(57)【要約】【課題】シングルモードで、かつ、効率の良い安定した出力の小型レーザ装置、あるいはASE光源を提供する。【解決手段】励起光の波長が発生する光よりも長波長である、励起LDと共振器と希土類元素添加ファイバを用いたレーザ装置または光源において、希土類元素添加ファイバの規格化周波数Vが発生する光の波長に対して2.4＜V＜3.9であり、かつ、共振器中に希土類添加ファイバ以外のファイバの一部が発生した光に対してシングルモードであるファイバが挿入されることを特徴とするレーザ装置。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光の波長が発生する光よりも長波長である、励起LDと共振器と希土類元素添加ファイバを用いたレーザ装置または光源において、希土類元素添加ファイバの規格化周波数Vが発生する光の波長に対して2.4＜V＜3.9であり、かつ、共振器中に希土類添加ファイバ以外のファイバの一部が発生した光に対してシングルモードであるファイバが挿入されていることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
希土類添加ファイバが、フッ化物ガラス、フッ素酸化物ガラス、フッ化物結晶含有ガラス、フッ素酸化物結晶含有ガラス、カルコゲナイドガラスのうち、いずれかである、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
発生した光に対してシングルモードであるファイバが、共振器中の励起LDから希土類添加ファイバ間以外の場所に挿入された請求項１に記載のレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希土類元素添加ファイバを用いたファイバレーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、希土類添加フッ化物ファイバが用いられる光ファイバレーザについては、多くの研究がなされてきた。中でも、Nd3+、Tm3+、Er3+、Ho3+、Pr3+等の希土類元素をフッ化物ファイバのコア中に添加し実現される可視光レーザは、この材料に特徴的な赤外光などの励起光から励起光より短い波長の光が得られる現象、すなわちアップコンバージョン現象を利用したものである。
【０００３】
可視光ファイバレーザは、赤外光に比較し短波長であることや、ファイバレーザ特有の利点も兼ね備えるため、可視光光源として期待できる。(例えば、特許文献１、非特許文献１参照)。
【０００４】
ファイバの規格化周波数Vは次式(1)のように定義される。
【０００５】
V=(2π/λ)・NA・a      …(1)
ここで、λ：光の波長、NA：ファイバの開口数、a：ファイバのコアの半径である。
【０００６】
特に、あるファイバにおける（NA、aを一定）V＝2,405の時のλの値をカットオフ波長λcと呼ぶ。V＜2.405の時、あるファイバにおけるある波長の光はシングルモードで伝搬され、V＞2.405の時、マルチモードで伝搬される。従って、あるファイバにおいてはλcを境界とし、波長の長短によりモードが変化し、同じ波長であってもファイバのNA、aが変化するとモードが変化する。
【０００７】
従来、ファイバレーザにおいてシングルモードのレーザを得る場合、レーザ光に対してシングルモードが得られる希土類元素添加ファイバを設計、選択していた(特許文献２参照)。
【特許文献１】特開２００５−２６４７５号公報
【特許文献２】特開平１−１８１５８４号公報
【非特許文献１】「Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers」；Michel J. F. Digonnet；MARCEL DEKKER, INC. (1993) 171-242
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、本発明の対象となるアップコンバージョン過程を用いたファイバレーザにおいては、レーザ光より励起光の波長が長く、波長の差が大きいため、例えば特開平１−１８１５８４号公報に記載されるように、レーザ光をシングルモードにするように希土類元素添加ファイバを設計、選択すると、励起光がファイバの曲げ損失で失われたり、励起光の曲げ損失を避けるとレーザ光がマルチモードとなったりした。
【０００９】
