JP2005277018A - Fiber laser device and blue laser device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber laser device and a blue laser device suitable for generating light with a shorter wavelength of 450-470 nm as a blue wavelength. <P>SOLUTION: A first optical resonator having an optical fiber with neodymium ions (Nd<SP>3+</SP>) added and a second optical resonator having a second optical fiber with praseodymium ions (Pr<SP>3+</SP>) and ytterbium ions (Yb<SP>3+</SP>) codoped are coupled in series. Excitation light with a wavelength in the vicinity of 830-860 nm is used as excitation light of the first resonator. Laser light with a wavelength of 635 nm or 695 nm and laser light with a wavelength of 1,060-1,100 nm are simultaneously output from the second optical resonator. A third optical resonator is excited by the light with the two wavelengths, thereby generating blue light of 450-470 nm. Thus, light is obtained with a short wavelength of 450-470 nm required as a blue wavelength for use of a display. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ディスプレイ装置や記録装置などの光源として利用可能なファイバレーザ装置に関し、特に青色レーザ装置に関するものである。   The present invention relates to a fiber laser device that can be used as a light source for a display device or a recording device, and more particularly to a blue laser device.

従来、光ファイバのコア部に希土類イオンを添加し、この光ファイバを励起光で励起して所定波長のレーザ光を得る装置が提案されている。例えば特許文献１には、一つの励起光源（λ1：８００ｎｍ帯）によりＮｄイオン添加ファイバを励起して、λ2：1100ｎｍ帯を発生させ、未吸収のλ1と、発生したλ2の2波長を用いてＴｍイオン添加ファイバに入射し、光共振器により480ｎｍの青色レーザ光を発生させる光源装置が記載されている。又、非特許文献１には、1064ｎｍと、645ｎｍの2波長をＴｍイオン添加ファイバに入射することにより、青色光４５５ｎｍのレーザ光を発生させる例が記載されている。
特開平７−１４２８０６号公報（第４頁、右１５行目〜第５頁左３２行目 図1、2） OPTICS LETTERS／Vol.19,No.23／December1,1994 Conventionally, an apparatus has been proposed in which rare earth ions are added to the core of an optical fiber, and this optical fiber is excited with excitation light to obtain laser light having a predetermined wavelength. For example, in Patent Document 1, an Nd ion-doped fiber is excited by one pumping light source (λ1: 800 nm band) to generate a λ2: 1100 nm band, and two wavelengths of unabsorbed λ1 and generated λ2 are used. A light source device is described that is incident on a Tm ion-doped fiber and generates blue laser light of 480 nm by an optical resonator. Non-Patent Document 1 describes an example in which laser light of 455 nm of blue light is generated by making two wavelengths of 1064 nm and 645 nm incident on a Tm ion-doped fiber.
JP-A-7-142806 (page 4, right line 15 to page 5, left line 32, FIGS. 1 and 2) OPTICS LETTERS / Vol.19, No.23 / December1,1994

従来の特許文献１のファイバレーザ装置では、一つの励起光（800ｎｍ）からNd添加ファイバを用いて長波長（1100ｎｍ）を発生し、吸収されなかった波長800ｎｍと、発生した波長1100ｎｍの２波長を用いて短波長480ｎｍの青色レーザ光を発生させている。しかしながら、ディスプレイなどに用いる青色波長としては、より短波長の450ｎｍ〜470ｎｍの光が必要になる。   In the conventional fiber laser device of Patent Document 1, a long wavelength (1100 nm) is generated from a single pumping light (800 nm) using an Nd-doped fiber, and the two wavelengths of the absorbed wavelength of 800 nm and the generated wavelength of 1100 nm are generated. It is used to generate blue laser light with a short wavelength of 480 nm. However, a shorter wavelength of 450 nm to 470 nm is required for the blue wavelength used in displays and the like.

このため、非特許文献１では、1060ｎｍ付近のレーザ光と、可視領域の645ｎｍを用いて455ｎｍのレーザ光を発生させているが、一つの励起光源から効率よく近赤外と可視領域の２波長を同時に発生できる励起光源はなく、また、提案もなされていない。さらには、Ｎｄ添加ファイバを用いた場合、波長800〜810ｎｍ付近で最大の吸収ピークがあり、励起波長をこの付近にしてしまうと出力される残光がほとんどなくなってしまうという不具合がある。   For this reason, in Non-Patent Document 1, 455 nm laser light is generated using laser light in the vicinity of 1060 nm and 645 nm in the visible region, but two wavelengths in the near infrared and visible region are efficiently generated from one excitation light source. There is no excitation light source that can simultaneously generate and no proposal has been made. Furthermore, when an Nd-doped fiber is used, there is a maximum absorption peak in the vicinity of a wavelength of 800 to 810 nm, and there is a problem that the output afterglow is almost eliminated if the excitation wavelength is set in this vicinity.

本発明は、青色波長として、より短波長の450ｎｍ〜470ｎｍの光を発生するに適したファイバレーザ装置及び青色レーザ装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fiber laser device and a blue laser device suitable for generating light having a shorter wavelength of 450 nm to 470 nm as a blue wavelength.

