JPH08102565A - 青緑色レーザー発振方法、これを適用したレーザー素子および青緑色レーザー発生装置 - Google Patents
青緑色レーザー発振方法、これを適用したレーザー素子および青緑色レーザー発生装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 素子の小型化が可能であり、且つ単一モード
の高性能素子の量産が可能になる、新たな理論を適用し
た青緑色のレーザー発振方法およびその素子を提供す
る。 【構成】 第１の励起エネルギーで第１の元素の電子を
第１のエネルギーレベルに励起させて１次エネルギ吸収
による光音響エネルギーを得る段階と、光音響エネルギ
ーを励起源として第２の元素の電子を前記第１エネルギ
ーレベルより相対的に高い第２のエネルギーレベルに励
起して２次エネルギー吸収による目的の波長を有する青
緑色のレーザー光を得るようにする段階を含め、前記素
子はエネルギーの吸収により所定波長帯域の光を発生す
る元素のドーピングされている所定屈折率のコアと、前
記コアの周囲に備えられるもので前記コアと異なる屈折
率を持つクラッディング層とを具備して、コアには少な
くとも２つの元素がドーピングされており、１つのドー
ピング元素は他のドーピング元素に比べて高いエネルギ
ーレベル差を有するようになっている。
の高性能素子の量産が可能になる、新たな理論を適用し
た青緑色のレーザー発振方法およびその素子を提供す
る。 【構成】 第１の励起エネルギーで第１の元素の電子を
第１のエネルギーレベルに励起させて１次エネルギ吸収
による光音響エネルギーを得る段階と、光音響エネルギ
ーを励起源として第２の元素の電子を前記第１エネルギ
ーレベルより相対的に高い第２のエネルギーレベルに励
起して２次エネルギー吸収による目的の波長を有する青
緑色のレーザー光を得るようにする段階を含め、前記素
子はエネルギーの吸収により所定波長帯域の光を発生す
る元素のドーピングされている所定屈折率のコアと、前
記コアの周囲に備えられるもので前記コアと異なる屈折
率を持つクラッディング層とを具備して、コアには少な
くとも２つの元素がドーピングされており、１つのドー
ピング元素は他のドーピング元素に比べて高いエネルギ
ーレベル差を有するようになっている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は新しい理論を適用したレ
ーザー発振方法およびこれを適用した装置に係り、さら
に詳細には効率的な青緑色レーザー発振方法およびこれ
を適用した装置に関する。
ーザー発振方法およびこれを適用した装置に係り、さら
に詳細には効率的な青緑色レーザー発振方法およびこれ
を適用した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザーの発生メカニズムにおいて、基
底エネルギー準位の電子層を有する原子に強い励起光を
入射させれば、励起光のエネルギーによって電子が高い
準位に浮き上がる。このように浮き上がった電子は安定
した状態でないために、再び基底エネルギーレベルに落
ちるようになり、落ちる時に吸収されたエネルギーは光
エネルギーとして放出される。この際、放出された光エ
ネルギーの波長は、最初に該電子が浮き上がるようにし
た励起光の波長と同程度だったり些か長い。
底エネルギー準位の電子層を有する原子に強い励起光を
入射させれば、励起光のエネルギーによって電子が高い
準位に浮き上がる。このように浮き上がった電子は安定
した状態でないために、再び基底エネルギーレベルに落
ちるようになり、落ちる時に吸収されたエネルギーは光
エネルギーとして放出される。この際、放出された光エ
ネルギーの波長は、最初に該電子が浮き上がるようにし
た励起光の波長と同程度だったり些か長い。
【０００３】短い波長の光を発生するレーザー素子、例
えば青緑色レーザー素子は応用分野が広いために、多方
面において研究されつつある。光学的に光は波長が短い
ほどより小さい大きさの焦点を結ぶことができる。この
ような光の性質に基づいて、現在光記録用として用いら
れている光の波長をより短くすればするほど情報の記録
密度をさらに高めることができる。したがって、現在使
用されている既存媒体の制限された領域に一層多量のデ
ータが記録できる。このために、使用される光は前述し
たように、短い波長と良い干渉性を持つのが望ましいの
で、光源としてレーザーダイオードが主に用いられてい
る。
えば青緑色レーザー素子は応用分野が広いために、多方
面において研究されつつある。光学的に光は波長が短い
ほどより小さい大きさの焦点を結ぶことができる。この
ような光の性質に基づいて、現在光記録用として用いら
れている光の波長をより短くすればするほど情報の記録
密度をさらに高めることができる。したがって、現在使
用されている既存媒体の制限された領域に一層多量のデ
ータが記録できる。このために、使用される光は前述し
たように、短い波長と良い干渉性を持つのが望ましいの
で、光源としてレーザーダイオードが主に用いられてい
る。
【０００４】短い波長のレーザーダイオードは、種々の
類型に開発されているが、最適の小型化がなされねばな
らない製作条件によって、現在は主に半導体レーザーダ
イオードを利用する方法が普遍的に行われている。現在
用いられている赤外線系列の半導体レーザー素子は、長
波長の光を発振するために、媒体に対する記録密度の増
加に限界がある。このような問題を改善するために、よ
り短い波長のレーザーを発振する素子の開発が緊急な実
情である。このような青緑色レーザー素子が実用化され
るためには多くの時間を要する。今までこれに関する多
くの研究が進んでいるが、半導体レーザー素子自体が室
温で長時間発振した場合はいまだになかったが、これは
素材である半導体自体の固有の特性にその原因があるか
らである。
類型に開発されているが、最適の小型化がなされねばな
らない製作条件によって、現在は主に半導体レーザーダ
イオードを利用する方法が普遍的に行われている。現在
用いられている赤外線系列の半導体レーザー素子は、長
波長の光を発振するために、媒体に対する記録密度の増
加に限界がある。このような問題を改善するために、よ
り短い波長のレーザーを発振する素子の開発が緊急な実
情である。このような青緑色レーザー素子が実用化され
るためには多くの時間を要する。今までこれに関する多
くの研究が進んでいるが、半導体レーザー素子自体が室
温で長時間発振した場合はいまだになかったが、これは
素材である半導体自体の固有の特性にその原因があるか
らである。
【０００５】青緑色レーザー光を得るために、ポンピン
グエネルギーとして主に長波長８００ｎｍ〜９８０ｎｍ
のレーザーを使用する第２高調波発生装置が開発され
た。第２高調波発生は、レーザー素子自体で青緑色レー
ザーが発振されるものでなく、すでに発振された赤外線
レーザーの波長を２つのミラーの間の光学的に閉じ込め
られた共振空間内で非線形光学素材を利用して１／２波
長に変えるものである。このための装置は構造が複雑で
あって、小型化に限界がある。例えば、第２高調波発生
装置で第２高調波を得るために使用される非線形の単結
晶は温度変化に応じてその特性が変化するので、温度を
制御するための付随した多数の構成要素が備えられるべ
きである。
グエネルギーとして主に長波長８００ｎｍ〜９８０ｎｍ
のレーザーを使用する第２高調波発生装置が開発され
た。第２高調波発生は、レーザー素子自体で青緑色レー
ザーが発振されるものでなく、すでに発振された赤外線
レーザーの波長を２つのミラーの間の光学的に閉じ込め
られた共振空間内で非線形光学素材を利用して１／２波
長に変えるものである。このための装置は構造が複雑で
あって、小型化に限界がある。例えば、第２高調波発生
装置で第２高調波を得るために使用される非線形の単結
晶は温度変化に応じてその特性が変化するので、温度を
制御するための付随した多数の構成要素が備えられるべ
きである。
【０００６】一方、短波長のレーザーを得るための他の
方法として、長波長の光を利用して電子が浮き上がった
状態で２次に該電子を励起させて短い周波数の波長を発
生させる周波数変換レーザー装置が用いられる。前記周
波数変換レーザー装置は、励起光による電子の２次浮き
上がり現象を利用する。その原理は次の通りである。
方法として、長波長の光を利用して電子が浮き上がった
状態で２次に該電子を励起させて短い周波数の波長を発
生させる周波数変換レーザー装置が用いられる。前記周
