JPH1032361A - 光誘導放出装置 - Google Patents
光誘導放出装置Info
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- JPH1032361A JPH1032361A JP9087223A JP8722397A JPH1032361A JP H1032361 A JPH1032361 A JP H1032361A JP 9087223 A JP9087223 A JP 9087223A JP 8722397 A JP8722397 A JP 8722397A JP H1032361 A JPH1032361 A JP H1032361A
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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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- C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
- C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
- C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
- C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 通信用光ファイバと両立性のある特性の低伝
搬損失の光誘導放出装置の実現。 【解決手段】 希土類遷移元素の能動ドーパントを含む
コアと、クラッドとを有し、エンドポンプされるガラス
光導波路で成り、4レベル遷移の光の誘導放出により利
得が得られる能動デバイスであって、該光導波路はある
長さの通信用シリカガラスファイバであり、該ファイバ
は単一モードの光を伝搬する幾何学形状を持ち、該能動
ドーパントはエルビウム、テルビウム、及びプラセオジ
ウムの群から選択された元素であり、かつ、該ファイバ
の長さに沿って低濃度で含まれて分散した利得が得られ
るようにした。
搬損失の光誘導放出装置の実現。 【解決手段】 希土類遷移元素の能動ドーパントを含む
コアと、クラッドとを有し、エンドポンプされるガラス
光導波路で成り、4レベル遷移の光の誘導放出により利
得が得られる能動デバイスであって、該光導波路はある
長さの通信用シリカガラスファイバであり、該ファイバ
は単一モードの光を伝搬する幾何学形状を持ち、該能動
ドーパントはエルビウム、テルビウム、及びプラセオジ
ウムの群から選択された元素であり、かつ、該ファイバ
の長さに沿って低濃度で含まれて分散した利得が得られ
るようにした。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ファイバ・オプティ
ックレーザ増幅器(いわゆる誘導放出もしくは励起放出
(スティミュレーテッド・エミッション)による光増幅
の原理に基づいた能動デバイスであって、レーザ発振器
としても増幅器としても動作するデバイスを言い、この
発明では光誘導放出装置と呼ぶこととする)の改良若し
くはそれらに関連するものの改良に関するもので、有効
利得が放射の誘導放出によって供給されるタイプの能動
デバイスである。これらのデバイスは、能動ドーパンツ
イオンの分布が長さ方向に展開されている所定の長さの
ファイバと、前記ファイバに結合されたオプティカルポ
ンピングソースから成る。
ックレーザ増幅器(いわゆる誘導放出もしくは励起放出
(スティミュレーテッド・エミッション)による光増幅
の原理に基づいた能動デバイスであって、レーザ発振器
としても増幅器としても動作するデバイスを言い、この
発明では光誘導放出装置と呼ぶこととする)の改良若し
くはそれらに関連するものの改良に関するもので、有効
利得が放射の誘導放出によって供給されるタイプの能動
デバイスである。これらのデバイスは、能動ドーパンツ
イオンの分布が長さ方向に展開されている所定の長さの
ファイバと、前記ファイバに結合されたオプティカルポ
ンピングソースから成る。
【0002】
【従来の技術】ハイブリッド半導体−ダイオード及びオ
プティカルファイバ技術は、いずれも良く進歩してい
る。しかしながら、これらの技術の要素の十分な統合
は、なお、成就されるべきである。シングル・(単一)
モードファイバシステムに容易に取入れ可能であり、こ
れらの技術の橋渡しをすることができるような能動デバ
イスが必要とされている。
プティカルファイバ技術は、いずれも良く進歩してい
る。しかしながら、これらの技術の要素の十分な統合
は、なお、成就されるべきである。シングル・(単一)
モードファイバシステムに容易に取入れ可能であり、こ
れらの技術の橋渡しをすることができるような能動デバ
イスが必要とされている。
【0003】マルチ(多)モードファイバの形状をもつ
レーザの詳細は、最近10年間(1973年)の初期に
発表されたものである。背景として、重要な読本に、J.
Stone及びC. A. Burrusによる以下の論説がある。すな
わち、“Neodymium - dopedsilica lasers in end-pump
ed fibre geometry”、Appl Phys Lett 23 pp 388-389
(Oct 1973);及び“Neodymium - Doped Fibre Lasers: R
oom Temperature cwOperation with an Injection Lase
r Pump”、Appl Optics 13 pp 1256-1258 (June 1974)
である。前記レーザは、直径800から15ミクロンに
及ぶコアを有する所定の長さのファイバ(長さ約1c
m)のスタブから成ると述べている。連続波(cw)レ
ーザ作用は、オプティカルポンピングソース(光ポンプ
源)として端部が結合されたガリウム砒化物(GaA
s)注入レーザの使用が実証されている。
レーザの詳細は、最近10年間(1973年)の初期に
発表されたものである。背景として、重要な読本に、J.
Stone及びC. A. Burrusによる以下の論説がある。すな
わち、“Neodymium - dopedsilica lasers in end-pump
ed fibre geometry”、Appl Phys Lett 23 pp 388-389
(Oct 1973);及び“Neodymium - Doped Fibre Lasers: R
oom Temperature cwOperation with an Injection Lase
r Pump”、Appl Optics 13 pp 1256-1258 (June 1974)
である。前記レーザは、直径800から15ミクロンに
及ぶコアを有する所定の長さのファイバ(長さ約1c
m)のスタブから成ると述べている。連続波(cw)レ
ーザ作用は、オプティカルポンピングソース(光ポンプ
源)として端部が結合されたガリウム砒化物(GaA
s)注入レーザの使用が実証されている。
【0004】先行技術で一番近いものは何を開示してい
るかを見ておく。
るかを見ておく。
【0005】先駆的発明(パイオニア発明)はよくこの
ような場合にあてはまることであるが、一番近い先行技
術についての出発点からは進歩の段階がほんの僅かしか
違っていないと見ることができなくはない。このような
場合が本願にも当てはまると思われ、米国特許3,72
9,690(Snitzer)から始まった進歩の段階
を考えてみる必要があろう。
ような場合にあてはまることであるが、一番近い先行技
術についての出発点からは進歩の段階がほんの僅かしか
違っていないと見ることができなくはない。このような
場合が本願にも当てはまると思われ、米国特許3,72
9,690(Snitzer)から始まった進歩の段階
を考えてみる必要があろう。
【0006】本願出願人の提案は、米国特許3,72
9,690(Snitzer)の実現可能の開示はFi
g.1と2とに示されたレーザだけであり、またFi
g.4と7の増幅器、Fig.6と11のレーザに対す
る端部ポンプ提案のような明細書に記載の特徴は実現可
能な開示をしてはいないということである。端的に言え
ば、米国特許3,729,690(Snitzer)の
Fig.1についての教示はFig.4と7のような他
の事項とどう組合せても、進歩性の攻撃材料にはなろう
が、決して新規性を攻撃できないものである。同米国特
許の全体の開示は散漫でかつ思惟的であるから、Fi
g.4や7のような事項は一個に同化された一体性をも
つ開示として見るべきではなく、別な文書に記載されて
いるようなものとして光を当ててみる必要があろう。さ
らに、いわゆる増幅器としてFig.4と7とに示され
ているものは、発想の世界に属する、動作することのな
い紙上提案であり、実際には作動せず、したがって開示
に値しないものである。
9,690(Snitzer)の実現可能の開示はFi
g.1と2とに示されたレーザだけであり、またFi
g.4と7の増幅器、Fig.6と11のレーザに対す
る端部ポンプ提案のような明細書に記載の特徴は実現可
能な開示をしてはいないということである。端的に言え
ば、米国特許3,729,690(Snitzer)の
Fig.1についての教示はFig.4と7のような他
の事項とどう組合せても、進歩性の攻撃材料にはなろう
が、決して新規性を攻撃できないものである。同米国特
許の全体の開示は散漫でかつ思惟的であるから、Fi
g.4や7のような事項は一個に同化された一体性をも
つ開示として見るべきではなく、別な文書に記載されて
いるようなものとして光を当ててみる必要があろう。さ
らに、いわゆる増幅器としてFig.4と7とに示され
ているものは、発想の世界に属する、動作することのな
い紙上提案であり、実際には作動せず、したがって開示
に値しないものである。
【0007】この発明に関係して米国特許3,729,
690(Snitzer)に開示されている事実に基ず
く要約をしてみることとする。
690(Snitzer)に開示されている事実に基ず
く要約をしてみることとする。
【0008】(1)Fig.1と2とはその第10欄3
5〜43行に次のような記述でレーザを開示している:
−“Fig.1と2とに示す形式の特定のレーザロッド
構成では、レーザ部品はファイバで成り、クラッド層は
長さがほぼ3インチで直径が1/8インチの丸棒形態で
ある。ファイバ26はバリウム・クラウンガラスで成
り、その組成を後に記述するが、活性(能動)レーザ作
用材料として、希土類物質3価ネオジウムを含み、ほぼ
直径が0.015インチである。” (2)Fig.4は“進行波形レーザ増幅器”(第6欄
19〜20行)を示し、第16欄20〜41行に次の記
述がある:−“この構造では、ポンプ用光源は60で示
されており、この光源の周りと、それと同心関係になっ
て円筒状の形をした透明の管62があり、その周囲には
今度は細い、長くてフレキシブルなガラスレーザ部品6
4が巻かれている。この部品はガラスで形成されたレー
ザファイバと、より低い屈折率をもつ透明なガラスクラ
ッド層とで成り、その結果、前述した理由により導波路
モード伝搬が用意される。このフィラメント状の部品は
長さと断面直径とが管62の周りに予め定めた回数すぐ
に巻けるものとしている。ここで述べた構成はポンピン
グ用エネルギーが光源60によって提供されるもので、
光信号がレーザ部品64を通って端から端まで、矢印に
示したように、伝送されるときに与えられ、エネルギー
はレーザファイバによって吸収されて、エネルギーが内
部で作り上げられ、次にコイル巻きしたフィラメント状
部品64によって放出され、ファイバの出力端66へ入
力端から進むにつれてこの光信号が増幅されるようにし
ている。” (3)Fig.7は“通信ラインの一部を図式で示すも
の”(第3欄26〜27行)であり、第17欄44〜5
8行には次のように記述されている:−“Fig.7は
光ファイバ通信ライン92が外側の保護シールド94内
部に置かれ、それに沿って間をあけた位置にレーザ増幅
器を置くことができ、その様子を一般的に96で示し、
矢印97で示すようにライン92内を移動する光信号に
ブースタ作用が施される。この構成は長距離にわたって
伝送が行なわれるときに信号の減衰が最小となるか、減
衰を回避するかできる。ポンプ用光源98は増幅器ハウ
ジング96内部に図式的に示し、この内部に置かれたレ
ーザファイバ増幅器構成は上述したコイル巻きしたファ
イバレーザ形がよく、ライン92を進行する光信号を強
めたり増幅するための進行波構造としてポンプ用光エネ
ルギーを吸収する。”
5〜43行に次のような記述でレーザを開示している:
−“Fig.1と2とに示す形式の特定のレーザロッド
構成では、レーザ部品はファイバで成り、クラッド層は
長さがほぼ3インチで直径が1/8インチの丸棒形態で
ある。ファイバ26はバリウム・クラウンガラスで成
