JPS61100707A - 光源 - Google Patents
光源Info
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- JPS61100707A JPS61100707A JP60235099A JP23509985A JPS61100707A JP S61100707 A JPS61100707 A JP S61100707A JP 60235099 A JP60235099 A JP 60235099A JP 23509985 A JP23509985 A JP 23509985A JP S61100707 A JPS61100707 A JP S61100707A
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- light source
- core
- fiber
- optical fiber
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
- G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams
- G01C19/72—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams with counter-rotating light beams in a passive ring, e.g. fibre laser gyrometers
- G01C19/721—Details
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06795—Fibre lasers with superfluorescent emission, e.g. amplified spontaneous emission sources for fibre laser gyrometers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
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- Lasers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は光源に関するものである。より詳細にいえば、
本発明は比較的大きな光出力と小さな時間的コヒーレン
スとを有する光源に関するものである。
本発明は比較的大きな光出力と小さな時間的コヒーレン
スとを有する光源に関するものである。
[従来の技術とその問題点]
光ファイバの中に光エネルギを導入するために現在用い
られている光源の中の代表的なものは発光ダイオード(
LED)と半導体レーザ・ダイオードである。発光ダイ
オードの場合、反対伝導形の半導体によってつくられた
接合に、順方向バイアスが加えられた時、電子とホール
が再結合して、特性波長をもった光子が放射される。放
射される光子の波長は、半導体材料の性質と、それらに
ドープされている不純物と、温度とによって定まる波長
を中心として、全体的にガウス形に分布する。
られている光源の中の代表的なものは発光ダイオード(
LED)と半導体レーザ・ダイオードである。発光ダイ
オードの場合、反対伝導形の半導体によってつくられた
接合に、順方向バイアスが加えられた時、電子とホール
が再結合して、特性波長をもった光子が放射される。放
射される光子の波長は、半導体材料の性質と、それらに
ドープされている不純物と、温度とによって定まる波長
を中心として、全体的にガウス形に分布する。
電子とホールの再結合はランダムに起こるので、光出力
は本質的に非コヒーレントである。すなわち、光出力の
時間的コヒーレンスは非常に小さい。
は本質的に非コヒーレントである。すなわち、光出力の
時間的コヒーレンスは非常に小さい。
発光ダイオードは、ある光ファイバ装置に対しては、光
源として用いるのに適している。その理由は、発光ダイ
オードの寸法が小さいので、光ファイバ・コアに結合さ
せるのに都合がよく、および、発光ダイオードを十分高
速にスイッチすることができるので、いろいろなディジ
タル・データ通信に便利に用いることができるからであ
る。(プれども、大抵のLEDによってえられる光の放
射は、それがいわゆる超放mLEDといわれているもの
であっても、光ファイバ・ジャイロスコープのような多
くの光ファイバを用いた応用に対し、全体的に強度が不
十分である。さらに、L E Dによって生ずる光の波
長は温度によって変わる。その性質により、波長の安定
性がそれ程重要でない場合にだ【)L E Dが使われ
ることになり、その応用が限定されることになる。
源として用いるのに適している。その理由は、発光ダイ
オードの寸法が小さいので、光ファイバ・コアに結合さ
せるのに都合がよく、および、発光ダイオードを十分高
速にスイッチすることができるので、いろいろなディジ
タル・データ通信に便利に用いることができるからであ
る。(プれども、大抵のLEDによってえられる光の放
射は、それがいわゆる超放mLEDといわれているもの
であっても、光ファイバ・ジャイロスコープのような多
くの光ファイバを用いた応用に対し、全体的に強度が不
十分である。さらに、L E Dによって生ずる光の波
長は温度によって変わる。その性質により、波長の安定
性がそれ程重要でない場合にだ【)L E Dが使われ
ることになり、その応用が限定されることになる。
L E Dどは異って、半導体レーザ・ダイオードは共
振器のような構造体を有する。この場合には、主軸方向
に沿って放射された光が、共振器の境界内で振動しであ
るパターンの定在波を生じ、先の誘導放射を起こす。共
振器の1つの端部を出ていく光出力は、LEDからの光
出力に比べて放射強度が大きく、かつ、時間的コヒーレ
