JPH05275792A - ファイバレーザおよびファイバ増幅器 - Google Patents
ファイバレーザおよびファイバ増幅器Info
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Abstract
幅特性を有する1.47μm帯のファイバレーザおよび
ファイバ増幅器を得る。 【構成】 利得媒質としてツリウム(Tm)をコアに添
加したフッ化物ファイバ1を用い、励起光として波長
1.06μm帯の光を用いる。
Description
ファイバ増幅器に関し、ツリウムをコアに添加したフッ
化物ファイバを利得媒質とし、励起光として波長1.0
6μm帯の光を用いることにより、波長1.47μm帯
の光の発振および増幅が高効率でできるようにしたもの
である。
オンのエネルギー準位図を示す。ツリウムをコアに添加
したフッ化物ファイバでは1.45〜1.50μmの波
長範囲において 3F4 − 3H4 遷移に起因する蛍光が見
いだされており、従来は波長0.67μmの励起光で 3
F2 準位に励起する方法や波長0.79μmにて 3F4
準位に励起する方法により1.47μm帯発振が確認さ
れていた。しかしながら、この遷移は上準位 3F4 の励
起寿命(1.1ms)が終準位 3H4 の寿命(6.4m
s)よりも短いためレーザ発振に重要な反転分布が励起
直後にしか成りたたず、すぐに発振が停止する特性があ
る。
起で瞬間的に反転分布を形成し、パルス発振させる方法
や、 3H4 準位から 3H6 準位への遷移による1.9μ
m帯レーザ発振を同時に生じさせることにより、 3H4
準位のイオン数を減らして反転分布を形成し、かろうじ
てCW発振を得る方法が行われてきた。しかし、これら
の方法を用いても極めて低い効率でしか発振出力が得ら
れなかった。たとえばJ.Y.Allain等の報告に
よると、励起波長0.67μmにおいてスロープ効率
1.6%であり、レーザ出力は最大0.2mWにすぎな
い(Electronics letters 198
9 Vol.25 No.24 pp1660−166
2)。
る課題は、高効率で高出力な発振特性および高効率な増
幅特性を有する1.47μm帯のファイバレーザおよび
ファイバ増幅器を得ることにある。
(Tm)をコアに添加したフッ化物ファイバを利得媒質
とし、励起光として波長1.06μm帯の光を用いるこ
とで解決される。
ツリウム3価イオンをコアに添加したフッ化物ファイバ
を1.06μm帯で励起することにより効率的に反転分
布を形成し、高効率かつ高出力の1.47μm帯レーザ
及び高効率な増幅器を実現するものである。従来の方法
とは励起波長が異なる。従来の方法は0.67μmもし
くは0.79μm帯で 3F2 、3F3 状態もしくは 3F
4 状態に励起して1.47μm発振を得ていた。 3H4
状態の励起寿命が 3F4 状態のそれよりも長いために、
これらの方法ではしばらくすると 3H4 状態が多くなり
反転分布が形成されないため発振が停止する。
m帯の光で励起を行う。この時まず3H5 状態が励起さ
れるが、非放射遷移により 3H4 状態に遷移する。 3H
4 状態の励起寿命は6.4msと比較的長いので、再び
励起光の光子を吸収して 3F2 状態に励起された後、非
放射遷移により 3F4 状態になる。このような励起状態
のイオンが光を吸収する現象をESA(Excited
State Absorption 励起吸収)と呼
ぶ。結局 3H4 準位から 3F2 準位へのポンピングによ
り 3H4 準位の実効的な励起寿命は短くなるので、 3F
4 − 3H4 間の反転分布が形成されることになり、1.
47μm帯の発振及び増幅が可能になる。さらに、 3F
4 状態から 1G4 状態へのESAも存在するが、 3F4
− 1G4準位間のエネルギーギャップと1.06μm光
のエネルギーは必ずしも一致しないので、その遷移確率
は小さい。本発明での励起光の1.06μm帯の光とし
ては、波長範囲が1.05μm〜1.07μmの光が用
いられる。
ザの一例を示すもので、図中符号1は利得媒質としての
ツリウムドープフッ化物ファイバである。このファイバ
1の一端には、励起光光源10としてのチタンサファイ
ヤレーザからの1.06μm帯の励起光が、ダイクロイ
ックミラー2およびコメリート用レンズ3を経て入射さ
れるようになっている。ダイクロイックミラ−2は、波
長1.06μm帯の光を反射し、波長1.47μm帯の
光を透過するものである。ファイバ1の他端側にはコリ
メート用レンズ3および1.47μmのレーザ発振波長
に対して反射率100%のミラー4が配置されている。
ファイバ1端面での反射率はおよそ4%である。レーザ
共振器は、ミラー4と励起光入射側のファイバ1端面で
構成される。励起光光源10からの波長10.6μmの
励起光は、ダイクロイックミラー2で反射され、コリメ
ート用レンズ3を経て、ファイバ1に入射され、1.4
7μm帯の発振光はダイクロイックミラー2を通過して
出射される。
ピークは1.21μmであるため、波長1.06μmは
吸収帯の裾野にあたり、吸収率は極めて小さい。そのた
めツリウムイオンの濃度を大きくするか、またはファイ
バ1の長さを十分長くする必要がある。図3に、この構
成における励起光強度に対する1.47μm発振光の出
力特性の例を示す。用いたファイバのコア径、カットオ
フ波長、ツリウム濃度、ファイバ長はそれぞれ、11μ
m、2.1μm、2000ppm、9mである。しきい
値は200mW、スロープ効率は27%であり、最大出
力100mWが達成された。ファイバのカットオフ波長
を1.4μm付近に設定するとともに、コア径を小さく
するなどファイバパラメータを最適化すればさらに効率
は上がると予想される。
可変ファイバレーザの構成例を示すものである。基本的
