JPH0736463B2 - Hikari Baraman Laser - Google Patents

Hikari Baraman Laser

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JPH0736463B2
JPH0736463B2 JP62045189A JP4518987A JPH0736463B2 JP H0736463 B2 JPH0736463 B2 JP H0736463B2 JP 62045189 A JP62045189 A JP 62045189A JP 4518987 A JP4518987 A JP 4518987A JP H0736463 B2 JPH0736463 B2 JP H0736463B2
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JP
Japan
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optical fiber
optical
laser
resonator system
mode
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正治 堀口
誠 清水
裕之 須田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/302Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の産業上利用分野〕 本発明は、光ファイバラマンレーザ、さらに詳細には小
形にして高効率な波長可変レーザに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber Raman laser, and more particularly to a compact and highly efficient wavelength tunable laser.

〔従来技術〕[Prior art]

第1図は、従来のこの種の装置の概念図であって、1−
aはQスイッチおよびモードロック装置付YAGレーザ、
1−bは1−aの駆動装置、2はレーザ光を集光するた
めのレンズ、3は単一モード光ファイバ、4は分光装
置、5は被測定物である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a conventional device of this type,
a is a YAG laser with Q switch and mode lock device,
1-b is a drive device of 1-a, 2 is a lens for condensing a laser beam, 3 is a single mode optical fiber, 4 is a spectroscopic device, and 5 is an object to be measured.

これを動作させるには、駆動装置1−bを動作せしめ、
例えばQスイッチ周波数1KHz、モードロック周波数100M
Hzのピーク出力の大きな光パルスをYGAレーザ1−aよ
り取り出し、これをレンズ2を介して、単一モード光フ
ァイバ3に入射する。この際のファイバ内光出力は、ピ
ーク出力で300W以上となるため、ファイバ3のコア部で
誘導ラマン現象が生じ、例えば波長1.06〜1.5μmの波
長領域に光出力を生じる。この光を分光装置4により分
光し、リメータレンズ2を介して、所要の被測定物5に
入射する。また、光源の波長を選択したいときは、分光
装置4を駆動することにより、上記の波長範囲で光パル
ス出力を得ることができる。
In order to operate this, operate the drive device 1-b,
For example, Q switch frequency 1KHz, mode lock frequency 100M
An optical pulse having a large peak output of Hz is extracted from the YGA laser 1-a, and is incident on the single mode optical fiber 3 via the lens 2. Since the optical output in the fiber at this time is 300 W or more at the peak output, the stimulated Raman phenomenon occurs in the core portion of the fiber 3, and the optical output is produced in the wavelength region of, for example, 1.06 to 1.5 μm. This light is dispersed by the spectroscopic device 4 and is incident on the required object 5 to be measured through the remeter lens 2. Further, when it is desired to select the wavelength of the light source, the optical pulse output can be obtained in the above wavelength range by driving the spectroscopic device 4.

〔本発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be Solved by the Present Invention]

このような従来の装置は、第1図に示すごとく高出力の
YAGレーザ1−aを用い、波長可変のレーザ出力を得る
もので、光ファイバ光学を始めとして、各種の計測に広
い応用範囲を有する。
Such a conventional device has a high output as shown in FIG.
A YAG laser 1-a is used to obtain a wavelength tunable laser output, which has a wide application range for various measurements including optical fiber optics.

しかしながら、この種の装置に用いられているYAGレー
ザは、一般に水冷方式であるうえ、共振長が2m以上あ
り、安定に使用するには大型の定盤の上で動作させる必
要があった。このため、この種のレーザを装置内に組み
込んだり、可搬形にすることは困難であった。
However, the YAG laser used in this type of device is generally a water-cooled system and has a resonance length of 2 m or more, and it was necessary to operate it on a large surface plate for stable use. For this reason, it has been difficult to incorporate this type of laser into the device or make it portable.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、希土類が添加された単一モード光ファ
イバを発振媒体とする光ファイバラマンレーザの前記発
振媒体内部に極めて高いパワー密度を生じせしめ、該レ
ーザ光固有の発振線により光ファイバ内のコア部に誘導
ラマン散乱を発生させ、該ファイバレーザから、レーザ
発振線に加え誘導ラマン散乱によるストークス線を取り
出し、小型、高効率にして可搬形の波長可変レーザを提
供することにある。
An object of the present invention is to generate an extremely high power density inside the oscillation medium of an optical fiber Raman laser using a single mode optical fiber doped with a rare earth as an oscillation medium, and to generate an extremely high power density inside the optical fiber by the oscillation line peculiar to the laser beam. Stimulated Raman scattering is generated in the core part of the above, and Stokes lines due to stimulated Raman scattering are extracted from the fiber laser in addition to the laser oscillation line, and a compact and highly efficient portable wavelength tunable laser is provided.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記目的を達成するため、希土類元素を添加
した単一モード光ファイバからなるレーザ発振媒体とレ
ーザ共振を生じせしめる共振ミラーとを備えた共振器系
と、この共振器系へ光を入射するための、希土類元素を
励起する光源とから構成される光ファイバラマンレーザ
であって、前記レーザ発振媒体内の最大光パワーPmが少
なくとも 〔ただし、Pcは誘導ラマン散乱のしきい値、Aは光ファ
イバコア部の断面積(cm2)、Gはラマン利得(cm/
W)、αは光ファイバの光減衰係数cm-1)、lはファイ
バ長(cm)である。〕 以上となるような励起用光源出力を有することを特徴と
している。
In order to achieve the above object, the present invention provides a resonator system including a laser oscillation medium formed of a single mode optical fiber doped with a rare earth element and a resonance mirror that causes laser resonance, and a resonator system that emits light to the resonator system. An optical fiber Raman laser for incidence, comprising a light source for exciting a rare earth element, wherein the maximum optical power Pm in the laser oscillation medium is at least [Where Pc is the threshold of stimulated Raman scattering, A is the cross-sectional area (cm 2 ) of the optical fiber core, and G is the Raman gain (cm /
W), α are optical attenuation coefficients of optical fiber cm −1 ), and 1 is fiber length (cm). ] It is characterized by having an excitation light source output as described above.

