JP2000340865A - レーザ発振器及びレーザ増幅器 - Google Patents
レーザ発振器及びレーザ増幅器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、基底準位より高い２つのエネルギ
ー準位間の誘導放出遷移を利用するレーザ発振器または
レーザ増幅器において、レーザ増幅器の利得ピーク波長
またはレーザ発振器の発振波長を長波長側にシフトさせ
ることにより、より広い波長帯域での増幅動作が可能な
レーザ増幅器およびレーザ発振器を提供することを目的
とする。 【解決手段】 希土類元素を添加した媒体を利得媒質と
し、この希土類元素のイオンのエネルギー準位の中で基
底準位よりエネルギーの高い２つのエネルギー準位をレ
ーザ上準位とレーザ下準位として、その２準位間の誘導
放出遷移を用い、この２準位間に反転分布を形成する第
１の励起光源と、この第１の励起光波長とは異なる波長
により基底準位から前記レーザ下準位にイオンを励起す
る第２の励起光源とを備えることを特徴とするレーザ増
幅器またはレーザ共振器。
ー準位間の誘導放出遷移を利用するレーザ発振器または
レーザ増幅器において、レーザ増幅器の利得ピーク波長
またはレーザ発振器の発振波長を長波長側にシフトさせ
ることにより、より広い波長帯域での増幅動作が可能な
レーザ増幅器およびレーザ発振器を提供することを目的
とする。 【解決手段】 希土類元素を添加した媒体を利得媒質と
し、この希土類元素のイオンのエネルギー準位の中で基
底準位よりエネルギーの高い２つのエネルギー準位をレ
ーザ上準位とレーザ下準位として、その２準位間の誘導
放出遷移を用い、この２準位間に反転分布を形成する第
１の励起光源と、この第１の励起光波長とは異なる波長
により基底準位から前記レーザ下準位にイオンを励起す
る第２の励起光源とを備えることを特徴とするレーザ増
幅器またはレーザ共振器。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ発振器および
レーザ増幅器に関し、詳しくは、希土類元素を媒体中に
添加した固体レーザ、特にファイバレーザに関する。
レーザ増幅器に関し、詳しくは、希土類元素を媒体中に
添加した固体レーザ、特にファイバレーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】エルビウム（元素記号Ｅｒ）やホルミウ
ム（Ｈｏ）、ツリウム（Ｔｍ）、プラセオジム（Ｐｒ）
といった希土類元素を含む利得媒質を用いたガラスレー
ザ発振器（例えばファイバレーザ）、固体レーザ発振器
やレーザ増幅器（例えばファイバ増幅器）は、光通信や
レーザ加工、レーザ医療等の様々な産業分野において有
望なキーデバイスである。
ム（Ｈｏ）、ツリウム（Ｔｍ）、プラセオジム（Ｐｒ）
といった希土類元素を含む利得媒質を用いたガラスレー
ザ発振器（例えばファイバレーザ）、固体レーザ発振器
やレーザ増幅器（例えばファイバ増幅器）は、光通信や
レーザ加工、レーザ医療等の様々な産業分野において有
望なキーデバイスである。
【０００３】通常、エルビウムイオンは波長１．４８ミ
クロンまたは波長０．９８ミクロンの光源により励起さ
れ、4Ｉ13/2をレーザ上準位とし、基底準位4Ｉ15/2をレ
ーザ下準位とする誘導放出遷移を示す。この誘導放出遷
移により、エルビウム添加ファイバは１．５５ミクロン
を中心波長とし、１．５３から１．５７ミクロンまで広
がる利得スペクトルを発現する。しかし、エルビウムの
4Ｉ13/2→4Ｉ15/2遷移は本来、１．５０ミクロンから
１．６０ミクロンにわたる広い蛍光スペクトルを有して
いるため、励起波長、強度やファイバ長、エルビウム添
加濃度等のファイバパラメータの設定を最適化すること
で１．６０ミクロン帯においても、十分な利得を得るこ
とができる。
クロンまたは波長０．９８ミクロンの光源により励起さ
れ、4Ｉ13/2をレーザ上準位とし、基底準位4Ｉ15/2をレ
ーザ下準位とする誘導放出遷移を示す。この誘導放出遷
移により、エルビウム添加ファイバは１．５５ミクロン
を中心波長とし、１．５３から１．５７ミクロンまで広
がる利得スペクトルを発現する。しかし、エルビウムの
4Ｉ13/2→4Ｉ15/2遷移は本来、１．５０ミクロンから
１．６０ミクロンにわたる広い蛍光スペクトルを有して
いるため、励起波長、強度やファイバ長、エルビウム添
加濃度等のファイバパラメータの設定を最適化すること
で１．６０ミクロン帯においても、十分な利得を得るこ
とができる。
【０００４】このように利得スペクトルのピークを、蛍
光スペクトル帯域内の長波長側（この場合１．６０ミク
ロン近辺）にシフトさせることが最近実現されている。
特にエルビウム添加ファイバを極めて長尺化（例えば１
５０ｍから２５０ｍ程度）することで、利得スペクトル
を長波長側（中心波長１．５８ミクロン、増幅帯域１．
５６から１．６０ミクロン）にシフトした例が報告され
ている（例えば、アイ・イー・イー・イー、フォトニク
ステクノロジーレターズ 第９巻５９６頁、１９９７年
（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ． ９ ｐ． ５９６，
１９９７） 参照）。
光スペクトル帯域内の長波長側（この場合１．６０ミク
ロン近辺）にシフトさせることが最近実現されている。
特にエルビウム添加ファイバを極めて長尺化（例えば１
５０ｍから２５０ｍ程度）することで、利得スペクトル
を長波長側（中心波長１．５８ミクロン、増幅帯域１．
５６から１．６０ミクロン）にシフトした例が報告され
ている（例えば、アイ・イー・イー・イー、フォトニク
ステクノロジーレターズ 第９巻５９６頁、１９９７年
（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ． ９ ｐ． ５９６，
１９９７） 参照）。
【０００５】エルビウムにおけるこのような利得スペク
トルのシフト（以降ゲインシフトと呼ぶ）は、これまで
のファイバ増幅器の限られた波長帯域の増幅動作から、
より広い波長帯域での増幅動作を可能にする有益な技術
である。特に広帯域なファイバ増幅器を必要とする次世
代の大容量波長多重通信において、ゲインシフト技術は
非常に重要である。
トルのシフト（以降ゲインシフトと呼ぶ）は、これまで
のファイバ増幅器の限られた波長帯域の増幅動作から、
より広い波長帯域での増幅動作を可能にする有益な技術
である。特に広帯域なファイバ増幅器を必要とする次世
代の大容量波長多重通信において、ゲインシフト技術は
