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JP2891240B2 - Multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber laser - Google Patents

Multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber laser

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JP2891240B2
JP2891240B2 JP14673597A JP14673597A JP2891240B2 JP 2891240 B2 JP2891240 B2 JP 2891240B2 JP 14673597 A JP14673597 A JP 14673597A JP 14673597 A JP14673597 A JP 14673597A JP 2891240 B2 JP2891240 B2 JP 2891240B2
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JP
Japan
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laser
optical fiber
wavelength
transition
wavelengths
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JP14673597A
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Japanese (ja)
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JPH10335734A (en
Inventor
哲実 住吉
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、励起型固体レーザ
に関し、特に同時に多波長のレーザ光を出力することが
できる光ファイバ型のレーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an excitation type solid-state laser, and more particularly to an optical fiber type laser capable of simultaneously outputting multi-wavelength laser light.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、一つのレーザから複数のレーザ光
を取り出すいくつかの方法が知られている。
2. Description of the Related Art Several methods for extracting a plurality of laser beams from one laser have been known.

【0003】例えば、特開昭51−031195号公報
には、レーザ利得の周波数拡がりが大きいことを利用
し、一つのレーザ利得媒質に対して複数の共振器を構成
することにより、同一のエネルギー準位から複数の波長
のレーザ出力を取り出す方法が記載されている。この方
法では、単一波長でも連続発振が可能であり、また、そ
の複数の波長の出力パワーの和はほぼ一定となる。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-031195 discloses that the same energy level can be obtained by forming a plurality of resonators for one laser gain medium, utilizing the fact that the frequency spread of laser gain is large. A method of extracting laser outputs of a plurality of wavelengths from different positions is described. In this method, continuous oscillation is possible even with a single wavelength, and the sum of the output powers of the plurality of wavelengths is substantially constant.

【0004】また、特開平5−259558号公報に
は、レーザ媒質に銅蒸気を用いて、放電励起された同一
エネルギー準位からの2つの異なる下準位へのレーザ遷
移を利用して、2波長のレーザ発振を得る方法が記載さ
れている。この方法では、2波長でレーザ利得を分割す
ることになるので、目的波長を高出力化する場合にはむ
しろ単一波長で発振させたがよく、また、それら両方の
波長におけるレーザ下準位の寿命がレーザ上準位の寿命
よりも長いために連続発振が困難であった。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-259558 discloses that a laser transition from the same energy level excited by discharge to two different lower levels is performed using copper vapor as a laser medium. A method for obtaining laser oscillation of a wavelength is described. In this method, since the laser gain is divided into two wavelengths, it is better to oscillate at a single wavelength when increasing the output power of the target wavelength, and to lower the laser lower level at both wavelengths. Continuous oscillation was difficult because the lifetime was longer than the lifetime of the laser upper level.

【0005】これらの方法とは全く異なる原理に基づく
多波長レーザとして、アプライド・フィジクス・レター
ズ(Appl. Phys. Lett. Vol.6
2(6) No.6 (1993) 543頁)には、
第1レーザの下準位からさらに下準位へレーザ遷移させ
て第2レーザ光を取り出すことで、カスケード的に2波
長のレーザ光を得る方法が記載されている。しかし、第
2レーザの下準位が基底準位である場合(第2レーザが
準3準位レーザ)、第2レーザの下準位からの再吸収損
失が大きいので再吸収損失を上回る強励起が必要となり
レーザ発振が難しく、必ずしも十分なレーザ出力が得ら
れないという問題があった。
As a multi-wavelength laser based on a completely different principle from these methods, Applied Physics Letters (Appl. Phys. Lett. Vol. 6) has been proposed.
2 (6) No. 6 (1993) p. 543)
A method is described in which a laser transition from the lower level of the first laser to the lower level is performed to extract the second laser light, thereby obtaining laser light of two wavelengths in a cascade. However, when the lower level of the second laser is the ground level (the second laser is a quasi-three-level laser), since the re-absorption loss from the lower level of the second laser is large, the strong excitation exceeds the re-absorption loss. And laser oscillation is difficult, and there is a problem that a sufficient laser output cannot always be obtained.

