JPH0818129A - 希土類イオン添加短波長レーザ光源装置及び希土類イオン添加光増幅器 - Google Patents
希土類イオン添加短波長レーザ光源装置及び希土類イオン添加光増幅器Info
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- JPH0818129A JPH0818129A JP6148085A JP14808594A JPH0818129A JP H0818129 A JPH0818129 A JP H0818129A JP 6148085 A JP6148085 A JP 6148085A JP 14808594 A JP14808594 A JP 14808594A JP H0818129 A JPH0818129 A JP H0818129A
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- ions
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 希土類イオン添加短波長レーザ光源装置にお
いて、低出力の励起光源を用いるにも拘らず、４６０〜
５００ｎｍの短波長の光を発振することができるように
する。 【構成】 レーザ光源装置は、波長が１０００ｎｍ〜１
２５０ｎｍである第１の励起光１０２を出射する第１の
励起光源１０１と、波長が６４０ｎｍ〜８２０ｎｍであ
る第２の励起光１０５を出射する第２の励起光源１０４
と、入射部１０８及び出射部１０９を有しコア部にＴｍ
イオンが０．００１％〜１０％添加された光ファイバ１
０７とを備えている。一部のＴｍイオンのエネルギー準
位は第１の励起光１０２により２回の吸収遷移を行な
い、他の一部のＴｍイオンのエネルギー準位は第２の励
起光１０５により基底準位吸収遷移を行なう。前記一部
及び他の一部のＴｍイオンのエネルギー準位は第１の励
起光１０５により上位準位に励起準位吸収遷移を行な
い、Ｔｍイオンの上位準位と基底準位との間で反転分布
状態が形成される。
いて、低出力の励起光源を用いるにも拘らず、４６０〜
５００ｎｍの短波長の光を発振することができるように
する。 【構成】 レーザ光源装置は、波長が１０００ｎｍ〜１
２５０ｎｍである第１の励起光１０２を出射する第１の
励起光源１０１と、波長が６４０ｎｍ〜８２０ｎｍであ
る第２の励起光１０５を出射する第２の励起光源１０４
と、入射部１０８及び出射部１０９を有しコア部にＴｍ
イオンが０．００１％〜１０％添加された光ファイバ１
０７とを備えている。一部のＴｍイオンのエネルギー準
位は第１の励起光１０２により２回の吸収遷移を行な
い、他の一部のＴｍイオンのエネルギー準位は第２の励
起光１０５により基底準位吸収遷移を行なう。前記一部
及び他の一部のＴｍイオンのエネルギー準位は第１の励
起光１０５により上位準位に励起準位吸収遷移を行な
い、Ｔｍイオンの上位準位と基底準位との間で反転分布
状態が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理、光計測測
定、環境測定等の分野に利用される希土類イオン添加短
波長レーザ光源装置及び希土類イオン添加光増幅器に関
する。
定、環境測定等の分野に利用される希土類イオン添加短
波長レーザ光源装置及び希土類イオン添加光増幅器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】光学材料に添加される希土類イオンに関
する研究開発は１９６０年代から活発に行われており、
光学材料に種々の希土類イオンが添加された種々の構成
及び発振波長を有する固体レーザが提案されている。こ
れらの固体レーザや希土類イオンの特性全般に関して
は、例えばAlexander A. Kaminskii著のLaser Crystal
s,(Springer-Verlag, 1981) 等に報告されている。光学
材料に添加された希土類イオンを高出力のフラッシュラ
ンプにより励起する最も一般的な方法は、フラッシュラ
ンプが、高帯域に及ぶ波長の光を放出し、希土類イオン
に吸収されない波長の光をも放出するため、固体レーザ
の出力の効率が低下すると共に、熱による悪影響もある
と言う問題がある。
する研究開発は１９６０年代から活発に行われており、
光学材料に種々の希土類イオンが添加された種々の構成
及び発振波長を有する固体レーザが提案されている。こ
れらの固体レーザや希土類イオンの特性全般に関して
は、例えばAlexander A. Kaminskii著のLaser Crystal
s,(Springer-Verlag, 1981) 等に報告されている。光学
材料に添加された希土類イオンを高出力のフラッシュラ
ンプにより励起する最も一般的な方法は、フラッシュラ
ンプが、高帯域に及ぶ波長の光を放出し、希土類イオン
に吸収されない波長の光をも放出するため、固体レーザ
の出力の効率が低下すると共に、熱による悪影響もある
と言う問題がある。
【０００３】そこで、１９８０年代には希土類イオン固
有の吸収領域で発振する光を放出する固体レーザが励起
光源として用いられるようになり、さらに最近では半導
体レーザの高出力化に伴って、希土類添加固体レーザの
出力効率が向上すると共にサイズが小形化し且つ価格も
低下してきた。
有の吸収領域で発振する光を放出する固体レーザが励起
光源として用いられるようになり、さらに最近では半導
体レーザの高出力化に伴って、希土類添加固体レーザの
出力効率が向上すると共にサイズが小形化し且つ価格も
低下してきた。
【０００４】半導体レーザにより励起される希土類イオ
ン添加レーザ光源装置は、Ｎｄイオンが添加されたＹＡ
Ｇ（Yittrium-Aluminum-Garnet）レーザよりなる波長
１．０６４μｍの光源装置に代表される。半導体レーザ
により励起された希土類イオン添加レーザ光源装置は基
本的には励起光の波長よりも長い波長でしか発振しなか
った。すなわち、従来の希土類イオン添加レーザ光源装
置は、励起エネルギーが希土類イオンに吸収されて、希
土類イオンが或る準位に励起され、この励起準位よりも
エネルギー準位の低い上位準位から発光遷移してレーザ
光を発振するのが通常であった。
ン添加レーザ光源装置は、Ｎｄイオンが添加されたＹＡ
Ｇ（Yittrium-Aluminum-Garnet）レーザよりなる波長
１．０６４μｍの光源装置に代表される。半導体レーザ
により励起された希土類イオン添加レーザ光源装置は基
本的には励起光の波長よりも長い波長でしか発振しなか
った。すなわち、従来の希土類イオン添加レーザ光源装
置は、励起エネルギーが希土類イオンに吸収されて、希
土類イオンが或る準位に励起され、この励起準位よりも
エネルギー準位の低い上位準位から発光遷移してレーザ
光を発振するのが通常であった。
【０００５】しかしながら、希土類イオンの種類によっ
ては、上位準位における蛍光寿命の時間が長い場合に
は、高出力で希土類イオンを励起したときに、上位準位
からさらに高いエネルギー準位まで再び励起されるいわ
ゆる励起準位吸収（ＥＳＡ）が見られる。この高エネル
ギー準位は励起光よりもエネルギー準位が高いため、短
波長の光を発振するための波長変換が可能となる。この
ように、２光子吸収により高エネルギー準位への励起が
行われる短波長固体レーザはアップコンバージョンレー
ザと呼ばれる。
ては、上位準位における蛍光寿命の時間が長い場合に
は、高出力で希土類イオンを励起したときに、上位準位
からさらに高いエネルギー準位まで再び励起されるいわ
ゆる励起準位吸収（ＥＳＡ）が見られる。この高エネル
ギー準位は励起光よりもエネルギー準位が高いため、短
波長の光を発振するための波長変換が可能となる。この
ように、２光子吸収により高エネルギー準位への励起が
行われる短波長固体レーザはアップコンバージョンレー
ザと呼ばれる。
【０００６】アップコンバージョンレーザとして、現在
ではＨｏイオン又はＥｒイオンが添加された固体レーザ
よりなる５３０ｎｍ帯の緑色光源、Ｔｍイオン又はＰｒ
イオンが添加された固体レーザよりなる青色光源などの
報告例がある。これらに関する解説として、例えば、敷
田亜樹他著の「アップコンバージョンによる可視光発
生」（レーザー研究、第２０巻第４号、１９９２年）等
が知られている。アップコンバージョンレーザは、主と
して２回の吸収遷移を行なうので、励起光としては２つ
の波長の光が必要である。例えば、Ｔｍイオンが添加さ
れた固体レーザの場合、Allain, et al.著の“Upconver
sion Blue fiber laser ”（ElectronicsLetters, vol2
6, p.261,1992, ）において報告されているように、６
８０ｎｍの励起光により基底準位吸収（ＧＳＡ）を行な
った後、さらに６５０ｎｍの励起光により励起準位吸収
（ＥＳＡ）を行なうと、４５０ｎｍ又は４８０ｎｍの青
色光が発振する。
ではＨｏイオン又はＥｒイオンが添加された固体レーザ
よりなる５３０ｎｍ帯の緑色光源、Ｔｍイオン又はＰｒ
イオンが添加された固体レーザよりなる青色光源などの
報告例がある。これらに関する解説として、例えば、敷
田亜樹他著の「アップコンバージョンによる可視光発
生」（レーザー研究、第２０巻第４号、１９９２年）等
が知られている。アップコンバージョンレーザは、主と
して２回の吸収遷移を行なうので、励起光としては２つ
の波長の光が必要である。例えば、Ｔｍイオンが添加さ
れた固体レーザの場合、Allain, et al.著の“Upconver
sion Blue fiber laser ”（ElectronicsLetters, vol2
6, p.261,1992, ）において報告されているように、６
８０ｎｍの励起光により基底準位吸収（ＧＳＡ）を行な
った後、さらに６５０ｎｍの励起光により励起準位吸収
（ＥＳＡ）を行なうと、４５０ｎｍ又は４８０ｎｍの青
色光が発振する。
【０００７】しかしながら、この場合、励起光源として
はＫｒレーザが用いられており、このＫｒレーザが高価
で大きい装置であるため、産業上の利用用途が限られて
くると言う問題があった。
はＫｒレーザが用いられており、このＫｒレーザが高価
で大きい装置であるため、産業上の利用用途が限られて
くると言う問題があった。
【０００８】そこで、Ｔｍイオンが添加された固体レー
ザにおける波長４８０ｎｍの光の発振を３つの波長の励
起光により行なう試みもなされており、Grubb, et al.
著の“Upconversion blue fiber laser ”（Electronic
s Letters,vol28, p. 1243,1992 ）に報告されてい
る。この場合、半導体レーザにより励起されるＮｄ：Ｙ
ＡＧ固体レーザから発振される１．１１２μｍ，１．１
１６μｍ及び１．１２３μｍの３つの波長の光を利用し
て、ＴｍイオンのＧＳＡ及び２回のＥＳＡによりアップ
コンバージョンを行なっている。
ザにおける波長４８０ｎｍの光の発振を３つの波長の励
起光により行なう試みもなされており、Grubb, et al.
