JPH0626265B2 - フアイバ光学システムのための増幅器 - Google Patents
フアイバ光学システムのための増幅器Info
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- JPH0626265B2 JPH0626265B2 JP59187249A JP18724984A JPH0626265B2 JP H0626265 B2 JPH0626265 B2 JP H0626265B2 JP 59187249 A JP59187249 A JP 59187249A JP 18724984 A JP18724984 A JP 18724984A JP H0626265 B2 JPH0626265 B2 JP H0626265B2
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- G—PHYSICS
- 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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Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 いくつかの材料のレーザ放射能力に基づく光学増幅器の
概念は、特に巨視的なレベルにおいてよく知られてい
る。したがって、たとえばポンピング光源と、単結晶ネ
オジム−イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｎ
Ｄ：ＹＡＧ）ロッドとを、管状の反射性空洞に数ミリメ
ートルの直径および数センチメートルの長さで配置する
ことが知られている。たとえば、光源およびＮＤ：ＹＡ
Ｇロッドが各々、楕円形の断面を有する空洞の２つの焦
点に沿って延びるように配置される。そのような構成に
おいて、光源によって放出されかつ空洞壁から反射され
た光は、ＮＤ：ＹＡＧロッドに衝突する。光源は好まし
くは、ＮＤ：ＹＡＧの結晶の吸収スペクトルに対応する
波長を放出するように選択され、このため、結晶のネオ
ジムイオンは、上位レーザレベルより高いエネルギレベ
ルへ反転される。反転後に、フェノン放射を介するネオ
ジムイオンの最初の緩和は、上位レーザレベルにおいて
イオン分布を生じる。このレベルから、下位レーザレベ
ルまで、イオンはレーザ放射し、ＮＤ：ＹＡＧ材料に固
有である波長の光を放出する。有利なことに、下位レー
ザレベルは、イオンに対する基底レベルよりも高く、こ
のため急速なフォノン放出緩和が下位レーザレベルと基
底レベルとの間で生じ、ポンピングされたイオンの中の
上位レーザレベルと下位レーザレベルとの間に高い反転
率が存在することを可能にする。
概念は、特に巨視的なレベルにおいてよく知られてい
る。したがって、たとえばポンピング光源と、単結晶ネ
オジム−イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｎ
Ｄ：ＹＡＧ）ロッドとを、管状の反射性空洞に数ミリメ
ートルの直径および数センチメートルの長さで配置する
ことが知られている。たとえば、光源およびＮＤ：ＹＡ
Ｇロッドが各々、楕円形の断面を有する空洞の２つの焦
点に沿って延びるように配置される。そのような構成に
おいて、光源によって放出されかつ空洞壁から反射され
た光は、ＮＤ：ＹＡＧロッドに衝突する。光源は好まし
くは、ＮＤ：ＹＡＧの結晶の吸収スペクトルに対応する
波長を放出するように選択され、このため、結晶のネオ
ジムイオンは、上位レーザレベルより高いエネルギレベ
ルへ反転される。反転後に、フェノン放射を介するネオ
ジムイオンの最初の緩和は、上位レーザレベルにおいて
イオン分布を生じる。このレベルから、下位レーザレベ
ルまで、イオンはレーザ放射し、ＮＤ：ＹＡＧ材料に固
有である波長の光を放出する。有利なことに、下位レー
ザレベルは、イオンに対する基底レベルよりも高く、こ
のため急速なフォノン放出緩和が下位レーザレベルと基
底レベルとの間で生じ、ポンピングされたイオンの中の
上位レーザレベルと下位レーザレベルとの間に高い反転
率が存在す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
転された分布とともに、ＮＤ：ＹＡＧは、非常に遅いけ
い光、すなわちコヒーレントではない光のランダムな放
射をもたらす。反転された状態におけるイオンの平均寿
命は、２３０マイクロ秒であり、初期緩和または基底レ
ベルに対するそれよりもはるかに長いので、この自然放
射は、しかしながらロッドが増幅することを禁止してい
る。したがって、高い反転率が維持され得る。
転された分布とともに、ＮＤ：ＹＡＧは、非常に遅いけ
い光、すなわちコヒーレントではない光のランダムな放
射をもたらす。反転された状態におけるイオンの平均寿
命は、２３０マイクロ秒であり、初期緩和または基底レ
ベルに対するそれよりもはるかに長いので、この自然放
射は、しかしながらロッドが増幅することを禁止してい
る。したがって、高い反転率が維持され得る。
もしも、ＤＮ：ＹＡＧロッドのネオジムイオンのいくつ
かが反転された後に、レーザ放射周波数における光信号
がロッドを介して伝送されるならば、光信号は、ネオジ
ムイオンの緩和をトリガし、誘導放射のコヒーレントな
放出を引き起こし、これは伝送された信号に有効に加わ
り、この結果この信号を増幅する。
かが反転された後に、レーザ放射周波数における光信号
がロッドを介して伝送されるならば、光信号は、ネオジ
ムイオンの緩和をトリガし、誘導放射のコヒーレントな
放出を引き起こし、これは伝送された信号に有効に加わ
り、この結果この信号を増幅する。
ＮＤ：ＹＡＧの結晶内におけるポンピング照射の吸収長
（すなわち、照射の６５％が吸収される前に照射がそこ
を介して横切らなければならない材料の長さ）は、典型
的には２mmおよび３mmの間の範囲内にあり、かつ増幅構
造に用いられるＮＤ：ＹＡＧ結晶は、少なくともこの大
きさの直径を有しており、このため、結晶は、空洞壁か
らの最初の反射および結晶を介する通過の間、ポンピン
グ放射の実質的な部分を吸収することができる。もし
も、結晶を介する最初の横断期間中に、ポンピング照射
が吸収されなければ、それは空洞壁によって反射されて
光源に戻り、そこではそれは再吸収されて、光源に熱を
発生させ、かつ増幅器の全体的な効率を減少させる。
（すなわち、照射の６５％が吸収される前に照射がそこ
を介して横切らなければならない材料の長さ）は、典型
的には２mmおよび３mmの間の範囲内にあり、かつ増幅構
造に用いられるＮＤ：ＹＡＧ結晶は、少なくともこの大
きさの直径を有しており、このため、結晶は、空洞壁か
らの最初の反射および結晶を介する通過の間、ポンピン
グ放射の実質的な部分を吸収することができる。もし
も、結晶を介する最初の横断期間中に、ポンピング照射
が吸収されなければ、それは空洞壁によって反射されて
光源に戻り、そこではそれは再吸収されて、光源に熱を
発生させ、かつ増幅器の全体的な効率を減少させる。
そのような増幅器がファイバ光学システムに使用される
ときに、レンズのような光学構成要素を使用することが
必要であると考えられており、これは光学ファイバから
の光をＮＤ：ＹＡＧロッド内に焦点合わせし、かつＮ
Ｄ：ＹＡＧロッドからの増幅された光信号を他のファイ
バ内に戻す。そのような光学システムは、注意深い調整
が必要であり、振動や熱の影響など環境の変化を受けや
すい。さに、光学構成要素およびＮＤ：ＹＡＧロッドの
大きさは増幅システムを比較的大きなものにし、このた
め一定の応用については現実的ではない。さらに、Ｎ
Ｄ：ＹＡＧロッドの比較的大きなサイズは、ロッド内に
ビームのふらつきを引き起こす。したがって、入力ファ
イバ光学エレメントからの信号はロッドを介して異なる
経路を横切り、温度に関係しかつ時間によって変化する
特性を有しており、このため小さな受光角度内の光のみ
をファイバが受入れるという事実によって出力光は消失
される。したがって、ＮＤ：ＹＡＧロッド内のビームが
ふらつくにつれて、出力信号は制御不能な態様で変化す
る。さらに、ＮＤ：ＹＡＧロッドの大きなサイズは、ロ
ッド内の高エネルギ密度を維持するために大きな入力エ
ネルギを必要とする。そのような大きなポンピングパワ
ーは、高い出力光源を必要とし、典型的に空洞を液体で
冷却することによって消されなければならない熱を実質
的に発生する。
ときに、レンズのような光学構成要素を使用することが
必要であると考えられており、これは光学ファイバから
の光をＮＤ：ＹＡＧロッド内に焦点合わせし、かつＮ
Ｄ：ＹＡＧロッドからの増幅された光信号を他のファイ
バ内に戻す。そのような光学システムは、注意深い調整
が必要であり、振動や熱の影響など環境の変化を受けや
すい。さに、光学構成要素およびＮＤ：ＹＡＧロッドの
大きさは増幅システムを比較的大きなものにし、このた
め一定の応用については現実的ではない。さらに、Ｎ
Ｄ：ＹＡＧロッドの比較的大きなサイズは、ロッド内に
ビームのふらつきを引き起こす。したがって、入力ファ
イバ光学エレメントからの信号はロッドを介して異なる
経路を横切り、温度に関係しかつ時間によって変化する
特性を有しており、このため小さな受光角度内の光のみ
をファイバが受入れるという事実によって出力光は消失
される。したがって、ＮＤ：ＹＡＧロッド内のビームが
ふらつくにつれて、出力信号は制御不能な態様で変化す
る。さらに、ＮＤ：ＹＡＧロッドの大きなサイズは、ロ
ッド内の高エネルギ密度を維持するために大きな入力エ
ネルギを必要とする。そのような大きなポンピングパワ
ーは、高い出力光源を必要とし、典型的に空洞を液体で
冷却することによって消されなければならない熱を実質
的に発生する。
この形式の増幅器が、いくつかの通信応用のような多く
の応用例において有用である一方で、この増幅システム
にいくつかの制限を与える使用は、再循環ファイバ光学
ジャイロスコープである。そのようなジャイロスコープ
では、典型的には１kmまたはそれ以上の長さで光学ファ
イバがループに巻かれ、かつ光信号がこのループ内で両
方の方向に再循環される。ループの動作は、ジャイロス
