JPH08236841A - クラッドポンプｍｏｐａ構造 - Google Patents
クラッドポンプｍｏｐａ構造Info
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高電力クラッドポンプレーザ構造用の主発振
器および電力増幅器の構成と、その形成方法を提供す
る。 【解決手段】 このレーザ構造は、その内部の範囲内に
少なくとも１の発振器を備えた単一モードコアと、導波
路および放射線保持に用いられる第１および第２のクラ
ッド層を具備している。前記コアは、イオン化希土類元
素の他に、反射率修正ドーパントともドーピングされ
る。この反射率修正ドーパントにより、前記コア内に、
各対により発振器の範囲が限定される一定の間隔があけ
られた１またはそれ以上の対による反射率格子の書き込
みが容易になる。発振器キャビティの長さは、所望のモ
ード間隔によって決まり、前記単一モードコアの長さの
２分の１を下回る。反射率格子は、前記コア内の紫外線
誘導反射率の変化によって形成され、反射率の変化は前
記コアに沿って周期的に変わる。この周期的変化は、前
記コア上に干渉パターンを照射することにより生成され
る。
器および電力増幅器の構成と、その形成方法を提供す
る。 【解決手段】 このレーザ構造は、その内部の範囲内に
少なくとも１の発振器を備えた単一モードコアと、導波
路および放射線保持に用いられる第１および第２のクラ
ッド層を具備している。前記コアは、イオン化希土類元
素の他に、反射率修正ドーパントともドーピングされ
る。この反射率修正ドーパントにより、前記コア内に、
各対により発振器の範囲が限定される一定の間隔があけ
られた１またはそれ以上の対による反射率格子の書き込
みが容易になる。発振器キャビティの長さは、所望のモ
ード間隔によって決まり、前記単一モードコアの長さの
２分の１を下回る。反射率格子は、前記コア内の紫外線
誘導反射率の変化によって形成され、反射率の変化は前
記コアに沿って周期的に変わる。この周期的変化は、前
記コア上に干渉パターンを照射することにより生成され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高電力クラッドポ
ンプレーザに関し、これをさらに詳細に述べると、高電
力クラッドポンプレーザ用の発振器および増幅器の統合
形態に関するものである。
ンプレーザに関し、これをさらに詳細に述べると、高電
力クラッドポンプレーザ用の発振器および増幅器の統合
形態に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】クラッドポンプファイバレーザは、通
常、比較的大型の多モードのクラッド内に配置された単
一モードファイバコアを具備している。クラッドは、ク
ラッドから放射線が伝搬されないように、さらに別の層
によって取り囲まれている。このようなファイバは、レ
ーザのキャビティの範囲を限定する各端面に隣接してい
る２枚のミラーの間に位置している。
常、比較的大型の多モードのクラッド内に配置された単
一モードファイバコアを具備している。クラッドは、ク
ラッドから放射線が伝搬されないように、さらに別の層
によって取り囲まれている。このようなファイバは、レ
ーザのキャビティの範囲を限定する各端面に隣接してい
る２枚のミラーの間に位置している。
【０００３】レーザダイオードなどのポンプレーザから
の光は、クラッドの端部または側部に導入される。コア
およびクラッドの配置に関する形態および屈折率につい
ては、クラッド内を伝搬する実質的な量の放射線が単一
モードのコアに結合される。このことは、光を直接単一
モードのコアに結合する場合に通常必要とされる広い許
容範囲を持たなくても、放射線を多モードのクラッドに
結合できることから、有利である。Ｓｅｎｉｏｒの光フ
ァイバ通信−理論と実践（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
ｓ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ（プレンティスホール、
第２版、１９９２年）の３４７〜３４９頁を参照すると
よい。本明細書に記載されている他のすべての引用と同
様に、上記の引用文献を参考資料として加える。
の光は、クラッドの端部または側部に導入される。コア
およびクラッドの配置に関する形態および屈折率につい
ては、クラッド内を伝搬する実質的な量の放射線が単一
モードのコアに結合される。このことは、光を直接単一
モードのコアに結合する場合に通常必要とされる広い許
容範囲を持たなくても、放射線を多モードのクラッドに
結合できることから、有利である。Ｓｅｎｉｏｒの光フ
ァイバ通信−理論と実践（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
ｓ ａｎｄ Ｐｒａｃｔｉｃｅ（プレンティスホール、
第２版、１９９２年）の３４７〜３４９頁を参照すると
よい。本明細書に記載されている他のすべての引用と同
様に、上記の引用文献を参考資料として加える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】コアは、活性レーザ元
素であるイオン化希土類元素とドーピングされる。活性
レーザ元素は、ポンプレーザによって搬送される光子を
吸収する。次に、光子は、特定のドーパント種の波長特
性で活性レーザ元素により放出される。
素であるイオン化希土類元素とドーピングされる。活性