り、その組成を後に記述するが、活性(能動)レーザ作
用材料として、希土類物質3価ネオジウムを含み、ほぼ
直径が0.015インチである。” (2)Fig.4は“進行波形レーザ増幅器”(第6欄
19〜20行)を示し、第16欄20〜41行に次の記
述がある:−“この構造では、ポンプ用光源は60で示
されており、この光源の周りと、それと同心関係になっ
て円筒状の形をした透明の管62があり、その周囲には
今度は細い、長くてフレキシブルなガラスレーザ部品6
4が巻かれている。この部品はガラスで形成されたレー
ザファイバと、より低い屈折率をもつ透明なガラスクラ
ッド層とで成り、その結果、前述した理由により導波路
モード伝搬が用意される。このフィラメント状の部品は
長さと断面直径とが管62の周りに予め定めた回数すぐ
に巻けるものとしている。ここで述べた構成はポンピン
グ用エネルギーが光源60によって提供されるもので、
光信号がレーザ部品64を通って端から端まで、矢印に
示したように、伝送されるときに与えられ、エネルギー
はレーザファイバによって吸収されて、エネルギーが内
部で作り上げられ、次にコイル巻きしたフィラメント状
部品64によって放出され、ファイバの出力端66へ入
力端から進むにつれてこの光信号が増幅されるようにし
ている。” (3)Fig.7は“通信ラインの一部を図式で示すも
の”(第3欄26〜27行)であり、第17欄44〜5
8行には次のように記述されている:−“Fig.7は
光ファイバ通信ライン92が外側の保護シールド94内
部に置かれ、それに沿って間をあけた位置にレーザ増幅
器を置くことができ、その様子を一般的に96で示し、
矢印97で示すようにライン92内を移動する光信号に
ブースタ作用が施される。この構成は長距離にわたって
伝送が行なわれるときに信号の減衰が最小となるか、減
衰を回避するかできる。ポンプ用光源98は増幅器ハウ
ジング96内部に図式的に示し、この内部に置かれたレ
ーザファイバ増幅器構成は上述したコイル巻きしたファ
イバレーザ形がよく、ライン92を進行する光信号を強
めたり増幅するための進行波構造としてポンプ用光エネ
ルギーを吸収する。”
【0009】
【発明が解決しようとする課題】シングルモードファイ
バ技術がかなりの進歩をしたにもかかわらず、その時か
ら10年以上経過して、現在までシングルモードファイ
バシステムと十分に両立できる(コンパチブルな)ファ
イバレーザは開発されていない。
バ技術がかなりの進歩をしたにもかかわらず、その時か
ら10年以上経過して、現在までシングルモードファイ
バシステムと十分に両立できる(コンパチブルな)ファ
イバレーザは開発されていない。
【0010】この発明は前述した問題を解決するために
なされたもので、シングルモード動作でエンドポンピン
グの通信用光ファイバファイバシステムと両立可能なフ
ァイバレーザ増幅器として使用される光誘導放出デバイ
スを提供することを目的とする。
なされたもので、シングルモード動作でエンドポンピン
グの通信用光ファイバファイバシステムと両立可能なフ
ァイバレーザ増幅器として使用される光誘導放出デバイ
スを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、利
得が放射線の励起発光によって提供されるタイプの能動
デバイスである光ファイバ光誘導放出装置であって、コ
ア及びクラッドを有し、コア内には能動ドーパントイオ
ンを含んでいるシリカガラス光ファイバ(1)と、光フ
ァイバ(1)に接続される光ポンプ源(11)とでな
り、光を前記ファイバ(1)に沿って単一モードで伝搬
させ、それからの発光を励起するために結合するオプテ
ィカルポンプソース(11)はいわゆるサイドポンプ9
による。
得が放射線の励起発光によって提供されるタイプの能動
デバイスである光ファイバ光誘導放出装置であって、コ
ア及びクラッドを有し、コア内には能動ドーパントイオ
ンを含んでいるシリカガラス光ファイバ(1)と、光フ
ァイバ(1)に接続される光ポンプ源(11)とでな
り、光を前記ファイバ(1)に沿って単一モードで伝搬
させ、それからの発光を励起するために結合するオプテ
ィカルポンプソース(11)はいわゆるサイドポンプ9
による。
【0012】すなわち、この発明の特徴は、希土類遷移
元素の能動ドーパントを含むコアと、クラッドとを有
し、エンドポンプされるガラス光導波路で成り、光の誘
導放出により得られる能動デバイスであって、該光導波
路はある長さの通信用シリカガラスファイバであり、該
ファイバは単一モードの光を伝搬する幾何学形状を持
ち、該能動ドーパントはエルビウム、テルビウムの群か
ら選択された元素であり、かつ、該ファイバの長さに沿
って低濃度で含まれて分散して3レベルシステムにより
誘導放出が得られるようにされ、該コアは低伝搬損失の
通信用ファイバ特性を備えている光誘導放出装置にあ
る。
元素の能動ドーパントを含むコアと、クラッドとを有
し、エンドポンプされるガラス光導波路で成り、光の誘
導放出により得られる能動デバイスであって、該光導波
路はある長さの通信用シリカガラスファイバであり、該
ファイバは単一モードの光を伝搬する幾何学形状を持
ち、該能動ドーパントはエルビウム、テルビウムの群か
ら選択された元素であり、かつ、該ファイバの長さに沿
って低濃度で含まれて分散して3レベルシステムにより
誘導放出が得られるようにされ、該コアは低伝搬損失の
通信用ファイバ特性を備えている光誘導放出装置にあ
る。
【0013】前記ファイバ(1)は、少なくとも5cm
の長さを有し、シングルモードジオメトリであると共
に、発光波長でシングル横モード伝搬を維持することを
可能にし、前記能動ドーパントイオンは希土類の遷移元
素であり、900ppm未満の低レベルの均一な濃度で
前記ファイバ(1)に合体され、前記ファイバ(1)は
伝搬損失が超低損失であることを特徴としている。
の長さを有し、シングルモードジオメトリであると共
に、発光波長でシングル横モード伝搬を維持することを
可能にし、前記能動ドーパントイオンは希土類の遷移元
素であり、900ppm未満の低レベルの均一な濃度で
前記ファイバ(1)に合体され、前記ファイバ(1)は
伝搬損失が超低損失であることを特徴としている。
【0014】技術全般の状態にてらしてこの発明が解決
したことは正しい超低伝播損失のホスト、すなわちシリ
カガラスを選び出し;適正なドーパントイオンすなわち
希土類遷移金属、好ましくはエルビウムを選び出し;ホ
スト材料の長さ、直径及び他の特性を選び出して、それ
が通常の光ファイバと両立できる(互換性をもつ)もの
とし;またドーパントイオンの低レベルの均一濃度を選
び出して、その濃度が十分に低いものであるが故にファ
イバの長さにわたって分散した利得が得られるように
し、通常の通信用光ファイバと互換性をもつ長いファイ
バの特定の形態で端部ポンプして動作するものとした。
したことは正しい超低伝播損失のホスト、すなわちシリ
カガラスを選び出し;適正なドーパントイオンすなわち
希土類遷移金属、好ましくはエルビウムを選び出し;ホ
スト材料の長さ、直径及び他の特性を選び出して、それ
が通常の光ファイバと両立できる(互換性をもつ)もの
とし;またドーパントイオンの低レベルの均一濃度を選
び出して、その濃度が十分に低いものであるが故にファ
イバの長さにわたって分散した利得が得られるように
し、通常の通信用光ファイバと互換性をもつ長いファイ
バの特定の形態で端部ポンプして動作するものとした。
【0015】
【作用】この発明の光ファイバ誘導放出装置にあって
は、前記シングルモード形状のファイバとして使用する
のが便利であり、ファイバは屈折率に段差をもつステッ
プインデックスプロファイルを有している。しかしなが
ら、シングルモードファイバの他の形式も、この発明の
範囲から除外されず、偏光保存ファイバ、偏光ファイ
バ、分散シフトファイバ及びヘリカルコアファイバの形
態であってもよい。ドーパンツは前記ファイバコア、フ
ァイバクラッド、または両者の中に含ませることができ
る。1つ以上のドーパントの種類が、デバイスの多様性
を広げるために含めることができる。
は、前記シングルモード形状のファイバとして使用する
のが便利であり、ファイバは屈折率に段差をもつステッ
プインデックスプロファイルを有している。しかしなが
ら、シングルモードファイバの他の形式も、この発明の
範囲から除外されず、偏光保存ファイバ、偏光ファイ
バ、分散シフトファイバ及びヘリカルコアファイバの形
態であってもよい。ドーパンツは前記ファイバコア、フ
ァイバクラッド、または両者の中に含ませることができ
る。1つ以上のドーパントの種類が、デバイスの多様性
を広げるために含めることができる。
【0016】さらに、多くの受動ファイバデバイスが、
スペクトル制御または一時的なスイッチングを提供する
ために、前記能動デバイスと共に使用することができ
る。
スペクトル制御または一時的なスイッチングを提供する
ために、前記能動デバイスと共に使用することができ
る。
【0017】(1)回析格子。化学的または機械的手段
によってファイバクラッドを除去することにより、フィ
ールドが露出されてファイバ上に回折格子が堆積され
る。これにより、前記レーザの狭スペクトル線は得るこ
とができる。
によってファイバクラッドを除去することにより、フィ
ールドが露出されてファイバ上に回折格子が堆積され
る。これにより、前記レーザの狭スペクトル線は得るこ
とができる。
【0018】(2)縦または横の何れかのファイバレー
ザの音響光学的変調。圧電気材料または音波を使用す
る。これにより、空洞Q−スイッチング及びモード・ロ
ッキングを含むスイッチング及び変調を達成することが
できる。
ザの音響光学的変調。圧電気材料または音波を使用す
る。これにより、空洞Q−スイッチング及びモード・ロ
ッキングを含むスイッチング及び変調を達成することが
できる。
【0019】(3)ファイバ偏光器は。露出したフィー
ルドデバイスまたはシングル偏光ファイバの使用の何れ
かで出力偏光状態を制御するために使用することができ
る。
ルドデバイスまたはシングル偏光ファイバの使用の何れ
かで出力偏光状態を制御するために使用することができ
る。
【0020】新規の製造工程(S. B. Poole et al “Fa
brication of low-loss optical containing rare-eart
h ions”,Electron Lett 21 pp 737-738 (1985))を使
用することによって、最大900ppmまでの均一な低
いドーパント濃度でシングルモードファイバを構成する
ことが現在可能であり、一方、現代の遠距離通信ファイ
バ(すなわち40dB/km以下、代表的な値は〜1d
B/km)の特性である低損失を維持する。これらのフ
ァイバは、溶融カップラ、偏光器、フィルタ及び位相変
調器等(例えば、シングル偏光動作、波長選択、モード
ロッキング及びQスイッチングを達成するため)のファ
イバデバイスが存在するのと十分に対応できるものであ
り、従って新規の全ファイバレーザ/増幅器技術を構想
することが可能である。
brication of low-loss optical containing rare-eart
h ions”,Electron Lett 21 pp 737-738 (1985))を使
用することによって、最大900ppmまでの均一な低
いドーパント濃度でシングルモードファイバを構成する
ことが現在可能であり、一方、現代の遠距離通信ファイ
バ(すなわち40dB/km以下、代表的な値は〜1d
B/km)の特性である低損失を維持する。これらのフ
ァイバは、溶融カップラ、偏光器、フィルタ及び位相変
調器等(例えば、シングル偏光動作、波長選択、モード
ロッキング及びQスイッチングを達成するため)のファ
イバデバイスが存在するのと十分に対応できるものであ
り、従って新規の全ファイバレーザ/増幅器技術を構想
することが可能である。
【0021】この中で考えられるように、シングルモー
ドファイバレーザ増幅器に代表される光誘導放出装置
は、バルクの対照物に対して多数の利点を有している。
それがもつ小さなコア(代表的には直径8μm以下)に
よって、非常に低いしきい値(〜100μW)及び高利
得を得ることができる。また、代表的なファイバ全体の
直径は約100μmであり、熱効果は最小であると判明
している。
ドファイバレーザ増幅器に代表される光誘導放出装置
は、バルクの対照物に対して多数の利点を有している。
それがもつ小さなコア(代表的には直径8μm以下)に
よって、非常に低いしきい値(〜100μW)及び高利
得を得ることができる。また、代表的なファイバ全体の
直径は約100μmであり、熱効果は最小であると判明
している。
【0022】これらの特質の結果として、有効なレーザ
作用または増幅器利得が、一般的ではない希土類遷移金
属ドーパンツ及び一般的にはない光学的遷移(オプティ
カルトランジション)について生成することができる
が、前記光学的遷移(オプティカルトランジション)は
本質的に弱いものである。室温での連続レーザ動作が、