波数変換レーザー装置は、励起光による電子の２次浮き
上がり現象を利用する。その原理は次の通りである。
【０００７】図１のように外部の励起光が原子に加えら
れると、電子が基底準位Ｅ0 から第１エネルギー準位Ｅ
1 に浮き上がる。そして、１次に浮き上がった電子は再
びＥ 0 準位の低いエネルギー状態に落ちる前に第１エネ
ルギー準位Ｅ1 より高い第２エネルギー準位Ｅ2 にさら
に浮き上がる。そして２次に浮き上がった電子は、一度
に第２エネルギー準位Ｅ2 から基底準位Ｅ0 に落ちる。
このように２次に浮き上がった電子が基底準位Ｅ0 に落
ちると光が発生する。この際に、発生した光に適当な共
振条件を与えると、レーザーが発生するが、この時の波
長は２回にわたる電子の浮き上がりにより元々入射した
励起光に比べて短い波長を有する。
れると、電子が基底準位Ｅ0 から第１エネルギー準位Ｅ
1 に浮き上がる。そして、１次に浮き上がった電子は再
びＥ 0 準位の低いエネルギー状態に落ちる前に第１エネ
ルギー準位Ｅ1 より高い第２エネルギー準位Ｅ2 にさら
に浮き上がる。そして２次に浮き上がった電子は、一度
に第２エネルギー準位Ｅ2 から基底準位Ｅ0 に落ちる。
このように２次に浮き上がった電子が基底準位Ｅ0 に落
ちると光が発生する。この際に、発生した光に適当な共
振条件を与えると、レーザーが発生するが、この時の波
長は２回にわたる電子の浮き上がりにより元々入射した
励起光に比べて短い波長を有する。
【０００８】以上のような原理下に、励起光を長波長か
ら短波長の光に変換する場合には前記電子の第１エネル
ギー準位差Ｅ1 と第２エネルギー準位差Ｅ2 とが一致せ
ねばならない。このような過程で得られた光は長波長の
励起光に比べて１／２の波長を有する短波長のレーザー
光となる。以上のような原理が適用されるようにするた
めには、先ず図１のように、基底電位と１次エネルギー
準位と、１次エネルギー準位と２次エネルギー準位との
間で準位差が同一の原子が適用され、１次浮き上がり状
態（Ｅ1 準位）で電子が長く留まるほど２次のエネルギ
ー状態に電子が移動する確率が高くなるために、Ｅ 1 で
電子が長く留まるようにするのが必要である。
ら短波長の光に変換する場合には前記電子の第１エネル
ギー準位差Ｅ1 と第２エネルギー準位差Ｅ2 とが一致せ
ねばならない。このような過程で得られた光は長波長の
励起光に比べて１／２の波長を有する短波長のレーザー
光となる。以上のような原理が適用されるようにするた
めには、先ず図１のように、基底電位と１次エネルギー
準位と、１次エネルギー準位と２次エネルギー準位との
間で準位差が同一の原子が適用され、１次浮き上がり状
態（Ｅ1 準位）で電子が長く留まるほど２次のエネルギ
ー状態に電子が移動する確率が高くなるために、Ｅ 1 で
電子が長く留まるようにするのが必要である。
【０００９】このような原理を利用した周波数変換レー
ザー装置は９０年度に至って具体的に実現された。１９
９１年度にエルビウム（Erbium）のドーピングされたフ
ッ化物光繊維レーザー（fluoride fiber laser）が発表
されたが、これによって８００ｎｍの波長を有する赤外
線レーザーダイオードをポンピングソースとして使用し
て５４６ｎｍ波長のレーザーを発振するに成功した。こ
れがきっかけとなり、フッ化物光繊維を利用した青緑色
レーザー装置が研究されつつある。ところが、例えば米
国特許５，２９９，２１５号に述べたように、２次浮き
上がりを利用した周波数変換レーザー素子の場合は、現
在その構造や効率の面において多くの発展がなされてい
るが、電子の１次浮き上がり状態で長時間電子が留まる
ようにするために、光繊維構造に製造しにくいフッ化物
を基本媒質として使用している。該フッ化物は一般に光
繊維製造方法として使用される、調節された化学蒸着法
が利用しにくい。フッ化物を利用した光ファイバーの一
般的な製造法は、主に溶かして貼る方法（Built-In Cas
ting Process）を用いるが、これは光繊維の基本となる
ベース物質を製造する時に溶かして作る過程を経るため
に、厚さの調節が難しく、一定の量の元素をドーピング
させるのが不可能であった。このような原因として、レ
ーザーの発振モードに重要な影響を及ぼすコアの直径
を、設計された寸法で正確に制御したり小型化するのが
困難であった。このような基本媒質を使用する素子を利
用しては以上のような構造的な制約によって単一モード
のレーザーが得にくかった。
ザー装置は９０年度に至って具体的に実現された。１９
９１年度にエルビウム（Erbium）のドーピングされたフ
ッ化物光繊維レーザー（fluoride fiber laser）が発表
されたが、これによって８００ｎｍの波長を有する赤外
線レーザーダイオードをポンピングソースとして使用し
て５４６ｎｍ波長のレーザーを発振するに成功した。こ
れがきっかけとなり、フッ化物光繊維を利用した青緑色
レーザー装置が研究されつつある。ところが、例えば米
国特許５，２９９，２１５号に述べたように、２次浮き
上がりを利用した周波数変換レーザー素子の場合は、現
在その構造や効率の面において多くの発展がなされてい
るが、電子の１次浮き上がり状態で長時間電子が留まる
ようにするために、光繊維構造に製造しにくいフッ化物
を基本媒質として使用している。該フッ化物は一般に光
繊維製造方法として使用される、調節された化学蒸着法
が利用しにくい。フッ化物を利用した光ファイバーの一
般的な製造法は、主に溶かして貼る方法（Built-In Cas
ting Process）を用いるが、これは光繊維の基本となる
ベース物質を製造する時に溶かして作る過程を経るため
に、厚さの調節が難しく、一定の量の元素をドーピング
させるのが不可能であった。このような原因として、レ
ーザーの発振モードに重要な影響を及ぼすコアの直径
を、設計された寸法で正確に制御したり小型化するのが
困難であった。このような基本媒質を使用する素子を利
用しては以上のような構造的な制約によって単一モード
のレーザーが得にくかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
問題を改善するためのものであり、本発明の目的は、赤
外線レーザーから青緑色レーザー光を発振させうる新し
い概念を提示し、このような新しい概念を適用したレー
ザー光発生方法およびこれを適用した装置を提供するこ
とである。
問題を改善するためのものであり、本発明の目的は、赤
外線レーザーから青緑色レーザー光を発振させうる新し
い概念を提示し、このような新しい概念を適用したレー
ザー光発生方法およびこれを適用した装置を提供するこ
とである。
【００１１】
【課題を達成するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明のレーザー発生方法は、第１の励起エネル
ギーで第１の元素の電子を第１のエネルギーレベルに励
起させた後、１次エネルギ吸収による光音響エネルギー
を得る段階と、前記光音響エネルギーを励起源として第
２の元素の電子を前記第１エネルギーレベルより高い第
２のエネルギーレベルに励起した後、２次エネルギー吸
収による青緑色のレーザー光を得るようにする段階とを
含むことにその特徴がある。
めに、本発明のレーザー発生方法は、第１の励起エネル
ギーで第１の元素の電子を第１のエネルギーレベルに励
起させた後、１次エネルギ吸収による光音響エネルギー
を得る段階と、前記光音響エネルギーを励起源として第
２の元素の電子を前記第１エネルギーレベルより高い第
２のエネルギーレベルに励起した後、２次エネルギー吸
収による青緑色のレーザー光を得るようにする段階とを
含むことにその特徴がある。
【００１２】また、前記目的を達成するために、本発明
のレーザー素子は、エネルギー吸収により所定波長帯域
の光を発生する特定の元素がドーピングされており、こ
の際に発生した光を所定の領域内に導波するようになっ
た所定屈折率のコアと、前記コアの周囲に備えられるも
ので前記コアと異なる屈折率を持つクラッディング層と
を具備したレーザー素子において、前記コアには少なく
とも２つの元素がドーピングされており、１つの元素は
他の元素に比べて高いエネルギーレベル差を有し、前記
１つの元素は外部励起光によって光音響エネルギーを発
生し、他の元素は前記発生した光音響エネルギーを励起
源として高いエネルギー準位状態に励起されるようにな
っていることにその特徴がある。
のレーザー素子は、エネルギー吸収により所定波長帯域