レーザ元素は、ポンプレーザによって搬送される光子を
吸収する。次に、光子は、特定のドーパント種の波長特
性で活性レーザ元素により放出される。
【０００５】現存の高電力のクラッドポンプファイバレ
ーザは、通常、長さが１５〜６０ｍである。このような
長さは、ポンプレーザの電力を完全に吸収する場合に必
要である。高電力を伝送するため、レーザは、多くの縦
動作モードを提示する。ところが、従来技術の高電力ク
ラッドポンプレーザは、以下に述べる通り、その長さと
複数の縦動作モードに関する多くの欠点がある。
ーザは、通常、長さが１５〜６０ｍである。このような
長さは、ポンプレーザの電力を完全に吸収する場合に必
要である。高電力を伝送するため、レーザは、多くの縦
動作モードを提示する。ところが、従来技術の高電力ク
ラッドポンプレーザは、以下に述べる通り、その長さと
複数の縦動作モードに関する多くの欠点がある。
【０００６】このような欠点のひとつに、モードビーテ
ィングノイズとして知られている現象がある。モードビ
ーティングノイズは、多くの縦動作モードを混合させた
結果生じるものである。したがって、このようなノイズ
が発生する周波数範囲を５００ＭＨｚ以上の周波数に限
定するのが望ましい。そのためには、通常の１５〜６０
ｍのキャビティよりもはるかに短い長さ約２０ｃｍのレ
ーザ発振器が必要である。
ィングノイズとして知られている現象がある。モードビ
ーティングノイズは、多くの縦動作モードを混合させた
結果生じるものである。したがって、このようなノイズ
が発生する周波数範囲を５００ＭＨｚ以上の周波数に限
定するのが望ましい。そのためには、通常の１５〜６０
ｍのキャビティよりもはるかに短い長さ約２０ｃｍのレ
ーザ発振器が必要である。
【０００７】さらに、誘導ブリュアン散乱（ＳＢＳ）を
起こさずに高電力を伝送するためには、２５ＭＨｚ以上
の間隔があけられた複数のレーザモードを有することが
望ましい。この場合も、やはり、現在入手可能な１５〜
６０ｍのクラッドポンプファイバレーザよりもはるかに
短い長さ４ｍ以下のキャビティが必要であることを意味
している。
起こさずに高電力を伝送するためには、２５ＭＨｚ以上
の間隔があけられた複数のレーザモードを有することが
望ましい。この場合も、やはり、現在入手可能な１５〜
６０ｍのクラッドポンプファイバレーザよりもはるかに
短い長さ４ｍ以下のキャビティが必要であることを意味
している。
【０００８】このように従来技術の長いクラッドポンプ
ファイバレーザは、通常、弱出力カプラを有している。
この弱出力カプラは、通常、出力反射率Ｒが約４％であ
ることから、他のソースからのフィードバックによる影
響を受けやすい。長さが短い発振器に、Ｒが５０％以上
である９０％もの高さに達しているカプラのような、は
るかに高い反射率を有する出力カプラが付いていれば、
フィードバックに対する感度は著しく低下する。
ファイバレーザは、通常、弱出力カプラを有している。
この弱出力カプラは、通常、出力反射率Ｒが約４％であ
ることから、他のソースからのフィードバックによる影
響を受けやすい。長さが短い発振器に、Ｒが５０％以上
である９０％もの高さに達しているカプラのような、は
るかに高い反射率を有する出力カプラが付いていれば、
フィードバックに対する感度は著しく低下する。
【０００９】利得の高いクラッドポンプファイバレーザ
には、自動モードロックが生じやすい、あるいは、少な
くとも、大量の往復ノイズを受ける傾向がみられる。ノ
イズの周波数は、発振器のキャビティの長さを変えるこ
とによって調節できる。モードロックの正確な仕組みは
明らかになっていないが、長いキャビティにおける複屈
折量や分極のローテーションが、こうした現象を引き起
こす原因になっているものと思われる。短い発振器キャ
ビティは、このような作用を大幅に減らし、したがっ
て、モードロックの傾向も減少する。
には、自動モードロックが生じやすい、あるいは、少な
くとも、大量の往復ノイズを受ける傾向がみられる。ノ
イズの周波数は、発振器のキャビティの長さを変えるこ
とによって調節できる。モードロックの正確な仕組みは
明らかになっていないが、長いキャビティにおける複屈
折量や分極のローテーションが、こうした現象を引き起
こす原因になっているものと思われる。短い発振器キャ
ビティは、このような作用を大幅に減らし、したがっ
て、モードロックの傾向も減少する。
【００１０】通常のクラッドポンプファイバレーザは、
動作波長範囲が限定されている。Ｙｂ３＋などの準位３
のレーザの動作波長は、レーザの長さ全体にわたって平
均化された反転量の関数である。短いレーザ発振器が、
高いエネルギーを供給される前部に配置されていれば、
反転量は多くなり、したがって、レーザは、準位３の遷
移に近いより短い波長で動作できる。これによって、ク
ラッドポンプファイバレーザによって得られる波長範囲
が拡大する。
動作波長範囲が限定されている。Ｙｂ３＋などの準位３
のレーザの動作波長は、レーザの長さ全体にわたって平
均化された反転量の関数である。短いレーザ発振器が、
高いエネルギーを供給される前部に配置されていれば、
反転量は多くなり、したがって、レーザは、準位３の遷
移に近いより短い波長で動作できる。これによって、ク
ラッドポンプファイバレーザによって得られる波長範囲
が拡大する。
【００１１】このため、上述の問題を解決する改良型ク
ラッドポンプレーザ構造が必要とされている。
