JPH04127591A - 光ファイバレーザ装置 - Google Patents
光ファイバレーザ装置Info
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- JPH04127591A JPH04127591A JP2414514A JP41451490A JPH04127591A JP H04127591 A JPH04127591 A JP H04127591A JP 2414514 A JP2414514 A JP 2414514A JP 41451490 A JP41451490 A JP 41451490A JP H04127591 A JPH04127591 A JP H04127591A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
格子形状の反射エレメントを利用した上記の型の光ファ
イバレーザ装置に関する。 [0002]
レーザ共振空胴を構成する光ファイバ部のそれぞれの端
面に、反射コーティングを施したものや、そのレーザ空
胴を不要にするために外部ミラーを使用するもの等、様
々な構造が知られている。これらの解決手段は、レーザ
の製造及び利用の分野ではある程度の成功を納めており
、受容されてはいるが、それらは未だある不具合を有し
ている。 [0003]
的特性及び温度に関連したその外形の変化のために、が
がる既知のレーザにより発せられる光が所望の波長を有
するようにすること、及び、この型のレーザが発生する
光の波長帯域が中心波長を中心にして所望の狭い範囲内
にあるようにすることを、すべての動作条件の下で保証
することは、不可能とは言わないまでも、非常に困難で
ある。 [0004] 従って、本発明の一般的な目的は、従来技術の欠点を取
り除くことにある。 [0005] 特に、本発明の目的は、この種の既知の構成の欠点を有
しないポンプ光ファイバレーザ装置を提供することにあ
る。 [0006] 本発明の他の目的は、その性能を改良した、すなわち、
波長の安定性及び狭帯域の放出範囲を得ることを考慮し
たポンプ光ファイバレーザ装置を提供することにある。 [0007] さらに、本発明の他の目的は、高い変換率を達成するこ
との出来るポンプ光ファイバレーザ装置を提供すること
にある。 [0008] 本発明の付随する目的は、上記の型の光ファイバレーザ
を、構造が比較的簡単で、製造が安価にでき、使用し易
く、そして、動作においても信頼性のあるものに設計す
ることにある。 [0009]
手方向の軸に沿って光をガイドすることが可能な固体導
波管を含んだ光ファイバ部分を備えた光ファイバレーザ
にある。導波管部は、少なくともその一部は、光の刺激
に応答して光を放射する材料から成っている。その構成
は、さらに、刺激光を内部で長手方向に伝搬させるため
導波管部に放射する手段と、導波管部内の光を最初に伝
搬してくる方向から異なる方向へ向け直すための手段と
を有している。本発明によれば、その様な向け直し手段
として、導波管内に完全に埋め込まれたブラッグ格子を
含んでおり、そして、ある周期性での周期的な屈折率の
摂動によって構成される多数の長手方向に連続的な格子
エレメントから成り、これが周期性に応じた所定の波長
の光を、累積的に、その伝搬方向をある方向から他の方
向へと変化させ、他の方向へ伝搬する時に構造的に干渉
させる。 [0010]
、適切な場合には参照文字や数字が付加され得るが、全
体を通じて、対応する部分を特定するために使用されて
いる。図1から明らかな様に、参照番号10はポンプ光
ファイバレーザ装置10を全体として特定している。そ
の装置10は、その主コンポーネントとして、光ファイ
バ部分11と既知の構造のレーザポンプ12を含んでい
る。このレーザポンプは、ダイオードレーザから構成さ
れるのが有利である。レーザポンプ12は波長λ1の光
を発生し、この光は周知の方法で、長手方向への伝搬の
ための光ファイバ部分11に放射される。この分野の当
業者にとって周知のように光ファイバ部分11はファイ
バコアとコア周囲のクラッドを含み、その場合、レーザ
ポンプ12からの光はコア内に放射され、その内部に案
内される。 [0011] 光ファイバ部分11 (好ましくは、そのコア)には、
