JPS63289981A - 希土類添加光フアイバレ−ザ - Google Patents

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、光通信や光ファイバセンサ等の光源として使
用可能な、単一偏波発振する光ファイバレーザに関する
。

〔従来の技術〕

これまで、レーザ発振媒体として光ファイバのコア部に
希土類を含有する構造の単一モード光ファイバを使用し
た光ファイバレーザでは、第２図に示すようにＮｄにお
いて０．９μｍ帯（１つ及び１．１４７ｆＬ帯（１）に
、Ｅｒにおいてはｔ５μｍ帯（２）において、室温下で
連続発振が実現している。なお、第２図は上記従来の光
ファイバレーザの発振スペクトルを波長（μｍ１横軸）
と光強度（任意単位、縦軸）との関係で示すグラフであ
り、１及び１′はＮｄを添加した光ファイバレーザの発
振スペクトル、２はＥｒを添加した光ファイバレーザの
発振スペクトμを示す。例えば、Ｎｄをコア部に１５０
　ｐｐｍ程度含有し、コア・クツラド間の比屈折率差が
約０．３％の単一モード光ファイバをレーザ媒質として
使用した場合、発振効率５５チ（最高値）、最大出力５
ｍＷ（半導体レーザ励起、ＣＷ発振）の特性が得られて
いる。

ところで、実際に光通信や光ファイバセンサへの光源と
して希土類添加単一モード光ファイバレーザを適用する
場合について考えると、レーザ発振光の偏波が一定であ
ることが望棟しい場合がある。例えば、干渉型光ファイ
バジャイロの光源として光ファイバレーザを使用する場
合、レーザ発振光の偏波の安定化はセンサの高感度化高
安定化に必須の条件である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、従来の希土類添加単一モード光ファイバレー
ザは、ファイバ内に偏波保持機能を有してないために外
乱の影響を受けやすくレーザ発振光の偏波安定性に乏し
かった。

本発明の目的は、従来の希土類添加単一モード光ファイ
バレーザが持つレーザ発振光の偏波の不安定さをなくし
た希土類添加光ファイバレーザを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明を概説すれば、本発明は希土類添加光ファイバレ
ーザに関する発明であって、希土類元素を添加した単一
モード光ファイバを発振媒体とする光ファイバレーザに
おいて、当該発振媒体が、５Ｘ１０−″５以上の複屈折
率性を保有すル単−モード光ファイバであって、当該光
ファイバの少なくともコア内に希土類元素を含有してい
ることを特徴とする。

本発明の最も大きな特徴は、希土類添加単一モード光フ
ァイバレーザに用いるファイバ構造として、当該光ファ
イバのコア部に複屈折性を誘起するような構造を用いる
点にある。従来の希土類添加単一モード光ファイバレー
ザとは、ファイバ構造自体が異なる。

複屈折性を誘起するようなファイバ構造とし′では、こ
れまでにコア部の両側に軸対称の位置に応力材・与部を
配置した構造のものが知られている〔例えば、パンダ・
ファイバやボータイ・ファイバ等がある。参考文献とし
ては、ジャーナル・オプ・フィトウェーブ争テクノロジ
ー（Ｊ　、　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ　）第ＬＴ−４巻、第８号、第１０７１〜１０８９頁
（１９８６）等がある〕。本発明の主要な点は、希土類
含有単一モード光ファイバの構造として上述のような応
力付与型偏波保持ファイバ構造を取ることにある。

以下、パンダ・ファイバについて説明をするが、本発明
はこれに限定されない。第３図は、パンダ・ファイバの
断面図である。コア部（５）の両側に応力付与部（４）
があり、全体をクツラド部（３）が覆っている。通常応
力付与部（４）は他の部分よシ熱膨張係数の大きなガラ
ス（例えば、Ｂ、Ｏ，−Ｓｉｎ、　専）が用いられる。