特に、微小なコアを有する単一モード光ファイバの端面
に直接形成された共振ミラーを使用することによりレー
ザの効率を高くするとともに、共振器系の単一モード光
導波路としての機能を保持しつつ、モードロックおよび
Qスイッチ用変調器を具備させ、かつ変調の機能を向上
させるため、レーザ発振媒体である光ファイバ自体に10
-4以上の複屈折性を保持させることにより、光ファイバ
ラマンレーザの共振器系内で、誘導ラマン散乱効果を生
じさせることを可能にしたことに特徴がある。
In particular, while using a resonant mirror formed directly on the end face of a single-mode optical fiber having a minute core, the efficiency of the laser is increased and the function of the resonator system as a single-mode optical waveguide is maintained. In order to provide a modulator for mode lock and Q switch, and to improve the function of modulation, the optical fiber itself, which is the laser oscillation medium, has 10
-It is characterized in that the stimulated Raman scattering effect can be generated in the resonator system of the optical fiber Raman laser by maintaining the birefringence of -4 or more.

本発明では、レーザの出力光で直接ラマン効果を生じさ
せるのではなく、レーザ出力の数十倍の光パワーが存在
する共振器系内で、光非線形効果(誘導ラマン散乱)を
生じさせ得るため、レーザの励起用光源を小型にするこ
とができる。これによって、例えば半導体レーザによる
励起が可能となり小形、軽量、高効率の波長可変レーザ
を提供できる。
In the present invention, since the Raman effect is not directly generated by the laser output light, an optical nonlinear effect (stimulated Raman scattering) can be generated in the resonator system in which optical power of several tens of times the laser output exists. The light source for exciting the laser can be downsized. As a result, for example, a semiconductor laser can be used for excitation, and a compact, lightweight, highly efficient wavelength tunable laser can be provided.

〔実施例1〕 第2図は本発明の一実施例の概念図であって、6は出力
100mW、発振波長0.83μmのGaAsレーザ(光源)、7は
集光用のロッドレンズ、8は光ファイバの端面に蒸着さ
れた誘電体からなる共振ミラー、9はNdがコア部に約80
ppmドープされた複屈折性を有するパンダ形の単一モー
ド光ファイバ、10はLiNbO3の導波路形位相変調器、11は
LiNbO3の方向性結合形光変調器、12は11の片面に蒸着さ
れた誘電体の共振ミラー、13はレーザの出力光、14はGe
光検出器、15は10の駆動用発振器、16は15の出力信号の
周波数を一定率(例えば、100または1000分の1)で分
周するための分周器、17は分周器16の出力周波数で発振
し、11を駆動するための発振器、18はレーザの発振光パ
ルスを観測するためのサンプリングオシロスコープ、19
は波形観測のためのトリガー信号である。
[Embodiment 1] FIG. 2 is a conceptual diagram of an embodiment of the present invention, in which 6 is an output.
GaAs laser (light source) with 100 mW and oscillation wavelength of 0.83 μm, 7 is a rod lens for condensing, 8 is a resonant mirror made of a dielectric material deposited on the end face of the optical fiber, and 9 is Nd about 80 in the core.
ppm-doped panda-type single-mode optical fiber with birefringence, 10 is LiNbO 3 waveguide phase modulator, 11 is
LiNbO 3 directional-coupled optical modulator, 12 is a dielectric resonant mirror with vapor-deposited 11 on one side, 13 is laser output light, 14 is Ge
A photodetector, 15 is a driving oscillator for 10, 10 is a frequency divider for dividing the frequency of the output signal of 15 at a constant rate (for example, 100 or 1/1000), and 17 is a frequency divider 16 Oscillator for oscillating at output frequency and driving 11, 18 is a sampling oscilloscope for observing laser oscillation light pulse, 19
Is a trigger signal for waveform observation.