の光を発生する特定の元素がドーピングされており、こ
の際に発生した光を所定の領域内に導波するようになっ
た所定屈折率のコアと、前記コアの周囲に備えられるも
ので前記コアと異なる屈折率を持つクラッディング層と
を具備したレーザー素子において、前記コアには少なく
とも２つの元素がドーピングされており、１つの元素は
他の元素に比べて高いエネルギーレベル差を有し、前記
１つの元素は外部励起光によって光音響エネルギーを発
生し、他の元素は前記発生した光音響エネルギーを励起
源として高いエネルギー準位状態に励起されるようにな
っていることにその特徴がある。
【００１３】また、前記目的を達成するために本発明に
よるレーザー発生装置は、相異なるエネルギー準位差を
有する第１，第２元素のドーピングされているコアとコ
アの周囲に備えられるクラッディング層を含む光ファイ
バーと、前記光ファイバーの前後に備えられレーザーの
共振空間を備える２つのミラーと、前記２つのミラーの
うちの１つのミラーの前方に備えられ、前記共振空間内
にポンピング光を注入するポンピング光源とを具備し
て、前記ポンピング光によって励起された第１元素から
光音響エネルギーが発生し、発生した光音響エネルギー
が前記第２元素の電子を励起させ第２元素の電子のエネ
ルギー吸収による青緑色光が発生し、前記青緑色光が前
記共振空間で共振して青緑色レーザービームに変わるよ
うになっていることに特徴がある。
よるレーザー発生装置は、相異なるエネルギー準位差を
有する第１，第２元素のドーピングされているコアとコ
アの周囲に備えられるクラッディング層を含む光ファイ
バーと、前記光ファイバーの前後に備えられレーザーの
共振空間を備える２つのミラーと、前記２つのミラーの
うちの１つのミラーの前方に備えられ、前記共振空間内
にポンピング光を注入するポンピング光源とを具備し
て、前記ポンピング光によって励起された第１元素から
光音響エネルギーが発生し、発生した光音響エネルギー
が前記第２元素の電子を励起させ第２元素の電子のエネ
ルギー吸収による青緑色光が発生し、前記青緑色光が前
記共振空間で共振して青緑色レーザービームに変わるよ
うになっていることに特徴がある。
【００１４】
【作用】希土類元素のうちの１つであるイッテルビウム
から発生する光音響エネルギーによってテルビウムをポ
ンピングする原理を利用することにより、青緑色光が発
生できる。
から発生する光音響エネルギーによってテルビウムをポ
ンピングする原理を利用することにより、青緑色光が発
生できる。
【００１５】
【実施例】図２は本発明のレーザー発振の概念を示した
エネルギー準位図である。図２Ａを参照すれば、基底準
位Ｅ0 の電子に外部から強い励起光を入射させれば、例
えば希土類の元素のグループから選択された１つの第１
元素の電子は励起され第１エネルギー準位Ｅ1 に転移
し、そしてエネルギー状態が不安であってさらに低いエ
ネルギー準位Ｅ0 に落ちる。このように電子が基底エネ
ルギー準位Ｅ 0 に落ちる過程のエネルギー吸収により１
次エネルギーが放出されるが、通常前記放出エネルギー
はフォトンによる光エネルギーの形態を持ったり、フォ
ノン（Phonon，音響子）による非発光性のエネルギーの
形態を持つが、本発明では前記フォノンによる非発光性
のエネルギーの形態（以下、光音響エネルギーとする）
を利用するために前記第１原子を選択する。放出された
１次エネルギーを図２Ｂに示したように、他のエネルギ
ー準位を有する希土類元素のグループから選択された第
２原子の基底エネルギー準位Ｅ0 の電子に伝達され、該
電子は前記第１エネルギー準位Ｅ1 より高い第２エネル
ギー準位Ｅ2 に浮き上がる。
エネルギー準位図である。図２Ａを参照すれば、基底準
位Ｅ0 の電子に外部から強い励起光を入射させれば、例
えば希土類の元素のグループから選択された１つの第１
元素の電子は励起され第１エネルギー準位Ｅ1 に転移
し、そしてエネルギー状態が不安であってさらに低いエ
ネルギー準位Ｅ0 に落ちる。このように電子が基底エネ
ルギー準位Ｅ 0 に落ちる過程のエネルギー吸収により１
次エネルギーが放出されるが、通常前記放出エネルギー
はフォトンによる光エネルギーの形態を持ったり、フォ
ノン（Phonon，音響子）による非発光性のエネルギーの
形態を持つが、本発明では前記フォノンによる非発光性
のエネルギーの形態（以下、光音響エネルギーとする）
を利用するために前記第１原子を選択する。放出された
１次エネルギーを図２Ｂに示したように、他のエネルギ
ー準位を有する希土類元素のグループから選択された第
２原子の基底エネルギー準位Ｅ0 の電子に伝達され、該
電子は前記第１エネルギー準位Ｅ1 より高い第２エネル
ギー準位Ｅ2 に浮き上がる。
【００１６】この際に第２原子としては、前記エネルギ
ー準位差が第１原子のエネルギー準位差に比べて高い、
例えば整数倍となる原子を選択せねばならない。図２Ｂ
に示したように、さらに浮き上がるようになった電子
は、高い状態のエネルギー準位で一定の時間留まった
後、再び低いエネルギー状態に落ちながら元の励起光に
比べて短い波長を有する光エネルギーを放出する。
ー準位差が第１原子のエネルギー準位差に比べて高い、
例えば整数倍となる原子を選択せねばならない。図２Ｂ
に示したように、さらに浮き上がるようになった電子
は、高い状態のエネルギー準位で一定の時間留まった
後、再び低いエネルギー状態に落ちながら元の励起光に
比べて短い波長を有する光エネルギーを放出する。
【００１７】ここで、エネルギー準位の量子性によって
第２元素の電子エネルギー準位差が第１元素の電子エネ
ルギー準位差に対して整数倍にならなければ、第１元素
の電子により発生した光音響エネルギーによって第２元
素の電子を、より高いエネルギー準位Ｅ2 に浮き上がる
ようにすることができない。このような光音響エネルギ
ーの変換（第１元素から第２元素への）は、元素自体の
特性よりエネルギー伝達物質、例えばファイバーのホス
ト物質により左右されるが、一般にフッ素系統の媒介物
質よりシリカの方が光音響エネルギーの伝達および発生
効率が一層高いと知られている。その理由としては、シ
リカのエネルギー準位差がフッ素のエネルギー準位差よ
りさらに大きいために、エネルギー共鳴現象による光音
響エネルギーがさらに高いからである。したがって、本
発明ではファイバーのホスト物質として従来のフッ素を
使用せず、シリカを使用することにその特徴がある。し
かしながら、本発明ではファイバーのホスト物質とし
て、シリカにＡl ，Ｆ，Ｇe ，Ｐからなるグループから
選択された少なくとも１つの元素がドープされたものを
適用することができる。
第２元素の電子エネルギー準位差が第１元素の電子エネ
ルギー準位差に対して整数倍にならなければ、第１元素
の電子により発生した光音響エネルギーによって第２元
素の電子を、より高いエネルギー準位Ｅ2 に浮き上がる
ようにすることができない。このような光音響エネルギ
ーの変換（第１元素から第２元素への）は、元素自体の
特性よりエネルギー伝達物質、例えばファイバーのホス
ト物質により左右されるが、一般にフッ素系統の媒介物
質よりシリカの方が光音響エネルギーの伝達および発生
効率が一層高いと知られている。その理由としては、シ
リカのエネルギー準位差がフッ素のエネルギー準位差よ
りさらに大きいために、エネルギー共鳴現象による光音
響エネルギーがさらに高いからである。したがって、本
発明ではファイバーのホスト物質として従来のフッ素を
使用せず、シリカを使用することにその特徴がある。し
かしながら、本発明ではファイバーのホスト物質とし
て、シリカにＡl ，Ｆ，Ｇe ，Ｐからなるグループから
選択された少なくとも１つの元素がドープされたものを
適用することができる。
【００１８】光音響エネルギーが放出できるドーピング
元素としては希土類元素のうちＹb3 ＋ があり、光音響
エネルギーが伝達され２次のエネルギー、すなわち目的
の短波長帯域の光を発生する元素としては希土類元素の
うちＴb3＋ などがある。このような発振原理は、本発
明の新しい概念であり従来のレーザー発振概念に対比さ
れる。すなわち、従来の周波数変換レーザー発生の概念
では、１次に浮き上がった電子が長時間（数msec）の
間、高いエネルギー準位に留まらなければ２次に浮き上
がらないが、本発明では１次に浮き上がった電子ができ
る限り速く再び安定した状態に落ちながら光音響エネル
ギーに変換されるのが重要である。
元素としては希土類元素のうちＹb3 ＋ があり、光音響
エネルギーが伝達され２次のエネルギー、すなわち目的