ラッドポンプレーザ構造が必要とされている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】クラッドポンプレーザを
対象にした主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）の構成が開
示されている。ＭＯＰＡの構成では、従来技術のクラッ
ドポンプレーザが、機能上、発振部と増幅部の２つの部
に分離されている。特に、ＭＯＰＡの構成では、クラッ
ドポンプファイバレーザの単一モードコアに適切に発振
器を組み込むことも可能である。この発振器は、１対の
周波数選択式屈折率格子によって範囲が限定される。光
は、発振器を出ると、ＭＯＰＡ構成の増幅部で増幅され
る。
対象にした主発振器電力増幅器（ＭＯＰＡ）の構成が開
示されている。ＭＯＰＡの構成では、従来技術のクラッ
ドポンプレーザが、機能上、発振部と増幅部の２つの部
に分離されている。特に、ＭＯＰＡの構成では、クラッ
ドポンプファイバレーザの単一モードコアに適切に発振
器を組み込むことも可能である。この発振器は、１対の
周波数選択式屈折率格子によって範囲が限定される。光
は、発振器を出ると、ＭＯＰＡ構成の増幅部で増幅され
る。
【００１３】増幅部の長さから発振器のキャビティの長
さを切り離すことによって、上述の問題を実質的に最小
限に抑える適度に短い発振器の使用が容易になり、その
結果、レーザ／増幅器の性能が向上する。
さを切り離すことによって、上述の問題を実質的に最小
限に抑える適度に短い発振器の使用が容易になり、その
結果、レーザ／増幅器の性能が向上する。
【００１４】一実施例において、ファイバコアの一部に
単一の発振器が形成される。他の実施例では、ファイバ
のコア内に複数の発振器が組み込まれている。
単一の発振器が形成される。他の実施例では、ファイバ
のコア内に複数の発振器が組み込まれている。
【００１５】本発明の他の特徴は、次の特定の実施例に
関する詳細な説明を添付図面と照らし合せて読めば、明
らかになるであろう。
関する詳細な説明を添付図面と照らし合せて読めば、明
らかになるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明によるクラッドポンプＭＯ
ＰＡレーザ構造１ａの第１実施例の断面図が図１に示さ
れている。レーザ構造１ａは、単一モードコア３、単一
モードコア３を取り囲む第１のクラッド５、および第１
のクラッド５を取り囲む第２のクラッド１１から成る。
ＰＡレーザ構造１ａの第１実施例の断面図が図１に示さ
れている。レーザ構造１ａは、単一モードコア３、単一
モードコア３を取り囲む第１のクラッド５、および第１
のクラッド５を取り囲む第２のクラッド１１から成る。
【００１７】図２に示す通り、発振器１３ａは、コア３
内に範囲が限定されている。また、発振器１３ａは、２
つの屈折率格子１５ａおよび１５ｂから成る。屈折率格
子１５ａおよび１５ｂは、コア３の屈折率が周期的に変
化するコア３の領域である。以下に述べる通り、クラッ
ドポンプＭＯＰＡレーザ構造に関する他の実施例は、コ
ア３内に範囲が限定された発振器を１つ以上有してい
る。
内に範囲が限定されている。また、発振器１３ａは、２
つの屈折率格子１５ａおよび１５ｂから成る。屈折率格
子１５ａおよび１５ｂは、コア３の屈折率が周期的に変
化するコア３の領域である。以下に述べる通り、クラッ
ドポンプＭＯＰＡレーザ構造に関する他の実施例は、コ
ア３内に範囲が限定された発振器を１つ以上有してい
る。
【００１８】レーザ構造の発振器１３ａと端部２１の間
のコア３の領域は、増幅部１８の範囲を示している。
のコア３の領域は、増幅部１８の範囲を示している。
【００１９】通常直径４〜８ミクロンのコア３は、Ｎｄ
３＋、Ｙｂ３＋、およびＴｍ３＋などの希土類イオンと
ドーピングされる。このような希土類イオンは、活性レ
ーザ元素であることから、レーザ構造１の動作波長を決
定する。コア３はガラス製であり、他の種類のガラスも
使用可能であるが、シリカが好ましい。
３＋、Ｙｂ３＋、およびＴｍ３＋などの希土類イオンと
ドーピングされる。このような希土類イオンは、活性レ
ーザ元素であることから、レーザ構造１の動作波長を決
定する。コア３はガラス製であり、他の種類のガラスも
使用可能であるが、シリカが好ましい。
【００２０】コア３は、希土類のドーパント以外に、屈
折率を変える元素とのドーピングも行われる。このよう
な屈折率修正ドーパントは、屈折率格子１５ａおよび１
６ａなどの屈折率格子を形成する際に必要となる。通常
の屈折率修正ドーパントには、特に限定されていなけれ
ば、通常、ＧｅＯ２またはＧｅＣｌ４などのゲルマニウ
ム、通常、Ｐ２Ｏ５などのリン、Ａｌ２Ｏ５などのアル
ミナがある。ドーピングされたコア３の屈折率は、通
常、１．４６５であり、約１．４６から約１．４８まで
の範囲内にある。
折率を変える元素とのドーピングも行われる。このよう
な屈折率修正ドーパントは、屈折率格子１５ａおよび１
６ａなどの屈折率格子を形成する際に必要となる。通常
の屈折率修正ドーパントには、特に限定されていなけれ
ば、通常、ＧｅＯ２またはＧｅＣｌ４などのゲルマニウ
ム、通常、Ｐ２Ｏ５などのリン、Ａｌ２Ｏ５などのアル
ミナがある。ドーピングされたコア３の屈折率は、通
常、１．４６５であり、約１．４６から約１．４８まで
の範囲内にある。
【００２１】コア３を囲む第１クラッド５の断面は、矩
形である。この矩形の断面の長辺７と短辺９との比は、
約１．５／１から１０／１まで多様である。長辺７が短
辺９の長さの約３倍であることが好ましい。特に、長辺