本発明は、レーザ媒質としてネオジムイオン（Nd3+）が添加された光ファイバと、前記光ファイバの端面に配置したミラーを有する第１の光共振器と；前記第１の光共振器を励起する励起光源とを備え；前記励起光源から、前記レーザ媒質の最適吸収波長からずれた830ｎｍ〜860ｎｍ付近の波長の励起光を出射して前記第１の光共振器を励起し、前記第１の光共振器から1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の波長のレーザ光を出力することを特徴とするファイバレーザ装置である。   The present invention includes an optical fiber to which neodymium ions (Nd3 +) are added as a laser medium, a first optical resonator having a mirror disposed on an end face of the optical fiber; and excitation for exciting the first optical resonator. A pumping light having a wavelength in the vicinity of 830 nm to 860 nm that deviates from the optimum absorption wavelength of the laser medium to pump the first optical resonator, and the first optical resonance. This is a fiber laser device that outputs laser light having a wavelength in the vicinity of 1060 nm to 1100 nm.

又、本発明は、レーザ媒質としてネオジムイオン（Nd3+）が添加された第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバの端面に配置したミラーとを有し、励起光源によって励起される第１の光共振器と；プラセオジウムイオン（Pr3+）とイッテルビウムイオン（Yb3+）が共添加された第２の光ファイバと、前記第２光ファイバの端面に配置したミラーとを有
し、前記第１の光共振器の出力側に直列に配置した第２の光共振器とを備え；前記第１の光共振器により発生した第１の波長のレーザ光と、前記第２の光共振器により発生した第２の波長のレーザ光を、前記第２の光共振器より同時に出力するようにしたことを特徴とするファイバレーザ装置である。 The present invention also includes a first optical fiber doped with neodymium ions (Nd3 +) as a laser medium, and a mirror disposed on the end face of the first optical fiber, and is excited by a pumping light source. A second optical fiber co-doped with praseodymium ions (Pr3 +) and ytterbium ions (Yb3 +), and a mirror disposed on an end face of the second optical fiber, the first light A second optical resonator arranged in series on the output side of the resonator; a first wavelength laser beam generated by the first optical resonator, and a second optical resonator generated by the second optical resonator. The fiber laser device is characterized in that laser light having a wavelength of 2 is simultaneously output from the second optical resonator.

さらに本発明は、レーザ媒質としてネオジムイオン（Nd3+）が添加された第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバの端面に配置したミラーとを有し、励起光源によって励起される第１の光共振器と；プラセオジウムイオン（Pr3+）とイッテルビウムイオン（Yb3+）が共添加された第２の光ファイバと、前記第２光ファイバの端面に配置したミラーとを有し、前記第１の光共振器の出力側に直列に結合し、前記第１の波長のレーザ光と、第２の波長のレーザ光を同時に出力する第２の光共振器と；レーザ媒質が添加された第３の光ファイバと、前記第３の光ファイバの端面に配置したミラーとを有し、前記第２の光共振器より出力された第１の波長と第２の波長のレーザ光が入射され、青色光を出力する第３の光共振器と；を具備したことを特徴とする青色レーザ装置である。   The present invention further includes a first optical fiber doped with neodymium ions (Nd3 +) as a laser medium, and a mirror disposed on an end face of the first optical fiber, and is excited by a pumping light source. An optical resonator; a second optical fiber co-doped with praseodymium ions (Pr3 +) and ytterbium ions (Yb3 +); and a mirror disposed on an end face of the second optical fiber, the first optical resonance A second optical resonator coupled in series to the output side of the laser and outputting the laser light of the first wavelength and the laser light of the second wavelength simultaneously; a third optical fiber to which a laser medium is added And a mirror disposed on the end face of the third optical fiber, the first and second laser beams output from the second optical resonator are incident, and blue light is output. And a third optical resonator. A blue laser apparatus according to.

本発明によれば、第１の光共振器及び第２の光共振器を用いることにより、近赤外と可視領域のレーザ光を発生することができ、これらの波長光をもとにティスプレイ用に適した青色波長の光を出力することができる。   According to the present invention, by using the first optical resonator and the second optical resonator, laser light in the near infrared and visible regions can be generated, and the display is based on these wavelength lights. It is possible to output light having a blue wavelength suitable for use.

以下、図面を参照しながら本発明に係るファイバレーザ装置及び青色レーザ装置について詳細に説明する。   Hereinafter, a fiber laser device and a blue laser device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明のファイバレーザ装置の第一の実施形態について説明するもので、基本構成を示す構成図である。なお以下全ての図面において、同一の構成要素は同一の符号を付す。   FIG. 1 explains the first embodiment of the fiber laser device of the present invention and is a configuration diagram showing a basic configuration. In the following drawings, the same components are denoted by the same reference numerals.

