JPH06283798A - Fiber laser and optical fiber amplifier - Google Patents

Fiber laser and optical fiber amplifier

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Publication number
JPH06283798A
JPH06283798A JP5071565A JP7156593A JPH06283798A JP H06283798 A JPH06283798 A JP H06283798A JP 5071565 A JP5071565 A JP 5071565A JP 7156593 A JP7156593 A JP 7156593A JP H06283798 A JPH06283798 A JP H06283798A
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JP
Japan
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wavelength
light
band
optical fiber
level
Prior art date
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Pending
Application number
JP5071565A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Yamamoto
貴司 山本
Yoshiaki Miyajima
義昭 宮島
Tetsuo Komukai
哲郎 小向
Tomonori Sugawa
智規 須川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To efficiently oscillate 1.9mum band light by using a fluoride fiber whose core contains thulium as a gain medium and using a pumping beam which has a specific wavelength. CONSTITUTION:A pumping beam, which is oscillated by a color center laser 2 and have a wavelength range of 1.55-1.65mum, are reflected by a dichroic mirror 3 to be applied on the one edge of an optical fiber 1 through a condenser lens 4 and are permitted to enter a laser resonator. Thulium ions are present in the core area of the fluoride optical fiber 1, the thulium ions which are at <3>H6 level are bumped once to a level of <3>H4 by the pumping beam and are returned to the <3>H6 level. At that time, light which have a wavelength of 1.9mum band and have energy that equals to the energy difference between the <3>H4 level and the <3>H6 level is emitted. The beam is emitted from the other edge of the optical fiber 1, reflected by the mirror 5 to be directed to the fiber 1 again and a beam with wavelength of 1.9mum band is emitted. Thus, the high- power and highly efficient fiber laser with a wavelength of 1.9mum band is provided.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ファイバレーザ及び光
ファイバ増幅器に関するもので、希土類、特にツリウム
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
レーザ及び光ファイバ増幅器に適用して有効な技術に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber laser and an optical fiber amplifier, and a technique effective when applied to a fiber laser and an optical fiber amplifier using a rare earth element, in particular, an optical fiber doped with thulium as a core, as a gain medium. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1はフッ化物ガラス中のツリウムイオ
ンのエネルギー準位図であり、図1中の各エネルギー準
位の右側にエネルギー値を、図1中の各エネルギー準位
の左側に各準位の名称を、矢印に付与された数字は各矢
印の遷移が生じたときに吸収(図1中、上向きの矢印に
相当する)、または放出(図1中、下向きの矢印に相当す
る)される光の波長をそれぞれ示す。ただし、エネルギ
ーの単位は、波数単位を基本とした1/cm(分光学で言
うと、K(カイザー)に相当する)で表し、エネルギー準
位の名称は、Russell-Saundersの表記法(参照文献:
G.Herzberg著,堀健夫訳“原子スペクトルと原子構
造”丸善株式会社)にもとづくものであり、アルファベ
ットの大文字は合成軌道角運動量を、上付きの添数字は
電子の全スピン角運動量にもとづくスペクトル項の多重
度を、下付きの添数字は全角運動量をそれぞれ表すもの
である。なお、36準位は、結晶電場によって生じるシ
ュタルク効果により、縮退していた準位が分裂して広が
った幅のある準位となっている。
2. Description of the Related Art FIG. 1 is an energy level diagram of thulium ions in a fluoride glass. Energy values are shown on the right side of each energy level in FIG. 1, and energy values are shown on the left side of each energy level in FIG. The level name, the number given to the arrow is absorbed (corresponding to the upward arrow in FIG. 1) or released (corresponding to the downward arrow in FIG. 1) when the transition of each arrow occurs. The respective wavelengths of the emitted light are shown. However, the unit of energy is represented by 1 / cm (corresponding to K (Kaiser) in spectroscopic analysis) based on the wave number unit, and the name of energy level is Russell-Saunders notation (reference document) :
G. Herzberg, Translated by Takeo Hori, "Atomic Spectra and Atomic Structures" Maruzen Co., Ltd.). The multiplicity and the subscripts with the subscripts represent the total angular momentum, respectively. The 3 H 6 level is a level having a width in which the degenerated level is split and spread due to the Stark effect generated by the crystal electric field.

