JPS6342190A - 光フアイバレ−ザ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、外部に波長制御用光学部品を必要としない、
全光ファイバ形波長可変レーザ発振器に関するものであ
る。

（従来の技術及び問題点） 従来、光ファイバ形波長可変レーザ発振器の構成として
、第３図に示すような外部グレーティングを使用した装
置が報告されている。（例えば、アール・ジエー　メア
ーズ等（Ｒ，Ｊ、Ｍｅａｒｓ　ｅｔ、　ａｌ、）ｒｌ、
５５μ鋼で動作する低しきい値の同調可能な連続波およ
びＱスイッチ光ファイバレーザ（ｌｏｗｔｈｒ−ｅｓｈ
ｏｌｄ　ｔｕｎａｂｌｅ　ｃｗ　ａｎｄ　Ｑ−ｓｗｉｔ
ｃｈｅｄ　ｆｉｂｅｒ　１ａｓｅｒ）、エレクトロニッ
ク・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、　Ｌｅｔｔ、　）、
Ｖｏｌ　２２、（１９８６）、ｐｐ、１５９〜１６０　
）　　第３図に示す構成では、入射側共振器ミラー１　
（励起光に対しては９９％以上透過、レーザ発振光に対
しては９９％以上反射）およびレンズ２ａを通して励起
光により端面励起されたレーザ用光ファイバ３から出射
するレーザ光は、レンズ２ｂおよびハーフミラ−４を通
過した後、グレーティング５により波長選択される。

この場合、レーザ媒体としてＥ１添加光ファイバを用い
ることにより、１．５　μｍ帯での波長可変（または波
長同調可能）なレーザ光が得られる。

しかし第３図に示す構成では、波長選択用個別光学部品
、すなわちグレーティング５を使用するめ光軸の調整が
困難であること、系全体が大形になり、振動等の外乱に
弱いなどの欠点があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、波長選択用キして前述の外部個別光学部品を
使用することによって生じる欠点を除去し、全光ファイ
バ形波長可変レーザの簡便な構成を提供するものである
。

本発明は、レーザ発振用媒体としてレーザ活性イオンを
含む光ファイバを用い、かつ光ファイバ内にバンドパス
フィルタ機能を持たせた構成とすることを最も主要な特
徴としている。

まず、本発明の主要構成要素である、バンドパスフィル
タ作用を与える光ファイバの構成について説明する。

バンドパスフィルタ作用をもつ光ファイバの構成は、１
つの光ファイバ内に２本のコアを有する光ファイバ（デ
ュアルコア光ファイバ）を用いることにより容易に実現
できる。（例えば、開本等（Ｋ、Ｏｋａｍｏｔｏ　ｅｔ
、ａｌ、）　、ｒ連続デュアルコア光ファイバからなる
光ファイバフィルタＪ　　（Ｆｉｂｅｒｏｐｔ−ｉｃ　
５ｐｅｃｔｒａｌ　ｆｔ１ｔｅｒｓ　ｃｏｎｓｉｓｔｉ
ｎｇ　ｏｆ　’ｃｏｎｃａｔｅｎａｔｅｄ　ｄｕａｌ−
ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒｓ）　、エレクトロニック・レタ
ーズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、）　、Ｖｏｌ、２
２、（１９８６）、ＩＩＩ）、２１１〜２１２）　　デ
ュアルコア光ファイバでは、２本のコアを近接させるこ
とにより、両コア内を伝ぼんする光波間に結合が生じる
。この結合度は、両コアの比屈折率差、コア径などを等
しくすることにより最も高くできる。このような両コア
間に光波の結合が生じる状況の下で、一方のコアのみに
波長λ１．λ２（λ、〜λ２）なる２つの波長の光を伝
ばんさせた場合について考察する。

第４図（ａ）に示すように、１つのコアに入射された波
長λ１．λ２の入射光波は、ある距離を伝ぼんすると両
コア間の結合により他方のコアへと移る。ところで、こ
のコア間の結合の度合いは、伝ばんさせる光波の波長に
より変化するため、第４図（ａ）に示したようにデュア
ルコア光ファイバのある特定の長さにおいて、λ８．λ
２の２つの光波を分離することが可能となる。このこと
は、一方のコアが（λ１＋λ２）なる光波からλ、のみ
を分離するフィルタ機能を持っていると考えられる。

