JPH07104537B2 - 燐酸塩レ−ザ−ガラス単一モ−ドファイバ− - Google Patents
燐酸塩レ−ザ−ガラス単一モ−ドファイバ−Info
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- JPH07104537B2 JPH07104537B2 JP62157416A JP15741687A JPH07104537B2 JP H07104537 B2 JPH07104537 B2 JP H07104537B2 JP 62157416 A JP62157416 A JP 62157416A JP 15741687 A JP15741687 A JP 15741687A JP H07104537 B2 JPH07104537 B2 JP H07104537B2
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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
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- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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- C03C3/12—Silica-free oxide glass compositions
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- C03C3/17—Silica-free oxide glass compositions containing phosphorus containing aluminium or beryllium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/0071—Compositions for glass with special properties for laserable glass
-
- H—ELECTRICITY
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は燐酸塩レーザーガラス単一モードファイバーに
関する。本発明の燐酸塩レーザーガラス単一モードファ
イバーは光ファイバー通信、光ファイバー計測等のファ
イバーシステムの光源に使用するのに適している。
関する。本発明の燐酸塩レーザーガラス単一モードファ
イバーは光ファイバー通信、光ファイバー計測等のファ
イバーシステムの光源に使用するのに適している。
［従来の技術］ エレクトロニクス レターズ、1985年８月15日発行、第
21巻第17号（Electronics letters 15th August 1985 v
ol.21 No17）の738-740頁に見られるように、レーザー
ガラス単一モードファイバーとしては、すでに石英光フ
ァイバーにレーザー活性イオンとして希土類元素を添加
したものが知られている。石英光ファイバーにレーザー
活性イオンとして希土類元素を添加したファイバーレー
ザー発振器装置は、励起光を通し、発振光に対し反射率
を有する二色性装置を、上記石英レーザーファイバーの
両端面に有し、かつ、レーザーダイオード、Arレーザー
等のレーザー光源によって端面励起されるものである。
21巻第17号（Electronics letters 15th August 1985 v
ol.21 No17）の738-740頁に見られるように、レーザー
ガラス単一モードファイバーとしては、すでに石英光フ
ァイバーにレーザー活性イオンとして希土類元素を添加
したものが知られている。石英光ファイバーにレーザー
活性イオンとして希土類元素を添加したファイバーレー
ザー発振器装置は、励起光を通し、発振光に対し反射率
を有する二色性装置を、上記石英レーザーファイバーの
両端面に有し、かつ、レーザーダイオード、Arレーザー
等のレーザー光源によって端面励起されるものである。
ガラスファイバーレーザーは、形状を自由に選ぶことが
できるというガラスレーザーの特徴を生かし、単一モー
ドファイバー化することにより、狭いファイバーコアー
内に光を閉じ込め大きなパワー密度を得ている。その結
果、レーザー発振閾値が非常に小さくなり、またレーザ
ーによる波長選択励起かつファイバー端面励起も手伝っ
て高効率動作する。ここで発振閾値が低く高効率動作で
あるというのは同じ入力に対しより高い出力が期待でき
るので重要である。さらにファイバー化することによ
り、その体積に対する表面積の割合が大きいため、冷却
効率は上がり、結果として冷却装置がなくても長時間安
定動作する。また他のファイバーとの結合が容易である
ためファイバーシステム内の高出力・波長可変光源とし
て適している。
できるというガラスレーザーの特徴を生かし、単一モー
ドファイバー化することにより、狭いファイバーコアー
内に光を閉じ込め大きなパワー密度を得ている。その結
果、レーザー発振閾値が非常に小さくなり、またレーザ
ーによる波長選択励起かつファイバー端面励起も手伝っ
て高効率動作する。ここで発振閾値が低く高効率動作で
あるというのは同じ入力に対しより高い出力が期待でき
るので重要である。さらにファイバー化することによ
り、その体積に対する表面積の割合が大きいため、冷却
効率は上がり、結果として冷却装置がなくても長時間安
定動作する。また他のファイバーとの結合が容易である
ためファイバーシステム内の高出力・波長可変光源とし
て適している。
しかしながら石英ガラス単一モードファイバーレーザー
は、レーザー活性イオンの添加量が900ppm以下と少な
く、また材料としては石英レーザーガラスであるため、
その誘導放出断面積が小さく、単位長さ当りの利得が小