以前はパルスモードでのみ動作していた3−レベルレー
ザシステムで可能であることを見出した。
作用または増幅器利得が、一般的ではない希土類遷移金
属ドーパンツ及び一般的にはない光学的遷移(オプティ
カルトランジション)について生成することができる
が、前記光学的遷移(オプティカルトランジション)は
本質的に弱いものである。室温での連続レーザ動作が、
以前はパルスモードでのみ動作していた3−レベルレー
ザシステムで可能であることを見出した。
【0023】前記ドーパント濃度は低くなるので、製造
は経済的にできる。代表的なデバイスは、ドーパント酸
化物の0.1μgといった少量使用することになる。
は経済的にできる。代表的なデバイスは、ドーパント酸
化物の0.1μgといった少量使用することになる。
【0024】最も低いドーパント濃度のレーザ兼増幅器
すなわち光誘導放出装置はここで考えるように、比較的
長い例えば5cmと、少くとも300mより大きいとい
ったファイバ(複数)を合体するとしているが(ここで
ファイバの長さはクラッド作用モードのフィルタとして
機能し、利得は分散されているとする)、コンパクトな
デバイスを作ることができる。巻回した1mの長さのフ
ァイバレーザは1cm3 の容積内に組入れできる。
すなわち光誘導放出装置はここで考えるように、比較的
長い例えば5cmと、少くとも300mより大きいとい
ったファイバ(複数)を合体するとしているが(ここで
ファイバの長さはクラッド作用モードのフィルタとして
機能し、利得は分散されているとする)、コンパクトな
デバイスを作ることができる。巻回した1mの長さのフ
ァイバレーザは1cm3 の容積内に組入れできる。
【0025】ファイバのホスト媒体としてシリカを選ぶ
と、良好なパワー処理特性をもつ。さらに、シリカの含
有量が覆いガラスホストでは、希土類すなわち遷移金属
ドーパントのイオン光学的遷移が実質的に広げられる。
これは後に述べるように同調可能なレーザと広帯域増幅
器の両方を実現できるものとする。
と、良好なパワー処理特性をもつ。さらに、シリカの含
有量が覆いガラスホストでは、希土類すなわち遷移金属
ドーパントのイオン光学的遷移が実質的に広げられる。
これは後に述べるように同調可能なレーザと広帯域増幅
器の両方を実現できるものとする。
【0026】大部分の希土類ドーパンツ及び幾つかの遷
移金属ドーパンツが、現在試験的に調査されてきた。そ
のすべてについて窓があり、そこでの損失は、高損失吸
収帯に極めて接近するにもかかわらず低いものである。
これは、極めて長い増幅器及びレーザの構造を可能にす
る。300mの長さのレーザは、現在試験されてきて
る。
移金属ドーパンツが、現在試験的に調査されてきた。そ
のすべてについて窓があり、そこでの損失は、高損失吸
収帯に極めて接近するにもかかわらず低いものである。
これは、極めて長い増幅器及びレーザの構造を可能にす
る。300mの長さのレーザは、現在試験されてきて
る。
【0027】要約すると、前記能動デバイスは、これら
が損傷なしに高出力を取り扱うことができるので、遠距
離通信応用のために、改善されたソース/増幅器を提供
し、これらは小さい/軽い/安価な一般的な目的の能動
デバイスを提供し、新しく、且つ強力な信号処理機能を
提供する他のファイバデバイス(例えば回析格子)と一
緒に使用できる。また、非線形効果は、ファイバレーザ
に於いて得られる光パワーレベルで容易に得ることがで
き、レーザ及び非線形の同時効果の多くを開発ができ
る。
が損傷なしに高出力を取り扱うことができるので、遠距
離通信応用のために、改善されたソース/増幅器を提供
し、これらは小さい/軽い/安価な一般的な目的の能動
デバイスを提供し、新しく、且つ強力な信号処理機能を
提供する他のファイバデバイス(例えば回析格子)と一
緒に使用できる。また、非線形効果は、ファイバレーザ
に於いて得られる光パワーレベルで容易に得ることがで
き、レーザ及び非線形の同時効果の多くを開発ができ
る。
【0028】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。
明する。
【0029】ここで、図面を参照すると、Nd3+を30
0ppmドープし、1μmの遮断波長及び1%のインデ
ックス差のゲルマニア/シリカコアの単一モード形状の
(シングルモードジオメトリ)ステップインデックスプ
ロファイルファイバは、1985年8月13日付の英国
の先願の特許出願番号第8,520,300号に述べら
れた方法を使用して構成されたもので、前述した記事
“Fabrication of low-loss optical fibres containin
g rare-earth ions ”に詳述に発表されている。要約す
ると、高純度の水和物であるネオジムトリクロライド
は、修正を加えた気相成長(MCVD)プロセスの際に
ドーパントソースとして使用される。前記トリクロライ
ドは、塩素染色ガスの存在下で最初に無水化物とされ、
キャリアチャンバの壁に溶融される。
0ppmドープし、1μmの遮断波長及び1%のインデ
ックス差のゲルマニア/シリカコアの単一モード形状の
(シングルモードジオメトリ)ステップインデックスプ
ロファイルファイバは、1985年8月13日付の英国
の先願の特許出願番号第8,520,300号に述べら
れた方法を使用して構成されたもので、前述した記事
“Fabrication of low-loss optical fibres containin
g rare-earth ions ”に詳述に発表されている。要約す
ると、高純度の水和物であるネオジムトリクロライド
は、修正を加えた気相成長(MCVD)プロセスの際に
ドーパントソースとして使用される。前記トリクロライ
ドは、塩素染色ガスの存在下で最初に無水化物とされ、
キャリアチャンバの壁に溶融される。
【0030】シリカの通信用ファイバでは、シース(外
被)とコアとの間で屈折率を所望量大きくするためにゲ
ルマニアを加えるのが慣行とされている。しかし、この
場合と違って、ゲルマニウム原子はガラスの構造中のシ
リコン原子に置き換えられるものであるから、光の伝送
特性について見ると、ゲルマニウムの存在は著しい変化
をもたらすことはない。この実施例の結果は通信応用に
適したものであり、かつ、レーザ増幅器(光励起放出装
置)を作るために希土類材料でドープすることも純粋な
シリカファイバと同じである。
被)とコアとの間で屈折率を所望量大きくするためにゲ
ルマニアを加えるのが慣行とされている。しかし、この
場合と違って、ゲルマニウム原子はガラスの構造中のシ
リコン原子に置き換えられるものであるから、光の伝送
特性について見ると、ゲルマニウムの存在は著しい変化
をもたらすことはない。この実施例の結果は通信応用に
適したものであり、かつ、レーザ増幅器(光励起放出装
置)を作るために希土類材料でドープすることも純粋な
シリカファイバと同じである。
【0031】SiO2 −B2 O3 等のクラッド用ガラス
部材は、従来の手法で熱されたシリカチューブの内壁に
デポジット(堆積)される。その後、前記キャリアチャ
ンバは所望の気圧を得るために約1000℃に予熱され
る。コアデポジッションの間に、反応体(代表的なもの
はGeCl4 及びSiCl4 )が酸素と混合されて、前
記希土類ハロゲン化物の制御された量が前記ガスの流れ
に浮遊されている熱せられたドーパントチャンバを通過
する。前記MCVDホットゾーンの温度は、デポジット
したコアガラス層を溶融するには不十分の温度に選択さ
れる。この本質的な特徴は、溶融より前に前記材料がさ
らに乾燥されるようにする。この後者の乾燥ステップ
は、900℃で長く熱することによって行われるか、ま
たは例えば塩素ガスの流れの存在に於いて行われるかで
ある。焼結されない層は、ガラス状の層を形成するため
に溶融されるものであり、プリフォームは崩壊し、そし
てファイバは処方された形状に抽き出される。
部材は、従来の手法で熱されたシリカチューブの内壁に
デポジット(堆積)される。その後、前記キャリアチャ
ンバは所望の気圧を得るために約1000℃に予熱され
る。コアデポジッションの間に、反応体(代表的なもの
はGeCl4 及びSiCl4 )が酸素と混合されて、前
記希土類ハロゲン化物の制御された量が前記ガスの流れ
に浮遊されている熱せられたドーパントチャンバを通過
する。前記MCVDホットゾーンの温度は、デポジット
したコアガラス層を溶融するには不十分の温度に選択さ
れる。この本質的な特徴は、溶融より前に前記材料がさ
らに乾燥されるようにする。この後者の乾燥ステップ
は、900℃で長く熱することによって行われるか、ま
たは例えば塩素ガスの流れの存在に於いて行われるかで
ある。焼結されない層は、ガラス状の層を形成するため
に溶融されるものであり、プリフォームは崩壊し、そし
てファイバは処方された形状に抽き出される。
【0032】ファイバ1は、2mの長さで、ポンプ波長
820nm、5dB/mの吸収作用をもつように選択さ
れた。このファイバのレーザ作用波長(1.088μ
m)での損失は、4dB/kmであった。図1は実験の
構成を示したものである。ファイバ端3,5はへき開さ
れ、レーザ波長で高反射率(〜99.5%)と前記ポン
プに対する高い透過率(〜80%)を有する絶縁ミラー
7,9に直接に取り付けられる。空洞の精度を高めるた
め、前記ファイバ端の角度を最小にするのは本質的なこ
とであり、それによって前記ミラーと密接な接触を確実
にする。工具型式(トゥールタイプ)番号第007号の
York Technology社のへき開工具が使用
され、前記ファイバ端3,5が前記ミラー7,9との屈
折率整合前に調べられる。代って、反射的なコーティン
グ、例えば多層誘電体コーティングが、前記ファイバ端
面上へ直接に堆積してもよい。
820nm、5dB/mの吸収作用をもつように選択さ
れた。このファイバのレーザ作用波長(1.088μ
m)での損失は、4dB/kmであった。図1は実験の
構成を示したものである。ファイバ端3,5はへき開さ
れ、レーザ波長で高反射率(〜99.5%)と前記ポン
プに対する高い透過率(〜80%)を有する絶縁ミラー
7,9に直接に取り付けられる。空洞の精度を高めるた
め、前記ファイバ端の角度を最小にするのは本質的なこ
とであり、それによって前記ミラーと密接な接触を確実
にする。工具型式(トゥールタイプ)番号第007号の
York Technology社のへき開工具が使用
され、前記ファイバ端3,5が前記ミラー7,9との屈
折率整合前に調べられる。代って、反射的なコーティン
グ、例えば多層誘電体コーティングが、前記ファイバ端
面上へ直接に堆積してもよい。
【0033】端部からのポンピング(エンドポンピン
グ)は、光学的ポンプソースであるシングルモードGa
AlAsレーザ11(Hitachi HLP 140
0)によるものであり、それはレンズ13,15によっ
て焦点が合わされて、16%の効率でファイバ中に送出
される。レーザ作用しきい値は、600μWの全半導体
レーザパワーに対して観測された。これは、長さ2mの
ファイバ1に於いてたった100μWの推定吸収ポンプ
パワーに対応するものであり、非常に低い空洞内損失を
表している。
グ)は、光学的ポンプソースであるシングルモードGa
AlAsレーザ11(Hitachi HLP 140
0)によるものであり、それはレンズ13,15によっ
て焦点が合わされて、16%の効率でファイバ中に送出
される。レーザ作用しきい値は、600μWの全半導体
レーザパワーに対して観測された。これは、長さ2mの
ファイバ1に於いてたった100μWの推定吸収ポンプ
パワーに対応するものであり、非常に低い空洞内損失を
表している。
【0034】前記ファイバレーザのためのポンプパワー
の機能としての出力パワーは、図2に示される。前記出
力が飽和しないことは、最大有効ポンプパワー(20m
W)まで認められた。低減されたデュテイサイクルでの
レーザの動作は、レーザ作用しきい値に於いて減少せ
ず、熱の効果を無視してよいということを示した。前記
ファイバレーザは、これまでの先行技術のネオジムがド
ープされたガラスレーザとは異なって、補助冷却なしに
CWを容易に動作することができる。300の空洞処理
から、前記ポンプの変調が緩和振動(レラキゼーション
オシレーション)を生じさせ、それから空洞の精度30
0が計算された。
の機能としての出力パワーは、図2に示される。前記出
力が飽和しないことは、最大有効ポンプパワー(20m
W)まで認められた。低減されたデュテイサイクルでの
レーザの動作は、レーザ作用しきい値に於いて減少せ
ず、熱の効果を無視してよいということを示した。前記
ファイバレーザは、これまでの先行技術のネオジムがド
ープされたガラスレーザとは異なって、補助冷却なしに
CWを容易に動作することができる。300の空洞処理
から、前記ポンプの変調が緩和振動(レラキゼーション
オシレーション)を生じさせ、それから空洞の精度30
0が計算された。
【0035】前記ファイバレーザの動作の波長は、1.