の短波長帯域の光を発生する元素としては希土類元素の
うちＴb3＋ などがある。このような発振原理は、本発
明の新しい概念であり従来のレーザー発振概念に対比さ
れる。すなわち、従来の周波数変換レーザー発生の概念
では、１次に浮き上がった電子が長時間（数msec）の
間、高いエネルギー準位に留まらなければ２次に浮き上
がらないが、本発明では１次に浮き上がった電子ができ
る限り速く再び安定した状態に落ちながら光音響エネル
ギーに変換されるのが重要である。
【００１９】本発明の実施例では該２種類の原子と該２
つの原子間でエネルギーの伝達を担当する媒質が必要で
ある。そして、前記２種類の原子は前述したように、相
異なるエネルギー準位を持つべきであり、その差が２以
上の整数倍とならなければならない。そして、１次に浮
き上がった第１元素の電子が光音響エネルギーを放出し
て第２元素にエネルギーが伝達できるように設計するの
が重要である。
つの原子間でエネルギーの伝達を担当する媒質が必要で
ある。そして、前記２種類の原子は前述したように、相
異なるエネルギー準位を持つべきであり、その差が２以
上の整数倍とならなければならない。そして、１次に浮
き上がった第１元素の電子が光音響エネルギーを放出し
て第２元素にエネルギーが伝達できるように設計するの
が重要である。
【００２０】また、本発明によりレーザー光を発振さ
せ、この際の発振効率を増加させるためには、次のよう
な点を考慮に入れなければならない。第１、レーザーの
発振原因となる元素、例えばＹｂ：Ｔｂなどのドーピン
グ元素のドーピング割合を高めることと、両元素間のド
ーピング割合の最適化と、このための工程が必要であ
る。重要な点は、１つの元素を利用した発振でなく２つ
の元素の間のエネルギー伝達効率がレーザー効率を左右
するために、なるべく多くの量の元素をドーピングさせ
ることである。また、２元素間のドーピング割合を最適
化するのが重要であるが、最適化は各元素のバラツキ断
面と吸収断面との大きさに応じて調整し、１：１の比率
から１：１００の比率まで調整可能である。希土類イオ
ンのうち、テルビウム（Ｔb3＋ ），サマリウム（Ｓm
3＋ ），ユーロピウム（Ｅu3＋ ）などは紫外線，青
緑色と長波長のスペクトルを有する。よって、青緑色の
レーザーを得るためのドーピング元素としての使用が容
易である。そして、これらのイオンはシリカとのエネル
ギー準位差が大きいために、シリカによる光音響エネル
ギー発生によって些か影響され光出力のレーザー発振が
可能になる。
せ、この際の発振効率を増加させるためには、次のよう
な点を考慮に入れなければならない。第１、レーザーの
発振原因となる元素、例えばＹｂ：Ｔｂなどのドーピン
グ元素のドーピング割合を高めることと、両元素間のド
ーピング割合の最適化と、このための工程が必要であ
る。重要な点は、１つの元素を利用した発振でなく２つ
の元素の間のエネルギー伝達効率がレーザー効率を左右
するために、なるべく多くの量の元素をドーピングさせ
ることである。また、２元素間のドーピング割合を最適
化するのが重要であるが、最適化は各元素のバラツキ断
面と吸収断面との大きさに応じて調整し、１：１の比率
から１：１００の比率まで調整可能である。希土類イオ
ンのうち、テルビウム（Ｔb3＋ ），サマリウム（Ｓm
3＋ ），ユーロピウム（Ｅu3＋ ）などは紫外線，青
緑色と長波長のスペクトルを有する。よって、青緑色の
レーザーを得るためのドーピング元素としての使用が容
易である。そして、これらのイオンはシリカとのエネル
ギー準位差が大きいために、シリカによる光音響エネル
ギー発生によって些か影響され光出力のレーザー発振が
可能になる。
【００２１】第２、媒質によるエネルギーの伝達効率を
改善するものであり、そして光繊維の構造改善である。
光音響エネルギー伝達の効率を高めるには、エネルギー
伝達媒質の選択が非常に重要である。同一の種類の元素
を使用してもエネルギー伝達媒質に応じてレーザー発振
の効率が左右されるからである。実験によれば、シリカ
は前記エネルギー準位差がフッ素媒質に比べて大きく
て、励起準位から基底準位に落ちる前に多量のエネルギ
ーが光音響エネルギーに変換されるために、光音響エネ
ルギー伝達効率が良い。また、１次ポンピングを利用し
た２次ポンピングの場合、一般にポンピング効率が落ち
るので、できる限り多くのポンピングの可能な光繊維の
構造が必要である。
改善するものであり、そして光繊維の構造改善である。
光音響エネルギー伝達の効率を高めるには、エネルギー
伝達媒質の選択が非常に重要である。同一の種類の元素
を使用してもエネルギー伝達媒質に応じてレーザー発振
の効率が左右されるからである。実験によれば、シリカ
は前記エネルギー準位差がフッ素媒質に比べて大きく
て、励起準位から基底準位に落ちる前に多量のエネルギ
ーが光音響エネルギーに変換されるために、光音響エネ
ルギー伝達効率が良い。また、１次ポンピングを利用し
た２次ポンピングの場合、一般にポンピング効率が落ち
るので、できる限り多くのポンピングの可能な光繊維の
構造が必要である。
【００２２】実施例 図３は本発明の方法が適用された青緑色のレーザー発生
システムの一例の概略図であり、図４は前記システムに
適用されるシングルモードレーザー発生素子、すなわ
ち、光ファイバーの断面図であり、そして図５は光ファ
イバーの部位別の屈折率を示す。
システムの一例の概略図であり、図４は前記システムに
適用されるシングルモードレーザー発生素子、すなわ
ち、光ファイバーの断面図であり、そして図５は光ファ
イバーの部位別の屈折率を示す。
【００２３】先ず、図３を参照すれば、光進行軸上に光
ファイバー３０とこの両側の第１ミラー２０と第２ミラ
ー４０とが備えられて、そして第１ミラーの前方に励起
光を注入するレーザーダイオード１０が備えられてい
る。前記第１ミラー２０は、ポンピング光のみを通過さ
せ所定の短波長に対しては高い反射率を有し、前記第２
ミラー４０は、励起光の波長に対しては反射させ前記所
定の短波長の光のみを通過させる。また、前記ミラーは
光ファイバー３０の両端に備えられるコーティング層に
代わることができる。
ファイバー３０とこの両側の第１ミラー２０と第２ミラ
ー４０とが備えられて、そして第１ミラーの前方に励起
光を注入するレーザーダイオード１０が備えられてい
る。前記第１ミラー２０は、ポンピング光のみを通過さ
せ所定の短波長に対しては高い反射率を有し、前記第２
ミラー４０は、励起光の波長に対しては反射させ前記所
定の短波長の光のみを通過させる。また、前記ミラーは
光ファイバー３０の両端に備えられるコーティング層に
代わることができる。
【００２４】以上のような構造において、前記レーザー
ダイオード１０により励起光が前記共振区間に注入され
ると、該励起光は共振区間で共振をするようになる。し
たがって、励起光は前記光ファイバーを通過しながら前
述したような原理により短波長光に変換され、この際に
発生した短波長光は励起光の注入方向へ進んで第１ミラ
ー２０と第２ミラー４０との間を共振したのちに、レー
ザー光に変換されて第２ミラー４０を通じて出射され
る。
ダイオード１０により励起光が前記共振区間に注入され
ると、該励起光は共振区間で共振をするようになる。し
たがって、励起光は前記光ファイバーを通過しながら前
述したような原理により短波長光に変換され、この際に
発生した短波長光は励起光の注入方向へ進んで第１ミラ
ー２０と第２ミラー４０との間を共振したのちに、レー
ザー光に変換されて第２ミラー４０を通じて出射され
る。
【００２５】以上の説明のように、前記光ファイバー３
０は注入された励起光から青緑色レーザー光を発生する
が、これは第１実施例として図４に示したように、励起
光と該励起光から発生した青緑色レーザー光が進むコア
３１とこれを取り囲むクラッディング層３２とからな
り、前記コア３１はおよそ０．５μm ないし２０００μ
m の直径を、そしてクラッディング層３２はおよそ１０
μm ないし20,000μm の直径を有する。前記クラッディ
ング層３２は、シリカ化合物からなり、コア３１はシリ
カをホストとしてクラッディング層と屈折率差とを有す
るように特定の元素からなる。
０は注入された励起光から青緑色レーザー光を発生する
が、これは第１実施例として図４に示したように、励起
光と該励起光から発生した青緑色レーザー光が進むコア
３１とこれを取り囲むクラッディング層３２とからな
り、前記コア３１はおよそ０．５μm ないし２０００μ