さいという欠点がある。このため、石英ガラスファイバ
ーの利点である低損失性を利用しファイバー長を長くと
ることにより利得をかせぎ、ファイバー長3.2mでレーザ
ー発振閾値2.6mW、微分効率33％というレーザー特性を
得たことがエレクトロニクスレターズ1986年２月13日発
行、第22巻第４号（Electronics letters 13th Februar
y 1986 vol.22 No.4）の198〜199頁に記載されている。
は、レーザー活性イオンの添加量が900ppm以下と少な
く、また材料としては石英レーザーガラスであるため、
その誘導放出断面積が小さく、単位長さ当りの利得が小
さいという欠点がある。このため、石英ガラスファイバ
ーの利点である低損失性を利用しファイバー長を長くと
ることにより利得をかせぎ、ファイバー長3.2mでレーザ
ー発振閾値2.6mW、微分効率33％というレーザー特性を
得たことがエレクトロニクスレターズ1986年２月13日発
行、第22巻第４号（Electronics letters 13th Februar
y 1986 vol.22 No.4）の198〜199頁に記載されている。
［発明が解決しようとする問題点］ 前記したように従来の石英ガラス単一モードファイバー
レーザーは良好な発振特性を得るのにファイバー長を長
くする必要があった。これはレーザー活性イオンの添加
量を多くすることができないこと、また材料自体の誘導
放出断面積が小さい等レーザー特性がよくないためであ
る。
レーザーは良好な発振特性を得るのにファイバー長を長
くする必要があった。これはレーザー活性イオンの添加
量を多くすることができないこと、また材料自体の誘導
放出断面積が小さい等レーザー特性がよくないためであ
る。
一方、燐酸塩レーザーガラスは石英レーザーガラスに比
べてレーザー特性はいいものの、熱膨張張係数が大き
く、温度に対する粘性の変化が急峻であるため、ファイ
バーの線引きがむずかしく、今迄これをファイバーとし
た公知例は見い出されていない。
べてレーザー特性はいいものの、熱膨張張係数が大き
く、温度に対する粘性の変化が急峻であるため、ファイ
バーの線引きがむずかしく、今迄これをファイバーとし
た公知例は見い出されていない。
本発明はこのような問題点を解決すべくなされたもので
あり、レーザー特性の優れた燐酸塩レーザーガラスを用
い、短ファイバー長であってもより優れたレーザー発振
特性を示すレーザーガラスファイバーを効率良く得るこ
とを目的とする。
あり、レーザー特性の優れた燐酸塩レーザーガラスを用
い、短ファイバー長であってもより優れたレーザー発振
特性を示すレーザーガラスファイバーを効率良く得るこ
とを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本発明者らは、上述の目的を達成すべく検討を加えた結
果、 （１）誘導放出断面積が石英ガラスより大きく、またレ
ーザー活性イオンの高濃度添加が可能でしかもそうして
も蛍光の濃度消光が起りにくい特性のため、高利得であ
る等優れたレーザー特性を有する燐酸塩ガラスをコアガ
ラスとし、これより屈折率の低い燐酸塩ガラスからなる
クラッドガラスで被覆した単一モードファイバーが、単
位長さ当りの利得が高く、従って短ファイバー長でも優
れた特性を示すこと、及び （２）被覆用のクラッドガラスとして、熱的性質（線膨
張係数、転移温度、粘性）がコアの燐酸レーザーガラス
のそれに近い燐酸塩ガラスを用いることにより、燐酸塩
レーザーガラスのファイバー化が可能となり、光学的品
質が良好で長尺な燐酸塩レーザーガラスファイバーを量
産することができることを見い出し、この知見に基づい
て本発明を完成した。
果、 （１）誘導放出断面積が石英ガラスより大きく、またレ
ーザー活性イオンの高濃度添加が可能でしかもそうして
も蛍光の濃度消光が起りにくい特性のため、高利得であ
る等優れたレーザー特性を有する燐酸塩ガラスをコアガ
ラスとし、これより屈折率の低い燐酸塩ガラスからなる
クラッドガラスで被覆した単一モードファイバーが、単
位長さ当りの利得が高く、従って短ファイバー長でも優
れた特性を示すこと、及び （２）被覆用のクラッドガラスとして、熱的性質（線膨
張係数、転移温度、粘性）がコアの燐酸レーザーガラス
のそれに近い燐酸塩ガラスを用いることにより、燐酸塩
レーザーガラスのファイバー化が可能となり、光学的品
質が良好で長尺な燐酸塩レーザーガラスファイバーを量
産することができることを見い出し、この知見に基づい
て本発明を完成した。
即ち、本発明は、モル表示でP2O545〜70％、Al2O3４〜2
0％、Ｒ″Ｏ（MgO,CaO,BaO,PbO,SrO及びZnOの１種又は
２種以上を指す。以下同じ）０〜35％、Ｒ′2Ｏ（Li2O,
Na2O及びK2Oの１種又は２種以上を指す。以下同じ）０
〜30％、Ｒ″Ｏ＋Ｒ′2O4〜45％、Nd2O30.1〜６％を含
有する燐酸塩レーザーガラスをコアガラスとし、このコ
アガラスより屈折率が低く、モル表示でP2O545〜70％、
Al2O3４〜20％、Ｒ″O0〜35％、Ｒ′2O0〜30％、Ｒ″Ｏ
＋Ｒ′2O4〜45％を含有する燐酸塩ガラスで、前記のコ
アガラスを被覆したファイバーであって、レーザー発振
波長1.054μｍにおいて単一モードファイバーであるこ
とを特徴とするレーザーガラスファイバーである。
0％、Ｒ″Ｏ（MgO,CaO,BaO,PbO,SrO及びZnOの１種又は
２種以上を指す。以下同じ）０〜35％、Ｒ′2Ｏ（Li2O,
Na2O及びK2Oの１種又は２種以上を指す。以下同じ）０
〜30％、Ｒ″Ｏ＋Ｒ′2O4〜45％、Nd2O30.1〜６％を含
有する燐酸塩レーザーガラスをコアガラスとし、このコ
アガラスより屈折率が低く、モル表示でP2O545〜70％、
Al2O3４〜20％、Ｒ″O0〜35％、Ｒ′2O0〜30％、Ｒ″Ｏ
＋Ｒ′2O4〜45％を含有する燐酸塩ガラスで、前記のコ