部分11の長手方向に互いに離れた二つの格子13と1
4が設けられ、また、それらは部分11のそれぞれの端
部に配置されている。格子13と14は多少なり反射的
である。しかしながら、それは波長λ2の光に対しての
みであり(実際には、この中心波長の周りの非常に狭い
帯域内で)、他の全ての波長の光に対しては実質的に透
過であり、少なくとも格子13に関する限りはポンプ波
長λ1を含んでいる。すなわち、格子13と14は反射
鏡として働き、波長λ2のレイジングが起こるレーザ空
胴を長手方向に制限する。 [0012] 格子13と14は、一般に、米国特許第4,807,8
05号明細書に開示された型のものであり、その方法に
よって作られることが好ましい。この米国特許の開示内
容は、特に光ファイバレーザ装置10での使用に適して
いるブラッグ格子型の付加的な説明にとって必要な範囲
まで参照される。上記の特許についてより詳細に説明す
ると、この型の格子は波長選択反射鏡として働く。特定
の周期性の埋め込み格子は、部分的にあるいは全体的に
、ファイバ部分11によって搬送された光信号の波長を
反射する。構造物における応力や温度を測定するために
開発されたこの型の格子は、上記の特許に開示された方
法によって光ファイバのコア内に組み込まれあるいは埋
め込まれる。ここで説明されるように、この種の完全に
周期的な格子は、コアをクラッドを通して二つの整合す
る紫外光線の干渉パターンに露出させることにより、光
ファイバのコア内に設けられすなわち刻印される。これ
ら紫外光線は、互いに180°補完するファイバ軸に関
して二つの角度で、光ファイバに対して方向付けられて
いる。この結果、ファイバコアの材料は、それへの干渉
紫外光線の作用によって完全に周期的な屈折率の変化が
そこに現れ、個々の格子エレメント(すなわち、同じ屈
折率の習性を示すコアの、周期的に繰り返す領域)がブ
ラッグ格子を構成するためにファイバ軸に垂直に方向付
けられる。この種の埋め込まれたブラッグ格子は、ファ
イバコア内に放射され、あるいはファイバコア内に案内
されて伝搬してきた中心波長λ2の周りの非常に狭い範
囲内の波長を持つ光だけを、それぞれの格子13と14
に向ける伝搬方向に反射する。この中心波長λ2は格子
エレメントの周期性に従属しており、元の伝搬方向に対
抗するファイバ軸に沿って戻り、一方、格子は上記の狭
い帯域の外の波長の光に対しては実質的に透明であり、
それ故、かかる他の光がこれを通って通過すること全妨
げない。事実、この型の格子は透過スペクトラムにおい
て狭いノツチ(狭谷部)を生じ、同じ理由で、反射スペ
クトラムにおいては同様の狭いピークを生じる。この反
射スペクトラムのピークが、発明によれば、レイジング
波長λ2を決定するために利用され、格子13と14の
それぞれの軸長が所望の反射率R1(λ2)及びR2(
λ2)を格子13と14で得る様な方法で、それぞれ、
選択されている。 [0013] 光ファイバ部分11が光ポンプレーザとして動作するよ
うに、少なくともコア自体が希土類でドープされる。他
方、上記の特許は、ゲルマニウムをドープした光ファイ
バコアを考慮してこの様な型の格子を作ることを教示し
ている。本発明によれば、光ファイバ部分(または、そ
のコア)の(希土類でドープされた)活性な材料に直接
格子を刻印することが、あるいは、かかる格子13と1
4を不活性な材料の光ファイバ片(または、そのコア)
に形成し、そして、これを、活性な材料から作られ、あ
るいはコアを有する光ファイバ片につなぎ、もって、光
ファイバ部分11は一体であり、それ故、インターフェ
ースやギャップが存在しても問題とはならない。このコ
メントは、以下に述べられる光ファイバ環め込み格子ポ
ンプレーザ装置の構造にも同様に適用可能である。 [0014] 図2に戻る。そこでは、この場合光ファイバレーザ装置
10a力飄その中心波長λ2が関する限りにおいて取り
替え可能な格子13aを含んでいる。レーザ空胴は、そ
れぞれの反射率が波長範囲においてR1及びR2の一般
の反射鏡15と16(例えば、それぞれのファイバ端面
上の反射コーティング等)によって制限されるようなっ
ている。中心波長λ1の光に対しては非常に透過である
。可変格子13aの取り替えは、例えばマンドレル(心
棒)の周りに可変格子を含むファイバ部分11の部分を