非常に重要である。
【０００６】しかしながら、エルビウムの4Ｉ13/2→4Ｉ
15/2遷移以外の誘導放出遷移においてはゲインシフトの
例は無い。上記ゲインシフト技術は、レーザ下準位が基
底準位の場合の誘導放出遷移にのみ有効な手法であるた
めである。産業上重要な遷移において、レーザ下準位が
基底準位ではない遷移について、これまでゲインシフト
技術は開発されていない。ここで重要な遷移とは、例え
ば以下に挙げるようなものである。ツリウムの3Ｆ4→3
Ｈ4遷移（１．４７ミクロン帯）、プラセオジムの1Ｇ4
→3Ｈ5（１．３ミクロン帯）は、光ファイバの伝播損失
の低い波長帯域に相当し、光通信において有用である。
またエルビウムの4Ｉ11/2→4Ｉ13/2遷移（２．７ミクロ
ン帯）ホルミウムの5Ｉ6→5Ｉ7遷移（２．９ミクロン
帯）の遷移等は、人体における水分（詳しくは水酸化物
基；ＯＨ基）の吸収がきわめて高く、レーザメス等の生
体医療応用に有効である。このような遷移における利得
スペクトルないし発振スペクトルはレーザ上準位（始準
位）からレーザ下準位（終端準位）へ向かう蛍光スペク
トル（誘導放出断面積のスペクトル）とほぼ同一であ
り、これは材料固有のものである。
15/2遷移以外の誘導放出遷移においてはゲインシフトの
例は無い。上記ゲインシフト技術は、レーザ下準位が基
底準位の場合の誘導放出遷移にのみ有効な手法であるた
めである。産業上重要な遷移において、レーザ下準位が
基底準位ではない遷移について、これまでゲインシフト
技術は開発されていない。ここで重要な遷移とは、例え
ば以下に挙げるようなものである。ツリウムの3Ｆ4→3
Ｈ4遷移（１．４７ミクロン帯）、プラセオジムの1Ｇ4
→3Ｈ5（１．３ミクロン帯）は、光ファイバの伝播損失
の低い波長帯域に相当し、光通信において有用である。
またエルビウムの4Ｉ11/2→4Ｉ13/2遷移（２．７ミクロ
ン帯）ホルミウムの5Ｉ6→5Ｉ7遷移（２．９ミクロン
帯）の遷移等は、人体における水分（詳しくは水酸化物
基；ＯＨ基）の吸収がきわめて高く、レーザメス等の生
体医療応用に有効である。このような遷移における利得
スペクトルないし発振スペクトルはレーザ上準位（始準
位）からレーザ下準位（終端準位）へ向かう蛍光スペク
トル（誘導放出断面積のスペクトル）とほぼ同一であ
り、これは材料固有のものである。
【０００７】図９にフッ化物ガラス中のツリウム（元素
記号Ｔｍ）のエネルギー準位構造と従来の励起方法を示
す。ツリウムをコアに添加したフッ化物ファイバでは、
図１０に示す通り１．４７ミクロンを中心波長とし１．
４５ミクロンから１．５０ミクロンの波長範囲において
3Ｆ4→3Ｈ4遷移に起因する蛍光スペクトルが見出されて
いる。励起光源を波長１．０５ミクロン帯（１．０４か
ら１．０７ミクロン）とすることで、基底準位から3Ｆ4
準位まで、図９に示す２段階の励起プロセス（励起状態
吸収）を介して高効率に励起でき、１．４７ミクロン帯
レーザ増幅およびレーザ発振動作が可能である（特許番
号 第２６８８３０３号）。
記号Ｔｍ）のエネルギー準位構造と従来の励起方法を示
す。ツリウムをコアに添加したフッ化物ファイバでは、
図１０に示す通り１．４７ミクロンを中心波長とし１．
４５ミクロンから１．５０ミクロンの波長範囲において
3Ｆ4→3Ｈ4遷移に起因する蛍光スペクトルが見出されて
いる。励起光源を波長１．０５ミクロン帯（１．０４か
ら１．０７ミクロン）とすることで、基底準位から3Ｆ4
準位まで、図９に示す２段階の励起プロセス（励起状態
吸収）を介して高効率に励起でき、１．４７ミクロン帯
レーザ増幅およびレーザ発振動作が可能である（特許番
号 第２６８８３０３号）。
【０００８】しかし、ファイバ増幅器利得の波長依存性
は、蛍光スペクトルとほぼ同一であり、波長１．４７ミ
クロンにピークを有する単峰プロファイルである。
は、蛍光スペクトルとほぼ同一であり、波長１．４７ミ
クロンにピークを有する単峰プロファイルである。
【０００９】従って、前述の重要な遷移において、より
広い波長帯域での増幅動作が可能なレーザ増幅器および
レーザ発振器が求められていた。
広い波長帯域での増幅動作が可能なレーザ増幅器および
レーザ発振器が求められていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みてなされたものであり、基底準位より高い
２つのエネルギー準位間の誘導放出遷移を利用するレー
ザ発振器またはレーザ増幅器において、レーザ増幅器の
利得ピーク波長またはレーザ発振器の発振波長を長波長
側にシフトさせることにより、より広い波長帯域での増
幅動作が可能なレーザ増幅器およびレーザ発振器を提供
することを目的とする。
問題点に鑑みてなされたものであり、基底準位より高い
２つのエネルギー準位間の誘導放出遷移を利用するレー
ザ発振器またはレーザ増幅器において、レーザ増幅器の
利得ピーク波長またはレーザ発振器の発振波長を長波長
側にシフトさせることにより、より広い波長帯域での増
幅動作が可能なレーザ増幅器およびレーザ発振器を提供
することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、希土類元素を
添加した媒体を利得媒質とし、この希土類元素のイオン
のエネルギー準位の中で基底準位よりエネルギーの高い
２つのエネルギー準位をレーザ上準位とレーザ下準位と
して、その２準位間の誘導放出遷移を用いるレーザ増幅
器であって、この２準位間に反転分布を形成する第１の
励起光源と、この第１の励起光波長とは異なる波長によ
り基底準位から前記レーザ下準位にイオンを励起する第
２の励起光源とを備えることを特徴とするレーザ増幅器
に関する。
添加した媒体を利得媒質とし、この希土類元素のイオン
のエネルギー準位の中で基底準位よりエネルギーの高い
２つのエネルギー準位をレーザ上準位とレーザ下準位と
して、その２準位間の誘導放出遷移を用いるレーザ増幅
器であって、この２準位間に反転分布を形成する第１の
励起光源と、この第１の励起光波長とは異なる波長によ
り基底準位から前記レーザ下準位にイオンを励起する第
２の励起光源とを備えることを特徴とするレーザ増幅器
に関する。
【００１２】また本発明は、希土類元素を添加した媒体
を利得媒質とし、この希土類元素のイオンのエネルギー
準位の中で基底準位よりエネルギーの高い２つのエネル
ギー準位をレーザ上準位とレーザ下準位として、その２
準位間の誘導放出遷移を用いるレーザ発振器であって、
この２準位間に反転分布を形成する第１の励起光源と、
この第１の励起光波長とは異なる波長により基底準位か