図１において、１０はファイバレーザ装置を示し、例えば、半導体レーザなどの励起光源１１を有し、この励起光源１１から励起光１００を出力するようにしている。励起光１００は、入射光学系１２ａ、１２ｂ（例えばレンズ）により、Nd3+（ネオジウムイオン）が添加された光ファイバ１３に入射される。光ファイバ１３は、例えばフォノンエネルギーの小さなフッ化物ファイバから成り、Nd3+がコア部に添加されている。Nd3+の添加濃度は1000〜15000ppm であり、光ファイバの形状はダブルクラッド構造、例えばコア径：５μm、第一クラッド径：４０μmである。この構造はシングルコアの形状でも良く、この場合、ファイバ長を短く出来ることにより光ファイバの伝送損失の影響を少なくすることができる。又、光ファイバ１３の入射側端面と出射側端面には共振器用ミラー１４ａ，１４ｂが配置されている。   In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a fiber laser device, which has an excitation light source 11 such as a semiconductor laser, for example, and outputs the excitation light 100 from the excitation light source 11. The excitation light 100 is incident on the optical fiber 13 to which Nd3 + (neodymium ion) is added by the incident optical systems 12a and 12b (for example, lenses). The optical fiber 13 is made of a fluoride fiber having a small phonon energy, for example, and Nd3 + is added to the core portion. The addition concentration of Nd3 + is 1000 to 15000 ppm, and the shape of the optical fiber is a double clad structure, for example, a core diameter: 5 μm and a first clad diameter: 40 μm. This structure may be in the form of a single core. In this case, the influence of the transmission loss of the optical fiber can be reduced by shortening the fiber length. Resonator mirrors 14 a and 14 b are disposed on the incident side end face and the emission side end face of the optical fiber 13.

光ファイバ１３に入射された励起光１００は、Nd3+に一部が吸収され、第１の波長の光を放出する。その際、光共振器用ミラー１４ａと１４ｂにより第１の波長は共振され、レーザ光として共振用ミラー１４ｂ側から第１の波長のレーザ光１０１として出力される。この際、吸収されなかった励起光１００も同時に出力される。   A part of the excitation light 100 incident on the optical fiber 13 is absorbed by Nd3 + and emits light of the first wavelength. At this time, the first wavelength is resonated by the optical resonator mirrors 14a and 14b, and laser light 101 is output as laser light 101 having the first wavelength from the resonance mirror 14b side. At this time, the excitation light 100 that has not been absorbed is also output.

励起光１００と、第１の波長のレーザ光１０１は光学系１５ａ、１５ｂにより、Pr3+（プラセオジウムイオン）とYb3+（イッテルビウムイオン）が共添加された光ファイバ１６に入射される。光ファイバ１６は、例えばフォノンエネルギーの小さなフッ化物ファイバからなり、Pr3+／Yb3+がコア部に共添加され、添加濃度は3000／20000ppm by w.tからなる。又、光ファイバ１６の入射側端面と出射側端面には共振器用ミラー１７ａ，１７ｂが
配置されている。 The excitation light 100 and the laser light 101 having the first wavelength are incident on the optical fiber 16 to which Pr3 + (praseodymium ion) and Yb3 + (ytterbium ion) are co-doped by the optical systems 15a and 15b. The optical fiber 16 is made of, for example, a fluoride fiber having a small phonon energy, Pr3 + / Yb3 + is co-added to the core portion, and the addition concentration is 3000/20000 ppm by wt. Resonator mirrors 17 a and 17 b are disposed on the incident side end face and the emission side end face of the optical fiber 16.

光ファイバ１６に入射された励起光１００は、Pr3+／Yb3+に吸収され、第２の波長を放出する。その際、光共振器用ミラー１７ａと１７ｂにより第２の波長は共振され、共振用ミラー１７ｂ側から第２の波長のレーザ光１０２として出力される。この際、第１の波長のレーザ光１０１は吸収されずに透過する。これにより、第１の波長のレーザ光１０１と第２の波長のレーザ光１０２が、共振用ミラー１７ｂ側から光学系１８を介して同時に出力される。   The excitation light 100 incident on the optical fiber 16 is absorbed by Pr3 + / Yb3 + and emits the second wavelength. At this time, the second wavelength is resonated by the optical resonator mirrors 17a and 17b, and the laser beam 102 having the second wavelength is output from the resonance mirror 17b side. At this time, the laser light 101 having the first wavelength is transmitted without being absorbed. As a result, the laser light 101 having the first wavelength and the laser light 102 having the second wavelength are simultaneously output from the resonance mirror 17 b side via the optical system 18.

次に、図１のファイバレーザ装置の動作を説明する。図２はNd3+の入射波長による吸収強度、図３は、Nd3+のエネルギー準位図、図４、図５は共振器用ミラー１４ａ、１４ｂの透過特性の例であり、横軸を波長、縦軸を透過率としている。   Next, the operation of the fiber laser device of FIG. 1 will be described. 2 is an absorption intensity of Nd3 + incident wavelength, FIG. 3 is an energy level diagram of Nd3 +, and FIGS. 4 and 5 are examples of transmission characteristics of the resonator mirrors 14a and 14b. Transmittance.