前記共振ミラー12の反射率は、レーザ発振波長1.09μm
に対し約90%、励起光源の0.83μmに対し約5%であ
る。また、波長1.09〜1.3μmでの透過率は10〜20%で
あった。
The reflectance of the resonance mirror 12 is a laser oscillation wavelength of 1.09 μm.
To about 90%, and about 5% to 0.83 μm of the excitation light source. The transmittance at a wavelength of 1.09 to 1.3 μm was 10 to 20%.

一方、入射端8の反射率はレーザ発振波長1.09μmに対
し約99.5%、励起光源の波長0.83μmに対し約1%であ
る。
On the other hand, the reflectance at the incident end 8 is about 99.5% for a laser oscillation wavelength of 1.09 μm and about 1% for a pumping light source wavelength of 0.83 μm.

これを動作するには、GaAsレーザ6に安定な駆動電流12
0mAを流し、得られたレーザ出力をロッドレンズ7を介
して単一モード光ファイバ9に入射する。このときのGa
Asレーザ6の出力は、110mWでファイバ9の結合効率は5
5%であった。この状態で、入射光によりNdが励起され
反射ミラー8および12の間でレーザ光の発振が生じ、連
続発振出力として15mWが得られた。
To operate this, a stable drive current of 12 is required for the GaAs laser 6.
0 mA is made to flow, and the obtained laser output is made incident on the single mode optical fiber 9 via the rod lens 7. Ga at this time
The output of the As laser 6 is 110 mW and the coupling efficiency of the fiber 9 is 5
It was 5%. In this state, Nd was excited by the incident light to oscillate the laser light between the reflecting mirrors 8 and 12, and 15 mW was obtained as the continuous oscillation output.

次いで、位相変調器10の駆動用発振器15、分周器16およ
び方向性結合器(光変調器)11駆動用発振器17を駆動
し、Qスイッチおよびモードロック動作を行わせる。こ
の際、発振器15はモードロック動作を行わせるもので、
駆動周波数fmは で与えられる。ここに、l1は単一モードファイバの長さ
n1は単一モードファイバのコアの屈折率、l2はLiNbO3
動器2個の総長、n2はLiNbO3の屈折率、Cは光速であ
る。本実施例では、l1=103m、n1=1.456、l2=5cm、n2
=2.23であるから、fm=1.00MHzで位相変調器10を駆動
する。一方、発振器17はQスイッチ動作を行わせるもの
で、その駆動周波数としてfmの1000分の1すなわちfQ=
1KHzを選定した。なお試験条件の変化に伴うfm、fQの変
化に対しては、駆動用発振器15に内蔵された基準信号発
生装置の微調整により、最適周波数の調整を行う。
Next, the driving oscillator 15, the frequency divider 16, and the directional coupler (optical modulator) 11 driving oscillator 17 of the phase modulator 10 are driven to perform the Q switch and the mode lock operation. At this time, the oscillator 15 causes the mode lock operation,
Drive frequency fm Given in. Where l 1 is the length of the single mode fiber
n 1 is the refractive index of the core of a single mode fiber, l 2 is LiNbO 3 variator two general, n 2 is the refractive index of LiNbO 3, C is the speed of light. In this example, l 1 = 103 m, n 1 = 1.456, l 2 = 5 cm, n 2
= 2.23, the phase modulator 10 is driven at fm = 1.00 MHz. On the other hand, the oscillator 17 performs the Q switch operation, and its driving frequency is 1/1000 of fm, that is, fQ =
1KHz was selected. With respect to changes in fm and fQ due to changes in test conditions, the optimum frequency is adjusted by fine adjustment of the reference signal generator incorporated in the driving oscillator 15.

第3図(a)、(b)はそれぞれ位相変調器10および方
向性結合器11の各光変調器の詳細図であって、20はLiNb
O3の基板(厚さ1.2mm、縦横25mm×20mm)、21はTiを拡
散した光導波路部(6μm幅)、22は駆動電圧を印加す
る電極である。
3 (a) and 3 (b) are detailed diagrams of the optical modulators of the phase modulator 10 and the directional coupler 11, respectively, and 20 is LiNb.
A substrate of O 3 (thickness 1.2 mm, length and width 25 mm × 20 mm), 21 is an optical waveguide portion (6 μm width) in which Ti is diffused, and 22 is an electrode for applying a driving voltage.

この方向性結合形光変調器11は電極22に印加される駆動
周波数fQに対応して、2つの光導波路部21間で結合が変
化し、これによって共振器系のQが変化することにな
る。
In this directional-coupling type optical modulator 11, the coupling between the two optical waveguide portions 21 changes corresponding to the driving frequency fQ applied to the electrode 22, which changes the Q of the resonator system. .

