JPH04501787A - レーザシステム - 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】 レーザシステム この発明はレーザシステムに関し、特に光フアイバ増幅器を備えたレーザシステ ムに関する。

希土類イオンでドープされた単一モード光ファイバは、光ファイバがレーザ作用 を生じるよりも短い波長の光を使用して縦方向にポンピングされるとき、有用な スペクトル領域において光増幅を行うことが知られている。このポンピングの波 長はドープイオンの原子吸収に対応している。

当該技術でよく知られているように、レーザがポンプ波長の光でポンピングされ るとき、レーザ中のイオンはポンピングにより励起されてレーザ作用を生じる。

ポンプした光の全てがレーザの出力光に変換されるのではなく、残りの部分は残 留（ｒｅｎ＋ｎａｎｔ）ポンプとして知られている。残留ポンプは一般的には使 用されず、したがってシステムの効率゛を低下させる。

数百ｐｐｍのエルビウムイオンでドープされたシリカまたは多成分ガラスファイ バは略々１５３６ｎａ＋で光学的利得を有することが知られている。増幅器のポ ンピングが生じる適当な吸収帯は５４０　ｎｍ、　６５０　ｎｏｌ、　８００　 ｎａ＋、および９８０　ｎｍである。これらのポンピング帯のあるものは他より も効率が高い。これはある波長でポンプ光子の寄生励起状態吸収（ＥＳＡ）が存 在することによる。例えばシリカガラス中のエルビウムは６５０ｎｍおよび９８ ０　ｎｎ＋でＥＳＡがないが、８００　ｎｍ付近では顕著な量を有する。それ故 ８００　ｎｍのポンプ波長よりも６５０ｎ層または９８０ｎ−のポンプ波長を使 用するほうがずっと効率のよい性能が得られる。

しかし残念ながら、６５０　ｎａ＋帯でポンプすることのできるポンプレーザは 得られていない。さらに６５０　ｎｍ帯は９８０　ｎｍ帯はどの量子効率がなく 、また９８Ｏｔｖ付近で出力を生成することのできる放射線源も乏しい。その結 果光フアイバ増幅器は一般に例えば高出力ＧａＡｌＡｓレーザダイオードにより ８００ｎｍ付近でポンピングされる。しかしこのポンプ帯域は最高性能の結果を 与えるものではない。

この発明の目的は、実質上ＥＳＡのない波長でレーザがポンピングされるレーザ システムを提供することである。

この発明によれば、第１および第２の波長でポンピング可能な第１のレーザと、 第２の波長でレーザ作用を生じるように、第１の波長でボンピング可能な第２の レーザとを具備し、第２の波長の第２のレーザの出力および第１の波長の残留ポ ンプの両者が第１のレーザをポンピングするために結合されるレーザシステムが 提供される。

第１のレーザは希土類イオンによってドープされた単一モードの光ファイバであ ることが好ましく、例えば、エルビウムイオンによってドープされたシリカをベ ースとした光ファイバである。それゆえ８５０　ｎｍおよび９８０　ｎｍ付近の ポンピング波長でＥＳＡは存在しない。

第２のレーザは、エルビウムイオンによってドープされたフロロジルコネートフ ァイバで構成されることが好ましく、ＧａＡｌＡｓレーザによってポンピングさ れる。第２のレーザはしたがって８００　ｎｍ付近でポンピングされ、９８０　 ｒｕ＊付近でレーザ作用を生じる。

この発明の別の利点は、残留ポンプが第１のレーザをポンピングするために第２ のレーザの出力と結合されるように構成されていることである。したがって第１ のレーザは９８０　ｎｉ＋付近および８００　ｎｍ付近の両方でポンピングされ 、したがってシステムの効率が増加する。

その代りに、第２のレーザが２以上の形式の希土類イオンでドープされたシリカ ベース光ファイバであってもよい。イオンはネオジウムおよびイッテルビウムイ オンであってもよく、レーザは８００　ｎｍでポンピングされることができる。

ポンプ光子はネオジウムイオンにより吸収され、これらの励起されたイオンは放 射弛緩なしにそれらのエネルギをイッテルビウムイオンに転送する。これは２つ のイッテルビウムイオンレベル間にポピユレーションの反転をもたらし、システ ムは９８０　ｒｕｇでレーザ発振をする。