これを回避するために、レーザ光をマルチモード発振させ、その後シングルモードでレーザ光を取り出すことが考えられる。しかし、レーザ光に対してシングルモードの出力用ファイバにレーザを結合させる必要がある。この際、接続損失が大きくなり、レーザ装置としてのエネルギー変換効率が悪くなる問題があった。また、マルチモードが存在しているファイバが温度変化にさらされるとファイバ中のレーザの強度分布が変化し、結果として安定性を欠くレーザとなった。
【００１０】
また、ダブルクラッドファイバを用いる方法があるが、アップコンバージョン現象の起こりやすい、フッ化物ファイバやカルコゲナイドファイバにおいては品質の良いダブルクラッド構造のファイバを製造することが難しく、更に、励起光、レーザ光の入出力部の構造が複雑になった。
【００１１】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、シングルモードで、かつ、効率の良い安定した出力の小型レーザ装置、あるいはASE光源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、アップコンバージョン現象を利用したファイバレーザ装置において、希土類元素添加ファイバの規格化周波数Vがレーザ光の波長に対して2.4＜V＜3.9であるファイバレーザ装置である。
【００１３】
また、共振器中のファイバの一部だけが、発生したレーザ光に対してシングルモードファイバであるファイバレーザ装置である。
【００１４】
また、励起光の波長がレーザ光よりも長く、励起LDと共振器と希土類添加ファイバとを備えたアップコンバージョン現象を利用したファイバレーザ装置である。
【００１５】
また、希土類添加ファイバにフッ化物ガラス、フッ素酸化物ガラス、フッ化物結晶含有ガラス、フッ素酸化物結晶含有ガラスのうち、いずれかを用いた、ファイバレーザ装置である。
【００１６】
また、発生した光に対してシングルモードであるファイバが、共振器中の励起LDから希土類添加ファイバ間以外の場所に設置されたファイバレーザ装置である。
【発明の効果】
【００１７】
希土類元素添加ファイバの規格化周波数Vがレーザ光の波長に対して2.4＜V＜3.9とすることで、励起波長よりレーザ波長が短いアップコンバージョン過程を利用したレーザであっても、励起光に対してファイバの曲げ損失が充分無視できる程度に小さくなり、ファイバを曲げて収納できるため、装置の小型化が可能となる。
【００１８】
また、共振器中に発生したレーザ光に対してシングルモードとなるファイバを挿入することで、レーザはシングルモードが主となるためレーザを出力する際、共振器よりシングルモードファイバで出力しても、モードの不整合による損失が最小に押さえられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、上記課題を解決するために、アップコンバージョン現象を利用したファイバレーザ装置において、希土類元素添加ファイバの規格化周波数Vがレーザ光の波長に対して2.4＜V＜3.9とし、かつ、共振器中のファイバの一部だけが、発生したレーザ光に対してシングルモードファイバとする。励起光に対してファイバの曲げ損失が小さくなり、励起光を効率よく使用でき、かつ、疑似あるいは真性のシングルモードレーザを得、これをシングルモードファイバに導光してもレーザ光の損失は少なく、結果として効率の良いファイバレーザ装置が得られる。
【００２０】
以下、本発明を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明のファイバレーザ装置の一例を示す模式図である。ファイバレーザは、励起光源101、550nm帯広帯域フィルタ102、希土類元素添加ファイバ103、シングルモードファイバ105、ファイバブラッググレーティング106から構成される。
【００２２】
励起光源101は、希土類元素添加ファイバ103中の希土類元素を活性化するためのものであるため、レーザの種類や波長に限定されない。希土類元素の種類、得ようとするレーザ光の波長により、適当なものに代える必要がある。
【００２３】
広帯域フィルタ102とファイバブラッググレーティング106を用い、ファブリペロー型共振器を形成する。
【００２４】
共振器の作製にあたっては、ASE光のうち特定波長の光を反射できれば良く、図と異なり双方がミラーであっても、双方がファイバブラッググレーティングであっても良く、その他の方法であっても構わない。
【００２５】
また共振器は、リング型共振器であっても構わない。
【００２６】