Nd3+は、図２に示すように、波長800〜810ｎｍに強い吸収ピークを有している、したがって、励起光１００にこの波長域を用いると、吸収が強すぎて励起光１００がほとんど残らないため、次段のPr3+／Yb3+添加ファイバ１６を励起するための励起光がなくなってしまう。そこで、吸収強度は落ちるが830〜860ｎｍの波長域の励起光１００を励起光源１１から出力するようにしている。図３に示すようにNd3+は、この領域の波長でも十分に、830〜860ｎｍの光を1060〜1100ｎｍの光へと波長変換を行なってくれる。また、この励起光830〜860ｎｍの波長域はPr3+／Yb3+にとっても最適な波長域であることが知られている。   As shown in FIG. 2, Nd3 + has a strong absorption peak at a wavelength of 800 to 810 nm. Therefore, when this wavelength region is used for the excitation light 100, the absorption is too strong and the excitation light 100 hardly remains. The pumping light for pumping the next stage Pr3 + / Yb3 + doped fiber 16 is lost. Therefore, the excitation light 100 in the wavelength region of 830 to 860 nm is output from the excitation light source 11 although the absorption intensity is reduced. As shown in FIG. 3, Nd3 + performs wavelength conversion from light of 830 to 860 nm to light of 1060 to 1100 nm, even at wavelengths in this region. Further, it is known that the wavelength range of the excitation light 830 to 860 nm is an optimum wavelength range for Pr3 + / Yb3 +.

この励起光の波長選択により、励起光１００を次段のPr3+／Yb3+共添加ファイバ１６を励起するために残す事ができる。Nd3+添加ファイバ１３内で変換された波長1060〜1100ｎｍの光は、光共振器用ミラー１４ａと１４ｂにより共振され、第１の波長のレーザ光１０１として取り出される。この際、共振器用ミラー１４ａと１４ｂは、ガラス基板に誘電体ミラーが蒸着されたものを配置しても、直接光ファイバの端面に蒸着したものでも良い。   By selecting the wavelength of the pumping light, the pumping light 100 can be left to pump the Pr3 + / Yb3 + co-doped fiber 16 in the next stage. The light having a wavelength of 1060 to 1100 nm converted in the Nd3 + doped fiber 13 is resonated by the optical resonator mirrors 14a and 14b, and is extracted as the laser light 101 having the first wavelength. At this time, the resonator mirrors 14a and 14b may be arranged such that a glass substrate having a dielectric mirror deposited thereon is disposed or directly deposited on an end face of an optical fiber.

図４に共振器用ミラー１４ａの透過特性を示し、図５に共振器用ミラー１４ｂの透過特性を示す。入射側のミラー１４ａは、830ｎｍ〜860ｎｍの波長領域は低反射にし、1060〜1100ｎｍの波長領域は高反射にしている。出射側のミラー１４ｂは、830ｎｍ〜860ｎｍの波長領域は低反射にし、1060〜1100ｎｍの波長領域は部分反射にしている。ここで、Nd3+は変換効率が良いため、出射側ミラーは必ずしも配置しなくても良い。すなわちガラスのフレネル反射で十分共振してくれる。これにより、励起光１００を充分に残した上、第１の波長のレーザ光１０１を取り出せる。   FIG. 4 shows the transmission characteristics of the resonator mirror 14a, and FIG. 5 shows the transmission characteristics of the resonator mirror 14b. The incident-side mirror 14a has low reflection in the wavelength region of 830 nm to 860 nm and high reflection in the wavelength region of 1060 to 1100 nm. The output-side mirror 14b has a low reflection in the wavelength region of 830 nm to 860 nm and a partial reflection in the wavelength region of 1060 to 1100 nm. Here, since Nd3 + has high conversion efficiency, the output side mirror is not necessarily arranged. In other words, the glass resonates sufficiently due to Fresnel reflection. Accordingly, the laser light 101 having the first wavelength can be extracted while leaving the excitation light 100 sufficiently.

図６は、Pr3+／Yb3+のエネルギー準位図、図７はPr3+、Yb3+の夫々の入射波長に対する吸収強度を示している。光ファイバ１３から出力された励起光１００と、第１の波長のレーザ光１０１が入射光学系１５ａ、１５ｂにて次段のPr3+／Yb3+が共添加された光ファイバ１６に入射される。図６に示すように、光ファイバ１６に入射した830〜860ｎｍの励起光１００は、光ファイバ１６に添加されたYb3+により吸収され、その後、Pr3+にエネルギー伝達され、励起されたPr3+から発生した635ｎｍあるいは、695ｎｍの光を共振器ミラー１５ａ、１５ｂでくり返し反射増幅することにより、635ｎｍあるいは695ｎｍの第２の波長のレーザ光１０２を得ることができる。   6 shows the energy level diagram of Pr3 + / Yb3 +, and FIG. 7 shows the absorption intensities of Pr3 + and Yb3 + with respect to the incident wavelengths. The pumping light 100 output from the optical fiber 13 and the laser light 101 having the first wavelength are incident on the optical fiber 16 to which the next stage Pr3 + / Yb3 + is co-doped by the incident optical systems 15a and 15b. As shown in FIG. 6, the 830 to 860 nm excitation light 100 incident on the optical fiber 16 is absorbed by Yb3 + added to the optical fiber 16, and then transferred to Pr3 + to generate 635nm generated from the excited Pr3 +. Alternatively, the laser light 102 having the second wavelength of 635 nm or 695 nm can be obtained by repeatedly reflecting and amplifying the light of 695 nm by the resonator mirrors 15a and 15b.