ンスも大きく、またスペクトル線の幅が小ざい。LED
の場合と同じように、レーザ・ダイオードの光出力の波
長は温度によって変わりうる。
振器のような構造体を有する。この場合には、主軸方向
に沿って放射された光が、共振器の境界内で振動しであ
るパターンの定在波を生じ、先の誘導放射を起こす。共
振器の1つの端部を出ていく光出力は、LEDからの光
出力に比べて放射強度が大きく、かつ、時間的コヒーレ
ンスも大きく、またスペクトル線の幅が小ざい。LED
の場合と同じように、レーザ・ダイオードの光出力の波
長は温度によって変わりうる。
[発明が解決しようとする問題点]
レーザ・ダイオードは、その光出力が大ぎいので、光フ
ァイバ通信装置に用いるのに適している。
ァイバ通信装置に用いるのに適している。
けれども、レーザ・ダイオード光出力の時間的コヒーレ
ンスが比較的大きいために、またスペクトル線の幅が小
さいために、レーり後方散乱により生ずる干渉効果のよ
うな好ましくない散乱効果が生ずることがある。散乱さ
れた光との干渉が好ましくない効果をもたらす光ファイ
バ装置の1つの例は、光ジャイロスコープである。光ジ
ャイロスコープは2ボ一ト光ファイバ回路を有していて
、1つの共通の光源からの光エネルギがそれぞのポート
に送られ、反対向きに進む光ビームがえられる。その後
、光ファイバのそれぞれの端部における光エネルギ出力
が比較され、そして反対向きに進む2つの光ビームの間
の位相差が決定される。
ンスが比較的大きいために、またスペクトル線の幅が小
さいために、レーり後方散乱により生ずる干渉効果のよ
うな好ましくない散乱効果が生ずることがある。散乱さ
れた光との干渉が好ましくない効果をもたらす光ファイ
バ装置の1つの例は、光ジャイロスコープである。光ジ
ャイロスコープは2ボ一ト光ファイバ回路を有していて
、1つの共通の光源からの光エネルギがそれぞのポート
に送られ、反対向きに進む光ビームがえられる。その後
、光ファイバのそれぞれの端部における光エネルギ出力
が比較され、そして反対向きに進む2つの光ビームの間
の位相差が決定される。
この装置が空間内である速さで回転した場合、一方の光
2!iの実効光路長が他方の光路の実行光路長より長く
なり、見かけの相対光路長差がえられる。
2!iの実効光路長が他方の光路の実行光路長より長く
なり、見かけの相対光路長差がえられる。
この見かけの光路長差は伝搬する光の位相差を測定する
ことによって検出することができる。この位相差は回転
の角速度を表す。この位相差は小さいので、散乱された
光によるなんらかの干渉効果があると、角速度を表す位
相差の情報が不確定になることがありうる。
ことによって検出することができる。この位相差は回転
の角速度を表す。この位相差は小さいので、散乱された
光によるなんらかの干渉効果があると、角速度を表す位
相差の情報が不確定になることがありうる。
LEDが光ファイバ・ジャイロスコープのための光源と
して用いられた場合、光ファイバ回路に導入される光エ
ネルギの放射強度が不十分であるために、雑音対信号比
が大きくなり、情報信号がflE音によって不明確にな
るので、非常に小さな角速度の検出が難しくなる場合が
ある。他方、レーザ・ダイオードが光源として用いられ
る場合には、時間的コヒーレンスが比較的大きく、そし
てスペクトル線の幅が特徴的に小さいので、主光ビーム
と散乱光との間にさまざまの形の干渉が起こることが可
能であり、このことはまた角速度信号の解析を困難にす
る場合がある。超放11FIL E Dの場合には、単
一モード・ファイバに導入される光強度は通常のLED
の光強度より大きいが、レーザ・ダイオードの光強度は
どは大きくない。さらに、その時間的コヒーレンス値は
、LEDのコヒーレンス1直とレーザ・ダイオードのコ
ヒーレンス(直との間にある傾向がある。さらに、LE
D、超放射LED、またはレーザ・ダイオードの出力光
の波長が温度によって変ることは、これらの装置の最適
01作に対する障害となる。
して用いられた場合、光ファイバ回路に導入される光エ
ネルギの放射強度が不十分であるために、雑音対信号比
が大きくなり、情報信号がflE音によって不明確にな
るので、非常に小さな角速度の検出が難しくなる場合が
ある。他方、レーザ・ダイオードが光源として用いられ
る場合には、時間的コヒーレンスが比較的大きく、そし
てスペクトル線の幅が特徴的に小さいので、主光ビーム
と散乱光との間にさまざまの形の干渉が起こることが可
能であり、このことはまた角速度信号の解析を困難にす
る場合がある。超放11FIL E Dの場合には、単
一モード・ファイバに導入される光強度は通常のLED
の光強度より大きいが、レーザ・ダイオードの光強度は
どは大きくない。さらに、その時間的コヒーレンス値は
、LEDのコヒーレンス1直とレーザ・ダイオードのコ
ヒーレンス(直との間にある傾向がある。さらに、LE
D、超放射LED、またはレーザ・ダイオードの出力光
の波長が温度によって変ることは、これらの装置の最適
01作に対する障害となる。
前記発明かられかるように、例えばファイバ光ジャイロ
スコープといった等光路長干渉計のような多くの応用に
対し十分に適切である光源をうるために、寸法が小さく
、放射光出力強度が大きく、時局的コヒーレンスが比較
的小さく、滑らかに分布していて線構造のない、かつ温
度によって変化しないスペクトル特性を有する光源が必
要とされる。
スコープといった等光路長干渉計のような多くの応用に
対し十分に適切である光源をうるために、寸法が小さく
、放射光出力強度が大きく、時局的コヒーレンスが比較
的小さく、滑らかに分布していて線構造のない、かつ温
度によって変化しないスペクトル特性を有する光源が必
要とされる。
[問題点を解決するための手段]
本発明による光源は光導波路を有し、この光導波路は単
一モード光ファイバであることが好ましい。1だ、この
光ファイバは、1つの波長の光エネルギを吸収して他の
