JPH0614566B2 - フアイバ光学装置 - Google Patents
フアイバ光学装置Info
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- JPH0614566B2 JPH0614566B2 JP59199315A JP19931584A JPH0614566B2 JP H0614566 B2 JPH0614566 B2 JP H0614566B2 JP 59199315 A JP59199315 A JP 59199315A JP 19931584 A JP19931584 A JP 19931584A JP H0614566 B2 JPH0614566 B2 JP H0614566B2
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- optical fiber
- light
- pump
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
- H01S3/06745—Tapering of the fibre, core or active region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
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- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
- H01S3/094019—Side pumped fibre, whereby pump light is coupled laterally into the fibre via an optical component like a prism, or a grating, or via V-groove coupling
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- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
- Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明はファイバ光学増幅器に関する。
［先行技術の説明］ 特に巨視的なレベルで、或る材料のレーザ作用能力に基
づいた、光学増幅器の概念はよく知られている。このた
め、たとえば、ポンピング光源と、径が数ミリメートル
で長さが数センチメートルの単結晶ネオジミウム−イッ
トリウム アルミニウム ガーネット（ＮＤ：ＹＡＧ）
ロッドとを管状の反射する空洞に置くことは知られてい
る。たとえば、光源とＮＤ：ＹＡＧロッドは、楕円形の
断面を有する空洞の２つの焦点に沿って伸びるようにそ
れぞれ置くことができる。このような配置では、光源に
よって発光されかつ空洞壁から反射される光は、ＮＤ：
ＹＡＧロッドに衝突する。光源は、好ましくは、結晶の
ネオジミウムイオンのエネルギ状態が高レーザ作用準位
以上のエネルギ準位に反転されるように、Ｎｄ：ＹＡＧ
結晶の吸収スペクトルに対応する波長を発光するよう選
択されると良い。反転後、光子放射によるネオジミウム
イオンの初期緩和は、高レーザ準位でイオン分布を生じ
る。高レーザ準位から、Ｎｄ：ＹＡＧ材料の特性である
波長の光を放射しながら、イオンは低エネルギ準位に緩
和する。都合の良いことに、この低エネルギ準位はイオ
ンに対して基底準位以上であり、そのため、急な、光子
−援助緩和がこの低エネルギ準位と基底準位間で起こ
り、ポンプされたイオンの範囲内で、高い反転比が高レ
ーザ準位とこの低エネルギ準位間で存在し続けることを
可能にする。
づいた、光学増幅器の概念はよく知られている。このた
め、たとえば、ポンピング光源と、径が数ミリメートル
で長さが数センチメートルの単結晶ネオジミウム−イッ
トリウム アルミニウム ガーネット（ＮＤ：ＹＡＧ）
ロッドとを管状の反射する空洞に置くことは知られてい
る。たとえば、光源とＮＤ：ＹＡＧロッドは、楕円形の
断面を有する空洞の２つの焦点に沿って伸びるようにそ
れぞれ置くことができる。このような配置では、光源に
よって発光されかつ空洞壁から反射される光は、ＮＤ：
ＹＡＧロッドに衝突する。光源は、好ましくは、結晶の
ネオジミウムイオンのエネルギ状態が高レーザ作用準位
以上のエネルギ準位に反転されるように、Ｎｄ：ＹＡＧ
結晶の吸収スペクトルに対応する波長を発光するよう選
択されると良い。反転後、光子放射によるネオジミウム
イオンの初期緩和は、高レーザ準位でイオン分布を生じ
る。高レーザ準位から、Ｎｄ：ＹＡＧ材料の特性である
波長の光を放射しながら、イオンは低エネルギ準位に緩
和する。都合の良いことに、この低エネルギ準位はイオ
ンに対して基底準位以上であり、そのため、急な、光子
−援助緩和がこの低エネルギ準位と基底準位間で起こ
り、ポンプされたイオンの範囲内で、高い反転比が高レ
ーザ準位とこの低エネルギ準位間で存在し続けることを
可能にする。
レーザ技術からよく知られているように、そのように反
転された分布に関しては、Ｎｄ：ＹＡＧはまた螢光、す
なわち、インコヒーレント光のランダム放射を与える。
この自然放射は、Ｎｄ：ＹＡＧに対し２３０マイクロ秒
の反転された状態のイオンの平均寿命に等しい時定数で
起こる。
転された分布に関しては、Ｎｄ：ＹＡＧはまた螢光、す
なわち、インコヒーレント光のランダム放射を与える。
この自然放射は、Ｎｄ：ＹＡＧに対し２３０マイクロ秒
の反転された状態のイオンの平均寿命に等しい時定数で
起こる。
もし、Ｎｄ：ＹＡＧロッドのネオジミウムイオンが反転
された後ならば、レーザ遷移周波数の光信号はロッドを
通って伝送され、信号光子はネオジミウムイオンの遷移
を低エネルギ準位にトリガし、誘導放射のコヒーレント
放出を引起こし、それは伝送される信号に有効に加わ
り、こういうふうにこの信号を増幅する。
された後ならば、レーザ遷移周波数の光信号はロッドを
通って伝送され、信号光子はネオジミウムイオンの遷移
を低エネルギ準位にトリガし、誘導放射のコヒーレント
放出を引起こし、それは伝送される信号に有効に加わ
り、こういうふうにこの信号を増幅する。
ポンプ波長でのＮｄ：ＹＡＧ結晶の吸収長さ（すなわ
ち、照明の６０％が吸収される前に、照明が横切らなけ
ればならない材料の長さ）は、典型的には約２ミリメー
トルまたはこれ以上であり、このため、増幅構造に用い
られるＮｄ：ＹＡＧ結晶は、空洞壁から初期反射および
結晶の通過中に、結晶がポンピング発光の実質的な部分
を吸収できるような少なくともこの大きさの径を有して
いた。もし、結晶を通る初期横断中に、ポンピング照明
が吸収されないならば、空洞壁によって光源に戻って反
射されるらしく、そこではそれは再び吸収され、光源に
熱を発生し、増幅器の全体の効率を減じる。
ち、照明の６０％が吸収される前に、照明が横切らなけ
ればならない材料の長さ）は、典型的には約２ミリメー
トルまたはこれ以上であり、このため、増幅構造に用い
られるＮｄ：ＹＡＧ結晶は、空洞壁から初期反射および
結晶の通過中に、結晶がポンピング発光の実質的な部分
を吸収できるような少なくともこの大きさの径を有して
いた。もし、結晶を通る初期横断中に、ポンピング照明
が吸収されないならば、空洞壁によって光源に戻って反
射されるらしく、そこではそれは再び吸収され、光源に
熱を発生し、増幅器の全体の効率を減じる。
そのような大きな径のＮｄ：ＹＡＧロッドがファイバ光
学システムで増幅器として用いられるとき、光学ファイ
バからの光信号をＮｄ：ＹＡＧロッドに、かつＮｄ：Ｙ
ＡＧロッドからの増幅された光信号を他のファイバに戻
って集光するように、レンズのような光学構成要素を用
いることが必要であると考えられた。このような光学シ
ステムは注意深い調整を必要とし、振動や熱効果のよう
な周囲の変化に感じやすい、付加えるに、光学構成要素
とＮｄ：ＹＡＧロッドの寸法は、増幅システムを比較的
大きくし、このため、或る応用に対しては実用的でな
い。さらに、Ｎｄ：ＹＡＧロッドの大きな寸法は、ロッ
ド内で高エネルギ密度を維持し、有効な光学利得を許容
するために、入力ポンプエネルギの大きな量を必要とす
る。そのような大きなポンプパワーは、高出力ポンプ光
源を必要とし、典型的には空洞の液体冷却によって消散
しなければならない実質的な熱を発生する。
学システムで増幅器として用いられるとき、光学ファイ
バからの光信号をＮｄ：ＹＡＧロッドに、かつＮｄ：Ｙ
ＡＧロッドからの増幅された光信号を他のファイバに戻
って集光するように、レンズのような光学構成要素を用
いることが必要であると考えられた。このような光学シ
ステムは注意深い調整を必要とし、振動や熱効果のよう
な周囲の変化に感じやすい、付加えるに、光学構成要素
とＮｄ：ＹＡＧロッドの寸法は、増幅システムを比較的
大きくし、このため、或る応用に対しては実用的でな
い。さらに、Ｎｄ：ＹＡＧロッドの大きな寸法は、ロッ
ド内で高エネルギ密度を維持し、有効な光学利得を許容
するために、入力ポンプエネルギの大きな量を必要とす
る。そのような大きなポンプパワーは、高出力ポンプ光
源を必要とし、典型的には空洞の液体冷却によって消散
しなければならない実質的な熱を発生する。
このタイプの増幅器は、或る通信への応用のような多く
の応用に有益であるが、再循環ファイバ光学ジャイロス
コープでの使用は、増幅システムに厳しい制限を加え
る。そのようなジャイロスコープに関して、典型的には
長さが１キロメートルまたはそれ以上の光学ファイバは
ループに負かれ、光信号は典型的に両方向にループ内で
再循環する。ループの移動は、ジャイロスコープの回転
を測定するために用いることができる逆−伝搬光信号間
に位相差を引起こす。そのようなジャイロスコープで
は、ファイバを回る１回の信号の通過で誘発される位相
差は比較的小さく、この位相差を増加するように光信号
をループ内でできる限り多くの回数再循環させることは
有利である。
の応用に有益であるが、再循環ファイバ光学ジャイロス
コープでの使用は、増幅システムに厳しい制限を加え
る。そのようなジャイロスコープに関して、典型的には
長さが１キロメートルまたはそれ以上の光学ファイバは
ループに負かれ、光信号は典型的に両方向にループ内で
再循環する。ループの移動は、ジャイロスコープの回転
を測定するために用いることができる逆−伝搬光信号間
に位相差を引起こす。そのようなジャイロスコープで
は、ファイバを回る１回の信号の通過で誘発される位相
差は比較的小さく、この位相差を増加するように光信号
をループ内でできる限り多くの回数再循環させることは
有利である。
光学ファイバを１キロメートル横切ると、光学信号は典
型的にはその強度の３０〜５０％失う。もし増幅器がル
ープと直列に置かれ、２方向性逆−伝搬光信号を２〜３
dＢだけ増幅することができるならば、光信号はループ
内で多くの回数伝搬することができる。
型的にはその強度の３０〜５０％失う。もし増幅器がル
ープと直列に置かれ、２方向性逆−伝搬光信号を２〜３
dＢだけ増幅することができるならば、光信号はループ
内で多くの回数伝搬することができる。
あいにく、上述のように、先行技術のＮｄ：ＹＡＧロッ
ドは、比較的大型で高パワーであり、かつ冷却が必要な
ため、そのような増幅器は高精密のジャイロスコープに
対して比較的実用的でない。もちろん、これらのファク
タはまた、通信ネットワークのような他の応用でのその
ような増幅器の実用を制限する。
ドは、比較的大型で高パワーであり、かつ冷却が必要な
ため、そのような増幅器は高精密のジャイロスコープに