コープの回転を測定するために用いられる対向して伝播
する光信号の間に位相差を引き起こす。１つの回転に誘
起される位相偏移は比較的小さく、かつ回数再関する周
期的な出力が要求されるので、ループ内で入力光をでき
るだけ多い回転再循環することが有利である。
の応用例において有用である一方で、この増幅システム
にいくつかの制限を与える使用は、再循環ファイバ光学
ジャイロスコープである。そのようなジャイロスコープ
では、典型的には１kmまたはそれ以上の長さで光学ファ
イバがループに巻かれ、かつ光信号がこのループ内で両
方の方向に再循環される。ループの動作は、ジャイロス
コープの回転を測定するために用いられる対向して伝播
する光信号の間に位相差を引き起こす。１つの回転に誘
起される位相偏移は比較的小さく、かつ回数再関する周
期的な出力が要求されるので、ループ内で入力光をでき
るだけ多い回転再循環することが有利である。
１kmの光学ファイバを横切るときに、光学信号は、典型
的にはその強度の３０〜５０％を失う。もしも、増幅器
がループと直列に配置され、かつファイバの伝播損失に
等しい利得が与えられるならば、増幅器は、双方向性に
対向して伝播する光信号を増幅することができればルー
プ内で光信号を何回も伝播させることができる。
的にはその強度の３０〜５０％を失う。もしも、増幅器
がループと直列に配置され、かつファイバの伝播損失に
等しい利得が与えられるならば、増幅器は、双方向性に
対向して伝播する光信号を増幅することができればルー
プ内で光信号を何回も伝播させることができる。
あいにく、比較的大きなサイズ、比較的効率が悪い性能
によって引き起こされた高いパワーの要求、ビームのふ
らつきによる影響、および先行技術のＮＤ：ＹＡＧロッ
ド増幅器の冷却の必要性は、そのような増幅器を高い精
度のジャイロスコープにとっては比較的非実用的なもの
にしている。これらの要素は、もちろん通信回路網のよ
うな他の応用におけるそのような増幅器の利用をも制限
する。結晶ロッド増幅器に関するこれらの欠点は、この
発明において緩和される。
によって引き起こされた高いパワーの要求、ビームのふ
らつきによる影響、および先行技術のＮＤ：ＹＡＧロッ
ド増幅器の冷却の必要性は、そのような増幅器を高い精
度のジャイロスコープにとっては比較的非実用的なもの
にしている。これらの要素は、もちろん通信回路網のよ
うな他の応用におけるそのような増幅器の利用をも制限
する。結晶ロッド増幅器に関するこれらの欠点は、この
発明において緩和される。
発明の概要 この発明は、レーザ放射をすることができる材料から形
成された結晶ファイバによって特徴づけられるファイバ
光学システムのための増幅器と、この結晶ファイバを形
成する材料のイオン分布を反転するためのポンピング照
射源と、増幅されるべき信号の信号源と、増幅されるべ
き信号源および結晶ファイバのみならずポンピング照射
源にも結合されてポンピング照射または増幅されるべき
信号を交互に結晶ファイバ結合するスイッチング手段と
を備えている。
成された結晶ファイバによって特徴づけられるファイバ
光学システムのための増幅器と、この結晶ファイバを形
成する材料のイオン分布を反転するためのポンピング照
射源と、増幅されるべき信号の信号源と、増幅されるべ
き信号源および結晶ファイバのみならずポンピング照射
源にも結合されてポンピング照射または増幅されるべき
信号を交互に結晶ファイバ結合するスイッチング手段と
を備えている。
好ましくは、この発明のスイッチング手段は、１対の入
力光学ファイバを有する第１のファイバ光学カプラによ
って特徴づけられる。入力光学ファイバの対の一方はポ
ンピング照射源に接続され、一方で光学ファイバの対の
第２のファイバは増幅されるべき信号を受取るように接
続される。
力光学ファイバを有する第１のファイバ光学カプラによ
って特徴づけられる。入力光学ファイバの対の一方はポ
ンピング照射源に接続され、一方で光学ファイバの対の
第２のファイバは増幅されるべき信号を受取るように接
続される。
好ましくは、第１のファイバ光学カプラはまた１対の光
学出力ファイバを含んでいる。さらに、スイッチング手
段は好ましくは、第１のファイバ光学カプラの出力光学
ファイバに接続された１対の入力光学カプラを含む第２
のファイバ光学カプラによって特徴づけられている。好
ましくは、第２のファイバ光学カプラは、結晶ファイバ
に接続された出力光学ファイバを有している。さらに、
スイッチング手段は好ましくは、第２のファイバ光学カ
プラの入力光学ファイバの対の一方に結合された光に選
択可能な位相偏移を誘起するための装置を含んでいる。
学出力ファイバを含んでいる。さらに、スイッチング手
段は好ましくは、第１のファイバ光学カプラの出力光学
ファイバに接続された１対の入力光学カプラを含む第２
のファイバ光学カプラによって特徴づけられている。好
ましくは、第２のファイバ光学カプラは、結晶ファイバ
に接続された出力光学ファイバを有している。さらに、
スイッチング手段は好ましくは、第２のファイバ光学カ
プラの入力光学ファイバの対の一方に結合された光に選
択可能な位相偏移を誘起するための装置を含んでいる。
選択可能な位相偏移を誘起するための装置は好ましく
は、位相偏移を調整するためのフィードバックシステム
によって特徴づけられている。さらに、選択可能な位相
偏移を誘起するための装置はまた、好ましくはカプラの
間の、圧電結晶のまわりに巻かれた光学ファイバのルー
プによって特徴づけられている。
は、位相偏移を調整するためのフィードバックシステム
によって特徴づけられている。さらに、選択可能な位相
偏移を誘起するための装置はまた、好ましくはカプラの
間の、圧電結晶のまわりに巻かれた光学ファイバのルー
プによって特徴づけられている。
この発明はまた、光信号の波長でレーザ放射をすること
ができる材料でドープされた結晶と、この結晶をポンピ
ングするための照射源とを利用するファイバ光学システ
ムにおいて光信号を増幅する方法を含んでいる。この方
法は、光信号の到着に先立つ第１の期間中に照射源を結
晶に結合するステップと、光信号の到着に先立って結晶
から照射源を切り離すステップと、それらが到着したと
きに光信号を結晶に結合するステップとによって特徴づ
けられている。この方法において、光信号を結合するス
テップは好ましくは切り離しステップの後に、結晶の自
然けい光時間内に発生する。好ましくは、この方法にお
いて、光信号は一定間隔で到着し、かつ結合および切り
離しステップは一定間隔で周期的に起こる。
ができる材料でドープされた結晶と、この結晶をポンピ
ングするための照射源とを利用するファイバ光学システ
ムにおいて光信号を増幅する方法を含んでいる。この方
法は、光信号の到着に先立つ第１の期間中に照射源を結
晶に結合するステップと、光信号の到着に先立って結晶
から照射源を切り離すステップと、それらが到着したと
きに光信号を結晶に結合するステップとによって特徴づ
けられている。この方法において、光信号を結合するス
テップは好ましくは切り離しステップの後に、結晶の自
然けい光時間内に発生する。好ましくは、この方法にお
いて、光信号は一定間隔で到着し、かつ結合および切り
離しステップは一定間隔で周期的に起こる。
光信号のこの増幅方法において、照射源を結合するステ
ップと光信号を結合するステップとは好ましくは、照射
源と前記光信号とに接続された１対の入力と、結晶ファ
イバに接続された出力とを有するスイッチのモードを周
期的に変えることによって達成される。
ップと光信号を結合するステップとは好ましくは、照射
源と前記光信号とに接続された１対の入力と、結晶ファ
イバに接続された出力とを有するスイッチのモードを周
期的に変えることによって達成される。
以上のことに基づいて、この発明は好ましくはポンピン
グ照射と増幅されるべき信号との双方をＮＤ：ＹＡＧフ
ァイバの端部に与え、これによって、横のポンピング構
成において固有のＮＤ：ＹＡＧ結晶に対する大きな直径
の必要性を完全に解消することができるということほ評
価されるであろう。ポンピング照射はファイバの幅を横
切るよりもむしろファイバの長さに沿って吸収されるの
で、ＮＤ：ＹＡＧファイバは先行技術のロッド増幅器と
比較して直径において極端に小さく製造することができ
る。このことは、ＮＤ：ＹＡＧ結晶の小さな直径内にお
けるポンピング照射のより高い集中をもとらし、したが
って増幅構造に対するより高い電位利得をもたらす。
グ照射と増幅されるべき信号との双方をＮＤ：ＹＡＧフ
ァイバの端部に与え、これによって、横のポンピング構
成において固有のＮＤ：ＹＡＧ結晶に対する大きな直径
の必要性を完全に解消することができるということほ評
価されるであろう。ポンピング照射はファイバの幅を横
切るよりもむしろファイバの長さに沿って吸収されるの
で、ＮＤ：ＹＡＧファイバは先行技術のロッド増幅器と
比較して直径において極端に小さく製造することができ
る。このことは、ＮＤ：ＹＡＧ結晶の小さな直径内にお
けるポンピング照射のより高い集中をもとらし、したが
って増幅構造に対するより高い電位利得をもたらす。
この端部ポンピングを達成するために、ＮＤ：ＹＡＧ材
料は好ましくは小さな直径のファイバとして形成され、
かつ好ましくはスイッチング可能なカプラと直列に配置
され、このカプラはポンピング照射または増幅されるべ
き信号をＮＤ：ＹＡＧファイバの端部に選択的に与え
る。結晶に関連する自然けい光時間は比較的長いので、
ポンピング照射が中断された後にそれは活性または反転
された状態にしばらく留まり、したがって後で誘起され
た信号を増幅する。
料は好ましくは小さな直径のファイバとして形成され、
かつ好ましくはスイッチング可能なカプラと直列に配置
され、このカプラはポンピング照射または増幅されるべ
き信号をＮＤ：ＹＡＧファイバの端部に選択的に与え
る。結晶に関連する自然けい光時間は比較的長いので、
ポンピング照射が中断された後にそれは活性または反転
された状態にしばらく留まり、したがって後で誘起され
た信号を増幅する。
この増幅システムに用いられるスイッチング可能なカプ
ラは好ましくは、各々ＮＤ：ＹＡＧ結晶に対するポンピ
ング照射および増幅されるべき信号を伝送するための１
対の入力ファイバを含んでいる。好ましくは、これらの