また、Pr3+／Yb3+共添加では、上述した波長の他に490ｎｍ付近、520ｎｍ付近、605ｎｍ付近、715ｎｍ付近なども発振させることもできる。この際、共振器用ミラー１７ａ、１７ｂは、ガラス基板に誘電体ミラーが蒸着されたものを配置しても、直接光ファイバの端面に蒸着したものでも良い。入射側のミラー１７ａは、830ｎｍ〜860ｎｍの波長領域は低反射、1060〜1100ｎｍの波長領域は低反射、635ｎｍあるいは695ｎｍの波長領域は高反射にしている。又、出射側のミラー１７ｂは、830ｎｍ〜860ｎｍの波長領域は高反射にし
、1060〜1100ｎｍの波長領域は低反射、635ｎｍあるいは695ｎｍの波長領域は部分反射にしている。 In addition, in the case of Pr3 + / Yb3 + co-addition, it is possible to oscillate near 490 nm, 520 nm, 605 nm, 715 nm, etc. in addition to the above-mentioned wavelengths. At this time, the resonator mirrors 17a and 17b may be arranged such that a dielectric mirror is deposited on a glass substrate or deposited directly on the end face of the optical fiber. The incident side mirror 17a has low reflection in the wavelength region of 830 nm to 860 nm, low reflection in the wavelength region of 1060 to 1100 nm, and high reflection in the wavelength region of 635 nm or 695 nm. Further, the output-side mirror 17b is highly reflective in the wavelength region of 830 nm to 860 nm, is low in the wavelength region of 1060 to 1100 nm, and is partially reflective in the wavelength region of 635 nm or 695 nm.

また、図７に示すように1060〜1100ｎｍの波長域は、Pr3+、Yb3+共に吸収がほとんどなく、光ファイバ１でほとんど吸収される事無く透過する。これにより、第１の波長のレーザ光１０１と、第２の波長のレーザ光１０２が共振用ミラー１７ｂ側から光学系１８を介して同時に出力される。また、上述したように光ファイバ１３から、励起光１００と第１の波長の光１０１を光ファイバ１６に入射させる際に、光学系１５ａ、１５ｂにて入射させているが、例えば、共振用ミラーを光ファイバ端面に蒸着させた場合などは、光ファイバ１３と光ファイバ１６を直接接続させることができる。   Further, as shown in FIG. 7, the wavelength range of 1060 to 1100 nm has little absorption in both Pr 3+ and Yb 3+, and passes through the optical fiber 1 with almost no absorption. As a result, the laser light 101 having the first wavelength and the laser light 102 having the second wavelength are simultaneously output from the resonance mirror 17 b side via the optical system 18. Further, as described above, when the excitation light 100 and the first wavelength light 101 are incident on the optical fiber 16 from the optical fiber 13, they are incident on the optical systems 15a and 15b. Is deposited on the end face of the optical fiber, the optical fiber 13 and the optical fiber 16 can be directly connected.

こうして、本発明のファイバレーザ装置によれば、第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光を同時に出力することができる。   Thus, according to the fiber laser device of the present invention, the laser light of the first wavelength and the laser light of the second wavelength can be output simultaneously.

図８は、本発明の第２の実施例を示すもので、図１のファイバレーザ装置を利用した青色レーザ装置を示す構成図である。   FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention and is a block diagram showing a blue laser device using the fiber laser device of FIG.

図８に示すように、ファイバレーザ装置１０は図１で示すものと同じ構成であり、第１の波長のレーザ光１０１と、第２の波長のレーザ光１０２を出力するものである。レーザ光１０１と１０２は、光学系２１を介して希土類が添加された光ファイバ２２に入射される。希土類としては、例えばTm3+（ツリウムイオン）、Er3+（エルビウムイオン）などが用いられる。もちろん他の希土類でも良い。   As shown in FIG. 8, the fiber laser device 10 has the same configuration as that shown in FIG. 1, and outputs a laser beam 101 having a first wavelength and a laser beam 102 having a second wavelength. Laser beams 101 and 102 are incident on an optical fiber 22 to which rare earth is added via an optical system 21. As the rare earth, for example, Tm3 + (thulium ion), Er3 + (erbium ion) or the like is used. Of course, other rare earths may be used.