m の直径を、そしてクラッディング層３２はおよそ１０
μm ないし20,000μm の直径を有する。前記クラッディ
ング層３２は、シリカ化合物からなり、コア３１はシリ
カをホストとしてクラッディング層と屈折率差とを有す
るように特定の元素からなる。
【００２６】そして、図５に示したように、コア３１と
クラッディング層３２とは、コアの屈折率がクラッディ
ング層の屈折率に比べて０．００１ないし０．１程度大
きい屈折率の差を有するように構成される。このような
大きい屈折率の差は、コア３１に照射された励起光と、
該コアから発生した青緑色レーザー光がコア３１内での
み導波されるようにする。
クラッディング層３２とは、コアの屈折率がクラッディ
ング層の屈折率に比べて０．００１ないし０．１程度大
きい屈折率の差を有するように構成される。このような
大きい屈折率の差は、コア３１に照射された励起光と、
該コアから発生した青緑色レーザー光がコア３１内での
み導波されるようにする。
【００２７】このような光ファイバーにおいて、前記コ
アは単一モードでレーザーが発振できるように数μm の
直径を有するべきである。しかしながら、極端に小さく
なったコアの内部に強いポンピング光を注入するには限
界がある。このような問題を解決するために、本発明の
実施例は、図６ないし図１０のような断面構造の光ファ
イバーを提案する。これらの構造は、単一モードの発振
に適したものである。具体的に調べれば、第２実施例と
して図６に示したように、従来の単一コアの代わりに従
来のコアに比べて大きい直径を有する大口径の第２コア
３１２ａと、従来のコアより小さい直径を有するもので
第２コアの中央に備えられる第１コア３１１ａとにコア
３１ａを備える。この際に、第１コアの直径は０．５μ
m ないし１０μm 程度であり、第１コア３１１ａを含む
第２コア３１２ａの直径は、およそ１０μm ないし２０
００μm に構成させ、最外郭クラッディング層が備えら
れる。また、図７に示したように、第１コア３１１ａは
第２コア３１２ａに比べて高い屈折率を有する。
アは単一モードでレーザーが発振できるように数μm の
直径を有するべきである。しかしながら、極端に小さく
なったコアの内部に強いポンピング光を注入するには限
界がある。このような問題を解決するために、本発明の
実施例は、図６ないし図１０のような断面構造の光ファ
イバーを提案する。これらの構造は、単一モードの発振
に適したものである。具体的に調べれば、第２実施例と
して図６に示したように、従来の単一コアの代わりに従
来のコアに比べて大きい直径を有する大口径の第２コア
３１２ａと、従来のコアより小さい直径を有するもので
第２コアの中央に備えられる第１コア３１１ａとにコア
３１ａを備える。この際に、第１コアの直径は０．５μ
m ないし１０μm 程度であり、第１コア３１１ａを含む
第２コア３１２ａの直径は、およそ１０μm ないし２０
００μm に構成させ、最外郭クラッディング層が備えら
れる。また、図７に示したように、第１コア３１１ａは
第２コア３１２ａに比べて高い屈折率を有する。
【００２８】また、第３実施例として図８に示したよう
に、前記コア３１ｂをクラッディング層３２ｂの中心か
ら些か逸するようにする。さらに、第４実施例として図
９に示したように、クラッディング層３２ｃの形を変
形、例えば楕円形に変形することができる。しかしなが
ら、コアの直径や形だけを単に変形させれば単一モード
の発振にならないので、前述したように単一モードを発
振させるためにはコア３１ｃを第１，第２コアで構成す
る。
に、前記コア３１ｂをクラッディング層３２ｂの中心か
ら些か逸するようにする。さらに、第４実施例として図
９に示したように、クラッディング層３２ｃの形を変
形、例えば楕円形に変形することができる。しかしなが
ら、コアの直径や形だけを単に変形させれば単一モード
の発振にならないので、前述したように単一モードを発
振させるためにはコア３１ｃを第１，第２コアで構成す
る。
【００２９】このような構造の他にも、第５実施例とし
て図１０に示したように、ベース物質として純粋シリカ
を利用して光ファイバー３０ｄの第１コア３１１ｄと第
２コア３１２ｄとを作るために、図１１のように、第１
コア３１１ｄとクラッディング層３２ｄとに比べてこれ
らの間の第２コア３１２ｄがより低い屈折率を有するよ
うにする。所定媒質のドーピングされたシリカ自体では
屈折率の増加をもたらさないために、純粋シリカを利用
して第１コア３１１ｄを作り、その代わりに第２コア３
１２ｄは屈折率を落とす物質をシリカに含有させる。し
たがって、シリカとゲルマニウムとからなる従来の光フ
ァイバーに比べて、本発明における純粋第１コア３１１
ｄは、光音響エネルギー伝達面において高い効果を有す
る。この時に、発振されたレーザーは、いずれの場合に
も同一の光繊維のコアに沿って進むために、単一モード
発振には影響しない。
て図１０に示したように、ベース物質として純粋シリカ
を利用して光ファイバー３０ｄの第１コア３１１ｄと第
２コア３１２ｄとを作るために、図１１のように、第１
コア３１１ｄとクラッディング層３２ｄとに比べてこれ
らの間の第２コア３１２ｄがより低い屈折率を有するよ
うにする。所定媒質のドーピングされたシリカ自体では
屈折率の増加をもたらさないために、純粋シリカを利用
して第１コア３１１ｄを作り、その代わりに第２コア３
１２ｄは屈折率を落とす物質をシリカに含有させる。し
たがって、シリカとゲルマニウムとからなる従来の光フ
ァイバーに比べて、本発明における純粋第１コア３１１
ｄは、光音響エネルギー伝達面において高い効果を有す
る。この時に、発振されたレーザーは、いずれの場合に
も同一の光繊維のコアに沿って進むために、単一モード
発振には影響しない。
【００３０】以上のように、本発明のレーザー発振装置
は、前述した概念に基づいてさまざまな形態への変換が
可能である。すなわち、種々の元素をドーピングさせる
において、ガスや液体の形にして、よって制御しやすく
て媒質の種類も多様に変換させることができる。一般的
な光繊維の場合はシリカを基本材料として使用してい
る。これは製造過程が容易であり、光特性が良いからで
ある。本発明の場合もシリカを基本材料として使用する
が、これはシリカが製作上の長所だけでなく、本発明の
必須的な光音響エネルギー伝達の媒質としても良いから
である。
は、前述した概念に基づいてさまざまな形態への変換が
可能である。すなわち、種々の元素をドーピングさせる
において、ガスや液体の形にして、よって制御しやすく
て媒質の種類も多様に変換させることができる。一般的
な光繊維の場合はシリカを基本材料として使用してい
る。これは製造過程が容易であり、光特性が良いからで
ある。本発明の場合もシリカを基本材料として使用する
が、これはシリカが製作上の長所だけでなく、本発明の
必須的な光音響エネルギー伝達の媒質としても良いから
である。
【００３１】シリカとフッ素の光音響エネルギー伝達特
性の差を説明すると、シリカは一般に長波長帯で吸収性
のエネルギー準位を有する。したがって、光吸収が長波
長において多く発生すべき１次浮き上がりエネルギー準
位が、これと類似して共鳴現象の光音響エネルギーの伝
達が起こりやすい。フッ素の場合は一層長い波長のエネ
ルギー準位を有するので、１次浮き上がりエネルギー準
位の間隔に比べて密集した間隔のエネルギー準位を持
ち、これは１次浮き上がりの原子で電子が密集した間隔
になる原因を提供して、光音響エネルギーがほぼ発生し
ない。
性の差を説明すると、シリカは一般に長波長帯で吸収性
のエネルギー準位を有する。したがって、光吸収が長波
長において多く発生すべき１次浮き上がりエネルギー準
位が、これと類似して共鳴現象の光音響エネルギーの伝
達が起こりやすい。フッ素の場合は一層長い波長のエネ
ルギー準位を有するので、１次浮き上がりエネルギー準
位の間隔に比べて密集した間隔のエネルギー準位を持
ち、これは１次浮き上がりの原子で電子が密集した間隔
になる原因を提供して、光音響エネルギーがほぼ発生し
ない。
【００３２】既存の２次浮き上がり周波数変換レーザー
の場合は、１次に浮き上がった電子の上位レベルに留ま
る時間を長くする原因となり、レーザーの効率が高めら
れる利点となるが、本発明の場合において、前記のよう
に電子が１次浮き上がり状態で長く留まるのは光音響エ
ネルギーの発生を阻止する。したがって、本発明は２次
浮き上がり周波数変換レーザー装置で電子寿命の短縮に
よって使用していないシリカを媒質として持つ光繊維の