波長の光を放射するネオジムのような活性レーザ材料で
ドープされたファイバ部分を、モード伝搬と重なるよう
にして有することが好ましい。レーザ・ダイオードのよ
うなポンピング光源が光導波路の入口に結合されるが、
そのさいのポンプ光のレベルは活性レーザ材料゛が光を
放射1゛るようなレベルに制御される。この時に放射さ
れる光は、主として、自然放射の誘導放出によって増幅
された光であるが、その時間的コヒーレンスは比較的小
さい。この時間的コヒーレンスが小さいことは、光ファ
イバの出口端における反(14率が小さいlζめである
。ポンピングレーザ・ダイオードと光ファイバとの間の
光路内に周波数選択反射器4器を設けることができる。
一モード光ファイバであることが好ましい。1だ、この
光ファイバは、1つの波長の光エネルギを吸収して他の
波長の光を放射するネオジムのような活性レーザ材料で
ドープされたファイバ部分を、モード伝搬と重なるよう
にして有することが好ましい。レーザ・ダイオードのよ
うなポンピング光源が光導波路の入口に結合されるが、
そのさいのポンプ光のレベルは活性レーザ材料゛が光を
放射1゛るようなレベルに制御される。この時に放射さ
れる光は、主として、自然放射の誘導放出によって増幅
された光であるが、その時間的コヒーレンスは比較的小
さい。この時間的コヒーレンスが小さいことは、光ファ
イバの出口端における反(14率が小さいlζめである
。ポンピングレーザ・ダイオードと光ファイバとの間の
光路内に周波数選択反射器4器を設けることができる。
この周波数選択反射器の反射率特性は、ポンプ光はコア
の中に透過するが、活性材料によって放射された光はフ
ァイバの出力端部に向けてコアの中へ反射して返すよう
な特性であり、それにより、光出力の放射強度を大きく
することができる。本発明による光源は直径が2ミクロ
ンないし3ミクロン程度に小さくすることができ、そし
てLEDのtli射強度よりずっと大きな放射強度をも
ち、時間的コヒーレンスが小さく、スペクトルに線構造
がなく滑らかでかつ温度が変わってもほとんど・変化し
ない波長分布をもつ・た光エネルギを発生することがで
きる。
の中に透過するが、活性材料によって放射された光はフ
ァイバの出力端部に向けてコアの中へ反射して返すよう
な特性であり、それにより、光出力の放射強度を大きく
することができる。本発明による光源は直径が2ミクロ
ンないし3ミクロン程度に小さくすることができ、そし
てLEDのtli射強度よりずっと大きな放射強度をも
ち、時間的コヒーレンスが小さく、スペクトルに線構造
がなく滑らかでかつ温度が変わってもほとんど・変化し
ない波長分布をもつ・た光エネルギを発生することがで
きる。
したがって、本発明の主要な目的は、光ファイバ装置に
応用可能な改良された光源をうることである。本発明の
その他の目的およびその他の応用領域は添付図面を参照
しての下記の詳細な説明より明らかになるであろう。
応用可能な改良された光源をうることである。本発明の
その他の目的およびその他の応用領域は添付図面を参照
しての下記の詳細な説明より明らかになるであろう。
[実施例]
添付図面において、同等な部品には同じ参照番号がつけ
られている。
られている。
第1図に本発明による光源10が示されている。
光源10は光導波器とポンプ光装置14とを有する。こ
の先導波器は、例えば、選定された長さ「L」 (例え
ば、2αないし20Cm)の光ファイバ12であること
ができ、またポンプ光装置14は光ファイバ12の中に
ポンプ光を導入するためのものである。
の先導波器は、例えば、選定された長さ「L」 (例え
ば、2αないし20Cm)の光ファイバ12であること
ができ、またポンプ光装置14は光ファイバ12の中に
ポンプ光を導入するためのものである。
1つの実施例では、光ファイバ12はコア16とクラツ
ディング18とを有する。このコア16は母体のガラス
材料に活性レーザ材料をドープして製造され、クラツデ
ィング18のコアを取り囲んでいる。または、クラツデ
ィングのコアの近接部に薄い層状に、活性レーザ材料を
含むようにしてもよい。この場合には、単一モードの光
分布は活性材料と重なることになる。好ましい活性材料
はネオジムである。しかし、イッテルビウムやエルビウ
ムのような他の希土類材料もまた適切である。母体ガラ
ス材料の中にドープされる材料の濃度は、下限と上限の
間で任意の値をとることがで七1 きる。この下限
はポンプ光を吸収する長さと、および特定の応用に対し
て要求される過大な長さのために生ずる光損失を避ける
ような長さとがら都合のよい値が定められ、一方、上限
は濃度クエンチングによって定められる。一般的には、
適切な濃度範囲は0.1%(重量パーセント)と30%
(重量パーセン1〜)との間の範囲内である。好ましい
母体ガラス材料はアルカリ・ケイ酸塩ガラス、アルカリ
上類ケイ酸塩ガラスであるけれども、他のケイ酸塩ガラ
ス、ゲルマニウム酸塩ガラス、リン酸ガラス、およびホ
ウ酸塩ガラスも適切である。
ディング18とを有する。このコア16は母体のガラス
材料に活性レーザ材料をドープして製造され、クラツデ
ィング18のコアを取り囲んでいる。または、クラツデ
ィングのコアの近接部に薄い層状に、活性レーザ材料を
含むようにしてもよい。この場合には、単一モードの光
分布は活性材料と重なることになる。好ましい活性材料
はネオジムである。しかし、イッテルビウムやエルビウ
ムのような他の希土類材料もまた適切である。母体ガラ
ス材料の中にドープされる材料の濃度は、下限と上限の
間で任意の値をとることがで七1 きる。この下限
はポンプ光を吸収する長さと、および特定の応用に対し
て要求される過大な長さのために生ずる光損失を避ける
ような長さとがら都合のよい値が定められ、一方、上限
は濃度クエンチングによって定められる。一般的には、
適切な濃度範囲は0.1%(重量パーセント)と30%