【0003】ツリウム(Tm)をコアに添加したフッ化物
ファイバにおいては、コア中のツリウムイオンの図1中
34-36遷移(ツリウムイオンのエネルギーが34
準位から36準位に移ることを表すものとし、以下、こ
の表記法に従う。)に起因する蛍光が見出されており、
この遷移によって生じる光の波長は1.9μm帯(1.6
〜2.0μmの波長範囲)に相当する。従来は、36
位にあるツリウムイオンのエネルギーを波長0.67μ
mの励起光で33準位に励起する方法(以下、0.67
μm励起と称する)や、波長0.79μmの励起光で3
4準位に励起する方法(以下、0.79μm励起と称す
る)において、前記した1.9μm帯の光の発振が確認
されていた。しかしながら、これらの波長の励起光を用
いると、34-36遷移に起因する波長0.8μmの光の
発振(以下、0.8μm発振と称する)が容易に起こ
り、これが、波長1.9μm帯の光の発振を抑制するた
め、1.9μm帯の光を高効率で発振することは困難で
あった。
In a fluoride fiber in which thulium (Tm) is added to the core, the 3 H 4 -3 H 6 transition of the thulium ion in the core (the energy of the thulium ion is 3 H 4 is shown in FIG. 1).
This means to move from the level to the 3 H 6 level, and this notation will be used hereinafter. ) Has been found,
The wavelength of light generated by this transition is in the 1.9 μm band (1.6
.About.2.0 .mu.m wavelength range). Conventionally, the energy of the thulium ion in the 3 H 6 level has a wavelength of 0.67μ.
A method of exciting to the 3 F 3 level with m pumping light (hereinafter, 0.67).
μm excitation) or 3 F with excitation light of 0.79 μm wavelength
In the method of exciting to four levels (hereinafter referred to as 0.79 μm excitation), oscillation of light in the 1.9 μm band was confirmed. However, when pumping light of these wavelengths is used, oscillation of light having a wavelength of 0.8 μm (hereinafter referred to as 0.8 μm oscillation) due to 3 F 43 H 6 transition easily occurs, and this is It is difficult to oscillate the light in the 1.9 μm band with high efficiency in order to suppress the oscillation of the light in the 1.9 μm band.

【0004】そこで、従来の1.9μm帯発振において
は、ファイバレーザ共振器ミラーの反射率及び透過率の
波長依存性を最適化することにより、34-36遷移に
起因する0.8μm発振を抑制し、かつ、1.9μm帯発
振と同時に34-34遷移に起因する波長1.47μm帯
の光、あるいは34-35遷移に起因する波長2.3μm
帯の光を発振することにより、1.9μm帯発振の効率
の向上を図っていた。
[0004] Therefore, in the conventional 1.9μm band oscillation, by optimizing the wavelength dependence of the reflectance and transmittance of a fiber laser cavity mirrors, 3 F 4 - 3 H 6 0 due to the transition. Suppresses 8 μm oscillation, and at the same time as 1.9 μm band oscillation, light of wavelength 1.47 μm band caused by 3 F 43 H 4 transition or wavelength 2.3 μm caused by 3 F 43 H 5 transition
By oscillating the light in the band, the efficiency of the 1.9 μm band oscillation was improved.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のファイバレーザ及び光ファイバ増幅器においては、
0.67μmもしくは0.79μmの波長を有する励起光
36準位から33準位もしくは34準位に励起して
1.9μm帯の発振光を得ていたが、励起光と発振光と
の波長差が大きいため、1.9μm帯の波長を有するレ
ーザ光の発振効率はさほど高くならないという問題があ
った。例えば、R.M.Percival等の報告によると、励
起光の波長を0.79μmとした場合、スロープ効率3
8%程度である。(Electronics letters 1992 vol.28 N
o.10 pp1866-1868)。
However, in the above conventional fiber laser and optical fiber amplifier,
The excitation light having a wavelength of 0.67 μm or 0.79 μm was excited from the 3 H 6 level to the 3 F 3 level or 3 F 4 level to obtain oscillated light in the 1.9 μm band. Since the wavelength difference between the laser light and the oscillation light is large, there is a problem that the oscillation efficiency of the laser light having a wavelength in the 1.9 μm band is not so high. For example, according to the report of RM Percival, etc., when the wavelength of pumping light is 0.79 μm, the slope efficiency is 3
It is about 8%. (Electronics letters 1992 vol.28 N
o.10 pp1866-1868).

【0006】よって、本発明は、前記問題点を解決する
ために成されたものであり、本発明の目的は、1.9μ
m帯の光の発振を高効率で行うファイバレーザ及び光フ
ァイバ増幅器を提供することにある。
Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and the object of the present invention is 1.9 μm.
An object of the present invention is to provide a fiber laser and an optical fiber amplifier that efficiently oscillate light in the m band.