【0006】ところで、通常目的とするレーザ遷移の下
準位寿命が上準位寿命より長い自己終端型レーザ遷移の
場合、時間的に持続する利得が得られないので、従来、
連続発振動作が困難で、またパルス動作モードにおける
高出力化も困難であった。そこで、下準位密度を何らか
の方法で下げることが試みられた。
In the case of a self-terminating laser transition in which the lower-level lifetime of a laser transition that is normally intended is longer than the upper-level lifetime, a gain that lasts over time cannot be obtained.
It is difficult to perform continuous oscillation operation, and it is also difficult to increase output in a pulse operation mode. Therefore, an attempt was made to lower the lower level density by some method.

【0007】レーザ下準位数密度を減少させる一つの方
法として、図2に示したようにレーザイオン10のレー
ザ遷移12の下準位15を、励起レーザダイオード(L
D)光または別に用意した光の照射によってさらに上方
の準位18に励起準位吸収遷移21する方法がある。し
かし、この方法では励起LD波長がレーザ下準位密度を
減少させる励起準位吸収が困難な場合が多いことや、励
起LDとは別に異なる励起光を使用することで装置が煩
雑になるという問題点があった。さらに、無放射緩和に
よる発熱によって固体媒質に熱歪みを発生させるという
問題点もあった。
As one method of reducing the laser lower level number density, as shown in FIG. 2, a lower level 15 of a laser transition 12 of a laser ion 10 is applied to an excitation laser diode (L).
D) There is a method in which an excited level absorption transition 21 is made to the upper level 18 by irradiation of light or light prepared separately. However, in this method, it is often difficult to excite the excitation level so that the excitation LD wavelength reduces the lower level density of the laser, and the apparatus becomes complicated by using an excitation light different from the excitation LD. There was a point. Further, there is a problem that heat distortion is generated in the solid medium due to heat generated by radiationless relaxation.

【0008】また別のレーザ下準位数密度を減少させる
方法として、図2に示したようにレーザ下準位15とほ
ぼ等しいエネルギー準位19を有する副添加イオン11
を固体レーザ媒質内にレーザイオン10と共添加し、共
鳴的にエネルギー移乗27させる方法がある。しかし、
実際には副添加イオンの選定が困難な場合が多く、2つ
のイオンを固体レーザ媒質内に添加するのでエネルギー
の流れが複雑化し、かつ、適切な添加濃度を決定するこ
とが難しいという問題があった。さらに、この場合も無
放射緩和による発熱によって固体媒質に熱歪みを発生さ
せるという問題点があった。
As another method of reducing the laser lower level number density, as shown in FIG. 2, a sub-addition ion 11 having an energy level 19 substantially equal to the laser lower level 15 is used.
Is co-doped with the laser ions 10 in a solid-state laser medium, and the energy is transferred 27 in a resonant manner. But,
In practice, it is often difficult to select sub-addition ions, so that two ions are added into the solid-state laser medium, so that the flow of energy is complicated and it is difficult to determine an appropriate addition concentration. Was. Further, in this case as well, there is a problem that heat generation due to radiationless relaxation causes thermal distortion in the solid medium.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、レーザ遷移
が自己終端型である場合でも、連続発振およびその高出
力化、またはパルスモードにおける高出力化を可能にす
ると同時に、有用な第2のレーザ光を取り出すことで多
波長発光が可能である多波長同時発振光ファイバ型レー
ザを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention enables continuous oscillation and high power output thereof even when the laser transition is of a self-terminating type, or high power output in a pulse mode, and at the same time provides a useful second power source. It is an object of the present invention to provide a multi-wavelength simultaneous oscillating optical fiber type laser capable of emitting multiple wavelengths by extracting laser light.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス材料に
レーザイオンを添加した光ファイバを用いて、第1のレ
ーザ遷移の下準位からさらに下方のエネルギー準位へ第
2のレーザ遷移を生じさせるように、第1および第2の
レーザ遷移の波長に対して共振条件を満足する少なくと
も1対の共振器を構成して、2以上の波長をレーザ出力
させる多波長同時発振光ファイバ型レーザに関する。
According to the present invention, a second laser transition from a lower level of a first laser transition to a lower energy level is performed using an optical fiber in which laser ions are added to a glass material. A multi-wavelength simultaneous oscillating optical fiber type laser that outputs at least two wavelengths by forming at least one pair of resonators satisfying a resonance condition with respect to the wavelengths of the first and second laser transitions. About.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1はレーザ光を発生するレーザ
イオンのエネルギー準位を示している。例えばレーザダ
イオード(LD)を励起光として用いて、レーザ上準位
3またはそれより上方の準位4にイオンを準位1から励
起する。第1レーザ遷移8が自己終端型である場合に
は、レーザ下準位2はレーザ上準位3よりも寿命が長い
ため、レーザ発振に必要な反転分布が生じにくい。
FIG. 1 shows the energy levels of laser ions that generate laser light. For example, using a laser diode (LD) as excitation light, ions are excited from a level 1 to a laser upper level 3 or a level 4 higher than the upper level. When the first laser transition 8 is a self-terminating type, the laser lower level 2 has a longer life than the laser upper level 3, so that the population inversion required for laser oscillation hardly occurs.