アガラスを被覆したファイバーであって、レーザー発振
波長1.054μｍにおいて単一モードファイバーであるこ
とを特徴とするレーザーガラスファイバーである。
上記コアガラスは、上記必須成分に加えて、任意成分と
して、SiO2を20％以下、Y2O3,La2O3,TiO2,ZrO2,Nb2O5及
びTa2O5の１種又は２種以上を15％以下含有していても
よい。
して、SiO2を20％以下、Y2O3,La2O3,TiO2,ZrO2,Nb2O5及
びTa2O5の１種又は２種以上を15％以下含有していても
よい。
また上記クラッドガラスは、上記必須成分に加えて、任
意成分として、SiO2を20％以下、B2O3を13％以下、Y
2O3,La2O3,TiO2,ZrO2,Nb2O5及びTa2O5の１種又は２種以
上を５％以下含有していても良い。
意成分として、SiO2を20％以下、B2O3を13％以下、Y
2O3,La2O3,TiO2,ZrO2,Nb2O5及びTa2O5の１種又は２種以
上を５％以下含有していても良い。
すなわち、本発明の燐酸塩レーザーガラス単一モードフ
ァイバーは、上で定義した通りのものであるが、下記の
４種のフィアバーを好ましい態様として包含する。
ァイバーは、上で定義した通りのものであるが、下記の
４種のフィアバーを好ましい態様として包含する。
ファイバーＩ コアガラス及びクラッドガラスが下記の必須成分からな
る。
る。
ファイバーII クラッドガラスはファイバーＩのクラッドガラス組成に
含まれるが、コアガラスがファイバーＩのコアガラス組
成に下記成分（１），（2a）の少なくとも１種を添加し
たものである。
含まれるが、コアガラスがファイバーＩのコアガラス組
成に下記成分（１），（2a）の少なくとも１種を添加し
たものである。
（１）SiO2 ≦20％ （2a）Y2O3,La2O3,TiO2,ZrO2,Nb2O5及びTa2O5の１種又
は２種 以上 ≦15％ ファイバーIII コアガラスはファイバーＩのコアガラス組成に含まれる
が、クラッドガラスがファイバーＩのクラッドガラス組
成に下記成分（１），（2b），（３）の少なくとも１種
を添加したものである。
は２種 以上 ≦15％ ファイバーIII コアガラスはファイバーＩのコアガラス組成に含まれる
が、クラッドガラスがファイバーＩのクラッドガラス組
成に下記成分（１），（2b），（３）の少なくとも１種
を添加したものである。
（１）SiO2 ≦20％ （2b）Y2O3,La2O3,TiO2,ZrO2,Nb2O5及びTa2O5の１種又
は２種 以上 ≦５％ （３）B2O3 ≦13％ ファイバーIV コアガラスがファイバーIIのコアガラス組成に含まれ、
クラッドガラスがファイバーIIIのクラッドガラス組成
に含まれるものである。即ち、コアガラスはファイバー
Ｉのコアガラス組成に上記成分（１），（2a）の少なく
とも１種を添加したものであり、クラッドガラスはファ
イバーＩのクラッドガラス組成に上記成分（１），（2
b），（３）の少なくとも１種を添加したものである。
は２種 以上 ≦５％ （３）B2O3 ≦13％ ファイバーIV コアガラスがファイバーIIのコアガラス組成に含まれ、
クラッドガラスがファイバーIIIのクラッドガラス組成
に含まれるものである。即ち、コアガラスはファイバー
Ｉのコアガラス組成に上記成分（１），（2a）の少なく
とも１種を添加したものであり、クラッドガラスはファ
イバーＩのクラッドガラス組成に上記成分（１），（2
b），（３）の少なくとも１種を添加したものである。
次に本発明の燐酸塩レーザーガラス単一モードファイバ
ーにおいてコアガラス及びクラッドガラスとして用いら
れる燐酸塩ガラスの各成分の組成範囲の限定理由につい
て説明する。
ーにおいてコアガラス及びクラッドガラスとして用いら
れる燐酸塩ガラスの各成分の組成範囲の限定理由につい
て説明する。
これらガラス成分の組成範囲は、レーザー特性、ファイ
バー線引時の耐失透性、また実用ファイバーとして必要
な化学的耐久性と機械的性質等を満足するように決定さ
れるべきものであり、コアガラス及びクラッドガラスに
おいて必須成分として用いられるP2O5が45％未満では優
れたレーザー特性が得られず、また化学耐久性も特に耐
酸性が悪くなる。一般にP2O5濃度は高い方がレーザー特
性は良いが、70％を越えると失透しやすく、化学耐久性
も悪くなる。従ってP2O5は45〜70％に限定される。
バー線引時の耐失透性、また実用ファイバーとして必要
な化学的耐久性と機械的性質等を満足するように決定さ
れるべきものであり、コアガラス及びクラッドガラスに
おいて必須成分として用いられるP2O5が45％未満では優
れたレーザー特性が得られず、また化学耐久性も特に耐
酸性が悪くなる。一般にP2O5濃度は高い方がレーザー特
性は良いが、70％を越えると失透しやすく、化学耐久性
も悪くなる。従ってP2O5は45〜70％に限定される。
またコアガラス及びクラッドガラスにおいて必須成分で
あるAl2O3は化学耐久性を良くする成分であり、４％以
上必要であるが20％を超えると失透しやすくなる。従っ
てAl2O3は４〜20％に限定される。
あるAl2O3は化学耐久性を良くする成分であり、４％以
上必要であるが20％を超えると失透しやすくなる。従っ
てAl2O3は４〜20％に限定される。
コアガラス及びクラッドガラスにおいて任意成分である
SiO2はガラスの強度を向上させる成分であるが、20％を
超えるとレーザー特性が低下し、化学耐久性も悪くなる
ので、使用する場合には20％以下であることが望まし
い。
SiO2はガラスの強度を向上させる成分であるが、20％を
超えるとレーザー特性が低下し、化学耐久性も悪くなる
ので、使用する場合には20％以下であることが望まし
い。
B2O3はガラスの失透を抑制し、屈折率を下げる作用があ
るので、クラッドガラスには13％まで加えることができ
る。13％を超えると逆に失透しやすくなるので使用する