ファイバにおける信号は、スイチング可能なカプラによ
って単一出力ファイバに選択的に与えられ、このため、
ＮＤ：ＹＡＧ材料は、そこにあるネオジムイオンを反転
するためにまずポンピングされ、その後増幅されるべき
信号を与えられ、これによってＮＤ：ＹＡＧ材料を横切
るときに、この信号がコヒーレントな光の放出をトリガ
して信号を増幅する。
ラは好ましくは、各々ＮＤ：ＹＡＧ結晶に対するポンピ
ング照射および増幅されるべき信号を伝送するための１
対の入力ファイバを含んでいる。好ましくは、これらの
ファイバにおける信号は、スイチング可能なカプラによ
って単一出力ファイバに選択的に与えられ、このため、
ＮＤ：ＹＡＧ材料は、そこにあるネオジムイオンを反転
するためにまずポンピングされ、その後増幅されるべき
信号を与えられ、これによってＮＤ：ＹＡＧ材料を横切
るときに、この信号がコヒーレントな光の放出をトリガ
して信号を増幅する。
このシステムに用いられるスイッチングカプラは、好ま
しくはシングルモードの光学ファイバカプラに基づいて
おり、このカプラでは１対のシングルモードファイバが
選択可能な干渉長さを通じて互いに隣接して配置されエ
バネセントフィールド結合を許容している。ここでエバ
ネセントフィールドとは、光学ファイバのコアの外部に
存在する電磁場のことをいう。もしも一方の光学ファイ
バのコアが他方の光学ファイバのコアのエバネセントフ
ィールド内に配置されれば、２つの光学ファイバ間に光
信号の結合が発生し、この結合は「エバネセントフィー
ルド結合」と呼ばれる。より詳細に説明すると、スイッ
チング可能なカプラは好ましくは、２つのそのようなシ
ングルモードカプラを含んでおり、各々は、カプラファ
イバの対の各々のファイバに入ってくる光の５０％をこ
の対の他のファイバに結合するように調整される。好ま
しくは、カプラの対の第２のカプラに与えられた光信号
の間に調整機能な位相差を誘起するために、このカプラ
の対の間で、圧電結晶によってファイバの対の１つが選
択的に引き延ばされる。この選択可能な位相差は好まし
くは、スイッチの出力ファイバにおいて入力ファイバの
１つからの光の相加的な干渉を引き起こし、かつ他の入
力ファイバからの光の相殺的な干渉を引き起こし、この
ため、入力ファイバの１つからの光だけが第２のカプラ
の出力ファイバに与えられる。圧電結晶に与えられる電
圧を変えることによって、その光が出力ファイバにおい
て相加的に干渉する入力ファイバが選択される。
しくはシングルモードの光学ファイバカプラに基づいて
おり、このカプラでは１対のシングルモードファイバが
選択可能な干渉長さを通じて互いに隣接して配置されエ
バネセントフィールド結合を許容している。ここでエバ
ネセントフィールドとは、光学ファイバのコアの外部に
存在する電磁場のことをいう。もしも一方の光学ファイ
バのコアが他方の光学ファイバのコアのエバネセントフ
ィールド内に配置されれば、２つの光学ファイバ間に光
信号の結合が発生し、この結合は「エバネセントフィー
ルド結合」と呼ばれる。より詳細に説明すると、スイッ
チング可能なカプラは好ましくは、２つのそのようなシ
ングルモードカプラを含んでおり、各々は、カプラファ
イバの対の各々のファイバに入ってくる光の５０％をこ
の対の他のファイバに結合するように調整される。好ま
しくは、カプラの対の第２のカプラに与えられた光信号
の間に調整機能な位相差を誘起するために、このカプラ
の対の間で、圧電結晶によってファイバの対の１つが選
択的に引き延ばされる。この選択可能な位相差は好まし
くは、スイッチの出力ファイバにおいて入力ファイバの
１つからの光の相加的な干渉を引き起こし、かつ他の入
力ファイバからの光の相殺的な干渉を引き起こし、この
ため、入力ファイバの１つからの光だけが第２のカプラ
の出力ファイバに与えられる。圧電結晶に与えられる電
圧を変えることによって、その光が出力ファイバにおい
て相加的に干渉する入力ファイバが選択される。
タイミングシステムは好ましくは、変化する電圧信号を
圧電結晶に与えてスイッチング可能なカプラが適正に時
間調整されて増幅されるべき入力光信号を増幅結晶に結
合することを保証するために利用される。増幅されるべ
き入力光信号が期待されないときはいつでも、タイミン
グ回路は好ましくはポンピング照射をＮＤ：ＹＡＧ材料
に結合するために必要な電圧レベルを圧電結晶に与え
る。したがって、増幅されるべき光入力信号が存在しな
いときはいつでも、レーザ材料にはポンピング照射が与
えられる。
圧電結晶に与えてスイッチング可能なカプラが適正に時
間調整されて増幅されるべき入力光信号を増幅結晶に結
合することを保証するために利用される。増幅されるべ
き入力光信号が期待されないときはいつでも、タイミン
グ回路は好ましくはポンピング照射をＮＤ：ＹＡＧ材料
に結合するために必要な電圧レベルを圧電結晶に与え
る。したがって、増幅されるべき光入力信号が存在しな
いときはいつでも、レーザ材料にはポンピング照射が与
えられる。
この発明は好ましくはポンピング照射をＮＤ：ＹＡＧフ
ァイバの端部に結合させるので、ＮＤ：ＹＡＧファイバ
の直径はポンピング波長における吸収長を越える必要は
ないが、これは、好ましくはポンピング照射がＮＤ：Ｙ
ＡＧファイバの軸に対して直角の方向よりはむしろ軸に
沿った方向に効果的に吸収されるからである。
ァイバの端部に結合させるので、ＮＤ：ＹＡＧファイバ
の直径はポンピング波長における吸収長を越える必要は
ないが、これは、好ましくはポンピング照射がＮＤ：Ｙ
ＡＧファイバの軸に対して直角の方向よりはむしろ軸に
沿った方向に効果的に吸収されるからである。
ＮＤ：ＹＡＧ結晶内で均一な双方向性増幅を達成するた
めに、ポンピング照射は、ＮＤ：ＹＡＧファイバの両端
に配置されたスイッチング可能なカプラによって与えら
れ、好ましくはこのファイバの長さに沿って対称的な反
転分布をもたらす。
めに、ポンピング照射は、ＮＤ：ＹＡＧファイバの両端
に配置されたスイッチング可能なカプラによって与えら
れ、好ましくはこのファイバの長さに沿って対称的な反
転分布をもたらす。
この発明のこれらのおよび他の長所は、図面を参照して
最もよく理解されるであろう。
最もよく理解されるであろう。
好ましい実施例の詳細な説明 スイッチング可能なカプラ この発明の増幅器は、第１図に示されたようなスイッチ
ング可能なカプラを利用し、さらに１対の光学ファイバ
カプラ４２および４４を含んでいる。これらのカプラの
各々は、シングルモードファイバ光学材料からなる２つ
のファイバ光学線１２ａおよび１２ｂを含み、これらの
線はカプラ４２および４４内の長手方向の弓形の溝に装
着されている。これらのカプラ４２および４４の各々
は、これらのファイバ１２ａおよび１２ｂを支持するた
めの１対のブロックを含み、これらのブロックは、
（ａ）ファイバ１２ａおよび１２ｂのクラッドの部分を
研磨し、かつ（ｂ）ファイバ１２ａおよび１２ｂを支え
て、クラッドが研磨によって除去されたファイバの領域
を重ね合わせかつ調整するためのベースとなる。
ング可能なカプラを利用し、さらに１対の光学ファイバ
カプラ４２および４４を含んでいる。これらのカプラの
各々は、シングルモードファイバ光学材料からなる２つ
のファイバ光学線１２ａおよび１２ｂを含み、これらの
線はカプラ４２および４４内の長手方向の弓形の溝に装
着されている。これらのカプラ４２および４４の各々
は、これらのファイバ１２ａおよび１２ｂを支持するた
めの１対のブロックを含み、これらのブロックは、
（ａ）ファイバ１２ａおよび１２ｂのクラッドの部分を
研磨し、かつ（ｂ）ファイバ１２ａおよび１２ｂを支え
て、クラッドが研磨によって除去されたファイバの領域
を重ね合わせかつ調整するためのベースとなる。
クラッドの除去と、ファイバ１２ａおよび１２ｂの研磨
された領域の重ね合わせとは、これらのファイバ１２ａ
および１２ｂの各々のコアを、干渉領域において他のフ
ァイバのエバネンセントフィールド内に配置させる。も
しも、これらのファイバの各々のコアが、他のファイバ
に関する臨界ゾーン内に配置されると、極端に低い通過
損失および高い指向性を伴って、シングルモード結合が
ファイバ間に生じる。さらに、カプラ４２および４４を
形成するこれらのブロックは、結合効率、すなわち他方
のファイバに結合されたファイバ１２ａおよび１２ｂの
一方への光入力の割合の正確な調整をもたらすように相
対的に位置決めされる。
された領域の重ね合わせとは、これらのファイバ１２ａ
および１２ｂの各々のコアを、干渉領域において他のフ
ァイバのエバネンセントフィールド内に配置させる。も
しも、これらのファイバの各々のコアが、他のファイバ
に関する臨界ゾーン内に配置されると、極端に低い通過
損失および高い指向性を伴って、シングルモード結合が
ファイバ間に生じる。さらに、カプラ４２および４４を
形成するこれらのブロックは、結合効率、すなわち他方
のファイバに結合されたファイバ１２ａおよび１２ｂの
一方への光入力の割合の正確な調整をもたらすように相
対的に位置決めされる。
Ｉ１として示される入力光信号がカプラ４２のポートＡ
に与えられるものと仮定し、かつそれらの結合係数が５
０％であるようにカプラ４２および４４の各々が調整さ
れると仮定すると、光信号Ｉ１は、カプラ４４の出力ポ
ートＢまたはＤのいずれかに選択的に現われ得る。
に与えられるものと仮定し、かつそれらの結合係数が５
０％であるようにカプラ４２および４４の各々が調整さ
れると仮定すると、光信号Ｉ１は、カプラ４４の出力ポ
ートＢまたはＤのいずれかに選択的に現われ得る。
第１図のカプラのこのスイッチング動作は以下のように
発生する。このカプラは５０％の結合効率を有するよう
に調整されるので、この光信号Ｉ１はカプラ４２によっ
て分割される。したがって、この光信号の半分は、カプ
ラ４２の出力ポートＢに信号Ｉ２として現われる。この
信号の他の半分は、ファイバ１２ｂに結合されて、カプ
ラ４２のポートＤ上に信号Ｉ３として出力される。カプ
ラ４２の特性のために、信号Ｉ３は信号Ｉ２から９０゜
だけ位相が遅れる。
発生する。このカプラは５０％の結合効率を有するよう
に調整されるので、この光信号Ｉ１はカプラ４２によっ
て分割される。したがって、この光信号の半分は、カプ
ラ４２の出力ポートＢに信号Ｉ２として現われる。この