なお、単一モード光ファイバと各光変調器の接続におい
ては、光ファイバおよび光変調器の偏波面の主軸が一致
するよう微調整を行い、エポキシ系樹脂により接着固定
した。光変調器10および11の光挿入損失は波長1.09μm
でそれぞれ1.8および1.6dBであった。
In the connection between the single-mode optical fiber and each optical modulator, fine adjustment was performed so that the principal axes of the polarization planes of the optical fiber and the optical modulator coincided with each other, and they were adhesively fixed with an epoxy resin. The optical insertion loss of the optical modulators 10 and 11 is 1.09 μm.
At 1.8 and 1.6 dB, respectively.

以上の操作により、光変調器10、11が動作し、レーザ出
力光13の出力として、モードロックおよびQスイッチの
光パルスが得られた。得られた波長1.09μmの光パルス
は、Qスイッチ動作のみの場合、640sec、Qスイッチお
よびモードロックを同時に行った場合、3.5nsecであっ
た。
By the above operation, the optical modulators 10 and 11 were operated, and the mode-locked and Q-switch optical pulses were obtained as the output of the laser output light 13. The obtained light pulse having a wavelength of 1.09 μm was 640 sec in the case of only the Q switch operation, and 3.5 nsec in the case of simultaneously performing the Q switch and the mode lock.

第4図は、出力光13を回折格子型分光器で分光した出力
特性である。分光計の波長分解能は50Åである。
FIG. 4 shows output characteristics obtained by dispersing the output light 13 by the diffraction grating type spectroscope. The wavelength resolution of the spectrometer is 50Å.

第4図に示されるように基本発振線1.09μmの外に波長
1.15μm、1.21μmにブロードな光出力特性が得られ
た。これは、励起用光源(GaAsレーザ6)からの励起光
出力によりレーザ発振器内の最大光パワーPmが誘導ラマ
ン散乱のしきい値Pc〔参考文献:proceedings of IEEE、
Vol.68,NO.10,PP.1232〜1236(1980)〕、すなわち を超えたため、光ファイバ内で誘導ラマン散乱が生じ1
次ストークス光の1.15μmの光と2次ストークス光の1.
21μmの光が生じたものである。ただし、(2)式にお
いてAは光ファイバコア部の断面積〔cm2〕、Gはラマ
ン利得〔cm/W〕、αは光ファイバの光減衰係数〔cm-1
lは光ファイバ長〔cm〕である。本実施例では、コア径
が5μmであるからA=1.96×10-7cm2、Gは石英ガラ
スの場合近似値に (λは光の波長〔μm〕) で表されるから、G=9.17×10-12〔cm/W〕、lは単一
モード光ファイバの長さであるから、1.03×106〔c
m〕、ファイバの損失値は、 波長1.09μmで1.2dB/kmであるから、 α=2.76×10-6〔cm-1〕となる。
As shown in Fig. 4, wavelengths outside the fundamental oscillation line of 1.09 μm
Broad optical output characteristics were obtained at 1.15 μm and 1.21 μm. This is because the maximum optical power Pm in the laser oscillator is the threshold value Pc of stimulated Raman scattering due to the pumping light output from the pumping light source (GaAs laser 6) [Reference: proceedings of IEEE,
Vol.68, NO.10, PP.1232-1236 (1980)], that is, Since stimulated Raman, stimulated Raman scattering occurs in the optical fiber 1
1.15 μm of secondary Stokes light and 1. of secondary Stokes light
21 μm of light was generated. However, in the equation (2), A is the cross-sectional area [cm 2 ] of the optical fiber core, G is the Raman gain [cm / W], and α is the optical attenuation coefficient [cm -1 ] of the optical fiber.
l is an optical fiber length [cm]. In this embodiment, since the core diameter is 5 μm, A = 1.96 × 10 −7 cm 2 and G is an approximate value in the case of silica glass. (Λ is the wavelength of light [μm]), G = 9.17 × 10 −12 [cm / W], and l is the length of the single-mode optical fiber, 1.03 × 10 6 [c
m], and the fiber loss value is 1.2 dB / km at a wavelength of 1.09 μm, so α = 2.76 × 10 −6 [cm −1 ].

したがって、(2)式のPcの値の計算値として34〔W〕
を得る。
Therefore, the calculated value of Pc in equation (2) is 34 [W].
To get

本実施例における光出力は、Qスイッチのみの動作の場
合ピークの光出力として1500mWが得られた。したがっ
て、Qスイッチおよびモードロックを同時に動作させた
ときの仮想的なピーク光出力Poは、約15Wと推定され
る。ところで、この光出力15Wは、共振ミラーの反射率
が90%における値であるから、このときのレーザ発振媒
体内、すなわち単一モード光ファイバ内の最大光パワー
Pmは、約150Wにも及ぶ。この点が本発明の最も重要な着
眼点である。この150Wというファイバ内出力は、誘導ラ
マン散乱のしきい値34〔W〕を大幅に上回ることから、
第4図のストークス光が観測されることが説明される。
In the case of the operation of only the Q switch, the optical output in this example was 1500 mW as the peak optical output. Therefore, the virtual peak light output Po when the Q switch and the mode lock are simultaneously operated is estimated to be about 15W. By the way, this optical output of 15 W is the value when the reflectance of the resonant mirror is 90%, so the maximum optical power in the laser oscillation medium at this time, that is, in the single-mode optical fiber, is
Pm reaches about 150W. This is the most important point of the present invention. This in-fiber output of 150 W greatly exceeds the threshold value 34 [W] of stimulated Raman scattering,
It is explained that the Stokes light of FIG. 4 is observed.