対して比較的実用的でない。もちろん、これらのファク
タはまた、通信ネットワークのような他の応用でのその
ような増幅器の実用を制限する。
［発明の要約］ この発明は、好ましい実施例において光学増幅器として
機能する、コヒーレント光を生じるファイバ光学装置で
ある。この増幅器は、増幅される信号に対して導波管を
提供する光学ファイバを備える。光学ファイバは、Ｎ
ｄ：ＹＡＧのようなレーザ材料で形成される。ジャケッ
トは、この光学ファイバの長さに沿ってその少なくとも
一部分を囲む。ジャケットは、ポンプ光を受ける第１の
端部と、第１の端部より小さい径を有する第２の端部を
含む。これらの端部間の移行部分は、第１の端部からの
ポンプ光を第２の端部に集光する。ジャケットの屈折率
は光学ファイバの屈折率よりも低く、集光されたポンプ
光がジャケットからファイバに屈折するようにし、この
ため、光学信号がレーザ材料から光子の放出を誘導でき
るようにファイバ材料の電子の分布の反転を引起こす。
好ましくは、第２または小さい端部でのジャケットの厚
さは、光学ファイバの半径の約１／２より大きくないと
よい。ジャケットは、ポンプ光がジャケット内で案内さ
れるように、ジャケットの屈折率よりも低い屈折率を有
する、空気のような材料によって囲まれ、一方、ジャケ
ットは、光学ファイバ内で増幅される信号を案内するク
ラッディングを提供する。好ましい実施例において、ジ
ャケットはその中心の縦軸について対称的であり、光学
ファイバはそのような軸に沿って横たわる。
機能する、コヒーレント光を生じるファイバ光学装置で
ある。この増幅器は、増幅される信号に対して導波管を
提供する光学ファイバを備える。光学ファイバは、Ｎ
ｄ：ＹＡＧのようなレーザ材料で形成される。ジャケッ
トは、この光学ファイバの長さに沿ってその少なくとも
一部分を囲む。ジャケットは、ポンプ光を受ける第１の
端部と、第１の端部より小さい径を有する第２の端部を
含む。これらの端部間の移行部分は、第１の端部からの
ポンプ光を第２の端部に集光する。ジャケットの屈折率
は光学ファイバの屈折率よりも低く、集光されたポンプ
光がジャケットからファイバに屈折するようにし、この
ため、光学信号がレーザ材料から光子の放出を誘導でき
るようにファイバ材料の電子の分布の反転を引起こす。
好ましくは、第２または小さい端部でのジャケットの厚
さは、光学ファイバの半径の約１／２より大きくないと
よい。ジャケットは、ポンプ光がジャケット内で案内さ
れるように、ジャケットの屈折率よりも低い屈折率を有
する、空気のような材料によって囲まれ、一方、ジャケ
ットは、光学ファイバ内で増幅される信号を案内するク
ラッディングを提供する。好ましい実施例において、ジ
ャケットはその中心の縦軸について対称的であり、光学
ファイバはそのような軸に沿って横たわる。
好ましい実施例において、ポンプ光は、レーザダイオー
ドのような光源によって生じ、好ましくは、たとえば、
コリメータレンズによって平行にされるとよい。光源
は、光学ファイバから半径方向にずれている位置でジャ
ケットの第１の端部に取付けるとよい。もし高パワーレ
ーザダイオードが光源として利用されるならば、ダイオ
ードの発光領域の縦方向がジャケットの中心の縦軸を通
過する半径線に垂直となるように、ダイオードの発光領
域の縦方向を配向することは有利である。
ドのような光源によって生じ、好ましくは、たとえば、
コリメータレンズによって平行にされるとよい。光源
は、光学ファイバから半径方向にずれている位置でジャ
ケットの第１の端部に取付けるとよい。もし高パワーレ
ーザダイオードが光源として利用されるならば、ダイオ
ードの発光領域の縦方向がジャケットの中心の縦軸を通
過する半径線に垂直となるように、ダイオードの発光領
域の縦方向を配向することは有利である。
レーザ材料から形成される光学ファイバをサイドポンピ
ングする方法においては、ファイバは、光学ファイバよ
り低い屈折率を有するジャケットで囲まれる。ジャケッ
トは、他方の端部の断面に比べて大きな一方の端部の断
面を有する。ポンプ光は大きい断面積を有するジャケッ
トの端部に導入され、そのようなポンプは他方の端部に
集光され、そのため、集光されたポンプ光はそれの周囲
に沿って増幅器ファイバに屈折され、電子の反転分布を
引起こす。好ましくは、小さい断面積を有する端部での
ジャケットの厚さは、光学ファイバの半径の１／２より
小さいと良い。
ングする方法においては、ファイバは、光学ファイバよ
り低い屈折率を有するジャケットで囲まれる。ジャケッ
トは、他方の端部の断面に比べて大きな一方の端部の断
面を有する。ポンプ光は大きい断面積を有するジャケッ
トの端部に導入され、そのようなポンプは他方の端部に
集光され、そのため、集光されたポンプ光はそれの周囲
に沿って増幅器ファイバに屈折され、電子の反転分布を
引起こす。好ましくは、小さい断面積を有する端部での
ジャケットの厚さは、光学ファイバの半径の１／２より
小さいと良い。
この発明のこれらおよび他の特徴は、図面を参照して最
も良く理解される。
も良く理解される。
［好ましい実施例の詳細な説明］ 最初に第１図〜第３図を参照して、この発明の好ましい
実施例は、ジャケット１４によって囲まれる信号または
増幅器ファイバ１２を含む。信号ファイバ１２はレーザ
材料からなり、それはＮｄ： ＹＡＧのようなイオンを
ドープした材料の単結晶として形成してもよく、それ
は、増幅される周波数、すなわち、信号周波数でレーザ
遷移を有する。例示の形態において、信号ファイバ１２
は約１００ミクロンの径を有してもよく、それはその長
さに沿って一様である。
実施例は、ジャケット１４によって囲まれる信号または
増幅器ファイバ１２を含む。信号ファイバ１２はレーザ
材料からなり、それはＮｄ： ＹＡＧのようなイオンを
ドープした材料の単結晶として形成してもよく、それ
は、増幅される周波数、すなわち、信号周波数でレーザ
遷移を有する。例示の形態において、信号ファイバ１２
は約１００ミクロンの径を有してもよく、それはその長
さに沿って一様である。
周りのジャケット１４は、ガラス，結晶材料，エポキ
シ，低損失プラスチック，または液体（もし適当な予備
成形または鋳型で含まれるならば）のような色々な材料
から形成してもよい。好ましい実施例において、ジャケ
ット１４は石英である。このジャケット１４は、円錐形
であり、小さい端部１８に向ってテーパ状になっている
大きい端部１６を有し、それらの間に移行部分２０があ
る。特別な例として、大きい端部１６は約３ミリメート
ルの径を有してもよく、小さい端部１８は約２００ミク
ロンの径を有してもよく、端部１６，１８間の移行部分
２０の長さは約１センチメートルであってもよく、テー
パ角θは約８゜であってもよい。図面は同一比率ではな
く、単なる図解にすぎないということが認識されるだろ
う。ジャケット１４は、好ましい実施例において、その
中心の縦軸４０（第２図）について対称的であり、ファ
イバ１２はジャケット１４の縦軸４０に沿って配置され
る。都合の良いことに、ジャケット１４はファイバ１２
を囲むので、ファイバ１２の端部３０，３２は、たとえ
ば伝送または搬送ファイバ（図示せず）への、たとえ
ば、突合せ結合のために容易に近づきやすい。
シ，低損失プラスチック，または液体（もし適当な予備
成形または鋳型で含まれるならば）のような色々な材料
から形成してもよい。好ましい実施例において、ジャケ
ット１４は石英である。このジャケット１４は、円錐形
であり、小さい端部１８に向ってテーパ状になっている
大きい端部１６を有し、それらの間に移行部分２０があ
る。特別な例として、大きい端部１６は約３ミリメート
ルの径を有してもよく、小さい端部１８は約２００ミク
ロンの径を有してもよく、端部１６，１８間の移行部分
２０の長さは約１センチメートルであってもよく、テー
パ角θは約８゜であってもよい。図面は同一比率ではな
く、単なる図解にすぎないということが認識されるだろ
う。ジャケット１４は、好ましい実施例において、その
中心の縦軸４０（第２図）について対称的であり、ファ
イバ１２はジャケット１４の縦軸４０に沿って配置され
る。都合の良いことに、ジャケット１４はファイバ１２
を囲むので、ファイバ１２の端部３０，３２は、たとえ
ば伝送または搬送ファイバ（図示せず）への、たとえ
ば、突合せ結合のために容易に近づきやすい。
第２図で最もよくわかるように、ジャケット１４の大き
い端部１６は、ファイバ１２の径に比べて大きい径を有
する平らな面２２を有しており、複数個のポンプ光源２
４をその上に取付けることができる。複数個のポンプ光
源２４は、ポンプ光を円錐形のジャケット１４の大きい
端部１６に入力するように面２２に取付けられる。好ま
しくは、光源２４による光入力は平行にされるとよく、
そのため、その伝搬方向は、最初円錐形のジャケット１
４の中心軸に平行であり、信号ファイバ１２に平行であ
る。
い端部１６は、ファイバ１２の径に比べて大きい径を有
する平らな面２２を有しており、複数個のポンプ光源２
４をその上に取付けることができる。複数個のポンプ光
源２４は、ポンプ光を円錐形のジャケット１４の大きい
端部１６に入力するように面２２に取付けられる。好ま
しくは、光源２４による光入力は平行にされるとよく、
そのため、その伝搬方向は、最初円錐形のジャケット１
４の中心軸に平行であり、信号ファイバ１２に平行であ
る。
次に続く記述に対して、増幅される入力光信号Ｓｉは、
信号ファイバ１２の一方の端部３０に入力され、増幅の
後、出力光信号Ｓ０としてファイバ１２の他方の端部３
２から出力されると仮定する。しかしながら、通信や回
転検知への応用のような多くの応用において、信号はフ
ァイバ１２ の両端部３０，３２に入力され、ファイバ
１２を通る伝搬方向にかかわらず一様に増幅されるべき
であるということを認識すべきである。
信号ファイバ１２の一方の端部３０に入力され、増幅の
後、出力光信号Ｓ０としてファイバ１２の他方の端部３
２から出力されると仮定する。しかしながら、通信や回
転検知への応用のような多くの応用において、信号はフ
ァイバ１２ の両端部３０，３２に入力され、ファイバ
１２を通る伝搬方向にかかわらず一様に増幅されるべき
であるということを認識すべきである。
ジャケット１４は、ポンピング源２４からの光の波長に
対して透明である。ジャケット１４が、この周波数でで
きる限り低損失特性を有することは好ましく、それゆえ
に、この周波数でＮｄ：ＹＡＧファイバ１２の吸収長さ
をできる限り短くすることは有利である。第１図〜第３
図からわかるように、ジャケット１４は都合の良いこと
にファイバ１２との３６０゜の境界面を与え、このた
め、ジャケット１４からのポンプ光をファイバ１２に伝
達するためのファイバとジャケットとの大きい接触領域
を与える。
対して透明である。ジャケット１４が、この周波数でで
きる限り低損失特性を有することは好ましく、それゆえ
に、この周波数でＮｄ：ＹＡＧファイバ１２の吸収長さ
をできる限り短くすることは有利である。第１図〜第３
図からわかるように、ジャケット１４は都合の良いこと
にファイバ１２との３６０゜の境界面を与え、このた
め、ジャケット１４からのポンプ光をファイバ１２に伝
達するためのファイバとジャケットとの大きい接触領域
を与える。
ファイバ１２とジャケット１４の屈折率は、信号フアイ
バ１２がその端部３０での信号Ｓｉ入力を案内できるよ
うに選択される。このため、ジャケット１４はファイバ
１２に対しクラッディングを提供し、そのことは、特に
もしジャケット１４の屈折率がファイバ１２の屈折率に
接近しているが少しそれより低いならば、ファイバ１２
の伝搬損失を減少するのに有利である。たとえば、Ｎ