(重量パーセン1〜)との間の範囲内である。好ましい
母体ガラス材料はアルカリ・ケイ酸塩ガラス、アルカリ
上類ケイ酸塩ガラスであるけれども、他のケイ酸塩ガラ
ス、ゲルマニウム酸塩ガラス、リン酸ガラス、およびホ
ウ酸塩ガラスも適切である。
コア16の屈折率はクラツディング18の屈折率よりも
大きいように選定される。したがって、コアの中に導入
されたポンピング光と活性材料によって放射された光は
、コアの内部またはその近傍に存在することになる。コ
ア16の直径rDJを決める要因の1つは、それが応用
される具体的状況である。すなわち、光源10の光出力
が導入される光ファイバの直径がコアの直径を決める1
つの要因である。一般的に、コア10の直径は小さい方
がよい。ただし、具体的な応用に対し、ポンプ光が効果
的に結合し、また特定のポンプ光、エネルギ・レベルに
対し、単位面積当りに放射される光エネルギを最大にす
るのに必要な直径をもたなければならない。したがって
、光源10が単一モード光ファイバまたは単一モード光
装置に光を供給する場合には、コア16の直径は、放射
される光の波長において、単一モード光伝搬がえられる
J:うに選定される。単一モード伝搬の場合、コアの直
径はコアとクラツディングの屈折率によって変わる。光
スペクトルの近赤外領域や可視領域の波長の場合、1ミ
クロンないし20ミクロンの直径、または、50ミクロ
、ンに達する直径でさえも、単一モード伝搬がえられる
であろう。もし必要ならば、]コア6の直径は具体的な
応用に対する最小寸法よりは大きくすることができる。
大きいように選定される。したがって、コアの中に導入
されたポンピング光と活性材料によって放射された光は
、コアの内部またはその近傍に存在することになる。コ
ア16の直径rDJを決める要因の1つは、それが応用
される具体的状況である。すなわち、光源10の光出力
が導入される光ファイバの直径がコアの直径を決める1
つの要因である。一般的に、コア10の直径は小さい方
がよい。ただし、具体的な応用に対し、ポンプ光が効果
的に結合し、また特定のポンプ光、エネルギ・レベルに
対し、単位面積当りに放射される光エネルギを最大にす
るのに必要な直径をもたなければならない。したがって
、光源10が単一モード光ファイバまたは単一モード光
装置に光を供給する場合には、コア16の直径は、放射
される光の波長において、単一モード光伝搬がえられる
J:うに選定される。単一モード伝搬の場合、コアの直
径はコアとクラツディングの屈折率によって変わる。光
スペクトルの近赤外領域や可視領域の波長の場合、1ミ
クロンないし20ミクロンの直径、または、50ミクロ
、ンに達する直径でさえも、単一モード伝搬がえられる
であろう。もし必要ならば、]コア6の直径は具体的な
応用に対する最小寸法よりは大きくすることができる。
例えば、コアの直径が4ミクロンである単一モード光フ
ァイバに光源10が結合される場合、コア16は結合を
促進するためにいくらか大きな直径、例えば、6ミクロ
ンを有することができる。一般的に、円形面面のコアの
場合、コアの寸法は の条件によって決定される。ここで、dはコアの直径、
λは放射される光の波長、NAは間口数と呼ばれる数値
であって、nlをコアの屈折率、n2をクラツディング
の屈折率とした時、好ましい実施例におけるポンピング
光装置14は光源20とレンズ22またはそれと同等な
装置を有する。この光源20はレーザ・ダイオードで構
成することができ、そしてレンズ22またはそれと同等
な装置は光ファイバの1つの端部23にレーザ・ダイオ
ードの出力光を進めるための装置である。レーザ・ダイ
オード20からのポンピング光をコア16の中に効率よ
く導入することは、縦形放物状屈折率を有する自己集光
用ファイバレンズ、横形ファイバ・レンズ、またはコア
16上に球形端部をそなえることによっても1qること
かできる。ポンピングレーザ・ダイオード20の出力が
十分に大きいならば、レーザ・ダイオードをコア16に
直接に結合させてもよい。
ァイバに光源10が結合される場合、コア16は結合を
促進するためにいくらか大きな直径、例えば、6ミクロ
ンを有することができる。一般的に、円形面面のコアの
場合、コアの寸法は の条件によって決定される。ここで、dはコアの直径、
λは放射される光の波長、NAは間口数と呼ばれる数値
であって、nlをコアの屈折率、n2をクラツディング
の屈折率とした時、好ましい実施例におけるポンピング
光装置14は光源20とレンズ22またはそれと同等な
装置を有する。この光源20はレーザ・ダイオードで構
成することができ、そしてレンズ22またはそれと同等
な装置は光ファイバの1つの端部23にレーザ・ダイオ
ードの出力光を進めるための装置である。レーザ・ダイ
オード20からのポンピング光をコア16の中に効率よ
く導入することは、縦形放物状屈折率を有する自己集光
用ファイバレンズ、横形ファイバ・レンズ、またはコア
16上に球形端部をそなえることによっても1qること
かできる。ポンピングレーザ・ダイオード20の出力が
十分に大きいならば、レーザ・ダイオードをコア16に
直接に結合させてもよい。
レーザ・ダイオード20の出力光の波長は、具体的な活
性材料の1つの吸収バンドの中にあるように選定される
。例えば、活性材料がネオジムである場合には、レーザ
・ダイオード20の出力光の波長は0.78ミクロン、
0.82ミクロン、または0.88ミクロンに選定され
る。レーザ・ダイオード20の典型的な高強度の出力は
、レンズ22を通り、そして光ファイバ12のコア16
の中に進む。光がコア16の中に入ると、活性材料はそ
の光子を吸収し、そして同時に自らは高い電子エネルギ
状態に励起される。コア16の長さ「シ」は、ポンピン
グレーザ・ダイオード20からのポンピング光の中の事
実上すべての光子が活性レーザ材料によって吸収される
ように、そして出力端25からポンピング光が放射され
