JPS63220586A

JPS63220586A - Ｎｄ添加フアイバレ−ザ装置

Info

Publication number: JPS63220586A
Application number: JP5219187A
Authority: JP
Inventors: Yasuro Kimura; 康郎木村; Masataka Nakazawa; 正隆中沢; Yoshiyuki Aomi; 青海　恵之
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-03-09
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1988-09-13

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。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は光ファイバをレーザ媒質とする低光人力動作の
レーザ装置に関するものである。

［従来の技術］従来の光ファイバに希土類イオンを添加し、その光ファ
イバなレーザ媒質として光共振器を構成して低入力励起
光でレーザ発振することが知られている。（参考文献（
１）、　Ｍｅａｒｓ、　Ｒ，Ｊ、、ｅｔ　ａｌ、。

’Ｎｅｏｄｙｍｊｕｎ−ｄｏｐｅｄ　５ｉｌｉｃａ　ｓ
ｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ’、　
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｌｅｔｔ、、１９Ｂ５．１５．　ｐ
ｐ７３８−７４０゜（２）、　Ｌ、Ｒｅｅｋｉｅ、　ｅ
ｔ　ａｌ、、　’Ｔｕｎａｂｌｅ　ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏ
ｄｅｆｉｂｅｒ　１ａｓｅｒｓ’、　Ｊ、Ｌｉｇｈｔｗ
ａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌ、、　ＬＴ−４，７゜９５６−
９６０　（１９８６）　、）これらのファイバレーザの
媒質には、ＭＣＶＤ法或いはＶＡＤ法によってＮｄをコ
ア部分に添加したファイバを用いている。（参考文献（
３）、　Ｓ、Ｂ、Ｐｏｏｌｅ、　ｅｔ　ａｌ、、　　’
Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉ
ｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ　０ｐｔｉｃａ
ｌ　ＦｉｂｅｒｓＣｏｎｔａｉｎｉｎｇ　Ｒａｒｅ−Ｅ
ａｒｔｈ　　Ｉｏｎｓ’、　　Ｊ、　　Ｌｉｇｈｔｗａ
ｖｅＴｅｃｎｏｌ、、　ＬＴ４，７．８７０−８７６（
＋９８６）、）このレーサ媒質の特長は、石英系ガラス
にＮｄを添加しであるため、Ｎｄの添加量を増加すると
蛍光寿命の中で短寿命成分が増加することが知られてい
る。この現象は濃度消光と呼ばれ、石英ガラス中のＮｄ
がレーザ活性イオンのＮｄ３＋の形では入らずＮｄの微
少クラスターを作っていることを示す。このためレーザ
媒質としてＮｄ３＋イオンを高濃度に添加できず、高効
率および出力の増大という点で欠点となる。（参考文献
（４）、泉谷他°レーザ・ガラス′、固体物理５、　ｖ
ｏｌ、１８．　ｐ、４３−５２．１９８３．　（５）、
荒井゛プラズマトーチＣＶＤ法による活性イオンドープ
石英ガラスの合成とその物理’　、ＣＥＲＡＭＩＣ５Ｊ
ＡＰＡＮセラミックス、　２１　（１９８Ｂ）　Ｎｏ、
５．）［発明が解決しようとする問題点］本発明はレーザ媒質のレーザ活性イオンＮｄ３＋の高濃
度化による従来の濃度消光を解決し、低閾値、高出力フ
ァイバレーザ装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するだめの手段］このような目的を達成するために、本発明は、２つの反
射鏡と、その間に挿入されたレーザ媒質としての石英系
光ファイバとによって構成される光共振器と、共振器の
片端から励起光を入射する励起用光源とからなるファイ
バレーザ装置において、石英系光ファイバは少なくとも
コアにＮｄとともにＰを添加した光ファイバであること
を特徴とする。

［作　用］本発明によればＮｄを高濃度に添加しても、Ｐの同時添
加によって濃度消光が起こらず、高出力のファイバレー
ザ装置を得ることができる。

［実施例］以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例を説明する図であって、
１は励起用光源、２は結合用レンズ、３は入射側反射鏡
、４は例えばＧｅを添加して屈折率分布をもたせた石英
系光ファイバであり、少なくともコアにＮｄおよびＰが
添加されている。５は出射側反射鏡、６は励起光、７は
レーザ出力光である。これを動作させるには、励起光を
結合用レンズ２を通して光ファイバ４に導入し、Ｎｄ３
＋のエネルギー準位に反転分布を作る。励起光を増加す
ると、誘電体多層膜からなる反射鏡３および５で光共振
器が形成されているためレーザ発振が生じる。前述した
参考文献（１）および（２）ではレーザ媒質となる石英
系光ファイバにＮｄのみを添加してあった。このためＮ
ｄの濃度を増加すると濃度消光によフてレーザ媒質の特
性が劣化した。木実施例では、ＮｄとともにＰを添加し
であるため、Ｎｄの増加による濃度消光を抑制でき、レ
ーザ活性イオンＮｄ３＋を増加させることが可能となる
。