088μmと測定された、すなわち、従来のネオジムガ
ラスレーザに対して予期されるよりも長い約30nmの
波長だけシフトしていた。
088μmと測定された、すなわち、従来のネオジムガ
ラスレーザに対して予期されるよりも長い約30nmの
波長だけシフトしていた。
【0036】ファイバ回析格子が端部のミラー9の位置
で使用することができると共に、ドープされたファイバ
(1)で継なぐかまたはその中に形成することができ
る、ということに注意したい。
で使用することができると共に、ドープされたファイバ
(1)で継なぐかまたはその中に形成することができ
る、ということに注意したい。
【0037】前述したレーザ空洞は、Q−スイッチング
機能を備えるために修正することができる。代表的な装
置は、図3に示される。ここで、マイクロスコープ対物
レンズ17、音響光学的偏向器(アコーストオプティッ
クデフレクタ)19及び出力ミラー21は、図1の当接
ミラー9の位置で使用される。試験した構成では、使用
したファイバ1は以下の特性を有していた:コアの直径
3.5μm、0.21のNA、長さ3.2mそしてポン
プ波長(内容がNd3+300ppmに一致する)での全
吸収は98%であった。前記レーザ作用波長(1.08
8m)での損失は、無視してよい(10dB/km)も
のであった。前記ファイバ端3,5はへき開され、一端
3は入力絶縁ミラー7に当接された。このミラー7は、
前記ポンプ波長での高透過(T=85%)及び前記レー
ザ作用波長での高反射率(R=99.8%)を有する
が、低反射率ミラーも有利に使用することができる。前
記ポンプソース11は前述したように使用され、かつ光
は略25%の効率でファイバ中に送出される。CWしき
い閾値は、3.7mW吸収であった。前記音響光学的変
調器19は伝送モードで使用されるもので、高いQ状態
は2μs持続パルスで供給されたRFを電子的に除去す
ることによって得られた。この構成で使用した前記出力
ミラー21は、12%の前記レーザ作用波長での透過性
を備えていた。パルス繰返しレートは、シングルショッ
トとピーク出力パワーまたはパルス継続時間のピークが
変化しない4kHzとの間で可変とした。
機能を備えるために修正することができる。代表的な装
置は、図3に示される。ここで、マイクロスコープ対物
レンズ17、音響光学的偏向器(アコーストオプティッ
クデフレクタ)19及び出力ミラー21は、図1の当接
ミラー9の位置で使用される。試験した構成では、使用
したファイバ1は以下の特性を有していた:コアの直径
3.5μm、0.21のNA、長さ3.2mそしてポン
プ波長(内容がNd3+300ppmに一致する)での全
吸収は98%であった。前記レーザ作用波長(1.08
8m)での損失は、無視してよい(10dB/km)も
のであった。前記ファイバ端3,5はへき開され、一端
3は入力絶縁ミラー7に当接された。このミラー7は、
前記ポンプ波長での高透過(T=85%)及び前記レー
ザ作用波長での高反射率(R=99.8%)を有する
が、低反射率ミラーも有利に使用することができる。前
記ポンプソース11は前述したように使用され、かつ光
は略25%の効率でファイバ中に送出される。CWしき
い閾値は、3.7mW吸収であった。前記音響光学的変
調器19は伝送モードで使用されるもので、高いQ状態
は2μs持続パルスで供給されたRFを電子的に除去す
ることによって得られた。この構成で使用した前記出力
ミラー21は、12%の前記レーザ作用波長での透過性
を備えていた。パルス繰返しレートは、シングルショッ
トとピーク出力パワーまたはパルス継続時間のピークが
変化しない4kHzとの間で可変とした。
【0038】1:300のマークスペース比をもつ機械
的チョッパが、Qスイッチングの代りの方法として前記
空洞に置き換えられた。前記レーザ作用波長での65%
の透過をもつ出力ミラー21を使用することによって、
300mW以上のピークパワーの出力パルスと、及び4
00Hzの繰返しレートの500nsのFWHMとが、
そのときに得られた。飽和可能な吸収器はまた、Q−ス
イッチング及びモードロッキング用に使用することがで
きる。これは付加的なドーパントとして前記ファイバ内
に合体することができるものであろう。
的チョッパが、Qスイッチングの代りの方法として前記
空洞に置き換えられた。前記レーザ作用波長での65%
の透過をもつ出力ミラー21を使用することによって、
300mW以上のピークパワーの出力パルスと、及び4
00Hzの繰返しレートの500nsのFWHMとが、
そのときに得られた。飽和可能な吸収器はまた、Q−ス
イッチング及びモードロッキング用に使用することがで
きる。これは付加的なドーパントとして前記ファイバ内
に合体することができるものであろう。
【0039】図3の前記Q−スイッチング装置には、図
4に示されるように、ビームスプリッタ23及び反射回
析格子25を追加することができる。
4に示されるように、ビームスプリッタ23及び反射回
析格子25を追加することができる。
【0040】試験的な実験装置に於いて、514nmで
不飽和吸収15dB/mをもつ長さ5mでNd3+をドー
プしたファイバ1は、利得媒体として使用された。アル
ゴンイオンレーザが、ポンプソースとして使用された。
オプティカル(光学的)フィードバックが、平面入力ミ
ラー7(R>99% @1.09μm;T=80%@5
14nm)及び回析格子25(600列/mm、1μm
でブレーズしたもの)で用意された。空洞内薄膜(ペリ
クル)が、前記ビームスプリッタ/出力カップラ23と
して使用された。レーザ作用波長は、前記回析格子25
の角度を変えることによって選択することができる。前
記レーザは広く同調可能であり、1065nmから11
45nmの80nmの範囲に渡って調整可能であった。
しきい値は、前記ファイバで10mWだけの吸収対応す
る入力25mWで生じた。パルス及びcw動作が示され
た。
不飽和吸収15dB/mをもつ長さ5mでNd3+をドー
プしたファイバ1は、利得媒体として使用された。アル
ゴンイオンレーザが、ポンプソースとして使用された。
オプティカル(光学的)フィードバックが、平面入力ミ
ラー7(R>99% @1.09μm;T=80%@5
14nm)及び回析格子25(600列/mm、1μm
でブレーズしたもの)で用意された。空洞内薄膜(ペリ
クル)が、前記ビームスプリッタ/出力カップラ23と
して使用された。レーザ作用波長は、前記回析格子25
の角度を変えることによって選択することができる。前
記レーザは広く同調可能であり、1065nmから11
45nmの80nmの範囲に渡って調整可能であった。
しきい値は、前記ファイバで10mWだけの吸収対応す
る入力25mWで生じた。パルス及びcw動作が示され
た。
【0041】他の希土類または遷移金属ドーパンツが、
特定のハロゲン化物ドーパントプレカーソル(前駆物
質)を使用すると前述した技術を使用してファイバに合
体することができる。これらはまた、実際的なポンプ波
長の高吸収帯及び有効な放出波長での低損失窓(ウイン
ドウ)を示している。これは、図5に於いては、希土類
エルビウム(Er3+)及びテルビウム(Tb3+)が示し
てある。
特定のハロゲン化物ドーパントプレカーソル(前駆物
質)を使用すると前述した技術を使用してファイバに合
体することができる。これらはまた、実際的なポンプ波
長の高吸収帯及び有効な放出波長での低損失窓(ウイン
ドウ)を示している。これは、図5に於いては、希土類
エルビウム(Er3+)及びテルビウム(Tb3+)が示し
てある。
【0042】同様に、図4の装置は、エルビウムがドー
プされたファイバについて試験したものである。ファイ
バ1は、514nmで不飽和吸収10dB/mで、長さ
90cmのものであった。これは、入力誘電体ミラー7
(R=82% @1.54μm;T=77% @514
nm)に当接された。また、600列/mmの回析格子
が、1.6μmでブレーズされた。1.528から1.
542及び1.544から1.555μmの全同調範囲
25nmが、しきい値(30mW)の3倍のポンプパワ
ーで得られた(図6参照)。これは、長い区間の(ロン
グホール)光ファイバ通信用に関係する波長領域に匹敵
する。プラセオジム(プラセオジミウムとも言う:P
r)がドープされたファイバもまた、同調できる。59
0nmでCW Rh6G色素レーザと1μmの回折格子
とを使用して、1048nm−1109nmの調整範囲
61nmが得られた。前記しきい値は、吸収パワー10
mWで生じた。
プされたファイバについて試験したものである。ファイ
バ1は、514nmで不飽和吸収10dB/mで、長さ
90cmのものであった。これは、入力誘電体ミラー7
(R=82% @1.54μm;T=77% @514
nm)に当接された。また、600列/mmの回析格子
が、1.6μmでブレーズされた。1.528から1.