場合には13％以下であることが望ましい。またコアガラ
スではB2O3は多フォノン緩和確率を増大させるため、非
輻射遷移の割合を大きくし、蛍光寿命を短くするのでB2
O3を添加すべきでない。
るので、クラッドガラスには13％まで加えることができ
る。13％を超えると逆に失透しやすくなるので使用する
場合には13％以下であることが望ましい。またコアガラ
スではB2O3は多フォノン緩和確率を増大させるため、非
輻射遷移の割合を大きくし、蛍光寿命を短くするのでB2
O3を添加すべきでない。
Ｒ″Ｏ（MgO,CaO,BaO,PbO,SrO及びZnOの１種又は２種以
上）とＲ′2Ｏ（Li2O,Na2O及びK2Oの１種又は２種以
上）は網目修飾成分としてコアガラス及びクラッドガラ
スに加えられるが、これらの合量は４％未満では安定な
ガラスが得られず、又45％を超えるとレーザー特性が悪
くなると共に化学耐久性が低下し、屈折率も高くなるの
で４〜45％に限定される。そしてＲ″Ｏが35％を超え、
Ｒ′2Ｏが30％を超えるとレーザー特性及び化学耐久性
が低下してしまうので、Ｒ″Ｏは０〜35％、Ｒ′2Ｏは
０〜30％に限定される。
上）とＲ′2Ｏ（Li2O,Na2O及びK2Oの１種又は２種以
上）は網目修飾成分としてコアガラス及びクラッドガラ
スに加えられるが、これらの合量は４％未満では安定な
ガラスが得られず、又45％を超えるとレーザー特性が悪
くなると共に化学耐久性が低下し、屈折率も高くなるの
で４〜45％に限定される。そしてＲ″Ｏが35％を超え、
Ｒ′2Ｏが30％を超えるとレーザー特性及び化学耐久性
が低下してしまうので、Ｒ″Ｏは０〜35％、Ｒ′2Ｏは
０〜30％に限定される。
Nd2O3はレーザー活性イオンであり、コアガラスには必
須であるが、ファイバー長の短縮化（装置の小型化）の
ためには0.1％以上必要であり、６％を超えると濃度が
高すぎレーザー特性がむしろ低下してしまうので、0.1
〜６％に限定される。
須であるが、ファイバー長の短縮化（装置の小型化）の
ためには0.1％以上必要であり、６％を超えると濃度が
高すぎレーザー特性がむしろ低下してしまうので、0.1
〜６％に限定される。
任意成分であるY2O3,La2O3,TiO2,ZrO2,Nb2O5及びTa2O5
の１種又は２種以上は、化学耐久性と機械的性質を向上
させる効果があるので、コアガラスの場合、15モル％ま
で加えることができるが、これ以上では蛍光強度が小さ
くなり、又失透しやすくなるので、使用する場合には15
％以下であることが望ましい。またクラッドガラスに使
用する場合には５％以下であることが望ましい。
の１種又は２種以上は、化学耐久性と機械的性質を向上
させる効果があるので、コアガラスの場合、15モル％ま
で加えることができるが、これ以上では蛍光強度が小さ
くなり、又失透しやすくなるので、使用する場合には15
％以下であることが望ましい。またクラッドガラスに使
用する場合には５％以下であることが望ましい。
本発明のファイバーにおいては、コアガラス及びクラッ
ドガラス中に上述の成分以外の他の成分、例えばCeO等
の希土類元素酸化物を例えば１％以下の量で含有ささせ
ることもできる。
ドガラス中に上述の成分以外の他の成分、例えばCeO等
の希土類元素酸化物を例えば１％以下の量で含有ささせ
ることもできる。
本発明のレーザーガラスファイバーでは、クラッドガラ
スの屈折率がコアガラスのそれより低くなければならな
いが、この要件はコアガラスおよびクラッドガラスの両
者を必須成分だけで構成させる場合でも、コアガラスに
は必ずNd2O3が含まれ、クラッドガラスにはこれが含ま
れないので、実現可能である。この他に、例えば次の様
にしてクラッドガラスの屈折率をコアガラスより低くす
ることができる。
スの屈折率がコアガラスのそれより低くなければならな
いが、この要件はコアガラスおよびクラッドガラスの両
者を必須成分だけで構成させる場合でも、コアガラスに
は必ずNd2O3が含まれ、クラッドガラスにはこれが含ま
れないので、実現可能である。この他に、例えば次の様
にしてクラッドガラスの屈折率をコアガラスより低くす
ることができる。
（イ）P2O5とAl2O3の合量を増加させる （ロ）MgO量を増加させる （ハ）K2O量を増加させる （ニ）コアガラスのSiO2をAl2O3およびMgOで置き換える 上述した組成からなるコアガラスをクラッドガラスで被
覆することは、後述の実施例で記載するように、コア用
レーザーガラスをロッド状に、クラッド用ガラスをパイ
プ状に加工した後、前者を後者に挿入し、線引炉内で線
引することにより行なわれる。
覆することは、後述の実施例で記載するように、コア用
レーザーガラスをロッド状に、クラッド用ガラスをパイ
プ状に加工した後、前者を後者に挿入し、線引炉内で線
引することにより行なわれる。
本発明のファイバーはレーザー発振波長1.054μｍにお
いて単一モードであることを特徴とする。単一モードフ
ァイバーとなるには、よく知られた次の式 を満たすように、ファイバーの寸法と用いられる材料の
パラメータを選ばなければならない。この式において、
ａはコア半径であり、λは波長、n1はコアガラスの屈折
率、n2はクラッドガラスの屈折率であり、そして2.405
は定数であって、０次のベッセル関数の最初の根であ
る。低発振閾値、高効率動作のためコアガラス内のパワ
ー密度を大きくするため、コアガラスの直径は数μｍ程
度にとれば上式より単一モードの条件も満たし、すなわ
ち空間ビーム品質のよい高性能レーザーとなる。
いて単一モードであることを特徴とする。単一モードフ
ァイバーとなるには、よく知られた次の式 を満たすように、ファイバーの寸法と用いられる材料の
パラメータを選ばなければならない。この式において、
ａはコア半径であり、λは波長、n1はコアガラスの屈折
率、n2はクラッドガラスの屈折率であり、そして2.405