ないように選定される。よく知られているーように、励
起された電子は光をtIl射して低いエネルギ状態に遷
移することができ、そして最終的には、特性放射光バン
ドまIこは特性発光波長の光子を放射して基底状態に戻
る。ネオジムの場合には、この特性発光波長は、基本的
には、1.06ミクロンおよび1.35ミクロンである
。自然放射による基底状状態への遷移はランダムに起こ
るので、この自然放射を増幅した光子放出は、本質的に
は、自然発光を増幅したものであって、発生する光は時
間的に非コヒーレントである。コヒーレンスの小さな放
射光の波長は活性材料の発光特性によって定まる主波長
の近くに分布しており、そしてそれらの波長はファイバ
の特性によって変わる。ポンピング光の強度は分布反転
が起こるような強゛度であることが好ましく、それによ
り、自然放射光の誘導放射を起こすことなく、自然放射
よりはむしろ増幅された自然放射を伝搬する状態が実現
する。光ファイバの出力ポートに現われる光エネルギは
しEDの出力に比べて大きな放射強度を有しており、レ
ーザ・ダイオードの特性スペクトル線出力よりは広いス
ペクトル分布を有し、そして一般的には、温度に依存し
ない主波長を有する。出力ポートは光ファイバの形で定
まるから、この光源10は他の光ファイバまたは他の装
置に密接結合するのにも適しており、または他のファイ
バとファイバの結合器または他の接続器と共に使用する
のにも適している。
性材料の1つの吸収バンドの中にあるように選定される
。例えば、活性材料がネオジムである場合には、レーザ
・ダイオード20の出力光の波長は0.78ミクロン、
0.82ミクロン、または0.88ミクロンに選定され
る。レーザ・ダイオード20の典型的な高強度の出力は
、レンズ22を通り、そして光ファイバ12のコア16
の中に進む。光がコア16の中に入ると、活性材料はそ
の光子を吸収し、そして同時に自らは高い電子エネルギ
状態に励起される。コア16の長さ「シ」は、ポンピン
グレーザ・ダイオード20からのポンピング光の中の事
実上すべての光子が活性レーザ材料によって吸収される
ように、そして出力端25からポンピング光が放射され
ないように選定される。よく知られているーように、励
起された電子は光をtIl射して低いエネルギ状態に遷
移することができ、そして最終的には、特性放射光バン
ドまIこは特性発光波長の光子を放射して基底状態に戻
る。ネオジムの場合には、この特性発光波長は、基本的
には、1.06ミクロンおよび1.35ミクロンである
。自然放射による基底状状態への遷移はランダムに起こ
るので、この自然放射を増幅した光子放出は、本質的に
は、自然発光を増幅したものであって、発生する光は時
間的に非コヒーレントである。コヒーレンスの小さな放
射光の波長は活性材料の発光特性によって定まる主波長
の近くに分布しており、そしてそれらの波長はファイバ
の特性によって変わる。ポンピング光の強度は分布反転
が起こるような強゛度であることが好ましく、それによ
り、自然放射光の誘導放射を起こすことなく、自然放射
よりはむしろ増幅された自然放射を伝搬する状態が実現
する。光ファイバの出力ポートに現われる光エネルギは
しEDの出力に比べて大きな放射強度を有しており、レ
ーザ・ダイオードの特性スペクトル線出力よりは広いス
ペクトル分布を有し、そして一般的には、温度に依存し
ない主波長を有する。出力ポートは光ファイバの形で定
まるから、この光源10は他の光ファイバまたは他の装
置に密接結合するのにも適しており、または他のファイ
バとファイバの結合器または他の接続器と共に使用する
のにも適している。
第1し4の光mioの変更実施例が第2図に示されてい
る。第2図において、光源は参照番号10′によって全
体的に示されている。光源10′の構造は、レンズ22
とコア16との間に2色性反川器24が配置されている
以外は、第1図の光源と同じ構造を有する。反射器24
の特性は、ポンピング光に対してはそれが反射器24を
透過して活性材料でドープされたコア16の中に入って
いき、そこで前記説明のように、時間的にインコヒーレ
ントな光を発生ずるように選定される。反IJIP!i
24は、コア16内で発生した光エネルギに処1しては
それを反射してコアの中へ戻し、それで光出力を増大さ
ける。コア16の1つの端部で反射が起こるけれども、
レーザ発振を起こさVるような条件は存在していなり、
シたがって、増幅された自然放射による光の発生に導く
条件が保持される。
る。第2図において、光源は参照番号10′によって全
体的に示されている。光源10′の構造は、レンズ22
とコア16との間に2色性反川器24が配置されている
以外は、第1図の光源と同じ構造を有する。反射器24
の特性は、ポンピング光に対してはそれが反射器24を
透過して活性材料でドープされたコア16の中に入って
いき、そこで前記説明のように、時間的にインコヒーレ
ントな光を発生ずるように選定される。反IJIP!i
24は、コア16内で発生した光エネルギに処1しては
それを反射してコアの中へ戻し、それで光出力を増大さ
ける。コア16の1つの端部で反射が起こるけれども、
レーザ発振を起こさVるような条件は存在していなり、
シたがって、増幅された自然放射による光の発生に導く
条件が保持される。
第1図および第2図の光源10 d3よび10’はいろ
いろな光ファイバ装置およびいろいろな光装置に応用す
るのにも適している。このような装置の1つは光ジャイ
ロスコープであって、その概要図が第3図に示されてい
る。この装置は、全体的に、30で示されている。光ジ
ャイロスコープおよびそれに関連したリング干渉計は米
国特許第4.013.365号に詳細に開示されている
。
いろな光ファイバ装置およびいろいろな光装置に応用す
るのにも適している。このような装置の1つは光ジャイ
ロスコープであって、その概要図が第3図に示されてい
る。この装置は、全体的に、30で示されている。光ジ