この場合、波長分解能（近接した２つの波長の光波を分
離する能力）をより良くするためには、第４図（ｂ）に
示すように、光ファイバをカスケードに接続すれば良い
。また第４図（ｃ）に示すように、中間に単一コア光フ
ァイバを用いて接続することも可能である。

第４図（ｃ）に示す構成では、単にデュアルコア光ファ
イバの１つのコアと、通常の単一モート光ファイバのコ
アを合わせて接続するだけで良いため、カスケードに何
本かのデュアルコア光ファイバを接続する場合には、接
続の労力が著しく軽減される。

次に、上述の原理に基づいてバンドパスフィルタを構成
する方法を示す。

第５図は、デュアルコア光ファイバによるバンドパスフ
ィルタの実際の構成を示す図であるが、同図に示すよう
に、同一のデュアルコア光ファイバ（ここでａはコア径
、ｄはコア中心間距離、Δは比屈折率差とする）より長
さの異なるＮ木のデュアルコア光ファイバ（ｉ番目の光
ファイバの長さを１１とする）を作製し、これ等を順に
、かつ第２コアを順次１８０６反転させて接続する。こ
こでこの光ファイバにおいて、第１コアとは、接続によ
りコア中心軸を合わせて接続・される方のコアであり、
かつレーザ活性イオンとしてＥ、、が添加されているも
のとする。本構成において、第１コアの透過率は下式の
ように表わされる。

また１番目の光ファイバの長さＸ、は下式のように表わ
される。

１、−２”−’ｘ＋（ｔ＝１〜Ｎ　）　　　　　　　　
（２１式（１）は波長に対するバンドパスフィルタの透
過率特性を与える。ここで第１コアを通過する中心波長
λ、Ｉ−の光波の透過度を規定する主な項目は、式（１
）以外の項、主として接続損失及びλｌｌＰにおける光
ファイバの損失である。

またｃ＜、ｉ＞　は式（３）で与えられる。（例えば、
前出の開本等の論文の外に、ニー・ダブリュー　スナイ
ダー（Ａ、Ｗ、５ｎｙｄｅｒ）　、ｒ光ファイバの結合
モード理論Ｊ　　（Ｃｏｕｐｌｅｄ−ｍｏｄｅ　ｔｈｅ
ｏｒｙ　ｆｏｒ　ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓ）　、ジ
ャーナル・オプ・オプチカル・ソサエティ’オブ・アメ
リカ（Ｊ、Ｏｐｔ、　Ｓｏｃ、　Ａｍｅｒ、）、Ｖｏ　
ｌ　、　６２、（１９７２）、ｐｐ、１２６７〜１２７
７）ここで、 Ｋはバンケル関数 Δ Ｕユ２．４０５　　ｅ　−”−￥１／Ｖｉ、はコアの屈
折率 である。

例えば、１．５５μｍに中心波長を持つバンドパスフィ
ルタの構成を考えると、Δ＝０．２８％、ａ＝４．６　
μｍ　、　ｄ／ａ　＝４．２に対して、弐（３）よりλ
−１，５５μｍ　Ｔ：ｃ＝６５．４ｍりとなる。このＣ
の値に対して ｌＩ＝π／　ｃ　　　　　　　　　　　　　　（４１を
満足するようにＡ、を４８ｍｍと決めると、１．５５μ
ｍで最大透過率を有する光ファイバフィルタが作製でき
る。

第６図に、Ｎ＝４の場合の光ファイバフィルタ特性の１
例を示す。なお、各デュアルコア光ファイバ間に単一コ
ア光ファイバを入れて接続することも、もちろん可能で
ある。

光ファイバを機械的に伸縮させる場合には、光弾性によ
る比屈折率差の変化を無視して考えると、弐（１）にお
いてＮ、を変化させることになるので、当然バンドパス
フィルタの中心波長が変化することになる。