著の“Upconversion blue fiber laser ”（Electronic
s Letters,vol28, p. 1243,1992 ）に報告されてい
る。この場合、半導体レーザにより励起されるＮｄ：Ｙ
ＡＧ固体レーザから発振される１．１１２μｍ，１．１
１６μｍ及び１．１２３μｍの３つの波長の光を利用し
て、ＴｍイオンのＧＳＡ及び２回のＥＳＡによりアップ
コンバージョンを行なっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記の３つ
の波長の光を利用してＧＳＡ及び２回のＥＳＡによって
アップコンバージョンを行なう方法においては、励起光
が通常のＮｄ：ＹＡＧ固体レーザから発振される波長
１．０６４μｍの光とは異なっているため、３つの波長
の光を発振させるための工夫が必要であり、励起光源が
複雑で且つ大掛かりな装置になると言う問題がある。
の波長の光を利用してＧＳＡ及び２回のＥＳＡによって
アップコンバージョンを行なう方法においては、励起光
が通常のＮｄ：ＹＡＧ固体レーザから発振される波長
１．０６４μｍの光とは異なっているため、３つの波長
の光を発振させるための工夫が必要であり、励起光源が
複雑で且つ大掛かりな装置になると言う問題がある。
【００１０】また、ＧＳＡ及び２回のＥＳＡを行なうた
め、吸収波長領域が重なる３つの波長の光によって励起
する手法を用いているが、吸収波長領域が重なる領域に
おいてはそれぞれの吸収係数が低いため、発振しきい値
に達するためは高い励起パワーが必要であり、入力され
る励起光に対するレーザ発振の効率は低い。波長１．１
μｍ帯の励起光によってＴｍイオンを効率良くアップコ
ンバージョンさせるために必要な入力光パワーは従来の
半導体レーザでは得られないので、産業用に用いるため
の小型且つ低価格の短波長レーザ光源装置は実現できな
かった。
め、吸収波長領域が重なる３つの波長の光によって励起
する手法を用いているが、吸収波長領域が重なる領域に
おいてはそれぞれの吸収係数が低いため、発振しきい値
に達するためは高い励起パワーが必要であり、入力され
る励起光に対するレーザ発振の効率は低い。波長１．１
μｍ帯の励起光によってＴｍイオンを効率良くアップコ
ンバージョンさせるために必要な入力光パワーは従来の
半導体レーザでは得られないので、産業用に用いるため
の小型且つ低価格の短波長レーザ光源装置は実現できな
かった。
【００１１】また、光ファイバは励起光が単一モードで
伝搬するように設計されるが、光ファイバを用いたアッ
プコンバージョン固体レーザの場合、レーザ光が励起光
よりも波長が短いため、レーザ光は光ファイバ中をマル
チモードで伝搬するので、高次モードにおいては伝搬ロ
スが非常に高い。
伝搬するように設計されるが、光ファイバを用いたアッ
プコンバージョン固体レーザの場合、レーザ光が励起光
よりも波長が短いため、レーザ光は光ファイバ中をマル
チモードで伝搬するので、高次モードにおいては伝搬ロ
スが非常に高い。
【００１２】さらに、光ファイバ内の励起光のパワー密
度を向上させるために、光ファイバとして開口数（Ｎ
Ａ）の高いものを利用する手法も考えられるが、励起光
と信号光のモード形状が著しく異なる場合には励起光は
有効にアップコンバージョン励起に使われないので、ア
ップコンバージョンレーザにおいては、開口数（ＮＡ）
の高い光ファイバを利用することはできない。
度を向上させるために、光ファイバとして開口数（Ｎ
Ａ）の高いものを利用する手法も考えられるが、励起光
と信号光のモード形状が著しく異なる場合には励起光は
有効にアップコンバージョン励起に使われないので、ア
ップコンバージョンレーザにおいては、開口数（ＮＡ）
の高い光ファイバを利用することはできない。
【００１３】前述したように、アップコンバージョンレ
ーザ素子を室温において連続励起するためには、波長
１．１μｍ帯の光を高出力で発振する励起光源が必要で
ある。すなわち、１つの励起光源によりアップコンバー
ジョンレーザ素子を励起するには、基底準位吸収用の１
つの励起光と励起準位吸収用の２つの励起光とからな
り、吸収遷移領域が重なる３つの波長領域で発振する励
起光を発振する励起光源が必要である。
ーザ素子を室温において連続励起するためには、波長
１．１μｍ帯の光を高出力で発振する励起光源が必要で
ある。すなわち、１つの励起光源によりアップコンバー
ジョンレーザ素子を励起するには、基底準位吸収用の１
つの励起光と励起準位吸収用の２つの励起光とからな
り、吸収遷移領域が重なる３つの波長領域で発振する励
起光を発振する励起光源が必要である。
【００１４】しかしながら、従来の励起光源において
は、各吸収遷移における吸収効率は低かった。例えば、
基底準位吸収のピーク波長が１．２１μｍ近傍にあるの
に対して、２回目の励起準位吸収（ 3Ｈ4 準位から 1Ｇ
4 準位への吸収遷移）のピーク波長は１．１５μｍ近傍
である。両者のピーク波長に６０ｎｍ以上の差があるた
め、１つの励起光源では全体の効率が低下する。また、
波長１．１μｍ帯の高出力の励起光源は装置としては大
掛かりなものであり、産業上の利用用途が限られると共
に高価になる。
は、各吸収遷移における吸収効率は低かった。例えば、
基底準位吸収のピーク波長が１．２１μｍ近傍にあるの
に対して、２回目の励起準位吸収（ 3Ｈ4 準位から 1Ｇ
4 準位への吸収遷移）のピーク波長は１．１５μｍ近傍
である。両者のピーク波長に６０ｎｍ以上の差があるた
め、１つの励起光源では全体の効率が低下する。また、
波長１．１μｍ帯の高出力の励起光源は装置としては大
掛かりなものであり、産業上の利用用途が限られると共
に高価になる。
【００１５】また、励起光源としては、大掛かりな装置
ではなく、小型、軽量、低価格且つ長寿命の半導体レー
ザを用いることが望ましいが、従来においては、現状の
波長１．１μｍ帯の半導体レーザでは出力が不足するた
め、半導体レーザを使用することはできなかった。この
ため、波長１．１μｍ帯に対する負担を小さくする、即
ち発振しきい値を下げることが課題となっていた。
ではなく、小型、軽量、低価格且つ長寿命の半導体レー
ザを用いることが望ましいが、従来においては、現状の
波長１．１μｍ帯の半導体レーザでは出力が不足するた
め、半導体レーザを使用することはできなかった。この
ため、波長１．１μｍ帯に対する負担を小さくする、即
ち発振しきい値を下げることが課題となっていた。
【００１６】前記に鑑み、本発明は、低出力の励起光源
を用いるにも拘らず、４６０〜５００ｎｍの短波長の光
を発振することができる短波長レーザ光源装置及び４６
０〜５００ｎｍの短波長の信号光を増幅することができ
る光増幅器を提供することを目的とする。
を用いるにも拘らず、４６０〜５００ｎｍの短波長の光
を発振することができる短波長レーザ光源装置及び４６
０〜５００ｎｍの短波長の信号光を増幅することができ
る光増幅器を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、光学材料に添加されたＴｍイオンを、波
長１０００〜１２５０ｎｍの第１の励起光と波長６４０
〜８２０の第２の励起光とによって励起するものであ
る。
め、本発明は、光学材料に添加されたＴｍイオンを、波
長１０００〜１２５０ｎｍの第１の励起光と波長６４０
〜８２０の第２の励起光とによって励起するものであ
る。
【００１８】具体的に請求項１の発明が講じた解決手段
は、希土類イオン添加短波長レーザ光源装置を、波長が
１０００ｎｍ〜１２５０ｎｍである第１の励起光を出射
する第１の励起光源と、波長が６４０ｎｍ〜８２０ｎｍ
である第２の励起光を出射する第２の励起光源と、入射
部及び出射部を有しＴｍイオンが０．００１％〜１０％
添加された光学材料とを備えており、前記入射部及び出
射部はそれぞれ前記光学材料内に入射した光を反射する
反射膜を有し、前記第１の励起光は前記光学材料の入射
部及び出射部のうちのいずれか一方から前記光学材料内
に入射し、前記第２の励起光は前記光学材料の入射部及
び出射部のうちのいずれか一方から前記光学材料内に入
射し、一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該一部の
Ｔｍイオンが前記第１の励起光を吸収することにより 3
Ｈ6 準位から 3Ｈ5 準位に基底準位吸収遷移した後、 3
Ｈ5 準位から 3Ｆ4 準位に非発光遷移し、その後、該一
部のＴｍイオンが前記第１の励起光を吸収することによ
り 3Ｆ4 準位から 3Ｆ3 準位に励起準位吸収遷移した
後、 3Ｆ3 準位から 3Ｈ4 準位に非発光遷移し、他の一
部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該他の一部のＴｍ
イオンが前記第２の励起光を吸収することにより 3Ｈ6
準位から 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位に基底準位吸収
遷移した後、 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位から 3Ｈ4
準位に非発光遷移するか、又は該他の一部のＴｍイオン
が前記第２の励起光を吸収することにより 3Ｈ6 準位か
ら 3Ｈ4 準位に基底準位吸収遷移し、前記一部及び他の
一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該一部及び他の
一部のＴｍイオンが前記第１の励起光を吸収することに
より 3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位に励起準位吸収遷移し、
Ｔｍイオンの 1Ｇ4 準位と 3Ｈ6 準位との間で反転分布
状態が形成され、Ｔｍイオンの 1Ｇ4 準位から 3Ｈ6 準
位への発光遷移により放出される波長４６０ｎｍ〜５０
０ｎｍの光を前記入射部及び出射部の各反射膜によって
共振し該共振により利得を得た波長４６０ｎｍ〜５００
ｎｍの光を前記出射部からレーザ光として出射する構成
とするものである。
は、希土類イオン添加短波長レーザ光源装置を、波長が
１０００ｎｍ〜１２５０ｎｍである第１の励起光を出射