７は、通常、長さが約３６０ミクロンであり、短辺９
は、約１２０ミクロンである。
形である。この矩形の断面の長辺７と短辺９との比は、
約１．５／１から１０／１まで多様である。長辺７が短
辺９の長さの約３倍であることが好ましい。特に、長辺
７は、通常、長さが約３６０ミクロンであり、短辺９
は、約１２０ミクロンである。
【００２２】第１クラッド５は、純粋な酸化ケイ素によ
り作成され、ドーピングは行われない。コア３の屈折率
が約１．４６５のとき、第１クラッド５の屈折率は、約
１．４６である。確実に正しい導波を行うためには、コ
ア３と第１クラッド５の屈折率の差を維持する必要があ
る。
り作成され、ドーピングは行われない。コア３の屈折率
が約１．４６５のとき、第１クラッド５の屈折率は、約
１．４６である。確実に正しい導波を行うためには、コ
ア３と第１クラッド５の屈折率の差を維持する必要があ
る。
【００２３】第２クラッド１１は、第１クラッド５を取
り囲んでいる。第２クラッド１１の断面は円形であり、
フルオロポリマーなどの適正なポリマーや屈折率の低い
ガラスにより形成される。第２クラッド１１の屈折率
は、約１．３８以下である。
り囲んでいる。第２クラッド１１の断面は円形であり、
フルオロポリマーなどの適正なポリマーや屈折率の低い
ガラスにより形成される。第２クラッド１１の屈折率
は、約１．３８以下である。
【００２４】上述した通り、本発明によるクラッドポン
プＭＯＰＡレーザ構造では、図２の発振器１３ａと屈折
率格子１５ａおよび１６ａのような２つの屈折率格子に
よって定義される少なくとも１の発振器が具備されてい
る。屈折率格子１５ａおよび１６ａなどの屈折率格子
は、周波数に左右される反射率と共に、ミラーとしての
役割を果たす。両屈折率格子間の間隔を、発振器キャビ
ティ長さＬと呼ぶ。この発振器キャビティ長さＬは、所
望のレーザ特性次第で、約１ｃｍから３０ｍまで変える
ことができる。通常、発振器キャビティ長さは、レーザ
構造１ａの長さの２分の１を実質的に下回る。すなわ
ち、発振器１３ａなどの発振器は、増幅部１８に比べて
はるかに短い。
プＭＯＰＡレーザ構造では、図２の発振器１３ａと屈折
率格子１５ａおよび１６ａのような２つの屈折率格子に
よって定義される少なくとも１の発振器が具備されてい
る。屈折率格子１５ａおよび１６ａなどの屈折率格子
は、周波数に左右される反射率と共に、ミラーとしての
役割を果たす。両屈折率格子間の間隔を、発振器キャビ
ティ長さＬと呼ぶ。この発振器キャビティ長さＬは、所
望のレーザ特性次第で、約１ｃｍから３０ｍまで変える
ことができる。通常、発振器キャビティ長さは、レーザ
構造１ａの長さの２分の１を実質的に下回る。すなわ
ち、発振器１３ａなどの発振器は、増幅部１８に比べて
はるかに短い。
【００２５】本発明は、高電力ファイバレーザへの利用
を目的としている。１縦動作モードにつき最大約５ｍＷ
の電力が伝送可能なことが、当業者によって理解される
であろう。したがって、１ワットのような高電力を伝送
するためには、約２００の縦動作モードが稼働していな
ければならない。すでに述べた通り、複数の縦動作モー
ドがあると、結果的に、ＳＢＳやモードビーティングノ
イズなどの多くの動作上の問題が生じることになる。本
発明によるＭＯＰＡ構造を用いると、縦動作モードを調
節できることから、前記の問題の重大性が軽減される。
を目的としている。１縦動作モードにつき最大約５ｍＷ
の電力が伝送可能なことが、当業者によって理解される
であろう。したがって、１ワットのような高電力を伝送
するためには、約２００の縦動作モードが稼働していな
ければならない。すでに述べた通り、複数の縦動作モー
ドがあると、結果的に、ＳＢＳやモードビーティングノ
イズなどの多くの動作上の問題が生じることになる。本
発明によるＭＯＰＡ構造を用いると、縦動作モードを調
節できることから、前記の問題の重大性が軽減される。
【００２６】例えば、上述の通り、ＳＢＳを回避するた
めには、各縦動作モード間に少なくとも２５ＭＨｚずつ
間隔をあける必要がある。δｆをモード分離度、ｃを光
の速度、ｎを屈折率、Ｌを発振器キャビティの長さとし
た場合、発振器のキャビティの長さは、δｆ＝ｃ／２ｎ
Ｌの式によって決まる。したがって、縦モード間に２５
ＭＨｚ以上の間隔をあけるためには、キャビティ長さＬ
が４ｍ以下でなくてはならない。モードロッキングノイ
ズが５００ＭＨｚ以上に調節される場合、すなわち、モ
ード間隔が少なくとも５００ＭＨｚの水準にある場合、
発振器キャビティ長さＬは、２０ｃｍ以下でなければな
らない。また、１ＧＨｚ以上の往復時間が必要であれ
ば、キャビティ間隔は、１０ｃｍ以下でなければならな
い。
めには、各縦動作モード間に少なくとも２５ＭＨｚずつ
間隔をあける必要がある。δｆをモード分離度、ｃを光
の速度、ｎを屈折率、Ｌを発振器キャビティの長さとし
た場合、発振器のキャビティの長さは、δｆ＝ｃ／２ｎ
Ｌの式によって決まる。したがって、縦モード間に２５
ＭＨｚ以上の間隔をあけるためには、キャビティ長さＬ
が４ｍ以下でなくてはならない。モードロッキングノイ
ズが５００ＭＨｚ以上に調節される場合、すなわち、モ
ード間隔が少なくとも５００ＭＨｚの水準にある場合、
発振器キャビティ長さＬは、２０ｃｍ以下でなければな
らない。また、１ＧＨｚ以上の往復時間が必要であれ
ば、キャビティ間隔は、１０ｃｍ以下でなければならな
い。
【００２７】したがって、通常１５ｍを上回る長さの長
い従来技術によるクラッドポンプファイバレーザとは異