542及び1.544から1.555μmの全同調範囲
25nmが、しきい値(30mW)の3倍のポンプパワ
ーで得られた(図6参照)。これは、長い区間の(ロン
グホール)光ファイバ通信用に関係する波長領域に匹敵
する。プラセオジム(プラセオジミウムとも言う:P
r)がドープされたファイバもまた、同調できる。59
0nmでCW Rh6G色素レーザと1μmの回折格子
とを使用して、1048nm−1109nmの調整範囲
61nmが得られた。前記しきい値は、吸収パワー10
mWで生じた。
【0043】ファイバ1の長さは、コンパクトなパッケ
ージを供給するためにコイル状に巻くことができる。そ
れは、リング空洞レーザ構造を構成することが可能なも
のであり、その例が図8に示される。ここで、ファイバ
リング27(直径70cm)が、Nd3+をドープしたフ
ァイバから作成した溶融したテーパカップラ29の2つ
のポートをスプライスすることによって作られた。前記
カップラ29は、595nmでの色素レーザポンプ31
のパワーの80%を超えるものがリング27に結合され
るように設計されたもので、ラウンドトリップ(一周)
当り10%未満のものがレーザ作用波長で抽出された。
カップラの損失は、633nW(ファイバマルチモー
ド)で3dBとなることが測定され、1μmで1dBで
あった。前記ファイバは、前述した実施例(図1)に於
いて使用されたものであるにもかかわらず、595nm
の色素レーザポンプ波長の吸収は相当に高い(30dB
/m)ものであった。このリングレーザ構造に於いて、
前記ポンプ放射はファイバ1ではなく、前記リング27
に大部分が吸収されなければならない。そこで、1つの
ドープされないファイバと1つのドープされたファイバ
とから、前記カップラ29を構成するのが利点となり、
このリードは前記ポンプ波長で吸収しない。レーザ作用
しきい値は、80mWの色素レーザポンプパワーで観察
されるもので、それはカップラ損失及びリード吸収のた
めに、前記リングでの吸収数ミリワットに相当する。2
80mWの最大色素レーザパワーで、(リング吸収20
mWを推定)、前記リングレーザ出力は2mWであっ
た。双方向リングレーザ出力用と考えると、傾斜効率は
略20%と概算される。
ージを供給するためにコイル状に巻くことができる。そ
れは、リング空洞レーザ構造を構成することが可能なも
のであり、その例が図8に示される。ここで、ファイバ
リング27(直径70cm)が、Nd3+をドープしたフ
ァイバから作成した溶融したテーパカップラ29の2つ
のポートをスプライスすることによって作られた。前記
カップラ29は、595nmでの色素レーザポンプ31
のパワーの80%を超えるものがリング27に結合され
るように設計されたもので、ラウンドトリップ(一周)
当り10%未満のものがレーザ作用波長で抽出された。
カップラの損失は、633nW(ファイバマルチモー
ド)で3dBとなることが測定され、1μmで1dBで
あった。前記ファイバは、前述した実施例(図1)に於
いて使用されたものであるにもかかわらず、595nm
の色素レーザポンプ波長の吸収は相当に高い(30dB
/m)ものであった。このリングレーザ構造に於いて、
前記ポンプ放射はファイバ1ではなく、前記リング27
に大部分が吸収されなければならない。そこで、1つの
ドープされないファイバと1つのドープされたファイバ
とから、前記カップラ29を構成するのが利点となり、
このリードは前記ポンプ波長で吸収しない。レーザ作用
しきい値は、80mWの色素レーザポンプパワーで観察
されるもので、それはカップラ損失及びリード吸収のた
めに、前記リングでの吸収数ミリワットに相当する。2
80mWの最大色素レーザパワーで、(リング吸収20
mWを推定)、前記リングレーザ出力は2mWであっ
た。双方向リングレーザ出力用と考えると、傾斜効率は
略20%と概算される。
【0044】前記レーザ作用波長は、4nmの最大半値
幅(FWHM)スペクトル幅を有し、1.078μmを
中心とする(図9を参照)。線形構成からの10nmの
シフトは、前記カップラ波長応答と前記レーザ利得曲線
との僅かな不整合に原因がある。それは、故に前記カッ
プラ特性を変えることによって、全利得曲線(90nm
幅)に渡りレーザ波長を調整することを可能にするもの
である。
幅(FWHM)スペクトル幅を有し、1.078μmを
中心とする(図9を参照)。線形構成からの10nmの
シフトは、前記カップラ波長応答と前記レーザ利得曲線
との僅かな不整合に原因がある。それは、故に前記カッ
プラ特性を変えることによって、全利得曲線(90nm
幅)に渡りレーザ波長を調整することを可能にするもの
である。
【0045】増幅器は図10に示されるもので、これは
ドープされたファイバ1から成る開放端4ポートカップ
ラ29を使用することで構成される。図10に示される
ように、これが従来の伝送ファイバ35中に挿入され
る。放出波長で信号が、利得媒体として作用する主ファ
イバ1に沿って伝送される。ソース31からのポンピン
グ放射は、結合用ファイバ33に接続されると共に、そ
こから主ファイバ1に結合される。
ドープされたファイバ1から成る開放端4ポートカップ
ラ29を使用することで構成される。図10に示される
ように、これが従来の伝送ファイバ35中に挿入され
る。放出波長で信号が、利得媒体として作用する主ファ
イバ1に沿って伝送される。ソース31からのポンピン
グ放射は、結合用ファイバ33に接続されると共に、そ
こから主ファイバ1に結合される。
【0046】上昇した効率が、ファイバ1中に前記ポン
プ用放射を結合するが前記放出波長では結合しないよう
に設計されたカップラを使用して得ることができる。さ
らに、前記リード33は、増幅用ファイバ1の選択に於
いて前記ポンプパワーの大部分が吸収されることを確実
にするため、ドープされていないファイバとすることが
有益となる。
プ用放射を結合するが前記放出波長では結合しないよう
に設計されたカップラを使用して得ることができる。さ
らに、前記リード33は、増幅用ファイバ1の選択に於
いて前記ポンプパワーの大部分が吸収されることを確実
にするため、ドープされていないファイバとすることが
有益となる。
【0047】25dBの単一通過利得は、同様の装置を
使用して長さ3mのエルビウムがドープされたファイバ
(300ppm Er2+)について計測された。レーザ
作用の立ち上がりを防ぐため、けい光性反射から生ずる
光フィードバックが、前記ファイバの一端を屈折率整合
することによって低減される。実際には、低反射力接続
が容易に達成することができるので、ファイバシステム
中に前記ファイバをスプライスすることが、エタロン効
果を大いに削除するのに十分となる。
使用して長さ3mのエルビウムがドープされたファイバ
(300ppm Er2+)について計測された。レーザ
作用の立ち上がりを防ぐため、けい光性反射から生ずる
光フィードバックが、前記ファイバの一端を屈折率整合
することによって低減される。実際には、低反射力接続
が容易に達成することができるので、ファイバシステム
中に前記ファイバをスプライスすることが、エタロン効
果を大いに削除するのに十分となる。
【0048】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、シング
ルモード動作及びシングルモードファイバシステムを両
立可能なファイバレーザ及びその増幅器を提供すること
ができる。
ルモード動作及びシングルモードファイバシステムを両
立可能なファイバレーザ及びその増幅器を提供すること
ができる。
【0049】ここでとりあげたエルビウムと、テルビウ
ム、それにプラセオジムはシリカガラスにとって好都合
のドーパントである。その理由は、これらの元素が比較
的大きな光の吸収を実用上のポンプ波長で示し、かつ、
有用な光の放出波長において低損失の窓を持っているか
らである。エルビウムは特に好都合であり、その理由
は、かつ、フラッシュランプによって簡単にポンプはで
きないけれども、その1.55μmレーザ波長はシリカ
ガラス通信用ファイバが一番低い損失を持つ窓と完全に
一致整合していることにある。さらに、低パワー半導体
ダイオードで簡単にポンプすることができ、その利得特
性は色々な利点をもたらす。
ム、それにプラセオジムはシリカガラスにとって好都合
のドーパントである。その理由は、これらの元素が比較
的大きな光の吸収を実用上のポンプ波長で示し、かつ、
有用な光の放出波長において低損失の窓を持っているか
らである。エルビウムは特に好都合であり、その理由
は、かつ、フラッシュランプによって簡単にポンプはで
きないけれども、その1.55μmレーザ波長はシリカ
ガラス通信用ファイバが一番低い損失を持つ窓と完全に
一致整合していることにある。さらに、低パワー半導体
ダイオードで簡単にポンプすることができ、その利得特
性は色々な利点をもたらす。
【0050】この明細書で用いたシリカガラスには、純
水なシリカだけでなく、通信用として適したシリカガラ
スの特性、即ち低損失とか、スプライスできるかどうか
といった性質、を著しく劣化させるほど多量ではなく、
屈折率を修正するような効果のある材料を少量一緒にド
ープしたシリカをも含んでいると理解されたい。この種
の材料としては、実施例で挙げたゲルマニアのほか、五
酸化リン、三酸化ボロン、アルミナなどがある。
水なシリカだけでなく、通信用として適したシリカガラ
スの特性、即ち低損失とか、スプライスできるかどうか
といった性質、を著しく劣化させるほど多量ではなく、
屈折率を修正するような効果のある材料を少量一緒にド
ープしたシリカをも含んでいると理解されたい。この種
の材料としては、実施例で挙げたゲルマニアのほか、五
酸化リン、三酸化ボロン、アルミナなどがある。
【0051】一番近い先行技術とこの発明との差異は何
かを述べると次のようになる。
かを述べると次のようになる。
【0052】本願請求項1の特徴的な部分を考えると、
米国特許3,729,690(Snitzer)の文献
とは4つの主な違いがある。
米国特許3,729,690(Snitzer)の文献
とは4つの主な違いがある。
【0053】実現可能性のある前記文献の開示はFi
g.1であり、そこにはレーザが示されているが、増幅
器は示されていない。Fig.4と7とは動作する実施
例を開示しておらず、したがって自明性についての考慮
に値するが、新規性との関係は考慮外である。さらに重
要な点はドーパントを希土類もしくは遷移金属とした通
信用増幅器について前記文献は何も開示しておらず、と
くに、エルビウムについてドーパントとしての特定がな
い。Fig.4と6の開示は増幅器を形成するドープし
たガラス材料を単に示すだけで、ドーパントの特定はな
い。
g.1であり、そこにはレーザが示されているが、増幅
器は示されていない。Fig.4と7とは動作する実施
例を開示しておらず、したがって自明性についての考慮
に値するが、新規性との関係は考慮外である。さらに重
要な点はドーパントを希土類もしくは遷移金属とした通
信用増幅器について前記文献は何も開示しておらず、と
くに、エルビウムについてドーパントとしての特定がな
い。Fig.4と6の開示は増幅器を形成するドープし
たガラス材料を単に示すだけで、ドーパントの特定はな
い。
【0054】前記文献にはシリカ(二酸化けい素)ガラ
スファイバについての開示はない。“シリカガラス”と
いう用語は厳格な限定をかけており、当業者はこの用語
の特定の意味を理解しているところであって、このガラ
スはドーパントがもたらす痕跡(トレース)量を含むこ
とを除けば、シリカがほぼ独占的に存在するガラスであ
る。この用語を使用すると、他のガラス、例えばシリケ
ート(けい酸塩)や、製造工程中でシリカが主成分とし
て加えられるものすらも除外することになる。この種の
他のガラスは一般には超低透過損失を示すことはなく、
さらに通常の光ファイバと完全な互換性をもつこともな
い。
スファイバについての開示はない。“シリカガラス”と
いう用語は厳格な限定をかけており、当業者はこの用語
の特定の意味を理解しているところであって、このガラ
スはドーパントがもたらす痕跡(トレース)量を含むこ
とを除けば、シリカがほぼ独占的に存在するガラスであ
る。この用語を使用すると、他のガラス、例えばシリケ
ート(けい酸塩)や、製造工程中でシリカが主成分とし
て加えられるものすらも除外することになる。この種の
他のガラスは一般には超低透過損失を示すことはなく、
さらに通常の光ファイバと完全な互換性をもつこともな
い。
【0055】米国特許3,729,690(Snitz
er)には通信用ファイバの互換性については何も参考
とするところがない。シリカガラスファイバが通常の光
ファイバと互換性があるという必要性は実用上の要請で
あり、いろいろの要因を考慮したものであり、要因には
ファイバが実際の電気通信応用で使用するのに十分な長
さをもつこと;ファイバは電気通信ファイバと両立する
ようなコアとクラッドの直径をもつこと;通信用ファイ
バと類似のコア寸法とスポット寸法とをもつこと;両立
性をもつ熱的特性をもつこと、すなわちこのファイバが
電気通信ファイバと溶融スプライスができるように類似
の融点と膨張係数とをもつこと;両立性のある屈折率を
もつことが含まれている。前記米国特許のFig.1と
2とに示されているクラウンガラスの丸棒ではこれらの
要件は満たされない。
er)には通信用ファイバの互換性については何も参考
とするところがない。シリカガラスファイバが通常の光
ファイバと互換性があるという必要性は実用上の要請で