【0012】そこで、本発明では、第2レーザ遷移9を
同時に発振させるように共振器を設けることで下準位2
の数密度を強制的に減少させる。これにより第1レーザ
8の連続発振とその高出力化、および高繰り返しパルス
発振における高出力化が可能となる。エネルギーの流れ
としてはカスケード的であり、2種類のレーザ光を同時
に取り出すことができるので、有用な多波長のレーザ光
を同時に得ることができる。このように、準位2から下
準位1への遷移は、無放射緩和ではなくレーザ遷移であ
るので、固体媒質内での発熱が少なく熱的ひずみを抑制
することができ、レーザ動作を安定させることができ
る。
Therefore, in the present invention, by providing a resonator so as to simultaneously oscillate the second laser transition 9, the lower level 2
Forcefully reduce the number density of As a result, continuous oscillation of the first laser 8 and high output thereof, and high output in high repetition pulse oscillation can be realized. The energy flow is cascaded, and two types of laser light can be extracted simultaneously, so that useful multi-wavelength laser light can be obtained at the same time. As described above, since the transition from the level 2 to the lower level 1 is not a nonradiative relaxation but a laser transition, the heat generation in the solid medium is small, the thermal distortion can be suppressed, and the laser operation can be stabilized. Can be done.

【0013】そして本発明では、レーザ媒質として光フ
ァイバを用いることで、次のような理由によりカスケー
ド発振をより効率的に行わせることができる。
In the present invention, by using an optical fiber as the laser medium, cascade oscillation can be performed more efficiently for the following reasons.

【0014】即ち、第2レーザ下準位1が基底準位であ
る場合、その第2レーザは準3準位レーザと呼ばれ、第
2レーザ下準位1からの再吸収による損失が大きいの
で、その再吸収損失を上回る強励起が必要となり、従来
の固体結晶を用いたレーザではレーザ発振が難しかっ
た。しかし、本発明のファイバレーザでは、励起光を光
ファイバ内に高密度で閉じこめることができるので、レ
ーザイオンを強励起することができる。
That is, when the second laser lower level 1 is the ground level, the second laser is called a quasi-three level laser, and the loss due to reabsorption from the second laser lower level 1 is large. However, strong excitation exceeding the re-absorption loss is required, and it has been difficult for a laser using a conventional solid crystal to oscillate. However, in the fiber laser of the present invention, the excitation light can be confined in the optical fiber at a high density, so that the laser ions can be strongly excited.

【0015】また、光ファイバの材料としては、例えば
フッ化物ガラスのようなガラス材料を用いるので、材料
固有のフォノンエネルギーが小さいため第2レーザ上準
位3の励起寿命を長くすることができる。そして、ファ
イバ材料が非晶質であるので、レーザイオンの各エネル
ギー準位のシュタルク拡がりが増大するのでレーザ発振
が容易に得られ、従来の結晶をホスト材料に用いたレー
ザと比較して第2レーザの高効率発振が可能になる。
Further, since a glass material such as fluoride glass is used as the material of the optical fiber, the excitation life of the second laser upper level 3 can be extended since the material-specific phonon energy is small. Since the fiber material is amorphous, the Stark spread of each energy level of laser ions increases, so that laser oscillation can be easily obtained. High-efficiency oscillation of the laser becomes possible.

【0016】また、ファイバ型の場合は結晶を用いた場
合と異なり、ファイバとして長尺であるために単位体積
当たりの発熱量が小さい。このため、発熱等による変形
によって性能が低下することが少ないという利点がある
が、カスケード的にレーザ発振させ発熱を防止すること
によりさらに安定したレーザ動作を得ることができる。
In the case of the fiber type, unlike the case where a crystal is used, the calorific value per unit volume is small because the fiber is long. For this reason, there is an advantage that the performance is hardly deteriorated due to deformation due to heat generation or the like. However, a more stable laser operation can be obtained by cascading laser oscillation to prevent heat generation.