【0007】本発明の前記並びにその他の目的及び新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、ファイバレーザ及び光ファイバ増幅器に
おいて、ツリウム(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1.55〜1.75
μmの波長を有する光を用いることを特徴とするもので
あり、従来の方法とは励起光の波長が異なる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a fiber laser and an optical fiber amplifier in which a fluoride fiber having thulium (Tm) added to a core is used as a gain medium and excitation light is used as a light source. .55 to 1.75
This is characterized in that light having a wavelength of μm is used, and the wavelength of the excitation light is different from that of the conventional method.

【0009】[0009]

【作用】前述の手段によれば、図1中の36-34遷移
に起因する1.55μm帯(1.55〜1.75μmの波長
範囲)の励起光で、フッ化物ファイバのコア中のツリウ
ム三価イオンを励起することにより、Tmイオンのエネ
ルギーは34-36遷移の上準位である34準位に直接
励起されるので、0.67μm励起や0.79μm励起の
場合に生じていた0.8μm発振を抑制し、しかも、1.
9μm帯発振と同時に波長1.47μm帯あるいは2.3
μm帯の発振を起こす必要がなくなる。また、励起光と
発振光の波長差が小さくなる。
According to the above-mentioned means, the excitation light in the 1.55 μm band (wavelength range of 1.55-1.75 μm) due to the 3 H 6 -3 H 4 transition in FIG. by exciting the thulium trivalent ions in the core, the energy of Tm ions 3 H 4 - so 3 H 6 are directly excited to 3 H 4 level on a level of the transition, 0.67 .mu.m excitation and 0 Suppresses the 0.8 μm oscillation that occurred in the case of 0.79 μm excitation, and 1.
Wavelength of 1.47 μm band or 2.3 at the same time as 9 μm band oscillation
There is no need to cause oscillation in the μm band. Further, the wavelength difference between the excitation light and the oscillation light becomes small.

【0010】これにより、1.9μm帯の光の発振を高
効率で行うファイバレーザ及び光ファイバ増幅器を提供
することが可能となる。
As a result, it is possible to provide a fiber laser and an optical fiber amplifier which efficiently oscillate light in the 1.9 μm band.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一名称並びに同一符号を
付与し、その繰り返しの説明は省略する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, those having the same function are given the same name and the same reference numeral, and the repeated description thereof will be omitted.

【0012】(実施例1)図2は本発明による実施例1
のファイバレーザの構成を示す図であり、1は利得媒質
としてのツリウム添加フッ化物光ファイバ、2は励起光
源としてのNaClカラーセンタレーザ、3はダイクロイ
ックミラー、4は集光用レンズ、5はミラーである。前
記光ファイバ1の一端は、反射率90%以上のミラー5
に突き合わせており、レーザ共振器はミラー5と光ファ
イバ1の集光用レンズ4側の一端面(反射率は約4%)
とから構成されている。なお、1.55μm帯の光を発
振する励起光源2としては、半導体レーザやEr添加フ
ァイバレーザ(発振波長範囲は1.52〜1.58)を用い
ることもできる。
(First Embodiment) FIG. 2 shows a first embodiment according to the present invention.
2 is a diagram showing the configuration of the fiber laser of FIG. 1, 1 is a thulium-doped fluoride optical fiber as a gain medium, 2 is a NaCl color center laser as an excitation light source, 3 is a dichroic mirror, 4 is a condenser lens, and 5 is a mirror Is. One end of the optical fiber 1 has a mirror 5 having a reflectance of 90% or more.
And the laser resonator has a mirror 5 and one end surface of the optical fiber 1 on the side of the condenser lens 4 (reflectance is about 4%).
It consists of and. As the excitation light source 2 that oscillates light in the 1.55 μm band, a semiconductor laser or an Er-doped fiber laser (with an oscillation wavelength range of 1.52 to 1.58) can be used.