短所を補完する。また、本発明は、フッ素を利用した既
存の青緑色のレーザー装置が複数モードのレーザーを発
振することと比べて、光データ収録に有利な単一モード
のレーザーを発生させうる唯一な方法でもある。
の場合は、１次に浮き上がった電子の上位レベルに留ま
る時間を長くする原因となり、レーザーの効率が高めら
れる利点となるが、本発明の場合において、前記のよう
に電子が１次浮き上がり状態で長く留まるのは光音響エ
ネルギーの発生を阻止する。したがって、本発明は２次
浮き上がり周波数変換レーザー装置で電子寿命の短縮に
よって使用していないシリカを媒質として持つ光繊維の
短所を補完する。また、本発明は、フッ素を利用した既
存の青緑色のレーザー装置が複数モードのレーザーを発
振することと比べて、光データ収録に有利な単一モード
のレーザーを発生させうる唯一な方法でもある。
【００３３】本発明による光ファイバーは、溶液ドーピ
ング（Solution Deposition)と化学的な蒸着法ＭＣＶＤ
（Modified Chemical Vapor Deposition）とによって製
造されたＴb3＋ ：Ｙb3＋ の光繊維が基本構造となっ
ている。光繊維の製造としては広く用いられるＭＣＶＤ
方法を利用し、コアの内部にレーザー発振のためのテル
ビウムとイッテルビウムとをそれぞれ２０ppm ，５００
ppm ずつ溶液の形にドーピングして製造した。
ング（Solution Deposition)と化学的な蒸着法ＭＣＶＤ
（Modified Chemical Vapor Deposition）とによって製
造されたＴb3＋ ：Ｙb3＋ の光繊維が基本構造となっ
ている。光繊維の製造としては広く用いられるＭＣＶＤ
方法を利用し、コアの内部にレーザー発振のためのテル
ビウムとイッテルビウムとをそれぞれ２０ppm ，５００
ppm ずつ溶液の形にドーピングして製造した。
【００３４】本発明の具体的な実現のために、希土類元
素のうちの１つであるイッテルビウム（Ｙb3＋ ）から
発生する光音響エネルギーによってテルビウム（Ｔb
3＋ ）をポンピングする原理を利用した。この時、テ
ルビウムは近赤外線領域（９００−１０００nm）で強い
吸収スペクトルを有する。このようなイッテルビウムに
９８０nmの波長を有する赤外線レーザーダイオードを利
用してポンピングすると、図１２に示したように、低い
エネルギー状態（図１２の 2Ｆ7/2 ）の電子が、高いエ
ネルギー状態（図１２の 2Ｆ5/2 ）の電子に浮き上がり
（該電子を“伝達電子”とする）、この際に、２つの伝
達電子がテルビウムの低い状態のエネルギー（図１２の
7Ｆ6 ）を有する電子１つ（これを“受取電子”とす
る）にエネルギーを伝達すると、受取電子はテルビウム
の高い状態のエネルギー（図１２の 5Ｄ 2 ）に直接浮き
上がる。このように浮き上がった受取電子はおよそ２〜
３msecの間浮き上がった状態に留まり、図１２のよう
に、低いエネルギー状態に落ちて光を出す。実験によれ
ば、この際５４０nm波長の光が最も多く発生することが
分かる。これにより、９８０nmのレーザーダイオードを
利用して５００nmのレーザーを発振させることができ
る。従来のＥＳＡ（excited state absorption）構造と
比べると、ＥＳＡによる励起方法は、本発明のように基
底状態で所定の励起状態に直接励起させず、数回の励起
過程を経る。
素のうちの１つであるイッテルビウム（Ｙb3＋ ）から
発生する光音響エネルギーによってテルビウム（Ｔb
3＋ ）をポンピングする原理を利用した。この時、テ
ルビウムは近赤外線領域（９００−１０００nm）で強い
吸収スペクトルを有する。このようなイッテルビウムに
９８０nmの波長を有する赤外線レーザーダイオードを利
用してポンピングすると、図１２に示したように、低い
エネルギー状態（図１２の 2Ｆ7/2 ）の電子が、高いエ
ネルギー状態（図１２の 2Ｆ5/2 ）の電子に浮き上がり
（該電子を“伝達電子”とする）、この際に、２つの伝
達電子がテルビウムの低い状態のエネルギー（図１２の
7Ｆ6 ）を有する電子１つ（これを“受取電子”とす
る）にエネルギーを伝達すると、受取電子はテルビウム
の高い状態のエネルギー（図１２の 5Ｄ 2 ）に直接浮き
上がる。このように浮き上がった受取電子はおよそ２〜
３msecの間浮き上がった状態に留まり、図１２のよう
に、低いエネルギー状態に落ちて光を出す。実験によれ
ば、この際５４０nm波長の光が最も多く発生することが
分かる。これにより、９８０nmのレーザーダイオードを
利用して５００nmのレーザーを発振させることができ
る。従来のＥＳＡ（excited state absorption）構造と
比べると、ＥＳＡによる励起方法は、本発明のように基
底状態で所定の励起状態に直接励起させず、数回の励起
過程を経る。
【００３５】図１３と図１４とは本発明の実施例であ
り、図１３において、Ｔb3＋ とＹb3 ＋ の吸収波長帯
の吸収は各イオンによるものであり、その損失程度でド
ーピングされた元素の量が予測できる。図１４を見る
と、９８０nm波長のレーザーダイオードにポンピングし
た後、発光する波長のスペクトルを分析したものであ
り、５４０nm帯域で最も多く発光が生じるのが分かる。
り、図１３において、Ｔb3＋ とＹb3 ＋ の吸収波長帯
の吸収は各イオンによるものであり、その損失程度でド
ーピングされた元素の量が予測できる。図１４を見る
と、９８０nm波長のレーザーダイオードにポンピングし
た後、発光する波長のスペクトルを分析したものであ
り、５４０nm帯域で最も多く発光が生じるのが分かる。
【００３６】
【発明の効果】希土類元素のうちの１つであるイッテル
ビウムから発生する光音響エネルギーによってテルビウ
ムをポンピングする原理を利用することにより、青緑色
光が発生できる。また、素子の小型化が可能であり、且
つ単一モードの高性能素子の量産が可能になる。
ビウムから発生する光音響エネルギーによってテルビウ
ムをポンピングする原理を利用することにより、青緑色
光が発生できる。また、素子の小型化が可能であり、且
つ単一モードの高性能素子の量産が可能になる。
【図１】周波数変換レーザーの原理を示すエネルギー準
位図。
位図。
【図２】本発明による半導体レーザー素子の周波数変換
レーザーの原理を示すエネルギー準位図。
レーザーの原理を示すエネルギー準位図。
【図３】本発明によるレーザー発生装置の概略図。
【図４】本発明による第１実施例の光繊維の概略的な断
面図。
面図。
【図５】図４に示した光繊維の部位別の屈折率の差を示
す線図。
す線図。
【図６】本発明による第２実施例の光繊維の概略的な断
面図。
面図。
【図７】図６に示した光繊維の部位別の屈折率の差を示
す線図。
す線図。
【図８】本発明による第３実施例の光繊維の概略的な断
面図。
面図。
【図９】本発明による第４実施例の光繊維の概略的な断
面図。
面図。
【図１０】本発明による第５実施例の光繊維の概略的な
断面図。
断面図。
【図１１】図１０に示した光繊維の部位別の屈折率の差
を示す線図。
を示す線図。
【図１２】テルビウムイオン：イッテルビウムイオン
（Ｔb3＋ ：Ｙb3＋ ）のエネルギーの準位図。
（Ｔb3＋ ：Ｙb3＋ ）のエネルギーの準位図。
【図１３】テルビウム、イッテルビウムのドーピングさ
れたファイバーの波長による波長−損失線図。
れたファイバーの波長による波長−損失線図。
【図１４】本発明の方法下に９８０nm波長の赤外線でポ
ンピングする際の出力スペクトル分析図。
ンピングする際の出力スペクトル分析図。
１０ レーザーダイオード ２０ 第１ミラー ３０ 光ファイバー ３１ コア ３２ クラッディング層 ４０ 第２ミラー ３１１ａ 第１コア ３１２ａ 第２コア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウォン−ハ チョエ 大韓民国，キュンキ−ド，スウォン−シ, クォンスン−グ，インケ−ドン，898，ジ ョンウォン アパートメント 13−509 (72)発明者 アレクサンダー ヴィ． ベロブ ロシア連邦，モスクワ 117342，ジェネル アントノーバ ストリート １，210
Claims (36)
- 【請求項１】 第１の励起エネルギーで第１の元素の電
子を第１のエネルギーレベルに励起させて１次エネルギ
ー吸収による光音響エネルギーを得る段階と、 前記光
音響エネルギーを励起源として第２の元素の電子を前記
第１エネルギーレベルより高い第２のエネルギーレベル
