JPH10107345A - クラッド層ポンプファイバレーザを有する装置 - Google Patents
クラッド層ポンプファイバレーザを有する装置Info
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Abstract
レーザ(CPFL)を提供する。 【解決手段】 本発明は、改良されたCPFLを有する
システム(例えばこのような増幅器を有する光ファイバ
増幅器あるいは通信システム)で実現される。本発明の
CPFLは、高屈折率のコアと、このコアを包囲する低
屈折率のクラッド層を有するある長さの光ファイバを含
む。このコアの直径dc は、光ファイバが波長λのレー
ザ発振の導波基本空間モードLP01をサポートできるよ
う選択される。このレーザ発振のPL01モードは、d01
のモード直径を有する。このコアは、稀土類ドーパント
(例、NdまたはYb)を含有し、波長λのレーザ発振
を行う。稀土類ドーパントはコアを有する光ファイバの
部分内に分散して、その直径dREはd01よりも大きい。
Description
の光ファイバレーザを含む装置とシステムに関する。
adding pumped fiber lasers(CPFL))は公知であ
り、これに関しては、例えば H. Po et al. 著の Elect
ronicsLetters, Vol. 29(17), p. 1500, Aug 19, 1993
と、P. Glas et al. 著の Optics Communications, Vo
l. 122, p. 163, Jan. 1, 1996 と米国特許第5,12
1,460号を参照のこと。このようなレーザは、高い
光学パワー(例、10W)を生成するのに用いられ、そ
してファイバ増幅器あるいはレーザをポンピングするの
に用いられる。
オードからの光学パワーは、クラッド層ポンプファイバ
の稀土類(例、Nd,Yb)ドープのコア内でシングル
モードレーザ発振に変換される。高ポンプパワーをCP
FLに結合するために、通常は比較的大きな直径のクラ
ッド層(例、250μm以上)を有するファイバを使用
することが必要である。しかし、CPFLのシングルモ
ード出力の従来の要件により、CPFLのコアの直径は
8μm以下に抑えられている。
との面積の不均衡により、デバイスの長さが長くなる、
例えば200mにする必要がある。その理由は、CPF
L構造体内のポンプ放射の吸収は、コア対クラッド層の
断面積比に比例するからである。さらにまた従来のCP
FL構造体においては、ファイバのコア内の光学パワー
密度は高く、特にハイパワーのCPFLにおいては、そ
の構成材料に損傷を与えるほど大きいものである。
的は、ハイパワーのCPFLを提供することである。
PFLを有するシステム(例えばこのような増幅器を有
する光ファイバ増幅器あるいは通信システム)で実現さ
れる。例えばこの改良されたCPFLは、類似の従来の
CPFLよりも短く(例、100m以下の長さ)および
/あるいは類似の従来のCPFLよりもより高いパワー
でもって動作可能である。
形)のコアと、このコアを包囲する低屈折率のクラッド
層を有するある長さの光ファイバを含む。このコアは、
直径dc を有し、光ファイバは、波長λのレーザ発振の
導波基本空間モードLP01をサポートする。このレーザ
発振のLP01モードは、モード直径d01を有する。この
コアは、稀土類ドーパント(例、NdまたはYb)を含
有し、波長λのレーザ発振を行う。さらに本発明の装置
は、波長λp(λp<λ)のポンプ発振を光ファイバ内に
導入する手段を有する。
パントはコアを有する光ファイバの部分内に分散して、
その直径dREはd01よりも大きい。
dc はLP01モードはレーザ発振の導波空間モードのみ
であるよう選択され、そして稀土類ドーパントはコア内
に分散して第1クラッド領域がこのコアに隣接してい
る。
dc は光ファイバがLP01モードに加えてレーザ発振の
少なくとも1つのより高次の導波モード(通常LP11と
称するがLP02を排除するものではない)を有するよう
選択され、そして稀土類ドーパントの直径dREはdc に
等しいかあるいはそれ以上である。
おいて全LP01パワーの70%を含む光ファイバの断面
積の直径として定義する。LP01モードの形状およびd
01の値は、T. Lenahan 著の Bell System Technical Jo
urnal, Vol. 62, p. 2663 (1983)に記載された数値計算
により決定できる。さらにまた様々なモードについて
は、前掲の米国特許第5,121,460号を参照のこ
と。
光ファイバ中の稀土類ドーパントの全量の90%を含む
断面積の直径として定義する。
0の断面図である。同図において、コア12の周囲に内
側(第1)クラッド層13と外側(第2)クラッド層1
1とが形成されている。図2は半径rと光ファイバ10
の屈折率nの関係を表す図で、12′はコア12の屈折
率で、11′と13′はそれぞれクラッド層11,13
の屈折率である。稀土類ドーパント(Nd)の濃度は、
コア12,内側(第1)クラッド層13に亘ってほぼ一
定で、コア12はさらに屈折率上昇用ドーパント(G
e)を含む。
屈折率は光ファイバがレーザ波長λでシングルモードフ
ァイバであるように選択される。言い換えると光ファイ
バは、波長λで唯一の導波モード即ち基本空間モードL
P01を有する。光ファイバにおいてこの有効モード直径
はd01とする。図1,2の本発明の一実施例において
は、内側(第1)クラッド層13の外部直径dRE>1.