希土類元素添加ファイバ103には、エルビウム添加フッ化物ファイバ等が使用できる。希土類元素はエルビウムではないその他の励起活性元素でも良い。一例を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2007134414.tif 000002
【００２８】
また、添加する母材となるガラスはZBLAN等が使用できるが、実質的にアップコンバージョン発光波長で利得が得られれば、石英系ガラス、カルコゲナイドガラスなどでも構わない。これらは、必要によりどのような組み合わせであっても良い。
【００２９】
希土類元素添加ファイバ103のV値は、発生するレーザ光の波長に対して、2.4＜V＜3.9である必要がある。V≦2.4の場合、励起光にファイバの曲げ損が発生し、効率の良い励起ができなくなったり、希土類元素添加ファイバ103を所望の半径で曲げられなくなり装置を小型にできなくなったりする。
【００３０】
V≧3.9の場合、レーザがマルチモードで誘起されるので、これからシングルモードでレーザを取り出そうとする場合に、損失が大きくなり、結果として、効率の良いレーザ装置とならない。
【００３１】
シングルモードファイバ105は、レーザ光に対してV＜2.405である必要がある。
【００３２】
シングルモードファイバの挿入位置は、共振器中の励起LDから希土類添加ファイバ間以外の場所が最も好ましい。励起LDから希土類添加ファイバ間に挿入された場合、シングルモードファイバによる励起光への曲げ損失が大きくなる場合があり、安定な効率の良いファイバレーザ装置を提供できなくなる。
【００３３】
そのほかに、光アイソレータや偏波コントローラ、バンドパスフィルター、カプラ、レンズなどを共振器内外に組み込んでも差し支えない。
【００３４】
以下、実施例を挙げて本発明を説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１は、本発明のファイバレーザ装置の一例を示す模式図である。
【００３６】
ファイバレーザは、励起光源101、550nm帯広帯域フィルタ102、希土類元素添加ファイバ103、光カプラ104、シングルモードファイバ105、ファイバブラッググレーティング106から構成される。
【００３７】
励起光源101は波長974nmの半導体レーザを用いた。希土類元素添加ファイバ103に200cmのエルビウム添加フッ化物ファイバを用いた。550nm帯広帯域フィルタ102とファイバブラッググレーティング106を用い、ファブリペロー型共振器を形成した。550nm帯広帯域フィルタ102は、波長538nmから546nmの範囲において反射率99.9％であり、ファイバブラッググレーティング106の波長は波長543nmにおいて反射率80％であった。
【００３８】
ファイバブラッググレーティング106は、543nmのレーザ光に対して、VFBGが2.53のファイバにグレーティングがかかれているものを用いた。希土類元素添加ファイバ103は、直径45mmでリング状に巻かれた。本実施例における希土類元素添加ファイバ103の543nmの光に対するVRDFは、3.52であった。シングルモードファイバ105には、レーザ光である543nmの光に対してVSMは1.9であり、VSM＜2.4のファイバを用いた。
【００３９】
励起光源101から出射した励起光が希土類元素添加ファイバ103であるエルビウム添加フッ化物ファイバ中のエルビウムを二段階励起し、エルビウム添加フッ化物ファイバは543nm近傍のASE光を発生する。ASE光のうち、波長543nmの光は550nm帯広帯域フィルタ102とファイバブラッググレーティング106により折り返される。
【００４０】
希土類元素添加ファイバ103は励起光の投入により、次第に利得を得、550nm帯広帯域フィルタ102およびファイバブラッググレーティング106間でレーザ発振する。波長543nmのレーザ光はファイバブラッググレーティング106側から出力された。この時、ファイバブラッググレーティング106から出力されるレーザ光はほぼシングルモードで出射された。
【００４１】
希土類元素添加ファイバ103は、直径45mmで巻かれたが、励起光の曲げ損はほとんどなかった。本発明により取り付けられたシングルモードファイバ105は、希土類元素添加ファイバ103が吸収しきれなかった励起光を発散させる励起光除去フィルタの役割も果たした。
【００４２】
この様な構成のファイバレーザ装置において、励起光源101から励起パワーを500mW投入した。その結果、5mWの出力を得た。更に、レーザの出力端にシングルモードファイバ105と同じ特性を持つファイバを取り付けたところ、接続損失は0.2dBとなり、レーザの出力は4.8mWであった。