に励起して２次エネルギー吸収により青緑色のレーザー
光を得るようにする段階とを含むことを特徴とする青緑
色レーザー発振方法。 - 【請求項２】 前記第１励起エネルギーとして赤外線を
使用することを特徴とする請求項１に記載の青緑色レー
ザー発振方法。 - 【請求項３】 前記第１，第２元素を希土類元素から選
択することを特徴とする請求項１又は２に記載の青緑色
レーザー発振方法。 - 【請求項４】 前記第１，第２元素としてそれぞれイッ
テルビウム（Ｙb3＋ ）とテルビウム（Ｔb3＋ ）を使用
することを特徴とする請求項３に記載の青緑色レーザー
発振方法。 - 【請求項５】 エネルギーの吸収により所定波長帯域の
光を発生する元素のドーピングされている所定屈折率の
コアと、前記コアの周囲に備えられるもので前記コアと
異なる屈折率を持つクラッディング層とを具備したレー
ザー素子において、 前記コアには少なくとも２つの第１，第２元素がドーピ
ングされており、第２元素は第１元素に比べて高いエネ
ルギーレベル差を有するようになっており、第１元素に
よる放出エネルギーによって励起されることを特徴とす
るレーザー素子。 - 【請求項６】 前記第２元素のエネルギー準位差が前記
第１元素の準位差の２以上の整数倍であることを特徴と
する請求項５に記載のレーザー素子。 - 【請求項７】 前記第１，第２元素は希土類元素から選
択されたことを特徴とする請求項５又は６に記載のレー
ザー素子。 - 【請求項８】 前記第１元素としてイッテルビウム（Ｙ
b3＋ ）と第２元素としてテルビウム（Ｔb3＋ ）をそ
れぞれ使用したことを特徴とする請求項７に記載のレー
ザー素子。 - 【請求項９】 前記コアは中央の第１コアとこれを取り
囲む第２コアとを具備することを特徴とする請求項５又
は６に記載のレーザー素子。 - 【請求項１０】 前記第１コアと第２コアとはクラッド
層の中心と同軸に形成されることを特徴とする請求項９
に記載のレーザー素子。 - 【請求項１１】 前記第２コアは、クラッド層の中心に
同軸に形成され、前記第１コアは、前記クラッド層の中
心から一定の距離を逸した構造を有することを特徴とす
る請求項９に記載のレーザー素子。 - 【請求項１２】 前記クラッド層は、楕円形の断面構造
を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の
レーザー素子。 - 【請求項１３】 前記第１コアに希土類金属から選択さ
れた相異なる少なくとも２つの金属イオンがドーピング
され単一モードの発振構造を有することを特徴とする請
求項１０又は１１に記載のレーザー素子。 - 【請求項１４】 前記第１コアに希土類金属から選択さ
れた相異なる少なくとも２つの金属イオンがドーピング
され単一モードの発振構造を有することを特徴とする請
求項１２に記載のレーザー素子。 - 【請求項１５】 前記第１コアと第２コアとは、シリカ
をベース物質とすることを特徴とする請求項１０，１
１，又は１２に記載のレーザー素子。 - 【請求項１６】 前記コアは、シリカにアルミニウム
（Ａl)，フッ素（Ｆ），ゲルマニウム（Ｇe)，燐（Ｐ）
からなるグループから選択された少なくとも１つの元素
がドーピングされていることを特徴とする請求項５に記
載のレーザー素子。 - 【請求項１７】 前記第１コアの直径が０．５ないし１
０μm であることを特徴とする請求項１０，１１，又は
１２に記載のレーザー素子。 - 【請求項１８】 前記第２コアの直径が１０ないし２０
００μm 範囲内の値を有することを特徴とする請求項１
０，１１，又は１２に記載のレーザー素子。 - 【請求項１９】 前記コアに希土類元素から選択された
少なくとも２つの異なる元素がドーピングされているこ
とを特徴とする請求項１６に記載のレーザー素子。 - 【請求項２０】 前記２つの希土類元素は、１：１から
１：１００までの範囲のドーピング割合を有することを
特徴とする請求項１９に記載のレーザー素子。 - 【請求項２１】 相異なるエネルギー準位差を有する第
１，第２元素のドーピングされているコアとコアの周囲
に備えられるクラッディング層を含む光ファイバーと、 前記光ファイバーの前後に備えられレーザーの共振空間
を備える２つのミラーと、 前記２つのミラーのうちの１つのミラーの前方に備えら
れ、前記共振空間内にポンピング光を注入するポンピン
グ光源とを具備して、 前記ポンピング光によって励起された第１元素から光音
響エネルギーが発生し、発生した光音響エネルギーが前
記第２元素の電子を励起させ第２元素の電子のエネルギ
ー吸収による青緑色光が発生し、 前記青緑色光が前記共振空間で共振して青緑色レーザー
ビームに変わるようになっていることを特徴とする青緑
色レーザー発生装置。 - 【請求項２２】 前記第１ミラーと第２ミラーとは、前
記光ファイバーの両端にそれぞれ形成されるコーティン
グ層により備えられることを特徴とする請求項２１に記
載の青緑色レーザー発生装置。 - 【請求項２３】 前記第２元素のエネルギー準位差は第
１元素のエネルギー準位差の２以上の整数倍であること
を特徴とする請求項２１に記載の青緑色レーザー発生装
置。 - 【請求項２４】 前記第１，第２元素は希土類元素から
選択されたことを特徴とする請求項２１項ないし２３項
のうちのいずれか１項記載の青緑色レーザー発生装置。 - 【請求項２５】 前記コアは、中央の第１コアとこれを
取り囲む第２コアとを具備することを特徴とする請求項
２１項ないし２３項のうちのいずれか１項記載の青緑色
レーザー発生装置。 - 【請求項２６】 前記第１コアと第２コアとはクラッド
層の中心に同軸に形成されることを特徴とする請求項２
５に記載の青緑色レーザー発生素子。 - 【請求項２７】 前記第２コアは、前記クラッド層の中
心に同軸に形成され、前記第１コアは、前記中心から一
定の距離を逸する構造を有することを特徴とする請求項
２５に記載の青緑色レーザー発生素子。 - 【請求項２８】 前記クラッド層は、楕円形の断面構造
を有することを特徴とする請求項２６又は２７に記載の
青緑色レーザー発生素子。 - 【請求項２９】 前記第１コアに希土類金属から選択さ
れた相異なる少なくとも２つの金属イオンがドーピング
され単一モードの発振構造を有することを特徴とする請
求項２６又は２７に記載の青緑色レーザー発生装置。 - 【請求項３０】 前記第１コアに希土類金属から選択さ
れた相異なる少なくとも２つの金属イオンがドーピング
され単一モードの発振構造を有することを特徴とする請
求項２８に記載の青緑色レーザー発生装置。 - 【請求項３１】 前記第１コアと第２コアとはシリカを
ベース物質とすることを特徴とする請求項２６，２７，
又は２８に記載の青緑色レーザー発生装置。 - 【請求項３２】 前記コアはシリカにアルミニウム（Ａ
l)，フッ素（Ｆ），ゲルマニウム（Ｇe)，燐（Ｐ）から
なるグループから選択された少なくとも１つの元素がド
ーピングされている構造を有することを特徴とする請求
項２１に記載の青緑色レーザー発生装置。 - 【請求項３３】 前記第１コアの直径が０．５ないし１
０μm であることを特徴とする請求項２６，２７又は２
８に記載の青緑色レーザー発生装置。 - 【請求項３４】 前記第２コアの直径が１０ないし２０
００μm 範囲内の値を有することを特徴とする請求項２
６，２７，又は２８に記載の青緑色レーザー発生装置。 - 【請求項３５】 前記コアに希土類元素から選択された
少なくとも２つの相異なる元素がドーピングされている
ことを特徴とする請求項３２に記載の青緑色レーザー発
生装置。 - 【請求項３６】 前記２つの希土類元素は、１：１から
１：１００までの範囲のドーピング割合を有することを
特徴とする請求項３５に記載の青緑色レーザー発生装
置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR19940010305 | 1994-05-11 | ||
| KR1994-10305 | 1994-11-09 | ||
| KR1994-29268 | 1994-11-09 | ||
| KR1019940029268A KR100243313B1 (ko) | 1994-05-11 | 1994-11-09 | 청록색 레이저 발진방법 및 소자 그리고 이를 적용한 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08102565A true JPH08102565A (ja) | 1996-04-16 |
Family