ｄ：ＹＡＧファイバと組合わせてジャケット１４に高屈
折率のガラスを使用すると、ファイバ１２で比較的低伝
搬損失を生じる。
バ１２がその端部３０での信号Ｓｉ入力を案内できるよ
うに選択される。このため、ジャケット１４はファイバ
１２に対しクラッディングを提供し、そのことは、特に
もしジャケット１４の屈折率がファイバ１２の屈折率に
接近しているが少しそれより低いならば、ファイバ１２
の伝搬損失を減少するのに有利である。たとえば、Ｎ
ｄ：ＹＡＧファイバと組合わせてジャケット１４に高屈
折率のガラスを使用すると、ファイバ１２で比較的低伝
搬損失を生じる。
ジャケット１４とファイバ１２の屈折率はまた、ポンピ
ング源２４からの光がジャケット１４からファイバ１２
に入り、ファイバ１２によって少なくとも部分的に吸収
され得るように選択される。このため、好ましい実施例
では、Ｎｄ：ＹＡＧファイバ１２は、約１．８２に等し
い屈折率ｎ１を有する。他方、石英ジャケット１４は、
約１．４５の屈折率ｎ２を有する。最後に、ジャケット
１４を囲む材料の屈折率ｎ３は、ジャケット１４の屈折
率ｎ２より小さい。このため、屈折率ｎ１＞ｎ２＞ｎ３
のように選択される。第１図に示される例において、ジ
ャケット１４での表面の凹凸や結果として生じる散乱に
よって、ジャケット１４と周囲の空気間の境界面で別な
ふうに起こる損失を減じるように、第２のクラッディン
グがジャケット１４を囲んでもよいということを理解す
べきであるけれども、屈折率ｎ３は空気によって形成さ
れる。
ング源２４からの光がジャケット１４からファイバ１２
に入り、ファイバ１２によって少なくとも部分的に吸収
され得るように選択される。このため、好ましい実施例
では、Ｎｄ：ＹＡＧファイバ１２は、約１．８２に等し
い屈折率ｎ１を有する。他方、石英ジャケット１４は、
約１．４５の屈折率ｎ２を有する。最後に、ジャケット
１４を囲む材料の屈折率ｎ３は、ジャケット１４の屈折
率ｎ２より小さい。このため、屈折率ｎ１＞ｎ２＞ｎ３
のように選択される。第１図に示される例において、ジ
ャケット１４での表面の凹凸や結果として生じる散乱に
よって、ジャケット１４と周囲の空気間の境界面で別な
ふうに起こる損失を減じるように、第２のクラッディン
グがジャケット１４を囲んでもよいということを理解す
べきであるけれども、屈折率ｎ３は空気によって形成さ
れる。
光ポンプが円錐形のジャケット１４に入るとき、それ
は、光が小さい端部１８に向って伝搬するときに光を集
光し圧縮するように多重内部全反射を受ける。図解を明
確にするために、第１図において、円錐形のジャケット
に入る１本の光線２６のみが示されている。円錐形のジ
ャケット１４のテーパ形状によって、光線２６は、円錐
形のジャケット１４の壁に関して次々とより大きい入射
角で多重内部全反射する。先行技術でよく知られている
ように、“入射角”という言葉は、光線（たとえば、光
線２６）と、反射面（たとえば、ジャケット１４の壁）
への光線の入射点でその面に垂直に引かれた線間の角を
定義する。入射角が、ジャケット１４と周りの媒体間の
屈折率の差に依存する、“臨界角”と普通言われる角よ
りも大きい限りは、光線は皆ジャケット１４の壁で反射
される。好ましい実施例においては、ジャケットは非晶
質の石英（融解シリカ）で形成され、これに対して、周
にの媒体は空気であり、約４３．６゜の臨界角を生じ
る。したがって、円錐角θと円錐体の長さは、光が端部
１６から端部１８に向かってジャケット１４を通過する
とき、入射角が臨界角よりも小さく、そのため、ジャケ
ット１４の大きい端部１６に入る光の実質上すべてが小
さい端部１８に結合されるように選択されるべきであ
る。一般に、必要とされる円錐角は、ジャケット１４の
周りの媒体（たとえば、空気）間の屈折率の差のみなら
ず、入力面２２の断面積の端部１８の断面積に対する比
に依存する。円錐角を計算する数学的方法は先行技術で
よく知られており、たとえばＡcademic Ｐress（１９６
７），１８〜２２頁のＮ．Ｓ．Ｋapany著によるＦ光
学：原理と応用に記述されている。光がジャケット１４
を通って伝搬するとき、入射角は次々と増加するけれど
も、ジャケット１４または他の案内構造の径が、たとえ
ば、端部１８で一様となり、ファイバ１２を囲むジャケ
ット１４の厚さが、相互作用領域２８と呼ばれる長手部
２７に渡って一般に一様になるとき、入射角は結局固定
する。
は、光が小さい端部１８に向って伝搬するときに光を集
光し圧縮するように多重内部全反射を受ける。図解を明
確にするために、第１図において、円錐形のジャケット
に入る１本の光線２６のみが示されている。円錐形のジ
ャケット１４のテーパ形状によって、光線２６は、円錐
形のジャケット１４の壁に関して次々とより大きい入射
角で多重内部全反射する。先行技術でよく知られている
ように、“入射角”という言葉は、光線（たとえば、光
線２６）と、反射面（たとえば、ジャケット１４の壁）
への光線の入射点でその面に垂直に引かれた線間の角を
定義する。入射角が、ジャケット１４と周りの媒体間の
屈折率の差に依存する、“臨界角”と普通言われる角よ
りも大きい限りは、光線は皆ジャケット１４の壁で反射
される。好ましい実施例においては、ジャケットは非晶
質の石英（融解シリカ）で形成され、これに対して、周
にの媒体は空気であり、約４３．６゜の臨界角を生じ
る。したがって、円錐角θと円錐体の長さは、光が端部
１６から端部１８に向かってジャケット１４を通過する
とき、入射角が臨界角よりも小さく、そのため、ジャケ
ット１４の大きい端部１６に入る光の実質上すべてが小
さい端部１８に結合されるように選択されるべきであ
る。一般に、必要とされる円錐角は、ジャケット１４の
周りの媒体（たとえば、空気）間の屈折率の差のみなら
ず、入力面２２の断面積の端部１８の断面積に対する比
に依存する。円錐角を計算する数学的方法は先行技術で
よく知られており、たとえばＡcademic Ｐress（１９６
７），１８〜２２頁のＮ．Ｓ．Ｋapany著によるＦ光
学：原理と応用に記述されている。光がジャケット１４
を通って伝搬するとき、入射角は次々と増加するけれど
も、ジャケット１４または他の案内構造の径が、たとえ
ば、端部１８で一様となり、ファイバ１２を囲むジャケ
ット１４の厚さが、相互作用領域２８と呼ばれる長手部
２７に渡って一般に一様になるとき、入射角は結局固定
する。
このため、円錐形のジャケット１４は、実際には、光源
２４によって入力され平行にされたポンプ光を小さい端
部１８に集光し、ポンプ光を圧縮し、そのため、ポンプ
光の光学密度（すなわち、単位面積あたりの強度）は小
さい端部１８で増加する。この集光された光は、Ｎｄ：
ＹＡＧ材料の長手部２７に沿って吸収され、このことは
増幅を可能とするように相互作用領域２８で電子の反転
分布を引起こす。当業者は、光線２６がジャケット１４
／ファイバ１２境界面で屈折されることを理解するだろ
う。図解を明確にするために、そのような光線２６の屈
折は第１図で示されていないが、第４図を参照して以下
の詳述で議論する。
２４によって入力され平行にされたポンプ光を小さい端
部１８に集光し、ポンプ光を圧縮し、そのため、ポンプ
光の光学密度（すなわち、単位面積あたりの強度）は小
さい端部１８で増加する。この集光された光は、Ｎｄ：
ＹＡＧ材料の長手部２７に沿って吸収され、このことは
増幅を可能とするように相互作用領域２８で電子の反転
分布を引起こす。当業者は、光線２６がジャケット１４
／ファイバ１２境界面で屈折されることを理解するだろ
う。図解を明確にするために、そのような光線２６の屈
折は第１図で示されていないが、第４図を参照して以下
の詳述で議論する。
上述のことから、ファイバ１２の屈折率ｎ１はジャケッ
ト１４の屈折率ｎ２よりも大きいので、システムによっ
て増幅されるべき、ファイバ１２の端部３０での信号入
力は、ファイバ１２内に適当に案内されるということが
理解される。ファイバ１２の屈折率ｎ１はジャケット１
４の屈折率ｎ２よりも大きいので、光源２４からのポン
ピング光はファイバ１２に屈折される。しかしながら、
円錐角θが適当に選ばれるならば、ジャケット１４の屈
折率ｎ２はまわりの材料（たとえば、空気）の屈折率ｎ
３よりも大きいので、第１図の例示の光線２６によって
示されるようなこのポンプ光は、ジャケット１４によっ
て案内される。このため、ポンピング照明は、ファイバ
１２によって最大限吸収されるようにジャケット１４の
範囲内に案内される。第１図に示されるように、光線２
６によって例示されるポンピング照明は、ファイバ１２
を通る光路長のファイバ１２とジャケット１４を通る総
光路長に対する比に比例する割合でＮｄ：ＹＡＧファイ
バ１２によって吸収される。この理由のため、特に相互
作用領域２８の長手部２７に渡って、Ｎｄ：ＹＡＧファ
イバ１２の単位長さあたりの吸収を増加するには、ジャ
ケット１４の寸法をできる限り小さくすることは有利で
ある。第１図および第３図で最もよくわかるように、ジ
ャケット１４は相互作用領域２８で事実上薄く、たとえ
ば、ファイバ１２の半径と同じオーダの大きさである。
ト１４の屈折率ｎ２よりも大きいので、システムによっ
て増幅されるべき、ファイバ１２の端部３０での信号入
力は、ファイバ１２内に適当に案内されるということが
理解される。ファイバ１２の屈折率ｎ１はジャケット１
４の屈折率ｎ２よりも大きいので、光源２４からのポン
ピング光はファイバ１２に屈折される。しかしながら、
円錐角θが適当に選ばれるならば、ジャケット１４の屈
折率ｎ２はまわりの材料（たとえば、空気）の屈折率ｎ
３よりも大きいので、第１図の例示の光線２６によって
示されるようなこのポンプ光は、ジャケット１４によっ
て案内される。このため、ポンピング照明は、ファイバ
１２によって最大限吸収されるようにジャケット１４の
範囲内に案内される。第１図に示されるように、光線２
６によって例示されるポンピング照明は、ファイバ１２
を通る光路長のファイバ１２とジャケット１４を通る総
光路長に対する比に比例する割合でＮｄ：ＹＡＧファイ
バ１２によって吸収される。この理由のため、特に相互
作用領域２８の長手部２７に渡って、Ｎｄ：ＹＡＧファ
イバ１２の単位長さあたりの吸収を増加するには、ジャ
ケット１４の寸法をできる限り小さくすることは有利で
ある。第１図および第３図で最もよくわかるように、ジ
ャケット１４は相互作用領域２８で事実上薄く、たとえ
ば、ファイバ１２の半径と同じオーダの大きさである。
第４図は、光線が相互作用領域２８の縦の距離ｄを通っ
て伝搬するとき、信号ファイバ１２を通る光線２６の１
回の通過を示す概要図である。図解を明確にするため
に、光線２６は軸光線、すなわち、ファイバ１２の縦軸
４０（第２図）を通過する平面内に連続的に横たわる光
線であると仮定する。第４図に示されるように、ポンプ
光線２６は、信号ファイバ１２に向って伝搬するため
に、石英ジャケット１４とまわりの空気間の境界面で各
θＰで内部全反射を受ける。ジャケット１４と信号ファ
イバ１２間の境界面で、光線２６は、それが角θａで信
号ファイバ１２に入るように屈折される。光線２６は、
信号ファイバ１２を横切って伝搬し後、それが再び角θ
Ｐで石英ジャケット１４に入るように再び屈折される。
石英ジャケット１４の周りの空気間の境界面に到達する
や否や、光線２６は角θＰで再び内部全反射される。こ
の連続は、相互作用領域２８に沿ってそれ自身多数回繰
返す。
て伝搬するとき、信号ファイバ１２を通る光線２６の１
回の通過を示す概要図である。図解を明確にするため
に、光線２６は軸光線、すなわち、ファイバ１２の縦軸
４０（第２図）を通過する平面内に連続的に横たわる光