する第１の励起光源と、波長が６４０ｎｍ〜８２０ｎｍ
である第２の励起光を出射する第２の励起光源と、入射
部及び出射部を有しＴｍイオンが０．００１％〜１０％
添加された光学材料とを備えており、前記入射部及び出
射部はそれぞれ前記光学材料内に入射した光を反射する
反射膜を有し、前記第１の励起光は前記光学材料の入射
部及び出射部のうちのいずれか一方から前記光学材料内
に入射し、前記第２の励起光は前記光学材料の入射部及
び出射部のうちのいずれか一方から前記光学材料内に入
射し、一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該一部の
Ｔｍイオンが前記第１の励起光を吸収することにより 3
Ｈ6 準位から 3Ｈ5 準位に基底準位吸収遷移した後、 3
Ｈ5 準位から 3Ｆ4 準位に非発光遷移し、その後、該一
部のＴｍイオンが前記第１の励起光を吸収することによ
り 3Ｆ4 準位から 3Ｆ3 準位に励起準位吸収遷移した
後、 3Ｆ3 準位から 3Ｈ4 準位に非発光遷移し、他の一
部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該他の一部のＴｍ
イオンが前記第２の励起光を吸収することにより 3Ｈ6
準位から 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位に基底準位吸収
遷移した後、 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位から 3Ｈ4
準位に非発光遷移するか、又は該他の一部のＴｍイオン
が前記第２の励起光を吸収することにより 3Ｈ6 準位か
ら 3Ｈ4 準位に基底準位吸収遷移し、前記一部及び他の
一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該一部及び他の
一部のＴｍイオンが前記第１の励起光を吸収することに
より 3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位に励起準位吸収遷移し、
Ｔｍイオンの 1Ｇ4 準位と 3Ｈ6 準位との間で反転分布
状態が形成され、Ｔｍイオンの 1Ｇ4 準位から 3Ｈ6 準
位への発光遷移により放出される波長４６０ｎｍ〜５０
０ｎｍの光を前記入射部及び出射部の各反射膜によって
共振し該共振により利得を得た波長４６０ｎｍ〜５００
ｎｍの光を前記出射部からレーザ光として出射する構成
とするものである。
【００１９】請求項２の発明は、請求項１の構成に、前
記光学材料は、中心から半径１μｍ〜５μｍの領域に高
屈折率領域であるコア部を有すると共に該コア部の外側
に低屈折率領域であるクラッド部を有し、前記Ｔｍイオ
ンが前記コア部の中心部にのみ添加された光ファイバで
あるという構成を付加するものである。
記光学材料は、中心から半径１μｍ〜５μｍの領域に高
屈折率領域であるコア部を有すると共に該コア部の外側
に低屈折率領域であるクラッド部を有し、前記Ｔｍイオ
ンが前記コア部の中心部にのみ添加された光ファイバで
あるという構成を付加するものである。
【００２０】請求項３の発明は、請求項１の構成に、前
記光学材料はフッ化物系の光ファイバであるという構成
を付加するものである。
記光学材料はフッ化物系の光ファイバであるという構成
を付加するものである。
【００２１】請求項４の発明は、請求項１の構成に、前
記第１の励起光源は、半導体レーザ、半導体レーザによ
り励起されるＮｄ：ＹＡＧレーザ、又は半導体レーザに
より励起されるＹｂイオン若しくはＮｄイオンが添加さ
れたファイバレーザであるという構成を付加するもので
ある。
記第１の励起光源は、半導体レーザ、半導体レーザによ
り励起されるＮｄ：ＹＡＧレーザ、又は半導体レーザに
より励起されるＹｂイオン若しくはＮｄイオンが添加さ
れたファイバレーザであるという構成を付加するもので
ある。
【００２２】請求項５の発明は、請求項１の構成に、前
記第２の励起光源は半導体レーザであるという構成を付
加するものである。
記第２の励起光源は半導体レーザであるという構成を付
加するものである。
【００２３】具体的に請求項６の発明が講じた解決手段
は、希土類イオン添加光増幅器を、波長が１０００ｎｍ
〜１２５０ｎｍである第１の励起光を出射する第１の励
起光源と、波長が６４０ｎｍ〜８２０ｎｍである第２の
励起光を出射する第２の励起光源と、入射部及び出射部
を有しＴｍイオンが０．００１％〜１０％添加された光
学材料とを備えており、前記入射部及び出射部はそれぞ
れ前記光学材料内に入射した光を反射する反射膜を有
し、前記第１の励起光は前記光学材料の入射部及び出射
部のうちのいずれか一方から前記光学材料に入射し、前
記第２の励起光は前記光学材料の入射部及び出射部のう
ちのいずれか一方から前記光学材料に入射し、波長４６
０〜５００の信号光が前記入射部から前記光学材料内に
入射し、一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該一部
のＴｍイオンが前記第１の励起光を吸収することにより
3Ｈ6 準位から 3Ｈ5 準位に基底準位吸収遷移した後、
3Ｈ5 準位から 3Ｆ4 準位に非発光遷移し、その後、該
一部のＴｍイオンが前記第１の励起光を吸収することに
より 3Ｆ4 準位から 3Ｆ3 準位に励起準位吸収遷移した
後、 3Ｆ3 準位から 3Ｈ4 準位に非発光遷移し、他の一
部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該他の一部のＴｍ
イオンが前記第２の励起光を吸収することにより 3Ｈ6
準位から 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位に基底準位吸収
遷移した後、 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位から 3Ｈ4
準位に非発光遷移するか、又は該他の一部のＴｍイオン
が前記第２の励起光を吸収することにより 3Ｈ6 準位か
ら 3Ｈ4準位に基底準位吸収遷移し、前記一部及び他の
一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該一部及び他の
一部のＴｍイオンが前記第１の励起光を吸収することに
より 3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位に励起準位吸収遷移し、
Ｔｍイオンの 1Ｇ4 準位と3Ｈ6 準位との間で反転分布
状態が形成され、Ｔｍイオンは 1Ｇ4 準位から 3Ｈ6 準
位へ発光遷移する際に前記入射部から入射した波長４６
０〜５００ｎｍの信号光を増幅し、増幅された波長４６
０〜５００ｎｍの信号光を前記出射部から出射する構成
とするものである。
は、希土類イオン添加光増幅器を、波長が１０００ｎｍ
〜１２５０ｎｍである第１の励起光を出射する第１の励
起光源と、波長が６４０ｎｍ〜８２０ｎｍである第２の
励起光を出射する第２の励起光源と、入射部及び出射部
を有しＴｍイオンが０．００１％〜１０％添加された光
学材料とを備えており、前記入射部及び出射部はそれぞ
れ前記光学材料内に入射した光を反射する反射膜を有
し、前記第１の励起光は前記光学材料の入射部及び出射
部のうちのいずれか一方から前記光学材料に入射し、前
記第２の励起光は前記光学材料の入射部及び出射部のう
ちのいずれか一方から前記光学材料に入射し、波長４６
０〜５００の信号光が前記入射部から前記光学材料内に
入射し、一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該一部
のＴｍイオンが前記第１の励起光を吸収することにより
3Ｈ6 準位から 3Ｈ5 準位に基底準位吸収遷移した後、
3Ｈ5 準位から 3Ｆ4 準位に非発光遷移し、その後、該
一部のＴｍイオンが前記第１の励起光を吸収することに
より 3Ｆ4 準位から 3Ｆ3 準位に励起準位吸収遷移した
後、 3Ｆ3 準位から 3Ｈ4 準位に非発光遷移し、他の一
部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該他の一部のＴｍ
イオンが前記第２の励起光を吸収することにより 3Ｈ6
準位から 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位に基底準位吸収
遷移した後、 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位から 3Ｈ4
準位に非発光遷移するか、又は該他の一部のＴｍイオン
が前記第２の励起光を吸収することにより 3Ｈ6 準位か
ら 3Ｈ4準位に基底準位吸収遷移し、前記一部及び他の
一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該一部及び他の
一部のＴｍイオンが前記第１の励起光を吸収することに
より 3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位に励起準位吸収遷移し、
Ｔｍイオンの 1Ｇ4 準位と3Ｈ6 準位との間で反転分布
状態が形成され、Ｔｍイオンは 1Ｇ4 準位から 3Ｈ6 準
位へ発光遷移する際に前記入射部から入射した波長４６
０〜５００ｎｍの信号光を増幅し、増幅された波長４６
０〜５００ｎｍの信号光を前記出射部から出射する構成
とするものである。
【００２４】請求項７の発明は、請求項６の構成に、前
記光学材料は、中心から半径１μｍ〜５μｍの領域に高
屈折率領域であるコア部を有すると共に該コア部の外側
に低屈折率領域であるクラッド部を有し、前記Ｔｍイオ
ンが前記コア部の中心部にのみ添加された光ファイバで
あるという構成を付加するものである。
記光学材料は、中心から半径１μｍ〜５μｍの領域に高
屈折率領域であるコア部を有すると共に該コア部の外側
に低屈折率領域であるクラッド部を有し、前記Ｔｍイオ
ンが前記コア部の中心部にのみ添加された光ファイバで
あるという構成を付加するものである。
【００２５】請求項８の発明は、請求項６の構成に、前
記光学材料はフッ化物系の光ファイバであるという構成