あり、いろいろの要因を考慮したものであり、要因には
ファイバが実際の電気通信応用で使用するのに十分な長
さをもつこと;ファイバは電気通信ファイバと両立する
ようなコアとクラッドの直径をもつこと;通信用ファイ
バと類似のコア寸法とスポット寸法とをもつこと;両立
性をもつ熱的特性をもつこと、すなわちこのファイバが
電気通信ファイバと溶融スプライスができるように類似
の融点と膨張係数とをもつこと;両立性のある屈折率を
もつことが含まれている。前記米国特許のFig.1と
2とに示されているクラウンガラスの丸棒ではこれらの
要件は満たされない。
【0056】米国特許3,729,690(Snitz
er)は一般的な可能性として、“モード伝搬が1又は
若干の低位モードに限定できる”(第5欄33〜34
行)と述べ、また“1又は若干のはっきりと区別できる
伝搬モードが存在できる”(第13欄49〜50行)と
述べているが、増幅器内での単一モード動作についての
はっきりとした開示はない。このロッド(丸棒形)レー
ザ(Fig.1,2)はレーザ作用時は多モード構成と
して動作するのが普通である。Fig.1と2の実施例
では放射波長で単一の横モード伝搬を支持する単一モー
ド幾何学的形状は示されていない。
er)は一般的な可能性として、“モード伝搬が1又は
若干の低位モードに限定できる”(第5欄33〜34
行)と述べ、また“1又は若干のはっきりと区別できる
伝搬モードが存在できる”(第13欄49〜50行)と
述べているが、増幅器内での単一モード動作についての
はっきりとした開示はない。このロッド(丸棒形)レー
ザ(Fig.1,2)はレーザ作用時は多モード構成と
して動作するのが普通である。Fig.1と2の実施例
では放射波長で単一の横モード伝搬を支持する単一モー
ド幾何学的形状は示されていない。
【0057】米国特許3,729,690(Snitz
er)に示されたレーザ及び増幅器はすべてが側部から
のポンピング(いわゆるside pumping)と
して示されている。すなわちFig.1と3のレーザ、
Fig.4の増幅器、Fig.5のレーザ、Fig.7
の増幅器、Fig.12のレーザがそれである。端部か
らのポンピング(いわゆるend pumping)に
ついてふれている唯一の場所はFig.6と11とに示
したレーザ部品についてである。Fig.6については
第17欄24〜43行に記述があり、“Fig.1と2
とを参照して述べたの(すなわちFig.の側部ポンピ
ング)と同じようなレーザ作用”であり、端部ポンピン
グの可能性についての唯一の参考となるのは第17欄6
3行から第18欄4行へかけての次の記述である。
er)に示されたレーザ及び増幅器はすべてが側部から
のポンピング(いわゆるside pumping)と
して示されている。すなわちFig.1と3のレーザ、
Fig.4の増幅器、Fig.5のレーザ、Fig.7
の増幅器、Fig.12のレーザがそれである。端部か
らのポンピング(いわゆるend pumping)に
ついてふれている唯一の場所はFig.6と11とに示
したレーザ部品についてである。Fig.6については
第17欄24〜43行に記述があり、“Fig.1と2
とを参照して述べたの(すなわちFig.の側部ポンピ
ング)と同じようなレーザ作用”であり、端部ポンピン
グの可能性についての唯一の参考となるのは第17欄6
3行から第18欄4行へかけての次の記述である。
【0058】“Fig.11に示した幾何学的形状とF
ig.6に示した幾何学的形状の両方ともポンピング構
成には重要であり、ここではポンピング光は丸棒(ロッ
ド)にロットの端を通って実質的にあらゆる方向から入
る。このような幾何学的形状の主な利点は端部ポンピン
グ光と使用するときに、ロッドを通って内部を伝搬した
斜めの光がレーザ素子によってすぐに阻止されること
で、その程度は活性レーザガラスがロッドの中にある場
合よりもよい。”ここで重要なことは、このポンプ作用
の形がどんなふうにして達成され得るのかについての記
述がないし、端部ポンピングと増幅器の組合せについて
の開示が何もないことである。上記の示唆はレーザにつ
いて与えられているだけである。加えて端部ポンピング
がこの発明の他の特徴である、例えば低損失シリカガラ
スファイバで単一モード伝搬をし、通常の光ファイバと
両立性があり、しかも低レベルドーピングのものといっ
たファイバとの組合せについて何も開示がない。
ig.6に示した幾何学的形状の両方ともポンピング構
成には重要であり、ここではポンピング光は丸棒(ロッ
ド)にロットの端を通って実質的にあらゆる方向から入
る。このような幾何学的形状の主な利点は端部ポンピン
グ光と使用するときに、ロッドを通って内部を伝搬した
斜めの光がレーザ素子によってすぐに阻止されること
で、その程度は活性レーザガラスがロッドの中にある場
合よりもよい。”ここで重要なことは、このポンプ作用
の形がどんなふうにして達成され得るのかについての記
述がないし、端部ポンピングと増幅器の組合せについて
の開示が何もないことである。上記の示唆はレーザにつ
いて与えられているだけである。加えて端部ポンピング
がこの発明の他の特徴である、例えば低損失シリカガラ
スファイバで単一モード伝搬をし、通常の光ファイバと
両立性があり、しかも低レベルドーピングのものといっ
たファイバとの組合せについて何も開示がない。
【0059】このように前記米国特許はたかだか、試行
できそうな多数の既知の特徴のうちの1つとして端部ポ
ンピングをあげたもので、成功に導くのに必要とされる
実際の組合せの選定をしていない。
できそうな多数の既知の特徴のうちの1つとして端部ポ
ンピングをあげたもので、成功に導くのに必要とされる
実際の組合せの選定をしていない。
【0060】通常の光ファイバと両立性のあるシリカガ
ラスファイバの実用的な長さに対しては、もし端部ポン
プされ、ファイバの長さに沿って分散した利得を生ずる
ような増幅器を得るものであれば、米国特許3,72
9,690(Snitzer)のFig.1に開示され
ているものよりもドーピングレベルは実質的に非常に低
くなるように選ばなければならないことが見出されてい
る。
ラスファイバの実用的な長さに対しては、もし端部ポン
プされ、ファイバの長さに沿って分散した利得を生ずる
ような増幅器を得るものであれば、米国特許3,72
9,690(Snitzer)のFig.1に開示され
ているものよりもドーピングレベルは実質的に非常に低
くなるように選ばなければならないことが見出されてい
る。
【0061】通常の光ファイバと両立性のあるシリカガ
ラスファイバの長いものについて、もしドーピングのレ
ベルが高すぎると、端部ポンビング光はファイバの長さ
全体にわたって励起放出が可能となるようにイオンを必
要とする励起状態まで持ち上げるのに有効とならない。
ラスファイバの長いものについて、もしドーピングのレ
ベルが高すぎると、端部ポンビング光はファイバの長さ
全体にわたって励起放出が可能となるようにイオンを必
要とする励起状態まで持ち上げるのに有効とならない。
【0062】このような場合には通信信号はファイバの
長さの一部に対してだけ増幅され、端部ポンピング光の
注入から遠くにあるファイバの端では利得を生じない。
この発明の特徴の一つはドーピングレベルを十分に低く
して、端部ポンピングの際にファイバの長さに沿って分
散した利得が与えられるようにしている。この特徴は前
記米国特許のFig.1,4,7の側部ポンピングデバ
イスにはないものである。
長さの一部に対してだけ増幅され、端部ポンピング光の
注入から遠くにあるファイバの端では利得を生じない。
この発明の特徴の一つはドーピングレベルを十分に低く
して、端部ポンピングの際にファイバの長さに沿って分
散した利得が与えられるようにしている。この特徴は前
記米国特許のFig.1,4,7の側部ポンピングデバ
イスにはないものである。
【0063】このようなドーピングについての実用上の
レベルが900ppmまでであることをPCT原出願明
細書に明記し、これが必要とされる低レベルドーピング
の実用的な数値を与えている。このような低レベルドー
ピング数値である高々900ppmという値の開示は前
記米国特許にはない。
レベルが900ppmまでであることをPCT原出願明
細書に明記し、これが必要とされる低レベルドーピング
の実用的な数値を与えている。このような低レベルドー
ピング数値である高々900ppmという値の開示は前
記米国特許にはない。
【0064】前記米国特許には電気通信を目的とした超
低損失のホストを提供するのに十分に低い均一な濃度で
低レベルのドーピングをする技術を開示していないこと
は第12欄の24〜25行、37〜41行、及び43〜
45行の記述から明らかで、最低の実用的なネオジムの
濃度として0.1%があげられている。単一モード電気
通信ファイバと両立性のある光シリカガラスファイバの
長さは、低損失伝搬損失ホストを得るには高すぎる濃度
である。
低損失のホストを提供するのに十分に低い均一な濃度で
低レベルのドーピングをする技術を開示していないこと
は第12欄の24〜25行、37〜41行、及び43〜
45行の記述から明らかで、最低の実用的なネオジムの
濃度として0.1%があげられている。単一モード電気
通信ファイバと両立性のある光シリカガラスファイバの
長さは、低損失伝搬損失ホストを得るには高すぎる濃度
である。
【0065】前記米国特許第12欄41−43行には
“最適条件下では、ネオジム酸化物の重量が0.01%
という少量の濃度がレーザ作用をする”と記述している
が、これは単なる思惟か、0.1%の誤植のいずれかで
あろう。特定例は記述されておらず、この示唆は実際の
開示により支持される点が全くない。事実、この言質は
前記したようにまた後述するように矛盾したものであ
る。第12欄2行には“同様なバリウムクラウンガラス
内でネオジムの重量が0.1%の濃度で、FT524フ
ラッシュ管を用いてほぼ最小のレーザ作用条件が得られ
た”とあり、また第12欄43−45行には、“これゆ
えに、私はいまネオジムの濃度が重量で0.1%から約
30%の間が限界と信じている”とある。いわゆる“最
適条件”として0.01%が関係することは規定されて
もいないし、このようなドーパント濃度が満足すべき性
能に必要とされる均一性とともに一切与えられている技
術を開示したものともなっていない。たしかに、当業者
がこの提案を実施できる程度の記述はないのである。こ
れはフラッシュ管というような高パワー励起についても
言えることであり、CWレーザダイオードを用いるよう
な比較的低パワー励起については全くあてはまらない。
“最適条件下では、ネオジム酸化物の重量が0.01%
という少量の濃度がレーザ作用をする”と記述している
が、これは単なる思惟か、0.1%の誤植のいずれかで
あろう。特定例は記述されておらず、この示唆は実際の
開示により支持される点が全くない。事実、この言質は
前記したようにまた後述するように矛盾したものであ
る。第12欄2行には“同様なバリウムクラウンガラス
内でネオジムの重量が0.1%の濃度で、FT524フ
ラッシュ管を用いてほぼ最小のレーザ作用条件が得られ
た”とあり、また第12欄43−45行には、“これゆ
えに、私はいまネオジムの濃度が重量で0.1%から約
30%の間が限界と信じている”とある。いわゆる“最
適条件”として0.01%が関係することは規定されて
もいないし、このようなドーパント濃度が満足すべき性
能に必要とされる均一性とともに一切与えられている技
術を開示したものともなっていない。たしかに、当業者
がこの提案を実施できる程度の記述はないのである。こ
れはフラッシュ管というような高パワー励起についても
言えることであり、CWレーザダイオードを用いるよう
な比較的低パワー励起については全くあてはまらない。
【0066】以上8.〜18.を要約すると、米国特許
3,729,690(Snitzer)は重量の最小可
能レベル0.0%を思いついていたと見えるが、文書の
周辺の流れはこれと矛盾し、実際のデバイスではもっと
高いドーピングレベルが必要であったことが示されてい
る。
3,729,690(Snitzer)は重量の最小可
能レベル0.0%を思いついていたと見えるが、文書の
周辺の流れはこれと矛盾し、実際のデバイスではもっと
高いドーピングレベルが必要であったことが示されてい
る。
【0067】また、欠けていた特徴を補うことは当業者
に自明であったかを見ると次のようになる。
に自明であったかを見ると次のようになる。
【0068】この発明が米国特許3,729,690
(Snitzer)から自明とは言えないとする理由は
普通行なわれている一次及び二次的理由の種分けの中に
入る。
(Snitzer)から自明とは言えないとする理由は
普通行なわれている一次及び二次的理由の種分けの中に
入る。
【0069】一次的理由は前記米国特許の実用上の開示
が数多くの点で本願発明とは異なり、さらに、前記米国
特許の開示がぼんやりしていて、当業者が本願発明に到
達するにはFig.1から数多くの変形をする必要があ
ることを教示していない。前記米国特許の一実施例で適
当なもの(Fig.1)はネオジムをドープしたクラウ
ンガラスを用いており、これは今日のレーザと共通であ
るが、丸棒(ロッド)(第10欄37行)であって、真
のファイバ(その当時は必要とされていた)ではない。
この特別な実施例は上にあげた4つの特徴の全部を備え
ていない。すなわち、この実施例は通信増幅器として構
成されておらず;通信級の光ファイバと両立性をもつシ
リカガラスファイバの長さについて開示せず;ポンピン