信号の他の半分は、ファイバ１２ｂに結合されて、カプ
ラ４２のポートＤ上に信号Ｉ３として出力される。カプ
ラ４２の特性のために、信号Ｉ３は信号Ｉ２から９０゜
だけ位相が遅れる。
ファイバ１２ａは、圧電結晶４６のまわりに巻付けら
れ、かつファイバ１２ｂは整合マンドレル４８のまわり
に巻付けられる。偏光コントローラ８２は、カプラ４４
の入力ポートＡおよびＣにおける光信号の偏光が同一で
あることを保証し、したがってこれらの光信号がカプラ
４４内で干渉することを保証するために用いられる。ス
イッチ５８から圧電結晶４６に信号が与えられ、圧電結
晶４６のまわりに巻付けられた光学ファイバ１２ａを選
択的に引き延ばし、これによって光学ファイバ１２ａ上
の光信号に、可変的な位相遅延を誘起し、さらに光信号
Ｉ２とカプラ４４の入力ポートＡにおける光信号Ｉ４と
の間に可変的な位相関係を生ずる。
れ、かつファイバ１２ｂは整合マンドレル４８のまわり
に巻付けられる。偏光コントローラ８２は、カプラ４４
の入力ポートＡおよびＣにおける光信号の偏光が同一で
あることを保証し、したがってこれらの光信号がカプラ
４４内で干渉することを保証するために用いられる。ス
イッチ５８から圧電結晶４６に信号が与えられ、圧電結
晶４６のまわりに巻付けられた光学ファイバ１２ａを選
択的に引き延ばし、これによって光学ファイバ１２ａ上
の光信号に、可変的な位相遅延を誘起し、さらに光信号
Ｉ２とカプラ４４の入力ポートＡにおける光信号Ｉ４と
の間に可変的な位相関係を生ずる。
カプラ４４のポートＣに入ってくる光信号Ｉ５のよう
に、カプラ４４に結合され、さらにファイバ１２ａに結
合されてポートＢにおいてカプラ４４から出ていく光
は、光信号Ｉ６の一部分をなすが、９０゜の位相遅延を
受けるであろう。同様に、カプラ４４のポートＡに入っ
てきて、さらにファイバ１２ｂに結合されてカプラ４４
のポートＤにおいて信号Ｉ７の一部分としてカプラ４４
から出ていく光信号Ｉ４の一部分もまた、９０゜だけ位
相が遅延されるであろう。
に、カプラ４４に結合され、さらにファイバ１２ａに結
合されてポートＢにおいてカプラ４４から出ていく光
は、光信号Ｉ６の一部分をなすが、９０゜の位相遅延を
受けるであろう。同様に、カプラ４４のポートＡに入っ
てきて、さらにファイバ１２ｂに結合されてカプラ４４
のポートＤにおいて信号Ｉ７の一部分としてカプラ４４
から出ていく光信号Ｉ４の一部分もまた、９０゜だけ位
相が遅延されるであろう。
カプラ４２および４４によって誘起される位相関係と、
圧電結晶４６によって導入される可変位相遅延とのため
に、信号Ｉ１は、圧電結晶４６の第１の形状において
は、カプラ４４の出力ポートＢに相加的に加わり、かつ
カプラ４４の出力ポートＤにおいては相殺的に干渉す
る。圧電結晶４６上の交流電圧によって、カプラ４２の
ポートＡにおける光入力信号Ｉ１はカプラ４４の出力ポ
ートＤにおいて相加的に加わり、かつカプラ４４の出力
ポートＢにおいて相殺的に干渉する。したがって、圧電
結晶４６上の電圧の調整は、カプラ４４の出力ポートＢ
およびＤの間で、信号Ｉ１を選択的に切換えるために用
いられる。同じ態様で、もしも光入力信号がカプラ４２
のポートＣに与えられると、それは同一の態様でカプラ
４４の出力ポートＢおよびＤの間で切換えられる。した
がって、圧電結晶４６に変化する電圧を与えることによ
って、カプラ４２のポートＡにおけるまたはカプラ４２
のポートＣにおける光入力信号のいずれかを選択的にカ
プラ４４の出力ポートＤに与え、他方の信号をカプラ４
４の出力ポートＢに出力することが可能である。
圧電結晶４６によって導入される可変位相遅延とのため
に、信号Ｉ１は、圧電結晶４６の第１の形状において
は、カプラ４４の出力ポートＢに相加的に加わり、かつ
カプラ４４の出力ポートＤにおいては相殺的に干渉す
る。圧電結晶４６上の交流電圧によって、カプラ４２の
ポートＡにおける光入力信号Ｉ１はカプラ４４の出力ポ
ートＤにおいて相加的に加わり、かつカプラ４４の出力
ポートＢにおいて相殺的に干渉する。したがって、圧電
結晶４６上の電圧の調整は、カプラ４４の出力ポートＢ
およびＤの間で、信号Ｉ１を選択的に切換えるために用
いられる。同じ態様で、もしも光入力信号がカプラ４２
のポートＣに与えられると、それは同一の態様でカプラ
４４の出力ポートＢおよびＤの間で切換えられる。した
がって、圧電結晶４６に変化する電圧を与えることによ
って、カプラ４２のポートＡにおけるまたはカプラ４２
のポートＣにおける光入力信号のいずれかを選択的にカ
プラ４４の出力ポートＤに与え、他方の信号をカプラ４
４の出力ポートＢに出力することが可能である。
第１図のスイッチング可能なカプラおいて、圧電結晶４
６に与えられる電圧を調整するために電子システムが利
用される。１対のセンサ５２および５４は、カプラ４４
のポートＢおよびＤに隣接した位置で光学ファイバ１２
ａおよび１２ｂに接続され、これらのポートにおける出
力光レベルを感知する。これらのセンサ５２および５４
は電気的感知信号をもたらし、これらの信号は１対のス
イッチ６８および７０を介して、１対の電圧源６０およ
び６２からの出力電圧レベルを調整する零サーボ７２お
よび７４に与えられる。スイッチ５８は、電源６０から
の出力電圧Ｖ１または電源６２からの出力電圧Ｖ２を選
択的に圧電結晶４６に与える。スイッチ５８が電源６０
からの電圧Ｖ１を圧電結晶４６に与えるときに、光信号
Ｉ１はカプラ４４の出力ポートＢにおいて相加的に干渉
し、さらに、カプラ４２のポートＣに与えられた光信号
はカプラ４４の出力ポートＤにおいて相加的に干渉す
る。
６に与えられる電圧を調整するために電子システムが利
用される。１対のセンサ５２および５４は、カプラ４４
のポートＢおよびＤに隣接した位置で光学ファイバ１２
ａおよび１２ｂに接続され、これらのポートにおける出
力光レベルを感知する。これらのセンサ５２および５４
は電気的感知信号をもたらし、これらの信号は１対のス
イッチ６８および７０を介して、１対の電圧源６０およ
び６２からの出力電圧レベルを調整する零サーボ７２お
よび７４に与えられる。スイッチ５８は、電源６０から
の出力電圧Ｖ１または電源６２からの出力電圧Ｖ２を選
択的に圧電結晶４６に与える。スイッチ５８が電源６０
からの電圧Ｖ１を圧電結晶４６に与えるときに、光信号
Ｉ１はカプラ４４の出力ポートＢにおいて相加的に干渉
し、さらに、カプラ４２のポートＣに与えられた光信号
はカプラ４４の出力ポートＤにおいて相加的に干渉す
る。
この期間中に、スイッチ６８および７０をスイッチ５８
に従属させることによって、スイッチ６８は導通し、か
つスイッチ７０は遮断される。したがって、零サーボ７
４は、カプラ４４のポートＤにおける信号すなわちＩ７
がＯであるか否かを検知し、さらに制御ライン７８上の
信号を介して電源６０の電圧Ｖ１を調整する。同様に、
スイッチ５８によって電源６２からの出力Ｖ２が圧電結
晶４６に与えられるときに、零サーボ７２は、カプラ４
２の入力ポートＡからカプラ４４のポートＢにＯの光信
号Ｉ６を与えるように電圧Ｖ２を調整するために必要な
制御信号をライン７６上に与える。入力ライン５６はス
イッチ５６を作動して、電源６０または電源６２からの
出力を圧電結晶４６に交互に与えてカプラを切換える。
に従属させることによって、スイッチ６８は導通し、か
つスイッチ７０は遮断される。したがって、零サーボ７
４は、カプラ４４のポートＤにおける信号すなわちＩ７
がＯであるか否かを検知し、さらに制御ライン７８上の
信号を介して電源６０の電圧Ｖ１を調整する。同様に、
スイッチ５８によって電源６２からの出力Ｖ２が圧電結
晶４６に与えられるときに、零サーボ７２は、カプラ４
２の入力ポートＡからカプラ４４のポートＢにＯの光信
号Ｉ６を与えるように電圧Ｖ２を調整するために必要な
制御信号をライン７６上に与える。入力ライン５６はス
イッチ５６を作動して、電源６０または電源６２からの
出力を圧電結晶４６に交互に与えてカプラを切換える。
次に第２図を参照すると、第１図を参照して説明された
スイッチング可能なカプラ８４が示されており、このカ
プラは、圧電結晶４６と、スイッチング可能なカプラ４
２および４４と、第１図を参照して説明された電子回路
を含むスイッチング回路８６とを含んでいる。前述のよ
うに、スイッチング回路８６には光センサ５２および５
４によってカプラ４４からの光出力を表わす信号が与え
られる。第２図に示された例において、パルス光源８８
からの光がスイッチング可能なカプラ８４によって、増
幅ＮＤ：ＹＡＧファイバ結晶９２を含むファイバループ
９０に与えられるものとする。ループ９０からの再循環
パルス信号がスイッチング可能なカプラ８４に存在しな
いときにはいつでも、このＮＤ：ＹＡＧファイバ結晶９
２には光源９４からポンピング照射が施される。パルス
源８８からのパルスおよび光源９４からのポンピング照
明は、カプラ４２および４４と同じ態様で構成された光
学カプラ９６によってスイッチング可能なカプラ８４の
入力に結合されるが、このカプラ９６はＮＤ：ＹＡＧ結
晶９２に対して設けられている。第３ｄ図の再循環光パ
ルスがカプラ４２のポートＣに現われるときに、この光
パルスはＮＤ：ＹＡＧ結晶９２に結合されてループ９０
内を循環し続けることが望ましい。このため、スイッチ
ング可能なカプラ８４は一時的にその他方のスイッチン
グモード（第１図の電源６２からのＶ２）へ切換えられ
てカプラ４２のポートＣにおける入力パルスをカプラ４
４の出力ポートＤ（第１図）において相加的に干渉させ
る。
スイッチング可能なカプラ８４が示されており、このカ
プラは、圧電結晶４６と、スイッチング可能なカプラ４
２および４４と、第１図を参照して説明された電子回路
を含むスイッチング回路８６とを含んでいる。前述のよ
うに、スイッチング回路８６には光センサ５２および５
４によってカプラ４４からの光出力を表わす信号が与え
られる。第２図に示された例において、パルス光源８８
からの光がスイッチング可能なカプラ８４によって、増
幅ＮＤ：ＹＡＧファイバ結晶９２を含むファイバループ
９０に与えられるものとする。ループ９０からの再循環
パルス信号がスイッチング可能なカプラ８４に存在しな
いときにはいつでも、このＮＤ：ＹＡＧファイバ結晶９