本発明における光ファイバレーザの構成は、上述の光フ
ァイバ形バンドパスフィルタ自体にレーザ作用を持たせ
たものである。さらに詳しく説明すると、第５図の第１
コアにレーザ活性イオンとしてＥ、を添加したものであ
る。

第２図はデュアルコア光ファイバを用いた波長可変光フ
ァイバレーザの動作原理を示す図であるが、第２図（ａ
）に示すごとく、端面より第１コアに入射した励起光（
波長λ、）は、第１コアに添加されているレーザ活性イ
オンを励起して蛍光（波長λＦ）を発生させる。この状
態で光ファイバ両端に反射鏡（共振器ミラー）を配置し
、励起光強度を十分高くすれば誘導放出が生じ、波長λ
２′のレーザ発振が開始する。ところで、レーザ発振の
波長は、共振器ミラーを含めたレーザ発振系（この場合
、共振器ミラーとデュアルコア光ファイバ）における発
振可能な波長範囲の中で最大の利得を持つ波長で発振す
る。そこでレーザ媒質（本発明ではデュアルコア光ファ
イバ）自体に波長選択性（ある特定の波長以外では大き
な損失を与え、上述の利得を実効的に小さくする）を持
たせれば、レーザ発振波長の同調が可能となる。

本発明では、上述の波長選択性をレーザ媒質として用い
るデュアルコア光ファイバ自体に持たせ、その実現は、
前述のバンドパスフィルタの原理及び構成によっている
。蛍光スペクトル中でバンドパスフィルタの中心波長の
みが選択される様子を第２図（ｂ）に示す。

ところで、デュアルコア光ファイバの全長を機械的に伸
縮することにより、前述のごと（バンドパスフィルタの
中心波長が移動するから、従ってレーザ発振波長の変る
ことは、第２図（ｂ）においてバンドパスフィルタの特
性を左右に動かすことを考えれば明らかである。

（実施例） 第５図と同様な構成を有し、バンドパスフィルタ作用を
持つ光ファイバとして、第１コアのみにＥ、を５　ｐｐ
ｍ含有し、コアクラフト間の比屈折率差Δが０．２８％
、コア径ａが４．２　μｍ　、　ｄ／ａ　＝４．２のデ
ュアルコア光ファイバを作製した。１．６μｍを中心透
過波長とするため、１　＋　”−３，９ａｍ。

Ｃ（１，６／Ｉ’ｍ）　＃８０．３ｍ−’として、６段
（Ｎ、６）構成とした。ただし、ファイバ長を伸長する
ことにより、Ｅｌの発振波長領域に合わせることができ
る。入出射側共振器ミラーとしては、光ファイバ端面に
真空蒸着により誘電体多層膜を形成したものを用いた。

この蒸着膜のＯ，，５１４５μｍの透過率は８０％以上
、１．５５μｍでの反対率は８０％以上である。

第１図は上述のやり方で作製した光ファイバを用いたレ
ーザ発振器である。２０は励起用Ａ、イオンレーザ、２
１は対物レンズ、２２は上述のやり方で作製したバンド
パスフィルタ作用を有するＥ、添加デュアルコア光ファ
イバ（ただし、両端面に蒸着により誘電体多層膜を形成
し、共振器構造としである）、２３は光ファイバの機械
的伸長手段の１例としてのＰＺＴ振動子、２４は検出器
、すなわちモニタ用光パワーメーターである。励起光強
度を上昇させていくと、１．５μｍ帯で発振を開始する
。

一方、ＰＺＴに加える電圧を調節して光ファイバに与え
る伸び量を変えることにより、１．５２８〜１　、５４
２μＩ及び１．５４５〜１．５５５μｍの範囲で波長可
変とすることができた。この場合の発振しきい値は約３
５１程度であり、発振光強度は最大で０．４ｍＷ　（励
起光１００ｍＷ　、波長１．５５μｍ）の特性が得られ
た。

なお、本実施例において、レーザ活性イオンとしてＥｌ
についてのみ示したが、Ｅ、以外にＮｄ、Ｐｒ等の多（
のレーザ活性イオンによっても、本発明と同様に、光フ
ァイバ自体に波長選択機能を有する光ファイバレーザが
構成できることはいうまでもない。