1d01となるよう選択される。
施例による利点(例えば、ポンプ放射を光ファイバのコ
アに結合する向上率)は小さい。例えばdRE=1.1d
01の場合にはCPFLの長さの減少率は、従来の対応す
るCPFLの長さの20%以下でしかない。
と屈折率は、光ファイバは波長λで、少なくとも2個の
導波空間モード(LP01とLP11)を有するよう選択さ
れる。マルチモード(例、デュアルモード)の光ファイ
バのコアの直径はシングルモードファイバのコアよりも
遥かに大きくクラッド層からのポンプ放射を稀土類をド
ープしたコアにより容易に結合できるようにしている。
折率プロファイルを表し、参照番号31は通常Geをド
ープしたコアを、参照番号32はクラッド層を表す。経
験的にこのコアの直径は、稀土類元素が分布した領域の
直径にほぼ等しいが、後者(即ち、稀土類元素が分布し
た領域の直径)は前者(コアの直径)以上でもよい。
ファイバレーザ40とファイバ増幅器とを有する光ファ
イバ通信システムの関連部分を表す図である。
ュアルモード光ファイバ41のクラッド層に導入され
る。このファイバのコアには適当な稀土類ドーパント
(例、NdまたはYb)がドーピングされ、そしてdRE
はdc にほぼ等しい。ポンプ放射がコアに結合され、そ
して稀土類ドーパントイオンにより吸収され波長λのレ
ーザ発振となる。そしてコア内を伝播する放射の一部は
LP01モードとLP11モードである。
レーティング45,46,47を有し、これらは米国特
許出願08/712,694に記載されたモード結合グ
レーティングを有する。このグレーティングは、光ファ
イバのコア内のみに存在し、クラッド層内のポンプ放射
には何等影響を及ぼさない。
(ほぼ100%の反射率)のモード結合グレーティング
(mode coupling grating(MCG))である。このよ
うなグレーティングは、波長λの入射光LP01放射をL
P11放射として反射し、そしてその逆も行うよう選択さ
れる。グレーティング46は、中間の反射率(例;約9
8%の反射と約2%の透過)のMCGであり、波長λの
入射LP01放射の一部xをLP01として透過し、一部
(1−x)をLP11として反射し、入射LP11のx′
(必ずしもxに等しくはない)をLP11として透過し、
そして一部(1−x′)をLP01として反射する。
0%)のグレーティングで波長λの入射LP11放射のほ
ぼ100%をLP11として反射し、波長λの全ての入射
LP01をLP01として透過する。このレーザは、LP11
の代わりLP02を用いるよう設計することもできる。
であり、前掲の米国特許出願08/712,694にそ
の製造方法は開示されている。
0の動作を説明するが、屈折率グレーティング45−4
7は双方性要素であり、即ちこのグレーティングは、下
流方向放射と上流方向放射に対し、同一の機能を実行す
る。
0の動作について説明する。例えば波長λの上流方向に
伝搬するLP11の放射について考えてみる。この放射
は、屈折率グレーティング45でLP01として反射され
(480)、そしてグレーティング46まで伝播し、そ
こで一部(1−x)がLP11として反射され(48
1)、一部xはLP01として伝播し、グレーティング4
7を何等変化せずに通過して(482)、その後使用さ
れる。
グレーティング45まで伝播し、グレーティング46に
伝播するLP01として反射され、グレーティング46で
一部xはLP01として透過し、一部(1−x)はLP11
として反射される。伝送された一部xは、グレーティン
グ47を通過し、さらにその後使用される。レーザキャ
ビティ内の放射性の他の要素の類似の理由付けを用いる
ことにより本発明のレーザの動作は容易に明かとなる。
は、グレーティングにより行われる機能を特定するため
のものである。例えば、参照番号481はグレーティン
グ46は入射光の一部(例、2%)を何等変化させずに
伝送し、そして反射された部分のモードを変化させるこ
とを意味する。参照番号482と484は、それぞれ入
射光LP01の未変化の伝送と入射光LP11の未変化の反
射を表す。