なり、本発明では、モード制御用の短い発振器キャビテ
ィの後にそれよりも長い増幅部が続く形態を採用してい
る。上述の通り、本発明による短い発振器は、動作波長
の範囲を拡大し、自動モードロックが発生する傾向が減
少するなど、多くの面でレーザの性能向上に役立つ。さ
らに、本発明の発振器が生成する明確な波長を有する光
は、通常、ラマンシフト近似最大効率に必要である。
い従来技術によるクラッドポンプファイバレーザとは異
なり、本発明では、モード制御用の短い発振器キャビテ
ィの後にそれよりも長い増幅部が続く形態を採用してい
る。上述の通り、本発明による短い発振器は、動作波長
の範囲を拡大し、自動モードロックが発生する傾向が減
少するなど、多くの面でレーザの性能向上に役立つ。さ
らに、本発明の発振器が生成する明確な波長を有する光
は、通常、ラマンシフト近似最大効率に必要である。
【００２８】図１および図２のレーザ構造１ａのような
クラッドポンプＭＯＰＡレーザ構造は、次のように動作
する。図３に示す通り、通常８００〜１０００ｎｍの活
性レーザドーパントの吸収帯域と一致する動作波長範囲
を有する半導体ダイオードレーザなどの適正なポンプレ
ーザ３０が、第１クラッド５に光学的に結合される。ポ
ンプレーザ３０からの光は、図３に示す通り、レーザ構
造の第１の端部２０にあるクラッド５に入射する。これ
を、「端部ポンプ」という。図３に示すレーザ構造１ａ
などの端部ポンプが行われるＭＯＰＡレーザ構造では、
発振器１３ａがレーザ構造のポンプされる端部の近くに
配置されるのが望ましい。代替例として、米国特許４，
８１５，０７９に記載されている「側部ポンプ」と呼ば
れるファイバの側部を介して、ポンプレーザ３０からの
光がクラッド５に入射するようにしてもよい。クラッド
ポンプＭＯＰＡレーザ構造１ａに対して側部ポンプが行
われる場合（不図示）、ポンプレーザ３０からの光がレ
ーザ構造に挿入される地点と、好ましくは前記挿入地点
に近いレーザ構造１ａの第２の端部２１との間に、発振
器１３ａが位置することが望ましい。
クラッドポンプＭＯＰＡレーザ構造は、次のように動作
する。図３に示す通り、通常８００〜１０００ｎｍの活
性レーザドーパントの吸収帯域と一致する動作波長範囲
を有する半導体ダイオードレーザなどの適正なポンプレ
ーザ３０が、第１クラッド５に光学的に結合される。ポ
ンプレーザ３０からの光は、図３に示す通り、レーザ構
造の第１の端部２０にあるクラッド５に入射する。これ
を、「端部ポンプ」という。図３に示すレーザ構造１ａ
などの端部ポンプが行われるＭＯＰＡレーザ構造では、
発振器１３ａがレーザ構造のポンプされる端部の近くに
配置されるのが望ましい。代替例として、米国特許４，
８１５，０７９に記載されている「側部ポンプ」と呼ば
れるファイバの側部を介して、ポンプレーザ３０からの
光がクラッド５に入射するようにしてもよい。クラッド
ポンプＭＯＰＡレーザ構造１ａに対して側部ポンプが行
われる場合（不図示）、ポンプレーザ３０からの光がレ
ーザ構造に挿入される地点と、好ましくは前記挿入地点
に近いレーザ構造１ａの第２の端部２１との間に、発振
器１３ａが位置することが望ましい。
【００２９】レーザ構造１の形態と反射率に基づき、第
１クラッド５に入射する光は、コア３によって吸収され
る。次に、入射した光は、屈折率格子１５ａおよび１６
ａの構造によって定義される既定の波長の光がその内部
で増強される発振器１３ａに入射する。既定の波長は、
活性レーザドーパントの吸収帯域の関数として選択され
る。図２の屈折率格子１６ａなどのファイバの増幅部１
８に最も近い屈折率格子は、部分的に透過することから
出力カプラとして機能し、約９８％の屈折率を有してい
る。別の屈折率格子１５ａは、光がすべて屈折率格子１
６ａに向けて反射されるように、実質上１００％の反射
率を持つことが望ましい。既定の波長で増強された光
は、発振器１３ａ内に存在し、ファイバの増幅部１８内
で増幅される。増幅部では、光子が活性レーザドーパン
トによって吸収されることにより、エネルギー状態が高
まり、反転分布が発生する。低エネルギー状態に対して
ドーパントの電子が消失することにより、ドーパント種
の波長特性を有する光子が放出される。
１クラッド５に入射する光は、コア３によって吸収され
る。次に、入射した光は、屈折率格子１５ａおよび１６
ａの構造によって定義される既定の波長の光がその内部
で増強される発振器１３ａに入射する。既定の波長は、
活性レーザドーパントの吸収帯域の関数として選択され
る。図２の屈折率格子１６ａなどのファイバの増幅部１
８に最も近い屈折率格子は、部分的に透過することから
出力カプラとして機能し、約９８％の屈折率を有してい
る。別の屈折率格子１５ａは、光がすべて屈折率格子１
６ａに向けて反射されるように、実質上１００％の反射
率を持つことが望ましい。既定の波長で増強された光
は、発振器１３ａ内に存在し、ファイバの増幅部１８内
で増幅される。増幅部では、光子が活性レーザドーパン
トによって吸収されることにより、エネルギー状態が高
まり、反転分布が発生する。低エネルギー状態に対して
ドーパントの電子が消失することにより、ドーパント種
の波長特性を有する光子が放出される。
【００３０】図４に示すクラッドポンプＭＯＰＡレーザ
構造１ｂの第２実施例では、ファイバコア３に３つの発
振器１３ａ、１３ｂ、および１３ｃが具備されている。
各発振器１３ａ〜１３ｃは、屈折率格子１５ａ〜１５ｃ
および１６ａ〜１６ｃの設計関数として既定の波長の光