線であると仮定する。第４図に示されるように、ポンプ
光線２６は、信号ファイバ１２に向って伝搬するため
に、石英ジャケット１４とまわりの空気間の境界面で各
θＰで内部全反射を受ける。ジャケット１４と信号ファ
イバ１２間の境界面で、光線２６は、それが角θａで信
号ファイバ１２に入るように屈折される。光線２６は、
信号ファイバ１２を横切って伝搬し後、それが再び角θ
Ｐで石英ジャケット１４に入るように再び屈折される。
石英ジャケット１４の周りの空気間の境界面に到達する
や否や、光線２６は角θＰで再び内部全反射される。こ
の連続は、相互作用領域２８に沿ってそれ自身多数回繰
返す。
相互作用領域２８の距離ｄに渡る上述の光線２６の伝搬
中に、光線２６は、最初にポンプガイドまたはジャケッ
ト１４の上部を通る光路長Ｐを横切り、それから信号フ
ァイバ１２を通る光路長Ｐ′を横切り、最後にポンプガ
イドまたはジャケット１４の下部を通る光路長Ｐを横切
る。したがって、増幅器ファイバ１２の光線２６の総光
路長はＰ′であり、これに対して、ポンプガイド１４の
総光路長は２Ｐである。ポンプガイド１４を通るポンプ
光線２６の通過は、ファイバ増幅器をポンピングするの
に寄与しないので、増幅器の相互作用領域２８の長手部
２７（長さをＬとする）に沿って吸収されるポンプパワ
ー量は、信号ファイバ１２のポンプ光路長の距離Ｌに渡
る総光路長に対する比に依存する。長さＬあたりのその
ような吸収されるポンプパワーは次のように定義され
る。
中に、光線２６は、最初にポンプガイドまたはジャケッ
ト１４の上部を通る光路長Ｐを横切り、それから信号フ
ァイバ１２を通る光路長Ｐ′を横切り、最後にポンプガ
イドまたはジャケット１４の下部を通る光路長Ｐを横切
る。したがって、増幅器ファイバ１２の光線２６の総光
路長はＰ′であり、これに対して、ポンプガイド１４の
総光路長は２Ｐである。ポンプガイド１４を通るポンプ
光線２６の通過は、ファイバ増幅器をポンピングするの
に寄与しないので、増幅器の相互作用領域２８の長手部
２７（長さをＬとする）に沿って吸収されるポンプパワ
ー量は、信号ファイバ１２のポンプ光路長の距離Ｌに渡
る総光路長に対する比に依存する。長さＬあたりのその
ような吸収されるポンプパワーは次のように定義され
る。
Ｐabsexp（−αａηＬ） …（１） ここで、αａはポンプ周波数での増幅器媒体の吸収係数
であり、ηはポンプ構造の効率ファクタである。効率フ
ァクタは、増幅器の光路長の距離Ｌに渡る総光路長に対
する比として定義される。
であり、ηはポンプ構造の効率ファクタである。効率フ
ァクタは、増幅器の光路長の距離Ｌに渡る総光路長に対
する比として定義される。
ここでＬはｄ（第４図）と比較して大きい。このため、
効率ファクタηが１．０ならば、ポンプ光は信号ファイ
バ１２でその時間のすべてを費し、これに対して、効率
ファクタが０ならば、ポンプ光は信号ファイバ１２で何
も時間を費さない。
効率ファクタηが１．０ならば、ポンプ光は信号ファイ
バ１２でその時間のすべてを費し、これに対して、効率
ファクタが０ならば、ポンプ光は信号ファイバ１２で何
も時間を費さない。
第４図の概要図において、ηは単純に次式で示される。
η＝Ｐ′／（Ｐ′＋２Ｐ） …（２） 簡単な三角法から、それは次式で示すことができる。
η（θ）＝εcosθＰ／［εcosθＰ＋［１−｛ｎ２／（ｎ１sin
θＰ）｝２］1/2］ …（３） ここでεは、信号ファイバ１２の半径raの、全体構造の
半径ｒｃと信号ファイバの半径ra間の差に対する比であ
る。別の見方で述べると、εは信号ファイバの半径raの
ジャケット厚さｒＰに対する比に等しく、ｎ２およびｎ
１はジャケット１４およびファイバ１２のそれぞれの屈
折率である。したがって、εは次式で示される。
θＰ）｝２］1/2］ …（３） ここでεは、信号ファイバ１２の半径raの、全体構造の
半径ｒｃと信号ファイバの半径ra間の差に対する比であ
る。別の見方で述べると、εは信号ファイバの半径raの
ジャケット厚さｒＰに対する比に等しく、ｎ２およびｎ
１はジャケット１４およびファイバ１２のそれぞれの屈
折率である。したがって、εは次式で示される。
ε＝ra／（ｒｃ−ｒａ） …（４） もし増幅器ファイバ１２の屈折率ｎ１がジャケット１４
の屈折率ｎ２より少しだけ高いならば、式（２）は次式
に帰する。
の屈折率ｎ２より少しだけ高いならば、式（２）は次式
に帰する。
η（θ）ra／ｒｃ …（５） このため、増幅器の効率は、パワー吸収によって、相互
作用領域２８の全体構造の半径と比較してファイバ１２
の半径に高く依存する。したがって、ジャケット１４を
相互作用領域２８にわたってできる限り薄くすることは
好ましく、ファイバ１２が相互作用領域２８にわたって
クラッドされないようにジャケット１４をテーパ状にす
ることはなおさらもっと好ましい。しかしながら、当業
者は、ファイバ１２の寸法に依存するので、ポンプ光の
エネルギのほとんどがクラッドされないファイバ１２に
残るよう十分しっかりとポンプ光を集光することは困難
であることを認識するだろう。典型的には、集光がしっ
かりしていればいるほど、光が円錐形のジャケット１４
を通って集光されるとき、その損失は高くなる。
作用領域２８の全体構造の半径と比較してファイバ１２
の半径に高く依存する。したがって、ジャケット１４を
相互作用領域２８にわたってできる限り薄くすることは
好ましく、ファイバ１２が相互作用領域２８にわたって
クラッドされないようにジャケット１４をテーパ状にす
ることはなおさらもっと好ましい。しかしながら、当業
者は、ファイバ１２の寸法に依存するので、ポンプ光の
エネルギのほとんどがクラッドされないファイバ１２に
残るよう十分しっかりとポンプ光を集光することは困難
であることを認識するだろう。典型的には、集光がしっ
かりしていればいるほど、光が円錐形のジャケット１４
を通って集光されるとき、その損失は高くなる。
θＰがθｃに等しい（すなわち、ポンプ光線の入射角が
臨界角に等しい）と仮定する第５図からわかるように、
効率ファクタは、εを０．５から２に増加することによ
って約２倍になるが、εをさらに増加しても、効率ファ
クタは比較的少ししか増加しない。さらに、第５図は、
ジャケット１４の屈折率を１．４５から１．８０（それ
はＮｄ：ＹＡＧファイバ１２の屈折率１．８２に接近し
ている）に増加することによって、効率ファクタは少し
しか増加しないことを示す。さらに、第６図に示される
ように、効率ファクタηは、εのすべての値に対して臨
界角θｃの近くの角の広い範囲にわたってかなり一定で
あり、効率ファクタは、θＰがθｃに等しいときに最大
になる。第５図および第６図から、εの値は好ましくは
２よりも大きくすべきであり、このため、増幅器ファイ
バ１２の半径raは、好ましくは相互作用領域２８におけ
るジャケットの厚さｒＰの少なくとも２倍にすべきであ
ることがそれゆえに認識されるだろう。別の見方で述べ
ると、全体の半径ｒｃは増幅器ファイバ１２の半径raの
１・（１／２）倍よりも小さくすべきである。第５図お
よび第６図に示される値は、屈折率１．８２を有するＮ
ｄ：ＹＡＧ増幅器ファイバに対して、式（２）を用いて
計算された。第６図に示される値は、屈折率１．４５を
有する石英ポンプガイドまたはジャケットを仮定し、こ
れに対して、第５図は、屈折率１．４５のみならず、屈
折率１．８０のジャケットに対しプロットされている。
臨界角に等しい）と仮定する第５図からわかるように、
効率ファクタは、εを０．５から２に増加することによ
って約２倍になるが、εをさらに増加しても、効率ファ
クタは比較的少ししか増加しない。さらに、第５図は、
ジャケット１４の屈折率を１．４５から１．８０（それ
はＮｄ：ＹＡＧファイバ１２の屈折率１．８２に接近し
ている）に増加することによって、効率ファクタは少し
しか増加しないことを示す。さらに、第６図に示される
ように、効率ファクタηは、εのすべての値に対して臨
界角θｃの近くの角の広い範囲にわたってかなり一定で
あり、効率ファクタは、θＰがθｃに等しいときに最大
になる。第５図および第６図から、εの値は好ましくは
２よりも大きくすべきであり、このため、増幅器ファイ
バ１２の半径raは、好ましくは相互作用領域２８におけ
るジャケットの厚さｒＰの少なくとも２倍にすべきであ
ることがそれゆえに認識されるだろう。別の見方で述べ
ると、全体の半径ｒｃは増幅器ファイバ１２の半径raの
１・（１／２）倍よりも小さくすべきである。第５図お
よび第６図に示される値は、屈折率１．８２を有するＮ
ｄ：ＹＡＧ増幅器ファイバに対して、式（２）を用いて
計算された。第６図に示される値は、屈折率１．４５を
有する石英ポンプガイドまたはジャケットを仮定し、こ
れに対して、第５図は、屈折率１．４５のみならず、屈
折率１．８０のジャケットに対しプロットされている。
より高次のモードを励起するために、光源２４は、第２
図に示されるように、面２２の中心から周囲に向ってず
れているその面の位置に取付けてもよい。第１図の光線
図から、大きい端部１６の周囲に近い面２２に入る光線
（たとえば、光線２６）は、それらが端部１８に到達す
る時まで、面２２の中心により接近して入力される対応
する光線（図示せず）よりも大きい入射角を有すること
が理解される。光線理論によれば、そのような増加した
入射角はより高次のモードを表わしている。
図に示されるように、面２２の中心から周囲に向ってず
れているその面の位置に取付けてもよい。第１図の光線
図から、大きい端部１６の周囲に近い面２２に入る光線
（たとえば、光線２６）は、それらが端部１８に到達す
る時まで、面２２の中心により接近して入力される対応
する光線（図示せず）よりも大きい入射角を有すること
が理解される。光線理論によれば、そのような増加した
入射角はより高次のモードを表わしている。
そのようなより高次のモードはファイバレーザ材料の励
起に有利であるかもしれない。なぜなら、光線（たとえ
ば、光線２６）は反射数を増加し、このため、それらが
信号ファイバ１の長手部２７に沿って伝搬するとき、信
号ファイバ１２を通る通過数を増加し、それによって、
相互作用領域２８のファイバ１２によるポンプ光の実質
的な吸収のために必要とされる長さを最小化するからで
ある。言替えれば、たとえＮｄ：ＹＡＧファイバ１２を
横方向に通る１本の光線の光路は、その材料の吸収長さ
よりも実質的に短くてもよく、複数回の通過は、Ｎｄ：
ＹＡＧファイバ１２内でポンプ光源照明の実質的な部分
の吸収を可能にする。付加えるに、増幅器構造の端面２
２と２９は、信号周波数で光に透明であるが、ポンプ光
を反射する高反射コーティングで被覆してもよく、その
ため、増幅器構造を通る最初の横断中に、Ｎｄ：ＹＡＧ
によって吸収されないどんなポンプ光も反射され、さら
にそれを通過する。
起に有利であるかもしれない。なぜなら、光線（たとえ
ば、光線２６）は反射数を増加し、このため、それらが
信号ファイバ１の長手部２７に沿って伝搬するとき、信
号ファイバ１２を通る通過数を増加し、それによって、
相互作用領域２８のファイバ１２によるポンプ光の実質
的な吸収のために必要とされる長さを最小化するからで
ある。言替えれば、たとえＮｄ：ＹＡＧファイバ１２を
横方向に通る１本の光線の光路は、その材料の吸収長さ
よりも実質的に短くてもよく、複数回の通過は、Ｎｄ：
ＹＡＧファイバ１２内でポンプ光源照明の実質的な部分
の吸収を可能にする。付加えるに、増幅器構造の端面２
２と２９は、信号周波数で光に透明であるが、ポンプ光
を反射する高反射コーティングで被覆してもよく、その
ため、増幅器構造を通る最初の横断中に、Ｎｄ：ＹＡＧ
によって吸収されないどんなポンプ光も反射され、さら