ら前記レーザ下準位にイオンを励起する第２の励起光源
とを備えることを特徴とするレーザ発振器に関する。
を利得媒質とし、この希土類元素のイオンのエネルギー
準位の中で基底準位よりエネルギーの高い２つのエネル
ギー準位をレーザ上準位とレーザ下準位として、その２
準位間の誘導放出遷移を用いるレーザ発振器であって、
この２準位間に反転分布を形成する第１の励起光源と、
この第１の励起光波長とは異なる波長により基底準位か
ら前記レーザ下準位にイオンを励起する第２の励起光源
とを備えることを特徴とするレーザ発振器に関する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明では、第１励起光により所
望のエネルギー準位間に反転分布を形成し、その誘導放
出遷移におけるレーザ増幅動作を達成する。さらに第２
の励起光により、レーザ下準位数密度を増大させること
により、実効的な利得ピーク波長を長波側にシフトさせ
ることができる。この第２励起光の働きについて、以下
に説明する。
望のエネルギー準位間に反転分布を形成し、その誘導放
出遷移におけるレーザ増幅動作を達成する。さらに第２
の励起光により、レーザ下準位数密度を増大させること
により、実効的な利得ピーク波長を長波側にシフトさせ
ることができる。この第２励起光の働きについて、以下
に説明する。
【００１４】レーザ増幅器の単位長さ当たりの利得はｇ
（λ）は、次式のように書ける。 ｇ（λ）＝σem（λ）ＮU―σabs（λ）ＮL ・・・（１） ここで、λ：波長、σem（λ）：上準位から下準位への
誘導放出断面積（材料固有）、σabs（λ）：下準位か
ら上準位への吸収断面積（材料固有）、ＮU，ＮL：それ
ぞれ上準位数密度，下準位数密度（長さ辺りの平均値）
である。
（λ）は、次式のように書ける。 ｇ（λ）＝σem（λ）ＮU―σabs（λ）ＮL ・・・（１） ここで、λ：波長、σem（λ）：上準位から下準位への
誘導放出断面積（材料固有）、σabs（λ）：下準位か
ら上準位への吸収断面積（材料固有）、ＮU，ＮL：それ
ぞれ上準位数密度，下準位数密度（長さ辺りの平均値）
である。
【００１５】下準位数密度ＮLが上準位数密度ＮUに比べ
て極めて少ない場合、利得プロファイルｇ（λ）は誘導
放出断面積σem（λ）の波長依存性と同一で、ピーク波
長は材料固有である。しかし第２励起光の入射により、
下準位に無視できない程度の数密度を有する場合、式
（１）に示すように、σabs（λ）ＮLだけ差し引くの
で、利得スペクトルｇ（λ）は誘導放出断面積σ
em（λ）と一致しない。ここで一般的に、ある２準位間
の遷移においては、σem（λ）とσabs（λ）の交差点
を除けば、誘導放出σem（λ）のピーク波長は、吸収σ
abs（λ）のピーク波長よりも長波長側に位置する。従
って、下準位数密度が無視できない場合、短波長側にお
いて吸収による利得減少が著しく、長波側においては吸
収による利得減少は（短波側に比して）相対的に少ない
状況となる。その結果、元のスペクトルに比べ、ピーク
が長波側にシフトした形の利得ｇ（λ）が得られ、本発
明の目的が達成される。
て極めて少ない場合、利得プロファイルｇ（λ）は誘導
放出断面積σem（λ）の波長依存性と同一で、ピーク波
長は材料固有である。しかし第２励起光の入射により、
下準位に無視できない程度の数密度を有する場合、式
（１）に示すように、σabs（λ）ＮLだけ差し引くの
で、利得スペクトルｇ（λ）は誘導放出断面積σ
em（λ）と一致しない。ここで一般的に、ある２準位間
の遷移においては、σem（λ）とσabs（λ）の交差点
を除けば、誘導放出σem（λ）のピーク波長は、吸収σ
abs（λ）のピーク波長よりも長波長側に位置する。従
って、下準位数密度が無視できない場合、短波長側にお
いて吸収による利得減少が著しく、長波側においては吸
収による利得減少は（短波側に比して）相対的に少ない
状況となる。その結果、元のスペクトルに比べ、ピーク
が長波側にシフトした形の利得ｇ（λ）が得られ、本発
明の目的が達成される。
【００１６】本発明で、使用できる希土類元素は、基底
準位よりエネルギーの高い２つのエネルギー準位をレー
ザ上準位とレーザ下準位として、その２準位間の誘導放
出遷移を用いることができるものであれば制限はない
が、ツリウム、ホルミウム、エルビウムまたはプラセオ
ジムが好ましい。
準位よりエネルギーの高い２つのエネルギー準位をレー
ザ上準位とレーザ下準位として、その２準位間の誘導放
出遷移を用いることができるものであれば制限はない
が、ツリウム、ホルミウム、エルビウムまたはプラセオ
ジムが好ましい。
【００１７】希土類元素を添加する媒体は、通常の固体
レーザまたはファイバレーザの媒体として用いられるも
のであればよいが、一般的にはガラス質である。また媒
体をファイバ形状にすると、長さにより利得を稼ぐこと
ができるので、媒体の形状としてはファイバ形状が好ま
しい。従って媒体の材質もファイバ形状に加工できるも
のが好ましく、例えば、石英、リン酸ガラス、ホウ酸ガ
ラス、ゲルマニウムガラス、テルライトガラス、フルオ
ロジルコニウム酸塩ガラス、フルオロリン酸ガラス等を
挙げることができる。この中でもフルオロジルコニウム
酸塩ガラスが、最もフォノンエネルギーが低いため、狭
いエネルギー差の遷移（即ち長波長）でも、非放射遷移
することなく、放射遷移により光としてエネルギーを取
り出すことができるので好ましい。
レーザまたはファイバレーザの媒体として用いられるも
のであればよいが、一般的にはガラス質である。また媒
体をファイバ形状にすると、長さにより利得を稼ぐこと
ができるので、媒体の形状としてはファイバ形状が好ま
しい。従って媒体の材質もファイバ形状に加工できるも
のが好ましく、例えば、石英、リン酸ガラス、ホウ酸ガ
ラス、ゲルマニウムガラス、テルライトガラス、フルオ
ロジルコニウム酸塩ガラス、フルオロリン酸ガラス等を
挙げることができる。この中でもフルオロジルコニウム
酸塩ガラスが、最もフォノンエネルギーが低いため、狭
いエネルギー差の遷移（即ち長波長）でも、非放射遷移
することなく、放射遷移により光としてエネルギーを取
り出すことができるので好ましい。
【００１８】また、第１励起光源としては、反転分布を
形成するだけの波長と強度を持つものであれば良く、レ
ーザの上準位と下準位の２つの準位間のエネルギー差を
考慮して適宜選ぶことができ、また第２励起光源として
も、レーザ下準位を励起するための波長や強度を持つも
のであればよく、基底準位とレーザ下準位間のエネルギ
ー差を考慮して選ぶことができる。