【0017】次に図3から図8を参照して本発明のレー
ザをさらに具体的に説明する。
Next, the laser of the present invention will be described more specifically with reference to FIGS.

【0018】[実施形態1]図3に、本発明の一実施形
態を示す。レーザ光を発生するレーザイオン10を添加
したコア32とクラッド33を有する単一クラッド光フ
ァイバ31を形成した。この光ファイバの励起光入射側
端には、LD光28を透過し第1レーザ29と第2レー
ザ30に対して高反射率を有するミラー34を設け、レ
ーザ光出力側端には、それぞれのレーザ波長に対して適
した反射率を有する部分反射ミラー35を設け、2つの
ミラーによりファイバレーザ共振器を構成した。ミラー
34側からLD光を入射することで、第1レーザ29と
第2レーザ30が同時に発振する。
[Embodiment 1] FIG. 3 shows an embodiment of the present invention. A single clad optical fiber 31 having a core 32 and a clad 33 to which laser ions 10 for generating laser light were added was formed. A mirror 34, which transmits the LD light 28 and has a high reflectivity to the first laser 29 and the second laser 30, is provided at the end of the optical fiber on the side of the pumping light incident side. A partial reflection mirror 35 having a reflectance suitable for the laser wavelength was provided, and a fiber laser resonator was constituted by the two mirrors. The first laser 29 and the second laser 30 oscillate simultaneously when the LD light enters from the mirror 34 side.

【0019】ここで光ファイバは直線を維持する必要は
無く、長尺化した場合は巻き取ることで小型化が図れ
る。光ファイバ31の両端面とミラー34、35は必ず
しも密着させる必要はなく、コアがマルチモードである
場合には間隙を与えることによって光ファイバを伝搬す
るモードを少数化することができる。
Here, the optical fiber does not need to maintain a straight line, and if the optical fiber is long, it can be reduced in size by winding it. It is not always necessary to closely contact both end surfaces of the optical fiber 31 and the mirrors 34 and 35. When the core is a multi-mode, by providing a gap, the number of modes propagating through the optical fiber can be reduced.

【0020】また、励起LDパワー、光ファイバ内の光
学的伝搬損失の大きさなどの諸条件で異なるが、出力取
り出しミラー35を取り除いて、光ファイバ端面のフレ
ネル反射のみでレーザ共振器を構成する場合もある。ま
た、各波長に対して別個のミラーを用いることもでき
る。
Further, although different depending on various conditions such as the pumping LD power and the magnitude of optical propagation loss in the optical fiber, the laser resonator is constituted only by the Fresnel reflection at the end face of the optical fiber by removing the output extraction mirror 35. In some cases. Also, separate mirrors can be used for each wavelength.

【0021】[実施形態2]図4に示す実施形態は、図
3に示した実施形態1において第1レーザをパルスモー
ドで取り出すために部分反射ミラー35と光ファイバ3
1の間にQスイッチ素子36を設置したものである。
[Embodiment 2] The embodiment shown in FIG. 4 is different from the embodiment 1 shown in FIG.
1, a Q switch element 36 is provided.

【0022】Qスイッチ素子36は第1レーザ、第2レ
ーザの両方に対してスイッチ動作を行う場合と、第1レ
ーザまたは第2レーザの一方に対してスイッチ動作を行
う場合がある。例えば、第2レーザのみにQスイッチ動
作を行えば、発生する第2レーザのQスイッチパルスが
急激に第1レーザの下準位2の励起密度を減少させるた
めに、第1レーザにおいてもQスイッチパルスを発生す
ることができる。
The Q switch element 36 performs a switching operation on both the first laser and the second laser, and a switching operation on one of the first laser and the second laser. For example, if the Q switch operation is performed only on the second laser, the generated Q switch pulse of the second laser sharply decreases the excitation density of the lower level 2 of the first laser. A pulse can be generated.

【0023】Qスイッチ素子36は高反射ミラー34と
光ファイバレーザ媒質31の間に設置することも可能で
ある。Qスイッチ素子を挿入した側のミラー34または
35は反射したレーザビームがファイバのコアに戻るよ
うに反射面に適した曲率を持つ。
The Q switch element 36 can be installed between the high reflection mirror 34 and the optical fiber laser medium 31. The mirror 34 or 35 on the side where the Q switch element is inserted has a curvature suitable for the reflecting surface so that the reflected laser beam returns to the core of the fiber.