にそれを通過する。
第７図に示されるように、各光源２４は、好ましくは、
ミクロレンズ５０と小型化された発光素子５２からなる
とよく、この素子は、好ましくは、第８図に示されるよ
うなＮｄ：ＹＡＧの８００nm領域のような、高吸収領域
の１つで光を生じる高パワーレーザダイオードであると
よい。先行技術でよく知られているように、ミクロレン
ズは、中心から周囲への屈折率勾配によって集光特性を
有する非常に小さい光学ガラスロッドである。それら
は、ニュージャージ州、クラーク、セントラルアヴェニ
ュ１３６の日本板ガラス（株）のニュージャージ州支店
から商標名Ｓelfoc Ｍicrolensesで販売されており、色
々な長さ，径，焦点距離，および受入れ角で商業的に入
手可能である。好ましい実施例において、ミクロレンズ
５０は約１mmの焦点距離を有する。レーザダイオード５
２はミクロレンズ５０上に取付けられ、レーザダイオー
ド接合はレンズ５０の入力面に接近している。レンズ特
性は、レーザダイオードによって生じる光を平行にする
ために選択される。レンズ５０上へのレーザダイオード
５２の取付は、接着または機械的取付のような何が適当
な方法によって完成してもよい。レンズは、次々に、円
錐形のジャケット１４の面２２に、たとえば、光学セメ
ントによって取付けてもよい。もし望まれるならば、数
個のレーザダイオード５２が、パワーをさらに増加する
ために１個のレンズ５０上に“積重ね”られてもよい。
このような場合、ダイオードは、一方が他方の上部にな
るように置かれてもよく、このときには、ダイオードの
縦の側面は互いに接触する。さらに、図面は、面２２に
取付けられる３つのそのような光源２４を示している
が、もっと多くのまたはもっと少ない光源２４が利用さ
れてもよいということが理解される。
ミクロレンズ５０と小型化された発光素子５２からなる
とよく、この素子は、好ましくは、第８図に示されるよ
うなＮｄ：ＹＡＧの８００nm領域のような、高吸収領域
の１つで光を生じる高パワーレーザダイオードであると
よい。先行技術でよく知られているように、ミクロレン
ズは、中心から周囲への屈折率勾配によって集光特性を
有する非常に小さい光学ガラスロッドである。それら
は、ニュージャージ州、クラーク、セントラルアヴェニ
ュ１３６の日本板ガラス（株）のニュージャージ州支店
から商標名Ｓelfoc Ｍicrolensesで販売されており、色
々な長さ，径，焦点距離，および受入れ角で商業的に入
手可能である。好ましい実施例において、ミクロレンズ
５０は約１mmの焦点距離を有する。レーザダイオード５
２はミクロレンズ５０上に取付けられ、レーザダイオー
ド接合はレンズ５０の入力面に接近している。レンズ特
性は、レーザダイオードによって生じる光を平行にする
ために選択される。レンズ５０上へのレーザダイオード
５２の取付は、接着または機械的取付のような何が適当
な方法によって完成してもよい。レンズは、次々に、円
錐形のジャケット１４の面２２に、たとえば、光学セメ
ントによって取付けてもよい。もし望まれるならば、数
個のレーザダイオード５２が、パワーをさらに増加する
ために１個のレンズ５０上に“積重ね”られてもよい。
このような場合、ダイオードは、一方が他方の上部にな
るように置かれてもよく、このときには、ダイオードの
縦の側面は互いに接触する。さらに、図面は、面２２に
取付けられる３つのそのような光源２４を示している
が、もっと多くのまたはもっと少ない光源２４が利用さ
れてもよいということが理解される。
当業者は、もしレーザダイオード５２として用いられる
特別なダイオードが、不十分な空間的コヒーレンスの度
合を有し、または多重モードであるならば、発光領域の
長さ（すなわち、レーザダイオード接合に平行な寸法）
を相互作用領域２８における増幅器の全体の半径ｒ
ｃ（第４図）よりももっと大きく作ることは一般に実用
的でない。他の点では、空間的インコヒーレンスによっ
て引起こされる回折によって、またはより高次のモード
が案内されないようになることによって、放射損失が起
こる。あいにく、現在商業的に入手可能な高パワーレー
ザダイオードは、典型的には多重モードであるか、また
は相対的に不十分な空間的コヒーレンスを有するか、ま
たはそれら両方である。この状況は、レーザ技術が進歩
するとき緩和されるだろうと期待されている。
特別なダイオードが、不十分な空間的コヒーレンスの度
合を有し、または多重モードであるならば、発光領域の
長さ（すなわち、レーザダイオード接合に平行な寸法）
を相互作用領域２８における増幅器の全体の半径ｒ
ｃ（第４図）よりももっと大きく作ることは一般に実用
的でない。他の点では、空間的インコヒーレンスによっ
て引起こされる回折によって、またはより高次のモード
が案内されないようになることによって、放射損失が起
こる。あいにく、現在商業的に入手可能な高パワーレー
ザダイオードは、典型的には多重モードであるか、また
は相対的に不十分な空間的コヒーレンスを有するか、ま
たはそれら両方である。この状況は、レーザ技術が進歩
するとき緩和されるだろうと期待されている。
第１図，第２図および第７図を参照して、レーザダイオ
ード５２は、コリメータレンズ５０なしに利用されても
よく、そのため、光はダイオード５２から直接面２２に
入力される。しかしながら、このような場合、伝送損失
は、典型的にはコリメータレンズがある場合よりも大き
い。なぜなら、レーザダイオードは一般に光を発散する
パターンで発光し、発散する光線のあるものは円錐形の
移行部分２０の壁に関して臨界角を越え、それによって
放射損失を引起こす。試験は、平行にされなかった入力
ビーム（ミクロレンズなし）では、円錐体を通る伝送
（すなわち、相互作用領域２８に結合される入力光の小
部分）は、約１０％より大きくなく、一方、平行にされ
た光（ミクロレンズあり）に対しては、伝送は７０％ま
たはこれ以上に増加することを示す。このため、レーザ
ダイオード５２と組合せてコリメータミクロレンズ５０
を使用することは非常に有利である。
ード５２は、コリメータレンズ５０なしに利用されても
よく、そのため、光はダイオード５２から直接面２２に
入力される。しかしながら、このような場合、伝送損失
は、典型的にはコリメータレンズがある場合よりも大き
い。なぜなら、レーザダイオードは一般に光を発散する
パターンで発光し、発散する光線のあるものは円錐形の
移行部分２０の壁に関して臨界角を越え、それによって
放射損失を引起こす。試験は、平行にされなかった入力
ビーム（ミクロレンズなし）では、円錐体を通る伝送
（すなわち、相互作用領域２８に結合される入力光の小
部分）は、約１０％より大きくなく、一方、平行にされ
た光（ミクロレンズあり）に対しては、伝送は７０％ま
たはこれ以上に増加することを示す。このため、レーザ
ダイオード５２と組合せてコリメータミクロレンズ５０
を使用することは非常に有利である。
平行にされなかった光（ミクロレンズなし）に対して、
円錐形の移行部分２０を通る伝送は、面２２のレーザダ
イオードの位置から実質的に独立しているように見え
る。しかしながら、１つの実験において、平行にされた
光（ミクレンズ５０あり）に対して、円錐形の移行部分
２０を通る伝送は、光源２４を軸４０（第２図および第
３図）から離れて面２２の周囲に向って移動したとき、
最大に増加したことが見出された。最適な伝送位置は、
パワー伝送が、端面２９で測定されるとき、最大になる
まで、光源２４の１つを面２２の円錐軸４０から半径方
向に外側に滑動することによって見出すことができる。
この光源２４は、そのときこの位置に永久に取付けられ
るとよい。同じプロセスは、他の光源２４を取付けるの
に利用できる。付加えるに、最適な伝送に対して、ダイ
オード５２が軸４０（第２図および第３図）からずれて
いるとき、その発光領域の最大寸法（すなわち、長さ）
が、第２図に示されるように、軸４０を通過する平らな
面２２上の想像上の半径線６８に垂直となるように、各
ダイオード５２を配向することは好ましいことである。
円錐形の移行部分２０を通る伝送は、面２２のレーザダ
イオードの位置から実質的に独立しているように見え
る。しかしながら、１つの実験において、平行にされた
光（ミクレンズ５０あり）に対して、円錐形の移行部分
２０を通る伝送は、光源２４を軸４０（第２図および第
３図）から離れて面２２の周囲に向って移動したとき、
最大に増加したことが見出された。最適な伝送位置は、
パワー伝送が、端面２９で測定されるとき、最大になる
まで、光源２４の１つを面２２の円錐軸４０から半径方
向に外側に滑動することによって見出すことができる。
この光源２４は、そのときこの位置に永久に取付けられ
るとよい。同じプロセスは、他の光源２４を取付けるの
に利用できる。付加えるに、最適な伝送に対して、ダイ
オード５２が軸４０（第２図および第３図）からずれて
いるとき、その発光領域の最大寸法（すなわち、長さ）
が、第２図に示されるように、軸４０を通過する平らな
面２２上の想像上の半径線６８に垂直となるように、各
ダイオード５２を配向することは好ましいことである。
このため、円錐形のジャケット１４は、特に高パワーレ
ーザダイオードとコリメータミクロレンズを組合わせて
用いるとき、高い光学パワー量が相互作用領域２８に、
したがってファイバ１２に結合されるのを可能にする。
そのような高い光学ポンプパワーはＮｄ：ＹＡＧファイ
バ１２の励起を増大し、それによって増幅を高める。
ーザダイオードとコリメータミクロレンズを組合わせて
用いるとき、高い光学パワー量が相互作用領域２８に、
したがってファイバ１２に結合されるのを可能にする。
そのような高い光学ポンプパワーはＮｄ：ＹＡＧファイ
バ１２の励起を増大し、それによって増幅を高める。
今、３００゜ＫでのＮｄ：ＹＡＧ結晶の吸収スペクトル
図である第８図を参照すると、Ｎｄ：ＹＡＧ材料は比較
的高い光学密度を有し、このため、選択された波長で短
い吸収長さを有することがわかる。この理由のため、Ｎ
ｄ：ＹＡＧファイバ１２でポンピング照明の吸収を最大
化するために、したがって、増幅器構造内でポンピング
照明の実質上完全な吸収をなお可能としながら、ファイ
バ１２の長手部２７のできる限り短くすることができる
ように、これらの周波数の１つで放射線を放出するよう
ポンピング照明源２４（第１図）を選択することは賢明
である。当業者は、ファイバ１２を通る信号Ｓｉの伝搬
損失を減じるように、ファイバ１２をできる限り短く作
ることは有利であるということを理解するだろう。第８
図からわかるように、波長０．７５ミクロンと０．８１
ミクロンは照明源２４に比較的よく適するけれども、波
長０．５８ミクロンはよく適する。
図である第８図を参照すると、Ｎｄ：ＹＡＧ材料は比較
的高い光学密度を有し、このため、選択された波長で短
い吸収長さを有することがわかる。この理由のため、Ｎ
ｄ：ＹＡＧファイバ１２でポンピング照明の吸収を最大
化するために、したがって、増幅器構造内でポンピング
照明の実質上完全な吸収をなお可能としながら、ファイ
バ１２の長手部２７のできる限り短くすることができる
ように、これらの周波数の１つで放射線を放出するよう
ポンピング照明源２４（第１図）を選択することは賢明
である。当業者は、ファイバ１２を通る信号Ｓｉの伝搬
損失を減じるように、ファイバ１２をできる限り短く作
ることは有利であるということを理解するだろう。第８
図からわかるように、波長０．７５ミクロンと０．８１
ミクロンは照明源２４に比較的よく適するけれども、波
長０．５８ミクロンはよく適する。
今、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶のエネルギ準位図である第９Ａ図