以上のことを整理すると、ファイバラマンレーザ内で誘
導ラマン散乱を生じさせる条件は、 となる。
Summarizing the above, the conditions that cause stimulated Raman scattering in a fiber Raman laser are: Becomes

ここに、PoはQスイッチおよびモードロック動作を行っ
たときのレーザ発振媒体のピーク出力であり、Rは出射
側共振ミラーの反射率である。ただし、このPoは、光フ
ァイバ内で誘導ラマン散乱が発生した場合には、ストー
クス光の発生によってレーザ発振出力が低下するため、
仮想的な光出力(誘導ラマン散乱が生じないと仮定した
とき、得られるファイバレーザ出力値のこと)であり、
実際に直接観測できる出力ではないことに注意しなけれ
ばならない。すなわち、本実施例の場合では実際に観測
された波長1.09μmでの発振出力は7.2Wであり、前記仮
想値15Wを下回っている。この差は、ストークス光の発
生に光エネルギが変換されたことに対応しており、第4
図の観測結果は、これを裏付けるものである。
Here, Po is the peak output of the laser oscillation medium when the Q switch and the mode lock operation are performed, and R is the reflectance of the emitting side resonance mirror. However, in this Po, when stimulated Raman scattering occurs in the optical fiber, the laser oscillation output decreases due to the generation of Stokes light,
Virtual light output (the fiber laser output value obtained assuming that stimulated Raman scattering does not occur),
It should be noted that the output is not actually directly observable. That is, in the case of this example, the actually observed oscillation output at a wavelength of 1.09 μm is 7.2 W, which is below the virtual value of 15 W. This difference corresponds to the conversion of light energy into the generation of Stokes light, and
The observation results in the figure support this.

なお、本実施例で使用している単一モード光ファイバの
複屈折率はB=5×10-4であった。この複屈折率が1×
10-4では、Qスイッチおよびモードロック動作に用いる
光変調器が効率良く動作しないため、変調度を深くとれ
ないという問題が生じた。したがって、 B>1×10-4 (4) の条件が必要となる。
The birefringence of the single mode optical fiber used in this example was B = 5 × 10 −4 . This birefringence is 1 ×
At 10 -4 , the Q-switch and the optical modulator used for the mode-lock operation do not operate efficiently, which causes a problem that the modulation degree cannot be deep. Therefore, the condition of B> 1 × 10 −4 (4) is required.

なお、本実施例ではコアにNdをドープしたファイバを使
用したが、ドープ材料としてはレーザ発振動作を可能と
するEr,Ho,Yb等の希土類元素も適用可能である。
In this embodiment, the core is made of Nd-doped fiber, but rare earth elements such as Er, Ho, and Yb capable of lasing can be used as the doping material.

〔実施例2〕 第5図は、第2の実施例に用いたLiNbO3の光変調器の概
要図であって、23は高周波信号(数MHzHz〜数KHz)用の
電極、24は低周波信号(数百MHz〜数KHz)用の電極、25
はレーザ共振器系を構成するための誘電体蒸着ミラー
(共振ミラー)であり、他は第1の実施例と同様の構成
である。本実施例では、第1の実施例における変調器10
および11に相当する部分を、第5図に示す1個の素子に
集積している。すなわち、モードロック用の高周波信号
を23の電極より印加し、Qスイッチ用の低周波信号を電
極24より印加する。ここに変調器の構成は、いずれも方
向性結合形のLiNbO3変調器を使用している。本変調器の
挿入損失は、波長1.09μmで1.9dBであった。このよう
に、本実施例において挿入損失が減少したのは、実施例
1に比較して接続部が2ケ所減少したことによる。
[Embodiment 2] FIG. 5 is a schematic diagram of an optical modulator of LiNbO 3 used in the second embodiment, in which 23 is an electrode for a high frequency signal (several MHzHz to several KHz) and 24 is a low frequency. Electrodes for signals (several hundred MHz to several KHz), 25
Is a dielectric vapor deposition mirror (resonant mirror) for forming a laser resonator system, and has the same structure as that of the first embodiment except for the above. In this embodiment, the modulator 10 in the first embodiment is used.
The parts corresponding to and 11 are integrated in one element shown in FIG. That is, a high frequency signal for mode lock is applied from the electrode 23, and a low frequency signal for Q switch is applied from the electrode 24. The modulators used here are all directionally coupled LiNbO 3 modulators. The insertion loss of this modulator was 1.9 dB at a wavelength of 1.09 μm. As described above, the reason why the insertion loss is reduced in the present embodiment is that the number of connecting portions is reduced in two places as compared with the first embodiment.