【0024】[実施形態3]図5に本発明のさらに異な
る実施形態を示す。実施形態1においては、光ファイバ
とは別個に反射ミラーを設けたが、光ファイバに反射ミ
ラーを直接形成することもできる。光ファイバレーザ媒
質31のLD光入射側端面に、実施形態1における高反
射ミラー34と同じ特性の誘電体多層コート37を直接
施し、また、同様にもう一方の端面に、実施形態1にお
ける部分反射出力取り出しミラー35と同じ反射率の誘
電体多層コート38を施すことによって共振器を構成す
ることができる。
[Embodiment 3] FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention. In the first embodiment, the reflection mirror is provided separately from the optical fiber. However, the reflection mirror can be formed directly on the optical fiber. The dielectric multilayer coat 37 having the same characteristics as the high reflection mirror 34 in the first embodiment is directly applied to the end face of the optical fiber laser medium 31 on the LD light incident side, and the partial reflection in the first embodiment is similarly applied to the other end face. By applying a dielectric multilayer coat 38 having the same reflectance as that of the output take-out mirror 35, a resonator can be formed.

【0025】[実施形態4]図6にさらに異なる実施形
態を示す。実施形態3で示したレーザ装置において、誘
電体多層コートに代えて、屈折率分布ファイバグレーテ
ィング39、40により反射ミラーを形成したものであ
る。屈折率分布ファイバグレーティング39、40はイ
オン注入や紫外光の照射によって第1レーザ、第2レー
ザに対して適した反射率を有するように光ファイバのコ
ア32に書き込まれ、その位置は必ずしも光ファイバの
両端にある必要はない。
[Embodiment 4] FIG. 6 shows another embodiment. In the laser device shown in the third embodiment, a reflection mirror is formed by gradient index fiber gratings 39 and 40 instead of the dielectric multilayer coat. The refractive index distribution fiber gratings 39 and 40 are written into the core 32 of the optical fiber by ion implantation or irradiation of ultraviolet light so as to have a reflectivity suitable for the first laser and the second laser. You don't have to be at both ends.

【0026】尚、実施形態1〜4で光ファイバレーザ共
振器を構成するための反射ミラーについて説明したが、
実施形態1〜4のミラー、誘電体多層膜、屈折率分布フ
ァイバグレーティングの中から異なる種類を組み合わせ
てレーザ共振器を構成することもできる。例えば、LD
光入射側の高反射ミラーとして屈折率分布ファイバグレ
ーティング39を用いて、第1レーザ、第2レーザ取り
出し側において部分反射取り出しミラー35を用いるこ
とができる。
In the first to fourth embodiments, the reflection mirror for forming the optical fiber laser resonator has been described.
Laser resonators can also be configured by combining different types from among the mirrors, dielectric multilayer films, and gradient index fiber gratings of the first to fourth embodiments. For example, LD
The refractive index distribution fiber grating 39 is used as the high reflection mirror on the light incident side, and the partial reflection extraction mirror 35 can be used on the first laser and second laser extraction sides.

【0027】[実施形態5]図7は、本発明のさらに異
なる実施形態を示したものである。実施形態1〜4に示
した単一クラッド光ファイバの代わりに二重クラッド光
ファイバを使用した多波長同時発振光ファイバ型レーザ
である。二重クラッド光ファイバは、レーザイオンを添
加したコア32、励起LD光が伝搬する第1クラッド4
2、励起LD光をファイバ内に全反射させる第2クラッ
ド43からなり、長いファイバ長にわたってコア32に
添加したレーザイオンを励起し、第1クラッド42の断
面積が大きく開口数が大きいので、LD光を直接コアに
入射するよりも容易に第1クラッド42に入射できると
いう利点がある。第2クラッドの開口数が大きいことを
利用して光ファイバ端面からではなく、光ファイバの側
面からLD光を斜めに入射させて第1クラッドを伝搬さ
せることもできる。
[Embodiment 5] FIG. 7 shows still another embodiment of the present invention. This is a multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber type laser using a double clad optical fiber instead of the single clad optical fiber shown in the first to fourth embodiments. The double clad optical fiber includes a core 32 doped with laser ions and a first clad 4 through which pumped LD light propagates.
2. It is composed of a second clad 43 that totally reflects the pump LD light into the fiber, excites laser ions added to the core 32 over a long fiber length, and the first clad 42 has a large sectional area and a large numerical aperture. There is an advantage that light can be more easily incident on the first cladding 42 than directly incident on the core. Utilizing the large numerical aperture of the second clad, LD light can be made to enter the first clad obliquely from the side of the optical fiber instead of the end face of the optical fiber.