このため、光ファイバを母材から線引きする際の冷却過
程において、応力付与部（４）の熱膨張係数の違いから
コア部（５）に応力が生じる。応力付与部（４）にＢ、
Ｏｓ−５ｉｎ２を用いた石英系ファイバでは、通常コア
部を中心にして２個の応力付与部を結ぶ方向（以後、Ｘ
方向と呼ぶ）には、コア内に引張シ応力が生じ、一方そ
れと直交する方向（以後、ｙ方向と呼ぶ）には圧縮応力
が生じる。

この結果、コア内に異方的な応力が誘起されるため、光
弾性効果のためにコア内に異方的な屈折率分布（複屈折
率性）が生じる。通常、コア部（５）と応力付与部（４
）との距離にもよるがＸｙ力方向の屈折率の差（以後、
モード複屈折率と呼ぶ）はａＯＸｌｏ−５以上、特にａ
ＯＸｌｏ−’〜ｔ　ｏ　ｘ　１ｏ””程度の値を持つ。

この結果、パンダ・ファイバに直線偏波光を伝播させる
際に、Ｉ又はｙ方向に一致させて入射させてやれば、パ
ンダ・ファイバ内の複屈折率性によシ入射光は直線偏波
を安定に保持したままファイバ内を伝播することが可能
となる。更に、コア・クラッド間の屈折率差とモード複
屈折率の値を同程度にしてやれば１方向の偏波成分のみ
を伝播する絶対単−遍波ファイバも可能となる。

次に、このような絶対単−遍波プアイパのコア部に希土
類を添加した構造のファイバをファイパレーザのレーザ
媒質として使用する場合を考える。この場合、励起光に
よυレーザ、共振器内に生じた誘導放出光（レーザ光）
は、Ｘ成分のみファイバ内を伝播可能なため、レーザ共
振器外に取出されるレーザ光も当然直線偏波光となって
いる。また特に絶対単一偏波ファイバのように高いモー
ド複屈折率を持たなくても、応力付与型偏波保持光ファ
イバの曲げ損失の偏波依存性を使ったファイバ型偏光子
〔参考文献オプトエレクトロニクス、第１巻、第２号、
第１７５〜１９４頁（１９８６））の機能を持つように
希土類含有単一モード光ファイバを共振器内で適当に曲
げてやれば良い。このような構造にすれば、共振器外に
取出されるレーザ光は安定な直線偏波を有している。

以下３種類の実施例においては、Ｎｄを取り上ばて実験
を行った結果について示したが、本発明で使用する希土
類元素としてはＮｄ元素のみに限るものではない、Ｎｄ
元素以外に、Ｅｒ、Ｐｒ、ＥｒとＮｄの混合系等のレー
ザ活性な希土類元素が使用できることはいうまでもない
。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により、更に具体的に説明するが
、本発明はこれら実施例に限定されない。

実施例１ 第１図は、本発明の第１の実施例を説明するための装置
構成図であシ、６は励起用半導体レーザ、７は集光用対
物レンズ、８は偏光子、？。

９′は端面ミラーを蒸着しであるコネクタ、１０ハｌＬ
ｄ添加単−モード光ファイバ、１１は検光子、１２は光
検出器、１５は光検出器表示部である。第４−１図は、
本実施例の結果をθ（度、横軸）と光出力（ａ、ｕ、縦
軸）との関係で示すグラフであり、第４−２図は第４−
１図のθを説明する概要図である。１４は光ファイバレ
ーザからの発振光出力、１５は検光子のＸ軸からの角度
、１６はＩ軸である。なお、Ｎｄ添加単一モード光ファ
イバは、第３図に示すようなパンダ型であ夛、コア部（
５）が５ｉＯ１−Ｇｅ０２にＮｄを１００　ｐｐｍ含有
してお夛、クツラド部（３）は５ｉ０２であり、コア・
クラッド間の比屈折率差は１１１３％である。更に、応
力付与部（４）はＳ　ｉ　Ｏ。