を増強するが、その場合、既定の波長は他の発振器の一
部または全部の波長と異なっている。次に、光は、ファ
イバコア３の増幅部１８で増幅される。
構造１ｂの第２実施例では、ファイバコア３に３つの発
振器１３ａ、１３ｂ、および１３ｃが具備されている。
各発振器１３ａ〜１３ｃは、屈折率格子１５ａ〜１５ｃ
および１６ａ〜１６ｃの設計関数として既定の波長の光
を増強するが、その場合、既定の波長は他の発振器の一
部または全部の波長と異なっている。次に、光は、ファ
イバコア３の増幅部１８で増幅される。
【００３１】レーザ構造１ｂは、特に、波長多重などの
光通信用に有効である。３つの発振器１３ａ〜１３ｃが
図４に示されているが、他の実施例においては、それ以
上またはそれ以下の発振器が含まれていることが理解さ
れよう。
光通信用に有効である。３つの発振器１３ａ〜１３ｃが
図４に示されているが、他の実施例においては、それ以
上またはそれ以下の発振器が含まれていることが理解さ
れよう。
【００３２】図５に示すクラッドポンプＭＯＰＡレーザ
構造１ｃの第３の実施例では、ファイバコア３が、広帯
域によって定義される２つの発振器１９ａおよび１９ｂ
と、レーザ構造の端部２０に近いコア３内に範囲が限定
されている反射率１００％の屈折率格子１７と、コア３
内の格子１７から一定の間隔をあけて配置された２つの
出力カプラ（反射率１００％未満）の屈折率格子１６ａ
および１６ｂを備えている。格子１６ａおよび１６ｂ
は、実施例１ａおよび１ｂの関連する格子と同様に、同
じ設計である。したがって、前記格子は、出力カプラと
して機能し、極めて波長選択的である。格子１６ａが格
子１６ｂとは異なる既定波長の光を反射するのが望まし
い。広帯域屈折率格子１７は、数種類の既定の波長を有
する光を反射するように設計されている。特に、屈折率
格子１７は、少なくとも屈折率格子１６ａおよび１６ｂ
によって反射される波長と同じ波長を有する光を反射す
るよう設計されている。したがって、広帯域屈折率格子
１７は、各狭帯域屈折率格子１６ａおよび１６ｂと共
に、それぞれ既定の波長を有する光を増強する２つの発
振器１９ａおよび１９ｂの範囲を定義する。２つの発振
器１９ａおよび１９ｂが図５に示されているが、他の実
施例ではこれよりも多数の発振器を使用できることが理
解されよう。
構造１ｃの第３の実施例では、ファイバコア３が、広帯
域によって定義される２つの発振器１９ａおよび１９ｂ
と、レーザ構造の端部２０に近いコア３内に範囲が限定
されている反射率１００％の屈折率格子１７と、コア３
内の格子１７から一定の間隔をあけて配置された２つの
出力カプラ（反射率１００％未満）の屈折率格子１６ａ
および１６ｂを備えている。格子１６ａおよび１６ｂ
は、実施例１ａおよび１ｂの関連する格子と同様に、同
じ設計である。したがって、前記格子は、出力カプラと
して機能し、極めて波長選択的である。格子１６ａが格
子１６ｂとは異なる既定波長の光を反射するのが望まし
い。広帯域屈折率格子１７は、数種類の既定の波長を有
する光を反射するように設計されている。特に、屈折率
格子１７は、少なくとも屈折率格子１６ａおよび１６ｂ
によって反射される波長と同じ波長を有する光を反射す
るよう設計されている。したがって、広帯域屈折率格子
１７は、各狭帯域屈折率格子１６ａおよび１６ｂと共
に、それぞれ既定の波長を有する光を増強する２つの発
振器１９ａおよび１９ｂの範囲を定義する。２つの発振
器１９ａおよび１９ｂが図５に示されているが、他の実
施例ではこれよりも多数の発振器を使用できることが理
解されよう。
【００３３】クラッドポンプＭＯＰＡレーザ構造１ａ〜
１ｃは、技術上周知の方法によって形成される。Ｓｅｎ
ｉｏｒの光ファイバ通信−理論と実践（プレンティスホ
ール、第２版、１９９２年）の１６１〜１８４頁を参照
するとよい。簡単に言えば、修正化学気相成長方法など
の気相成長方法を用いて、小さいコアが、それよりも大
きいクラッド内に形成される。これによりプリフォーム
が生成されるが、このプリフォームはファイバ完成品よ
りも直径がはるかに大きい。次に、断面が矩形になるよ
うにプリフォームが粉砕される。さらに、プリフォーム
は、ポリマーカップを通過させられ、そこでフルオロポ
リマーコーティングによりクラッドへの塗布が行われ、
さらに紫外線暴露によって第２のクラッド１１が形成さ
れる。第２のクラッド１１は、第１のクラッド層に比べ
て反射率が低いことから、第１のクラッド５内を伝わる
放射線の制限層となる。次に、プリフォームは、炉に通
して成型される。
１ｃは、技術上周知の方法によって形成される。Ｓｅｎ
ｉｏｒの光ファイバ通信−理論と実践（プレンティスホ
ール、第２版、１９９２年）の１６１〜１８４頁を参照
するとよい。簡単に言えば、修正化学気相成長方法など
の気相成長方法を用いて、小さいコアが、それよりも大
きいクラッド内に形成される。これによりプリフォーム
が生成されるが、このプリフォームはファイバ完成品よ
りも直径がはるかに大きい。次に、断面が矩形になるよ
うにプリフォームが粉砕される。さらに、プリフォーム
は、ポリマーカップを通過させられ、そこでフルオロポ
リマーコーティングによりクラッドへの塗布が行われ、
さらに紫外線暴露によって第２のクラッド１１が形成さ
れる。第２のクラッド１１は、第１のクラッド層に比べ
て反射率が低いことから、第１のクラッド５内を伝わる
放射線の制限層となる。次に、プリフォームは、炉に通
して成型される。
【００３４】ファイバが形成された後、屈折率格子が形
成される位置において、ファイバから第２クラッドが取