第２図はＭＣＶＤ法によって作製した石英系光ファイバ
にＰの添加の有無と添加した場合にＮｄ濃度を増加させ
たときの蛍光特性を示す。ＰおよびＮｄの濃度はコア中
の濃度を示す。濃度消光を生じるのは、５ｔ（ｈの網目
構造中に孤立して入ったＮｄ３＋が、充分に酸素イオン
を配位させることができずに、網目構造にひずみを与え
るような高エネルギー状態、すなわち不安定状態にあり
、そのためＮｄ３＋が互いに会合し、クラスターを作る
ことによって安定な状態を形成するようになるからであ
る。一方、ＰをＮｄとともに添加することによって高エ
ネルギー状態のＮｄ３＋にＰが相互作用し、高エネルギ
ー状態を緩和し、５ＪＯ２の網目構造に入るひずみを抑
制すると考えられる（参考文献（５）参照）。このひず
みによる影響は蛍光特性の長波長側への移動となって現
われる。第２図に示したようにＰを添加することによっ
て蛍光波長が短波長側へ移動していることがわかる。ま
た、Ｐの濃度を一定にしてＮｄの添加量を増加していく
と、蛍光波長が長波長側へ移動していくことがわかる。

これはＰによりて緩和されないＮｄ３＋の高エネルギー
状態が増加していくこと、すなわち５ｉｎ２の網目構造
にひずみが増加していくことを示している。この結果か
らＰを添加することによって、光ファイバはリン酸塩ガ
ラスの性質に近づくことがわかる。この結果から明らか
なように、従来のＰを添加しない石英系ファイバに比較
してＮｄ”（オンを増加し、高出力化が可能となること
がわかる。

第３図は石英系ファイバのコアに、Ｐ２Ｏ５濃度で１４
．２　ｍｏ１％添加したときの損失波長特性を示す（参
考文献（δ）、鈴木他“Ｐ２Ｏ，添加石英系光ファイバ
のラマン散乱特性パ、電子通信学会光量子エレクトロニ
クス研究会、０ＱＥ８５−７０，９．２５−３０．１９
８５）。

損失はレーザ発振する波長領域１μｍ帯において３６Ｂ
／ｋｍであり、Ｐを添加することによる損失増加は、例
えば光ファイバ長を１０ｍとすると０．０３ｄＢとなり
、はとんど無視できる。ＰはＮｄの１５倍の量が必要で
あり、Ｐ２Ｏ５濃度で１４．２ｍｏ１％（ｏｏｏｏｏｐ
ｐｍ）あればＮｄは最大約１ｍｏ１％（１００００ｐｐ
ｍ）まで添加できる。

第４図はコアにＮｄ　（６０ｐｐｍ）およびＰ（１ｍｏ
１％）を添加した光ファイバの損失波長を示す。レーザ
発振をする１μｍ帯において０．０１ｄＢ／ｍ以下とい
う損失を示し、低損失なレーザ媒質であることがわかる
。

第５図から第７図までは、第１図に示した実施例におけ
る反射鏡３および５の一方または双方をファイバの断面
に誘電体多層膜を蒸着したファイバミラーで置きかえた
実施例を示す。第５図では８と９はファイバミラーであ
る。光ファイバ４とは融着接続で接続されている。この
ため、ファイバミラー８と９の両端で光共振器を構成し
、第１図で説明したように、レーザ発振を行う。また、
光ファイバ４の両端に誘電体多層膜を蒸着してもレーザ
発振が可能となる。すなわち、ファイバミラー８および
９はレーザ媒質となる光ファイバ４と反射鏡で構成され
る光共振器の導波路の役目を果たしている。

第６図に示す実施例は入射側に反射鏡を、出射側にファ
イバミラーを用いた構成からなりレーザ発振を行う。第
７図は第６図に示した実施例でＮｄを１１０６０ｐｐ　
、　Ｐを１ｍ０１％添加した光ファイバでのレーザ発振
波長を示す。波長選択を行っていないため、１．０７４
μｍから１．０８３　μｍの波長領域で発振しているこ
とがわかる。励起光源としては波長５１４．５ｎｍのＡ
ｒイオンレーザを使用した。

第８図に示す実施例は入射側にファイバミラーを、出射
側に反射鏡を用いた構成からなりレーザ発振を行う。

第９図では本発明の第５の実施例を示し、１１は超音波
偏光器駆動用発振器、１２は超音波偏光器である。図に
示すように、光共振器内に超音波偏光器が挿入されてお
り、超音波偏光器に高周波電力が加わらないとき光共振
器のＱ値が低くレーザ発振しない状態に反射鏡を調節す
る。次に超音波偏光器に高周波電力が印加されたとき光
共振器のＱ値が高くレーザ発振するようにしておくと、
この超音波偏光器はＱ−スイッチ動作を行うので、Ｑス
イッチ光パルス出力を取り出すことができる。