グは端部ポンピングではなく;ドーピングは十分に低レ
ベルとは言えず、端部ポンピングした真のファイバ(ロ
ッドではない)で分散利得を得て、しかも電気通信用の
超低損失を得ることができない。
が数多くの点で本願発明とは異なり、さらに、前記米国
特許の開示がぼんやりしていて、当業者が本願発明に到
達するにはFig.1から数多くの変形をする必要があ
ることを教示していない。前記米国特許の一実施例で適
当なもの(Fig.1)はネオジムをドープしたクラウ
ンガラスを用いており、これは今日のレーザと共通であ
るが、丸棒(ロッド)(第10欄37行)であって、真
のファイバ(その当時は必要とされていた)ではない。
この特別な実施例は上にあげた4つの特徴の全部を備え
ていない。すなわち、この実施例は通信増幅器として構
成されておらず;通信級の光ファイバと両立性をもつシ
リカガラスファイバの長さについて開示せず;ポンピン
グは端部ポンピングではなく;ドーピングは十分に低レ
ベルとは言えず、端部ポンピングした真のファイバ(ロ
ッドではない)で分散利得を得て、しかも電気通信用の
超低損失を得ることができない。
【0070】明細書のその他の部分は素材の性質を想像
の下に拡張した記述で成り、当業者が特別な別の例を開
発する上で後に立つとはいえず、前記米国特許は全方向
を指している案内板と言うことができる。それに対して
本願発明の請求項は要件を詳述しており、前記米国特許
からの差異が自明であるとか進歩性がないとか言うのは
不合理である。
の下に拡張した記述で成り、当業者が特別な別の例を開
発する上で後に立つとはいえず、前記米国特許は全方向
を指している案内板と言うことができる。それに対して
本願発明の請求項は要件を詳述しており、前記米国特許
からの差異が自明であるとか進歩性がないとか言うのは
不合理である。
【0071】前記米国特許の教示中にシリカガラスを使
用することは明示されておらず、またそこから自明とも
言えない。本願出願日にシリカガラスは実用的なホスト
ガラスとは考えられていなかった。
用することは明示されておらず、またそこから自明とも
言えない。本願出願日にシリカガラスは実用的なホスト
ガラスとは考えられていなかった。
【0072】しかしながら、本願発明の低ドーピングレ
ベルこそが予期しなかった成功を増幅器として有効で実
用的な長さの低損失希土類ドープファイバの誕生として
実現させた。
ベルこそが予期しなかった成功を増幅器として有効で実
用的な長さの低損失希土類ドープファイバの誕生として
実現させた。
【0073】進歩性を肯定する二次的な徴候は数多くあ
り、古典的な本質をもつものであって、諭旨を支持でき
る教科書的な事例を挙げることができる。
り、古典的な本質をもつものであって、諭旨を支持でき
る教科書的な事例を挙げることができる。
【0074】米国特許3,729,690(Snitz
er)の刊行と本願発明の開発との間に極めて長い年月
があったことは論をまたない。
er)の刊行と本願発明の開発との間に極めて長い年月
があったことは論をまたない。
【0075】本願発明者がもたらした解決には、全く違
った経過をたどっての相当な作業が証にするところがあ
るが、毛嫌いされるところがあった。
った経過をたどっての相当な作業が証にするところがあ
るが、毛嫌いされるところがあった。
【0076】しかるにこの発明が開発された直後に、こ
の発明の分野でのすさまじい研究の拡大がみられた。
の発明の分野でのすさまじい研究の拡大がみられた。
【0077】また商業上の成功、学界及び産業界から発
明者らの当該技術への貢献が認められている。
明者らの当該技術への貢献が認められている。
【0078】光ファイバと増幅器が今日の発明に至るま
での開発の歴史は1960年代にE.Snitzerに
よる希土類をドープしたファイバレーザ及び増幅器につ
いての初期の仕事に端を発する。第1の低損失通信ファ
イバは1972年にCorningガラスによって組立
てられ、これに続いて、E.Snitzerの初期の仕
事から何年もたって、J.StoneとC.A.Bur
rusがApplied Physic Letters vol.23,no.7,pp.388-
389(October 1973)に論文を発表し、これに別なSto
neとBurrusの論文(Applied Optics vol.13,n
o.6,pp.1256-1258)が続き、短い長さの半導体レーザ端
部ポンプしたネオジムドープ多モードシリカCWレーザ
が記述されている。Namikawaらの論文で、19
82,1983及び1985と続くものはネオジムをド
ープしたシリカガラスの光学的特性が、この発明の出願
時にはネオジムレーザ動作にとってホストガラスとして
のシリカに重大な困難があることを示している。(Japa
nese Journal of Applied Physics vol.22 no.7,pp.L39
7-399,July 1983;ibed,vol.21 no.6,pp.L360-362,June
1982,Preparation of Nd−Al co-doped SiO2
glass by plasma torch CVD,1985)。
での開発の歴史は1960年代にE.Snitzerに
よる希土類をドープしたファイバレーザ及び増幅器につ
いての初期の仕事に端を発する。第1の低損失通信ファ
イバは1972年にCorningガラスによって組立
てられ、これに続いて、E.Snitzerの初期の仕
事から何年もたって、J.StoneとC.A.Bur
rusがApplied Physic Letters vol.23,no.7,pp.388-
389(October 1973)に論文を発表し、これに別なSto
neとBurrusの論文(Applied Optics vol.13,n
o.6,pp.1256-1258)が続き、短い長さの半導体レーザ端
部ポンプしたネオジムドープ多モードシリカCWレーザ
が記述されている。Namikawaらの論文で、19
82,1983及び1985と続くものはネオジムをド
ープしたシリカガラスの光学的特性が、この発明の出願
時にはネオジムレーザ動作にとってホストガラスとして
のシリカに重大な困難があることを示している。(Japa
nese Journal of Applied Physics vol.22 no.7,pp.L39
7-399,July 1983;ibed,vol.21 no.6,pp.L360-362,June
1982,Preparation of Nd−Al co-doped SiO2
glass by plasma torch CVD,1985)。
【0079】強調しておきたいことは長い時間経過があ
るという事実である。第1に、E.Sniyzerが1
960年代の初期に希土類ドープレーザ及び増幅器につ
いて最初に報告をしてからStoneとBurrusと
が1973年及び1974年に(この時期は最初の品質
のシリカ伝送ファイバが入手できるようになったときで
ある)までであり、第2にこれら1973年及び197
4年の刊行物から本願発明の出願1985年までであ
る。こういった長時間の経過(StoneとBurru
sとの論文から本願出願までの10年間を超える期間)
は請求項記載の主題が、本願出願時点では米国特許3,
729,690(Snitzer)を知る当業者にとっ
て自明ではなかったことを示していると言えよう。
るという事実である。第1に、E.Sniyzerが1
960年代の初期に希土類ドープレーザ及び増幅器につ
いて最初に報告をしてからStoneとBurrusと
が1973年及び1974年に(この時期は最初の品質
のシリカ伝送ファイバが入手できるようになったときで
ある)までであり、第2にこれら1973年及び197
4年の刊行物から本願発明の出願1985年までであ
る。こういった長時間の経過(StoneとBurru
sとの論文から本願出願までの10年間を超える期間)
は請求項記載の主題が、本願出願時点では米国特許3,
729,690(Snitzer)を知る当業者にとっ
て自明ではなかったことを示していると言えよう。
【0080】本願発明は、1972年にすでに低損失フ
ァイバが入手可能であったにも拘らず、レーザ又は増幅
器用に低損失ファイバを使用するということを当業者達
が選ばなかったから、この発明が毛嫌いされていた技術
を克服したのである。この毛嫌いをしていた当業者達は
低レベルドーピングで低損失のファイバという方向がS
toneらの1973年の論文で指摘されていたとして
もこの方向を見捨てていたと言える。
ァイバが入手可能であったにも拘らず、レーザ又は増幅
器用に低損失ファイバを使用するということを当業者達
が選ばなかったから、この発明が毛嫌いされていた技術
を克服したのである。この毛嫌いをしていた当業者達は
低レベルドーピングで低損失のファイバという方向がS
toneらの1973年の論文で指摘されていたとして
もこの方向を見捨てていたと言える。
【0081】この発明で使用されている長い長さの希土
類ドープ単一モードシリカファイバは全く別な目的でこ
の発明の出願目前に作られていた。それはネオジムドー
プファイバ内で1K以下でのフォントエコーについてで
ある(Physical Reviers Letters,vol.51,no.22,“Phot
on Echoes below 1K in a Nd3+ -doped glass fibre
”,J.Hegarty et al.,pp.2033-2035,Nov.1983を見
よ)。1983年にはこのような希土類をドープしたフ
ァイバが入手可能であり、またSnitzerの教示は
あったが、本願出願人を除くと、誰もファイバ増幅器を
作る目的でこのようなファイバを使用することを試みよ
うとさえしなかった。したがって、このような(既知
の)ドープしたファイバをファイバ増幅器用とする決定
の非自明段階と、これを試みたときの驚くべき成功の結
果とは光ファイバ通信の分野における技術的な毛嫌いと
いう偏見を克服し、半導体電子光学増幅器の開発にむし
ろ集中していたその当時としては完全に異質な研究方向
を進めたものである。
類ドープ単一モードシリカファイバは全く別な目的でこ
の発明の出願目前に作られていた。それはネオジムドー
プファイバ内で1K以下でのフォントエコーについてで
ある(Physical Reviers Letters,vol.51,no.22,“Phot
on Echoes below 1K in a Nd3+ -doped glass fibre
”,J.Hegarty et al.,pp.2033-2035,Nov.1983を見
よ)。1983年にはこのような希土類をドープしたフ
ァイバが入手可能であり、またSnitzerの教示は
あったが、本願出願人を除くと、誰もファイバ増幅器を
作る目的でこのようなファイバを使用することを試みよ
うとさえしなかった。したがって、このような(既知
の)ドープしたファイバをファイバ増幅器用とする決定
の非自明段階と、これを試みたときの驚くべき成功の結
果とは光ファイバ通信の分野における技術的な毛嫌いと
いう偏見を克服し、半導体電子光学増幅器の開発にむし
ろ集中していたその当時としては完全に異質な研究方向
を進めたものである。
【0082】1985年に出願人のした成功した業績は
世界的に受入れられ、とくにエルビウムファイバ増幅器
の開発とその重要性と産業上の成功とは記事、書物、テ
ープに入れた英放送協会(BBC)のインタビュー及び
C&C1993年の功績賞授与理由などを参照すること
ができる。とくに賞状には“エルビウム・ドープト光フ
ァイバ増幅器の発明の成功に至る光ファイバ通信技術の
研究と実用化に対する先駆的且つ指導的貢献”(Dav
id N.Payne教授宛:本願発明者の1人)とあ
る。この発明の直後には希土類をドープしたファイバ増
幅器の分野の研究活動に著しい進展がある。こういった
すべての要因が大きな発明であることを伝統的な形で示
している。
世界的に受入れられ、とくにエルビウムファイバ増幅器
の開発とその重要性と産業上の成功とは記事、書物、テ
ープに入れた英放送協会(BBC)のインタビュー及び
C&C1993年の功績賞授与理由などを参照すること
ができる。とくに賞状には“エルビウム・ドープト光フ
ァイバ増幅器の発明の成功に至る光ファイバ通信技術の
研究と実用化に対する先駆的且つ指導的貢献”(Dav
id N.Payne教授宛:本願発明者の1人)とあ
る。この発明の直後には希土類をドープしたファイバ増
幅器の分野の研究活動に著しい進展がある。こういった
すべての要因が大きな発明であることを伝統的な形で示
している。
【図面の簡単な説明】
【図1】ダイオードポンプファイバファブリーペローレ
ーザの構成を示す概略平面図である。
ーザの構成を示す概略平面図である。
【図2】図1のレーザの計測されるポンプパワーの関数
として出力パワーを表しているグラフである。
として出力パワーを表しているグラフである。
【図3】図1のレーザとは異なるものでQスイッチ空洞
レーザの構成を示す概略平面図である。
レーザの構成を示す概略平面図である。
【図4】図1のレーザとは異なるもので調整可能な空洞
レーザの構成を示す概略平面図である。
レーザの構成を示す概略平面図である。
【図5】ネオジム、エルビウム、及びテルビウムがドー
プされたシリカファイバのスペクトルの吸収を表すグラ
フである。
プされたシリカファイバのスペクトルの吸収を表すグラ
フである。
【図6】エルビウム及びプラセオジムがドープされたフ
ァイバの放出スペクトルを示すもので、これらのファイ