本実施例においても第4図と同様のラマン出力が得られ
たが、共振系の損失が少ないため、第1ストークス線
(λ=1.15μm)の強度は、実施例1に比較して30%増
加するのが確認された。
The Raman output similar to that shown in FIG. 4 was obtained in this example as well, but the loss of the resonance system is small, so that the intensity of the first Stokes line (λ = 1.15 μm) is 30% as compared with the first example. It was confirmed to increase.

〔実施例3〕 第3の実施例に示した方向性結合形光変調器11の代わり
に、第6図はQスイッチ動作をさせるための別の光変調
器の構成図を示すもので、9は光ファイバレーザ共振器
系を構成するためのNd添加単一モード光ファイバ、26は
積層型ピエゾ振動子、27は26を駆動するための交流電圧
発生器、28はファイバ支持台である。
[Third Embodiment] FIG. 6 is a block diagram of another optical modulator for performing a Q-switch operation, instead of the directional coupling type optical modulator 11 shown in the third embodiment. Is a Nd-doped single mode optical fiber for constructing an optical fiber laser resonator system, 26 is a laminated piezoelectric oscillator, 27 is an AC voltage generator for driving 26, and 28 is a fiber support.

この変調器を動作するには、共振器系を構成するNd添加
単一モード光ファイバを切断し、軸方向に垂直な端面を
形成する。その形成法としては、ファイバのクリーブ面
を用いるかまたは平滑に研磨する方向が用いられる。ま
た、その両面には無反射コーティングが施されている。
この光ファイバの2端面を第6図に示すように、一方は
光ファイバの支持台28に接着剤等で固定し、もう一方は
積層型ピエゾ振動子に固定する。この状態で第6図の空
気ギャップdは、5μm以下、できれば1〜2μmと
し、両端面間の光学的な結合損失を0.2dB以下となるよ
う相互の位置微調整を行う。この状態で、交流電圧発生
器27よりピーク電圧約105Vの交流電圧を印加すると光フ
ァイバ9は第6図の矢印の方向に振動する。このときの
振動幅は±5μmであった。この振動によって該光ファ
イバ両端面間の光学的結合効率は、0%〜96%の間で変
化することが確認された。
To operate this modulator, the Nd-doped single mode optical fiber that constitutes the resonator system is cut to form an end face perpendicular to the axial direction. As the forming method, the cleaved surface of the fiber is used or the direction of smooth polishing is used. In addition, anti-reflection coating is applied on both sides.
As shown in FIG. 6, the two end faces of this optical fiber are fixed to the optical fiber support base 28 with an adhesive or the like, and the other end is fixed to the laminated piezoelectric vibrator. In this state, the air gap d in FIG. 6 is set to 5 μm or less, preferably 1 to 2 μm, and mutual positional fine adjustment is performed so that the optical coupling loss between both end surfaces is 0.2 dB or less. In this state, when an AC voltage having a peak voltage of about 105 V is applied from the AC voltage generator 27, the optical fiber 9 vibrates in the direction of the arrow in FIG. The vibration width at this time was ± 5 μm. It was confirmed that the optical coupling efficiency between both end faces of the optical fiber was changed between 0% and 96% by this vibration.

第7図は、上記変調器を光ファイバレーザ共振器系に組
み込んだ実施例であって、この変調器以外は、第1の実
施例とほぼ同様な構成となっている。ただし、変調器10
の片面には、共振ミラー12が蒸着されている。第7図に
示した光ファイバラマンレーザを第1の実施例と同様の
手順で動作したところ、第4図と同様な光スペクトラム
が得られた。本実施例では、第6図に示した変調器の挿
入損失が0.2dB、変調器10の挿入損失が1.2dBであり合計
1.4dBであった。その結果、第2ストークス光(λ=1.1
5μm)の光強度は、第1の実施例の2.3倍に増加してい
ることが確認された。
FIG. 7 shows an embodiment in which the above modulator is incorporated in an optical fiber laser resonator system, and the structure is almost the same as that of the first embodiment except this modulator. However, modulator 10
A resonance mirror 12 is vapor-deposited on one surface of the. When the optical fiber Raman laser shown in FIG. 7 was operated in the same procedure as in the first embodiment, an optical spectrum similar to that in FIG. 4 was obtained. In the present embodiment, the insertion loss of the modulator shown in FIG. 6 is 0.2 dB and the insertion loss of the modulator 10 is 1.2 dB, which is a total.
It was 1.4 dB. As a result, the second Stokes light (λ = 1.1
It was confirmed that the light intensity of 5 μm) increased to 2.3 times that of the first embodiment.