【0028】[0028]

【実施例】実施形態5に示した構成を用いて、レーザイ
オンとしてホルミウムイオン(濃度0.25重量%)を
コアに添加し、コア径10μm、第1クラッド径250
μm、第2クラッド径260μm、長さ200〜100
0cmの光ファイバを製作した。励起波長890nm帯
または1.1μm帯のLD光によって励起することによ
り、波長3μm帯の第1レーザと波長2μm帯の第2レ
ーザを得ることができた。
EXAMPLE Using the structure shown in the fifth embodiment, holmium ions (concentration: 0.25% by weight) were added to the core as laser ions, and the core diameter was 10 μm and the first cladding diameter was 250 μm.
μm, second cladding diameter 260 μm, length 200-100
An optical fiber of 0 cm was manufactured. By pumping with the LD light having an excitation wavelength of 890 nm or 1.1 μm, a first laser having a wavelength of 3 μm and a second laser having a wavelength of 2 μm could be obtained.

【0029】図8に、連続発振レーザ出力パワーと、吸
収LDパワーの関係を示した。レーザイオンによる吸収
LDパワーの増加に伴い第2レーザが発振開始し、その
直後または同時に目的とする第1レーザの発振が開始
し、両方の出力合計は吸収LDパワーが増加するに従い
大きくなった。
FIG. 8 shows the relationship between the continuous wave laser output power and the absorption LD power. The second laser started to oscillate with an increase in the absorption LD power due to the laser ions, and immediately or at the same time the target first laser started to oscillate, and the total output of both increased as the absorption LD power increased.

【0030】尚、ここでは実施形態5の構成を用いた
が、実施形態1〜4に示した構成によっても同様の結果
が得られる。
Although the configuration of the fifth embodiment is used here, similar results can be obtained by the configurations shown in the first to fourth embodiments.

【0031】また、レーザイオンとしてホルミウムイオ
ンを示したが、例えば、エルビウム、ツリウムおよびプ
ラセオジウム等の他のレーザイオンであってもよい。ま
た、励起としては通常LDが用いられるがこれに限定さ
れるものではない。
Although holmium ions have been described as laser ions, other laser ions such as erbium, thulium and praseodymium may be used. In addition, an LD is usually used as excitation, but is not limited to this.

【0032】本発明の光ファイバに用いられるガラス材
料は、励起光、発振レーザ光に対して透明であって、材
料固有のフォノンエネルギーが低く各準位の励起寿命が
長く、またガラス材料内の局所的電場に起因するレーザ
イオンの各エネルギー準位のシュタルク拡がりが広いと
いった性質のものが用いられる。
The glass material used for the optical fiber of the present invention is transparent to the excitation light and the oscillation laser light, has a low phonon energy inherent to the material, has a long excitation life for each level, and has a low A laser beam having such a property that the Stark spread of each energy level of a laser ion caused by a local electric field is wide is used.

【0033】このような材料として、例えばフッ化物ガ
ラス、カルコゲナイトガラスおよび石英ガラス等が挙げ
ることができる。フォノンエネルギーが小さく、また2
μm以上での吸収が小さいことから、フッ化物ガラスお
よびカルコゲナイトガラスが好ましく、特に2〜3μm
領域での伝搬損失が小さいフッ化物ガラスが好ましい。
Examples of such a material include fluoride glass, chalcogenite glass and quartz glass. Phonon energy is small and 2
Fluoride glass and chalcogenite glass are preferred because absorption at μm or more is small, and especially 2-3 μm
Fluoride glass with small propagation loss in the region is preferred.

【0034】フッ化物ガラスは、フッ化ジルコニウム、
フッ化バリウム、フッ化ランタン、フッ化アルミニウ
ム、フッ化ナトリウムおよびフッ化ハフニウム等のフッ
化物数種類を成分とするガラスであり、好ましいものと
してフッ化ジルコニウム、フッ化バリウム、フッ化ラン
タン、フッ化アルミニウムおよびフッ化ナトリウムを成
分とするZBLANガラス、およびフッ化ジルコニウム
およびフッ化アルミニウムを成分とするAZFガラス等
を挙げることができる。
The fluoride glass may be zirconium fluoride,
A glass containing several kinds of fluorides such as barium fluoride, lanthanum fluoride, aluminum fluoride, sodium fluoride, and hafnium fluoride, and preferred are zirconium fluoride, barium fluoride, lanthanum fluoride, and aluminum fluoride. And ZBLAN glass containing sodium fluoride as a component and AZF glass containing zirconium fluoride and aluminum fluoride as components.