【0013】以下、本実施例1のファイバレーザの動作
を簡単に説明する。カラーセンタレーザ2は波長範囲
1.50〜1.65μmにある励起光を発振し、この励起
光は、ダイクロイックミラー3で反射され、集光用レン
ズ4を経て光ファイバ1の一端面に入射して、レーザ共
振器の内部に入る。フッ化物光ファイバ1のコア領域内
にはツリウムイオンが存在しており、36準位にあるツ
リウムイオンは、この励起光により一旦34準位に励起
されるが、再び36準位に戻る。この時、34準位と3
6準位とのエネルギー差に等しいエネルギーを有する
光、すなわち、波長1.9μm帯の光を放出する。この
ようにして発生した光は、光ファイバ1の他端を出射す
ると、反射率90%以上のミラー5で反射され、再び光
ファイバ1に入射すると、前記したのと同様の機構によ
り、再び波長1.9μm帯の光を放出する。この放出光
は、光ファイバ1の集光用レンズ4側の一端面に到達
し、一部はこの端面を透過し、残りはこの端面で反射さ
れる。この端面を透過し、光ファイバ1を出射した波長
1.9μm帯の光の内、波長1.55μm帯にない光のみ
が、ダイクロイックミラー3を透過してファイバレーザ
の外部に出射する。また、光ファイバ1の集光用レンズ
4側の一端面で反射された光は、再び光ファイバ1内で
前記したのと同様の機構により、再び波長1.9μm帯
の光を放出する。このようにして、連鎖反応的に波長が
一定で位相の揃ったレーザ光がファイバレーザの外部に
発振される。
The operation of the fiber laser of the first embodiment will be briefly described below. The color center laser 2 oscillates excitation light in the wavelength range of 1.50 to 1.65 μm, and this excitation light is reflected by the dichroic mirror 3 and enters the one end surface of the optical fiber 1 through the condenser lens 4. Enters the inside of the laser resonator. Thulium ions are present in the core region of the fluoride optical fiber 1, and the thulium ions in the 3 H 6 level are once excited to the 3 H 4 level by this excitation light, but again 3 H 6 Return to the level. At this time, 3 H 4 level and 3
Light having an energy equal to the energy difference from the H 6 level, that is, light having a wavelength of 1.9 μm band is emitted. The light thus generated is emitted from the other end of the optical fiber 1, is reflected by the mirror 5 having a reflectance of 90% or more, and is incident on the optical fiber 1 again. It emits light in the 1.9 μm band. The emitted light reaches one end surface of the optical fiber 1 on the side of the condenser lens 4, a part of which is transmitted through this end surface, and the rest is reflected by this end surface. Of the light in the 1.9 μm wavelength band that has passed through this end face and emitted from the optical fiber 1, only the light not in the 1.55 μm wavelength band passes through the dichroic mirror 3 and is emitted to the outside of the fiber laser. The light reflected by the one end surface of the optical fiber 1 on the side of the condenser lens 4 again emits light in the 1.9 μm wavelength band by the same mechanism as described above in the optical fiber 1. In this way, laser light having a constant wavelength and a uniform phase is oscillated to the outside of the fiber laser in a chain reaction.

【0014】以上の説明からわかるように、本実施例1
のファイバレーザによれば、次のような効果を得ること
ができる。
As can be seen from the above description, the first embodiment
The following effects can be obtained with the fiber laser.

【0015】すなわち、図1中の36-34遷移に起因
する1.55μm帯の励起光で、フッ化物ファイバのコ
ア中のツリウム三価イオンを励起することにより、Tm
イオンのエネルギーは34-36遷移の上準位である3
4準位に直接励起されるので、0.67μm励起や0.7
9μm励起の場合に生じていた0.8μm発振を抑制
し、しかも、1.9μm帯発振と同時に波長1.47μm
帯あるいは2.3μm帯の発振を起こす必要がなくな
る。また、励起光と発振光の波長差が小さくなる。
That is, by exciting the thulium trivalent ion in the core of the fluoride fiber with excitation light in the 1.55 μm band due to the 3 H 6 -3 H 4 transition in FIG.
Energy of the ions is 3 H 4 - is a level above the 3 H 6 transition 3 H
Since it is directly excited to the four levels, 0.67 μm excitation and 0.7
Suppresses the 0.8 μm oscillation that occurred in the case of 9 μm excitation, and at the same time as the 1.9 μm band oscillation, the wavelength is 1.47 μm.
It is not necessary to cause oscillation in the band or 2.3 μm band. Further, the wavelength difference between the excitation light and the oscillation light becomes small.

【0016】したがって、本実施例1のファイバレーザ
は1.9μm帯の光の発振を高効率で行うことができ
る。
Therefore, the fiber laser of the first embodiment can oscillate light in the 1.9 μm band with high efficiency.