光ファイバ２２には、入射側端面と出射側端面に共振器用ミラー２３ａ，２３ｂが配置されており、光共振器構造になっている。この際、共振器用ミラーは、ガラス基板に誘電体ミラーが蒸着されたものを配置しても、直接光ファイバの端面に蒸着したものでも良い。光ファイバ２２に入射された第１の波長のレーザ光１０１と第２の波長のレーザ光１０２は、光ファイバ２２に添加された希土類により吸収され第３の波長を放出し、光共振器により第３の波長のレーザ光１０４を共振用ミラー２３ｂ側から出力する。また、共振用ミラーを光ファイバ端面に蒸着させた場合などは、光ファイバ１６と光ファイバ２２を直接接続させることができる。   The optical fiber 22 is provided with resonator mirrors 23a and 23b on the incident side end face and the emission side end face, and has an optical resonator structure. At this time, the resonator mirror may be a glass substrate on which a dielectric mirror is deposited, or may be deposited directly on the end face of the optical fiber. The laser light 101 having the first wavelength and the laser light 102 having the second wavelength incident on the optical fiber 22 are absorbed by the rare earth added to the optical fiber 22 and emit a third wavelength. A laser beam 104 having a wavelength of 3 is output from the resonance mirror 23b side. Further, when the resonance mirror is deposited on the end face of the optical fiber, the optical fiber 16 and the optical fiber 22 can be directly connected.

次に、光ファイバ２２に添加する希土類にTm3+を用いて青色光を取り出す場合について説明する。   Next, a case where blue light is extracted using Tm3 + as the rare earth added to the optical fiber 22 will be described.

図９は、Tm3+のエネルギー準位図である。第１の波長のレーザ光１０１を1060〜1100ｎｍ、第２の波長のレーザ光１０２を635ｎｍにした場合について説明する。Tm3+の基底状態3H6にある電子は、635ｎｍの波長を吸収し、3F2へと励起される。この準位に励起された電子は、非発光遷移により3H4の準位に遷移する。その後、再び635ｎｍを吸収し、3H4の準位から1D2の準位に励起される。ここから、3F4へ遷移する際、455ｎｍの青色光が発生する。しかしながら、3F4の滞在寿命が長いため効率が悪く455ｎｍの発光効率が悪い。そこで、第１の波長のレーザ光である1060〜1100ｎｍを同時に入射する。これにより、基底状態3H6にある電子を励起すると共に、3F4にたまっている電子を3F2に励起する。その後、非発光遷移により3F2から3H4へと遷移する。3H4に遷移した電子は、再び635ｎｍを吸収し、1D2へと励起され、青色光455ｎｍの発生に寄与する。つまり、1060〜1100ｎｍの光を同時に入射することにより、寿命の長い3F4の電子を減らせ、1D2と3F4の間に反転分布を生じさせ、455ｎｍの青色光レーザ発振を可能にすることができる。   FIG. 9 is an energy level diagram of Tm3 +. A case where the first wavelength laser beam 101 is 1060 to 1100 nm and the second wavelength laser beam 102 is 635 nm will be described. Electrons in the ground state 3H6 of Tm3 + absorb a wavelength of 635 nm and are excited to 3F2. The electrons excited to this level make a transition to the 3H4 level due to non-emitting transition. After that, 635 nm is again absorbed and excited from the 3H4 level to the 1D2 level. From here, when transitioning to 3F4, blue light of 455 nm is generated. However, since the staying life of 3F4 is long, the efficiency is poor and the luminous efficiency at 455 nm is bad. Therefore, 1060 to 1100 nm, which is a laser beam having the first wavelength, is simultaneously incident. This excites electrons in the ground state 3H6 and excites electrons accumulated in 3F4 to 3F2. After that, the transition from 3F2 to 3H4 occurs due to non-luminous transition. The electrons that have transitioned to 3H4 again absorb 635 nm and are excited to 1D2, contributing to the generation of blue light 455 nm. That is, by simultaneously entering light of 1060 to 1100 nm, 3F4 electrons having a long lifetime can be reduced, an inversion distribution is generated between 1D2 and 3F4, and 455 nm blue light laser oscillation can be realized.

次に、光ファイバ２２に添加する希土類にEr3+を用いて青色光を取り出す場合について
説明する。 Next, a case where blue light is extracted using Er3 + as the rare earth added to the optical fiber 22 will be described.

図10は、Er3+のエネルギー準位図である。第１の波長のレーザ光１０１を1060〜1100ｎｍ、第２の波長のレーザ光１０２を635ｎｍにした場合について説明する。Er3+の基底状態4I15/2にある電子は、635ｎｍを吸収し、4F9/2へと励起される。この準位に励起された電子は、非発光遷移により4I13/2の準位に遷移する。その後、再び635ｎｍを吸収し、4I13/2の準位から4F5/2の準位に励起される。この準位に励起された電子は、非発光遷移により4S3/2の準位に遷移する。さらに、635ｎｍを吸収し、4S3/2の準位から4G7/2の準位に励起される。この準位に励起された電子は、非発光遷移により2P3/2の準位に遷移する。ここから、4I11/2へ遷移する際、470ｎｍの青色光が発生する。   FIG. 10 is an energy level diagram of Er3 +. The case where the laser beam 101 of the first wavelength is 1060 to 1100 nm and the laser beam 102 of the second wavelength is 635 nm will be described. Electrons in the ground state 4I15 / 2 of Er3 + absorb 635 nm and are excited to 4F9 / 2. The electrons excited to this level make a transition to the 4I13 / 2 level due to non-emissive transitions. Thereafter, 635 nm is again absorbed and excited from the 4I13 / 2 level to the 4F5 / 2 level. The electrons excited to this level make a transition to the 4S3 / 2 level due to non-emitting transition. Furthermore, it absorbs 635 nm and is excited from the 4S3 / 2 level to the 4G7 / 2 level. The electrons excited to this level make a transition to the 2P3 / 2 level due to non-emitting transition. From here, when transitioning to 4I11 / 2, blue light of 470 nm is generated.