【0035】また、以上の説明では2波長発振を例にと
って説明したが、第2のレーザ遷移の下準位が基底準位
ではない場合には、さらに下方の準位にレーザ遷移させ
ることで3波長以上の発振も可能である。
In the above description, the two-wavelength oscillation has been described as an example. However, when the lower level of the second laser transition is not the ground level, the laser transition to a lower level is performed. Oscillation over the wavelength is also possible.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、レーザ遷移が自己終端
型である場合に、連続発振およびその高出力化、または
パルスモードにおける高出力化を可能にすると同時に、
有用な第2のレーザ光を取り出すことで多波長発光が可
能であるレーザを提供することができる。
According to the present invention, when the laser transition is of a self-terminating type, continuous oscillation and high output thereof or high output in the pulse mode can be achieved at the same time.
By extracting useful second laser light, a laser capable of emitting light of multiple wavelengths can be provided.

【0037】また、従来無放射緩和によって不可避的に
固体レーザ媒質内で熱に変わっていたエネルギーをレー
ザとして取り出すことにより固体レーザ媒質の熱歪みを
軽減し、安定した動作のできるレーザを提供することが
できる。
It is another object of the present invention to provide a laser capable of reducing the thermal distortion of the solid-state laser medium by extracting the energy which has been unavoidably converted into heat in the solid-state laser medium by non-radiative relaxation as a laser, and performing stable operation. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の励起エネルギーの流れ図である。FIG. 1 is a flow chart of the excitation energy of the present invention.

【図2】従来例の励起エネルギーの流れ図である。FIG. 2 is a flow chart of excitation energy in a conventional example.

【図3】本発明の一実施形態を示すである。FIG. 3 shows an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態を示すである。FIG. 4 shows an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態を示すである。FIG. 5 shows an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施形態を示すである。FIG. 6 shows an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の一実施形態を示すである。FIG. 7 shows an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の多波長同時発振光ファイバ型レーザを
LDを用いて励起したときの2波長レーザ出力と吸収L
Dパワーの関係を示す図である。
FIG. 8 shows a two-wavelength laser output and absorption L when the multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber type laser of the present invention is pumped using an LD.
It is a figure showing the relation of D power.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜4 エネルギー準位 5、6 LD光による励起 7 無放射緩和遷移 8 第1レーザ遷移 9 第2レーザ遷移 12 レーザ遷移 13〜18 レーザイオンのエネルギー準位 19 副添加イオン11のエネルギー準位 20 LD光による励起 21 励起準位吸収 23、24、25、26 無放射緩和遷移 27 エネルギー移乗 28 LD光 29 第1レーザ光 30 第2レーザ光 31 レーザイオン添加単一クラッドファイバ 32 コア 33 クラッド 34 第1レーザおよび第2レーザの高反射ミラー 35 第1レーザおよび第2レーザの出力取り出しミラ
ー 36 Qスイッチ素子 37 誘電体多層コート 38 誘電体多層コート 39 屈折率分布ファイバグレーティング 40 屈折率分布ファイバグレーティング 41 レーザイオン添加二重クラッドファイバ 42 第1クラッド 43 第2クラッド
1-4 Energy level 5, 6 Excitation by LD light 7 Non-radiative relaxation transition 8 First laser transition 9 Second laser transition 12 Laser transition 13-18 Energy level of laser ion 19 Energy level of sub-addition ion 11 20 Excitation by LD light 21 Excitation level absorption 23, 24, 25, 26 Non-radiative relaxation transition 27 Energy transfer 28 LD light 29 First laser light 30 Second laser light 31 Laser ion-doped single clad fiber 32 Core 33 Clad 34 No. High-reflection mirror of first laser and second laser 35 Output mirror of first laser and second laser 36 Q-switch element 37 Dielectric multilayer coat 38 Dielectric multilayer coat 39 Refractive index distributed fiber grating 40 Refractive index distributed fiber grating 41 Laser Ion-doped double clad phi 42 first cladding 43 second cladding