〔実施例4〕 第7図に示した実施例において、GaAsレーザ光源6を波
長0.69μm、出力3Wの色素レーザにおきかえ、上記実施
例と同様の実験を行った。ただし、ここに共振ミラー8
の波長0.69μm及び1.09μmにおける反射率はそれぞれ
約1%および99.5%とし、共振ミラー12の波長0.69μm
および1.09μmにおける反射率はそれぞれ約15%および
90%とした。また、ミラー12の波長1.09〜1.6μmでの
透過率は5%以上であった。
[Embodiment 4] In the embodiment shown in FIG. 7, the GaAs laser light source 6 was replaced by a dye laser having a wavelength of 0.69 μm and an output of 3 W, and the same experiment as in the above embodiment was conducted. However, here the resonance mirror 8
The reflectance at wavelengths of 0.69 μm and 1.09 μm is about 1% and 99.5%, respectively.
And the reflectance at 1.09 μm is about 15% and
90%. The transmittance of the mirror 12 at a wavelength of 1.09 to 1.6 μm was 5% or more.

この実施例では、励起入力が大きいため、誘導ラマン光
は第3次(1.28μm)、第4次(1.36μm)、第5次
(1.44μm)、第6次(1.55μm)まで観測することが
できた。
In this example, since the excitation input is large, the stimulated Raman light should be observed up to the third order (1.28 μm), the fourth order (1.36 μm), the fifth order (1.44 μm), and the sixth order (1.55 μm). I was able to.

なお、本発明で使用している単一モードファイバは、パ
ンダ形の複屈折性ファイバを使用しているが、必ずしも
パンダ形に限定されるものではなく、楕円、ジャケット
形、ボータイ形、サイドトンネル形等複屈折性ファイバ
であれば全て応用可能である。
The single mode fiber used in the present invention uses a panda type birefringent fiber, but is not necessarily limited to the panda type, and may be an ellipse, a jacket type, a bow tie type, a side tunnel. Any type of birefringent fiber such as shape can be applied.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、高効率なファイ
バラマンレーザの構成が可能であり、かつレーザ共振器
系内における強い発振光を利用して、誘導ラマン散乱を
生じせしめる様な構成となっているため、半導体レーザ
や可搬形の小形のレーザによるレーザの励起が可能であ
る。したがって、極めて小形、高効率にして可搬形の波
長可変形レーザを提供できるため、光ファイバの特性評
価用光源として利用できるばかりでなく、各種光計測に
応用できるという優れた利点がある。
As described above, according to the present invention, it is possible to configure a highly efficient fiber Raman laser, and by using strong oscillation light in the laser resonator system, a configuration that causes stimulated Raman scattering. Therefore, it is possible to excite the laser with a semiconductor laser or a small portable laser. Therefore, since it is possible to provide a portable wavelength tunable laser with extremely small size and high efficiency, not only it can be used as a light source for characteristic evaluation of an optical fiber, but also it has an excellent advantage that it can be applied to various optical measurements.

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

第1図は、従来のこの種の装置の概念図、第2図は本発
明の第1の実施例の構成図、第3図は第1の実施例に用
いた光変調器の詳細図、第4図は第1の実施例の出力光
スペクトラム、第5図は第2の実施例に用いたモードロ
ックおよびQスイッチ用の光変調器、第6図は第3の実
施例に用いたQスイッチ用光変調器の構成図、第7図は
第3の実施例の構成図である。 1−a……モードロック及びQスイッチ付YAGレーザ、
1−b……駆動装置、2……凸レンズ、3……単一モー
ドファイバ、4……分光装置、5……被測定物、6……
GaAsレーザ、7……ロッドレンズ、8……共振ミラー、
9……Nd添加パンダ形単一モード光ファイバ、10……Li
NbO3位相変調器(光変調器)、11……LiNbO3方向性結合
器(光変調器)、12……共振ミラー、13……レーザ出力
光、14……Ge光検出器、15……10の駆動用発振器、16…
…分周器、17……11の駆動用発振器、18……サンプリン
グオシロスコープ、19……トリガー信号、20……LiNbO3
基板、21……Tiをドープした光導波路、22,23,24……電
極、25……共振ミラー、26……積層型ピエゾ振動子、27
……交流電圧発生器、28……ファイバ支持台。
FIG. 1 is a conceptual diagram of a conventional device of this type, FIG. 2 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a detailed diagram of an optical modulator used in the first embodiment. FIG. 4 is an output optical spectrum of the first embodiment, FIG. 5 is an optical modulator for mode lock and Q switch used in the second embodiment, and FIG. 6 is Q used in the third embodiment. FIG. 7 is a block diagram of a switch optical modulator, and FIG. 7 is a block diagram of a third embodiment. 1-a ... YAG laser with mode lock and Q switch,
1-b ... Driving device, 2 ... Convex lens, 3 ... Single-mode fiber, 4 ... Spectroscopic device, 5 ... Object to be measured, 6 ...
GaAs laser, 7 ... Rod lens, 8 ... Resonant mirror,
9 …… Nd-doped panda type single mode optical fiber, 10 …… Li
NbO 3 phase modulator (optical modulator), 11 …… LiNbO 3 directional coupler (optical modulator), 12 …… Resonant mirror, 13 …… Laser output light, 14 …… Ge photodetector, 15 …… 10 driving oscillators, 16…
… Divider, 17 …… 11 drive oscillator, 18 …… Sampling oscilloscope, 19 …… Trigger signal, 20 …… LiNbO 3
Substrate, 21 ... Ti-doped optical waveguide, 22,23,24 ... Electrode, 25 ... Resonant mirror, 26 ... Stacked piezo oscillator, 27
...... AC voltage generator, 28 …… Fiber support.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須田 裕之 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (56)参考文献 Proceedings of The IEEE,vol.68,No.10(1980 −10)(米)P.1232−1236 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hiroyuki Suda Inventor Hiroyuki Suda 162 Shirahone, Shikatakata, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki Nippon Telegraph and Telephone Corporation, Ibaraki Electro-Communications Research Laboratory (56) References Proceedings of the IEEE, vol . 68, No. 10 (1980-10) (US) P. 1232-1236