２には光源９４からポンピング照射が施される。パルス
源８８からのパルスおよび光源９４からのポンピング照
明は、カプラ４２および４４と同じ態様で構成された光
学カプラ９６によってスイッチング可能なカプラ８４の
入力に結合されるが、このカプラ９６はＮＤ：ＹＡＧ結
晶９２に対して設けられている。第３ｄ図の再循環光パ
ルスがカプラ４２のポートＣに現われるときに、この光
パルスはＮＤ：ＹＡＧ結晶９２に結合されてループ９０
内を循環し続けることが望ましい。このため、スイッチ
ング可能なカプラ８４は一時的にその他方のスイッチン
グモード（第１図の電源６２からのＶ２）へ切換えられ
てカプラ４２のポートＣにおける入力パルスをカプラ４
４の出力ポートＤ（第１図）において相加的に干渉させ
る。
スイッチング可能なカプラ８４のこのスイッチングは、
パルス源８８を活性化するライン９８上の信号によって
その動作が開始される非安定マルチバイブレータ１０２
とこの非安定マルチバイブレータ１０２の出力によって
トリガされる単安定マルチバイブレータすなわちワンシ
ョット１０４との組合わせによって実現される。この組
合わせは、第３ｃ図に示されるようにライン５６上に出
力信号を与え、このときマルチバイブレータ１０２は２
００ＫＨｚの非安定周波数に調整されてワンショット１
０４から５マイクロ秒ごとに所定の持続時間の出力パル
スを与える。ライン５６上の駆動信号は、第３ｄ図に示
されるように再循環パルスがカプラ４２のポートＣに存
在しないときはいつでも、カプラ４２のポートＡからＮ
Ｄ：ＹＡＧ結晶９２へ相加的な干渉をもたらすというこ
とが第３ｃ図からわかるであろう。第３ｃ図のローレベ
ル信号部分として示される、ワンショット１０４からの
パルスの持続信号は、第３ｄ図の循環光パルスが第３ｃ
図のパルス持続時間内に下がることを保証するのに十分
な持続時間を有している。
パルス源８８を活性化するライン９８上の信号によって
その動作が開始される非安定マルチバイブレータ１０２
とこの非安定マルチバイブレータ１０２の出力によって
トリガされる単安定マルチバイブレータすなわちワンシ
ョット１０４との組合わせによって実現される。この組
合わせは、第３ｃ図に示されるようにライン５６上に出
力信号を与え、このときマルチバイブレータ１０２は２
００ＫＨｚの非安定周波数に調整されてワンショット１
０４から５マイクロ秒ごとに所定の持続時間の出力パル
スを与える。ライン５６上の駆動信号は、第３ｄ図に示
されるように再循環パルスがカプラ４２のポートＣに存
在しないときはいつでも、カプラ４２のポートＡからＮ
Ｄ：ＹＡＧ結晶９２へ相加的な干渉をもたらすというこ
とが第３ｃ図からわかるであろう。第３ｃ図のローレベ
ル信号部分として示される、ワンショット１０４からの
パルスの持続信号は、第３ｄ図の循環光パルスが第３ｃ
図のパルス持続時間内に下がることを保証するのに十分
な持続時間を有している。
上述の説明から、スイッチング可能なカプラ８４は、上
述の電子回路と組合わされて、ポンピング照射源９４の
出力または増幅されるべき再循環光パルスをＮＤ：ＹＡ
Ｇ結晶９２の入力端部へ連続的に与えるということがわ
かる。第１図は参照して説明されたスイッチング電子回
路は、光センサ５２および５４においてＯを感知し、電
圧レベルＶ１およびＶ２を適正に調整するように設計さ
れるので、光検出器５４の出力を検出して、第３ｄ図の
再循環パルスが存在しないときに第３ｃ図の信号の低電
圧部分によって規定される期間中電源６０をセットする
ことが必要である。たとえば、第１図に示されるよう
に、ＡＮＤゲート１０６を付加すること、および第２図
に示されるように単安定マルチバイブレータすなわちワ
ンショット１０８を付加することを通じてこれは実現さ
れる。この追加されたワンショットは、ワンショット１
０４からの出力パルスの開始において発生する非常に短
い持続時間の出力パルスを有し、このワンショット１０
８からの短いパルスは、信号ライン１１０上に与えられ
る。この信号ライン１１０は、ワンショット１０４から
の信号が、第３ｃ図に示されるようにその低電圧状態に
あるが、しかし第３ｄ図に示すように循環光パルスが到
着する前の非常に短い期間中にのみ、ＡＮＤゲート１０
６を能動化し、これによってスイッチ６８をも能動化す
る。この短い期間中に、連続的な出力を有するポンピン
グ照射源は、ＮＤ：ＹＡＧ結晶９２の入力における光学
ファイバ上で相殺的に干渉し、さらに光検出器５４によ
ってＯが検出される。
述の電子回路と組合わされて、ポンピング照射源９４の
出力または増幅されるべき再循環光パルスをＮＤ：ＹＡ
Ｇ結晶９２の入力端部へ連続的に与えるということがわ
かる。第１図は参照して説明されたスイッチング電子回
路は、光センサ５２および５４においてＯを感知し、電
圧レベルＶ１およびＶ２を適正に調整するように設計さ
れるので、光検出器５４の出力を検出して、第３ｄ図の
再循環パルスが存在しないときに第３ｃ図の信号の低電
圧部分によって規定される期間中電源６０をセットする
ことが必要である。たとえば、第１図に示されるよう
に、ＡＮＤゲート１０６を付加すること、および第２図
に示されるように単安定マルチバイブレータすなわちワ
ンショット１０８を付加することを通じてこれは実現さ
れる。この追加されたワンショットは、ワンショット１
０４からの出力パルスの開始において発生する非常に短
い持続時間の出力パルスを有し、このワンショット１０
８からの短いパルスは、信号ライン１１０上に与えられ
る。この信号ライン１１０は、ワンショット１０４から
の信号が、第３ｃ図に示されるようにその低電圧状態に
あるが、しかし第３ｄ図に示すように循環光パルスが到
着する前の非常に短い期間中にのみ、ＡＮＤゲート１０
６を能動化し、これによってスイッチ６８をも能動化す
る。この短い期間中に、連続的な出力を有するポンピン
グ照射源は、ＮＤ：ＹＡＧ結晶９２の入力における光学
ファイバ上で相殺的に干渉し、さらに光検出器５４によ
ってＯが検出される。
ＤＮ：ＹＡＧ増幅 次に、３００゜ＫにおけるＮＤ：ＹＡＧ結晶９２の吸収
スペクトルの図である第４図を参照すると、ＮＤ：ＹＡ
Ｇ材料が比較的高い光学密度を有し、したがって選択さ
れた波長において短い吸収長を有しているということを
知ることができる。このため、吸収長を可能な限り短く
するために、ポンピング照射源９４の波長を選択するこ
とが賢明である。これは、ＮＤ：ＹＡＧ結晶９２の非常
に短い長さの範囲内におけるポンピング照射の吸収を実
質的に完了させる。第３図から知られるように、０．７
５および０．８１ミクロンの波長が比較的適している
が、０．５８ミクロンの波長がポンピング照射に最も適
している。
スペクトルの図である第４図を参照すると、ＮＤ：ＹＡ
Ｇ材料が比較的高い光学密度を有し、したがって選択さ
れた波長において短い吸収長を有しているということを
知ることができる。このため、吸収長を可能な限り短く
するために、ポンピング照射源９４の波長を選択するこ
とが賢明である。これは、ＮＤ：ＹＡＧ結晶９２の非常
に短い長さの範囲内におけるポンピング照射の吸収を実
質的に完了させる。第３図から知られるように、０．７
５および０．８１ミクロンの波長が比較的適している
が、０．５８ミクロンの波長がポンピング照射に最も適
している。
次に、ＮＤ：ＹＡＧ結晶９２のエネルギレベルを示す図
である第５ａ図を参照すると、上述の吸収波長における
ポンピング光がＮＤ：ＹＡＧ結晶９２によって吸収され
るときに、ネオジムイオンが基底状態からポンピングバ
ンドへと励起されるというこが理解されるであろう。イ
オンは、ポンピングバンドからフォノン干渉を通じて上
位レーザレベルへ急速に緩和する。この上位レーザレベ
ルから、ネオジムイオンは、下位レーザレベルへの比較
的遅いけい光を受ける。この後者のレベルから、最後の
急速なフォノン緩和が基底状態に向かって生じる。下位
レーザレベルと基底状態との間の急速なフォノン緩和は
実際には空白の下位レーザレベルをもたらすために、第
５ａ図に示されたタイプの４レベルレーザシステムにお
けるこの後者の急速な緩和は有利である。この特徴は第
５ｂ図に示されており、この図には、連続的なポンピン
グ期間中のＮＤ：ＹＡＧ結晶９２に対する、ポンピング
バンド、上位レーザレベル、下位レーザレベルおよび基
底状態における分布密度が示されている。上位レーザレ
ベルと下位レーザレベルとの間のけい光の速度は、ポン
ピングバンドと上位レーザレベルとの間のフォノン緩和
と比較して比較的遅く、さらに下位レーザレベルと基底
状態との間のフォノン緩和と比較しても同様なので、上
位レーザレベルにおける分布密度は下位レーザレベルに
おけるそれよりも実質的に高く、高い反転率を生じる。
自然けい光に先行する、上位レーザレベルにおけるネオ
ジムイオンの平均寿命は、２３０マイクロ秒である。こ
のネオジムイオン分布は、数マイクロ秒にわたって実質
的に反転された状態に留まるので、この比較的長い寿命
は、増幅されるべき光信号の入力に先立って、スイッチ
ングカプラ８４（第２図）によってこのポンピング照射
を中断させる。
である第５ａ図を参照すると、上述の吸収波長における
ポンピング光がＮＤ：ＹＡＧ結晶９２によって吸収され
るときに、ネオジムイオンが基底状態からポンピングバ
ンドへと励起されるというこが理解されるであろう。イ
オンは、ポンピングバンドからフォノン干渉を通じて上
位レーザレベルへ急速に緩和する。この上位レーザレベ
ルから、ネオジムイオンは、下位レーザレベルへの比較
的遅いけい光を受ける。この後者のレベルから、最後の
急速なフォノン緩和が基底状態に向かって生じる。下位
レーザレベルと基底状態との間の急速なフォノン緩和は
実際には空白の下位レーザレベルをもたらすために、第
５ａ図に示されたタイプの４レベルレーザシステムにお
けるこの後者の急速な緩和は有利である。この特徴は第
５ｂ図に示されており、この図には、連続的なポンピン
グ期間中のＮＤ：ＹＡＧ結晶９２に対する、ポンピング
バンド、上位レーザレベル、下位レーザレベルおよび基
底状態における分布密度が示されている。上位レーザレ
ベルと下位レーザレベルとの間のけい光の速度は、ポン
ピングバンドと上位レーザレベルとの間のフォノン緩和
と比較して比較的遅く、さらに下位レーザレベルと基底