【0017】以下では、前記した効果が実験によって定
量的に確認されたことを説明する。
In the following, it will be explained that the above-mentioned effects were quantitatively confirmed by experiments.

【0018】図3は、実施例1の構成における波長1.
9μmの発振光出力の励起光強度依存性を、励起光の波
長をパラメータとして示す。利得媒質として用いたTm
添加フッ化物ファイバのコア径、カットオフ波長、ツリ
ウム濃度、ファイバ長はそれぞれ11μm、2.1μ
m、2000ppm、9mである。
FIG. 3 shows the wavelength of 1.
The dependence of the oscillation light output of 9 μm on the excitation light intensity is shown with the wavelength of the excitation light as a parameter. Tm used as gain medium
The core diameter, cutoff wavelength, thulium concentration, and fiber length of the doped fluoride fiber are 11 μm and 2.1 μ, respectively.
m, 2000 ppm, 9 m.

【0019】励起光波長1.55μmの場合のしきい値
は37mW、スロープ効率は56%、励起光波長1.6
0μmの場合のしきい値は31mW、スロープ効率は7
3%、励起光波長1.65μmの場合のしきい値は24
mW、スロープ効率は74%であった。励起光波長1.
60μm、励起光強度104mWにおいて、最高出力5
3mWが得られた。以上のように、本実施例1による効
果が定量的に確認された。
When the pumping light wavelength is 1.55 μm, the threshold value is 37 mW, the slope efficiency is 56%, and the pumping light wavelength is 1.6.
In case of 0 μm, the threshold is 31 mW and the slope efficiency is 7
The threshold is 24 when 3% and the excitation light wavelength is 1.65 μm.
The mW and slope efficiency were 74%. Excitation light wavelength 1.
Maximum output of 5 at 60 μm and excitation light intensity of 104 mW
3 mW was obtained. As described above, the effect of the present Example 1 was quantitatively confirmed.

【0020】(実施例2)図4は本発明による実施例2
の1.9μm帯波長可変ファイバレーザの構成を示す図
であり、6は誘電体多層膜狭帯域フィルタである。本実
施例2の1.9μm帯波長可変ファイバレーザの基本的
な構成は、図2に示した実施例1のものと同様である
が、共振器内に別途コリメート用の集光用レンズ4と波
長選択素子としての誘電体多層膜狭帯域フィルタ6を配
置し、発振波長をチューニングする構成となっている。
波長選択素子としては、複屈折フィルタやプリズムを用
いることもできる。動作も基本的には実施例1のものと
同様であるが、ファイバレーザで発生した1.9μm帯
の光の内、特定の波長を有する光のみが、誘電体多層膜
狭帯域フィルタ6を透過し、その他の波長の光は全て誘
電体多層膜狭帯域フィルタ6で反射される。
(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the 1.9 μm band tunable fiber laser of FIG. The 1.9 μm band wavelength tunable fiber laser of the second embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment shown in FIG. 2, except that a focusing lens 4 for collimation is separately provided in the resonator. A dielectric multilayer narrow band filter 6 as a wavelength selection element is arranged to tune the oscillation wavelength.
A birefringent filter or a prism can be used as the wavelength selection element. The operation is basically the same as that of the first embodiment, but only the light having a specific wavelength out of the light in the 1.9 μm band generated by the fiber laser passes through the dielectric multilayer film narrow band filter 6. However, all other wavelengths of light are reflected by the dielectric multilayer film narrow band filter 6.

【0021】ここで、誘電体多層膜狭帯域フィルタ6表
面とこれに入射するレーザ光との角度を変えることによ
り、誘電体多層膜狭帯域フィルタ6を透過する光の波
長、すなわち、発振波長を変えることができる。例え
ば、本実施例2においては、図5に示すような透過特性
を有する誘電体多層膜狭帯域フィルタ6を用いることに
より、1.892〜1.928μmの範囲の波長を有する
レーザ光を発振することが確認された。
Here, by changing the angle between the surface of the dielectric multilayer narrow band filter 6 and the laser light incident thereon, the wavelength of the light passing through the dielectric multilayer narrow band filter 6, that is, the oscillation wavelength, can be set. Can be changed. For example, in the second embodiment, by using the dielectric multilayer narrow band filter 6 having the transmission characteristics as shown in FIG. 5, laser light having a wavelength in the range of 1.892 to 1.928 μm is oscillated. It was confirmed.