−Ｂ、　Ｏ，であり、コア部に誘起されるモード複屈折
率は約４．ＯＸｌ　０−鴫である。

励起用半導体レーザ（６）の出射光（以後、励起光と呼
ぶ）は対物レンズ（７）で一旦平行光にした後、偏光、
子（８）によ）励起光の偏波面をＮｄ添加単一モード光
ファイバ（１０）のＸ軸（１６）に一致させ対物レンズ
を介して入射させた。Ｎｄ添加単一モード光ファイバ（
１０）内部で、誘導放出によシ生じたＶ−ザ光の一部は
コネクタ（９つを通して共振器外部に出射する（以後、
この出射光を発振光と呼ぶ）。発振光は対物レンズ（７
）、検光子（１１）を介して光検出器（１２）によシ発
振光強度を測定した。

第４−１図は、検光子のＩ軸からの回転量に対して発振
光強度の測定値をプロットしたものである。第４−１図
より明らかなように、発振光の偏波面は、Ｉ軸に一致し
ておりその時間安定性も優れていた。

実施例２ 第５図及び第６図は、本発明の第２の実施例を示す図で
ある。すなわち、第５図は波長（μｍ１横軸）と曲げ損
失（ｄＢ　、縦軸）との関係を示すグラフであシ、第６
図は第２の実施例を説明するための装置構成図である。

１７はｙ方向の偏波に対する曲げ損失を、１８はＸ方向
の偏波に対する曲げ損失の特性を示す。第６図において
、１９は集光用ロッドレンズ、２０１ｊＮｄｆｆｉ加単
−モード光ファイバ、２０′は２０にファイバ型偏光子
機能を持たせるための曲げ部分であシ、その他の番号に
ついては、実施例１と同じである。なお、Ｎｄ添加単一
モード光ファイバは、第５図に示すようなパンダ型であ
り、コア部（５）がＳｉｎ！−Ｇｅ０２にＮｄを１００
　ｐｐｍ含有しており、クツラド部（３）は５１０２で
ちゃ、コア・クラッド間の比屈折率差はＱ、２５チであ
る。

更に、応力付与部（４）はＳｉＯ，−Ｂ２０．であシ、
コア部に誘起されるモード複屈折率は約ＸＯＸ１０−４
である。このＮｄ添加単一モード光ファイバを、直径約
２０ｍのコイル状に５回巻（と、ｘｙ両偏波に対する屈
折率の違いから曲げ損失の値も第５図のように両者に違
いが生じる。第６図の２０′の部分はこのようなコイル
状に曲げた部分であり、その特性は第５図に示すとおり
である。

励起用半導体レーザ（６）からの励起光はロットＬ／ン
、”（１９）でＮｄ添加単一モード光ファイバ（２０）
に入射させた。Ｎｄ添加単一モード光ファイバ（２０）
内部で、誘導放出により生じたレーザ光の一部はコネク
タ（９つを通して共振器外部に出射する。発振光はロッ
ドレンズ（１９）を介して光検出器（１２）により発振
光強度を測定した。

得られた発振光強度は、ＩＱｍＮの励起光強度に対して
約４ｍＷであり、発振効率は約５゜チ、発振しきい値は
約１　ｍＷと従来の結果と同程度の特性をもっていた。

なお、発振光の偏波面は、Ｎｄ　ｉ加単−モード光ファ
イバ（２１）　）＜７）１方向に一致しておシ、その時
間安定性も良好であった。これは、第５図での発振光波
長での曲げ損失の差を考えれば、ｙ方向の偏波成分に対
する損失が大きくなるためにこの方向の偏波の発振が抑
制されたためである。