状態との間のフォノン緩和と比較しても同様なので、上
位レーザレベルにおける分布密度は下位レーザレベルに
おけるそれよりも実質的に高く、高い反転率を生じる。
自然けい光に先行する、上位レーザレベルにおけるネオ
ジムイオンの平均寿命は、２３０マイクロ秒である。こ
のネオジムイオン分布は、数マイクロ秒にわたって実質
的に反転された状態に留まるので、この比較的長い寿命
は、増幅されるべき光信号の入力に先立って、スイッチ
ングカプラ８４（第２図）によってこのポンピング照射
を中断させる。
増幅されるべき信号は、レーザ遷移波長（１．０６４ミ
クロン）、すなわち上位レーザレベルと下位レーザレベ
ルとの間の緩和期間中におけるＮＤ：ＹＡＧイオンによ
って放出された光の波長における波長を有するように選
択される。スイッチング可能なカプラ８４（第２図）に
よってこの信号が結晶９２に与えられるときに、それ
は、同一の周波数において、この信号とコヒーレントな
誘導されたフォトンの放出をトリガし、さらにこの信号
はそれによって増幅される。したがって、この周波数に
おける光の通過は、増幅されるべき光信号と同位相で、
第５ａ図の上位レーザレベルと下位レーザレベルとの間
のフォトン放出緩和を引き起こし、これによって入力光
信号に対する有効な利得を生じる。
クロン）、すなわち上位レーザレベルと下位レーザレベ
ルとの間の緩和期間中におけるＮＤ：ＹＡＧイオンによ
って放出された光の波長における波長を有するように選
択される。スイッチング可能なカプラ８４（第２図）に
よってこの信号が結晶９２に与えられるときに、それ
は、同一の周波数において、この信号とコヒーレントな
誘導されたフォトンの放出をトリガし、さらにこの信号
はそれによって増幅される。したがって、この周波数に
おける光の通過は、増幅されるべき光信号と同位相で、
第５ａ図の上位レーザレベルと下位レーザレベルとの間
のフォトン放出緩和を引き起こし、これによって入力光
信号に対する有効な利得を生じる。
この発明の増幅器において達成され得る利得は、ＮＤ：
ＹＡＧ結晶９２内の反転されたネオジムイオン分布の密
度に依存している。ＮＤ：ＹＡＧ材料において、イット
リウム原子はその結晶格子においてネオジム原子と置換
えられるので、初めに、最大反転分布はＹＡＧ材料９２
自体の格子構造によって制限される。１００個のイット
リウム原子ごとにほぼ１つのイットリウム原子のみが、
ＮＤ：ＹＡＧ材料の格子構造を破壊することなく、ネオ
ジムイオンによって置換えられる。
ＹＡＧ結晶９２内の反転されたネオジムイオン分布の密
度に依存している。ＮＤ：ＹＡＧ材料において、イット
リウム原子はその結晶格子においてネオジム原子と置換
えられるので、初めに、最大反転分布はＹＡＧ材料９２
自体の格子構造によって制限される。１００個のイット
リウム原子ごとにほぼ１つのイットリウム原子のみが、
ＮＤ：ＹＡＧ材料の格子構造を破壊することなく、ネオ
ジムイオンによって置換えられる。
この発明の増幅器の小さな利得信号ｇ０の理論上の計算
は、ｇ０＝δΔＮの関係を用いて行なうことができ、こ
こでδはＮＤ：ＹＡＧの誘導放出断面積すなわち８．８
×１０−１９cm2であり、かつΔＮは、次の式によって
与えられる分布反転密度である。
は、ｇ０＝δΔＮの関係を用いて行なうことができ、こ
こでδはＮＤ：ＹＡＧの誘導放出断面積すなわち８．８
×１０−１９cm2であり、かつΔＮは、次の式によって
与えられる分布反転密度である。
ここで、ＰＰは吸収されたポンピングパワーであり、Ｖ
は結晶の体積であり、したがってＰＰ／Ｖはファイバの
単位体積あたりの吸収されたポンピングパワーであり、
ｔＳＰは、自然放射寿命、すなわちネオジムイオンの２
３０マイクロ秒のけい光緩和時間であり、ｎ１は、第４
図に示されるように、ＮＤ：ＹＡＧ吸収線とのポンピン
グ出力の有効なスペクトルの重複であり、ｎ２は、１．
０６４ミクロンのけい光の量子効率に等しく、すなわち
０．６３であり、ｈは、ポンピングフォトンのエネルギ
に等しい。
は結晶の体積であり、したがってＰＰ／Ｖはファイバの
単位体積あたりの吸収されたポンピングパワーであり、
ｔＳＰは、自然放射寿命、すなわちネオジムイオンの２
３０マイクロ秒のけい光緩和時間であり、ｎ１は、第４
図に示されるように、ＮＤ：ＹＡＧ吸収線とのポンピン
グ出力の有効なスペクトルの重複であり、ｎ２は、１．
０６４ミクロンのけい光の量子効率に等しく、すなわち
０．６３であり、ｈは、ポンピングフォトンのエネルギ
に等しい。
上述の関係を組合わせると、以下の式が与えられる。
したがって、利得はポンピングパワーに依存している。
値ＰＰは吸収されたポンピングパワーであり、結晶９２
の長さの増大が必ずしも利得を増大させないということ
が認識されるべきである。したがって、もしも光源９４
からのポンピング放射が、ＮＤ：ＹＡＧ結晶９２へ完全
に結合され、かつこの結晶９２にポンピング放射をほぼ
完全に吸収させるのに十分な長さだけ結晶９２内を移動
するならば、そのときはこの方程式における値ＰＰは入
力パワーレベルによって置換えられる。しかしながら、
正味の利得を得るためには、ｇ０から、１．０６４ミク
ロンにおけるＮＤ：ＹＡＧ結晶９２内の伝播損失を減算
しなければならない。キロメートルあたりの１００dbの
損失は、センチメートルあたり０．００１dbだけ利得を
減少させる。したがって、もしも結晶９２の全体の長さ
が比較的短く保たれ、一方で未だに入力ポンピングパワ
ーのすべてを実質的に吸収し続けているとすると、増幅
器内における伝播損失はローレベルに維持され得る。
値ＰＰは吸収されたポンピングパワーであり、結晶９２
の長さの増大が必ずしも利得を増大させないということ
が認識されるべきである。したがって、もしも光源９４
からのポンピング放射が、ＮＤ：ＹＡＧ結晶９２へ完全
に結合され、かつこの結晶９２にポンピング放射をほぼ
完全に吸収させるのに十分な長さだけ結晶９２内を移動
するならば、そのときはこの方程式における値ＰＰは入
力パワーレベルによって置換えられる。しかしながら、
正味の利得を得るためには、ｇ０から、１．０６４ミク
ロンにおけるＮＤ：ＹＡＧ結晶９２内の伝播損失を減算
しなければならない。キロメートルあたりの１００dbの
損失は、センチメートルあたり０．００１dbだけ利得を
減少させる。したがって、もしも結晶９２の全体の長さ
が比較的短く保たれ、一方で未だに入力ポンピングパワ
ーのすべてを実質的に吸収し続けているとすると、増幅
器内における伝播損失はローレベルに維持され得る。
ＮＤ：ＹＡＧ結晶材料９２の比較的遅いけい光のため
に、ポンピング照射を与えることは、第３ａ図ないし第
３ｄ図を参照して既に説明した態様で中断され、このた
め、ポンピング照射が結晶９２に与えられないときに第
３ｃ図の低電圧部分によって規定される短い期間中に、
カプラ８４は第３ｄ図の再循環パルスをＮＤ：ＹＡＧ結
晶９２へ与える。
に、ポンピング照射を与えることは、第３ａ図ないし第
３ｄ図を参照して既に説明した態様で中断され、このた
め、ポンピング照射が結晶９２に与えられないときに第
３ｃ図の低電圧部分によって規定される短い期間中に、
カプラ８４は第３ｄ図の再循環パルスをＮＤ：ＹＡＧ結
晶９２へ与える。
ＮＤ：ＹＡＧ結晶９２へポンピング照射と入力信号とを
交互に与えることの効果は、第３ｅ図のイオン反転率の
表示において示されている。この図から、ＮＤ：ＹＡＧ
ファイバ９２のイオンはまず、期間ｔ１の間に光源９４
からのポンピング照射によって反転されるということが
わかる。パルス源８８からの最初の光パルスの１０％が
カプラ９６によってスイッチング可能なカプラ８４に結
合され、さらに第３ｂ図に示されるようにＮＤ：ＹＡＧ
ファイバ９２に与えられる。この光パルスは、第３ｅ図
に示されるように、イオン反転率を減少させながら、結
晶９２において増幅される。第３ｄ図に示されるよう
に、時間ｔ２の後に現われる、ループ９０からの次の連
続するパルスを与える準備として、光源９４からの連続
するポンピング照射は、その後結晶９２内においてイオ
ン分布を再反転する。このパルスは、第３ｅ図に示され
るように、イオン反転率を減少させながら、結晶９２内
で増幅される。この過程は、非安定マルチバイブレータ
１０２によって制御されて続き、このときスイッチング
可能なカプラ８４は、再循環パルスがスイッチング可能
なカプラ８４の入力に存在しないときはいつでもポンピ
ング照射源９４から結晶９２へ出力光を与えるように動
作するが、しかしワンショット１０４によって規定され
る期間中はその他方のモードに切換えて、スイッチング
可能なカプラ８４の入力にそれらが現われるときに第３
ｄ図の再循環光パルスを結晶９２へ結合する。
交互に与えることの効果は、第３ｅ図のイオン反転率の
表示において示されている。この図から、ＮＤ：ＹＡＧ
ファイバ９２のイオンはまず、期間ｔ１の間に光源９４
からのポンピング照射によって反転されるということが
わかる。パルス源８８からの最初の光パルスの１０％が
カプラ９６によってスイッチング可能なカプラ８４に結
合され、さらに第３ｂ図に示されるようにＮＤ：ＹＡＧ
ファイバ９２に与えられる。この光パルスは、第３ｅ図
に示されるように、イオン反転率を減少させながら、結
晶９２において増幅される。第３ｄ図に示されるよう
に、時間ｔ２の後に現われる、ループ９０からの次の連
続するパルスを与える準備として、光源９４からの連続
するポンピング照射は、その後結晶９２内においてイオ
ン分布を再反転する。このパルスは、第３ｅ図に示され
るように、イオン反転率を減少させながら、結晶９２内
で増幅される。この過程は、非安定マルチバイブレータ
１０２によって制御されて続き、このときスイッチング
可能なカプラ８４は、再循環パルスがスイッチング可能
なカプラ８４の入力に存在しないときはいつでもポンピ
ング照射源９４から結晶９２へ出力光を与えるように動
作するが、しかしワンショット１０４によって規定され
る期間中はその他方のモードに切換えて、スイッチング
可能なカプラ８４の入力にそれらが現われるときに第３
ｄ図の再循環光パルスを結晶９２へ結合する。
多くの状況下において、ループ９０内でパルス源８８か
ら対向して伝播するパルスを与えることが必要であると
いうことが理解されるであろう。第６図に示される装置