を付加するものである。
記光学材料はフッ化物系の光ファイバであるという構成
を付加するものである。
【００２６】請求項９の発明は、請求項６の構成に、前
記第１の励起光源は、半導体レーザ、半導体レーザによ
り励起されるＮｄ：ＹＡＧレーザ、又は半導体レーザに
より励起されるＹｂイオン若しくはＮｄイオンが添加さ
れたファイバレーザであるという構成を付加するもので
ある。
記第１の励起光源は、半導体レーザ、半導体レーザによ
り励起されるＮｄ：ＹＡＧレーザ、又は半導体レーザに
より励起されるＹｂイオン若しくはＮｄイオンが添加さ
れたファイバレーザであるという構成を付加するもので
ある。
【００２７】請求項１０の発明は、請求項６の構成に、
前記第２の励起光源は半導体レーザであるという構成を
付加するものである。
前記第２の励起光源は半導体レーザであるという構成を
付加するものである。
【００２８】
【作用】請求項１の構成により、Ｔｍイオンの一部は第
１の励起光を２回に吸収することにより、そのエネルギ
ー準位は基底準位の 3Ｈ6 準位から 3Ｆ3 準位を経て中
間準位の 3Ｈ4 準位に遷移し、Ｔｍイオンの他の一部は
第２の励起光を吸収することにより、そのエネルギー準
位は基底準位の 3Ｈ6 準位から中間準位の 3Ｈ4準位に
遷移する。この場合、Ｔｍイオンは、基底準位の 3Ｈ6
準位から中間準位の 3Ｈ4 準位までは、波長１０００ｎ
ｍ〜１２５０ｎｍの第１の励起光と波長６４０ｎｍ〜８
２０ｎｍの第２の励起光とによって励起されるので、基
底準位の 3Ｈ6 準位から中間準位の 3Ｈ4 準位まで効率
良く励起される。中間準位の 3Ｈ4準位に励起されたＴ
ｍイオンは第１の励起光を吸収することにより、そのエ
ネルギー準位は上位準位の 1Ｇ4 準位に遷移する。そし
て、上位準位の 1Ｇ4 準位と基底準位の 3Ｈ6 準位との
間で反転分布状態が形成されるので、Ｔｍイオンの 1Ｇ
4 準位から 3Ｈ6 準位への発光遷移によって放出された
波長４６０ｎｍ〜５００ｎｍの光が共振により利得を得
てレーザ光として出射される。
１の励起光を２回に吸収することにより、そのエネルギ
ー準位は基底準位の 3Ｈ6 準位から 3Ｆ3 準位を経て中
間準位の 3Ｈ4 準位に遷移し、Ｔｍイオンの他の一部は
第２の励起光を吸収することにより、そのエネルギー準
位は基底準位の 3Ｈ6 準位から中間準位の 3Ｈ4準位に
遷移する。この場合、Ｔｍイオンは、基底準位の 3Ｈ6
準位から中間準位の 3Ｈ4 準位までは、波長１０００ｎ
ｍ〜１２５０ｎｍの第１の励起光と波長６４０ｎｍ〜８
２０ｎｍの第２の励起光とによって励起されるので、基
底準位の 3Ｈ6 準位から中間準位の 3Ｈ4 準位まで効率
良く励起される。中間準位の 3Ｈ4準位に励起されたＴ
ｍイオンは第１の励起光を吸収することにより、そのエ
ネルギー準位は上位準位の 1Ｇ4 準位に遷移する。そし
て、上位準位の 1Ｇ4 準位と基底準位の 3Ｈ6 準位との
間で反転分布状態が形成されるので、Ｔｍイオンの 1Ｇ
4 準位から 3Ｈ6 準位への発光遷移によって放出された
波長４６０ｎｍ〜５００ｎｍの光が共振により利得を得
てレーザ光として出射される。
【００２９】また、請求項６の構成により、請求項１と
同様、Ｔｍイオンは、基底準位の 3Ｈ6 準位から中間準
位の 3Ｈ4 準位までは、波長１０００ｎｍ〜１２５０ｎ
ｍの第１の励起光と波長６４０ｎｍ〜８２０ｎｍの第２
の励起光とによって励起されるので、基底準位の 3Ｈ6
準位から中間準位の 3Ｈ4 準位まで効率良く励起され
る。そして、上位準位の 1Ｇ4 準位と基底準位の 3Ｈ6
準位との間で反転分布状態が形成されるので、Ｔｍイオ
ンは 1Ｇ4 準位から 3Ｈ6 準位へ発光遷移する際に波長
４６０ｎｍ〜５００ｎｍの信号光を増幅する。
同様、Ｔｍイオンは、基底準位の 3Ｈ6 準位から中間準
位の 3Ｈ4 準位までは、波長１０００ｎｍ〜１２５０ｎ
ｍの第１の励起光と波長６４０ｎｍ〜８２０ｎｍの第２
の励起光とによって励起されるので、基底準位の 3Ｈ6
準位から中間準位の 3Ｈ4 準位まで効率良く励起され
る。そして、上位準位の 1Ｇ4 準位と基底準位の 3Ｈ6
準位との間で反転分布状態が形成されるので、Ｔｍイオ
ンは 1Ｇ4 準位から 3Ｈ6 準位へ発光遷移する際に波長
４６０ｎｍ〜５００ｎｍの信号光を増幅する。
【００３０】請求項２又は７の構成により、コア部の直
径が従来よりも大きいため、励起光の結合効率が向上す
ると共に励起光に対する伝播ロスは低減する。また、Ｔ
ｍイオンがコア部の中心部つまり励起光の強度の強いと
ころにのみ添加されているため、Ｔｍイオンは励起光に
より効率良く励起される。
径が従来よりも大きいため、励起光の結合効率が向上す
ると共に励起光に対する伝播ロスは低減する。また、Ｔ
ｍイオンがコア部の中心部つまり励起光の強度の強いと
ころにのみ添加されているため、Ｔｍイオンは励起光に
より効率良く励起される。
【００３１】請求項３又は８の構成により、光学材料は
フッ化物系の光ファイバであるため、Ｔｍイオンは効率
良く添加される。
フッ化物系の光ファイバであるため、Ｔｍイオンは効率
良く添加される。
【００３２】請求項４又は９の構成により、第１の励起
光源は、半導体レーザ、半導体レーザにより励起される
Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、又は半導体レーザにより励起され
るＹｂイオン若しくはＮｄイオンが添加されたファイバ
レーザであるため、波長１０００ｎｍ〜１２５０の第１
の励起光を出射する第１の励起光源を簡易且つ確実に実
現できる。
光源は、半導体レーザ、半導体レーザにより励起される
Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、又は半導体レーザにより励起され
るＹｂイオン若しくはＮｄイオンが添加されたファイバ
レーザであるため、波長１０００ｎｍ〜１２５０の第１
の励起光を出射する第１の励起光源を簡易且つ確実に実
現できる。
【００３３】請求項５又は１０の構成により、第２の励
起光源は半導体レーザであるため、波長６４０〜８２０
の第２の励起光を出射する第２の励起光源を簡易且つ確
実に実現できる。
起光源は半導体レーザであるため、波長６４０〜８２０
の第２の励起光を出射する第２の励起光源を簡易且つ確
実に実現できる。
【００３４】
【実施例】以下、本発明の第１実施例に係る希土類イオ
ン添加短波長レーザ光源装置について詳しく説明する。
ン添加短波長レーザ光源装置について詳しく説明する。
【００３５】図１は前記希土類イオン添加短波長レーザ
光源装置の構成図であって、図１において、１０１は波
長１１００ｎｍ帯の第１の励起光１０２を発振する半導
体レーザよりなる第１の励起光源、１０３Ａ，１０３Ｂ
は集光レンズ、１０４は波長６８０ｎｍ帯の第２の励起
光１０５を発振する半導体レーザよりなる第２の励起光
源、１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃは集光レンズ、１０
７はＴｍイオンが添加されたフッ化物よりなる光学材料
としての光ファイバ、１０８は光ファイバ１０７の入射
部、１０９は光ファイバ１０７の出射部、１１０は入射
部１０８に設けられた入射端面ミラー、１１１は出射部
１０９に設けられた出射端面ミラー、１１２は波長多重
カプラー、１１３は出力光である。
光源装置の構成図であって、図１において、１０１は波
長１１００ｎｍ帯の第１の励起光１０２を発振する半導
体レーザよりなる第１の励起光源、１０３Ａ，１０３Ｂ
は集光レンズ、１０４は波長６８０ｎｍ帯の第２の励起
光１０５を発振する半導体レーザよりなる第２の励起光
源、１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃは集光レンズ、１０
７はＴｍイオンが添加されたフッ化物よりなる光学材料
としての光ファイバ、１０８は光ファイバ１０７の入射
部、１０９は光ファイバ１０７の出射部、１１０は入射
部１０８に設けられた入射端面ミラー、１１１は出射部
１０９に設けられた出射端面ミラー、１１２は波長多重
カプラー、１１３は出力光である。
【００３６】光ファイバ１０７にはＴｍイオンが濃度１
００〜１００００p.p.m.（１p.p.m.は重量あたり１００
００００分の１）に添加されており、該光ファイバ１０
７においては、コア径が３μｍ、クラッド径が１２５μ
ｍ、長さが２ｍに設定されている。入射端面ミラー１１
０は波長１１００ｎｍ帯の光に対して非反射で且つ波長
４８０ｎｍ帯の光に対して高反射率を有する膜からな
り、出射端面ミラー１１１は波長１１００ｎｍ帯の光に
対して非反射で且つ波長４８０ｎｍ帯の光に対して３０
％〜９５％の反射率を有する膜からなる。
００〜１００００p.p.m.（１p.p.m.は重量あたり１００
００００分の１）に添加されており、該光ファイバ１０
７においては、コア径が３μｍ、クラッド径が１２５μ
ｍ、長さが２ｍに設定されている。入射端面ミラー１１
０は波長１１００ｎｍ帯の光に対して非反射で且つ波長
４８０ｎｍ帯の光に対して高反射率を有する膜からな
り、出射端面ミラー１１１は波長１１００ｎｍ帯の光に
対して非反射で且つ波長４８０ｎｍ帯の光に対して３０
％〜９５％の反射率を有する膜からなる。
【００３７】第１の励起光源１０１から出射された第１
の励起光１０２は、集光レンズ１０３Ａ，１０３Ｂによ
って集光された後、入射部１０８より光ファイバ１０７
に入射される。また、第２の励起光源１０４から出射さ
れた第２の励起光１０５は集光レンズ１０６Ａによって
集光された後、波長多重カプラー１１２及び集光レンズ
１０６Ｂを経て出射部１０９より光ファイバ１０７に入
射される。
の励起光１０２は、集光レンズ１０３Ａ，１０３Ｂによ
って集光された後、入射部１０８より光ファイバ１０７
に入射される。また、第２の励起光源１０４から出射さ
れた第２の励起光１０５は集光レンズ１０６Ａによって
集光された後、波長多重カプラー１１２及び集光レンズ
１０６Ｂを経て出射部１０９より光ファイバ１０７に入
射される。
【００３８】１１００ｎｍ帯の第１の励起光１０２と６