は定数であって、０次のベッセル関数の最初の根であ
る。低発振閾値、高効率動作のためコアガラス内のパワ
ー密度を大きくするため、コアガラスの直径は数μｍ程
度にとれば上式より単一モードの条件も満たし、すなわ
ち空間ビーム品質のよい高性能レーザーとなる。
レーザーファイバーの両端面は光学研磨し、そこに発振
光に対し所定の反射率を有し、励起光を通す二色性装置
を設けることによりレーザー共振器となる。レーザー共
振器は、外部ミラーをファイバー端部に密着させたも
の、あるいはファイバー端部に直接ミラーを蒸着形成し
た内部ミラー型の双方が考えられる。しかし、ファイバ
ー端部・ミラー間の結合損失、ミラー調整、装置の小型
化を考えると内部ミラー型の方が望ましい。
光に対し所定の反射率を有し、励起光を通す二色性装置
を設けることによりレーザー共振器となる。レーザー共
振器は、外部ミラーをファイバー端部に密着させたも
の、あるいはファイバー端部に直接ミラーを蒸着形成し
た内部ミラー型の双方が考えられる。しかし、ファイバ
ー端部・ミラー間の結合損失、ミラー調整、装置の小型
化を考えると内部ミラー型の方が望ましい。
励起光源はファイバーレーザーの吸収スペクトルに一致
するならば、どのようなレーザー光源（例えばArレーザ
ー）でもよいが、装置の小型化を考えるとレーザーダイ
オードがよい。その理由は次の通りである。レーザー励
起法は、励起光のスペクトルに無駄がなく、励起光スペ
クトルの殆どをレーザー媒質に照射することができる。
又、レーザー励起法は端面励起することが可能であり、
結果として吸収効率が高くなる。
するならば、どのようなレーザー光源（例えばArレーザ
ー）でもよいが、装置の小型化を考えるとレーザーダイ
オードがよい。その理由は次の通りである。レーザー励
起法は、励起光のスペクトルに無駄がなく、励起光スペ
クトルの殆どをレーザー媒質に照射することができる。
又、レーザー励起法は端面励起することが可能であり、
結果として吸収効率が高くなる。
一方、ランプ励起法は、ランプの放出スペクトルに幅が
あり、レーザー媒質の吸収スペクトルとが必ずしも一致
しないので、ランプ光のスペクトルに無駄ができる。
又、放出されたランプ光はインコヒーレントな光である
ので、レーザー媒質に完全に集光させることは難しい。
あり、レーザー媒質の吸収スペクトルとが必ずしも一致
しないので、ランプ光のスペクトルに無駄ができる。
又、放出されたランプ光はインコヒーレントな光である
ので、レーザー媒質に完全に集光させることは難しい。
以上のことにより、レーザー励起した場合の方がランプ
励起した場合より高効率動作が期待できる。そのため、
本装置では励起源にレーザー（特にレーザーダイオー
ド）を用いることが望ましい。
励起した場合より高効率動作が期待できる。そのため、
本装置では励起源にレーザー（特にレーザーダイオー
ド）を用いることが望ましい。
一般に端面励起の場合、レーザーファイバーの長さは、
励起光を十分吸収し、かつ発振するのに十分な利得が得
られる長さでなければならない。また励起光波長、レー
ザー活性イオン濃度によって励起光の吸収量は違って来
るので、これらを考慮した長さにしなければならない。
本発明のレーザーファイバーにおいては、レーザー活性
イオンの濃度を高めることができるため、レーザー活性
イオン吸収スペクトルのピーク付近の波長で励起すれ
ば、励起光はファイバー長の短いファイバーでも殆ど吸
収される。またそのようにレーザー活性イオンを高濃度
にしても螢光の濃度消失が起りにくい特性のため、レー
ザーファイバーの単位長さ当りの利得を大きくすること
ができる。故に、ファイバー長の短いファイバーでも優
れた発振特性を示すのである。更に、レーザー活性イオ
ン濃度が低く、レーザー活性イオンの吸収スペクトルの
ピークからややはずれた波長で励起しても、ファイバー
長の長いファイバーであれば使用可能である。
励起光を十分吸収し、かつ発振するのに十分な利得が得
られる長さでなければならない。また励起光波長、レー
ザー活性イオン濃度によって励起光の吸収量は違って来
るので、これらを考慮した長さにしなければならない。
本発明のレーザーファイバーにおいては、レーザー活性
イオンの濃度を高めることができるため、レーザー活性
イオン吸収スペクトルのピーク付近の波長で励起すれ
ば、励起光はファイバー長の短いファイバーでも殆ど吸
収される。またそのようにレーザー活性イオンを高濃度
にしても螢光の濃度消失が起りにくい特性のため、レー
ザーファイバーの単位長さ当りの利得を大きくすること
ができる。故に、ファイバー長の短いファイバーでも優
れた発振特性を示すのである。更に、レーザー活性イオ
ン濃度が低く、レーザー活性イオンの吸収スペクトルの
ピークからややはずれた波長で励起しても、ファイバー
長の長いファイバーであれば使用可能である。
［実施例］ 以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明は
これらの実施例に限定されるものではない。
これらの実施例に限定されるものではない。
実施例１ 先ずファイバーの作製方法及び特性について記す。表１
の実施例１の欄に示されたコアガラス及びクラッドガラ
スの各々の組成比からなる原料混合物のそれぞれを２リ
ットルの白金ポットで1250〜1300℃の温度で溶解した
後、金型に流し込み厚さ約50mmの板状に成型し除冷し
た。これらを所定の大きさに切断した後、コア用レーザ
ーガラスは直径1.67mm、長さ53.5mmのロッド状に、クラ
ッド用ガラスは外径27.2mm、内径1.68mm、長さ53.5mmの
パイプ状に各々研磨加工した。ロッドをパイプ内に挿入
し線引炉内にセットしてから660℃まで昇温し、線引速
度65m/minで線引してドラムに巻き取り、ファイバーを
得た。線引操作は円滑に行なわれ、約1000mという長尺
なファイバーが得られた。
の実施例１の欄に示されたコアガラス及びクラッドガラ