する波長λのLP01放射は、ファイバカプラ(WDM)
42まで伝播してシングルモードファイバ43に結合さ
れ、そして従来の稀土類ドープ増幅器ファイバ44まで
伝播してポンプ放射として機能する。
ーザ構成を表すものではない。例えば、レーザキャビテ
ィ内に2つの長距離(透過)モードコンバータグレーテ
ィングを有するレーザを具備することも可能である。
ルモードファイバ51のクラッド層に結合され、さらに
ファイバの稀土類をドープしたコアに結合される。グレ
ーティング52は、MCGで、このMCGは入射レーザ
放射(波長λ)のほぼ100%を変換して反射する。そ
してこの変換は、LP01からLP11あるいはLP11から
LP01である。
ほぼ100%を反射し、入射放射LP01のほぼ100%
を透過するが、この場合両方ともモード変換は行われな
い。そしてグレーティング54は、入射放射LP01の所
定部分(例、10%)を透過し、残り(例、90%)を
反射させるが、この場合も両方ともモード変換は行われ
ない。グレーティング54を介して伝送されるLP01レ
ーザ放射は、例えば光ファイバ増幅器(図示せず)まで
シングルモードファイバ55内を導かれる。
構成であるが、グレーティング63,64,ファイバ6
5は、図5の対応するそれぞれの要素とは異なったもの
である。グレーティング63のは、波長λの入射放射L
P01のほぼ100%を反射し、その波長の入射放射LP
11のほぼ100%を透過するが、この場合両方ともモー
ド変換は行われない。グレーティング64は、波長λの
入射放射LP11のほぼ10%を透過し、残りを反射させ
るが、この場合両方ともモード変換は行われない。ファ
イバ65は波長λの導波LP01とLP11の放射用の放射
モードに適したデュアルモードファイバである。
P02を用いるためのものである。
5,6のレーザは並列に動作して結合出力を出すように
構成することもできる。図4の組み合わせは、光ファイ
バ通信システム400の一部であり、この光ファイバ通
信システム400は従来の要素、例えば送信器401と
受信機402を接続する光ファイバ伝送パスとを有す
る。図5,6の実施例は類似のシステムの一部である。
のCPFLを提供することである。本発明は、改良され
たCPFLを有するシステム、例えばこのような増幅器
を有する光ファイバ増幅器あるいは通信システムで実現
される。この改良されたCPFLは、類似の従来のCP
FLよりも短く(例、100m以下の長さ)および/あ
るいは類似の従来のCPFLよりもより高いパワーでも
って動作可能である。本発明のCPFLは、高屈折率
(ほぼ円形)のコアと、このコアを包囲する低屈折率の
クラッド層を有するある長さの光ファイバを含む。
ファイルを表す図
テムの関連部分を表す図
Claims (13)
- 【請求項1】 低屈折率のクラッド層(13)により包
囲される高屈折率の円形コア(12)とを有するある長
さの光ファイバを含むクラッド層ポンプファイバレーザ
(40)を有する装置において、 前記コアの直径dc は、前記光ファイバが波長λのレー
ザ放射の基本導波空間モードLP01をサポートできるよ
う選択され、 前記LP01モードは、有効モード直径d01を有し、 前記コア(12)は、光ファイバ内にレーザ放射を放出
する稀土類ドーパントを有し、 前記稀土類ドーパントは、前記コアを含む光ファイバの
一部中に分布し、 前記稀土類ドーパントの分布領域の直径dREは、前記L
P01モードの有効モード直径d01よりも大きいことを特
徴とするクラッド層ポンプファイバレーザを有する装
置。 - 【請求項2】 前記LP01モードは、光ファイバにより
サポートされる唯一の導波モードであり、かつdRE>dc
であることを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項3】 前記コアの直径dc は、光ファイバは波
長λの放射の少なくとも1つの高次導波空間モードをサ
ポートできるよう選択され、 前記dREは、前記コアの直径dc 以上であることを特徴
とする請求項1の装置。 - 【請求項4】 前記光ファイバは、光学キャビティを規