【0022】なお、ツリウム添加ファイバの蛍光スペク
トルの波長は、1.88〜1.98μmの範囲に広がって
いるので、この波長域において動作する波長選択素子を
用いれば、この波長域内にある所望の波長の光だけを選
択して透過し、レーザ光として発振させることが可能で
ある。
Since the wavelength of the fluorescence spectrum of the thulium-doped fiber is spread in the range of 1.88 to 1.98 μm, if a wavelength selecting element operating in this wavelength range is used, a desired wavelength within this wavelength range is obtained. It is possible to select and transmit only light having a wavelength and oscillate as laser light.

【0023】以上の説明からわかるように、本実施例2
の構成の1.9μm帯波長可変ファイバレーザによれ
ば、明らかに、実施例1と同様の効果が得られることは
いうまでもない。特に、本実施例2においては、ファイ
バレーザの外部に発振するレーザ光の波長を蛍光スペク
トルの波長域1.88〜1.98μmの範囲で任意に設定
できる。
As can be seen from the above description, the second embodiment
It is needless to say that the 1.9 μm band tunable fiber laser having the above configuration can obviously obtain the same effect as that of the first embodiment. Particularly, in the second embodiment, the wavelength of the laser light oscillated outside the fiber laser can be arbitrarily set within the wavelength range of 1.88 to 1.98 μm of the fluorescence spectrum.

【0024】(実施例3)図6は本発明による実施例3
のQスイッチ動作型ファイバレーザの構成を示す図であ
り、7はメカニカルチョッパーである。本実施例3のQ
スイッチ動作型ファイバレーザの基本的な構成は、図2
に示した実施例1のものと同様であるが、共振器内に、
実施例2と同様に別途コリメート用の集光用レンズ4
と、Qスイッチ用シャッターとしてのメカニカルチョッ
パー7を配置している。Qスイッチ用シャッターとして
は、音響光学素子、電気光学素子等を用いることもでき
る。動作も基本的には実施例1のものと同様であるが、
ツリウムイオンが34の励起状態にある時間中(数ミリ
秒)、メカニカルチョッパー7のシャッターを閉じた状
態にすることにより、共振器を構成しない状態にして、
光ファイバ1内のツリウムイオンを励起し続けてエネル
ギーを蓄積する。この状態から急にシャッターを開い
て、シャッターが閉じた状態にあった時間と同程度の時
間中、共振器を構成する。以降、この操作を繰り返すこ
とにより、時間パルス幅が小さく、出力の大きい1.9
μm帯光パルスを一定の時間間隔で発生させる。
(Third Embodiment) FIG. 6 shows a third embodiment according to the present invention.
7 is a diagram showing the configuration of the Q-switch operation type fiber laser of FIG. 7, and 7 is a mechanical chopper. Q of the third embodiment
The basic configuration of a switch operation type fiber laser is shown in FIG.
Similar to that of the first embodiment shown in FIG.
Similar to the second embodiment, a focusing lens 4 for collimation is separately provided.
And a mechanical chopper 7 as a Q switch shutter. An acousto-optical element, an electro-optical element, or the like can be used as the Q-switch shutter. The operation is basically the same as that of the first embodiment,
During the time when the thulium ion is in the excited state of 3 H 4 (several milliseconds), the shutter of the mechanical chopper 7 is closed so that the resonator is not configured,
The thulium ion in the optical fiber 1 is continuously excited to accumulate energy. The shutter is suddenly opened from this state, and the resonator is configured for the same time as the time when the shutter is in the closed state. After that, by repeating this operation, the time pulse width is small and the output is large.
A μm band light pulse is generated at regular time intervals.

【0025】以上の説明からわかるように、前記実施例
3の構成のQスイッチ動作型ファイバレーザによれば、
明らかに、実施例1と同様の効果が得られることはいう
までもない。
As can be seen from the above description, according to the Q-switch operation type fiber laser of the third embodiment,
Obviously, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0026】(実施例4)図7は本発明による実施例4
の1.9μm帯光ファイバ増幅器の構成を示す図であ
り、基本的な構成は、図2に示した実施例1のものと同
様であるる。本実施例4の1.9μm帯光ファイバ増幅
器は、ツリウム添加フッ化物光ファイバ1の集光用レン
ズ4と対面しない側から、信号光がツリウム添加フッ化
物光ファイバ1に入射するようになっている。したがっ
て、動作も基本的には、実施例1のものと同様である
が、励起光の他に信号光によっても、光ファイバ1にお
いて新たに光を放出する構成となっている。信号光と光
ファイバ1で発生した放出光とを合波する合波素子に
は、ダイクロイックミラー3の代わりに1.55/1.9
μmのWDM光ファイバカップラを用いることもでき
る。
(Fourth Embodiment) FIG. 7 shows a fourth embodiment according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the 1.9 μm band optical fiber amplifier of FIG. 1, and the basic configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 2. In the 1.9 μm band optical fiber amplifier of the fourth embodiment, the signal light enters the thulium-doped fluoride optical fiber 1 from the side of the thulium-doped fluoride optical fiber 1 that does not face the condenser lens 4. There is. Therefore, the operation is basically the same as that of the first embodiment, but the optical fiber 1 newly emits light by the signal light in addition to the pumping light. Instead of the dichroic mirror 3, 1.55 / 1.9 is used as a multiplexing element for multiplexing the signal light and the emission light generated by the optical fiber 1.
A μm WDM optical fiber coupler can also be used.

