JPH0740617B2 - 光フアイバレ−ザ - Google Patents

光フアイバレ−ザ

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JPH0740617B2
JPH0740617B2 JP61185334A JP18533486A JPH0740617B2 JP H0740617 B2 JPH0740617 B2 JP H0740617B2 JP 61185334 A JP61185334 A JP 61185334A JP 18533486 A JP18533486 A JP 18533486A JP H0740617 B2 JPH0740617 B2 JP H0740617B2
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optical fiber
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誠 清水
裕之 須田
正治 堀口
勝就 岡本
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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
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/063Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067Fibre lasers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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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、外部に波長制御用光学部品を必要としない、
全光ファイバ形波長可変レーザ発振器に関するものであ
る。
(従来の技術及び問題点) 従来、光ファイバ形波長可変レーザ発振器の構成とし
て、第3図に示すような外部グレーティングを使用した
装置が報告されている。(例えば、アール・ジェー メ
アーズ等〔R.J.Mears et.al.〕「1.55μmで動作する低
しきい値の同調可能な連続波およびQスイッチ光ファイ
バレーザ〔lowthreshold tunable cw and Q-switched f
iber laser〕、エレクトロニック・レターズ〔Electro
n.Lett.〕、Vol22、(1986)、pp.159〜160)第3図に
示す構成では、入射側共振器ミラー1(励起光に対して
は99%以上透過、レーザ発振光に対しては99%以上反
射)およびレンズ2aを通して励起光により端面励起され
たレーザ用光ファイバ3から出射するレーザ光は、レン
ズ2bおよびハーフミラー4を通過した後、グレーティン
グ5により波長選択される。
この場合、レーザ媒体としてEr添加光ファイバを用いる
ことにより、1.5μm帯での波長可変(または波長同調
可能)なレーザ光が得られる。しかし第3図に示す構成
では、波長選択用個別光学部品、すなわちグレーティン
グ5を使用するため光軸の調整が困難であること、系全
体が大形になり、振動等の外乱に弱いなどの欠点があっ
た。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、波長選択用として前述の外部個別光学部品を
使用することによって生じる欠点を除去し、全光ファイ
バ形波長可変レーザの簡便な構成を提供するものであ
る。
本発明は、レーザ発振用媒体としてレーザ活性イオンを
含む光ファイバを用い、かつ光ファイバ内にバンドパス
フィルタ機能を持たせた構成とすることを最も主要な特
徴としている。
まず、本発明の主要構成要素である、バンドパスフィル
タ作用を与える光ファイバの構成について説明する。
バンドパスフィルタ作用をもつ光ファイバの構成は、1
つの光ファイバ内に2本のコアを有する光ファイバ(デ
ュアルコア光ファイバ)を用いることにより容易に実現
できる。(例えば、岡本等〔K.Okamoto et.al.〕、「連
続デュアルコア光ファイバからなる光ファイバフィル
タ」〔Fiberoptic spectral filters consisting of co
ncatenated dual-core fibers〕、エレクトロニック・
レターズ〔Electron.Lett.〕、Vo1.22、(1986)、pp.2
11〜212)デュアルコア光ファイバでは、2本のコアを
近接させることにより、両コア内を伝ぱんする光波間に
結合が生じる。この結合度は、両コアの比屈折率差、コ
ア径などを等しくすることにより最も高くできる。この
ような両コア間に光波の結合が生じる状況の下で、一方
のコアのみに波長λ,λ(λ≠λ)なる2つの
波長の光を伝ぱんさせる場合について考察する。
第4図(a)に示すように、1つのコアに入射された波
長λ,λの入射光波は、ある距離を伝ぱんすると両
コア間の結合により他方のコアへと移る。ところで、こ
のコア間の結合の度合いは、伝ぱんさせる光波の波長に
より変化するため、第4図(a)に示したようにデュア
ルコア光ファイバのある特定の長さにおいて、λ,λ
の2つの光波を分離することが可能となる。このこと
は、一方のコアが(λ+λ)なる光波からλのみ
を分離するフィルタ機能を持っていると考えられる。
この場合、波長分解能(近接した2つの波長の光波を分
離する能力)をより良くするためには、第4図(b)に
示すように、光ファイバをカスケードに接続すれば良
い。また第4図(c)に示すように、中間に単一コア光
ファイバを用いて接続することも可能である。
第4図(c)に示す構成では、単にデュアルコア光ファ
イバの1つのコアと、通常の単一モード光ファイバのコ
アを合わせて接続するだけで良いため、カスケードに何
本かのデュアルコア光ファイバを接続する場合には、接
続の労力が著しく軽減される。
次に、上述の原理に基づいてバンドパスフィルタを構成
する方法を示す。
第5図は、デュアルコア光ファイバによるバンドパスフ
ィルタの実際の構成を示す図であるが、同図に示すよう
に、同一のデュアルコア光ファイバ(ここでaはコア
径、dはコア中心間距離、Δは比屈折率差とする)より
長さの異なるN本のデュアルコア光ファイバ(i番目の
光ファイバの長さをliとする)を作製し、これ等を順
に、かつ第2コアを順次180°反転させて接続する。こ
こでこの光ファイバにおいて、第1コアとは、接続によ
りコア中心軸を合わせて接続される方のコアであり、か
つレーザ活性イオンとしてErが添加されているものとす
る。本構成において、第1コアの透過率は下式のように
表わされる。
またi番目の光ファイバの長さliは下式のように表わさ
れる。
li=2i-1l1(i=1〜N) (2) 式(1)は波長に対するバンドパスフィルタの透過率特
性を与える。ここで第1コアを通過する中心波長λBP
光波の透過度を規定する主な項目は、式(1)以外の
項、主として接続損失及びλBPにおける光ファイバの損
失である。
またC(λ)は式(3)で与えられる。(例えば、前出
の岡本等の論文の外に、エー・ダブリュー スナイダー
〔A.W.Snyder〕、「光ファイバの結合モード理論」〔Co
upled-mode theory for optical fibers〕、ジャーナル
・オブ・オプチカル・ソサェティ・オブ・アメリカ〔J.