ャイロスコープおよびそれに関連したリング干渉計は米
国特許第4.013.365号に詳細に開示されている
。
第3図に示されているように、光ジャイロスコープ30
は光ファイバ導波路32の少なくとも1つのコイルまた
はループを有している。このループのそれぞれの端部3
4および36は入力ポートおよび出力ポートを定めてい
る。端部34および36はビーム・スプリッタ38の反
対の側面上にある。第2図の光源10′のような本発明
による光源はビーム・スプリッタ38に向(プて光を進
めるように配置され、一方、検出器4oはビーム・スプ
リッタから出てくる光エネルギを受取るように配置され
る。
は光ファイバ導波路32の少なくとも1つのコイルまた
はループを有している。このループのそれぞれの端部3
4および36は入力ポートおよび出力ポートを定めてい
る。端部34および36はビーム・スプリッタ38の反
対の側面上にある。第2図の光源10′のような本発明
による光源はビーム・スプリッタ38に向(プて光を進
めるように配置され、一方、検出器4oはビーム・スプ
リッタから出てくる光エネルギを受取るように配置され
る。
この装置が動作のさいには、光源10からの放射強度が
大きく、時間的なコヒーレンスの小さな出力光がビーム
・スプリッタ38に向って進む。
大きく、時間的なコヒーレンスの小さな出力光がビーム
・スプリッタ38に向って進む。
ビーム・スプリッタ38は光の一部分を透過して端部3
4に進め、同時に光の残りの部分を反射して端部36に
向けて進める。このことにより、光導波路32の中に反
対方向に進む2つの光ビームがえられる。時計回り方向
に進む光ビームは端部36を通って光導波路32から出
て、モしてご一ム・スプリッタ38を透過して検出器4
0の中に入る。同様に、反時計回り方向に進む光ビーム
は端部34を通って光導波路32から出て、そしてビー
ム・スプリッタ38によって反射されて検出器40の中
に入る。第3図の装置が相対的空間回転を受けるならば
、反対方向に進む2つの光ビームの中の1つのビームの
実効光路長は長くなり、一方、旧のビームの実効光路長
は短くなり、見か()の光路長差が生ずる。検出器40
は時計回り方向の光路を進む光ビームと反時計回り方向
の光路を進む光ビームとの複合ビームを実効的に受は取
フ 9、工、工、:’Dえ、ア42.4□0−一お1
゜る空間回転の結果として生ずる位相変化の差を検出す
る。この位相変化は反対方向に進む2つの光ビームの間
の変位を表し、また相対的空間回転を表す。
4に進め、同時に光の残りの部分を反射して端部36に
向けて進める。このことにより、光導波路32の中に反
対方向に進む2つの光ビームがえられる。時計回り方向
に進む光ビームは端部36を通って光導波路32から出
て、モしてご一ム・スプリッタ38を透過して検出器4
0の中に入る。同様に、反時計回り方向に進む光ビーム
は端部34を通って光導波路32から出て、そしてビー
ム・スプリッタ38によって反射されて検出器40の中
に入る。第3図の装置が相対的空間回転を受けるならば
、反対方向に進む2つの光ビームの中の1つのビームの
実効光路長は長くなり、一方、旧のビームの実効光路長
は短くなり、見か()の光路長差が生ずる。検出器40
は時計回り方向の光路を進む光ビームと反時計回り方向
の光路を進む光ビームとの複合ビームを実効的に受は取
フ 9、工、工、:’Dえ、ア42.4□0−一お1
゜る空間回転の結果として生ずる位相変化の差を検出す
る。この位相変化は反対方向に進む2つの光ビームの間
の変位を表し、また相対的空間回転を表す。
第3図の応用において、本発明による光源により、小さ
な角速度および大きな角速度を高い精度で決定できる、
大きな放射強度の光ビームをうろことができる。出力光
は時間的なコヒーレンスが小さく、かつ、波長に対する
スペクトルが滑らかで線構造のない特性であるので、散
乱による干渉効果を避けることができる。この散乱によ
る干渉効果がもしあると、情報信号を識別することが国
難になることがある。さらに、半導体L E Dやレー
ザ・ダイオードに比べて、出力が比較的温度に依存しな
いことは装置の動作を最良にするのに貢献している。
な角速度および大きな角速度を高い精度で決定できる、
大きな放射強度の光ビームをうろことができる。出力光
は時間的なコヒーレンスが小さく、かつ、波長に対する
スペクトルが滑らかで線構造のない特性であるので、散
乱による干渉効果を避けることができる。この散乱によ
る干渉効果がもしあると、情報信号を識別することが国
難になることがある。さらに、半導体L E Dやレー
ザ・ダイオードに比べて、出力が比較的温度に依存しな
いことは装置の動作を最良にするのに貢献している。
前記レーザ・ダイオードの他に、レーザ形の光源、例え
ば、クライストロン・イオン・レーザや、非レーザ形の
光源を含むいろいろなポンピング光源を、ポンピングエ
ネルギを供給するのに用いることができる。導波路に対
するポンピング・エネルギの横結合を用いることもでき
る。ただし、この場合にはポンピング・エネルギの利用
効率は多少低下する。導波路またはファイバの1つの端
部の反射率を大きくし、一方、出力端部の反射率を小さ
くすることができる。例えば、ファイバ部分の出力端部
をある角度で切断し、そしてそれに反射防止膜を被覆す
る、または屈折率整合用液体の中に浸1“1ことができ
る。
ば、クライストロン・イオン・レーザや、非レーザ形の
光源を含むいろいろなポンピング光源を、ポンピングエ
ネルギを供給するのに用いることができる。導波路に対
するポンピング・エネルギの横結合を用いることもでき
る。ただし、この場合にはポンピング・エネルギの利用
効率は多少低下する。導波路またはファイバの1つの端
部の反射率を大きくし、一方、出力端部の反射率を小さ
くすることができる。例えば、ファイバ部分の出力端部
をある角度で切断し、そしてそれに反射防止膜を被覆す
