diagram of a laser beam generator according to a second embodiment.
FIG. 4 is a configuration diagram of a laser beam generator in a third embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram of a laser beam generator in a fourth embodiment.
FIG. 6 is a configuration diagram of a laser beam generator according to a fifth embodiment.
7 shows an AA cross-sectional view of the bundle portion in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 shows a detailed view of a portion B in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記レーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う非石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された1つながりの光ファイバと、
前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、
前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、
前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、
を有し、
前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とするレーザ光発生装置。In a laser light generator for generating laser light by supplying excitation light to a laser active substance,
And said laser active material, possess an outer peripheral portion made of a material of non-silica-based covering the laser active material, the optical fiber 1 connection juxtaposed longitudinally at a plurality of positions by disposing a predetermined gap,
A fluid medium having a refractive index at the wavelength of the excitation light substantially equal to that of the outer peripheral portion;
A pumping light reflecting section for containing at least a part of the optical fiber and confining the pumping light by filling the gap with the fluid medium ; and
An excitation light introducing section for introducing the excitation light into the excitation light reflecting section;
Have
The optical fiber is arranged in a spiral shape, and the gap is made of the same material as the clad of the optical fiber, and a separator that forms a flow path of the flowable medium is provided. A laser beam generator.
Yb3+、Er3+、Ce3+、Tm3+、Ho3+から選ばれる少なくとも1種類のレーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された1つながりの光ファイバと、
前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、
前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、
前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、
を有し、
前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とするレーザ光発生装置。In a laser light generator for generating laser light by supplying excitation light to a laser active substance,
Yb 3+, Er 3+, Ce 3+ , Tm 3+, possess at least one laser active substance selected from Ho 3+, and a peripheral portion made of a material of silica-based covering the laser active material, A series of optical fibers arranged in a longitudinal direction at a plurality of locations with a predetermined gap ;
A fluid medium having a refractive index at the wavelength of the excitation light substantially equal to that of the outer peripheral portion;
A pumping light reflecting section for containing at least a part of the optical fiber and confining the pumping light by filling the gap with the fluid medium ; and
An excitation light introducing section for introducing the excitation light into the excitation light reflecting section;
Have
The optical fiber is arranged in a spiral shape, and the gap is made of the same material as the clad of the optical fiber, and a separator that forms a flow path of the flowable medium is provided. A laser beam generator.
前記レーザ活性物質と、前記レーザ活性物質を覆う非石英系の材質からなる外周部とを有し、所定の隙間を配して複数箇所で長手方向に並設された1つながりの光ファイバと、
前記励起光の波長における屈折率が前記外周部と略等しい流動性媒質と、
前記光ファイバの少なくとも一部を納め、前記隙間を前記流動性媒質で満たすことにより前記励起光を内部に閉じ込める励起光反射部と、
前記励起光反射部に前記励起光を導入する励起光導入部と、
を有し、
前記光ファイバは、渦巻き状に配置されており、前記隙間には、前記光ファイバのクラッドと同じ材質で構成され、前記流動性媒質の流路を形成するセパレータが設けられていることを特徴とする光信号増幅器。In an optical signal amplifier that amplifies signal light by supplying excitation light to a laser active substance,
And said laser active material, possess an outer peripheral portion made of a material of non-silica-based covering the laser active material, the optical fiber 1 connection juxtaposed longitudinally at a plurality of positions by disposing a predetermined gap,
A fluid medium having a refractive index at the wavelength of the excitation light substantially equal to that of the outer peripheral portion;
A pumping light reflecting section for containing at least a part of the optical fiber and confining the pumping light by filling the gap with the fluid medium ; and
An excitation light introducing section for introducing the excitation light into the excitation light reflecting section;
Have
The optical fiber is arranged in a spiral shape, and the gap is made of the same material as the clad of the optical fiber, and a separator that forms a flow path of the flowable medium is provided. An optical signal amplifier.
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