以下添付図面を参照にして実施例によって説明する。

、　第１図はこの発明の１実施例によるレーザシステムの概略図である。

第２図はエルビウムドープフロロジルコネート先ファイバレーザおよびエルビウ ムドープシリカベース光フアイバレーザのエネルギレベルを示す。

第３図はネオジウムおよびイッテルビウムイオンでドープされたシリカベース光 フアイバレーザの概略図である。

第１図を参照すると、この発明の１実施例のレーザシステムは、エルビウムイオ ンでドープされたシリカをベースとするファイバから構成されている第１のレー ザ１と、エルビウムイオンでドープされたフロロジルコネートファイバから構成 されている第２のレーザ２とを備えている。ＧａＡｌＡｓレーザ３は８００　ｎ ｉの第１の波長λ、でレーザ２をポンピングするために使用される。これは９８ ０　ｎｍの第２の波長λ２でレーザ２にレーザ作用を行なわせる。この出力波長 λ２は残留物ポンプ波長λ１と共にレーザ１に注入され、レーザｌを略々１５４ ０ｎｓの出力波長λ、でレーザ発振させる。

第１図のシステムの別の実施例においては、レーザ２はコアの直径３０μｍ１開 口数０．２２のエルビウムドープ弗化物光ファイバにより構成される。それは２ ８７ｐｐｍのエルビウムイオンでドープされ、長さは３５ｃｍである。それは９ ５％の反射器を有する標準のファブリベロー空洞である。ポンプレーザ３はアル ゴンレーザであり、レーザ２をポンピングするには８００　ｔ＋ａ＋のほうが良 好な結果が得られるけれども４８８　ｒｕ＋＋でレーザ２をポンピングする。レ ーザ２は９８８　ｎｎ＋の波長で動作する。

この例ではレーザ２として単一モード弗化物光ファイバを使用することによって さらに良好な結果が得られた。

第２図を参照すると、第１図のシステムにおけるエネルギレベルが示されている 。レーザ２は８００　ｎａ＋でポンプレーザ３によってポンピングされている。

これはエルビウムイオンを４Ｉ、７□レベルに励起する。イオンはそれから放射 しないで減衰して’Ｉ１１／２レベルに低下し、それから９８０　ｎｏ＋で光を 生成する’　Ｉ　１５／２レベルへ放射して転移する。９８０　ｎｍにおけるこ の放射減衰による出力は８００　ｒ＋ａ＋における残留ポンプと結合され、レー ザＪ、を９８０　ｎｉと８００　ｎｍの両方でポンピングする。

非放射減衰は４■９７□レベルおよび’Ｉｌｌ／２レベルの両者で生じて’Ｉ＋ ３／２になる。そこから１５４０ｎｍ付近に対してポンプ入力の増幅を生じる放 射減衰が生じて’Ｉ１５／□レベルに移行する。

この発明のシステムの利点は、波長λ１から効率よく変換されたとき、波長λ２ は単に波長λ、でレーザ１をポンピングすることによって得られた場合よりも改 善された利得係数（ｄＢ／　ｍＷ）を与えることである。

レーザ２の放射転移は’ＩＩＩ／□−４１，５□２であることが認められる。シ リカのような他のホスト材料においては、この転移は放射性ではない可能性があ り、４■、□７□のレベルから１１３／□レベルへ速い非放射性の減衰を生成す る強い光子結合である。

第３図を参照するとレーザ２の別の実施例が概略的に示されている。レーザ２は ネオジウムとイッテルビウムイオンの両者を含むシリカベースの光ファイバで構 成されている。レーザ２は８００　ｎｍでポンピングされる。ポンプ光子はネオ ジウムイオンによって吸収され、これらの励起されたイオンは非放射性弛緩によ ってイッテルビウムイオンにそれらのエネルギを転送する。ポピユレーション反 転は２つのイッテルビウムレベル間に設定され、レーザがレーザ発振を生じる。

国際調査報告 １１Ｉ＋−一−＾・内油＠Ｎ喘　ＰＣＴ／ＧＢ　８９１０１００２国際調査報告 ＧＢ　８９０１００２ Ｓ＾　３０８１１

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．第１および第２の波長でポンピング可能な第１のレーザと、 第２の波長でレーザ作用を生じるように、第１の波長でポンピング可能な第２の レーザとを具備し、第２の波長の第２のレーザの出力および第１の波長の残留ポ ンプの両者が第１のレーザをポンピングするために結合されるレーザシステム。
2. ２．第１のレーザが、希土類イオンによってドープされた単一モードの光ファイ バである請求項１記載のシステム。
3. ３．第１のレーザが、エルビウムイオンによってドープされたシリカをベースと した光ファイバである請求項２記載のシステム。
4. ４．第２のレーザが、エルビウムイオンによってドープされたフロロジルコネー トをベースとしたレーザを具備する請求項１乃至３のいずれか１項記載のシステ ム。
5. ５．第２のレーザが単一モードファイバである請求項４記載のシステム。
6. ６．第２のレーザが、ネオジムおよびイッテルビウムイオンの両方によってドー プされたシリカをベースとしたファイバである請求項１乃至３のいずれか１項記 載のシステム。
7. ７．図面を参照に実質上説明したシステム。