スの各々の組成比からなる原料混合物のそれぞれを２リ
ットルの白金ポットで1250〜1300℃の温度で溶解した
後、金型に流し込み厚さ約50mmの板状に成型し除冷し
た。これらを所定の大きさに切断した後、コア用レーザ
ーガラスは直径1.67mm、長さ53.5mmのロッド状に、クラ
ッド用ガラスは外径27.2mm、内径1.68mm、長さ53.5mmの
パイプ状に各々研磨加工した。ロッドをパイプ内に挿入
し線引炉内にセットしてから660℃まで昇温し、線引速
度65m/minで線引してドラムに巻き取り、ファイバーを
得た。線引操作は円滑に行なわれ、約1000mという長尺
なファイバーが得られた。
このファイバーは第１図に示す如く、コアガラス１とク
ラッドガラス２とからなり、表１に示す如くファイバー
径Ａ＝65μｍ、コア径Ｂ＝４μｍの寸法であり、コアガ
ラス屈折率1.523、両ガラス間の屈折率差0.0065である
屈折率分布を有するフィアバーであった。
ラッドガラス２とからなり、表１に示す如くファイバー
径Ａ＝65μｍ、コア径Ｂ＝４μｍの寸法であり、コアガ
ラス屈折率1.523、両ガラス間の屈折率差0.0065である
屈折率分布を有するフィアバーであった。
コアのレーザー特性として、表１に誘導放出断面積（4.
2×10-20cm2）と蛍光寿命（315μsec）を示したが、誘
導放出断面積は石英レーザーガラスの誘導放出断面積
（約２×10-20cm2）に比べ大きい。蛍光寿命に関して
は、高濃度にレーザー活性イオンをドープしても蛍光の
濃度消光が起りにくく、同程度レーザー活性イオンをド
ープされた石英レーザーガラスの蛍光寿命（約250μse
c）に比べて長く、すぐれた特性を有することが明らか
となった。
2×10-20cm2）と蛍光寿命（315μsec）を示したが、誘
導放出断面積は石英レーザーガラスの誘導放出断面積
（約２×10-20cm2）に比べ大きい。蛍光寿命に関して
は、高濃度にレーザー活性イオンをドープしても蛍光の
濃度消光が起りにくく、同程度レーザー活性イオンをド
ープされた石英レーザーガラスの蛍光寿命（約250μse
c）に比べて長く、すぐれた特性を有することが明らか
となった。
次に上記ファイバーを用いたファイバーレーザー発振器
装置と、この装置で得られたレーザー発振特性を示す。
第２図は本実施例に用いたレーザー発振器装置を示した
ものである。第２図において、単一モードファイバー３
はレーザー媒質であるコア１とそれを取り囲んでいるク
ラッド２で構成されており、レーザーファイバー３の全
長は10mmである。このファイバーの両端面は光学研磨さ
れ、励起光を通過し発振光を反射する二色性装置４が取
りつけられ、全体としてファブリーペロー型のレーザー
共振器９を構成する。二色性装置４は、励起光（本実施
例の場合レーザーダイオード光807nm）を90％以上通
し、かつレーザー発振波長1.054μｍの光を全反射する
リアミラー５と励起光を90％以上通し、かつレーザー発
振波長に対し70％の反射率を有する出力取り出し用のフ
ロントミラー６から成る。励起源８としては、レーザー
ダイオード（シャープ LTO 15MF）が用いられ、レーザ
ーダイオード光は807nmで発振し、光学系７でファイバ
ー端部のコアに集光される。ファイバーコアが吸収した
励起入力2.2mWに対し0.6mW安定な単一モード連続発振を
得た。この時、レーザー発振閾値1mW、微分効率50％と
いう低閾値、高効率動作を得た。これらの値はファイバ
ー長10mmのレーザーガラスファイバーを用いて得られた
ものであり、従来の石英レーザーガラスファイバーの場
合、ファイバー長3.2mで発振閾値2.6mW、微分効率33％
であること（前出のエレクトロニクス レターズ参照）
を考慮すると、本発明のレーザーガラスファイバーのレ
ーザー発振特性の優秀性は明らかである。
装置と、この装置で得られたレーザー発振特性を示す。
第２図は本実施例に用いたレーザー発振器装置を示した
ものである。第２図において、単一モードファイバー３
はレーザー媒質であるコア１とそれを取り囲んでいるク
ラッド２で構成されており、レーザーファイバー３の全
長は10mmである。このファイバーの両端面は光学研磨さ
れ、励起光を通過し発振光を反射する二色性装置４が取
りつけられ、全体としてファブリーペロー型のレーザー
共振器９を構成する。二色性装置４は、励起光（本実施
例の場合レーザーダイオード光807nm）を90％以上通
し、かつレーザー発振波長1.054μｍの光を全反射する
リアミラー５と励起光を90％以上通し、かつレーザー発
振波長に対し70％の反射率を有する出力取り出し用のフ
ロントミラー６から成る。励起源８としては、レーザー
ダイオード（シャープ LTO 15MF）が用いられ、レーザ
ーダイオード光は807nmで発振し、光学系７でファイバ
ー端部のコアに集光される。ファイバーコアが吸収した
励起入力2.2mWに対し0.6mW安定な単一モード連続発振を
得た。この時、レーザー発振閾値1mW、微分効率50％と
いう低閾値、高効率動作を得た。これらの値はファイバ
ー長10mmのレーザーガラスファイバーを用いて得られた
ものであり、従来の石英レーザーガラスファイバーの場
合、ファイバー長3.2mで発振閾値2.6mW、微分効率33％
であること（前出のエレクトロニクス レターズ参照）
を考慮すると、本発明のレーザーガラスファイバーのレ
ーザー発振特性の優秀性は明らかである。
実施例２〜17 表１に示した組成からなるコアガラス及びクラッドガラ
スを用い、実施例１と同様の方法で実施例２〜17のファ
イバーを得た。
スを用い、実施例１と同様の方法で実施例２〜17のファ
イバーを得た。
得られた各ファイバーのファイバー径、コア径、コアガ
ラス屈折率、コアガラス誘導放出断面積、蛍光寿命等を
表１に示した。
ラス屈折率、コアガラス誘導放出断面積、蛍光寿命等を
表１に示した。
またレーザー発振特性に関しても、Nd2O3のドープ量、