曲げ、そして、かかるマンドレルの径または外周寸法を
、例えばマンドレルがピエゾ電気材料で作られる場合に
はこれに電位差を与えることにより、これを変えること
によって達成される。すなわち、格子領域13aに長手
方向の張力や応力を与えることにより、格子13aの周
期性、すなわち、同じ屈折率変化習性(また、多分、格
子材料の全般的または平均的な屈折率)を示す長手方向
に隣接した格子エレメントが変化し、付随して中心波長
λ2も変化することがわかる。 [0015] 代替としては、図1の格子13と14、あるいは、図2
の反射器15と16は同様に多様な性格を有している。 この場合、図3に示されているように、可変格子13b
と14b(あるいは、可変格子13aと可変格子反射器
15と16)を含む光ファイバ部分11bは、やけりピ
エゾ電気材料で作られ、電位差を与えることによって矢
印で示される様に半径方向に膨張するマンドレル17の
周りを包囲し、もって、その外周を、すなわち、最終的
にはそれぞれの格子素子間の間隙を変化させ、中心波長
λ2を付随的にシフトする。 [0016] 図4に示す構成10cは、格子14cが波長λ2の光を
、ファイバ部分11の外部に、部分11cの長手方向の
軸に対するある角度で(図示のように、実質的に直角)
向け直すことを除いて、図1に示したものと同様である
。この格子14Cは、例えば、同一人の所有になる同時
に出願中の米国特許出願に示されている。とにかく、格
子14cは、その端部のレーザ空胴に、制限のための反
射器を形成するだけでなく、波長λ2の光に対するタッ
プをも構成している。 [0017] 図5は、図1の構成10に含まれる原理の、多重波長埋
め込み格子レーザ装置10dへの応用を示している。こ
の場合、レーザ源14は光を分割された入力光ファイバ
部分11aに入射しており、この入力光ファイバ部分は
複数の個別レーザ光ファイバ部分11d1〜11dn(
ここで、nは選択された整数)に結合されこれらは、必
ずしも必要ではないが並列に離隔されて示されており、
そして、それらは、一方では格子13d〜13dによっ
て、他方では14d1〜dnによn ってそれぞれ制限されたレーザ空胴を含んでいる。ここ
で、格子13dl〜13dと14d1〜dnの中の共同
するもの(すなわち、部分11d1〜11九のそれぞれ
に配置されたもの)は、双方が同じ中心波長λ1〜λ。 を持つ光に対しては反射するが、波長λ1〜λ。はすべ
て異なっている。 [0018] 図6は、多重空胴埋め込み格子光ファイバレーザ装置1
0eを示しており、これは、この例では、5つの光ファ
イバ部分1101〜11 e s (すなわち、クラツ
ド光ファイバまたはクラッドされていない光ファイバコ
ア)を含んでおり、それらは共通のと筒18(例えば、
共通外側クラッド)内に包含されている。光ファイバ部
分11e1〜11e5のレーザ空胴は、それぞれの格子
13e1〜13e5及び14e1〜14e5によって制
限されている。そして、ポンピングレーザ源14は、光
を既知の方法で、全ての光ファイバ部分11e1〜11
e5内に射出する。 図示されている様に、全ての格子13e1〜13e5と
14e1〜14e5は、同じ中心波長λ2に対しては反
射し、それ故、かかる並列レーザ空胴がら発生される光
は構造的に結合し、構成10eには、図1の構成10の
それを複合した光出力を付与している。 [0019] 図7を参照する。ここに示された構成10fは、二つの
並列のファイバ部分11f とllf を含んでいる
。ファイバ部分11f1は、図4の格子14cと類似し
ており、同じ様に作動する格子13f と14f1を
含み、それらはポンピングレーザ源12によって発生さ
れる波長λ1の光を反射する。他方、ファイバ部分11
f は、格子14cに類似しており、同じ様に作動し、
かつ波長λ1の光を反射する格子13f と14f
に加え、波長λ2の光を反射する追加の格子13f と
14f を含んでいる。すなわち、格子13f と
14f1とが格子13f2と14f共働することにより
、光出力は波長λで部分11f と11f2の間を2
′11 伝搬され、そこで、ファイバ部分11f は中心波長λ
2のレーザ光を発生する。 [00203 図8を参照する。この図は、上述の型の、しかしながら
、光を複数位置された光ファイバ部分11g内に射出し