り除かれる。次に、屈折率格子は、ファイバコア３の軸
に沿って周期的に変化する紫外線誘導反射率の変化によ
って、ファイバコア３内に形成される。格子の形成後、
フルオロポリマーコーティングが、クラッド５の適正な
位置に再び塗布される。
成される位置において、ファイバから第２クラッドが取
り除かれる。次に、屈折率格子は、ファイバコア３の軸
に沿って周期的に変化する紫外線誘導反射率の変化によ
って、ファイバコア３内に形成される。格子の形成後、
フルオロポリマーコーティングが、クラッド５の適正な
位置に再び塗布される。
【００３５】コア３は、紫外線暴露によって格子を形成
するために、ＧｅまたはＰとドーピングされる必要があ
る。ドーピングされたコア３を紫外線に曝すと、例え
ば、酸化ゲルマニウムや酸化リンなどの傷が生成され、
これにより、傷が存在する領域の反射率が上昇する。Ｇ
ｅとドーピングされたファイバのパターン作成に、２４
２ｎｍの波長を有する紫外線が用いられ、Ｐとドーピン
グされたファイバのパターン作成に、１９３ｎｍの波長
を有する紫外線が用いられる。屈折率格子１５ａ〜１５
ｃ、１６ａ〜１６ｃ、または１７の形成に必要な標準パ
ターン内に前記の傷を生成するため、干渉計が使用され
る。これを詳細に述べると、ダークバンドとライトバン
ドが交互に配置される干渉パターンが、コア３上に照射
される。ライトバンドが現れるコア３内の位置で、屈折
率の変化が発生する。干渉パターンの生成に位相マスク
を使用し、これによって、ファイバコア３内に生成され
る格子の周期が調節されることが望ましい。レーザ・フ
ォーカス・ワールド（１９９４年、２月号）に記載され
ているＥｒｄｏｇａｎおよびＭｉｚｒａｈｉの「光波技
術におけるファイバ位相格子反射性の向上（Ｆｉｂｅｒ
Ｐｈａｓｅ Ｇｒａｔｉｎｇｓ Ｒｅｆｌｅｃｔ Ａ
ｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｌｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ）」を参照するとよい。
するために、ＧｅまたはＰとドーピングされる必要があ
る。ドーピングされたコア３を紫外線に曝すと、例え
ば、酸化ゲルマニウムや酸化リンなどの傷が生成され、
これにより、傷が存在する領域の反射率が上昇する。Ｇ
ｅとドーピングされたファイバのパターン作成に、２４
２ｎｍの波長を有する紫外線が用いられ、Ｐとドーピン
グされたファイバのパターン作成に、１９３ｎｍの波長
を有する紫外線が用いられる。屈折率格子１５ａ〜１５
ｃ、１６ａ〜１６ｃ、または１７の形成に必要な標準パ
ターン内に前記の傷を生成するため、干渉計が使用され
る。これを詳細に述べると、ダークバンドとライトバン
ドが交互に配置される干渉パターンが、コア３上に照射
される。ライトバンドが現れるコア３内の位置で、屈折
率の変化が発生する。干渉パターンの生成に位相マスク
を使用し、これによって、ファイバコア３内に生成され
る格子の周期が調節されることが望ましい。レーザ・フ
ォーカス・ワールド（１９９４年、２月号）に記載され
ているＥｒｄｏｇａｎおよびＭｉｚｒａｈｉの「光波技
術におけるファイバ位相格子反射性の向上（Ｆｉｂｅｒ
Ｐｈａｓｅ Ｇｒａｔｉｎｇｓ Ｒｅｆｌｅｃｔ Ａ
ｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｌｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ）」を参照するとよい。
【００３６】以上述べた実施例は、本発明の原理を示す
ためのものであり、本発明の範囲と精神を逸脱しない限
り、当業者が多種多様な修正を考え、実行できることが
理解されるであろう。
ためのものであり、本発明の範囲と精神を逸脱しない限
り、当業者が多種多様な修正を考え、実行できることが
理解されるであろう。
【図１】本発明によるクラッドポンプＭＯＰＡレーザ構
造の断面図である。
造の断面図である。
【図２】本発明によるクラッドポンプＭＯＰＡレーザ構
造の一実施例の側面図である。
造の一実施例の側面図である。
【図３】本発明によるクラッドポンプＭＯＰＡレーザ構
造に光学的に結合されたポンプレーザである。
造に光学的に結合されたポンプレーザである。
【図４】本発明によるクラッドポンプＭＯＰＡレーザ構
造の第２の実施例である。
造の第２の実施例である。
【図５】本発明によるクラッドポンプＭＯＰＡレーザ構
造の第３の実施例である。
造の第３の実施例である。
Claims (20)
- 【請求項１】 イオン化希土類元素と反射率修正ドーパ
ントとドーピングされる単一モードコアと、 両反射率格子間の間隔により発振器キャビティの長さが
決まる間隔のあいた２つの反射率格子によって第１の発
振器の範囲が定義されることを特徴とする、単一モード
コア内に範囲が限定される第１の発振器と、 単一モードコアを取り囲む第１のクラッドと、 第１のクラッドを取り囲む第２のクラッドとから成り、 前記発振器キャビティの長さが、所望のモード間の間隔
によって定まり、かつ、単一モードコアの長さの２分の
１を下回ることを特徴とする、前記所望のモード間隔を
有する複数の縦モードで動作する高電力クラッドポンプ
レーザ構造を対象にした主発振器および電力増幅器の構
成。 - 【請求項２】 前記イオン化希土類元素が、Ｎｄ３＋、
Ｙｂ３＋、およびＴｍ３＋から成る群から選択されるこ
とを特徴とする請求項１に記載の主発振器および電力増