【0027】図8は実施例4の1.9μm帯光ファイバ
増幅器における1.9μm帯利得の励起光強度依存性を
示すグラフであり、信号光源として、発振波長1.87
μmのTm添加フッ化物ファイバレーザを、励起光源と
して、発振波長1.57μmのEr添加ファイバレーザを
用いた。励起光を入射しないとき、Tmイオンの基礎吸
収のため、21dbの信号光の損失であるが、励起光強
度が39mW以上になると、正味の利得が正に達し、7
0mWで18dbの正味の利得が得られた。
FIG. 8 is a graph showing the dependence of the 1.9 μm band gain on the pumping light intensity in the 1.9 μm band optical fiber amplifier of the fourth embodiment. As a signal light source, the oscillation wavelength is 1.87.
A Tm-doped fluoride fiber laser of μm was used as an excitation light source, and an Er-doped fiber laser of oscillation wavelength 1.57 μm was used. When pumping light is not incident, 21 dB of signal light is lost due to basic absorption of Tm ions. However, when the pumping light intensity is 39 mW or higher, the net gain reaches a positive value.
A net gain of 18db was obtained at 0mW.

【0028】以上の説明からわかるように、本実施例4
の1.9μm帯光ファイバ増幅器によれば、次のような
効果を得ることができる。
As can be seen from the above description, the fourth embodiment
According to the 1.9 μm band optical fiber amplifier, the following effects can be obtained.

【0029】すなわち、実施例1で説明したのと同様の
理由により、本実施例4の光ファイバ増幅器は、1.9
μm帯の光の増幅を高効率で行うことができる。
That is, for the same reason as described in the first embodiment, the optical fiber amplifier of the fourth embodiment is 1.9.
Amplification of light in the μm band can be performed with high efficiency.

【0030】以上、本発明を実施例にもとづき具体的に
説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し
うることは言うまでもない。例えば、前記した実施例で
は、ツリウムイオンのエネルギーを34準位へ励起する
励起光の波長として1.55,1.57,1.60,1.6
5μmの励起光を用いたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、1.55〜1.75μmの範囲の波長を有
する光であればよい。
Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the embodiments and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above-mentioned embodiment, the wavelength of the excitation light for exciting the energy of thulium ion to the 3 H 4 level is 1.55, 1.57, 1.60, 1.6.
Although 5 μm of excitation light was used, the present invention is not limited to this, and any light having a wavelength in the range of 1.55 to 1.75 μm may be used.

【0031】なぜなら、Tmイオン添加ファイバレーザ
の吸収スペクトルの測定値から、1.55〜1.75μm
の範囲の波長を有する光は、十分効率良くTmイオンに
吸収されると考えられるからである。なお、励起光の波
長としては、1.7μmの波長を有する光が最適であ
る。
This is because the measured value of the absorption spectrum of the Tm ion-doped fiber laser is 1.55-1.75 μm.
It is considered that light having a wavelength in the range is absorbed by Tm ions sufficiently efficiently. In addition, as the wavelength of the excitation light, light having a wavelength of 1.7 μm is optimal.

【0032】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得
ることはいうまでもない。
Although the present invention has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Absent.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、波長1.9μm帯の高出力かつ高効率なファイバレ
ーザ及び高効率な光ファイバ増幅器が実現できる。
As described above, according to the present invention, a high-output and high-efficiency fiber laser and a high-efficiency optical fiber amplifier having a wavelength of 1.9 μm band can be realized.