実施例３ 第７図及び第８図は、本発明の第３の実施例を説明する
図である。すなわち、第７図は第３の実施例を説明する
ための装置構成図、第８図は第３の実施例で使用した光
変調器の拡大断面図であり、各図において、２１はＬｉ
Ｎｂ０．製光変調器、２３は光変調器の駆動用発振器、
２４はオシロスコープ、２２はレーザ共振器を構成する
ための誘電体多層膜鏡、２５及び２５′はＴ１添加によ
υ形成した光導波路、２６及び２６′は変調用電極であ
υ、その他の番号については、実施例１及び２と同じで
ある。使用したＮｄ添加単一モード光プアイパ（２０）
は、実施例２と同じである。光変調器（２１）の動作は
、変調用電極（２６，２６′）に電圧が印加されると２
本の光導波路間に結合が生じ、２５に入射した光は２５
′側の光導波路へと移る。この結果、変調用電極（２６
，２６′）に電圧が印加されている間は第７図において
レーザ共振器は形成されない。変調電圧が印加してない
場合に得られた発振光強度は、１ｏｍＷの励起光強度に
対して約３ｍＷであシ、発振効率は約３５チ、発振しき
い値は約１．５１）Ｗであった。一方、１００Ｈｚの変
力４信号を光変調器（２１）に加えると、発振光のピー
ク出力約ｓ　ｏ　ｏ　ｍＷ　、パルス幅３００ｎｓｅｃ
、繰返し１００ＨｚのＱ−３ｗ動作が得られた。この場
合も、発振光の偏波面は、Ｎｄ添加単一モード光ファイ
バ（２０）のＸ軸に一致シており、その時間安定性も良
好であった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のような希土類添加単一モ
ード光ファイバをレーザ発振器の媒体として使用すれば
、大変時間安定性に優れた単一な偏波面で発振するファ
イバ形レーザが容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を説明するための装置
構成図、第２図は、従来の希土類添加単一モード光ファ
イバをレーザ発振媒体として用いた場合の発振スベク）
ｙを示すグラフ、第３図は、パンダ・ファイバの断面図
、第４−１図は、本発明の第１の実施例の結果を示すグ
ラフ、第４−２図は第４−１図のθを説明する概要図、
第５図は、本発明の第２の実施例で使用したパンダ５Ｎ
ｄ添加単一モード光ファイバの曲げ損失の測定値を示す
グラフ、第６図は、本発明の第２の実施例を説明するた
めの装置構成図、第７図は、本発明の第３の実施例を説
明するための装置構成図、第８図は、本発明の第５の実
施例で使用した光変調器の拡大断面図である。 １及び１′；Ｎｄを添加したファイバレーザの発振スペ
クトル、２；Ｅｒを添加したファイバレーザの発振スペ
クトル、３；クラッド部、４；応力付与部、５；コア部
、６：励起用半導体レーザ、７；集光用対物レンズ、８
；偏光子、９，９′；端面ミラーを蒸着しであるコネク
タ、１０及び２ｏ；Ｎａ添加単一モード光ファイバ、１
１；検光子、１２；光検出器、１３；光検出器表示部、
１４；光ファイバレーザからの発振光出力、１５；検光
子のＩ軸からの角度、１６；Ｉ軸、１７；ｙ方向の偏波
に対する曲げ損失、１８；ｘ方向の偏波に対する曲げ損
失、１９；集光用ロッドレンズ、２０′；２０にファイ
バ型偏光子機能を持たせるだめの曲げ部分、２１；Ｌｉ
ＮｂＯ３製光変調器、２２；レーザ共振器を構成するた
めの誘電体多層膜鏡、２３；光変調器の駆動用発振器、
２４；オシロスコープ、２５及びｚｓ′；’ｒｉ添加に
よυ形成した光導波路、２６及び２６′；変調用電極

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、希土類元素を添加した単一モード光ファイバを発振
   媒体とする光ファイバレーザにおいて、当該発振媒体が
   、５×１０＾−＾５以上の複屈折率性を保有する単一モ
   ード光ファイバであつて、当該光ファイバの少なくとも
   コア内に希土類元素を含有していることを特徴とする希
   土類添加光ファイバレーザ。 ２、該光ファイバが、当該光ファイバ内のコアに対し軸
   対称の位置に応力付与構造を有している特許請求の範囲
   第１項記載の希土類添加光ファイバレーザ。 ３、該レーザの共振器内に、少なくとも１ないし２種類
   の光変調器を具備している特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の希土類添加光ファイバレーザ。