Opt.Soc.Amer.〕、Vol.62、(1972)、pp.1267〜1277) ここで、 Kはハンケル関数 n1はコアの屈折率 である。
例えば、1.55μmに中心波長を持つバンドパスフィルタ
の構成を考えると、Δ=0.28%、a=4.6μm、d/a=4.
2に対して、式(3)よりλ=1.55μmでC=65.4m-1
なる。このCの値に対して l=π/c (4) を満足するようにlを48mmと決めると、1.55μmで最
大透過率を有する光ファイバフィルタが作製できる。
第6図に、N=4の場合の光ファイバフィルタ特性の1
例を示す。なお、各デュアルコア光ファイバ間に単一コ
ア光ファイバを入れて接続することも、もちろん可能で
ある。
光ファイバを機械的に伸縮させる場合には、光弾性によ
る比屈折率差の変化を無視して考えると、式(1)にお
いてlを変化させることになるので、当然バンドパス
フィルタの中心波長が変化することになる。
本発明における光ファイバレーザの構成は、上述の光フ
ァイバ形バンドパスフィルタ自体にレーザ作用を持たせ
たものである。さらに詳しく説明すると、第5図の第1
コアにレーザ活性イオンとしてErを添加したものであ
る。
第2図はデュアルコア光ファイバを用いた波長可変光フ
ァイバレーザの動作原理を示す図であるが、第2図
(a)に示すごとく、端面より第1コアに入射した励起
光(波長λ)は、第1コアに添加されているレーザ活
性イオンを励起して蛍光(波長λ)を発生させる。こ
の状態で光ファイバ両端に反射鏡(共振器ミラー)を配
置し、励起光強度を十分高くすれば誘導放出が生じ、波
長λ′のレーザ発振が開始する。ところで、レーザ発
振の波長は、共振器ミラーを含めたレーザ発振系(この
場合、共振器ミラーとデュアルコア光ファイバ)におけ
る発振可能な波長範囲の中で最大の利得を持つ波長で発
振する。そこでレーザ媒質(本発明ではデュアルコア光
ファイバ)自体に波長選択性(ある特定の波長以外では
大きな損失を与え、上述の利得を実効的に小さくする)
を持たせれば、レーザ発振波長の同調が可能となる。
本発明では、上述の波長選択性をレーザ媒質として用い
るデュアルコア光ファイバ自体に持たせ、その実現は、
前述のバンドパスフィルタの原理及び構成によってい
る。蛍光スペクトル中でバンドパスフィルタの中心波長
のみが選択される様子を第2図(b)に示す。
ところで、デュアルコア光ファイバの全長を機械的に伸
縮することにより、前述のごとくバンドパスフィルタの
中心波長が移動するから、従ってレーザ発振波長の変る
ことは、第2図(b)においてバンドパスフィルタの特
性を左右に動かすことを考えれば明らかである。
(実施例) 第5図と同様な構成を有し、バンドパスフィルタ作用を
持つ光ファイバとして、第1コアのみにErを5ppm含有
し、コアクラッド間の比屈折率差Δが0.28%、コア径a
が4.2μm、d/a=4.2のデュアルコア光ファイバを作製
した。1.6μmを中心透過波長とするため、l≒3.9c
m、C(1.6μm)≒80.3m-1として、6段(N=6)構
成とした。ただし、ファイバ長を伸長することにより、
Erの発振波長領域に合わせることができる。入出射側共
振器ミラーとしては、光ファイバ端面に真空蒸着により
誘電体多層膜を形成したものを用いた。この蒸着膜の0.
