JP7495804B2 - 活性元素添加光ファイバ、共振器、及び、ファイバレーザ装置 - Google Patents
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Description
図2は、図1に示す活性元素添加光ファイバ10の断面の様子を示す断面図である。図2に示すように活性元素添加光ファイバ10は、コア11と、コア11の外周面を隙間なく囲む内側クラッド12と、内側クラッド12の外周面を被覆する外側クラッド13と、外側クラッド13を被覆する被覆層14とを主な構成として備える。内側クラッド12の屈折率はコア11の屈折率よりも低く、外側クラッド13の屈折率は内側クラッド12の屈折率よりも低くされている。つまり、活性元素添加光ファイバ10は、いわゆるダブルクラッド光ファイバである。
第1光ファイバ30は、コアの構成が活性元素添加光ファイバ10のコア11の構成と異なるダブルクラッド光ファイバとされる。第1光ファイバ30は、活性元素添加光ファイバ10の一方に端部に接続される。従って、活性元素添加光ファイバ10のコア11と第1光ファイバ30のコアとが光学的に結合され、活性元素添加光ファイバ10の内側クラッド12と第1光ファイバ30の内側クラッドとが光学的に結合される。
図2に示す活性元素添加光ファイバを実施例1~33として準備した。これらの活性元素添加光ファイバにおいて、第1領域11aにイッテルビウムを全体に渡って添加し、第2領域11bには活性元素を非添加とした。また、第1領域には、アルミニウムとリンとホウ素とを添加して屈折率を調整した。実施例1~30の活性元素添加光ファイバの次の値を表1に示す。A:0≦r≦0.1dの領域におけるイッテルビウムの濃度の平均値(wt%)、B:0.1d<r≦raの領域における前記活性元素の濃度の平均値(wt%)、C:0≦r≦0.1dの領域における内側クラッド12に対する比屈折率差の平均値(%)、D:r=0.2dの領域における内側クラッド12に対する比屈折率差(%)、E:0.2d<r≦0.9dの領域における極大値位置でのクラッドに対する比屈折率差(%)、F:d=1とする場合の極大値位置、G:d=1とする場合の第1領域11aの半径ra、H:0≦r≦0.9dの領域における内側クラッド12に対する比屈折率差の平均値(%)、I:1.1ra<r≦0.9dの領域における内側クラッド12に対する比屈折率差の分布の標準偏差。なお、実施例4の活性元素添加光ファイバの比屈折率分布は図4に示す通りであり、この活性元素添加光ファイバのコアに添加されるイッテルビウムの濃度分布は図3に示す通りである。また、それぞれの活性元素添加光ファイバは、LP02モードの理論カットオフ波長が1760nmよりも短い光ファイバであった。
図16は、比較例の活性元素添加光ファイバのコアの屈折率分布の一例を示す図である。それぞれの比較例では、0≦r≦0.9dの領域でのクラッドに対する比屈折率差が一定であり、r=0.9dから外周側に向かって徐々に当該比屈折率差が下がるものとし、r=dの領域において、クラッドに対する比屈折率差が0.05%になるようにした。このことは、0≦r≦0.9dの領域において、活性元素が一定の濃度で添加され、r=0.9dから外周側に向かって徐々に活性元素の濃度が下がることを意味する。それぞれの比較例の0≦r≦0.9dの領域でのクラッドに対する比屈折率差が、対応する実施例のH:0≦r≦0.9dの領域における内側クラッド12に対する比屈折率差の平均値と同じになるようにした。従って、例えば、比較例1の0≦r≦0.9dの領域でのクラッドに対する比屈折率差は、実施例1のHと同じ値で0.141(%)である。このような条件で、以下のシミュレーションを行った。
10・・・活性元素添加光ファイバ
11・・・コア
11a・・・第1領域
11b・・・第2領域
12・・・内側クラッド
13・・・外側クラッド
15・・・屈曲部
20・・・励起光源
30・・・第1光ファイバ
35・・・第1FBG
40・・・第2光ファイバ
45・・・第2FBG
60・・・第3光ファイバ
Claims (25)
- コアを備える活性元素添加光ファイバであって、
前記コアは、第1領域と、第2領域とを含み、
前記第1領域は中心軸から半径raまでの領域であり、当該第1領域には励起光により励起される活性元素が添加され、
前記第2領域は前記第1領域を隙間なく囲み前記コアの外周面までの領域であり、当該第2領域には前記活性元素が非添加とされ、
前記コアの半径をdとする場合において、0.1d<ra<dであり、
前記コアの径方向における中心軸からの距離をrとする場合、0.2d<r≦0.9dの領域において、0≦r≦0.9dの領域における屈折率の平均値よりも高い屈折率で、屈折率が極大となる極大値位置が少なくとも1カ所存在し、
0.1d≦r≦0.8raの領域における屈折率の平均値が1.1ra≦r≦0.9dの領域における屈折率の平均値よりも高い
ことを特徴とする活性元素添加光ファイバ。 - コアを備える活性元素添加光ファイバであって、
前記コアは、第1領域と、第2領域とを含み、
前記第1領域は中心軸から半径raまでの領域であり、当該第1領域には励起光により励起される活性元素が添加され、
前記第2領域は前記第1領域を隙間なく囲み前記コアの外周面までの領域であり、当該第2領域には前記活性元素が非添加とされ、
前記コアの半径をdとする場合において、0.1d<ra<dであり、
前記コアの径方向における中心軸からの距離をrとする場合、0.2d<r≦0.9dの領域において、0≦r≦0.9dの領域における屈折率の平均値よりも高い屈折率で、屈折率が極大となる極大値位置が少なくとも1カ所存在し、
0≦r≦0.1dの領域における屈折率の平均値がr=0.2dの領域における屈折率よりも高い
ことを特徴とする活性元素添加光ファイバ。 - 前記コアを波長1030nmから1090nmのいずれかの波長の光が伝搬する場合、当該光は、少なくともLP01モードの光及びLP11モードの光を含む
ことを特徴とする請求項1または2に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 0≦r≦0.1dの領域における前記活性元素の濃度の平均値が、0.1d<r≦raの領域における前記活性元素の濃度の平均値よりも高い