励起波長、出力側ミラーの透過率等の条件によっても変
わるが、ファイバー長0.3mm〜25mmで発振閾値2mW以下、
微分効率30％以上という低閾値・高効率・安定な連続発
振が同様に得られた。
励起波長、出力側ミラーの透過率等の条件によっても変
わるが、ファイバー長0.3mm〜25mmで発振閾値2mW以下、
微分効率30％以上という低閾値・高効率・安定な連続発
振が同様に得られた。
［発明の効果］ 本発明のレーザーガラスファイバーは、従来の石英レー
ザーガラスファイバーに比べ、短ファイバー長でも優れ
たレーザーガラス発振特性を示し、その結果、コンパク
トで高性能なレーザー発振器を得ることが可能となり、
ファイバーシステムの光源等の応用が期待できる。又、
本発明によるレーザーガラスファイバーは優れた増幅特
性を有するので光増幅装置としても使用することが期待
される。
ザーガラスファイバーに比べ、短ファイバー長でも優れ
たレーザーガラス発振特性を示し、その結果、コンパク
トで高性能なレーザー発振器を得ることが可能となり、
ファイバーシステムの光源等の応用が期待できる。又、
本発明によるレーザーガラスファイバーは優れた増幅特
性を有するので光増幅装置としても使用することが期待
される。
また本発明はクラッドガラスとして、コアガラスと熱的
性質が近似する燐酸塩ガラスを用いることにより、燐酸
塩レーザーガラスのファイバー化が可能となり、光学的
品質が良好で長尺な燐酸塩レーザーガラスファイバーを
量産することができるという技術的効果も有する。
性質が近似する燐酸塩ガラスを用いることにより、燐酸
塩レーザーガラスのファイバー化が可能となり、光学的
品質が良好で長尺な燐酸塩レーザーガラスファイバーを
量産することができるという技術的効果も有する。
第１図は本発明の実施例のレーザーガラス単一モードフ
ァイバーの断面構造と屈折率分布を示す説明図、 第２図は本発明の実施例のレーザーガラス単一モードフ
ァイバーを用いたレーザー発振器装置の概略図である。 １……コア ２……クラッド ３……レーザーガラスファイバー ４……二色性装置 ５……リアミラー ６……フロントミラー ７……光学系 ８……励起源 ９……レーザー共振器
ァイバーの断面構造と屈折率分布を示す説明図、 第２図は本発明の実施例のレーザーガラス単一モードフ
ァイバーを用いたレーザー発振器装置の概略図である。 １……コア ２……クラッド ３……レーザーガラスファイバー ４……二色性装置 ５……リアミラー ６……フロントミラー ７……光学系 ８……励起源 ９……レーザー共振器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/17 3/30 Ｚ (72)発明者 増田 勲 東京都新宿区中落合２丁目７番５号 ホー ヤ株式会社内 (72)発明者 泉谷 徹郎 東京都新宿区中落合２丁目７番５号 ホー ヤ株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】モル表示でP2O545〜75％、Al2O3４〜20
％、Ｒ″Ｏ（MgO,CaO,BaO,PbO,SrO及びZnOの１種又は２
種以上を指す。以下同じ）０〜35％、Ｒ′2Ｏ（Li2O,Na
2O及びK2Oの１種又は２種以上を指す。以下同じ）０〜3
0％,R″Ｏ＋Ｒ′2O4〜45％、Nd2O30.1〜６％を含有する
燐酸塩レーザーガラスをコアガラスとし、このコアガラ
スより屈折率が低く、モル表示でP2O545〜70％、Al2O3
４〜20％、Ｒ″O0〜35％、Ｒ′2O0〜30％、Ｒ″Ｏ＋
Ｒ′2O4〜45％を含有する燐酸塩ガラスで、前記のコア
ガラスを被覆したファイバーであって、レーザー発振波
長1.054μｍにおいて単一モードファイバーであること
を特徴とするレーザーガラスファイバー。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62157416A JPH07104537B2 (ja) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | 燐酸塩レ−ザ−ガラス単一モ−ドファイバ− |
| US07/211,056 US4871230A (en) | 1987-06-24 | 1988-06-24 | Single mode phosphate laser glass fiber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62157416A JPH07104537B2 (ja) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | 燐酸塩レ−ザ−ガラス単一モ−ドファイバ− |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH012025A JPH012025A (ja) | 1989-01-06 |
| JPS642025A JPS642025A (en) | 1989-01-06 |
| JPH07104537B2 true JPH07104537B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=15649158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62157416A Expired - Fee Related JPH07104537B2 (ja) | 1987-06-24 | 1987-06-24 | 燐酸塩レ−ザ−ガラス単一モ−ドファイバ− |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4871230A (ja) |