な構成は、図2のものと同様であるが、共振器内、すな
わちコリメート用レンズ3とミラー4との間にプリズム
5を配置して、これを回転させることにより発振波長を
チューニングする。図5に出力光の発振波長測定例を示
す。1.46〜1.48μmまで波長可変である。プリ
ズムのかわりに波長可変型の1.47μm帯狭帯域フィ
ルタを用いてもよい。
るためのファイバレーザの構成例である。これは図2に
おいて共振器内にシャッター6、例えばAO素子を挿入
し、 3F4 状態の励起寿命程度の時間中、シャッターを
閉じることにより共振器を構成しないまま励起し続けて
エネルギーを蓄積し、急にシャッターを開いて共振器を
構成して、大きな光パルスを発生させるものである。本
実施例ではQスイッチ用シャッターとしてメカニカルチ
ョッパーを用いた。図7に観測されたQスイッチパルス
の例を示す。300mW励起において70Wのピーク値
が得られている。従来の励起波長では良好な反転分布を
作ることが不可能であったのでこのようなパルスは得ら
れなかった。このようなピークパワーの高い光パルスは
1.5μm近辺で必要とされるOTDRに応用できる可
能性がある。
d:YAGレーザ7を励起光光源としたリング共振器型
の構成例を示したものである。波長1.06μmと波長
1.47μmの分波カプラ(WDMカプラ)8を用い、
このカプラ8の入射ポートのいずれかに前記レーザ7か
らの励起光を入射し、1.06μm側の出力ポートにツ
リウムドープフッ化物ファイバ1の一端を接続し、その
他端を1.47μm用無偏波アイソレータ9の入射端に
接続し、このアイソレータ9の出射端を前記カプラ8の
残りの入射ポートに接続したものである。レーザ7から
の波長1.06μm帯の励起光により、カプラ9の1.
47μm側の出力ポートより、1.47μmの発振光が
出射される。この構成によりコンパクトなレーザ光源が
可能となる。
幅器の構成例である。1.06μmと1.47μmの合
波カプラ(WDMカプラ)8の1.06μm側の入射ポ
ートには、励起光光源としての半導体レーザ励起Nd:
YAGレーザ7が接続され、1.47μm側の入射ポー
トには、信号光が入射される。このカプラ8の出射ポー
トの一方には利得媒質としてのツリウムドープフッ化物
ファイバ1の一端が接続され、その他端は1.47μm
用無偏波アイソレータ9の入射端に接続されている。信
号光と励起光とは合波カプラ8で合波され、信号光はフ
ァイバ1で光増幅されてアイソレータ9の出射端から導
出される。このファイバ増幅器の増幅波長帯域は1.4
6〜1.48μmである。
長1.46〜1.48μmの高出力かつ高効率なファイ
バレーザ及び高効率なファイバ増幅器が実現できる。現
在、光通信網は急速に拡大し続けており、通信網の信頼
性向上のため光ケーブルにおいて破断や損失の増加がな
いかどうか常時監視するシステムの必要性が生じてい
る。このような監視システムにおいて、通常の通信波長
帯の光をケーブル監視のためのモニター光に用いると、
一般の伝送信号光との混信を招きやすい。そのため信号
光とは異なるが信号光に近接する波長を監視用モニター
光とするのが望ましい。本発明によるファイバレーザの
動作波長帯は、1.55μm帯の近傍にあり、石英ファ
イバの損失も比較的小さい領域であることから、これら
によって通常の通信波長帯である1.3μm帯または
1.55μm帯の光信号と混信することなく光ケーブル
の監視を行うシステムを構築することが可能となる。ま
た高出力パルスを実現することもできるのでOTDRの
光源としても使用可能である。
ルギー準位と1.06μm励起の場合の状態遷移を示す
図である。
図である。
力特性を示すグラフである。
す概略構成図である。
ィリティを示すグラフである。
構成例を示す概略構成図である。
ルス波形の例を示すグラフである。
を示す概略構成図である。
図である。
ネルギー準位と0.67μmまたは0.79μm励起に
よる状態遷移を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 希土類元素をコアに添加した光ファイバ
を利得媒質としたファイバレーザにおいて、ツリウムを
コアに添加したフッ化物ファイバを利得媒質とし、励起
光として波長1.06μm帯の光を用いたことを特徴と
するファイバレーザ。 - 【請求項2】 希土類元素をコアに添加した光ファイバ
を利得媒質とし、これに励起光と信号光とを合波して入
射し信号光を増幅するファイバ増幅器において、ツリウ
ムをコアに添加したフッ化物ファイバを利得媒質とし、
励起光として波長1.06μm帯の光を用いたことを特
徴とするファイバ増幅器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4066390A JP2688303B2 (ja) | 1992-03-24 | 1992-03-24 | ファイバレーザおよびファイバ増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2688303B2 JP2688303B2 (ja) | 1997-12-10 |
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ID=13314454
Family Applications (1)
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-
1992
- 1992-03-24 JP JP4066390A patent/JP2688303B2/ja not_active Expired - Lifetime
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