バを含んでいるレーザの調整応答を示すグラフである。
ァイバの放出スペクトルを示すもので、これらのファイ
バを含んでいるレーザの調整応答を示すグラフである。
【図7】エルビウム及びプラセオジムがドープされたフ
ァイバの放出スペクトルを示すもので、これらのファイ
バを含んでいるレーザの調整応答を示すグラフである。
ァイバの放出スペクトルを示すもので、これらのファイ
バを含んでいるレーザの調整応答を示すグラフである。
【図8】色素レーザでポンプしたファイバリング空洞レ
ーザの構成を示す概略平面図である。
ーザの構成を示す概略平面図である。
【図9】図8に示されるリング空洞レーザの出力スペク
トルを表すグラフである。
トルを表すグラフである。
【図10】ドープされたファイバ増幅器を示す概略平面
図である。
図である。
1…ファイバ、3,5…ファイバ端、7,9…絶縁ミラ
ー、11…オプティカルポンプソース(シングルモード
GaAlAsレーザ)、13,15…レンズ、17…マ
イクロスコープ対物レンズ、19…音響光学的変調器
(アコーストオプティックデフレクタ)、21…出力ミ
ラー、23…ビームスプリッタ、25…反射回析格子、
27…ファイバリング、29…テーパカップラ、31…
色素レーザポンプ。
ー、11…オプティカルポンプソース(シングルモード
GaAlAsレーザ)、13,15…レンズ、17…マ
イクロスコープ対物レンズ、19…音響光学的変調器
(アコーストオプティックデフレクタ)、21…出力ミ
ラー、23…ビームスプリッタ、25…反射回析格子、
27…ファイバリング、29…テーパカップラ、31…
色素レーザポンプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597047923 シモン・ブランチエツテ・プーレ イギリス国ハンプシヤイアー、エス・オー 2、0ピー・ユー、サウザンプトン、ノー サン、ユニオン・ロード 18 (71)出願人 597047934 ダビツド・ネイル・ペイン イギリス国ハンプシヤイアー、エス・オー 2、5エヌ・エツチ、サウザンプトン、バ ースレドン、ローフオード、レツドロフ ト・レーン 12 (72)発明者 ロバート・ジヨセフ・ミアース イギリス国 ハンプシヤイアー、エス・オ ー2、4ジエイ・ビー、サウザンプトン、 ビツターネ・パーク、ソーオールド・ロー ド 34 (72)発明者 ローレンス・リーキイ イギリス国 ハンプシヤイアー、エス・オ ー2、4ピー・ジエイ、サウザンプトン、 ビツターネ・パーク、オークトリー・ロー ド 117 (72)発明者 シモン・ブランチエツテ・プーレ イギリス国 ハンプシヤイアー、エス・オ ー2、0ピ・ユー、サウザンプトン、ノー サン、ユニオン・ロード 18 (72)発明者 ダビツド・ネイル・ペイン イギリス国 ハンプシヤイアー、エス・オ ー2、5エヌ・エツチ、サウザンプトン、 バースレドン、ローフオード、レツドロフ ト・レーン 12
Claims (1)
- 【請求項1】 利得が4レベル遷移の誘導放出によって
得られる能動装置であって、コアとクラッドとを有する
エンドポンプされたガラス光導波路で成り、コア内には
希土類遷移元素の能動ドーパントを含み、該光導波路は
通信用シリカガラスファイバであり、該ファイバは単一
モードの形状を有し、該能動ドーパントは該ファイバの
長さに沿って低濃度で含まれて分散された利得が得られ
るようにされ、かつ低伝搬損失の通信用ファイバ特性を
備えていることを特徴とする光誘導放出装置。
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB858520301A GB8520301D0 (en) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | Lasers |
GB858520300A GB8520300D0 (en) | 1985-08-13 | 1985-08-13 | Fabrication of optical fibres |
GB8520301 | 1985-08-13 | ||
GB8520300 | 1985-08-13 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61504359A Division JP2659013B2 (ja) | 1985-08-13 | 1986-08-13 | 光誘導放出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1032361A true JPH1032361A (ja) | 1998-02-03 |
Family
ID=26289658
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9087223A Pending JPH1032361A (ja) | 1985-08-13 | 1997-03-24 | 光誘導放出装置 |
JP9087224A Expired - Lifetime JP3020459B2 (ja) | 1985-08-13 | 1997-03-24 | 遠距離通信システム |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9087224A Expired - Lifetime JP3020459B2 (ja) | 1985-08-13 | 1997-03-24 | 遠距離通信システム |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US4787927A (ja) |
EP (2) | EP0272258B1 (ja) |
JP (2) | JPH1032361A (ja) |
AT (2) | ATE81114T1 (ja) |
AU (2) | AU607895B2 (ja) |
DE (1) | DE3650765T2 (ja) |
GB (4) | GB2199029B (ja) |
WO (2) | WO1987001246A1 (ja) |
Families Citing this family (96)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT1191998B (it) * | 1986-04-10 | 1988-03-31 | Cselt Centro Studi Lab Telecom | Procedimento e apparecchiatura per la produzione di preforme per fibre ottiche operanti nella regione spettrale del medio infrarosso |
US4936650A (en) * | 1986-04-24 | 1990-06-26 | British Telecommunications Public Limited Company | Optical wave guides |
GB8610053D0 (en) * | 1986-04-24 | 1986-05-29 | British Telecomm | Glass fibre |
GB8613192D0 (en) * | 1986-05-30 | 1986-07-02 | British Telecomm | Optical resonating device |
CA1294802C (en) * | 1986-06-04 | 1992-01-28 | Benjamin J. Ainslie | Optical waveguides and their manufacture |
GB8622745D0 (en) * | 1986-09-22 | 1986-10-29 | Plessey Co Plc | Bistable optical device |
GB2210613B (en) * | 1987-09-25 | 1991-08-14 | Gen Electric Co Plc | Manufacture of optical fibre preforms |
FR2621909B1 (ja) * | 1987-10-16 | 1990-01-19 | Comp Generale Electricite | |
GB8724736D0 (en) * | 1987-10-22 | 1987-11-25 | British Telecomm | Optical fibre |
GB8808762D0 (en) * | 1988-04-13 | 1988-05-18 | Southampton University | Glass laser operating in visible region |
US5282079A (en) * | 1988-06-10 | 1994-01-25 | Pirelli General Plc | Optical fibre amplifier |
IT1219404B (it) * | 1988-06-27 | 1990-05-11 | Sip | Procedimento e apparecchiatura per la fabbricazione di fibre ottiche in silice |
GB2220789B (en) * | 1988-07-15 | 1992-08-26 | Stc Plc | Low coherence optical source |
FR2638854B1 (fr) * | 1988-11-10 | 1992-09-04 | Comp Generale Electricite | Amplificateur laser a fibre optique dopee |
GB2226309A (en) * | 1988-12-01 | 1990-06-27 | Stc Plc | Optical fibre manufacture |
JPH0758377B2 (ja) * | 1988-12-12 | 1995-06-21 | 日本電信電話株式会社 | 光ファイバ型光増幅器 |
GB2236895A (en) * | 1989-07-13 | 1991-04-17 | British Telecomm | Optical communications system |
US5087108A (en) * | 1989-08-11 | 1992-02-11 | Societa' Cavi Pirelli S.P.A. | Double-core active-fiber optical amplifier having a wide-band signal wavelength |
GB2236426B (en) * | 1989-09-20 | 1994-01-26 | Stc Plc | Laser source |
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DE69026815T2 (de) * | 1989-11-20 | 1996-09-19 | Fujitsu Ltd | Optischer verstärker |
US5039199A (en) * | 1989-12-29 | 1991-08-13 | At&T Bell Laboratories | Lightwave transmission system having remotely pumped quasi-distributed amplifying fibers |
US5059230A (en) * | 1990-01-22 | 1991-10-22 | At&T Bell Laboratories | Fabrication of doped filament optical fibers |
GB2257803B (en) * | 1990-02-20 | 1993-10-06 | British Telecomm | Tunable optical filters |
AU636961B2 (en) * | 1990-02-20 | 1993-05-13 | British Telecommunications Public Limited Company | Tunable optical filters |
GB9007912D0 (en) * | 1990-04-06 | 1990-06-06 | British Telecomm | A method of forming a refractive index grating in an optical waveguide |
FR2661783A1 (fr) * | 1990-05-02 | 1991-11-08 | Monerie Michel | Dispositif optique, pour l'emission et l'amplification de lumiere dans la gamme 1260-1234nm, a milieu actif contenant du praseodyme. |
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GB2245096A (en) * | 1990-06-01 | 1991-12-18 | Gen Electric Co Plc | Semiconductor laser pump source |
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