幅器の構成。 - 【請求項３】 前記反射率修正ドーパントがＧｅＯ２、
ＧｅＣｌ４、Ｐ２Ｏ５、およびＡｌ2 Ｏ5 から成る群か
ら選択されることを特徴とする請求項１に記載の主発振
器および電力増幅器の構成。 - 【請求項４】 第１のクラッドの断面が矩形であり、前
記矩形の断面が長辺と短辺を有し、かつ、前記短辺に対
する前記長辺の比が約１．５／１〜１０／１の範囲内に
あることを特徴とする請求項１に記載の主発振器および
電力増幅器の構成。 - 【請求項５】 第１のクラッドの断面が矩形であり、前
記矩形の断面が長辺と短辺を有し、かつ、前記短辺に対
する前記長辺の比が約３／１であることを特徴とする請
求項１に記載の主発振器および電力増幅器の構成。 - 【請求項６】 単一モードコアの反射率が約１．４６５
であり、第１クラッドの反射率が約１．４６であり、か
つ、第２クラッドの反射率の最大値が約１．３８である
ことを特徴とする請求項１に記載の主発振器および電力
増幅器の構成。 - 【請求項７】 請求項１の主発振器および電力増幅器の
構成において、さらに、既定の波長を有する光を増強す
るための複数の発振器を具備し、前記既定の波長が前記
複数の発振器のうち少なくとも２つの発振器と異なるこ
とを特徴とする構成。 - 【請求項８】 複数の発振器を具備し、かつ、前記複数
の発振器が、実質上完全に反射する１の広帯域反射率格
子と部分的に伝搬を行う複数の狭帯域反射率格子によっ
て範囲を限定されることを特徴とする請求項１に記載の
主発振器および電力増幅器の構成。 - 【請求項９】 光源が第１クラッドに光学的に結合され
ていることを特徴とする請求項１に記載の主発振器およ
び電力増幅器の構成。 - 【請求項１０】 前記光源が高電力ダイオードレーザで
あることを特徴とする請求項９に記載の主発振器および
電力増幅器の構成。 - 【請求項１１】 前記高電力ダイオードレーザが約８０
０〜１０００ｎｍの動作波長を有することを特徴とする
請求項１０に記載の主発振器および電力増幅器の構成。 - 【請求項１２】 前記所望のモード間隔が誘導ブリュア
ン散乱を回避するのに充分な長さであることを特徴とす
る請求項１に記載の主発振器および電力増幅器の構成。 - 【請求項１３】 前記所望のモード間隔が少なくとも約
２５ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の主
発振器および電力増幅器の構成。 - 【請求項１４】 前記所望のモード間隔が少なくとも約
５００ＭＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の
主発振器および電力増幅器の構成。 - 【請求項１５】 前記所望のモード間隔が少なくとも約
１ＧＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の主発
振器および電力増幅器の構成。 - 【請求項１６】 イオン化希土類元素と反射率修正ドー
パントとドーピングされる単一モードコアと、 両反射率格子間の間隔により発振器キャビティの長さが
決まる間隔のあいた２つの反射率格子によって第１の発
振器の範囲が定義されることを特徴とする、単一モード
コア内に範囲が限定される第１の発振器と、 単一モードコアを取り囲む第１のクラッドと、 第１のクラッドを取り囲む第２のクラッドと、 第１のクラッドに光学的に結合されている光源とから成
り、 前記発振器キャビティの長さが、所望のモード間隔によ
って定まり、かつ、単一モードコアの長さの２分の１を
下回ることを特徴とする、前記所望のモード間隔を有す
る複数の縦モードで動作する高電力クラッドポンプレー
ザ構造を対象にした主発振器および電力増幅器の構成。 - 【請求項１７】 前記光源が高電力ダイオードレーザで
あることを特徴とする請求項１５に記載の主発振器およ
び電力増幅器の構成。 - 【請求項１８】 （ａ）コアがイオン化希土類元素およ
び反射率修正ドーパントとドーピングされることを特徴
とするクラッド内にコアを形成する段階と、 （ｂ）所望のモード間隔を実現するために反射率格子間
に間隔があけられていることを特徴とする前記コア内に
少なくとも２の反射率格子を形成する段階とから成る、
主発振器および電力増幅器クラッドポンプレーザ構造の
作成方法において、前記レーザ構造が、動作時に、複数
の縦モードが稼働し、かつ、前記縦モード間に前記所望
の間隔があけられていることを特徴とする方法。 - 【請求項１９】 前記コア内に少なくとも２の反射率格
子を形成する段階において、前記コア内の少なくとも２
の間隔があけられた位置に紫外線誘導反射率の変化を起
こし、反射率の変化が前記コアに沿って周期的に変化す
ることを特徴とする請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記コア上に干渉パターンを照射する
ことによって前記周期的変化が生じることを特徴とする
請求項１９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US08/366165 | 1994-12-29 | ||
| US08/366,165 US5473622A (en) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | Cladding-pumped MOPA structure |
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