て光出力を増大させる構成10gを示している。構成1
0gの構造の図示された例では、ポンピング光源はポン
ピングレーザアレイ14gから構成され、光ファイバ部
分は円筒形状の支持部17gの周りに巻かれて、図4の
格子14fに関連して上述された型の、複数の埋め込ま
れた格子14g〜14g(mは任意に選択された整数)
がポンピングレーザアレイ14gから発生されるレーザ
光に曝されるようになっている。 [0021] 本発明は、埋め込み格子レーザ装置の幾つかの特定の構
造において実施されたものとして図示され、説明されて
いるが、本発明はこの特定の例に限定されるものではな
い。 [0022]
持つポンプ光ファイバレーザ装置が得られる。さらに、
本発明の光ファイバレーザ装置は、構造が比較的簡単で
、動作上の信頼性が高いという効果を有する。。
装置の概略側面展開図である。
る。
光ファイバに長手方向の応力を与えるための構造を示す
透視図である。
ている。
ている。
プされる光ファイバ装置の概略透視図である。
概念を利用した装置を示している。
プされる光ファイバレーザ装置を示している。
Claims (6)
- 【請求項1】長手方向に隔てられた端部間を長手方向に
ガイドすることが可能な、延長された固体導波管部であ
り、上記導波管部の少なくとも一つの長手方向の領域は
希土類ドープされ、刺激光による刺激に応答して刺激さ
れた光を放射することが可能な材料から成る手段と、刺
激光を、上記長手方向に伝搬させるため上記導波管部に
入射し、上記希土類ドープされた材料を刺激して上記刺
激された光を放出する手段と、上記導波管部において、
最初に所定の方向に伝搬してくる光を異なる方向へ向け
直すための手段であり、上記導波管部に完全に埋め込ま
れたブラッグ格子を含み、そして、ある周期での周期的
な屈折率の摂動によって形成される多数の長手方向に連
続的な格子エレメントから構成され、上記長手方向領域
の全体にわたって延び、そして、上記刺激光の中の上記
周期に基づく所定の波長を有するものだけを累積的にそ
の伝搬方向を一つの方向から他の方向へ変え、上記他の
方向へ伝搬する時に構造的に干渉させる手段と、 を有することを特徴とする光ファイバレーザ装置。 - 【請求項2】請求項1の装置において、上記格子は上記
導波管部の端部の一方に配置され、さらに、その格子エ
レメントは上記長手方向軸に対して実質的に垂直に延び
、上記導波管部の一方の端部のレーザ空胴を軸方向に制
限する部分的に透明な反射器として働くことを特徴とす
る光ファイバレーザ装置。 - 【請求項3】請求項2の装置において、さらに、上記導
波管部端部の他方に配置され、上記部ブラッグ格子と実
質的に同一の格子によって形成され、そして、上記他の
端部において上記レーザ空胴を軸方向に制限する付加的
な反射器を有することを特徴とする光ファイバレーザ装
置。 - 【請求項4】請求項1の装置において、さらに、二つの
反射器を有し、それぞれは、上記導波管部端部の異なる
一方に配置されて軸方向にレーザ空胴を制限し、そこに
おいて、上記格子は反射器の間に配置され、上記格子エ
レメントの全ては上記長手方向の軸に対して同じ傾斜角
度で延び、上記方向の第1が上記導波管部の軸方向に延
び、上記方向の第2が上記格子の位置で、上記長手方向
の軸に対して所定の角度で上記導波管部から延びている
ことを特徴とする光ファイバレーザ装置。 - 【請求項5】請求項4の装置において、上記反射器の少
なくとも一方は、上記ブラッグ格子と同様の付加的な格
子によって構成され、しかし、その格子エレメントは上
記長手方向軸に対して実質的に垂直に伸びており、上記
格子エレメントはそれによって影響される光の伝搬方向
を累積的に反転することを特徴とする光ファイバレーザ
装置。 - 【請求項6】請求項4の装置において、さらに、上記光
ファイバ部分と同様でこれに実質的に平行に伸びた付加
的光ファイバ部分を有し、そこにおいて、上記付加的光
ファイバ部分の上記格子は、上記光ファイバ部分の上記
格子によって向け直された光を受け、かつ、同光を上記
付加的光ファイバ部分の導波管部へ長手方向に伝搬する
よう変向させることを特徴とする光ファイバレーザ装置
。
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