ことを特徴とする請求項1または2に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 0.1d≦r≦0.8raの領域における屈折率の平均値が1.1ra≦r≦0.9dの領域における屈折率の平均値よりも高い
ことを特徴とする請求項2に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 0.1d≦r≦0.8raの領域における屈折率の平均値が1.1ra≦r≦0.9dの領域における屈折率の平均値よりも低い
ことを特徴とする請求項2に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 0.1d≦r≦0.8raの領域における屈折率の平均値が1.1ra≦r≦0.9dの領域における屈折率の平均値と同等である
ことを特徴とする請求項2に記載の活性元素添加光ファイバ。 - ra≦0.75dである
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバ。 - ra≦0.7dである
ことを特徴とする請求項8に記載の活性元素添加光ファイバ。 - ra<0.7dである
ことを特徴とする請求項9に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 0.4d<raである
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 0.5d<raである
ことを特徴とする請求項11に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 前記活性元素はイッテルビウムである
ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 0.338d≦r≦0.614dの領域において、前記極大値位置が少なくとも1カ所存在する
ことを特徴とする請求項13に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 0.595d≦ra≦0.716dである
ことを特徴とする請求項13または14に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 1.1ra<r≦0.9dの領域の比屈折率差の標準偏差が0.004以下である
ことを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 少なくとも1.1ra<r≦0.9dの領域は、ゲルマニウムのみが添加された石英から成る
ことを特徴とする請求項16に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 前記極大値位置が前記第1領域に位置し、
前記第1領域の少なくとも一部には、前記コアの屈折率を上昇させるアップドーパントがさらに添加され、
前記アップドーパントの濃度が前記極大値位置において最大である
ことを特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 前記極大値位置が前記第1領域に位置し、
前記第1領域の少なくとも一部には、前記コアの屈折率を低下させるダウンドーパントがさらに添加され、
前記ダウンドーパントの濃度が前記極大値位置において最小である
ことを特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 前記極大値位置が前記第1領域に位置し、
前記第1領域の少なくとも一部には、前記コアの屈折率を上昇させるアップドーパントと、前記コアの屈折率を低下させるダウンドーパントとがさらに添加され、
前記アップドーパントと前記ダウンドーパントとの濃度差が前記極大値位置において最大である
ことを特徴とする請求項1から17のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 前記コアの外周面を隙間なく囲むクラッドをさらに備え、
前記コアのうち0≦r≦0.1dの領域における前記クラッドに対する比屈折率差の平均値が前記極大値位置における比屈折率差の値以下であり、
前記コアの前記クラッドに対する比屈折率差の平均値が0.10%以上であり、
前記極大値位置が0.45d以上である
ことを特徴とする請求項1から20のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 前記コアの外周面を隙間なく囲むクラッドをさらに備え、
前記コアのうち0.055d≦r≦0.1dの領域における前記クラッドに対する比屈折率差の平均値が前記極大値位置における比屈折率差の値以上であり、
前記コアの前記クラッドに対する比屈折率差の平均値が0%よりも大きく0.18%以下であり、
前記極大値位置が0.55d以下である
ことを特徴とする請求項1から20のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 前記コアは、前記極大値位置から少なくとも前記コアの内側に向かうにつれて屈折率が徐々に低下する屈折率分布を有する
ことを特徴とする請求項1から22のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバ。 - 請求項1から23のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバと、
前記活性元素添加光ファイバの一方側において、前記活性元素添加光ファイバの前記コアと光学的に結合し、励起された前記活性元素が放出する光の少なくとも一部の波長の光を反射する第1ミラーと、
前記活性元素添加光ファイバの他方側において、前記活性元素添加光ファイバの前記コアと光学的に結合し、前記第1ミラーが反射する光のうち少なくとも一部の波長の光を前記第1ミラーよりも低い反射率で反射する第2ミラーと、
を備える
ことを特徴とする共振器。 - 請求項1から23のいずれか1項に記載の活性元素添加光ファイバと、
前記活性元素を励起する光を出射する光源と、
を備える
ことを特徴とするファイバレーザ装置。
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