しかしながら、4I11/2の滞在寿命が長いため効率が悪く470ｎｍの発光効率が悪い。そこで、第１の波長のレーザ光である1060〜1100ｎｍを同時に入射する。これにより、4I11/2にたまっている電子を誘導放出させ電子の滞在寿命を減らす。つまり、1060〜1100ｎｍの光を同時に入射することにより、寿命の長い4I11/2の電子を減らし、2P3/2と4I11/2の間に反転分布を生じさせ、470ｎｍの青色光レーザ発振を可能にすることができる。   However, since the staying life of 4I11 / 2 is long, the efficiency is poor and the light emission efficiency at 470 nm is poor. Therefore, 1060 to 1100 nm, which is laser light having the first wavelength, is incident simultaneously. As a result, the electrons accumulated in 4I11 / 2 are stimulated to be emitted, and the staying life of the electrons is reduced. In other words, simultaneous incidence of light from 1060 to 1100 nm reduces the long-lived 4I11 / 2 electrons and creates an inversion distribution between 2P3 / 2 and 4I11 / 2, enabling 470 nm blue light laser oscillation can do.

図１１は、本発明の第３の実施例を示すもので、青色レーザ装置の他の実施例の構成図を示す。図１１に示すように、ファイバレーザ装置１０からは、第１の波長のレーザ光１０１と、第２の波長のレーザ光１０２を出力する。このレーザ光１０２は、光学系２１により希土類が添加された光ファイバ２２の片側から入射される。一方、別のファイバレーザ装置２０から、第１の波長のレーザ光１０１と第２の波長１０３が、反射ミラー２４と光学系２５を介して、希土類が添加された光ファイバ２２のもう一方の側から入射される。希土類には、例えばTm3+、Er3+などが用いられる。もちろん他の希土類でも良い。   FIG. 11 shows a third embodiment of the present invention, and shows a configuration diagram of another embodiment of the blue laser device. As shown in FIG. 11, the fiber laser device 10 outputs a laser beam 101 having a first wavelength and a laser beam 102 having a second wavelength. The laser beam 102 is incident from one side of the optical fiber 22 to which rare earth is added by the optical system 21. On the other hand, a laser beam 101 having a first wavelength and a second wavelength 103 are transmitted from another fiber laser device 20 through the reflection mirror 24 and the optical system 25 to the other side of the optical fiber 22 to which rare earth is added. Incident from. For the rare earth, for example, Tm3 +, Er3 +, or the like is used. Of course, other rare earths may be used.

光ファイバ２２は共振器用ミラー２３ａ、２３ｂにより光共振器構造になっている。この際、共振器用ミラーは、ガラス基板に誘電体ミラーが蒸着されたものを配置しても、直接光ファイバの端面に蒸着したものでも良い。光ファイバ２２に入射された第１の波長のレーザ光１０１と第２の波長のレーザ光１０２及び１０３は、光ファイバ２２に添加された希土類により、吸収され第３の波長を放出し、光共振器により第３の波長のレーザ光１０４として共振用ミラー２３ｂ側から出力され、反射ミラー２４を透過して出力される。この際、第２の波長のレーザ光１０２と１０３は同じ波長でも良いし、異なる波長でも良い。つまり、同じ波長の場合、励起光強度が増し、より強度の高い第３の波長のレーザ光を取り出せる。また、異なる場合は、多波長励起となり、添加する希土類によって波長を選択し、より効率の良い第３の波長のレーザ光を取り出すことができる。   The optical fiber 22 has an optical resonator structure by resonator mirrors 23a and 23b. At this time, the resonator mirror may be a glass substrate on which a dielectric mirror is deposited, or may be deposited directly on the end face of the optical fiber. The first wavelength laser beam 101 and the second wavelength laser beams 102 and 103 incident on the optical fiber 22 are absorbed by the rare earth added to the optical fiber 22 to emit a third wavelength, thereby causing optical resonance. Is output from the resonance mirror 23b side as laser light 104 of the third wavelength by the detector, and is transmitted through the reflection mirror 24 and output. At this time, the laser beams 102 and 103 having the second wavelength may have the same wavelength or different wavelengths. That is, in the case of the same wavelength, the intensity of the excitation light is increased, and the laser light having the higher third wavelength can be extracted. If they are different, multi-wavelength excitation is performed, and the wavelength can be selected according to the rare earth to be added, and laser light having the third wavelength can be extracted more efficiently.