を参照すると、上述の吸収波長でのポンプ光がＮｄ：Ｙ
ＡＧ結晶によって吸収されるとき、ネオジミウムイオン
は基底状態からポンプバンドに励起されることが理解さ
れる。ポンプバンドから、イオンは、光子相互作用によ
って、高レーザ準位へ急速に緩和する。この高レーザ準
位から、ネオジミウムイオンは低レーザ準位へ螢光を発
する。この後者の準位から、最後の急速光子緩和が基底
状態へ起こる。第９Ａ図に示されるタイプの４準位レー
ザシステムにおけるこの後者の急速緩和は、都合の良い
ことである。というのは、それは実際上空の低エネルギ
準位を与えるからである。この特徴は第９Ｂ図に示され
ており、そこでポンプバンドの分布密度，高レーザ準
位，低レーザ準位，そして基底状態が、連続ポンピング
中のＮｄ：ＹＡＧファイバに対して示されている。高レ
ーザ準位と低レーザ準位間の螢光の速度は、低レーザ準
位と基底状態間のみならず、ポンプバンドと高レーザ準
位間の光子緩和と比べて比較的遅く、高レーザ準位の分
布密度は低レーザ準位のそれよりも実質的に高く、高い
反転比を生じる。高レーザ準位の平均寿命は、誘導放出
に先立って２３０マイクロ秒である。
を参照すると、上述の吸収波長でのポンプ光がＮｄ：Ｙ
ＡＧ結晶によって吸収されるとき、ネオジミウムイオン
は基底状態からポンプバンドに励起されることが理解さ
れる。ポンプバンドから、イオンは、光子相互作用によ
って、高レーザ準位へ急速に緩和する。この高レーザ準
位から、ネオジミウムイオンは低レーザ準位へ螢光を発
する。この後者の準位から、最後の急速光子緩和が基底
状態へ起こる。第９Ａ図に示されるタイプの４準位レー
ザシステムにおけるこの後者の急速緩和は、都合の良い
ことである。というのは、それは実際上空の低エネルギ
準位を与えるからである。この特徴は第９Ｂ図に示され
ており、そこでポンプバンドの分布密度，高レーザ準
位，低レーザ準位，そして基底状態が、連続ポンピング
中のＮｄ：ＹＡＧファイバに対して示されている。高レ
ーザ準位と低レーザ準位間の螢光の速度は、低レーザ準
位と基底状態間のみならず、ポンプバンドと高レーザ準
位間の光子緩和と比べて比較的遅く、高レーザ準位の分
布密度は低レーザ準位のそれよりも実質的に高く、高い
反転比を生じる。高レーザ準位の平均寿命は、誘導放出
に先立って２３０マイクロ秒である。
第１０図は、次の議論で例として用いられるＮｄ：ＹＡ
Ｇ材料のレーザ遷移のみならず、この材料の多重エネル
ギ状態を非常に詳細に図解している。
Ｇ材料のレーザ遷移のみならず、この材料の多重エネル
ギ状態を非常に詳細に図解している。
励起されたレーザファイバ１２（第１図）を通って進
む、レーザ遷移波長（１．０６４ミクロンに等しい）、
すなわち、高レーザ準位と低レーザ準位間の緩和中にＮ
ｄ：ＹＡＧイオンによって放射される光の波長の１つ、
の入力光信号は、信号と同じ周波数で、コヒーレントで
光子の誘導放出をトリガし、信号はそれによって増幅さ
れる。このため、この周波数での光の通過は、第９Ａ図
の高レーザ作用準位と低エネルギ準位間の光子放出緩和
を、増幅される光信号と位相が一致して引起こし、入力
光信号に対して有効な利得を生じる。
む、レーザ遷移波長（１．０６４ミクロンに等しい）、
すなわち、高レーザ準位と低レーザ準位間の緩和中にＮ
ｄ：ＹＡＧイオンによって放射される光の波長の１つ、
の入力光信号は、信号と同じ周波数で、コヒーレントで
光子の誘導放出をトリガし、信号はそれによって増幅さ
れる。このため、この周波数での光の通過は、第９Ａ図
の高レーザ作用準位と低エネルギ準位間の光子放出緩和
を、増幅される光信号と位相が一致して引起こし、入力
光信号に対して有効な利得を生じる。
この発明の増幅器で達成することができる利得は、Ｎ
ｄ：ＹＡＧ結晶内で反射されたネオジミウムイオン分布
の密度に依存する。
ｄ：ＹＡＧ結晶内で反射されたネオジミウムイオン分布
の密度に依存する。
この発明の増幅器の単位長さあたりの小さい信号利得ｇ
０の理論的計算は、ｇ０＝σΔＮという関係を用いて行
なうことができる。ここで、σは有効誘導放出断面積で
あり、Ｎｄ：ＹＡＧについて１．０６ミクロメータの遷
移に対して約３．０×１０−１９cm2 であり、ΔＮは次
式によって与えられる反転分布密度である。
０の理論的計算は、ｇ０＝σΔＮという関係を用いて行
なうことができる。ここで、σは有効誘導放出断面積で
あり、Ｎｄ：ＹＡＧについて１．０６ミクロメータの遷
移に対して約３．０×１０−１９cm2 であり、ΔＮは次
式によって与えられる反転分布密度である。
ΔＮ＝（ＰＰ／Ｖ）・（ｔｆ／ｈνＰ）…（６） ここで、ＰＰは信号ファイバ１２によって吸収される総
吸収ポンプパワーであり、Ｖは結晶体積であり、したが
って、（ＰＰ／Ｖ）はファイバの単位体積あたりの総吸
収ポンプパワーであり、ｔｆは第９Ａ図の高レーザ準位
の螢光寿命であり、すなわち、ネオジミウムイオンに
ついて２３０マイクロ秒の螢光緩和時間であり、ｈνＰ
はポンプ光子エネルギに等しい。
吸収ポンプパワーであり、Ｖは結晶体積であり、したが
って、（ＰＰ／Ｖ）はファイバの単位体積あたりの総吸
収ポンプパワーであり、ｔｆは第９Ａ図の高レーザ準位
の螢光寿命であり、すなわち、ネオジミウムイオンに
ついて２３０マイクロ秒の螢光緩和時間であり、ｈνＰ
はポンプ光子エネルギに等しい。
長さＬの増幅器ファイバの利得γ０は次式で表わされ
る。
る。
γ０＝ｇ０Ｌ …（７） 上の関係を組合わせて、利得γ０は次式になることがわ
かる。
かる。
γ０＝σ・（ＰＰ／Ａ）・（ｔｆ／ｈνＰ） …（８） ここでＡは増幅器ファイバの断面積である。
値ＰＰは吸収ポンプパワーであり、ファイバ１２の長さ
の増加は必ずしも利得を増加しないということを認識す
べきである。このため、もしファイバ１２の長さが、Ｎ
ｄ：ＹＡＧファイバを通過するポンピング発光が本質的
に完全に吸収されるほど十分であるならば、そのとき、
この式の値ＰＰは入力ポンプパワーによって置換えるこ
とができる。０．８１ミクロメータの典型的なポンプ光
子波長に対して、ｒ０の値は、１２０ミクロンの径を有
するファイバで１ｍＷattに等しいＰＰに対して０．０
１ dＢに等しい。しかしながら、正味利得を得るには、
γ０から、信号がファイバ１２を通って伝搬するときに
信号によって受ける１．０６ミクロンでのファイバ伝搬
損失を引かなければならない。１Ｋｍあたり１００ dＢ
のファイバ損失は、１cmあたり０．００１ dＢだけの利
得ということになる。このため、増幅器全体の長さが、
たとえばポンプパワーのほとんどがファイバの短い長さ
にわたって実質的に吸収されるように配置することによ
って、比較的短く維持することができるならば、増幅器
内の伝搬損失は低レベルに維持することができる。
の増加は必ずしも利得を増加しないということを認識す
べきである。このため、もしファイバ１２の長さが、Ｎ
ｄ：ＹＡＧファイバを通過するポンピング発光が本質的
に完全に吸収されるほど十分であるならば、そのとき、
この式の値ＰＰは入力ポンプパワーによって置換えるこ
とができる。０．８１ミクロメータの典型的なポンプ光
子波長に対して、ｒ０の値は、１２０ミクロンの径を有
するファイバで１ｍＷattに等しいＰＰに対して０．０
１ dＢに等しい。しかしながら、正味利得を得るには、
γ０から、信号がファイバ１２を通って伝搬するときに
信号によって受ける１．０６ミクロンでのファイバ伝搬
損失を引かなければならない。１Ｋｍあたり１００ dＢ
のファイバ損失は、１cmあたり０．００１ dＢだけの利
得ということになる。このため、増幅器全体の長さが、
たとえばポンプパワーのほとんどがファイバの短い長さ
にわたって実質的に吸収されるように配置することによ
って、比較的短く維持することができるならば、増幅器
内の伝搬損失は低レベルに維持することができる。
相互作用領域２８に入る光源２４からのポンピング光
は、最初接近した端部１８に吸収される傾向があり、こ
のため、ファイバ１２の相互作用領域の長手部２７は、
光源２４によって一様に照明されないかもしれないとい
うことが認識される。このため、ネオジミウムイオンの
反転された分布は、長手部２７に沿って対称的に分布し
ないかもしれない。この非−対称を補償するために、反
転されたネオジミウムイオン分布が、ファイバ１２の長
手部２７に沿って対称的であることを確実にするため
に、石英ジャケット１４を両端部で同時にポンプするこ
とは有利である。また、両端部からのポンピングは、ジ
ャケット１４でもっと多くのポンプパワーを生じ、した
がって、もっと多くの利得を生じる。
は、最初接近した端部１８に吸収される傾向があり、こ
のため、ファイバ１２の相互作用領域の長手部２７は、
光源２４によって一様に照明されないかもしれないとい
うことが認識される。このため、ネオジミウムイオンの
反転された分布は、長手部２７に沿って対称的に分布し
ないかもしれない。この非−対称を補償するために、反
転されたネオジミウムイオン分布が、ファイバ１２の長
手部２７に沿って対称的であることを確実にするため
に、石英ジャケット１４を両端部で同時にポンプするこ
とは有利である。また、両端部からのポンピングは、ジ
ャケット１４でもっと多くのポンプパワーを生じ、した
がって、もっと多くの利得を生じる。
したがって、第１１図に示されるように、ジャケット１
４は、複数個の光源２４′が取付けられる大きい端面２
２′を有する第２の円錐形の移行部分２０′を含んでも
よい。円錐形の移行部分２０′は円錐形の移行部分２０
と同一であってもよく、光源２４′は光源２４と同一で
あってもよい。このため、第１１図の配置について、ポ
ンプ光はジャケット１４の両端部２２，２２′に入力さ
れ、円錐形の移行部分２０，２０′は、それの向い合っ
た端部から相互作用領域２８への導入のためにこのポン
プ光を集光する。ポンプ光源２４と２４′からＮｄ：Ｙ
ＡＧファイバ１２に供給されるポンピング照明は、連続
の原則に基づいて、信号が増幅されるときに起こるファ
イバ１２内のすっかり空になった分布を埋め合わせるの
に十分でなければならないということもまた認識される
べきである。このため、たとえば、パルス信号１Ｋｍの
ファイバを通って循環するジャイロスコープにおいて
は、逆−伝搬信号は各５マイクロ秒に約１回増幅器を横
切る。もし連続ポンプ源が用いられるならば、信号によ
って受ける増幅器利得が比較的一定のままであるよう
に、緩和した分布に等しい分布を再反転するために、各
５マイクロ秒の期間中に、連続ポンプ源が、信号の各連
続する横断中に緩和したネオジミウムイオン分布を再反
転することができよう、連続ポンプ源は十分な出力を与
えるべきである。
４は、複数個の光源２４′が取付けられる大きい端面２
２′を有する第２の円錐形の移行部分２０′を含んでも
よい。円錐形の移行部分２０′は円錐形の移行部分２０
と同一であってもよく、光源２４′は光源２４と同一で
あってもよい。このため、第１１図の配置について、ポ
ンプ光はジャケット１４の両端部２２，２２′に入力さ
れ、円錐形の移行部分２０，２０′は、それの向い合っ
た端部から相互作用領域２８への導入のためにこのポン
プ光を集光する。ポンプ光源２４と２４′からＮｄ：Ｙ
ＡＧファイバ１２に供給されるポンピング照明は、連続
の原則に基づいて、信号が増幅されるときに起こるファ
イバ１２内のすっかり空になった分布を埋め合わせるの
に十分でなければならないということもまた認識される
べきである。このため、たとえば、パルス信号１Ｋｍの
ファイバを通って循環するジャイロスコープにおいて
は、逆−伝搬信号は各５マイクロ秒に約１回増幅器を横