形成するだけの波長と強度を持つものであれば良く、レ
ーザの上準位と下準位の２つの準位間のエネルギー差を
考慮して適宜選ぶことができ、また第２励起光源として
も、レーザ下準位を励起するための波長や強度を持つも
のであればよく、基底準位とレーザ下準位間のエネルギ
ー差を考慮して選ぶことができる。
【００１９】例えば、希土類元素のイオンがツリウムイ
オン（Ｔｍ3+）であるときは、第１励起光源として波長
１．０４ないし１．０７ミクロンの範囲の光源が好まし
く、第２励起光源としては、波長１．５３ないし１．９
０ミクロンの範囲の光源が好ましい。
オン（Ｔｍ3+）であるときは、第１励起光源として波長
１．０４ないし１．０７ミクロンの範囲の光源が好まし
く、第２励起光源としては、波長１．５３ないし１．９
０ミクロンの範囲の光源が好ましい。
【００２０】また、希土類元素のイオンがエルビウムイ
オン（Ｅｒ3+）の場合は、第１励起光源として、波長
０．８１または０．９８ミクロンの光源が好ましく、第
２励起光源としては、波長１．４５ないし１．５７ミク
ロンの範囲の光源が好ましい。
オン（Ｅｒ3+）の場合は、第１励起光源として、波長
０．８１または０．９８ミクロンの光源が好ましく、第
２励起光源としては、波長１．４５ないし１．５７ミク
ロンの範囲の光源が好ましい。
【００２１】さらに、希土類元素のイオンがホルミウム
イオン（Ｈｏ3+）の場合は、第１励起光源として、波長
０．８９または１．１５ミクロンの光源が好ましく、第
２励起光源としては、波長１．８ないし２．１ミクロン
の範囲の光源が好ましい。
イオン（Ｈｏ3+）の場合は、第１励起光源として、波長
０．８９または１．１５ミクロンの光源が好ましく、第
２励起光源としては、波長１．８ないし２．１ミクロン
の範囲の光源が好ましい。
【００２２】本発明の構成は、レーザ増幅器としても、
また適当な共振構造を設けることでレーザ共振器として
も用いることができる。
また適当な共振構造を設けることでレーザ共振器として
も用いることができる。
【００２３】また、本発明のように第１の励起光源と第
２の励起光源を用いることにより利得ピークをシフトし
たファイバ増幅器と、従来のようにレーザ下準位と上準
位の２準位間を励起する第１の励起光源のみを備え利得
ピークをシフトしないファイバ増幅器とを、例えば直列
に接続して併用することで、広い増幅波長帯域を必要と
する大容量化に対応できる波長多重通信に使用すること
が可能である。
２の励起光源を用いることにより利得ピークをシフトし
たファイバ増幅器と、従来のようにレーザ下準位と上準
位の２準位間を励起する第１の励起光源のみを備え利得
ピークをシフトしないファイバ増幅器とを、例えば直列
に接続して併用することで、広い増幅波長帯域を必要と
する大容量化に対応できる波長多重通信に使用すること
が可能である。
【００２４】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明
する。
する。
【００２５】［実施例１］第１の実施例について説明す
る。ツリウム（Ｔｍ）を添加したフッ化物ファイバを増
幅ファイバとし3Ｆ4→3Ｈ4遷移（１．４７ミクロン帯）
に着目する。図１はツリウムのエネルギー準位におい
て、第１励起光及び第２励起光の遷移を明示したもので
ある。図２は本発明のファイバ増幅器の一例を示すもの
である。
る。ツリウム（Ｔｍ）を添加したフッ化物ファイバを増
幅ファイバとし3Ｆ4→3Ｈ4遷移（１．４７ミクロン帯）
に着目する。図１はツリウムのエネルギー準位におい
て、第１励起光及び第２励起光の遷移を明示したもので
ある。図２は本発明のファイバ増幅器の一例を示すもの
である。
【００２６】用いた増幅ファイバ１は、フルオロジルコ
ン酸塩ガラスを母材とし、ツリウム濃度２０００ｐｐ
ｍ、コア径２．０μｍ、ファイバ長２０ｍである。波長
１．０５ミクロン帯のイッテルビウム・ファイバレーザ
（最大出力５００ｍＷ）からのレーザ光が、反転分布を
形成するための第１励起光源２として、波長多重カプラ
３を介して導入されるようにした。また、増幅ファイバ
１の信号入力ポートと出力ポートにアイソレータ４及び
アイソレータ５を配置することで、戻り光による望まし
くないレーザ発振を抑制した。信号光８は、波長可変半
導体レーザを信号光源とし、波長１．４５ミクロンから
１．５５ミクロン、出力−２０ｄＢｍとした。ただし後
で述べるＡＳＥスペクトルの測定の際には、飽和信号と
してパワーを０ｄＢｍとした。
ン酸塩ガラスを母材とし、ツリウム濃度２０００ｐｐ
ｍ、コア径２．０μｍ、ファイバ長２０ｍである。波長
１．０５ミクロン帯のイッテルビウム・ファイバレーザ
（最大出力５００ｍＷ）からのレーザ光が、反転分布を
形成するための第１励起光源２として、波長多重カプラ
３を介して導入されるようにした。また、増幅ファイバ
１の信号入力ポートと出力ポートにアイソレータ４及び
アイソレータ５を配置することで、戻り光による望まし
くないレーザ発振を抑制した。信号光８は、波長可変半
導体レーザを信号光源とし、波長１．４５ミクロンから
１．５５ミクロン、出力−２０ｄＢｍとした。ただし後
で述べるＡＳＥスペクトルの測定の際には、飽和信号と
してパワーを０ｄＢｍとした。
【００２７】このツリウムを添加した増幅ファイバ１に
波長１．５５ミクロン帯エルビウムファイバ増幅器（最
大１００ｍＷ）の増幅出力を第２励起光源６として、波
長多重カプラ７を介して入射する。図２では前方側から
入射しているが、本発明は入射の方向によらない。第２
励起光の波長は、Ｔｍの基底準位から3Ｈ4への吸収遷移
に含まれるように設定すれば良い。この吸収遷移は、お
よそ波長１．６５ミクロンにピークを有し、１．９ミク
ロンまで伸びているが、ここでは、その吸収遷移の裾野
に相当する１．５６ミクロンを選定した。初期実験では
１．５３ミクロンから１．５７ミクロンまで波長を可変
としたが、特性に大きな差異は無かった。
波長１．５５ミクロン帯エルビウムファイバ増幅器（最
大１００ｍＷ）の増幅出力を第２励起光源６として、波
長多重カプラ７を介して入射する。図２では前方側から
入射しているが、本発明は入射の方向によらない。第２
励起光の波長は、Ｔｍの基底準位から3Ｈ4への吸収遷移
に含まれるように設定すれば良い。この吸収遷移は、お
よそ波長１．６５ミクロンにピークを有し、１．９ミク
ロンまで伸びているが、ここでは、その吸収遷移の裾野
に相当する１．５６ミクロンを選定した。初期実験では
１．５３ミクロンから１．５７ミクロンまで波長を可変
としたが、特性に大きな差異は無かった。