８０ｎｍ帯の第２の励起光１０５とは、光ファイバ１０
７内を伝搬しつつ、光ファイバ１０７に添加されたＴｍ
イオンに吸収される。
８０ｎｍ帯の第２の励起光１０５とは、光ファイバ１０
７内を伝搬しつつ、光ファイバ１０７に添加されたＴｍ
イオンに吸収される。
【００３９】図２はＴｍイオンのエネルギー準位図及び
吸収遷移を示しており、図２において、縦軸はＴｍイオ
ンの各準位のエネルギーを波数（ｃｍ-1）で示してい
る。図２に示すように、Ｔｍイオンの一部は、１１００
ｎｍ帯の第１の励起光１０２を吸収することによって基
底準位の 3Ｈ6 準位から 3Ｈ5 準位に基底準位吸収遷移
２０５をした後、非発光遷移により 3Ｆ4 準位に遷移
し、その後、１１００ｎｍ帯の第１の励起光１０２を再
度吸収することによって 3Ｆ3 準位に励起準位吸収遷移
２０６をした後、非発光遷移により 3Ｈ4 準位に遷移す
る。Ｔｍイオンの他の一部は、６８０ｎｍ帯の第２の励
起光１０５を吸収することによって基底準位の 3Ｈ6 準
位から 3Ｆ3 準位に基底準位吸収遷移２０２をした後、
非発光遷移により 3Ｈ4 準位に遷移する。非発光遷移に
より 3Ｈ4 準位に遷移したＴｍイオンの一部及び他の一
部は、１１００ｎｍ帯の第１の励起光１０２を吸収する
ことによって 3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位に励起準位吸収
遷移２０３をした後、上位準位の 1Ｇ4 準位から基底準
位の 3Ｈ6 準位に発光遷移２０４をすることによって４
８０ｎｍの光を放出する。発光遷移２０４によって放出
された４８０ｎｍの光は、入射端面ミラー１１０と出射
部端面ミラー１１１との間で共振することによりレーザ
光となって、出射部１０９から出射した後、集光レンズ
１０５Ｂ、波長多重カプラー１１２及び集光レンズ１０
５Ｃを経て出力光１１３として取り出される。
吸収遷移を示しており、図２において、縦軸はＴｍイオ
ンの各準位のエネルギーを波数（ｃｍ-1）で示してい
る。図２に示すように、Ｔｍイオンの一部は、１１００
ｎｍ帯の第１の励起光１０２を吸収することによって基
底準位の 3Ｈ6 準位から 3Ｈ5 準位に基底準位吸収遷移
２０５をした後、非発光遷移により 3Ｆ4 準位に遷移
し、その後、１１００ｎｍ帯の第１の励起光１０２を再
度吸収することによって 3Ｆ3 準位に励起準位吸収遷移
２０６をした後、非発光遷移により 3Ｈ4 準位に遷移す
る。Ｔｍイオンの他の一部は、６８０ｎｍ帯の第２の励
起光１０５を吸収することによって基底準位の 3Ｈ6 準
位から 3Ｆ3 準位に基底準位吸収遷移２０２をした後、
非発光遷移により 3Ｈ4 準位に遷移する。非発光遷移に
より 3Ｈ4 準位に遷移したＴｍイオンの一部及び他の一
部は、１１００ｎｍ帯の第１の励起光１０２を吸収する
ことによって 3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位に励起準位吸収
遷移２０３をした後、上位準位の 1Ｇ4 準位から基底準
位の 3Ｈ6 準位に発光遷移２０４をすることによって４
８０ｎｍの光を放出する。発光遷移２０４によって放出
された４８０ｎｍの光は、入射端面ミラー１１０と出射
部端面ミラー１１１との間で共振することによりレーザ
光となって、出射部１０９から出射した後、集光レンズ
１０５Ｂ、波長多重カプラー１１２及び集光レンズ１０
５Ｃを経て出力光１１３として取り出される。
【００４０】従来の技術においては、４８０ｎｍの光を
放出する発光遷移２０４をするためには、１１００ｎｍ
帯の励起光のみにより基底準位吸収遷移２０５と２回の
励起準位吸収遷移２０６，２０３を行なっていた。とこ
ろが、図２から明らかなように、１１００ｎｍ帯の励起
光では基底準位吸収遷移２０５が非共鳴である。このた
め、共鳴である１２１０ｎｍ帯の励起光を使う基底準位
吸収遷移に比べて吸収効率が著しく低下する。
放出する発光遷移２０４をするためには、１１００ｎｍ
帯の励起光のみにより基底準位吸収遷移２０５と２回の
励起準位吸収遷移２０６，２０３を行なっていた。とこ
ろが、図２から明らかなように、１１００ｎｍ帯の励起
光では基底準位吸収遷移２０５が非共鳴である。このた
め、共鳴である１２１０ｎｍ帯の励起光を使う基底準位
吸収遷移に比べて吸収効率が著しく低下する。
【００４１】各エネルギー準位の基底準位吸収断面積を
比較すると、次の通りとなる。
比較すると、次の通りとなる。
【００４２】 3Ｈ5 （１２１０ｎｍ帯の励起光の場合）…７×１０-24 ｍ-2 3Ｈ5 （１１００ｎｍ帯の励起光の場合）…３×１０-26 ｍ-2 3Ｆ3 （６８０ｎｍ帯の励起光の場合）……５×１０-25 ｍ-2 この比較から明らかなように、 1Ｇ4 準位にアップコン
バージョンされる前の3Ｆ3 準位のＴｍイオンに励起す
るには、６８０ｎｍ帯の励起光を使用するのが最も効率
的である。
バージョンされる前の3Ｆ3 準位のＴｍイオンに励起す
るには、６８０ｎｍ帯の励起光を使用するのが最も効率
的である。
【００４３】図３は、前記希土類イオン添加短波長レー
ザ光源装置における励起入力光と４８０ｎｍの出力光と
の関係を示す。同図において、縦軸は光ファイバ１０７
から取り出された青色光の出力を示し、横軸は１１００
ｎｍ帯の第１の励起光の入力励起パワーを示している。
また、同図において、３０３は従来のレーザ光源装置つ
まり１１００ｎｍ帯の励起光のみ使用した場合の青色光
の出力特性を示し、３０４は本実施例に係るレーザ光源
装置つまり１１００ｎｍ帯の第１の励起光と６８０ｎｍ
帯の第２の励起光とを用いた場合の青色光の出力特性を
示している。この場合の６８０ｎｍ帯の第２の励起光の
入力パワーは２０ｍＷである。
ザ光源装置における励起入力光と４８０ｎｍの出力光と
の関係を示す。同図において、縦軸は光ファイバ１０７
から取り出された青色光の出力を示し、横軸は１１００
ｎｍ帯の第１の励起光の入力励起パワーを示している。
また、同図において、３０３は従来のレーザ光源装置つ
まり１１００ｎｍ帯の励起光のみ使用した場合の青色光
の出力特性を示し、３０４は本実施例に係るレーザ光源
装置つまり１１００ｎｍ帯の第１の励起光と６８０ｎｍ
帯の第２の励起光とを用いた場合の青色光の出力特性を
示している。この場合の６８０ｎｍ帯の第２の励起光の
入力パワーは２０ｍＷである。
【００４４】従来のレーザ光源装置においては、１１０
０ｎｍ帯の励起光の入力パワーが約５０ｍＷのときにレ
ーザは発振しきい値に達して発振し、発振の効率は約３
％である。これに対して、１１００ｎｍ帯の第１の励起
光と６８０ｎｍ帯の第２の励起光との両方を入射する
と、１１００ｎｍ帯の励起光の入力パワーが約２０ｍＷ
のときにレーザは発振しきい値に達して発振し、発振の
効率は約９％である。
０ｎｍ帯の励起光の入力パワーが約５０ｍＷのときにレ
ーザは発振しきい値に達して発振し、発振の効率は約３
％である。これに対して、１１００ｎｍ帯の第１の励起
光と６８０ｎｍ帯の第２の励起光との両方を入射する
と、１１００ｎｍ帯の励起光の入力パワーが約２０ｍＷ
のときにレーザは発振しきい値に達して発振し、発振の
効率は約９％である。
【００４５】以下、本実施例に係る希土類イオン添加短
波長レーザ光源装置の特性についてさらに詳しく説明す
る。図４において、縦軸は４８０ｎｍのレーザ光の発振
に必要な１１００ｎｍ帯の光の発振しきい値を示し、横
軸は６８０ｎｍ帯の光の入力パワーを示し、４０１は発
振しきい値の特性を示している。同図から明らかなよう
に、６８０ｎｍ帯の光の入力パワーが０の場合、発振し
きい値は従来と同様に５０ｍＷであるが、６８０ｎｍ帯
の光の入力パワーが２０ｍＷのときに発振しきい値は最
低になり、その後、６８０ｎｍ帯の光の入力パワーを向
上させると、４８０ｎｍのレーザ光の出力効率は向上す
るが発振しきい値も向上する。この結果から明らかなよ
うに、少量の６８０ｎｍ帯の励起光を入射することによ
り発振しきい値は大きく低下する。
波長レーザ光源装置の特性についてさらに詳しく説明す
る。図４において、縦軸は４８０ｎｍのレーザ光の発振
に必要な１１００ｎｍ帯の光の発振しきい値を示し、横
軸は６８０ｎｍ帯の光の入力パワーを示し、４０１は発
振しきい値の特性を示している。同図から明らかなよう
に、６８０ｎｍ帯の光の入力パワーが０の場合、発振し
きい値は従来と同様に５０ｍＷであるが、６８０ｎｍ帯
の光の入力パワーが２０ｍＷのときに発振しきい値は最
低になり、その後、６８０ｎｍ帯の光の入力パワーを向
上させると、４８０ｎｍのレーザ光の出力効率は向上す
るが発振しきい値も向上する。この結果から明らかなよ
うに、少量の６８０ｎｍ帯の励起光を入射することによ
り発振しきい値は大きく低下する。
【００４６】図５は、本実施例に係る希土類イオン添加
短波長レーザ光源装置における波長依存性を示してい
る。同図において、縦軸は４８０ｎｍ帯のレーザ光の出
力パワーを示し、横軸は第２の励起光源１０４から出射
される第２の励起光１０５の波長である。この場合、第
１の励起光源１０１から出射される１１００ｎｍ帯の第
１の励起光１０２の入力パワーは１００ｍＷで一定であ
った。図５から明らかなように、短波長レーザ光源装置
の出力は、第２の励起光１０５の波長が６８０ｎｍのと
きに最大であるが、第２の励起光１０５の波長は６００
ｎｍ〜８５０ｎｍの幅広い範囲において効果がある。こ
れは、基底準位吸収遷移２０２を行なった際のＴｍイオ
ンのエネルギー準位が 3Ｈ4 ， 3Ｆ3 ， 3Ｆ2 とエネル
ギー準位の幅が広いためである。第２の励起光１０５の
波長が６８０ｎｍのときにはＴｍイオンのエネルギー準
位は 3Ｆ3 に達するが、第２の励起光１０５の波長が６
８０ｎｍよりも長いときにはＴｍイオンのエネルギー準
位は 3Ｈ4 に達し、第２の励起光の波長が６８０ｎｍよ
りも短いときにはＴｍイオンのエネルギー準位は 3Ｆ2
に達する。
短波長レーザ光源装置における波長依存性を示してい
る。同図において、縦軸は４８０ｎｍ帯のレーザ光の出
力パワーを示し、横軸は第２の励起光源１０４から出射
される第２の励起光１０５の波長である。この場合、第
１の励起光源１０１から出射される１１００ｎｍ帯の第