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】希土類元素を添加した単一モード光ファイ
バからなるレーザ発振媒体とレーザ共振を生じせしめる
共振ミラーとを備えた共振器系と、この共振器系へ光を
入射するための、希土類元素を励起する光源とから構成
される光ファイバラマンレーザであって、前記レーザ発
振媒体内の最大光パワーPmが少なくとも 〔ただし、Pcは誘導ラマン散乱のしきい値、Aは光ファ
イバコア部の断面積(cm2)、Gはラマン利得(cm/
W)、αは光ファイバの光減衰係数cm-1)、lはファイ
バ長(cm)である。〕 以上となるような励起用光源出力を有することを特徴と
する光ファイバラマンレーザ。
1. A resonator system comprising a laser oscillation medium composed of a single-mode optical fiber doped with a rare earth element and a resonance mirror for causing laser resonance, and a rare earth element for injecting light into the resonator system. An optical fiber Raman laser composed of a light source for exciting an element, wherein the maximum optical power Pm in the laser oscillation medium is at least [Where Pc is the threshold of stimulated Raman scattering, A is the cross-sectional area (cm 2 ) of the optical fiber core, and G is the Raman gain (cm /
W), α are optical attenuation coefficients of optical fiber cm −1 ), and 1 is fiber length (cm). ] An optical fiber Raman laser having the pumping light source output as described above.
【請求項2】前記共振器系のレーザ発振媒体が1×10-4
以上の複屈折性を有する単一モードファイバであって、
かつ前記共振器系はQスイッチまたはモードロック動作
の片方または両方の機能を生じせしめる1種類または2
種類の光変調器を具備することを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の光ファイバラマンレーザ。
2. The laser oscillation medium of the resonator system is 1 × 10 −4
A single mode fiber having the above birefringence,
And the resonator system is of one type or two that causes one or both of the Q-switch and mode-lock operations.
The optical fiber Raman laser according to claim 1, characterized in that the optical fiber Raman laser comprises an optical modulator of a kind.
【請求項3】前記共振器系の共振ミラーが前記共振器系
の入力端と出力端に直接形成された誘電体薄膜ミラーで
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
項記載の光ファイバラマンレーザ。
3. The resonator thin film mirror of claim 1, wherein the resonator mirror is a dielectric thin film mirror formed directly at an input end and an output end of the resonator system.
An optical fiber Raman laser according to the item.
【請求項4】前記光変調器は、共振器系を構成する単一
モード光ファイバが該光ファイバの中心軸に対し、垂直
方向において平滑に2分割され、該光ファイバの2端面
が、相互に5μm以内の平行ギャップ有しかつ光ファイ
バ相互の中心軸が一致するように配置され、該光ファイ
バの両方または片方に該光ファイバを径方向に一定の周
波数で振動せしめる素子を具備したものであることを特
徴とする特許請求の範囲第2項記載の光ファイバラマン
レーザ。
4. In the optical modulator, a single mode optical fiber constituting a resonator system is smoothly divided into two in a direction perpendicular to a central axis of the optical fiber, and two end faces of the optical fiber are mutually separated. Has a parallel gap within 5 μm and is arranged so that the central axes of the optical fibers are aligned with each other, and an element for vibrating the optical fibers in a radial direction at a constant frequency is provided on one or both of the optical fibers. The optical fiber Raman laser according to claim 2, wherein the optical fiber Raman laser is provided.
【請求項5】前記Qスイッチおよびモードロック動作用
の光変調器は、単一基盤上に低周波用および高周波用の
2種類の電極を装着した導波路形のLiNbO3光変調器であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の光ファ
イバラマンレーザ。
5. The Q-switch and the mode-locking optical modulator are waveguide type LiNbO 3 optical modulators in which two kinds of electrodes for low frequency and high frequency are mounted on a single substrate. The optical fiber Raman laser according to claim 2, characterized in that
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