【００２８】図３に、この構成におけるＡＳＥ（Ａｍｐ
ｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ：増幅された自然放出光）のスペクトルを示す。ス
ペクトル１０は、ファイバ増幅器の動作点固定（反転分
布固定）のための１．４６ミクロン帯飽和信号（０ｄＢ
ｍ入射）である。スペクトル１２は第２励起光（波長
１．５６ミクロン）である。スペクトル１３、スペクト
ル１４は第１励起光のみを、それぞれ１４０ｍＷ、２０
０ｍＷ入射した場合であり、１．４７ミクロン帯にピー
クを有する単峰プロファイルである。図１０のツリウム
の蛍光スペクトルとほぼ同一である。１４０ｍＷ→２０
０ｍＷへと第１励起光の励起パワーを増大させてもプロ
ファイルは変わらず、ＡＳＥ出力が大きくなるだけであ
る。
ｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉ
ｏｎ：増幅された自然放出光）のスペクトルを示す。ス
ペクトル１０は、ファイバ増幅器の動作点固定（反転分
布固定）のための１．４６ミクロン帯飽和信号（０ｄＢ
ｍ入射）である。スペクトル１２は第２励起光（波長
１．５６ミクロン）である。スペクトル１３、スペクト
ル１４は第１励起光のみを、それぞれ１４０ｍＷ、２０
０ｍＷ入射した場合であり、１．４７ミクロン帯にピー
クを有する単峰プロファイルである。図１０のツリウム
の蛍光スペクトルとほぼ同一である。１４０ｍＷ→２０
０ｍＷへと第１励起光の励起パワーを増大させてもプロ
ファイルは変わらず、ＡＳＥ出力が大きくなるだけであ
る。
【００２９】そこで、第１励起光出力１４０ｍＷに加
え、さらに第２励起光を１００ｍＷを入射し、第１励起
光と第２励起光のトータル励起パワーを２４０ｍＷとし
たとき、プロファイルは短波長側が抑圧され、図３のス
ペクトル１１に示すような、長波側に１０から１５ｎｍ
程度シフトしたピークを有するプロファイルに移行し
た。
え、さらに第２励起光を１００ｍＷを入射し、第１励起
光と第２励起光のトータル励起パワーを２４０ｍＷとし
たとき、プロファイルは短波長側が抑圧され、図３のス
ペクトル１１に示すような、長波側に１０から１５ｎｍ
程度シフトしたピークを有するプロファイルに移行し
た。
【００３０】この構成における利得スペクトルを図４に
示す。第１励起光のみ入射した場合（第１励起光パワー
２００ｍＷ）、１．４７ミクロンにピークを持つ利得ス
ペクトルを呈しているが、第２励起光（６０ｍＷ）を第
１励起光（１４０ｍＷ）と同時に入射した場合、利得ス
ペクトルは長波側にシフトし、１．４９ミクロンにピー
クを有していることが分かる。実効的な利得は第１励起
光のみ場合に比べ低下するが、ファイバを長尺化するこ
とで補償できる。
示す。第１励起光のみ入射した場合（第１励起光パワー
２００ｍＷ）、１．４７ミクロンにピークを持つ利得ス
ペクトルを呈しているが、第２励起光（６０ｍＷ）を第
１励起光（１４０ｍＷ）と同時に入射した場合、利得ス
ペクトルは長波側にシフトし、１．４９ミクロンにピー
クを有していることが分かる。実効的な利得は第１励起
光のみ場合に比べ低下するが、ファイバを長尺化するこ
とで補償できる。
【００３１】［実施例２］図５に第２の実施例であるツ
リウム添加ファイバレーザの構成図を示す。第１励起光
源２、第２励起光源６は、第１の実施例と同じものを用
いた。ツリウムを添加した増幅ファイバ１の片端に、第
１励起光波長及び第２励起光波長に対し無反射、発振波
長帯（１．４７ミクロン）に対し全反射するリアミラー
１５を設置し、もう片端には発振波長帯に対し、部分反
射する出力ミラー１６を設けた。そして第１励起光及び
第２励起光は、一旦自由空間に放射された後、レンズ１
７、レンズ１８とダイクロイックミラー１９、リアミラ
ー１５を介してツリウム添加の増幅ファイバ１に入射す
るように、それぞれのレンズおよびミラーを配置した。
ファイバレーザ発振光２０は、部分反射する出力ミラー
１６側から取り出した。
リウム添加ファイバレーザの構成図を示す。第１励起光
源２、第２励起光源６は、第１の実施例と同じものを用
いた。ツリウムを添加した増幅ファイバ１の片端に、第
１励起光波長及び第２励起光波長に対し無反射、発振波
長帯（１．４７ミクロン）に対し全反射するリアミラー
１５を設置し、もう片端には発振波長帯に対し、部分反
射する出力ミラー１６を設けた。そして第１励起光及び
第２励起光は、一旦自由空間に放射された後、レンズ１
７、レンズ１８とダイクロイックミラー１９、リアミラ
ー１５を介してツリウム添加の増幅ファイバ１に入射す
るように、それぞれのレンズおよびミラーを配置した。
ファイバレーザ発振光２０は、部分反射する出力ミラー
１６側から取り出した。
【００３２】この構成におけるレーザ発振スペクトルを
図６に示す。特に回折格子やプリズムなどの波長選択素
子をレーザ共振器内に挿入していないにも拘わらず、レ
ーザ発振は、長波側（１．４９ミクロン）にて発現して
いる。一方、第２励起光を導入しない通常のツリウム添
加ファイバレーザにおいては、蛍光スペクトルのピーク
に相当する波長１．４７ミクロンにおいてレーザ発振を
起こしている。
図６に示す。特に回折格子やプリズムなどの波長選択素
子をレーザ共振器内に挿入していないにも拘わらず、レ
ーザ発振は、長波側（１．４９ミクロン）にて発現して
いる。一方、第２励起光を導入しない通常のツリウム添
加ファイバレーザにおいては、蛍光スペクトルのピーク
に相当する波長１．４７ミクロンにおいてレーザ発振を
起こしている。
【００３３】［実施例３］第３の実施例として、Ｅｒの
4Ｉ11/2→4Ｉ13/2遷移（２．７ミクロン帯）に着目す
る。図７にエルビウムのエネルギー準位を示す。第１励
起光源の波長を０．８１ミクロンまたは０．９８ミクロ
ンとすることで、4Ｉ11/2−4Ｉ13/2間に反転分布を形成
することが可能で、誘導放出遷移により２．７ミクロン
帯の利得を発現し得る。基底準位からレーザ下準位4Ｉ
13/2を励起する第２励起光源の波長を１．４５ミクロン
から１．５５ミクロンの間に設定することで、利得スペ
クトルを長波側にシフトできる。
4Ｉ11/2→4Ｉ13/2遷移（２．７ミクロン帯）に着目す
る。図７にエルビウムのエネルギー準位を示す。第１励
起光源の波長を０．８１ミクロンまたは０．９８ミクロ
ンとすることで、4Ｉ11/2−4Ｉ13/2間に反転分布を形成
することが可能で、誘導放出遷移により２．７ミクロン
帯の利得を発現し得る。基底準位からレーザ下準位4Ｉ
13/2を励起する第２励起光源の波長を１．４５ミクロン