１の励起光１０２の入力パワーは１００ｍＷで一定であ
った。図５から明らかなように、短波長レーザ光源装置
の出力は、第２の励起光１０５の波長が６８０ｎｍのと
きに最大であるが、第２の励起光１０５の波長は６００
ｎｍ〜８５０ｎｍの幅広い範囲において効果がある。こ
れは、基底準位吸収遷移２０２を行なった際のＴｍイオ
ンのエネルギー準位が 3Ｈ4 ， 3Ｆ3 ， 3Ｆ2 とエネル
ギー準位の幅が広いためである。第２の励起光１０５の
波長が６８０ｎｍのときにはＴｍイオンのエネルギー準
位は 3Ｆ3 に達するが、第２の励起光１０５の波長が６
８０ｎｍよりも長いときにはＴｍイオンのエネルギー準
位は 3Ｈ4 に達し、第２の励起光の波長が６８０ｎｍよ
りも短いときにはＴｍイオンのエネルギー準位は 3Ｆ2
に達する。
【００４７】以下、本発明の第２実施例に係る希土類イ
オン添加光増幅器について詳しく説明する。
オン添加光増幅器について詳しく説明する。
【００４８】図６は前記希土類イオン添加増幅器の構成
図であって、図６において、６０１は波長１１００ｎｍ
帯の第１の励起光６０２を発振する半導体レーザよりな
る第１の励起光源、６０３Ａ，６０３Ｂは集光レンズ、
６０４は波長６８０ｎｍ帯の第２の励起光６０５を発振
する半導体レーザよりなる第２の励起光源、６０６Ａ，
６０６Ｂ，６０６Ｃは集光レンズ、６０７はＴｍイオン
が添加されたフッ化物よりなる光学材料としての光ファ
イバ、６０８は光ファイバ６０７の入射部、６０９は光
ファイバ６０７の出射部、６１０は第１の波長多重カプ
ラー、６１１は第２の波長多重カプラー、６１２は半導
体レーザより出力された波長４８０ｎｍ帯の入力信号
光、６１３は出力信号光である。
図であって、図６において、６０１は波長１１００ｎｍ
帯の第１の励起光６０２を発振する半導体レーザよりな
る第１の励起光源、６０３Ａ，６０３Ｂは集光レンズ、
６０４は波長６８０ｎｍ帯の第２の励起光６０５を発振
する半導体レーザよりなる第２の励起光源、６０６Ａ，
６０６Ｂ，６０６Ｃは集光レンズ、６０７はＴｍイオン
が添加されたフッ化物よりなる光学材料としての光ファ
イバ、６０８は光ファイバ６０７の入射部、６０９は光
ファイバ６０７の出射部、６１０は第１の波長多重カプ
ラー、６１１は第２の波長多重カプラー、６１２は半導
体レーザより出力された波長４８０ｎｍ帯の入力信号
光、６１３は出力信号光である。
【００４９】光ファイバ６０７にはＴｍイオンが濃度１
００〜１００００p.p.m.（１p.p.m.は重量あたり１００
００００分の１）に添加されており、該光ファイバ６０
７においては、コア径が３μｍ、クラッド径が１２５μ
ｍ、長さが２ｍに設定されている。
００〜１００００p.p.m.（１p.p.m.は重量あたり１００
００００分の１）に添加されており、該光ファイバ６０
７においては、コア径が３μｍ、クラッド径が１２５μ
ｍ、長さが２ｍに設定されている。
【００５０】また、第１の波長多重カプラー６１０は波
長４８０ｎｍの信号光６１２と波長１１００ｎｍの第１
の励起光６０２とを合波させ、第２の波長多重カプラー
６１１は増幅後の波長４８０ｎｍの信号光と波長６８０
ｎｍ帯の第２の励起光６０５とを合波させるものであ
る。
長４８０ｎｍの信号光６１２と波長１１００ｎｍの第１
の励起光６０２とを合波させ、第２の波長多重カプラー
６１１は増幅後の波長４８０ｎｍの信号光と波長６８０
ｎｍ帯の第２の励起光６０５とを合波させるものであ
る。
【００５１】第１の励起光源６０１から出射された第１
の励起光６０２は、集光レンズ６０３Ａによって集光さ
れた後、第１の波長多重カプラー６１０によって入力信
号光６１２と合波され、その後、入射部６０８より光フ
ァイバ６０７に入射される。また、第２の励起光源６０
４から出射された第２の励起光６０５は集光レンズ６０
６Ａによって集光された後、第２の波長多重カプラー６
１１及び集光レンズ６０６Ｂを経て出射部６０９より光
ファイバ６０７に入射される。
の励起光６０２は、集光レンズ６０３Ａによって集光さ
れた後、第１の波長多重カプラー６１０によって入力信
号光６１２と合波され、その後、入射部６０８より光フ
ァイバ６０７に入射される。また、第２の励起光源６０
４から出射された第２の励起光６０５は集光レンズ６０
６Ａによって集光された後、第２の波長多重カプラー６
１１及び集光レンズ６０６Ｂを経て出射部６０９より光
ファイバ６０７に入射される。
【００５２】４８０ｎｍ帯の入力信号光６１２と１１０
０ｎｍ帯の第１の励起光６０２とは、光ファイバ６０７
内を伝搬しつつ、光ファイバ６０７に添加されたＴｍイ
オンに吸収される。この場合、Ｔｍイオンの一部は、１
１００ｎｍ帯の第１の励起光６０２を吸収することによ
って基底準位の 3Ｈ6 準位から 3Ｈ5 準位に基底準位吸
収遷移をした後、非発光遷移により 3Ｆ4 準位に遷移
し、その後、１１００ｎｍ帯の第１の励起光６０２を再
度吸収することによって 3Ｆ3 準位に励起準位吸収遷移
をした後、非発光遷移により 3Ｈ4 準位に遷移する。Ｔ
ｍイオンの他の一部は、６８０ｎｍ帯の第２の励起光６
０５を吸収することによって基底準位の 3Ｈ6 準位から
3Ｆ3 準位に基底準位吸収遷移をした後、非発光遷移に
より 3Ｈ4準位に遷移する。非発光遷移により 3Ｈ4 準
位に遷移したＴｍイオンの一部及び他の一部は、１１０
０ｎｍ帯の第１の励起光６０２を吸収することによって
3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位に励起準位吸収遷移をする。
上位準位の 1Ｇ4 準位と基底準位の 3Ｈ6 準位との間に
おいて反転分布状態が形成され、誘導放出により増幅さ
れた４８０ｎｍの入力信号光６１２は、出射部６０９か
ら出射された後、集光レンズ６０６Ｂ、第２の波長多重
カプラー６１１及び集光レンズ６０６Ｃを経て出力信号
光６１３として取り出される。
０ｎｍ帯の第１の励起光６０２とは、光ファイバ６０７
内を伝搬しつつ、光ファイバ６０７に添加されたＴｍイ
オンに吸収される。この場合、Ｔｍイオンの一部は、１
１００ｎｍ帯の第１の励起光６０２を吸収することによ
って基底準位の 3Ｈ6 準位から 3Ｈ5 準位に基底準位吸
収遷移をした後、非発光遷移により 3Ｆ4 準位に遷移
し、その後、１１００ｎｍ帯の第１の励起光６０２を再
度吸収することによって 3Ｆ3 準位に励起準位吸収遷移
をした後、非発光遷移により 3Ｈ4 準位に遷移する。Ｔ
ｍイオンの他の一部は、６８０ｎｍ帯の第２の励起光６
０５を吸収することによって基底準位の 3Ｈ6 準位から
3Ｆ3 準位に基底準位吸収遷移をした後、非発光遷移に
より 3Ｈ4準位に遷移する。非発光遷移により 3Ｈ4 準
位に遷移したＴｍイオンの一部及び他の一部は、１１０
０ｎｍ帯の第１の励起光６０２を吸収することによって
3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位に励起準位吸収遷移をする。
上位準位の 1Ｇ4 準位と基底準位の 3Ｈ6 準位との間に
おいて反転分布状態が形成され、誘導放出により増幅さ
れた４８０ｎｍの入力信号光６１２は、出射部６０９か
ら出射された後、集光レンズ６０６Ｂ、第２の波長多重
カプラー６１１及び集光レンズ６０６Ｃを経て出力信号
光６１３として取り出される。
【００５３】以下、前記希土類イオン添加増幅器の詳し
い特性について説明する。図７は前記希土類イオン添加
増幅器の増幅特性を示しており、同図において、縦軸は
信号利得を示し、横軸は励起光の入力パワーを示してい
る。同図から明らかなように、本実施例に係る増幅器に
おいては、１１００ｎｍ帯の第１の励起光６０２と６８
０ｎｍ帯の第２の励起光６０５との２波長の光により励
起した場合の信号利得（図中において７０１で示す）
は、１１００ｎｍ帯の励起光のみを使用した場合の信号
利得（図中において７０２で示す）に比べて、利得が約
５ｄＢ向上し、飽和出力は約４ｄＢ向上した。
い特性について説明する。図７は前記希土類イオン添加
増幅器の増幅特性を示しており、同図において、縦軸は
信号利得を示し、横軸は励起光の入力パワーを示してい
る。同図から明らかなように、本実施例に係る増幅器に
おいては、１１００ｎｍ帯の第１の励起光６０２と６８
０ｎｍ帯の第２の励起光６０５との２波長の光により励
起した場合の信号利得（図中において７０１で示す）
は、１１００ｎｍ帯の励起光のみを使用した場合の信号
利得（図中において７０２で示す）に比べて、利得が約
５ｄＢ向上し、飽和出力は約４ｄＢ向上した。
【００５４】以下、図８に基づき、第１実施例に係る希
土類イオン添加短波長光源装置及び第２実施例に係る希
土類イオン添加光増幅器を構成する光ファイバ１０７，
６０７の断面構造及び屈折率分布について説明する。同
図において、８０１は光ファイバ１０７，６０７の被覆
部、８０２は屈折率ｎ1 を有するクラッド部、８０３は
屈折率ｎ2 を有するコア部、８０４はＴｍイオン添加領
域、８０５は屈折率分布、８０６は光ファイバ６０７内
の励起光の電磁界分布、８０７は光ファイバ１０７，６
０７内のレーザ光の電磁界分布を示す。屈折率ｎ1 と屈
折率ｎ2 との差は０．００１％〜１０％である。前記各
実施例に使用した光ファイバ１０７，６０７のコア径は
１０μｍ、クラッド径は１２５μｍであった。
土類イオン添加短波長光源装置及び第２実施例に係る希
土類イオン添加光増幅器を構成する光ファイバ１０７，
６０７の断面構造及び屈折率分布について説明する。同
図において、８０１は光ファイバ１０７，６０７の被覆
部、８０２は屈折率ｎ1 を有するクラッド部、８０３は
屈折率ｎ2 を有するコア部、８０４はＴｍイオン添加領
域、８０５は屈折率分布、８０６は光ファイバ６０７内
の励起光の電磁界分布、８０７は光ファイバ１０７，６
０７内のレーザ光の電磁界分布を示す。屈折率ｎ1 と屈
折率ｎ2 との差は０．００１％〜１０％である。前記各
実施例に使用した光ファイバ１０７，６０７のコア径は
１０μｍ、クラッド径は１２５μｍであった。
【００５５】以下、前記各実施例に使用した光ファイバ
１０７，６０７の特性について説明する。従来のアップ
コンバージョンレーザ用希土類イオン添加光ファイバに
比べてコア径が大きいため、励起光の結合効率は従来の