る、または屈折率整合用液体の中に浸1“1ことができ
る。
光ファイバ装置や光装置に用いるのに適合した8効率光
源が本発明によりえられることが前記説明かられかるで
あろう。本発明によるこの光源により、その他の目的ら
満されるが、主要な目的は完全に満される。本発明の範
囲内において、例示された実IM I91にさまざまの
変更のなしうろことは明らかであろう。したがって、前
記説明と添付図面は好ましい実施例を例示しただけであ
って、それに限定されることを意味するものではない。
源が本発明によりえられることが前記説明かられかるで
あろう。本発明によるこの光源により、その他の目的ら
満されるが、主要な目的は完全に満される。本発明の範
囲内において、例示された実IM I91にさまざまの
変更のなしうろことは明らかであろう。したがって、前
記説明と添付図面は好ましい実施例を例示しただけであ
って、それに限定されることを意味するものではない。
本発明の範囲は特許請求の範囲によって定められること
を特に断っておく。
を特に断っておく。
[発明の効果]
光ファイバ装置のための従来の光源として発光ダイオー
ド、超放射発光ダイオードおよび半導体レーザ・ダイオ
ードが用いられている。これらの光源は光出力強度が不
十分であるか、または光出力強度が十分に大きくても時
間的コヒーレンスが大きく、それにより後方散光と主ビ
ーム光との干渉による好ましくない効果のために、光フ
ァイバ装置に対しては高品質の光源とはいえない。また
、これらの光源の特性は温度によって変化し、これも装
置の最適動作に対し好ましくない効果をもつ。
ド、超放射発光ダイオードおよび半導体レーザ・ダイオ
ードが用いられている。これらの光源は光出力強度が不
十分であるか、または光出力強度が十分に大きくても時
間的コヒーレンスが大きく、それにより後方散光と主ビ
ーム光との干渉による好ましくない効果のために、光フ
ァイバ装置に対しては高品質の光源とはいえない。また
、これらの光源の特性は温度によって変化し、これも装
置の最適動作に対し好ましくない効果をもつ。
本発明による光源は、寸法が小さく、放射″光強度が大
きく、時間的コヒーレンスが比較的小さく、スペクトル
特性は線状スペクトルのような構造をもたなくて滑らか
でありかつ温度による変化も極めて小さい光源であって
、干渉計等の多くの応用に対して適切な高品質の光源で
ある。
きく、時間的コヒーレンスが比較的小さく、スペクトル
特性は線状スペクトルのような構造をもたなくて滑らか
でありかつ温度による変化も極めて小さい光源であって
、干渉計等の多くの応用に対して適切な高品質の光源で
ある。
第1図は本発明による光源の側面概要図、第2図は第1
図の光源の1つの変更実施例の側面図、 第3図は第1図および第2図示された光源を用いIこ光
ファイバ・ジャイロスコープの平面概要図[符号の説明
1 12.32・・・光導波路、光ファイバ、14・・・ポ
ンプ光装置、18・・・クラツディング、22・・・集
光指向装置、レンズ、 24・・・波長選択反射器、 32・・・光ファイバ尋波路、 38・・・光ビーム・スプリッタ 40・・・検出器
図の光源の1つの変更実施例の側面図、 第3図は第1図および第2図示された光源を用いIこ光
ファイバ・ジャイロスコープの平面概要図[符号の説明
1 12.32・・・光導波路、光ファイバ、14・・・ポ
ンプ光装置、18・・・クラツディング、22・・・集
光指向装置、レンズ、 24・・・波長選択反射器、 32・・・光ファイバ尋波路、 38・・・光ビーム・スプリッタ 40・・・検出器
Claims (24)
- (1)コアとクラッディングとをそなえ、かつ、導波路
の伝搬モードと重なるように配置された活性材料を有す
る光導波路であって、前記材料が少なくとも1つの波長
の光を吸収しかつ少なくとも1つの他の波長の光を放射
する前記光導波路と、前記1つの波長を提供する光源か
ら前記導波路の入力位置にポンプ光エネルギを集光指向
させて前記材料によって吸収させる装置であって、前記
のように集光指向された光の強度が十分強くて前記導波
路の出力位置から前記材料によって増幅された自然放射
がえられる前記装置と、 を有する光源。 - (2)特許請求の範囲第1項において、前記光導波路が
光ファイバである光源。 - (3)特許請求の範囲第1項において、前記コアの直径
が20ミクロン以下である光源。 - (4)特許請求の範囲第1項において、前記材料が希土
類イオンである光源。 - (5)特許請求の範囲第4項において、前記材料の濃度
が0.1重量%から30重量%の範囲内にある光源。 - (6)特許請求の範囲第1項において、前記光導波路が
光ファイバであり、かつ、前記材料がニオジムである光
源。 - (7)特許請求の範囲第6項において、前記ポンプ光源
により0.78ミクロン、0.82ミクロン、または0
.88ミクロンを含んだ波長のポンプ光が供給される光
源。 - (8)特許請求の範囲第1項において、前記材料がニオ
ジム、テルビウム、およびエルビウムから成る群の中か
ら選定された材料である光源。 - (9)特許請求の範囲第1項において、前記コアがアル
カリ・ケイ酸化物やアルカリ土類・ケイ酸化物で製造さ
れ、かつ、前記材料がネオジム、イッテルビウム、およ
びエルビウムから成る群の中から選定された材料である
光源。 - (10)特許請求の範囲第1項において、前記光導波路
の前記2つの位置の間の距離が前記集光指向装置によっ
てえられるポンプ光を前記出力位置の前で事実上全部吸
収するのに十分な選定された長さを有する光源。 - (11)特許請求の範囲第10項において、前記光導波
路が前記選定された長さの光ファイバであり、かつ、前
記入力位置および前記出力位置が前記ファイバの両側端
部である光源。 - (12)特許請求の範囲第10項において、前記選定さ
れた長さが2センチメートルと20センチメートルとの