から１．５５ミクロンの間に設定することで、利得スペ
クトルを長波側にシフトできる。
【００３４】ここでは第２励起光源として、波長１．５
５ミクロンで発振するエルビウムファイバレーザを用い
た。図５において、増幅ファイバ１をエルビウム添加フ
ルオロジルコン酸塩ガラスとし、エルビウム濃度１００
０ｐｐｍ、ファイバ長１００ｃｍとすることで、エルビ
ウムファイバレーザを構成した。このとき、第１励起光
のみを入射した時の発振スペクトルは２．７ミクロン近
辺で発振したが、第１及び第２励起光を同時に入射した
時には、長波側にシフトされた２．８ミクロンにおいて
レーザ発振した。
５ミクロンで発振するエルビウムファイバレーザを用い
た。図５において、増幅ファイバ１をエルビウム添加フ
ルオロジルコン酸塩ガラスとし、エルビウム濃度１００
０ｐｐｍ、ファイバ長１００ｃｍとすることで、エルビ
ウムファイバレーザを構成した。このとき、第１励起光
のみを入射した時の発振スペクトルは２．７ミクロン近
辺で発振したが、第１及び第２励起光を同時に入射した
時には、長波側にシフトされた２．８ミクロンにおいて
レーザ発振した。
【００３５】［実施例４］第４の実施例では希土類元素
としてホルミウムを用いた。図８にホルミウムのエネル
ギー準位図を示す。第１励起光源を０．８９ミクロン帯
半導体レーザまたは１．１５ミクロン帯ファイバラマン
レーザとして、5Ｉ6−5Ｉ7準位間に反転分布を形成し、
２．８５ミクロンにピークを持つ利得スペクトルを実現
できる。図５において、増幅用ファイバ１をホルミウム
添加フッ化物ファイバとし、ホルミウム濃度５０００ｐ
ｐｍ、ファイバ長２ｍとしてホルミウムファイバレーザ
を構成した。第２励起光源として、市販されている波長
１．８ミクロン乃至２．１ミクロン帯の半導体レーザを
用いた。第１励起光と第２励起光を同時に入射すること
で、約１０ｎｍ程度の発振波長の長波シフトを観測し
た。
としてホルミウムを用いた。図８にホルミウムのエネル
ギー準位図を示す。第１励起光源を０．８９ミクロン帯
半導体レーザまたは１．１５ミクロン帯ファイバラマン
レーザとして、5Ｉ6−5Ｉ7準位間に反転分布を形成し、
２．８５ミクロンにピークを持つ利得スペクトルを実現
できる。図５において、増幅用ファイバ１をホルミウム
添加フッ化物ファイバとし、ホルミウム濃度５０００ｐ
ｐｍ、ファイバ長２ｍとしてホルミウムファイバレーザ
を構成した。第２励起光源として、市販されている波長
１．８ミクロン乃至２．１ミクロン帯の半導体レーザを
用いた。第１励起光と第２励起光を同時に入射すること
で、約１０ｎｍ程度の発振波長の長波シフトを観測し
た。
【００３６】［実施例５］第５の実施例は、第１の実施
例をさらに発展させた形態に関するものである。ツリウ
ムファイバ（濃度２０００ｐｐｍ、２０ｍ長）を利得媒
質としたファイバアンプを、実施例１と同様に図２のよ
うに構成し、前方励起した場合の利得スペクトルを詳細
に検討した。
例をさらに発展させた形態に関するものである。ツリウ
ムファイバ（濃度２０００ｐｐｍ、２０ｍ長）を利得媒
質としたファイバアンプを、実施例１と同様に図２のよ
うに構成し、前方励起した場合の利得スペクトルを詳細
に検討した。
【００３７】入力信号パワーを−３０ｄＢｍ、入力信号
波長を１４５０から１５４０ｎｍとし、第１励起光（１
０５０ｎｍ）のパワーを１１０ｍＷとした。第１励起光
源２として、第１の実施例と同様、波長１０５０ｎｍの
イッテルビウム添加ファイバレーザを使用した。第２励
起光源６として、１．５５ミクロン帯エルビウム添加フ
ァイバ増幅器からの増幅出力を使用し、第２励起光（１
５６０ｎｍ）のパワーを０ｍＷから３５．３ｍＷまで段
階的に変えたときの利得スペクトルを調べた。その結果
を図１１に示す。図１１中、曲線〜はそれぞれ、第
２励起光パワーが、０ｍＷ（第２励起光の照射無し）、
８ｍＷ、１２ｍＷ、２０ｍＷ、３５．３ｍＷに対応す
る。
波長を１４５０から１５４０ｎｍとし、第１励起光（１
０５０ｎｍ）のパワーを１１０ｍＷとした。第１励起光
源２として、第１の実施例と同様、波長１０５０ｎｍの
イッテルビウム添加ファイバレーザを使用した。第２励
起光源６として、１．５５ミクロン帯エルビウム添加フ
ァイバ増幅器からの増幅出力を使用し、第２励起光（１
５６０ｎｍ）のパワーを０ｍＷから３５．３ｍＷまで段
階的に変えたときの利得スペクトルを調べた。その結果
を図１１に示す。図１１中、曲線〜はそれぞれ、第
２励起光パワーが、０ｍＷ（第２励起光の照射無し）、
８ｍＷ、１２ｍＷ、２０ｍＷ、３５．３ｍＷに対応す
る。
【００３８】この図のように、第２励起光パワーが第１
励起光の１０％程度までの場合（およびのスペクト
ル）、第２励起光を入射しない場合（のスペクトル）
に比べて、１４６０−１４８０ｎｍ帯域において利得が
７ｄＢ以上増大する。すなわち利得効率は０．２ｄＢ／
ｍＷから０．２６ｄＢ／ｍＷへと向上した。さらに第２
励起光パワーが第１励起光パワーの２０％程度（２０ｍ
Ｗ程度）であれば、利得帯域の平坦化と長波シフトが観
測される（のスペクトル参照）。第１励起光の３０％
程度（３５．３ｍＷ、のスペクトル）であれば利得の
ピーク値は１０ｄＢ程度に下がるが、増幅帯域は１４８
０−１５１０ｎｍであり、より顕著な利得シフトが観測
された。
励起光の１０％程度までの場合（およびのスペクト
ル）、第２励起光を入射しない場合（のスペクトル）
に比べて、１４６０−１４８０ｎｍ帯域において利得が
７ｄＢ以上増大する。すなわち利得効率は０．２ｄＢ／
ｍＷから０．２６ｄＢ／ｍＷへと向上した。さらに第２
励起光パワーが第１励起光パワーの２０％程度（２０ｍ
Ｗ程度）であれば、利得帯域の平坦化と長波シフトが観
測される（のスペクトル参照）。第１励起光の３０％
程度（３５．３ｍＷ、のスペクトル）であれば利得の
ピーク値は１０ｄＢ程度に下がるが、増幅帯域は１４８
０−１５１０ｎｍであり、より顕著な利得シフトが観測
された。
【００３９】これらの結果から、本発明は利得シフトの
みならず、利得効率（ｄＢ／ｍＷ）改善や利得の平坦化
にも有効であることがわかる。
みならず、利得効率（ｄＢ／ｍＷ）改善や利得の平坦化
にも有効であることがわかる。
【００４０】［実施例６］第６の実施例では、第５の実
施例で得られた結果に基づき、ファイバを長尺化して、
さらに利得シフトと高利得をめざした。具体的には図１
２に示すようにツリウムファイバ２０ｍ（２０ｍずつモ
ジュール化されている）を３つ直列に接続し、それぞれ
に第１励起光と第２励起光を３００ｍＷ、３０ｍＷずつ
前方から入射した。ここでは光カプラなどの光学部品は
