JPS63503498A - 光共振素子 - 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】 光共振素子 〔技術分野〕 本発明は共振空胴を用いた光学素子に関する。

〔従来の技術〕

共振空胴を用いた光フィルタが、例えば、アメリカ合衆国特許第３５８９７９４ 号明細書および図面（「光学回路」、エンリフ・エイ・ジエイ°マーカテイリ　 （Ｅｎｒｉｑｕｅ　Ａ　Ｊ　Ｍａｒｃａｔｉｌｉ）、この特許はベル電話研究所 （Ｂｅｌｌ　Ｔｅ１ｅｐｈｏｎｅ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）に！３ｉ！ｆｉ されている）に開示されている。この特許は、空胴の終端反射器を形成するため に光導波路ループを用いた共振空胴を基本とする種々の光フイルタ素子を開示し ている。

この素子の構造により空胴の共振状態が変化し、種々の濾波機能、例えば帯域通 過フィルタ、帯域阻止フィルタ、チャネル・ドロッピング・フィルタその他を実 現することができる。この素子は、基板に埋め込まれた光導波路を用いて容易に 形成できる利点がある。

光共振素子の他の形態として、英国特許第２１８０３９２Ａ号明細書および図面 （メアース（ＲＪλｔｅａｒｓ）他）には、光フアイバ構造を基本とするレーザ 素子が開示されている。この素子は、ファイバにより形成され、その両端が鏡で 終端された光共振空胴により構成される。

この素子は光学的に励起されるレーザ光源として動作し、励起波長と異なる波長 で発振する。

〔発明の開示〕

本発明はファイバを用いたレーザ素子を提供するものであり、光フアイバ共振器 を備え、この光フアイバ共振器には少なくとも一つの光フアイバループ終端構造 が設けられ、この光ファイバループ終端構造は、隣接するポートがループ状の光 路により接続され、選択されたレーザ波長を反射し、選択された励起波長を少な くとも部分的に透過する方向性光導波路結合器を含むことを特徴とする。

光フアイバループ終端構造の反射率は、その波長における方向性結合器の結合比 を適当に選ぶことにより選択でき、結合比が５０　＋　５０のときにはループ終 端構造が理論的に１００％の反射率を示し、結合比が１００：０または０　：　 １００のときにはループ終端構造が完全に透明となり、これらの中間の結合比を もつ結合器を使用することにより任意の反射率が得られる。

レーザ発振波長および励起波長における終端構造の反射率は、結合比に波長選択 性のある方向性結合器を用いることにより選択でき、結合比がレーザ発振波長に おいてほぼ５０　：　５０となり、励起波長ではこの比と異なるようにできる。

レーザ発振波長で反射器として動作する光フアイバループ終端構造を備えた光フ ァイバを用いたレーザ素子は、いくっがの理由から興味深く、共振器と反射器と の間で発生する結合損失を除去または大幅に削減することができ、光導波路反射 器は温度および機械的に安定である。さらに、ファイバループ終端構造の反射率 をレーザ発振波長において少なくとも１００％に非常に近い値に設定し、この一 方で、同時に、励起波長の光を良好に透過させて共振器に供給することができる 。

同様に、他方の終端構造の反射率についても容易に調整でき、レーザの光出力を 通過させるために、レーザ発振波長において所望の反射率を得ることができる。

ある状況では、一方の反射器に従来からの鏡を用いたハイブリッド素子を形成す ることできる。しかし、第一および第二の反射器がそれぞれ光フアイバループ終 端構造を含むことが望ましい。

本発明の最も優れた特徴のひとつとして、励起パワーの供給経路および出力経路 を含む素子全体が連続する光フアイバ導波路を含むことがある。ただし、光フア イバ導波路は、互いに接合された複数の光フアイバ部分を含む。さらに、素子を すべてファイバにより形成できることから、従来からの素子に比較して製造コス トが大幅に削減される。

一例として、一方の反射器を形成するループ終端構造がレーザ発振波長において 実質的に１００％の反射率を示しく損失が零と仮定する）、他方の反射器の反射 率を選択して最適な出力が得られるようにする。この素子は、レーザ発振波長よ り短い波長帯の光により励起される。この励起光は、励起波長帯で透明となるフ ァイバループ終端構造を用いることにより、反射率が１００％の反射器を通して ファイバに結合する。

方向性結合器は、一方の導波路（ファイバ）から他方の導波路に光パワーの一部 を伝達する素子である。これらの素子は、一般に四つのポート、すなわち、光が 伝搬する方向にしたがって二つの「入力」ポートおよび二つの「出力Ｊボートを 備える。結合器は、光が素子を通って左から右または右から左に伝搬するという 意味で、双方向に動作する。したがって、この素子の一方の「入力」に入射した 光は、分割されて双方の「出力」に現れる。これとは逆に、「出力」に入射した 光は双方の「入力」に現れる。二つの「出力」　（または「入力」）ポートを互 いに連結してループを形成した場合には、対応する「入力」（「出力」）に入射 した光は、分割されて反射されて二つの「入力」（「出力」）に戻る。反射され て入射ファイバに戻る光パワーは、光結合器の結合係数に依存する。この結合係 数を変化させることにより、０％ないし１００％のパワー反射率が得られる。

ファイバループ終端構造を用いた方向性結合器には、いくつかの性能がめられる 。結合器は低挿入損失であり　（すなわち、結合器を通過する光の損失量が小さ い）、機械的および温度に対して安定である必要がある。これらの要求を満たす 結合器としては、ファイバを細く加工して溶着した結合器がある。