はそのような対向する伝播をもたらすばかりでなく、Ｎ
Ｄ：ＹＡＧの９０％の結合効率内で均一な双方向性増幅
を行なう増幅器の一実施例である。したがって、ポンピ
ング照射源９４の出力の９０％は、カプラ９６によって
スイッチング可能なカプラ８４に与えられ、一方でパル
ス源８８の出力の１０％は、スイッチング可能なカプラ
８４に与えられる。パルス源８８からの光パルス出力の
１０％は、スイッチング可能なカプラ８４によってＮ
Ｄ：ＹＡＧ結晶９２へ結合され、ここでパルスは増幅さ
れてファイバループ９０に与えられる。この説明のため
に、ループ９０はほぼ１kmの長さであり、したがってパ
ルス信号は、ほぼ５マイクロ秒、すなわち光パルスが１
kmのファイバを横断するのに必要な時間の遅延の様に、
ループ９０から出力され、カプラ４２のポートＣへ伝送
されるものと仮定する。
ら対向して伝播するパルスを与えることが必要であると
いうことが理解されるであろう。第６図に示される装置
はそのような対向する伝播をもたらすばかりでなく、Ｎ
Ｄ：ＹＡＧの９０％の結合効率内で均一な双方向性増幅
を行なう増幅器の一実施例である。したがって、ポンピ
ング照射源９４の出力の９０％は、カプラ９６によって
スイッチング可能なカプラ８４に与えられ、一方でパル
ス源８８の出力の１０％は、スイッチング可能なカプラ
８４に与えられる。パルス源８８からの光パルス出力の
１０％は、スイッチング可能なカプラ８４によってＮ
Ｄ：ＹＡＧ結晶９２へ結合され、ここでパルスは増幅さ
れてファイバループ９０に与えられる。この説明のため
に、ループ９０はほぼ１kmの長さであり、したがってパ
ルス信号は、ほぼ５マイクロ秒、すなわち光パルスが１
kmのファイバを横断するのに必要な時間の遅延の様に、
ループ９０から出力され、カプラ４２のポートＣへ伝送
されるものと仮定する。
次に、第２図に関連して、第３ａ図を参照すると、ポン
ピング源９４からの出力照射が連続的であり、かつカプ
ラ９６は光源９４からのこの出力の９０％をスイッチ８
４のカプラ４２のポートＡに連続的に与えるということ
がわかる。
ピング源９４からの出力照射が連続的であり、かつカプ
ラ９６は光源９４からのこの出力の９０％をスイッチ８
４のカプラ４２のポートＡに連続的に与えるということ
がわかる。
第３ｂ図に示されるように、上述の態様で結晶９２のネ
オジムイオンを反転するために必要とされるいくつかの
初期期間の後に、パルス源８８は１つの光信号を与え
る。パルス源８８は、第２図に示される、入力制御ライ
ン９８上の信号によってトリガされる。第３ｂ図に示さ
れる光パルスはこのようにスイッチング可能なカプラ８
４を横断し、以下に説明される態様で結晶９２内で増幅
され、さらにループ９０を介して循環し付加的な時間ｔ
２（５マイクロ秒）の後にカプラ４２の入力ポートＣに
再度現われ、この光パルスは第３ｄ図に示されている。
第３ｄ図のこの再循環光パルスがカプラ４２のポートＣ
に現われるまで、圧電結晶４６における信号はレベル
（第１図の電源６０からのＶ１）に維持されて結晶９２
からの出力光信号を結合する。第６図の装置において、
第２図を参照して行なわれた説明に従って設計された１
対のスイッチング可能なカプラ８４ａおよび８４ｂが、
結晶９２の向かい合った端部に設けられている。これら
のスイッチング可能なカプラには、第２図を参照して既
に説明された同一の態様で１対のポンピング源９４ａお
よび９４ｂからポンピング照射が与えられており、１対
のカプラ９６ａおよび９６ｂは、光源９４ａおよび９４
ｂの出力の９０％を各々スイッチング可能なカプラ８４
ａおよび８４ｂに結合するために利用されている。この
パルス源８８はカプラ１１２へ接続されており、このカ
プラ１１２は、カプラ４２および４４の同一の態様で構
成されており、５０％の結合効率を有するように調整さ
れている。したがって、パルス源８８の出力は分割さ
れ、出力光パルスの半分はカプラ９６ａに与えられ、か
つ残りの半分はカプラ９６ｂに与えられている。これら
の後者のカプラ９６ａおよび９６ｂにおいて、この５０
％の１０％は、各々スイッチング可能なカプラ８４ａお
よび８４ｂに結合され、ループ９０内で対向して伝播す
る。第２図を参照して説明された態様で、制御電圧がス
イッチング可能なカプラ８４ａおよび８４ｂに与えられ
るということが理解されるであろう。
オジムイオンを反転するために必要とされるいくつかの
初期期間の後に、パルス源８８は１つの光信号を与え
る。パルス源８８は、第２図に示される、入力制御ライ
ン９８上の信号によってトリガされる。第３ｂ図に示さ
れる光パルスはこのようにスイッチング可能なカプラ８
４を横断し、以下に説明される態様で結晶９２内で増幅
され、さらにループ９０を介して循環し付加的な時間ｔ
２（５マイクロ秒）の後にカプラ４２の入力ポートＣに
再度現われ、この光パルスは第３ｄ図に示されている。
第３ｄ図のこの再循環光パルスがカプラ４２のポートＣ
に現われるまで、圧電結晶４６における信号はレベル
（第１図の電源６０からのＶ１）に維持されて結晶９２
からの出力光信号を結合する。第６図の装置において、
第２図を参照して行なわれた説明に従って設計された１
対のスイッチング可能なカプラ８４ａおよび８４ｂが、
結晶９２の向かい合った端部に設けられている。これら
のスイッチング可能なカプラには、第２図を参照して既
に説明された同一の態様で１対のポンピング源９４ａお
よび９４ｂからポンピング照射が与えられており、１対
のカプラ９６ａおよび９６ｂは、光源９４ａおよび９４
ｂの出力の９０％を各々スイッチング可能なカプラ８４
ａおよび８４ｂに結合するために利用されている。この
パルス源８８はカプラ１１２へ接続されており、このカ
プラ１１２は、カプラ４２および４４の同一の態様で構
成されており、５０％の結合効率を有するように調整さ
れている。したがって、パルス源８８の出力は分割さ
れ、出力光パルスの半分はカプラ９６ａに与えられ、か
つ残りの半分はカプラ９６ｂに与えられている。これら
の後者のカプラ９６ａおよび９６ｂにおいて、この５０
％の１０％は、各々スイッチング可能なカプラ８４ａお
よび８４ｂに結合され、ループ９０内で対向して伝播す
る。第２図を参照して説明された態様で、制御電圧がス
イッチング可能なカプラ８４ａおよび８４ｂに与えられ
るということが理解されるであろう。
第６図の構成は、ループ９０内でパルスを対向して伝播
させるが、またポンピング照射をＮＤ：ＹＡＧ結晶９２
の両端に与える。
させるが、またポンピング照射をＮＤ：ＹＡＧ結晶９２
の両端に与える。
もしも、第２図の構成において示されるように、単一の
ポンピング源のみが利用されるならば、ＮＤ：ＹＡＧ結
晶９２は均一には照射されないであろう。したがって、
ネオジムイオンの反転された分布は、結晶９２の長さに
沿って均一には分布されないであろう。この増幅器内に
おける不均一性または非対称性の状態は、スイッチング
可能なカプラ８４ｂからの信号入力に対する利得とは異
なる、スイッチング可能なカプラ８４ａからの信号入力
に対する利得を生じるので（特にこれらの信号が同時に
生じるとき）、１対のポンピング源９４ａおよび９４ｂ
を利用することが有利である。
ポンピング源のみが利用されるならば、ＮＤ：ＹＡＧ結
晶９２は均一には照射されないであろう。したがって、
ネオジムイオンの反転された分布は、結晶９２の長さに
沿って均一には分布されないであろう。この増幅器内に
おける不均一性または非対称性の状態は、スイッチング
可能なカプラ８４ｂからの信号入力に対する利得とは異
なる、スイッチング可能なカプラ８４ａからの信号入力
に対する利得を生じるので（特にこれらの信号が同時に
生じるとき）、１対のポンピング源９４ａおよび９４ｂ
を利用することが有利である。
ネオジムイオンの非対称性の反転分布を伴って結晶９２
を異なった方向に横切る信号に対する利得が同じではな
いという現象は以下のように発生する。増幅されるべき
信号が第６図の結晶９２において左から右へ伝播するに
つれて、それはＮＤ：ＹＡＧ結晶９２内において誘導さ
れたフォトンの放出をトリガするということが認識され
るであろう。そのようなトリガ放出は、もちろん第３ｅ
図に示されるように結晶９２内において反転分布をより
低くする。もしも、たとえばジャイロスコープにおい
て、１対のパルスが結晶９２を介して向かい合った方向
に同時に伝播するならば、左端部における信号入力は、
右端部における信号入力が第６図に示されるように、結
晶９２の左端部に到達する前にこの端部に隣接する反転
分布を空白にする。もしも、反転分布が、結晶９２の左
端部において右端部におけるよりもより高いならば、単
一ポンピング源９４のみが利用される場合と同じであ
り、それは、右端部における入力である信号が高密度の
左端部に到達する前に反転分布を減少させるので、左側
における信号入力はより大きな増幅を受ける。このよう
に、第６図に示された１対のポンピング源９４ａおよび
９４ｂと、スイッチング可能なカプラ８４ａおよび８４
ｂとは、対称的な増幅をもたらすために利用される。
を異なった方向に横切る信号に対する利得が同じではな
いという現象は以下のように発生する。増幅されるべき
信号が第６図の結晶９２において左から右へ伝播するに
つれて、それはＮＤ：ＹＡＧ結晶９２内において誘導さ
れたフォトンの放出をトリガするということが認識され
るであろう。そのようなトリガ放出は、もちろん第３ｅ
図に示されるように結晶９２内において反転分布をより
低くする。もしも、たとえばジャイロスコープにおい
て、１対のパルスが結晶９２を介して向かい合った方向
に同時に伝播するならば、左端部における信号入力は、
右端部における信号入力が第６図に示されるように、結
晶９２の左端部に到達する前にこの端部に隣接する反転
分布を空白にする。もしも、反転分布が、結晶９２の左
端部において右端部におけるよりもより高いならば、単
一ポンピング源９４のみが利用される場合と同じであ
り、それは、右端部における入力である信号が高密度の
左端部に到達する前に反転分布を減少させるので、左側
における信号入力はより大きな増幅を受ける。このよう
に、第６図に示された１対のポンピング源９４ａおよび
９４ｂと、スイッチング可能なカプラ８４ａおよび８４