図示していない。
施例で得られた結果に基づき、ファイバを長尺化して、
さらに利得シフトと高利得をめざした。具体的には図１
２に示すようにツリウムファイバ２０ｍ（２０ｍずつモ
ジュール化されている）を３つ直列に接続し、それぞれ
に第１励起光と第２励起光を３００ｍＷ、３０ｍＷずつ
前方から入射した。ここでは光カプラなどの光学部品は
図示していない。
【００４１】この構成により、図１３に示すような利得
スペクトル（のスペクトル；実施例６）が得られた。
この図より、１４８０−１５１０ｎｍに選択的に３０ｄ
Ｂの高利得を実現できたことがわかる。利得シフトしな
い状態（のスペクトル；比較例）でのスペクトルと比
較すると、利得シフトと利得効率の改善の効果が明らか
である。
スペクトル（のスペクトル；実施例６）が得られた。
この図より、１４８０−１５１０ｎｍに選択的に３０ｄ
Ｂの高利得を実現できたことがわかる。利得シフトしな
い状態（のスペクトル；比較例）でのスペクトルと比
較すると、利得シフトと利得効率の改善の効果が明らか
である。
【００４２】以上、実施例に基づいて本発明を説明した
が、本発明は、所望の誘導放出遷移を実現し得る希土類
イオンと、反転分布を形成する第１励起光源（波長と強
度）と、下準位を励起するための第２励起光源（波長や
強度）を適切に選択することで、以上に述べた希土類イ
オン中の他の準位間遷移を用いるレーザ増幅またはレー
ザ発振に適用が可能であり、また、他の希土類イオンに
対しても有効である。
が、本発明は、所望の誘導放出遷移を実現し得る希土類
イオンと、反転分布を形成する第１励起光源（波長と強
度）と、下準位を励起するための第２励起光源（波長や
強度）を適切に選択することで、以上に述べた希土類イ
オン中の他の準位間遷移を用いるレーザ増幅またはレー
ザ発振に適用が可能であり、また、他の希土類イオンに
対しても有効である。
【００４３】また第２励起光源も、基底準位からレーザ
下準位へ励起するのに適切な波長を有するものであれば
構わない。例えば、半導体レーザ、エルビウムファイバ
レーザ、各種の固体レーザ（チタンサファイア、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザ等）等の他、半導体レーザとファイバ増幅
器を組み合わせた光源（例えば、１．５５ミクロン帯Ｄ
ＦＢレーザとエルビウム・ファイバアンプ）等を用いる
ことができる。
下準位へ励起するのに適切な波長を有するものであれば
構わない。例えば、半導体レーザ、エルビウムファイバ
レーザ、各種の固体レーザ（チタンサファイア、Ｎｄ：
ＹＡＧレーザ等）等の他、半導体レーザとファイバ増幅
器を組み合わせた光源（例えば、１．５５ミクロン帯Ｄ
ＦＢレーザとエルビウム・ファイバアンプ）等を用いる
ことができる。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、利得ピーク波長を長波
長シフトしたレーザ増幅器、発振波長を長波シフトした
レーザ発振器を実現することができる。このため、利得
ピークをシフトしないファイバ増幅器とシフトしたファ
イバ増幅器を併用することで、広い増幅波長帯域を必要
とする大容量化に対応できる波長多重通信に使用するこ
とが可能である。
長シフトしたレーザ増幅器、発振波長を長波シフトした
レーザ発振器を実現することができる。このため、利得
ピークをシフトしないファイバ増幅器とシフトしたファ
イバ増幅器を併用することで、広い増幅波長帯域を必要
とする大容量化に対応できる波長多重通信に使用するこ
とが可能である。
【００４５】また、本発明によれば、さらに光アンプの
利得効率の改善と利得の平坦化も図ることができる。
利得効率の改善と利得の平坦化も図ることができる。
【図１】ツリウムのエネルギー準位における本発明の励
起方法の説明図である。
起方法の説明図である。
【図２】本発明におけるファイバ増幅器の構成図であ
る。
る。
【図３】本発明および従来例のツリウムファイバ増幅器
の増幅された自然放出光（ＡＳＥ）スペクトルを示すグ
ラフである。
の増幅された自然放出光（ＡＳＥ）スペクトルを示すグ
ラフである。
【図４】本発明および従来例のツリウムファイバ増幅器
の増幅利得を示すグラフである。
の増幅利得を示すグラフである。
【図５】本発明におけるファイバレーザ発振器の構成を
示す図である。
示す図である。
【図６】本発明および従来例におけるツリウムファイバ
レーザの発振スペクトルを示すグラフである。
レーザの発振スペクトルを示すグラフである。
【図７】エルビウムのエネルギー準位における本発明の
励起方法の説明図である。
励起方法の説明図である。
【図８】ホルミウムのエネルギー準位における本発明の
励起方法の説明図である。
励起方法の説明図である。
【図９】ツリウムファイバ増幅器の従来の励起方法を示
すエネルギー準位図である。
すエネルギー準位図である。
【図１０】ツリウムの従来励起法による蛍光スペクトル
である。
である。
【図１１】第５の実施例のファイバアンプの利得スペク
トルを示すグラフである。
トルを示すグラフである。
【図１２】第６の実施例のファイバアンプのの構成を示
す図である。
す図である。
【図１３】第６の実施例のファイバアンプの利得スペク
トルを示すグラフである。
トルを示すグラフである。
１ 増幅ファイバ ２ 第１励起光源 ３ 波長多重カプラ ４ アイソレータ ５ アイソレータ ６ 第２励起光源 ７ 波長多重カプラ ８ 信号光 ９ 増幅信号 １０ 飽和信号（波長１．４７ミクロン） １１ ツリウムにおける本発明による長波シフトされた
ＡＳＥスペクトル １２ 第２励起光（波長１．５６ミクロン） １３ ツリウムにおける従来の励起法によるＡＳＥスペ
クトル（励起パワー１４０ｍＷ） １４ ツリウムにおける従来の励起法によるＡＳＥスペ
クトル（励起パワー２００ｍＷ） １５ リアミラー １６ 出力ミラー １７ レンズ １８ レンズ １９ ダイクロイックミラー ２０ ファイバレーザ発振光
ＡＳＥスペクトル １２ 第２励起光（波長１．５６ミクロン） １３ ツリウムにおける従来の励起法によるＡＳＥスペ
クトル（励起パワー１４０ｍＷ） １４ ツリウムにおける従来の励起法によるＡＳＥスペ
クトル（励起パワー２００ｍＷ） １５ リアミラー １６ 出力ミラー １７ レンズ １８ レンズ １９ ダイクロイックミラー ２０ ファイバレーザ発振光
Claims (16)
- 【請求項１】 希土類元素を添加した媒体を利得媒質と
し、この希土類元素のイオンのエネルギー準位の中で基