例えば、第一のファイバ終端構造の結合器が、共振器から一対のポートの一方を 経由して入射した共振波長の放射光のほぼ５０％を他方のポート対の第一および 第二のポートにそれぞれ結合する構成であり、他方の側の反射器の結合器が、共 振空胴に結合されたポートに入射する共振波長の放射光の５０％を他方のボート 対の第一および第二のポートに結合させる構成であることが特に望ましい。

本明細書において、光ファイバは単一モード光ファイバであることが望ましいが 、いくつかの応用例では、多モード光ファイバを用いることもできる。

本明細書において、光という用語は、電磁スペクトラムのうち、一般に可視領域 として知られる領域と共に、可視光の両端の、光ファイバその他の誘電体光導波 路により伝送可能な赤外領域および紫外領域を含む。

本発明のレーザの例を添付図面を参照して従来例と比較して説明する。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は従来例光ファイバ・レーザの構造を示す図。

第２図は本発明実施例レーザの構造を示す図。

〔発明を実施するだめの最良の形態〕

第１図はファイバ・レーザ共振器を示し、この共振器は、不純物がドープされた 光フアイバ共振空胴１を備え、この光フアイバ共振空胴１が一対のレンズ２．３ の間に配置される。レンズ２に隣接して鏡４が配置され、この鏡４はレーザ発振 波長の光をほぼ１００％反射する　（損失が零と仮定する）。レンズ３に隣接し て鏡５が配置され、この鏡５０反射率は、最適な出力が得られるように実験的に 選択される。すなわち、鏡５はレーザ波長における放射光を部分的に透過する。

このレーザ共振器は、その発振波長より短い波長帯の、励起光源６からの光によ り励起される。励起光源６がらの光は、励起波長帯を透過する鏡４を経由して光 ファイバ１に結合する。

第２図は本発明実施例のファイバ・レーザ共振器を示す。第２図の共振器におい て、第１図の共振器と同等の部分については同じ参照番号で示す。この実施例で は、励起光源６は、光ファイバ７および方向性結合器８を経由して、不純物がド ープされた光ファイバ１に結合される。方向性結合器８は二対のポート、すなわ ち第一のポート９．１０および第二のボー［１，１２を備える。一対のポート９ ．１０または１１．１２のいずれか一方に入射した光は、他のボート対に所定の 割合０〜１００％で結合する。そこで、例えば、ポート１１の入射光がポート９ ．１０に結合するとする。ポート９．１ｏは、光ファイバ１３のループを介して 互いに結合される。

方向性結合器８の構造は、この結合器による結合率が正確に５０％のときに、一 つのポートに入射した光のすべてが、その入射経路に沿って戻るようになってい る。したがって、レーザ波長において５０％の結合が生じるように結合器を構成 することにより、この結合器が反射率１００％の鏡として動作する。しかし、結 合器８の結合率は波長に依存するので、励起光源６の波長帯の光を完全に反射す ることはできず、これらの波長が光ファイバ１に結合する。

結合器８と同等の光結合器１４を光ファイバ１の他端に接続する。

この結合器１４の第一のポート１５．１６対の一方のボー目６を光ファイバ１に 接続し、得られた出力光を出力光ファイバ２ｏに通過させるよ′うに、第一の対 の他方のポー目５を解放する。結合器１４の第二のポート１７．１８対は、光フ ァイバ１９のループを経由して互いに結合される。結合器１４により得られる結 合度は、結合器が光ファイバ１から受け取った光の一部力咄カファイバ２ｏに出 射されるように設定する（すなわち、ループが接続された結合器は、レーザ発振 波長において１００％の反射率を示すわけではない）。

方向性結合器の結合率を波長と共に変化させることができる。これを利用して、 励起光をレーザ共振器に低損失で結合させることができる。結合器８は、その結 合率がレーザ発振波長で５０％、励起波長で０％または１００％になるように構 成される。波長選択性を利用して、不要のレーザ遷移を抑制することもできる。

結合器８．１４としては、ファイバを溶着したもの、または結合器ブロックを研 磨して組み合わせたもの（ｐｏｌｉｓｈｅｄ　ｂｌｏｃｋ　ｔｙｐｅｓ）を用い ることができ、結合率については製造中に設定することができ、また、屈折率が 可変の材料を周囲材料として用いることにより結合率を可変とすることもできる 。周囲材料としては、例えば電子光学材料を用いる。

ループ状の接続は別個の長尺光ファイバを用いる必要はなく、例えば、製造時に 結合器と一体に形成することもできる。実際に、共振器および反射器を含む完全 な素子を単一の光ファイバがら形成することもできる。

さらに波長選択性を得るために、ループ反射器終端構造に上述のレーザを連結し て使用してもよい。

ここで、無損失の結合器に対するパワー反射率Ｒは、Ｒ＝４Ｋ　（１−Ｋ） によって与えられることを明記しておく。ここで、Ｋは結合係数である（Ｋ−０ は無結合、Ｋ＝０．５は５０％結合、Ｋ＝１は完全な交差結合を表す）。

、ｐ ＡＮＮＥＸＴｏＴＨＥＩＮＴＥＲＮＡＴＩＣＮ７．ＬＳＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ ＯＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣＴ／ ＣＢ　８７１００３６９　（ＳＡ　１７３９５）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．共振波長の放射光を反射する第一および第二の反射器か設けられた光ファイ バ共振空胴を備えた光ファイバを用いたレーザ素子において、 反射器の少なくとも一方は光ループ反射器であり、この光ループ反射器は、隣接 するポートがループ状の光路により接続され、選択されたレーザ波長を反射し、 選択された励起波長を少なくとも部分的に透過する方向性光導波路結合器を含む ことを特徴とするレーザ素子。
2. ２．第一および第二の反射器はともに光ファイバループ反射器である請求項１記 載のレーザ素子。
3. ３．光共振器および二つの反射器は単一の光ファイバで構成された請求項２記載 のレーザ素子。