ｂとは、対称的な増幅をもたらすために利用される。
第１図は、この発明の増幅器に用いられるスイッチング
可能なカプラの概略図である。 第２図は、この発明の増幅構造と協働する第１図のスイ
ッチング可能なカプラの概略図である。 第３ａ図，第３ｂ図，第３ｃ図，第３ｄ図および第３ｅ
図は、第２図の増幅器内における照射パルスおよび電気
的信号を示す図である。 第４図は、３００゜ＫにおけるＮＤ：ＹＡＧの吸収スペ
クトルを示す図である。 第５ａ図および第５ｂ図は、ＮＤ：ＹＡＧのようなドー
プされた材料を用いる４−レベルレーザの簡略化された
エネルギレベルを示す図である。 第６図は、対向して伝播するパルスをファイバループ内
へ与えさらに対称的な増幅をもたらす、この発明に伴う
増幅器の概略図である。 図において、１２ａ，１２ｂはファイバ光学線、４２，
４４，９６，９６ａ，９６ｂ，１１２は光学ファイバカ
プラ、４６は圧電結晶、４８は整合マンドレル、５２，
５４はセンサ、５８，６８，７０はスイッチ、６０，６
２は電源、７２，７４は零サーボ、８２は偏光コントロ
ーラ、８４，８４ａ，８４ｂはスイッチング可能なカプ
ラ、８６はスイッチング回路、８８はパルス光源、９０
はファイバループ、９２はＮＤ：ＹＡＧ結晶、９４，９
４ａ，９４ｂはポンピング照射源、１０２はマルチバイ
ブレータ、１０４，１０８はワンショット、１０６はＡ
ＮＤゲートを示す。
可能なカプラの概略図である。 第２図は、この発明の増幅構造と協働する第１図のスイ
ッチング可能なカプラの概略図である。 第３ａ図，第３ｂ図，第３ｃ図，第３ｄ図および第３ｅ
図は、第２図の増幅器内における照射パルスおよび電気
的信号を示す図である。 第４図は、３００゜ＫにおけるＮＤ：ＹＡＧの吸収スペ
クトルを示す図である。 第５ａ図および第５ｂ図は、ＮＤ：ＹＡＧのようなドー
プされた材料を用いる４−レベルレーザの簡略化された
エネルギレベルを示す図である。 第６図は、対向して伝播するパルスをファイバループ内
へ与えさらに対称的な増幅をもたらす、この発明に伴う
増幅器の概略図である。 図において、１２ａ，１２ｂはファイバ光学線、４２，
４４，９６，９６ａ，９６ｂ，１１２は光学ファイバカ
プラ、４６は圧電結晶、４８は整合マンドレル、５２，
５４はセンサ、５８，６８，７０はスイッチ、６０，６
２は電源、７２，７４は零サーボ、８２は偏光コントロ
ーラ、８４，８４ａ，８４ｂはスイッチング可能なカプ
ラ、８６はスイッチング回路、８８はパルス光源、９０
はファイバループ、９２はＮＤ：ＹＡＧ結晶、９４，９
４ａ，９４ｂはポンピング照射源、１０２はマルチバイ
ブレータ、１０４，１０８はワンショット、１０６はＡ
ＮＤゲートを示す。
Claims (14)
- 【請求項１】レーザを放射することができる材料から形
成されたレーザ放射ファイバと、 前記材料のイオン分布を反転するためのポンピング照射
の照射源と、 増幅されるべき信号の信号源と、 前記ポンピング照射の照射源と、前記増幅されるべき信
号の信号源と、前記レーザ放射ファイバとに結合され
て、前記ポンピング照射または前記増幅されるべき信号
を前記レーザ放射ファイバに交互に結合するスイッチン
グ手段とを備えた、ファイバ光学システムのための増幅
器。 - 【請求項２】前記スイッチング手段は、 １対の入力光学ファイバおよび１対の出力光学ファイバ
を有する第１のファイバ光学カプラを備え、前記１対の
入力光学ファイバの一方のファイバは前記ポンピング照
射の照射源に接続され、かつ前記１対の入力光学ファイ
バの他方のファイバは前記増幅されるべき信号を受け取
るように接続され、 前記第１のファイバ光学カプラの前記１対の出力光学フ
ァイバに接続された１対の入力光学ファイバと、前記レ
ーザ放射ファイバに接続された出力光学ファイバとを含
む第２のファイバ光学ガプラと、 前記第２のファイバ光学カプラの前記１対の入力光学フ
ァイバの一方のファイバに結合された光に選択可能な位
相偏移を誘起する装置とをさらに備えた、特許請求の範
囲第１項記載のファイバ光学システムのための増幅器。 - 【請求項３】前記選択可能な位相偏移を誘起する装置
は、第１および第２のモードで動作し、前記第１のモー
ドは、前記第１のファイバ光学カプラの前記１対の入力
光学ファイバの一方のファイバに入力された光を前記第
２のファイバ光学カプラの前記出力光学ファイバに相加
的に加え、前記第２のモードは、前記第１の光学カプラ
の前記１対の入力光学ファイバの前記他方のファイバに
導入された光を前記第２のファイバ光学カプラの前記出
力光学ファイバに相加的に加える、特許請求の範囲第２
項記載のファイバ光学システムのための増幅器。 - 【請求項４】前記選択可能な位相偏移を誘起するための
装置のモードを決定するための制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記選択可能な位相偏移を誘起するた
めの装置を作動して、前記増幅されるべき信号に選択可
能な位相偏移を誘起する、特許請求の範囲第３項記載の
ファイバ光学システムのための増幅器。 - 【請求項５】前記増幅されるべき信号は、前記第１のフ
ァイバ光学カプラと、前記レーザ放射ファイバと、前記
第２のファイバ光学カプラとによって形成されるループ
を介して周期的に循環し、かつ前記制御回路は、前記選
択可能な位相偏移を誘起するための装置のモードを、前
記第１および第２のモードの間で周期的に交替させる、
特許請求の範囲第４項記載のファイバ光学システムのた
めの増幅器。 - 【請求項６】前記レーザ放射ファイバは、前記光信号の
周波数においてレーザ放射をすることができる、特許請
求の範囲第１項記載のファイバ光学システムのための増
幅器。 - 【請求項７】前記増幅されるべき光信号は双方向性であ
り、かつ前記スイッチング手段は、前記双方向性光信号
を前記レーザ放射ファイバに接続する、特許請求の範囲
第６項記載のファイバ光学システムのための増幅器。 - 【請求項８】前記スイッチング手段は、前記ポンピング
照射の照射源を前記レーザ放射ファイバの両端に接続し
て双方向的に前記レーザ放射ファイバを照射する、特許
請求の範囲第７項記載のファイバ光学システムのための
増幅器。 - 【請求項９】前記位相偏移を調整するためのフィードバ
ックシステムをさらに備える、特許請求の範囲第２項記
載のファイバ光学システムのための増幅器。 - 【請求項１０】前記選択可能な位相偏移を誘起するため
の装置は、前記カプラの間に、圧電結晶のまわりに巻か
れた光学ファイバのループを備える、特許請求の範囲第
２項または第９項記載のファイバ光学システムのための
増幅器。 - 【請求項１１】光信号の波長でレーザ放射することがで
きる材料でドーブされたレーザ放射ファイバと、前記レ
ーザ放射ファイバをポンピングするための照射源とを利
用するファイバ光学システムにおける前記光学信号を増
幅する方法であって、 前記光信号の到着前の第１の期間中に前記照射源を前記
レーザ放射ファイバに結合するステップと、 前記光信号の到着に先立って前記レーザ放射ファイバか
ら前記照射源を切り離すステップと、 前記光信号が到着したときに、前記光信号を前記レーザ
放射ファイバに結合するステップとを含む、方法。 - 【請求項１２】前記光信号の前記結合は、前記切り離し
ステップの後に、前記レーザ放射ファイバの自然けい光
時間内に発生する、特許請求の範囲第１１項記載の光信
号の増幅方法。 - 【請求項１３】前記光信号は一定の間隔で到着し、かつ
前記結合および切り離しステップは、前記一定の間隔で
周期的に発生する、特許請求の範囲第１１項記載の光信
号の増幅方法。 - 【請求項１４】前記照射源を結合するステップと前記光
信号を結合するステップとは、前記照射源と前記光信号
とに接続された１組の入力を有しかつ前記レーザ放射フ
ァイバに接続された出力を有するスイッチのモードを周
期的に変えることによって実行される、特許請求の範囲
第１１項記載の光信号の増幅方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/531,231 US4554510A (en) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | Switching fiber optic amplifier |
| US531231 | 1983-09-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60157278A JPS60157278A (ja) | 1985-08-17 |
| JPH0626265B2 true JPH0626265B2 (ja) | 1994-04-06 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59187249A Expired - Lifetime JPH0626265B2 (ja) | 1983-09-12 | 1984-09-06 | フアイバ光学システムのための増幅器 |
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|---|---|
| US (1) | US4554510A (ja) |
| EP (1) | EP0139436B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0626265B2 (ja) |
| KR (1) | KR850002332A (ja) |
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| AU (1) | AU573620B2 (ja) |
| BR (1) | BR8404537A (ja) |
| CA (1) | CA1210485A (ja) |
| DE (1) | DE3467664D1 (ja) |
| IL (1) | IL72844A (ja) |
| NO (1) | NO843595L (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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