底準位よりエネルギーの高い２つのエネルギー準位をレ
ーザ上準位とレーザ下準位として、その２準位間の誘導
放出遷移を用いるレーザ増幅器であって、この２準位間
に反転分布を形成する第１の励起光源と、この第１の励
起光波長とは異なる波長により基底準位から前記レーザ
下準位にイオンを励起する第２の励起光源とを備えるこ
とを特徴とするレーザ増幅器。 - 【請求項２】 前記希土類元素が、ツリウム、ホルミウ
ム、エルビウムおよびプラセオジムからなる群より選ば
れる元素であることを特徴とする請求項１記載のレーザ
増幅器。 - 【請求項３】 前記希土類元素のイオンがフルオロジル
コニウム酸塩ガラス中に含まれることを特徴とする請求
項１または２記載のレーザ増幅器。 - 【請求項４】 前記希土類元素のイオンがツリウムイオ
ン（Ｔｍ3+）であり、波長１．０４ないし１．０７ミク
ロンの第１励起光源と、波長１．５３ないし１．９０ミ
クロンの第２励起光源とを備えることを特徴とする請求
項１または３記載のレーザ増幅器。 - 【請求項５】 前記希土類元素のイオンがエルビウムイ
オン（Ｅｒ3+）であり、波長０．８１または０．９８ミ
クロンの第１励起光源と、波長１．４５ないし１．５７
ミクロンの第２励起光源とを備えることを特徴とする請
求項１または３記載のレーザ増幅器。 - 【請求項６】 前記希土類元素のイオンがホルミウムイ
オン（Ｈｏ3+）であり、波長０．８９または１．１５ミ
クロンの第１励起光源と、波長１．８ないし２．１ミク
ロンの第２励起光源を備えることを特徴とする請求項１
または３記載のレーザ増幅器。 - 【請求項７】 前記媒体が光ファイバ形状であることを
特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ増幅
器。 - 【請求項８】 希土類元素を添加した媒体を利得媒質と
し、この希土類元素のイオンのエネルギー準位の中で基
底準位よりエネルギーの高い２つのエネルギー準位をレ
ーザ上準位とレーザ下準位として、その２準位間の誘導
放出遷移を用いるレーザ発振器であって、この２準位間
に反転分布を形成する第１の励起光源と、この第１の励
起光波長とは異なる波長により基底準位から前記レーザ
下準位にイオンを励起する第２の励起光源とを備えるこ
とを特徴とするレーザ発振器。 - 【請求項９】 前記希土類元素が、ツリウム、ホルミウ
ム、エルビウムおよびプラセオジムからなる群より選ば
れる元素であることを特徴とする請求項８記載のレーザ
発振器。 - 【請求項１０】 前記希土類元素のイオンがフルオロジ
ルコニウム酸塩ガラス中に含まれることを特徴とする請
求項８または９記載のレーザ発振器。 - 【請求項１１】 前記希土類元素のイオンがツリウムイ
オン（Ｔｍ3+）であり、波長１．０４ないし１．０７ミ
クロンの第１励起光源と、波長１．５３ないし１．９０
ミクロンの第２励起光源とを備えることを特徴とする請
求項８または１０記載のレーザ発振器。 - 【請求項１２】 前記希土類元素のイオンがエルビウム
イオン（Ｅｒ3+）であり、波長０．８１または０．９８
ミクロンの第１励起光源と、波長１．４５ないし１．５
７ミクロンの第２励起光源とを備えることを特徴とする
請求項８または１０記載のレーザ発振器。 - 【請求項１３】 前記希土類元素のイオンがホルミウム
イオン（Ｈｏ3+）であり、波長０．８９または１．１５
ミクロンの第１励起光源と、波長１．８ないし２．１ミ
クロンの第２励起光源とを備えることを特徴とする請求
項８または１０記載のレーザ発振器。 - 【請求項１４】 媒体が光ファイバ形状であることを特
徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載のレーザ発振
器。 - 【請求項１５】 請求項１〜７のいずれかに記載のレー
ザ増幅器と、第１の励起光源のみを備えたレーザ増幅器
とを直列に配列したことを特徴とする利得増幅装置。 - 【請求項１６】 請求項１〜７のいずれかに記載のレー
ザ増幅器と、第１の励起光源のみを備えたレーザ増幅器
とを直列に配列した装置を用いる広帯域の利得増幅方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15674599A JP3344475B2 (ja) | 1999-03-19 | 1999-06-03 | レーザ発振器及びレーザ増幅器 |
| US09/527,421 US6411432B1 (en) | 1999-03-19 | 2000-03-17 | Laser oscillator and laser amplifier |
| EP00105778A EP1039593B1 (en) | 1999-03-19 | 2000-03-18 | Laser amplifier and laser oscillator |
| DE60038203T DE60038203D1 (de) | 1999-03-19 | 2000-03-18 | Laserverstärker und Laseroszillator |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| JP7570499 | 1999-03-19 | ||
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP15674599A Expired - Fee Related JP3344475B2 (ja) | 1999-03-19 | 1999-06-03 | レーザ発振器及びレーザ増幅器 |
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|---|---|
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| EP (1) | EP1039593B1 (ja) |
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| CN115411597A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-11-29 | 北京国光领航科技有限公司 | 一种基于掺铥光纤的双峰输出激光治疗仪 |
| CN115483601B (zh) * | 2022-10-28 | 2023-04-04 | 北京工业大学 | 基于模式控制和非均匀增益超大模场掺铥光纤放大器装置 |
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