４０％から６０％に向上し、また、励起光に対する伝搬
ロスも従来の０．１ｄＢ／ｍの値の半分以下である０．
０４ｄＢ／ｍにまで向上した。また、レーザ光の発振効
率についても、前記各実施例の光ファイバ１０７，６０
７を用いた場合には１５％以上であり、従来の光ファイ
バを用いた場合の３％に比べて大きく向上した。
１０７，６０７の特性について説明する。従来のアップ
コンバージョンレーザ用希土類イオン添加光ファイバに
比べてコア径が大きいため、励起光の結合効率は従来の
４０％から６０％に向上し、また、励起光に対する伝搬
ロスも従来の０．１ｄＢ／ｍの値の半分以下である０．
０４ｄＢ／ｍにまで向上した。また、レーザ光の発振効
率についても、前記各実施例の光ファイバ１０７，６０
７を用いた場合には１５％以上であり、従来の光ファイ
バを用いた場合の３％に比べて大きく向上した。
【００５６】Ｔｍイオンはコア部８０３の中心部にのみ
添加されており励起光の強度の高いところにしか存在し
ないため、Ｔｍイオンが添加されていない部分ではＴｍ
イオンによる励起光の吸収はない。また、入力信号光は
Ｔｍイオンの存在する部分でのみ利得を得るため、単一
モードで伝搬し、伝搬ロスは従来の１０分の１であっ
た。
添加されており励起光の強度の高いところにしか存在し
ないため、Ｔｍイオンが添加されていない部分ではＴｍ
イオンによる励起光の吸収はない。また、入力信号光は
Ｔｍイオンの存在する部分でのみ利得を得るため、単一
モードで伝搬し、伝搬ロスは従来の１０分の１であっ
た。
【００５７】
【発明の効果】請求項１の発明に係る希土類イオン添加
短波長レーザ光源装置によると、Ｔｍイオンは、基底準
位の 3Ｈ6 準位から中間準位の 3Ｈ4 準位まで、波長１
０００ｎｍ〜１２５０ｎｍの第１の励起光と波長６４０
ｎｍ〜８２０ｎｍの第２の励起光とによって励起される
ため、基底準位の 3Ｈ6 準位から中間準位の 3Ｈ4 準位
まで効率良く励起されるので、レーザ発振に必要な励起
パワー（しきい値パワー）が著しく大きくなり従来に比
べて半分以下に低減できると共に、レーザ出力の効率も
大きく向上し従来の３倍以上にまで向上させることがで
きる。
短波長レーザ光源装置によると、Ｔｍイオンは、基底準
位の 3Ｈ6 準位から中間準位の 3Ｈ4 準位まで、波長１
０００ｎｍ〜１２５０ｎｍの第１の励起光と波長６４０
ｎｍ〜８２０ｎｍの第２の励起光とによって励起される
ため、基底準位の 3Ｈ6 準位から中間準位の 3Ｈ4 準位
まで効率良く励起されるので、レーザ発振に必要な励起
パワー（しきい値パワー）が著しく大きくなり従来に比
べて半分以下に低減できると共に、レーザ出力の効率も
大きく向上し従来の３倍以上にまで向上させることがで
きる。
【００５８】請求項２の発明に係る希土類イオン添加短
波長レーザ光源装置によると、コア部の直径が従来より
も大きいため励起光の結合効率が向上すると共に励起光
に対する伝播ロスは低減し、またＴｍイオンが励起光の
強度の強いコア部の中心部のみ添加されているため効率
良く励起されるので、しきい値パワーが低下すると共に
レーザ出力が向上する。
波長レーザ光源装置によると、コア部の直径が従来より
も大きいため励起光の結合効率が向上すると共に励起光
に対する伝播ロスは低減し、またＴｍイオンが励起光の
強度の強いコア部の中心部のみ添加されているため効率
良く励起されるので、しきい値パワーが低下すると共に
レーザ出力が向上する。
【００５９】請求項３の発明に係る希土類イオン添加短
波長レーザ光源装置によると、光学材料はフッ化物系の
光ファイバであるためＴｍイオンが効率良く光ファイバ
に添加されるので、しきい値パワーが低下すると共にレ
ーザ出力が向上する。
波長レーザ光源装置によると、光学材料はフッ化物系の
光ファイバであるためＴｍイオンが効率良く光ファイバ
に添加されるので、しきい値パワーが低下すると共にレ
ーザ出力が向上する。
【００６０】請求項４の発明に係る希土類イオン添加レ
ーザ光源装置によると、第１の励起光源は、半導体レー
ザ、半導体レーザにより励起されるＮｄ：ＹＡＧレー
ザ、又は半導体レーザにより励起されるＹｂイオン若し
くはＮｄイオンが添加されたファイバレーザであるた
め、波長１０００ｎｍ〜１２５０の第１の励起光を出射
する第１の励起光源を簡易且つ確実に実現できる。
ーザ光源装置によると、第１の励起光源は、半導体レー
ザ、半導体レーザにより励起されるＮｄ：ＹＡＧレー
ザ、又は半導体レーザにより励起されるＹｂイオン若し
くはＮｄイオンが添加されたファイバレーザであるた
め、波長１０００ｎｍ〜１２５０の第１の励起光を出射
する第１の励起光源を簡易且つ確実に実現できる。
【００６１】請求項５の発明に係る希土類イオン添加レ
ーザ光源装置によると、第２の励起光源は半導体レーザ
であるため、波長６４０〜８２０の第２の励起光を出射
する第２の励起光源を簡易且つ確実に実現できる。
ーザ光源装置によると、第２の励起光源は半導体レーザ
であるため、波長６４０〜８２０の第２の励起光を出射
する第２の励起光源を簡易且つ確実に実現できる。
【００６２】請求項６の発明に係る希土類イオン添加光
増幅器によると、請求項１の発明と同様、Ｔｍイオンが
基底準位の 3Ｈ6 準位から中間準位の 3Ｈ4 準位まで効
率良く励起されるので、波長４６０ｎｍ〜５００ｎｍの
信号光の利得及び飽和出力が大きく向上する。
増幅器によると、請求項１の発明と同様、Ｔｍイオンが
基底準位の 3Ｈ6 準位から中間準位の 3Ｈ4 準位まで効
率良く励起されるので、波長４６０ｎｍ〜５００ｎｍの
信号光の利得及び飽和出力が大きく向上する。
【００６３】請求項７の発明に係る希土類イオン添加光
増幅器によると、請求項２の発明と同様にして、しきい
値パワーが低下すると共に信号光の利得が向上する。
増幅器によると、請求項２の発明と同様にして、しきい
値パワーが低下すると共に信号光の利得が向上する。
【００６４】請求項８の発明に係る希土類イオン添加光
増幅器によると、請求項３の発明と同様にして、しきい
値パワーが低下すると共に信号光の利得が向上する。
増幅器によると、請求項３の発明と同様にして、しきい
値パワーが低下すると共に信号光の利得が向上する。
【００６５】請求項９の発明に係る希土類イオン添加光
増幅器によると、請求項４の発明と同様、波長１０００
ｎｍ〜１２５０の第１の励起光を出射する第１の励起光
源を簡易且つ確実に実現できる。
増幅器によると、請求項４の発明と同様、波長１０００
ｎｍ〜１２５０の第１の励起光を出射する第１の励起光
源を簡易且つ確実に実現できる。
【００６６】請求項１０の発明に係る希土類イオン添加
光増幅器によると、請求項５の発明と同様、波長６４０
〜８２０の第２の励起光を出射する第２の励起光源を簡
易且つ確実に実現できる。
光増幅器によると、請求項５の発明と同様、波長６４０
〜８２０の第２の励起光を出射する第２の励起光源を簡
易且つ確実に実現できる。
【図１】本発明の第１実施例に係る希土類イオン添加短
波長レーザ光源装置の構成図である。
波長レーザ光源装置の構成図である。
【図２】前記希土類イオン添加短波長レーザ光源装置の
光ファイバに添加されたＴｍイオンのエネルギー準位図
である。
光ファイバに添加されたＴｍイオンのエネルギー準位図
である。
【図３】前記希土類イオン添加短波長レーザ光源装置に
おける励起光のパワーと出力光のパワーとの関係を示す
特性図である。
おける励起光のパワーと出力光のパワーとの関係を示す
特性図である。
【図４】前記希土類イオン添加短波長レーザ光源装置に
おける発振しきい値の特性図である。
おける発振しきい値の特性図である。
【図５】前記希土類イオン添加短波長レーザ光源装置に
おける波長依存性を示す特性図である。
おける波長依存性を示す特性図である。
【図６】本発明の第２実施例に係る希土類イオン添加光
増幅器の構成図である。
増幅器の構成図である。
【図７】前記希土類イオン添加光増幅器における増幅特
性図である。
性図である。
【図８】前記希土類イオン添加短波長レーザ光源装置及
び前記希土類イオン添加光増幅器における光ファイバの
断面構造を示す図である。
び前記希土類イオン添加光増幅器における光ファイバの
断面構造を示す図である。
１０１ 第１の励起光源 １０２ 第１の励起光 １０３Ａ，１０３Ｂ 集光レンズ １０４ 第２の励起光源 １０５ 第２の励起光 １０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃ 集光レンズ １０７ 光ファイバ １０８ 光ファイバの入射部 １０９ 光ファイバの出射部 １１０ 入射端面ミラー １１１ 出射端面ミラー １１２ 波長多重カプラー １１３ 出力光 ２０２ 基底準位吸収遷移 ２０３ 励起準位吸収遷移 ２０４ 発光遷移 ２０５ 基底準位吸収遷移 ２０６ 励起準位吸収遷移 ６０１ 第１の励起光源 ６０２ 第１の励起光 ６０３Ａ，６０３Ｂ 集光レンズ ６０４ 第２の励起光源 ６０５ 第２の励起光 ６０６Ａ，６０６Ｂ，６０６Ｃ 集光レンズ ６０７ 光ファイバ ６０８ 光ファイバの入射部 ６０９ 光ファイバの出射部 ６１０ 第１の波長多重カプラー ６１１ 第２の波長多重カプラー ６１２ 入力信号光 ６１３ 出力信号光
Claims (10)
- 【請求項１】 波長が１０００ｎｍ〜１２５０ｎｍであ
る第１の励起光を出射する第１の励起光源と、波長が６
４０ｎｍ〜８２０ｎｍである第２の励起光を出射する第
２の励起光源と、入射部及び出射部を有しＴｍイオンが
０．００１％〜１０％添加された光学材料とを備え、 前記入射部及び出射部はそれぞれ前記光学材料内に入射
した光を反射する反射膜を有し、 前記第１の励起光は前記光学材料の入射部及び出射部の
うちのいずれか一方から前記光学材料内に入射し、 前記第２の励起光は前記光学材料の入射部及び出射部の
うちのいずれか一方から前記光学材料内に入射し、 一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該一部のＴｍイ
オンが前記第１の励起光を吸収することにより 3Ｈ6 準
位から 3Ｈ5 準位に基底準位吸収遷移した後、3Ｈ5 準
位から 3Ｆ4 準位に非発光遷移し、その後、該一部のＴ