（発明の効果） 本発明によれば、全光ファイバ形波長可変レーザが作製
できるから、装置の調節の面で有利であり、かつ小形化
が可能であり、外乱の影響も受けにくい。さらに、ＰＺ
Ｔに加える電圧に応じて発振波長が変化するため、数ｋ
Ｈｚ程度までの変調速度で波長直接変調（周波数直接変
調）も可能となる。

また、矩形波によりＰＺＴを変調し、フィルタの透過波
長の一方をレーザ発振可能波長に選び、他方をレーザ利
得のない波長に選択することにより、Ｑスイッチ形光フ
ァイバレーザを構成することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による１実施例の構成図、第２図（ａ
）は、デュアルコア光ファイバを用いた波長可変光ファ
イバレーザの動作原理を示す図、第２図（ｂ）は、第２
図（ａ）の特性図、第３図は、従来の波長可変光ファイ
バレーザ装置の構成を示す図、 第４図（ａ）〜（Ｃ）はデュアルコア光ファイバによる
バンドパスフィルタの原理を示す図、第５図は、デュア
ルコア光ファイバによるバンドパスフィルタの実際の構
成を示す図、第６図は、バンドパスフィルタの特性を示
す図である。 １・・・入射側共振器ミラー ２・・・レンズ　　　　　　３・・・レーザ用光ファイ
バ４・・・ハーフミラ−５・・・グレーティング６・・
・デュアルコア光ファイバ ７ａ・・・第１コア　　　　　７ｂ・・・第２コア８・
・・λ１の波長の光の軌跡 ９・・・λ２の波長の光の軌跡 １０・・・単一コア光ファイバ １１・・・コア １２・・・デュアルコア光ファイバ １３・・・第１コア　　　　　１４・・・第２コア１５
・・・バンドパスフィルタの特性 １６・・・デュアルコア光ファイバ １７・・・レーザ発振スペクトル １８・・・バンドパスフィルタの特性 １９・・・蛍光スペクトル ２０・・・励起用Ａ、イオンレーザ ２１・・・対物レンズ ２２・・・Ｅ、、添加デュアルコア光ファイバ２３・・
・ＰＺＴ振動子　　　　２４・・・検出器特許出願人　
　日本電信電話株式会社 代理人弁理士　　杉　　村　　暁　　秀同　　　弁理士
　　　　杉　　　村　　　興　　　作第１図 ２０・・・励起用ＡＳオンレーサ“ ２ｆ・−文才物しンス゛ ２２・−Ｅｒ漆７）ａチ１アルコア光じシイｊく２３−
・ｐＺＴｔ＆１力壬 ２４−・・才責３を舅２ 第２図 λ′Ｆ ｉ皮表 第３図 第４図 第５図 １４°°−第２コア 第６図 透過傘（％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバ形レーザ発振器において、光ファイバ内
   にレーザ活性イオンを含む１個以上の発振用コア部と、
   バンドパスフィルタ部を具備する光ファイバレーザ。 ２、バンドパスフィルタ部として、発振用第１コア部の
   側方に第２コア部を有するＮが任意の整数であるＮ本の
   デュアルコア光ファイバを用い、ここで前記のデュアル
   コア光ファイバは相対的な長さ関係として、ｉ番目のフ
   ァイバ長ｌ＿ｉがｌ＿ｉ＝２＾ｉ＾−＾１ｌ＿１、ｉ＝
   １〜Ｎを満足するものとし、第１コア同士の中心軸を合
   わせ、かつ第２コア同士の中心軸をずらせて順次接続し
   た構造を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の光フ
   ァイバレーザ。 ３、所定の長さのデュアルコア光ファイバを接続する際
   に、ｉ番目とｉ＋１番目の間に、単一のコアのみを有す
   る光ファイバを用い、前記単一コア光ファイバのコアと
   デュアルコア光ファイバの第１コアの軸を合わせて接続
   することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の光
   ファイバレーザ。 ４、光ファイバの全長を機械的に伸長させることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項に記載の光ファイバレーザ
   。