切る。もし連続ポンプ源が用いられるならば、信号によ
って受ける増幅器利得が比較的一定のままであるよう
に、緩和した分布に等しい分布を再反転するために、各
５マイクロ秒の期間中に、連続ポンプ源が、信号の各連
続する横断中に緩和したネオジミウムイオン分布を再反
転することができよう、連続ポンプ源は十分な出力を与
えるべきである。
第１図または第１１図に示される構造は、もし端部（た
とえば、第１図の端部３０と３２、または第１１図の端
部３０と３０’）が適当に反射するようにされているな
らば、Ｎｄ：ＹＡＧファイバのレーザ周波数で照明用の
発振器または光源を与えるということもまた認識すべき
である。このため、ファイバ１２の端部３０（第１図お
よび第１１図）にレーザ周波数で照明のほとんど１００
％を反射する反射鏡を置くことによって、かつファイバ
１２の他の端部（たとえば、第１図の端部３２および第
１１図の端部３０′）に同じ周波数で照明の低パーセン
トを反射する第２の反射鏡を置くことによって、第１図
および第１１図に示される構造はファイバレーザ光源と
して用いることができ、コヒーレント光波は、ファイバ
１２を通って後方および前方に反射され、ファイバに対
してレーザ周波数で光のコヒーレント波面として、端部
３２の部分反射鏡を通って放射される。
とえば、第１図の端部３０と３２、または第１１図の端
部３０と３０’）が適当に反射するようにされているな
らば、Ｎｄ：ＹＡＧファイバのレーザ周波数で照明用の
発振器または光源を与えるということもまた認識すべき
である。このため、ファイバ１２の端部３０（第１図お
よび第１１図）にレーザ周波数で照明のほとんど１００
％を反射する反射鏡を置くことによって、かつファイバ
１２の他の端部（たとえば、第１図の端部３２および第
１１図の端部３０′）に同じ周波数で照明の低パーセン
トを反射する第２の反射鏡を置くことによって、第１図
および第１１図に示される構造はファイバレーザ光源と
して用いることができ、コヒーレント光波は、ファイバ
１２を通って後方および前方に反射され、ファイバに対
してレーザ周波数で光のコヒーレント波面として、端部
３２の部分反射鏡を通って放射される。
第１図および第１１図に示される構造がレーザ光源とし
て用いられるとき、ポンピング源２４（第１図および第
１１図）と２４′（第１１図）は、ポンピング波長で定
常状態の光出力を与えることができ、その場合、定常状
態の連続光出力は、ファイバ光源によって与えられる。
もし、他方では、光源２４と２４′からのポンピング光
が変調されるならば、変調された出力を第１図および第
１１図の構造内で生じることができる。
て用いられるとき、ポンピング源２４（第１図および第
１１図）と２４′（第１１図）は、ポンピング波長で定
常状態の光出力を与えることができ、その場合、定常状
態の連続光出力は、ファイバ光源によって与えられる。
もし、他方では、光源２４と２４′からのポンピング光
が変調されるならば、変調された出力を第１図および第
１１図の構造内で生じることができる。
円錐形のジャケット１２は、大きい端部１６の径に等し
い径を有する中空の石英ロッドを用いて製作することが
できる。ロッドは高温炎で加熱され、ファイバ１２がそ
こに適合するようにロッドの径を減少しながら、急速に
引き離される。それからロッドの端部はへき開面にさ
れ、ロッドの中空部は、それから石英ロッドの屈折率に
等しい屈折率を有する屈折率整合材料で充填される。端
面２２，２９は、たとえば、他の適当な方法によってロ
ッドの端部に接着されまたは取付けられる小型の光学ガ
ラス板を利用して形成される。当業者は、前述のプロセ
スが研究所段階の技術であり、もっと高度に洗練された
製作技術もまた利用できるということを認識するだろ
う。
い径を有する中空の石英ロッドを用いて製作することが
できる。ロッドは高温炎で加熱され、ファイバ１２がそ
こに適合するようにロッドの径を減少しながら、急速に
引き離される。それからロッドの端部はへき開面にさ
れ、ロッドの中空部は、それから石英ロッドの屈折率に
等しい屈折率を有する屈折率整合材料で充填される。端
面２２，２９は、たとえば、他の適当な方法によってロ
ッドの端部に接着されまたは取付けられる小型の光学ガ
ラス板を利用して形成される。当業者は、前述のプロセ
スが研究所段階の技術であり、もっと高度に洗練された
製作技術もまた利用できるということを認識するだろ
う。
第１図は、円錐形のジャケットに埋め込まれたＮｄ：Ｙ
ＡＧ光学ファイバを示す、この発明の増幅器の好ましい
実施例の物理的配置を示す図である。 第２図は、円錐形のジャケットの大きい端面に取付けら
れたレーザダイオードとコリメータレンズを示す、第１
図の配置の一方の端部の正面図であり、レーザダイオー
ド接合に平行な寸法（すなわち、接合の縦の寸法）が、
円錐形のジャケットの縦軸を通過する半径線に垂直に配
置される、レーザダイオードの好ましい配向を図解して
いる。 第３図は、相互作用領域でジャケットの減少した厚さを
図解している、第１図の配置の他方の端部の正面図であ
る。 第４図は、例示の光線が、相互作用領域の長さｄにわた
って、増幅器構造の一方の側の空気／ジャケット境界か
ら、増幅器構造の他方の側の空気／ジャケット境界に伝
搬するときのその光線の光路を示す概要図である。 第５図は、ジャケットの屈折率の２つの例示の範囲値、
すなわち、１．４５および１．８０に対して、ファイバ
の半径のジャケットの厚さに対する比の関数であるポン
ピング効率のグラフである。 第６図は、増幅器ファイバおよびジャケットの屈折率の
例示の値、すなわち、それぞれ１．８２および１．４５
に対して、ファイバの半径のジャケットの厚さに対する
比の色々な値に対してポンプ光線伝搬角の関数であるポ
ンピング効率のグラフである。 第７図は、第１図および第２図の光源の１つの拡大斜視
図である。 第８図は、３００゜ＫでのＮｄ：ＹＡＧの吸収スペクト
ルを示す図である。 第９Ａ図，第９Ｂ図は、Ｎｄ：ＹＡＧのような４準位レ
ーザ材料の単純化されたエネルギ準位図である。 第１０図は、Ｎｄ：ＹＡＧのエネルギ準位図である。 第１１図は、増幅器ファイバが向い合った方向からポン
プされる、この発明のファイバ増幅器の代わりの実施例
の物理的配置を示す図である。 図において、１２は信号または増幅器ファイバ、１４は
円錐形の石英ジャケット、１６は大きい端部、１８は小
さい端部、２０，２０′は移行部分、２２，２２′，２
９は端面、２４，２４′はポンピング照明源またはポン
プ光源、２６は光線、２７は長手部、２８は相互作用領
域、３０，３０′，３２はファイバの端部、４０は縦軸
または円錐軸、５０はミクロレンズ、５２は発光素子ま
たはレーザダイオード、６８は半径線、Ｓｉは入力光信
号、Ｓ０は出力光信号である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
ＡＧ光学ファイバを示す、この発明の増幅器の好ましい
実施例の物理的配置を示す図である。 第２図は、円錐形のジャケットの大きい端面に取付けら
れたレーザダイオードとコリメータレンズを示す、第１
図の配置の一方の端部の正面図であり、レーザダイオー
ド接合に平行な寸法（すなわち、接合の縦の寸法）が、
円錐形のジャケットの縦軸を通過する半径線に垂直に配
置される、レーザダイオードの好ましい配向を図解して
いる。 第３図は、相互作用領域でジャケットの減少した厚さを
図解している、第１図の配置の他方の端部の正面図であ
る。 第４図は、例示の光線が、相互作用領域の長さｄにわた
って、増幅器構造の一方の側の空気／ジャケット境界か
ら、増幅器構造の他方の側の空気／ジャケット境界に伝
搬するときのその光線の光路を示す概要図である。 第５図は、ジャケットの屈折率の２つの例示の範囲値、
すなわち、１．４５および１．８０に対して、ファイバ
の半径のジャケットの厚さに対する比の関数であるポン
ピング効率のグラフである。 第６図は、増幅器ファイバおよびジャケットの屈折率の
例示の値、すなわち、それぞれ１．８２および１．４５
に対して、ファイバの半径のジャケットの厚さに対する
比の色々な値に対してポンプ光線伝搬角の関数であるポ
ンピング効率のグラフである。 第７図は、第１図および第２図の光源の１つの拡大斜視
図である。 第８図は、３００゜ＫでのＮｄ：ＹＡＧの吸収スペクト
ルを示す図である。 第９Ａ図，第９Ｂ図は、Ｎｄ：ＹＡＧのような４準位レ
ーザ材料の単純化されたエネルギ準位図である。 第１０図は、Ｎｄ：ＹＡＧのエネルギ準位図である。 第１１図は、増幅器ファイバが向い合った方向からポン
プされる、この発明のファイバ増幅器の代わりの実施例
の物理的配置を示す図である。 図において、１２は信号または増幅器ファイバ、１４は
円錐形の石英ジャケット、１６は大きい端部、１８は小
さい端部、２０，２０′は移行部分、２２，２２′，２
９は端面、２４，２４′はポンピング照明源またはポン
プ光源、２６は光線、２７は長手部、２８は相互作用領
域、３０，３０′，３２はファイバの端部、４０は縦軸
または円錐軸、５０はミクロレンズ、５２は発光素子ま
たはレーザダイオード、６８は半径線、Ｓｉは入力光信
号、Ｓ０は出力光信号である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (11)
- 【請求項１】コヒーレント光を生じるファイバ光学装置
であって、 レーザ材料で形成され、かつ第１の屈折率を有する、光
学信号を案内する光学ファイバと、 前記光学ファイバの少なくとも一部分を囲む、かつ第２
の屈折率を有するジャケットとを備え、 前記ジャケットは、ポンプ光を受ける第１の端部と、前
記第１の端部より小さい径を有する第２の端部と、前記
第１および第２の端部間の、前記第１の端部からの前記
ポンプ光を前記第２の端部に集光する移行部分とからな
り、前記集光されたポンプ光を前記ジャケットから前記
ファイバに屈折するようにし、前記レーザ材料の電子の
分布の反転を引き起こし、前記光学信号が前記レーザ材
料から格子の放出を誘導することができるよう前記第２
の屈折率は前記第１の屈折率より低く選ばれた、ファイ
バ光学装置。 - 【請求項２】前記第２の端部の前記ジャケットの厚さ
は、前記光学ファイバの半径の１／２より大きくない、
特許請求の範囲第１項記載のコヒーレント光を生じるフ
ァイバ光学装置。 - 【請求項３】前記ポンプ光を生じる光源をさらに備え
る、特許請求の範囲第１項記載のコヒーレント光を生じ
るファイバ光学装置。 - 【請求項４】前記ポンプ光源を平行にされた光を生じ
る、特許請求の範囲第３項記載のコヒーレント光を生じ
るファイバ光学装置。 - 【請求項５】前記光源は、前記ポンプ光を、前記光学フ
ァイバから半径方向にずれている位置の前記第１の端部
に導入する、特許請求の範囲第３項記載のコヒーレント
光を生じるファイバ光学装置。 - 【請求項６】前記ポンプ光源は、発光領域の縦方向が、
前記ジャケットの中心の縦軸を通過する半径線に垂直と
なるように配向された高パワーレーザダイオードからな
る、特許請求の範囲第５項記載のコヒーレント光を生じ
るファイバ光学装置。 - 【請求項７】前記平行にされるポンプ光源は、高パワー
レーザダイオードとコリメータミクロレンズとからな
る、特許請求の範囲第４項記載のコヒーレント光を生じ
るファイバ光学装置。 - 【請求項８】前記ジャケットはその中心の縦軸について
対称的であり、前記光学ファイバは前記ジャケットの中
心の縦軸に沿って横たわっている、特許請求の範囲第１
項記載のコヒーレント光を生じるファイバ光学装置。 - 【請求項９】前記ジャケットは、前記光学ファイバ内に
前記光学信号を案内するクラッディングを提供する、特