【0034】また、本発明によるファイバレーザおよび
光ファイバ増幅器の動作波長領域は、1.9μm帯の近
傍にあるため、波長1.9μm帯の光に対して、石英系
ファイバの最低損失値(波長1.55μmにおいて最低損
失値をとり、その値は0.154db/km)より十分低
い損失値をもつレーザ媒体が将来開発された場合、本発
明によるファイバレーザ及び光ファイバ増幅器とを組み
合わせれば、超長距離伝送システムを構築することが可
能になる。
Further, since the operating wavelength range of the fiber laser and the optical fiber amplifier according to the present invention is in the vicinity of the 1.9 μm band, the minimum loss value (wavelength of the silica-based fiber for the light of the 1.9 μm band is the wavelength. When a laser medium having a minimum loss value at 1.55 μm and a loss value sufficiently lower than 0.154 db / km) is developed in the future, by combining the fiber laser and the optical fiber amplifier according to the present invention, It becomes possible to construct an ultra long distance transmission system.

【0035】また、1.9μm帯の光は水の吸収帯でも
あるため、本発明によるファイバレーザ及び光ファイバ
増幅器は、センサーや医療面への応用も期待される。
Since the light in the 1.9 μm band is also the absorption band of water, the fiber laser and optical fiber amplifier according to the present invention are expected to be applied to sensors and medical fields.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 フッ化物ガラス中のツリウム三価イオンのエ
ネルギー準位と各エネルギー状態間の遷移とその遷移に
伴って放出または吸収される光の波長を示す図、
FIG. 1 is a diagram showing energy levels of trivalent trivalent ions in a fluoride glass, transitions between energy states, and wavelengths of light emitted or absorbed by the transitions.

【図2】 本発明における実施例1のファイバレーザの
概略構成を示す図、
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a fiber laser according to a first embodiment of the present invention,

【図3】 実施例1のファイバレーザの出力の励起光強
度依存性を、励起光波長をパラメータとして示すグラフ
図、
FIG. 3 is a graph showing the dependence of the output of the fiber laser of Example 1 on the excitation light intensity, using the excitation light wavelength as a parameter;

【図4】 本発明における実施例2の波長可変型ファイ
バレーザの概略構成を示す図、
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a wavelength tunable fiber laser according to a second embodiment of the present invention,

【図5】 図4の誘電体多層膜狭帯域フィルタ6の透過
特性を示すグラフ図、
5 is a graph showing transmission characteristics of the dielectric multilayer film narrow band filter 6 of FIG.

【図6】 本発明における実施例3のQスイッチ動作型
ファイバレーザの概略構成を示す図、
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a Q-switch operating fiber laser according to a third embodiment of the present invention,

【図7】 本発明における実施例4の光ファイバ増幅器
の概略構成を示す図、
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an optical fiber amplifier according to a fourth embodiment of the present invention,

【図8】 実施例4の光ファイバ増幅器による信号光利
得の励起光強度依存性を示すグラフ図。
FIG. 8 is a graph showing the pumping light intensity dependency of the signal light gain by the optical fiber amplifier of the fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ツリウム添加フッ化物ファイバ、2…カラーセンタ
レーザ、3…ダイクロイックミラー、4…集光用レン
ズ、5…ミラー、6…誘電体多層膜狭帯域フィルタ、7
…メカニカルチョッパー。
1 ... Thulium-doped fluoride fiber, 2 ... Color center laser, 3 ... Dichroic mirror, 4 ... Condensing lens, 5 ... Mirror, 6 ... Dielectric multilayer narrow band filter, 7
… Mechanical chopper.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須川 智規 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tomonori Sugawa 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、前記光ファ
イバのコアにツリウムを添加し、励起光として波長1.
55〜1.75μmの光を用いたことを特徴とするファ
イバレーザ。
1. In a fiber laser using an optical fiber having a core doped with a rare earth element as a gain medium, thulium is added to the core of the optical fiber, and a wavelength of 1.30 is used as pumping light.
A fiber laser characterized by using light of 55 to 1.75 μm.
【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、信号光を増幅する光ファイバ増幅器において、前
記光ファイバのコアにツリウムを添加し、励起光として
波長1.55〜1.75μmの光を用いたことを特徴とす
る光ファイバ増幅器。
2. An optical fiber amplifier for amplifying a signal light by combining an optical fiber having a core to which a rare earth element is added as a gain medium, injecting the pumping light and the signal light into the medium, and amplifying the signal light. An optical fiber amplifier characterized in that thulium is added to, and light having a wavelength of 1.55 to 1.75 μm is used as pumping light.
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