また、この超音波偏光器をその超音波周波数が、共振器
長をＬとして周波数Ｃ／２Ｌ　（Ｃは光速）で駆動する
と、光共振器内の多数の縦モードの位相を同期させるこ
とができ、パルス幅が１００〜５００ｐｓｅｃ程度のモ
ードロックパルスを取り出すことができる。

第１０図は第５の実施例で示した超音波偏光器１１を２
個共振器内に挿入し、Ｑスイッチとモードロックを同時
に行い、Ｑスイッチ・モードロックパルスを取り出す構
成図である。

第１１図は第７の実施例を示し、１３は複屈折フィルタ
ーである。光共振器内にレーザ光軸に対しブリュウスタ
角で配置し、このフィルタを回転させることによって波
長選択を行う。第３の実施例では、長さ３ｍ、Ｎｄを１
１０６０ｐｐ添加したファイバレーザにより第７図に示
したような１．０７４μｍから１．０８３μｍのレーザ
発振波長が得られたが、同じファイバを用い、第１１図
の構成をとると、複屈折フィルターを回転させることに
よって、この波長領域で発振波長を選択することができ
る。

第２〜第４図および第８図に示した特性図は、コア中に
ＰおよびＮｄを添加させた場合の例であるが、Ｐおよび
Ｎｄは少なくともコア中に添加されることが必要であっ
て、クラッド中に同時に添加されていても、クラッド中
には添加されなくとも、効果に変りはない。

以上の実施例では、励起光にＡｒイオンレーザの５１４
゜５ｎｍの波長を用いたが、励起波長は一般にレーザ発
振波長より短い波長であれは良く、励起効率を考えると
Ｎｄの吸収線に合っていることが望ましい。従って、励
起光源としてはこの他に０．８μｍ帯の半導体レーザ、
或いは可視領域で発振するｄｙｅ　レーザ、或いはクリ
プトンレーザやＨｅ−Ｃｄレーザ等も使用可能である。

［発明の効果］以上説明したように石英系ファイバに１４．２ｍｏ１％
までＰを添加できることから、約１ｍ０１％のＮｄが添
加できる。このようにＮｄを高濃度に添加でき、しかも
濃度消光がないので、これまで発表された３００ｐｐｍ
のＮｄ添加光ファイバ（０，０３ｍｏ１％に相当）での
約３ｍＷに対して、（参考文献（７）、　１．Ｐ、　Ａ
ｌｃｏｃｋｅｔ　ａｌ、、　　”Ｔｕｎａｂｌｅ、　ｃ
ｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ　ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−
ｄｏｐｅｄ　ｍｏｎｏｍｏｄｅ−ｆｉｂｅｒ　１ａｓｅ
ｒ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ａｔＯ，９００−０，９４５
ａｎｄ　１．０７０−１．１３５　μｍ　”　、Ｏｐｔ
、Ｌｅｔｔ。

ｖｏｌ、１１．ｐ、７０９−７１１　（１９８６）　、
）出力が単純にＮｄ濃度に比例するとして約３３倍、　
１００ｍＷの出力が得られるファイバレーザが実現でき
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図はＰの
添加効果を示すＮｄ添加光ファイバの蛍光特性図、第３図はＰを添加した光ファイバの損失波長特性図、第４図はＰとＮｄをともに添加した光ファイバの損失波
長特性図、第５図および第６図はそれぞれ本発明の第２および第３
の実施例の構成図、第７図は第３の実施例におけるレーザ発振の波長特性図
、第８図〜第１１図はそれぞれ本発明の第４〜第７の実施
例の構成図である。１・・・励起用光源、２・・・結合用レンズ、３・・・入射側反射鏡、４・・・ＮｄとＰをともに添加した光ファイバ、５・・
・出射側反射鏡、６・・・励起光、７・・・レーザ出力光、８・・・入射側ファイバミラー、９・・・出射側ファイバミラー、１０・・・結合用レンズ、１１・・・超音波偏光器駆動用発振器、１２・・・超音
波偏光器、１３・・・複屈折フィルター。

Claims

【特許請求の範囲】１）２つの反射鏡とその間に挿入されたレーザ媒質とし
ての石英系光ファイバとによって構成される光共振器と
、該共振器の片端から励起光を入射する励起用光源とか
らなるファイバレーザ装置において、前記石英系光ファ
イバは少なくともコアにＮｄとともにＰを添加した光フ
ァイバであることを特徴とするＮｄ添加ファイバレーザ
装置。２）前記光共振器が少なくとも１個の超音波光偏向器を
含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＮｄ
添加ファイバレーザ装置。３）前記光共振器が複屈折フィルターを含むことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のＮｄ添加ファイバレ
ーザ装置。