| JP (1) | JPH07104537B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5322820C1 (en) * | 1992-12-08 | 2001-04-24 | Kigre Inc | Athermal laser glass compositions with high thermal loading capacity |
| US5812729A (en) * | 1995-07-21 | 1998-09-22 | Lockheed Martin Energy Systems, Inc. | Very high numerical aperture light transmitting device |
| US5805332A (en) * | 1997-02-18 | 1998-09-08 | Regents Of The University Of Minnesota | Optical fiber amplifier |
| US6542304B2 (en) | 1999-05-17 | 2003-04-01 | Toolz, Ltd. | Laser beam device with apertured reflective element |
| US6611372B1 (en) * | 2000-06-09 | 2003-08-26 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Erbium and ytterbium co-doped phosphate glass optical fiber amplifiers using short active fiber length |
| AU2001297924A1 (en) * | 2000-11-27 | 2003-01-02 | Photon-X, Inc. | Compact optical fiber amplifier module |
| DE10239572B3 (de) * | 2002-08-23 | 2004-01-08 | Schott Glas | Blei- und vorzugsweise arsen-freie optische Schwerkrongläser sowie deren Verwendung |
| DE10245987B3 (de) * | 2002-10-02 | 2004-05-06 | Schott Glas | Optische Stufenfasern aus Mehrkomponentengläsern |
| JP2007287995A (ja) * | 2006-04-18 | 2007-11-01 | Central Glass Co Ltd | Ａｓｅ光源 |
| JP4835294B2 (ja) * | 2006-07-14 | 2011-12-14 | 株式会社ジェイテクト | レーザ発振装置 |
| CN102033249B (zh) * | 2009-09-29 | 2012-08-29 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 超大模面积偏磷酸盐光纤的组成及其制备方法 |
| CN104496173A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-04-08 | 山东海富光子科技股份有限公司 | 用于高功率光纤激光器的硅酸盐全玻璃光纤的外包层玻璃 |
| EP3136143B1 (en) * | 2015-08-26 | 2020-04-01 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Hollow-core fibre and method of manufacturing thereof |
| US9834469B2 (en) * | 2016-02-02 | 2017-12-05 | Schott Corporation | Aluminophosphate glass composition |
| CN109164535A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-08 | 镇江微芯光子科技有限公司 | 一种高功率的玻璃光纤 |
| CN113277731B (zh) * | 2021-05-28 | 2022-04-15 | 成都光明光电有限责任公司 | 含银纳米微粒激光玻璃及其制造方法 |
| CN113511813B (zh) * | 2021-06-28 | 2022-03-04 | 成都光明光电有限责任公司 | 一种用于激光玻璃的包边玻璃及其制备方法和应用 |
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-
1987
- 1987-06-24 JP JP62157416A patent/JPH07104537B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1988
- 1988-06-24 US US07/211,056 patent/US4871230A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5357214A (en) * | 1976-11-02 | 1978-05-24 | Fujitsu Ltd | Glass for line of optical transmitter and method of manufacturing thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS642025A (en) | 1989-01-06 |
| US4871230A (en) | 1989-10-03 |
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