5145μmの透過率は80%以上、1.55μmでの反射率は80
%以上である。
第1図は上述のやり方で作製した光ファイバを用いたレ
ーザ発振器である。20は励起用Arイオンレーザ、21は対
物レンズ、22は上述のやり方で作製したバンドパスフィ
ルタ作用を有するEr添加デュアルコア光ファイバ(ただ
し、両端面に蒸着により誘電体多層膜を形成し、共振器
構造としてある)、23は光ファイバの機械的伸長手段の
1例としてのPZT振動子、24は検出器、すなわちモニタ
用光パワーメーターである。励起光強度を上昇させてい
くと、1.5μm帯で発振を開始する。一方、PZTに加える
電圧を調節して光ファイバに与える伸び量を変えること
により、1.528〜1.542μm及び1.545〜1.555μmの範囲
で波長可変とすることができた。この場合の発振しきい
値は約35mW程度であり、発振光強度は最大で0.4mW(励
起光100mW、波長1.55μm)の特性が得られた。
なお、本実施例において、レーザ活性イオンとしてEr
ついてのみ示したが、Er以外にNd、Pr等の多くのレーザ
活性イオンによっても、本発明と同様に、光ファイバ自
体に波長選択機能を有する光ファイバレーザが構成でき
ることはいうまでもない。
(発明の効果) 本発明によれば、全光ファイバ形波長可変レーザが作製
できるから、装置の調節の面で有利であり、かつ小形化
が可能であり、外乱の影響も受けにくい。さらに、PZT
に加える電圧に応じて発振波長が変化するため、数kHz
程度までの変調速度で波長直接変調(周波数直接変調)
も可能となる。また、矩形波によりPZTを変調し、フィ
ルタの透過波長の一方をレーザ発振可能波長に選び、他
方をレーザ利得のない波長に選択することにより、Qス
イッチ形光ファイバレーザを構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による1実施例の構成図、 第1図(a)は、デュアルコア光ファイバを用いた波長
可変光フィアバレーザの動作原理を示す図、 第2図(b)は、第2図(a)の特性図、 第3図は、従来の波長可変光ファイバレーザ装置の構成
を示す図、 第4図(a)〜(c)はデュアルコア光ファイバによる
バンドパスフィルタの原理を示す図、 第5図は、デュアルコア光ファイバによるバンドパスフ
ィルタの実際の構成を示す図、 第6図は、バンドパスフィルタの特性を示す図である。 1…入射側共振器ミラー 2…レンズ、3…レーザ用光ファイバ 4…ハーフミラー、5…グレーティング 6…デュアルコア光ファイバ 7a…第1コア、7b…第2コア 8…λの波長の光の軌跡 9…λの波長の光の軌跡 10…単一コア光ファイバ 11…コア 12…デュアルコア光ファイバ 13…第1コア、14…第2コア 15…バンドパスフィルタの特性 16…デュアルコア光ファイバ 17…レーザ発振スペクトル 18…バンドパスフィルタの特性 19…蛍光スペクトル 20…励起用Arイオンレーザ 21…対物レンズ 22…Er添加デュアルコア光ファイバ 23…PZT振動子、24…検出器
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/07 (72)発明者 堀口 正治 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 (72)発明者 岡本 勝就 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 特開 昭62−25481(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバ内にレーザ活性イオンを含む1
    個以上の発振用コア部とバンドパスフィルタ部とを具備
    する光ファイバレーザにおいて、 バンドパスフィルタ部として、発振用第1コア部の側方
    に第2のコア部を有するNが任意の整数であるN本のデ
    ュアルコア光ファイバを用い、ここで前記のデュアルコ
    ア光ファイバは相対的な長さ関係として、i番目のファ
    イバ長liがli=2i-1l1,i=1〜Nを満足するものとし、
    第1コア同士の中心軸を合わせ、かつ第2コア同士の中
    心軸をずらせて順次接続した構造を特徴とする光ファイ
    バレーザ。
  2. 【請求項2】所定の長さのデュアルコア光ファイバを接
    続する際に、i番目とi+1番目の間に、単一のコアの
    みを有する光ファイバを用い、前記単一コア光ファイバ
    のコアとデュアルコア光ファイバの第1コアの軸を合わ
    せて接続することを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の光ファイバレーザ。
  3. 【請求項3】光ファイバの全長を機械的に伸長させるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の光ファイ
    バレーザ。
JP61185334A 1986-08-08 1986-08-08 光フアイバレ−ザ Expired - Fee Related JPH0740617B2 (ja)

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