間の範囲の中にある光源。 - (13)特許請求の範囲第10項において、前記ポンプ
光が前記光導波路の1つの端部に導入され、かつ、波長
選択反射器装置がポンプ光を集光指向するための前記装
置と前記光導波路の前記1つの端部との間に配置されて
ポンプ光を前記光導波路の中に透過し一方前記コアの内
部で放射された光エネルギを前記コアの中に反射して返
す光源。 - (14)特許請求の範囲第13項において、前記波長選
択反射器が2色性フィルタである光源。 - (15)第1端部と第2端部とをそなえかつコアとクラ
ッディングとをそなえかつファイバの伝搬モードと重な
るように配置された活性材料を有する有限長の光ファイ
バであって、前記材料が少なくとも1つの波長の光を吸
収しかつ少なくとも1つの他の波長の光を放射する前記
光ファイバと、前記材料によって吸収されるためにポン
プ光エネルギを前記1つの波長を供給する光源から第1
端部の近くの前記ファイバの中に集光指向して進めるた
めの装置であって、前記ポンプ光の強度が十分に大くて
前記第2端部から前記材料によって増幅された自然放射
光がえられる前記装置と、を有する光源。 - (16)特許請求の範囲第15項において、前記コアの
直径が20ミクロン以下である光源。 - (17)特許請求の範囲第16項において、前記光ファ
イバの長さが2センチメートルより長い光源。 - (18)特許請求の範囲第15項において、前記1つの
端部が反射性であり、かつ、前記他の端部が非反射性で
ある光源。 - (19)コアとそれを取り囲むクラッディングとを有す
る選定された長さの光ファイバであって、前記クラッデ
ィングの屈折率が前記コアの屈折率より大きく、かつ、
前記コアの直径が20ミクロン以下であり、かつ、前記
ファイバが活性レーザ材料で少なくとも部分的にドープ
されている前記光ファイバと、 前記コアの中にドープされた前記材料の吸収バンド内の
与えられた波長を有する光源からのポンプ光が前記活性
レーザ材料によって吸収されるために1つの位置に集光
指向して進めるための装置であって、前記ポンプ光の強
度が十分に大くて前記活性レーザ材料により前記第1位
置から隔った別の位置において前記コアから主として非
コヒーレントである光が放射される前記装置と、 を有する非常に明るくてかつ事実上点状である光源。 - (20)特許請求の範囲第19項において、前記光ファ
イバが十分に長くて前記集光指向装置によってえられる
前記ポンプ光の事実上全部が前記別の位置に達する前に
吸収される点光源。 - (21)特許請求の範囲第20項において、入力位置と
出力位置との間の前記間隔が2センチメートルと20セ
ンチメートルとの間の範囲の中にある点光源。 - (22)特許請求の範囲第20項において、前記光ファ
イバが単一モード光ファイバである点光源。 - (23)ある領域を取り巻く光ファイバと、光源からの
光を前記光ファイバ内を反対向きに進行する複数個の光
ビームに分割するための装置と、反対向きに進行する前
記光ビームの間の差を検出するための装置とを有する形
式の光ジャイロスコープのための光源であって、 コアとクラッディングとを有し、かつ、前記光ファイバ
の中を伝搬する単一モードと重なるように配置された活
性レーザ材料を有する単一モード光ファイバと、 前記活性レーザ材料によって吸収されるために光源から
の光が前記ファイバの中にポンピングのために供給され
るように前記ファイバに結合された装置であって、前記
ポンピング光の強度が十分に強くて前記活性材料によっ
て前記ファイバの離れた端部から増幅された自然放射が
行なわれる前記装置と、 を有する光源。 - (24)時間的なコヒーレンスは小さくかつ強度の大き
な光を発生するための方法であって、 コアとクラッディングとを有し、かつ、1つの波長の光
を吸収しおよび別の波長の光を放射する活性材料を有す
る光導波路をそなえることと、与えられた位置において
前記1つの波長の光を前記ファイバの中に前記材料によ
って吸収されるためにポンピングしそれにより前記別の
波長の光を放射させ、そのさい制御された前記ポンピン
グ光の強度により前記ファイバ内で前記与えられた位置
とは離れた別の位置から大幅に増幅された自然放射光が
えられる前記1つの波長の光の前記ポンピングを行なう
ことと、 の各段階を有する前記方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US663345 | 1984-10-22 | ||
US06/663,345 US4637025A (en) | 1984-10-22 | 1984-10-22 | Super radiant light source |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61100707A true JPS61100707A (ja) | 1986-05-19 |
JPH07117620B2 JPH07117620B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=24661424
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60235099A Expired - Lifetime JPH07117620B2 (ja) | 1984-10-22 | 1985-10-21 | 光 源 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4637025A (ja) |
EP (1) | EP0179320B1 (ja) |
JP (1) | JPH07117620B2 (ja) |
CA (1) | CA1247576A (ja) |
DE (2) | DE179320T1 (ja) |
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