ｍイオンが前記第１の励起光を吸収することにより 3Ｆ
4 準位から 3Ｆ3 準位に励起準位吸収遷移した後、 3Ｆ
3 準位から 3Ｈ4 準位に非発光遷移し、 他の一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該他の一部
のＴｍイオンが前記第２の励起光を吸収することにより
3Ｈ6 準位から 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位に基底準
位吸収遷移した後、 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位から
3Ｈ4 準位に非発光遷移するか、又は該他の一部のＴｍ
イオンが前記第２の励起光を吸収することにより 3Ｈ6
準位から 3Ｈ4 準位に基底準位吸収遷移し、 前記一部及び他の一部のＴｍイオンのエネルギー準位
は、該一部及び他の一部のＴｍイオンが前記第１の励起
光を吸収することにより 3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位に励
起準位吸収遷移し、 Ｔｍイオンの 1Ｇ4 準位と 3Ｈ6 準位との間で反転分布
状態が形成され、 Ｔｍイオンの 1Ｇ4 準位から 3Ｈ6 準位への発光遷移に
より放出される波長４６０ｎｍ〜５００ｎｍの光を前記
入射部及び出射部の各反射膜によって共振し、該共振に
より利得を得た波長４６０ｎｍ〜５００ｎｍの光を前記
出射部からレーザ光として出射することを特徴とする希
土類イオン添加短波長レーザ光源装置。 - 【請求項２】 前記光学材料は、中心から半径１μｍ〜
５μｍの領域に高屈折率領域であるコア部を有すると共
に該コア部の外側に低屈折率領域であるクラッド部を有
し、前記Ｔｍイオンが前記コア部の中心部にのみ添加さ
れた光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載
の希土類イオン添加短波長レーザ光源装置。 - 【請求項３】 前記光学材料はフッ化物系の光ファイバ
であることを特徴とする請求項１に記載の希土類イオン
添加短波長レーザ光源装置。 - 【請求項４】 前記第１の励起光源は、半導体レーザ、
半導体レーザにより励起されるＮｄ：ＹＡＧレーザ、又
は半導体レーザにより励起されるＹｂイオン若しくはＮ
ｄイオンが添加されたファイバレーザであることを特徴
とする請求項１に記載の希土類イオン添加短波長レーザ
光源装置。 - 【請求項５】 前記第２の励起光源は半導体レーザであ
ることを特徴とする請求項１に記載の希土類イオン添加
短波長レーザ光源装置。 - 【請求項６】 波長が１０００ｎｍ〜１２５０ｎｍであ
る第１の励起光を出射する第１の励起光源と、波長が６
４０ｎｍ〜８２０ｎｍである第２の励起光を出射する第
２の励起光源と、入射部及び出射部を有しＴｍイオンが
０．００１％〜１０％添加された光学材料とを備え、 前記入射部及び出射部はそれぞれ前記光学材料内に入射
した光を反射する反射膜を有し、 前記第１の励起光は前記光学材料の入射部及び出射部の
うちのいずれか一方から前記光学材料に入射し、 前記第２の励起光は前記光学材料の入射部及び出射部の
うちのいずれか一方から前記光学材料に入射し、 波長４６０〜５００の信号光が前記入射部から前記光学
材料内に入射し、 一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該一部のＴｍイ
オンが前記第１の励起光を吸収することにより 3Ｈ6 準
位から 3Ｈ5 準位に基底準位吸収遷移した後、3Ｈ5 準
位から 3Ｆ4 準位に非発光遷移し、その後、該一部のＴ
ｍイオンが前記第１の励起光を吸収することにより 3Ｆ
4 準位から 3Ｆ3 準位に励起準位吸収遷移した後、 3Ｆ
3 準位から 3Ｈ4 準位に非発光遷移し、 他の一部のＴｍイオンのエネルギー準位は、該他の一部
のＴｍイオンが前記第２の励起光を吸収することにより
3Ｈ6 準位から 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位に基底準
位吸収遷移した後、 3Ｆ3 準位若しくは 3Ｆ2 準位から
3Ｈ4 準位に非発光遷移するか、又は該他の一部のＴｍ
イオンが前記第２の励起光を吸収することにより 3Ｈ6
準位から 3Ｈ4 準位に基底準位吸収遷移し、 前記一部及び他の一部のＴｍイオンのエネルギー準位
は、該一部及び他の一部のＴｍイオンが前記第１の励起
光を吸収することにより 3Ｈ4 準位から 1Ｇ4 準位に励
起準位吸収遷移し、 Ｔｍイオンの 1Ｇ4 準位と 3Ｈ6 準位との間で反転分布
状態が形成され、 Ｔｍイオンは 1Ｇ4 準位から 3Ｈ6 準位へ発光遷移する
際に前記入射部から入射した波長４６０〜５００ｎｍの
信号光を増幅し、 増幅された波長４６０〜５００ｎｍの信号光を前記出射
部から出射することを特徴とする希土類イオン添加光増
幅器。 - 【請求項７】 前記光学材料は、中心から半径１μｍ〜
５μｍの領域に高屈折率領域であるコア部を有すると共
に該コア部の外側に低屈折率領域であるクラッド部を有
し、前記Ｔｍイオンが前記コア部の中心部にのみ添加さ
れた光ファイバであることを特徴とする請求項６に記載
の希土類イオン添加光増幅器。 - 【請求項８】 前記光学材料はフッ化物系の光ファイバ
であることを特徴とする請求項６に記載の希土類イオン
添加光増幅器。 - 【請求項９】 前記第１の励起光源は、半導体レーザ、
半導体レーザにより励起されるＮｄ：ＹＡＧレーザ、又
は半導体レーザにより励起されるＹｂイオン若しくはＮ
ｄイオンが添加されたファイバレーザであることを特徴
とする請求項６に記載の希土類イオン添加光増幅器。 - 【請求項１０】 前記第２の励起光源は半導体レーザで
あることを特徴とする請求項６に記載の希土類イオン添
加光増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6148085A JPH0818129A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | 希土類イオン添加短波長レーザ光源装置及び希土類イオン添加光増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6148085A JPH0818129A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | 希土類イオン添加短波長レーザ光源装置及び希土類イオン添加光増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0818129A true JPH0818129A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15444904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6148085A Withdrawn JPH0818129A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | 希土類イオン添加短波長レーザ光源装置及び希土類イオン添加光増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0818129A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09205239A (ja) * | 1996-01-26 | 1997-08-05 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 増幅用光ファイバ |
| US6501596B1 (en) * | 2001-11-15 | 2002-12-31 | Central Glass Company, Limited | 1.4-1.52 μm-band optical amplifier |
| US6650677B1 (en) | 2000-04-11 | 2003-11-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Up-conversion laser |
| CN112563872A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-26 | 江苏师范大学 | 一种基于gsa和esa双波长泵浦掺铥激光器 |
-
1994
- 1994-06-29 JP JP6148085A patent/JPH0818129A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09205239A (ja) * | 1996-01-26 | 1997-08-05 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 増幅用光ファイバ |
| US6650677B1 (en) | 2000-04-11 | 2003-11-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Up-conversion laser |
| US6501596B1 (en) * | 2001-11-15 | 2002-12-31 | Central Glass Company, Limited | 1.4-1.52 μm-band optical amplifier |
| CN112563872A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-26 | 江苏师范大学 | 一种基于gsa和esa双波长泵浦掺铥激光器 |
| CN112563872B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-17 | 江苏师范大学 | 一种基于gsa和esa双波长泵浦掺铥激光器 |
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