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ガラス材料にレーザイオンを添加した光
ファイバを用いて、第1のレーザ遷移の下準位からさら
に下方のエネルギー準位へ第2のレーザ遷移を生じさせ
るように、第1および第2のレーザ遷移の波長に対して
共振条件を満足する少なくとも1対の共振器を構成し
て、2以上の波長をレーザ出力させる多波長同時発振光
ファイバ型レーザ。
An optical fiber in which laser ions are added to a glass material is used to generate a first laser transition from a lower level of the first laser transition to a lower energy level. A multi-wavelength simultaneous-oscillation optical fiber type laser that outputs at least two wavelengths by forming at least one pair of resonators satisfying a resonance condition with respect to the wavelength of the second laser transition.
【請求項2】 前記第1のレーザ遷移は、下準位の寿命
が上準位の寿命より長い自己終端型遷移である請求項1
記載の多波長同時発振光ファイバ型レーザ。
2. The first laser transition is a self-terminating transition in which the lifetime of a lower level is longer than the lifetime of an upper level.
The multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber type laser according to the above.
【請求項3】 前記第2レーザの下準位が基底準位であ
る請求項1記載の多波長同時発振光ファイバ型レーザ。
3. The multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber laser according to claim 1, wherein a lower level of the second laser is a ground level.
【請求項4】 前記光ファイバの両端に同時発振する2
以上のレーザ波長および励起波長に対して最適反射率を
有するミラーを設けて共振器を構成した請求項1〜3の
いずれかに記載の多波長同時発振光ファイバ型レーザ。
4. Simultaneously oscillating at both ends of the optical fiber
The multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber type laser according to any one of claims 1 to 3, wherein a resonator is provided by providing a mirror having an optimum reflectance for the laser wavelength and the excitation wavelength.
【請求項5】 前記光ファイバとミラーとの間にQスイ
ッチ素子をさらに有する請求項4記載の多波長同時発振
光ファイバ型レーザ。
5. The multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber type laser according to claim 4, further comprising a Q-switch element between said optical fiber and a mirror.
【請求項6】 光ファイバ両端に同時発振する2以上の
レーザ波長および励起波長に対して最適反射率を有する
誘電体多層コートを設けて共振器を構成した請求項1〜
3のいずれかに記載の多波長同時発振光ファイバ型レー
ザ。
6. The resonator according to claim 1, wherein a dielectric multilayer coat having optimum reflectance for two or more laser wavelengths and excitation wavelengths simultaneously oscillated at both ends of the optical fiber is provided to form the resonator.
4. The multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber laser according to any one of 3.
【請求項7】 光ファイバ内に同時発振する2以上のレ
ーザ波長および励起波長に対して最適反射率を有する周
期的屈折率分布ファイバグレーティングを形成して共振
器を構成した請求項1〜3のいずれかに記載の多波長同
時発振光ファイバ型レーザ。
7. A resonator according to claim 1, wherein a periodic refractive index distribution fiber grating having an optimum reflectivity for two or more laser wavelengths and pump wavelengths oscillating simultaneously in the optical fiber is formed. The multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber type laser according to any one of the above.
【請求項8】 前記光ファイバは、レーザイオンをコア
に添加した単一クラッド型ファイバである請求項4〜7
のいずれかに記載の多波長同時発振光ファイバ型レー
ザ。
8. The optical fiber according to claim 4, wherein the optical fiber is a single clad type fiber having a core doped with laser ions.
The multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber type laser according to any one of the above.
【請求項9】 前記光ファイバは、レーザイオンをコア
に添加した2重クラッド光ファイバである請求項4〜7
のいずれかに記載の多波長同時発振光ファイバ型レー
ザ。
9. The optical fiber according to claim 4, wherein said optical fiber is a double clad optical fiber having a core doped with laser ions.
The multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber type laser according to any one of the above.
【請求項10】 前記レーザイオンがホルミウムイオン
であり、励起波長890nm帯または1.1μm帯の光
によって励起し、波長3μm帯と2μm帯の2波長でレ
ーザ発振する請求項1〜9のいずれかに記載の多波長同
時発振光ファイバ型レーザ。
10. The laser according to claim 1, wherein the laser ions are holmium ions, are excited by light having an excitation wavelength of 890 nm or 1.1 μm, and oscillate at two wavelengths of 3 μm and 2 μm. 2. A multi-wavelength simultaneous oscillation optical fiber type laser according to item 1.
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