定する屈折率グレーティングを有し、 前記光学キャビティは、少なくとも1つのモード結合屈
折率グレーティングを含むことを特徴とする請求項3の
装置。 - 【請求項5】 前記少なくとも1つのモード結合屈折率
グレーティングは、前記レーザキャビティ内に配置され
ることを特徴とする請求項4の装置。 - 【請求項6】 前記モード結合屈折率グレーティング
は、波長λの入射放射LP01の一部xをLP01放射とし
て透過し、 前記入射放射LP01の残りの一部(1−x)を波長λの
高次モード放射として反射することを特徴とする請求項
5の装置。 - 【請求項7】 前記少なくとも1つのモード結合屈折率
グレーティングは、前記レーザキャビティを規定するこ
とを特徴とする請求項4の装置。 - 【請求項8】 前記少なくとも1つの高次導波空間モー
ドは、LP11であり、 前記少なくとも1つのモード結合屈折率グレーティング
は、グレーティングに入射する波長λのLP11放射の全
てをLP01放射として反射することを特徴とする請求項
7の装置。 - 【請求項9】 前記少なくとも1つの高次導波空間モー
ドは、LP02であり、 前記少なくとも1つのモード結合屈折率グレーティング
は、グレーティングに入射する波長λのLP02放射の全
てのLP01放射として反射することを特徴とする請求項
7の装置。 - 【請求項10】 前記光ファイバの長さは100m以下
であることを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項11】 前記装置は光ファイバ通信システムで
あり、 この通信システムは、送信器と、受信機と、この送信器
と受信機とを接続する光ファイバ伝送パスとを有し、 前記第1クラッド層ポンプファイバは、前記光学伝送パ
スに光学的に結合され、前記レーザ放射が光ファイバ伝
送パス内で用いられることを特徴とする請求項1の装
置。 - 【請求項12】 前記光ファイバ伝送パスは、光ファイ
バ増幅器を有し、前記放射は、光ファイバ増幅器内のポ
ンプ放射として機能することを特徴とする請求項11の
装置。 - 【請求項13】 第2クラッド層ポンプファイバレーザ
をさらに有し、前記第1と第2のクラッド層ポンプファ
イバレーザの出力放射を結合する手段をさらに有するこ
とを特徴とする請求項11の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/719278 | 1996-09-24 | ||
US08/719,278 US5708669A (en) | 1996-09-24 | 1996-09-24 | Article comprising a cladding-pumped optical fiber laser |
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JPH10107345A true JPH10107345A (ja) | 1998-04-24 |
JP3727447B2 JP3727447B2 (ja) | 2005-12-14 |
Family
ID=24889448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP24365397A Expired - Lifetime JP3727447B2 (ja) | 1996-09-24 | 1997-09-09 | クラッド層ポンプファイバレーザを有する装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
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US (1) | US5708669A (ja) |
EP (1) | EP0831566B1 (ja) |
JP (1) | JP3727447B2 (ja) |
DE (1) | DE69729832T2 (ja) |
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