ID=26630361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7112046A Pending JPH08102565A (ja) | 1994-05-11 | 1995-05-10 | 青緑色レーザー発振方法、これを適用したレーザー素子および青緑色レーザー発生装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5638394A (ja) |
| JP (1) | JPH08102565A (ja) |
| KR (1) | KR100243313B1 (ja) |
| DE (1) | DE19517380B4 (ja) |
| FR (1) | FR2719951B1 (ja) |
| GB (1) | GB2289369B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6650677B1 (en) | 2000-04-11 | 2003-11-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Up-conversion laser |
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|---|---|---|---|---|
| US6014389A (en) * | 1997-03-24 | 2000-01-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Fiber-based continuous wave blue laser source |
| ITMI20022190A1 (it) * | 2002-10-15 | 2004-04-16 | Marconi Comm Ltd | Fibre drogate con erbio. |
| ES2212733B1 (es) * | 2002-10-18 | 2005-05-01 | Jose Muñoz Leo | Sistema de visualizacion de imagenes del fondo marino. |
| US7567057B2 (en) * | 2003-08-11 | 2009-07-28 | Reserve Power Cell, Llc | Multiple battery management system, auxiliary battery attachment system, and network controlled multiple battery system |
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| FR2948007B1 (fr) * | 2009-07-20 | 2012-06-08 | Chab Lama Al | Sonde a aiguille fibree tranchante pour le diagnostic optique en profondeur de tumeurs. |
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| US4284962A (en) * | 1979-07-11 | 1981-08-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Excimer-pumped four level blue-green solid state laser |
| US4949348A (en) * | 1989-08-25 | 1990-08-14 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Blue-green upconversion laser |
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| US5008890A (en) * | 1990-05-01 | 1991-04-16 | Hughes Aircraft Company | Red, green, blue upconversion laser pumped by single wavelength infrared laser source |
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| GB9109077D0 (en) * | 1991-04-26 | 1991-06-12 | Univ Southampton | Lasers |
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| US5299215A (en) * | 1991-09-25 | 1994-03-29 | Amoco Corporation | Rare earth ion upconversion laser system |
| US5245623A (en) * | 1991-12-02 | 1993-09-14 | Hughes Aircraft Company | Infrared-to-visible upconversion display system and method operable at room temperature |
| US5226049A (en) * | 1992-02-06 | 1993-07-06 | Amoco Corporation | Optical fiber rare earth ion upconversion laser system |
| US5295146A (en) * | 1992-04-10 | 1994-03-15 | Polaroid Corporation | Solid state gain mediums for optically pumped monolithic laser |
| US5422907A (en) * | 1994-05-20 | 1995-06-06 | Bhargava; Rameshwar N. | Pumped solid-state lasers comprising doped nanocrystal phosphors |
-
1994
- 1994-11-09 KR KR1019940029268A patent/KR100243313B1/ko not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-05-01 US US08/431,832 patent/US5638394A/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-05-10 JP JP7112046A patent/JPH08102565A/ja active Pending
- 1995-05-11 DE DE19517380A patent/DE19517380B4/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-05-11 GB GB9509598A patent/GB2289369B/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-05-11 FR FR9505584A patent/FR2719951B1/fr not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6650677B1 (en) | 2000-04-11 | 2003-11-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Up-conversion laser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| FR2719951B1 (fr) | 1998-01-30 |
| GB2289369B (en) | 1998-01-14 |
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| FR2719951A1 (fr) | 1995-11-17 |
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