許請求の範囲第１項記載のコヒーレント光を生じるファ
イバ光学装置。 - 【請求項１０】レーザ材料で形成される光学ファイバを
サイドポンピングしてレーザ材料の電子の分布の反転を
引き起こす方法であって、 光学ファイバを、当該光学ファイバより低い屈折率を有
するジャケットで囲むステップを含み、ジャケットは、
他方の端部の断面に比べて大きい一方の端部の断面を有
し、 ポンプ光をジャケットの一方の端部に導入するステップ
と、 ポンプ光をジャケットの一方の端部から他方の端部に集
光するステップと、 集光されたポンプ光をジャケットの他方の端部から光学
ファイバの周囲に沿って光学ファイバに屈折させて反転
分布を引き起こすステップとを含む、光学ファイバをサ
イドポンピングする方法。 - 【請求項１１】前記他方の端部の前記ジャケットの厚さ
は、前記光学ファイバの半径の１／２より小さい、特許
請求の範囲第１０項記載の光学ファイバをサイドポンピ
ングする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US53779683A | 1983-09-30 | 1983-09-30 | |
| US537796 | 1983-09-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60115274A JPS60115274A (ja) | 1985-06-21 |
| JPH0614566B2 true JPH0614566B2 (ja) | 1994-02-23 |
Family
ID=24144126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59199315A Expired - Lifetime JPH0614566B2 (ja) | 1983-09-30 | 1984-09-21 | フアイバ光学装置 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JPH0614566B2 (ja) |
| KR (1) | KR850002522A (ja) |
| AT (2) | ATE59117T1 (ja) |
| AU (1) | AU3287784A (ja) |
| BR (1) | BR8404823A (ja) |
| CA (1) | CA1210487A (ja) |
| DE (2) | DE3483741D1 (ja) |
| IL (1) | IL72845A0 (ja) |
| NO (1) | NO843903L (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0750806B2 (ja) * | 1986-12-12 | 1995-05-31 | 日本電信電話株式会社 | レ−ザ用ロツド |
| JP2662780B2 (ja) * | 1987-03-27 | 1997-10-15 | 憲一 植田 | 自由電子レーザ装置 |
| DE3725144A1 (de) * | 1987-07-29 | 1989-02-09 | Baasel Carl Lasertech | Festkoerperlaser-stab |
| GB2215906B (en) * | 1988-02-10 | 1992-09-16 | Mitsubishi Electric Corp | Laser device |
| GB8829875D0 (en) * | 1988-12-22 | 1989-02-15 | Lumonics Ltd | Optically pumped lasers |
| GB2269933B (en) * | 1989-02-21 | 1994-05-04 | Sun Microsystems Inc | Active fiber for optical signal transmission |
| US4955685A (en) * | 1989-02-21 | 1990-09-11 | Sun Microsystems, Inc. | Active fiber for optical signal transmission |
| JPH02281775A (ja) * | 1989-04-24 | 1990-11-19 | Takashi Mori | 光発振器 |
| JPH02291187A (ja) * | 1989-05-01 | 1990-11-30 | Takashi Mori | 光発振器 |
| JPH02303082A (ja) * | 1989-05-17 | 1990-12-17 | Takashi Mori | 光発振器 |
| JPH02306677A (ja) * | 1989-05-22 | 1990-12-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光増幅器 |
| FR2648962B1 (fr) * | 1989-06-23 | 1994-09-09 | Thomson Csf | Structure d'illumination d'un barreau laser, a sources optiques defocalisees |
| JPH0373934A (ja) * | 1989-08-15 | 1991-03-28 | Fujitsu Ltd | 光増幅器 |
| US5159605A (en) * | 1990-01-19 | 1992-10-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor-laser-pumped, solid-state laser |
| US5257277A (en) * | 1990-01-19 | 1993-10-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor-laser-pumped, solid-state laser |
| DK285490D0 (da) * | 1990-11-30 | 1990-11-30 | Nordiske Kabel Traad | Fremgangsmaade og apparat til forstaerkning af et optisk signal |
| IT1245019B (it) * | 1991-01-30 | 1994-09-13 | Cselt Centro Studi Lab Telecom | Sistema di pompaggio di laser o amplifiatori a guida d'onda |
| US5164945A (en) * | 1991-07-01 | 1992-11-17 | Laser Centers Of America, Inc. | Laser device with intermediate refraction index layer for reduced fresnel losses |
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| US5590141A (en) * | 1992-04-24 | 1996-12-31 | Electro Scientific Industries, Inc. | Method and apparatus for generating and employing a high density of excited ions in a lasant |
| US5317447A (en) * | 1992-04-24 | 1994-05-31 | Electro Scientific Industries, Inc. | High-power, compact, diode-pumped, tunable laser |
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| US7117134B2 (en) | 2001-10-18 | 2006-10-03 | Lockheed Martin Corporation | Method to optimize generation of ultrasound using mathematical modeling for laser ultrasound inspection |
| JP3889746B2 (ja) * | 2004-01-15 | 2007-03-07 | 株式会社ジェイテクト | 光ファイバの製造方法 |
| JP2006261194A (ja) * | 2005-03-15 | 2006-09-28 | Jtekt Corp | ファイバレーザ発振器 |
| GB2439345A (en) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Gsi Group Ltd | Annular tapered fibre coupler for cladding pumping of an optical fibre |
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| JP2020166128A (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 株式会社フジクラ | レーザモジュール及びファイバレーザ装置 |
Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
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| DE2844129A1 (de) * | 1978-10-10 | 1980-04-24 | Siemens Ag | Longitudinal gepumpter yag zu nd hoch 3+ -faserlaser |
-
1984
- 1984-09-03 IL IL72845A patent/IL72845A0/xx unknown
- 1984-09-10 AU AU32877/84A patent/AU3287784A/en not_active Abandoned
- 1984-09-20 EP EP89115683A patent/EP0346951B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-09-20 DE DE8484306417T patent/DE3483741D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1984-09-20 DE DE89115683T patent/DE3486106T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1984-09-20 EP EP84306417A patent/EP0138411B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-09-20 AT AT84306417T patent/ATE59117T1/de not_active IP Right Cessation
- 1984-09-20 AT AT89115683T patent/ATE87134T1/de not_active IP Right Cessation
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