【００４３】
（比較例１）
シングルモードファイバ103が無い他は全て実施例１と同様の構成を比較例１とする。ファイバブラッググレーティング106から出力されるレーザ光はマルチモードで出射された。更に、レーザの出力端にシングルモードファイバ105と同じ特性を持つファイバを取り付けたところ、接続損失は５dBとなった。
【実施例２】
【００４４】
図２は、本発明のファイバレーザ装置の一例を示す模式図である。
【００４５】
ファイバレーザは、励起光源101、550nm帯広帯域フィルタ102、希土類元素添加ファイバ103、光カプラ104、シングルモードファイバ105、ループミラー201から構成される。
【００４６】
励起光源101は波長974nmの半導体レーザを用いた。希土類元素添加ファイバ103に100cmのエルビウム添加フッ化物ファイバを用いた。550nm帯広帯域フィルタ102と光カプラを使ったループミラー201を用い、共振器を形成した。550nm帯広帯域フィルタ102は、波長538nmから546nmの範囲において反射率99.9％であった。
【００４７】
ループミラー201は、分岐比12%の２×２カプラを用いた。希土類元素添加ファイバ103は、直径45mmでリング状に巻かれた。
【００４８】
本実施例における希土類元素添加ファイバ103の543nmの光に対するVRDFは、3.52であった。シングルモードファイバ105には、レーザ光である543nmの光に対してVSMは1.9であり、VSM＜2.4のファイバを用いた。シングルモードファイバ105は図に示された通り、希土類添加ファイバ103と550nm帯広帯域フィルタ102の間に挿入した。
【００４９】
励起光源101から励起パワーを500mW投入した。その結果、レーザ発振を確認でき、15mWの出力を得た。更に、レーザの出力端にシングルモードファイバ105と同じ特性を持つファイバを取り付けたところ、接続損失は0.2dBとなり、レーザの出力は14mWであった。
【実施例３】
【００５０】
図３は、本発明のファイバレーザ装置の一例を示す模式図である。
【００５１】
ファイバレーザは、励起光源101、希土類元素添加ファイバ103、シングルモードファイバ105、２つの光カプラ301、302、アイソレータ303から構成される。
【００５２】
励起光源101は波長974nmの半導体レーザを用いた。希土類元素添加ファイバ103に100cmのエルビウム添加フッ化物ファイバを用いた。リング型共振器を構成し、光カプラ302は分岐比50%であった。本実施例における希土類元素添加ファイバ103の543nmの光に対するVRDFは、3.52であった。シングルモードファイバ105には、レーザ光である543nmの光に対してVSMは1.9であり、VSM＜2.4のファイバを用いた。シングルモードファイバ105は図に示された位置に挿入した。
【００５３】
励起光源101から励起パワーを500mW投入した。その結果、レーザ発振を確認でき、10mWの出力を得た。更に、レーザの出力端にシングルモードファイバ105と同じ特性を持つファイバを取り付けたところ、接続損失は0.2dBとなり、レーザの出力は9.5mWであった。
【００５４】
シングルモードファイバ106の挿入位置をかえ、レーザ出力を計測したところ、リング型共振器内の光カプラ301から希土類元素添加ファイバ103間以外の場所であれば同様の出力が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定など光伝送の応用分野にも利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明によるファイバレーザ装置の最も安価な構成の１つを示すものである。
【図２】本発明の他の形態のファイバレーザ装置の一例を示す模式図である。
【図３】本発明の他の形態のファイバレーザ装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
101    励起光源
102    550nm帯広帯域フィルタ
103    希土類元素添加ファイバ
104    光カプラ
105    シングルモードファイバ
106    ファイバブラッググレーティング
201    ループミラー
301    光カプラ
302    光カプラ
303    アイソレータ
【図１】
2007134414.tif 000003
【図２】
2007134414.tif 000004
【図３】
2007134414.tif 000005