次に、光ファイバ２２に添加する希土類にTm3+を用いて青色光を取り出す場合の動作を再度、図９を用いて説明する。第１の波長のレーザ光１０１を1060〜1100ｎｍ、第２の波長のレーザ光１０２を635ｎｍ、レーザ光１０３を695ｎｍにした場合について説明する。Tm3+の基底状態3H6にある電子は、635ｎｍを吸収し、3F2へと励起されるが、基底状態の電子を励起するには多少弱い。そこで、より基底状態の電子を励起するのに適した695ｎｍを用いる。695ｎｍを吸収した基底状態３H6にある電子は、3H4に効率良く励起する。この準位に励起された電子は、次に635ｎｍを吸収し、3H4の準位から1D2の準位に励起される。ここから、3F4へ遷移する際、455ｎｍの青色光が発生する。さらに、前述したように1060〜1100ｎｍの光を同時に入射することにより、寿命の長い3F4の電子を減らし、1D2と3F4の間に反転分布を生じさせ、455ｎｍの青色光レーザ発振を効率よく発生することができる。   Next, the operation in the case of extracting blue light using Tm3 + as the rare earth added to the optical fiber 22 will be described again with reference to FIG. The case where the laser beam 101 of the first wavelength is 1060 to 1100 nm, the laser beam 102 of the second wavelength is 635 nm, and the laser beam 103 is 695 nm will be described. The electrons in the ground state 3H6 of Tm3 + absorb 635 nm and are excited to 3F2, but are somewhat weak to excite the ground state electrons. Therefore, 695 nm suitable for exciting electrons in the ground state is used. Electrons in the ground state 3H6 that have absorbed 695 nm are efficiently excited to 3H4. The electrons excited to this level then absorb 635 nm and are excited from the 3H4 level to the 1D2 level. From here, when transitioning to 3F4, blue light of 455 nm is generated. Furthermore, as described above, 1060 to 1100 nm light is incident simultaneously, thereby reducing the long-lived 3F4 electrons, generating an inversion distribution between 1D2 and 3F4, and efficiently generating 455 nm blue light laser oscillation. be able to.

以上のように、本発明によれば効率良く青色光を出力することができる。   As described above, according to the present invention, blue light can be output efficiently.

この発明の第一の実施形態のファイバレーザ装置を示す構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The block diagram which shows the fiber laser apparatus of 1st embodiment of this invention. Nd3+の入射波長に対する吸収強度特性を示す特性図。The characteristic view which shows the absorption intensity characteristic with respect to the incident wavelength of Nd3 +. Nd3+のエネルギー遷移を説明するエネルギー準位図。Energy level diagram explaining energy transition of Nd3 +. この発明のファイバレーザ装置に用いる第１の光共振器用入力側ミラーの透過特性を示す特性図。The characteristic view which shows the transmission characteristic of the input side mirror for 1st optical resonators used for the fiber laser apparatus of this invention. この発明のファイバレーザ装置に用いる第１の光共振器用出力側ミラーの透過特性を示す特性図。The characteristic view which shows the transmission characteristic of the output side mirror for 1st optical resonators used for the fiber laser apparatus of this invention. Ｐｒ3+／Ｙｂ3+のエネルギー遷移を説明するエネルギー準位図。The energy level diagram explaining the energy transition of Pr3 + / Yb3 +. Ｐｒ3+、Ｙｂ3+の入射波長に対する吸収強度特性を示す特性図。The characteristic view which shows the absorption intensity characteristic with respect to the incident wavelength of Pr3 +, Yb3 +. この発明の第２の実施形態である青色レーザ装置を示す構成図。The block diagram which shows the blue laser apparatus which is 2nd Embodiment of this invention. Tm3+のエネルギー遷移を説明するエネルギー準位図。Energy level diagram explaining energy transition of Tm3 +. Ｅr3+のエネルギー遷移を説明するエネルギー準位図。The energy level diagram explaining the energy transition of Er3 +. この発明の第３の実施形態である青色レーザ装置を示す構成図。The block diagram which shows the blue laser apparatus which is 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ ファイバレーザ装置
１１ 励起光源
１２ａ，１２ｂ 光学系
１３ 第１の希土類添加光ファイバ
１４ａ，１４ｂ 第１の光共振器ミラー
１５ａ，１５ｂ 光学系
１６ 第２の希土類添加光ファイバ
１７ａ，１７ｂ 第２の光共振器ミラー
１８ 光学系
２０ ファイバレーザ装置
２１ 光学系
２２ 第３の希土類添加光ファイバ
２３ａ，２３ｂ 第３の光共振器ミラー
２４ 反射ミラー
２５ 光学系
１００ 励起光
１０１ 第１の波長のレーザ光
１０２，１０３ 第２の波長のレーザ光
１０４ 第３の波長のレーザ光

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fiber laser apparatus 11 Excitation light source 12a, 12b Optical system 13 1st rare earth addition optical fiber 14a, 14b 1st optical resonator mirror 15a, 15b Optical system 16 2nd rare earth addition optical fiber 17a, 17b 2nd light Resonator mirror 18 Optical system 20 Fiber laser device 21 Optical system 22 Third rare earth-doped optical fiber 23a, 23b Third optical resonator mirror 24 Reflection mirror 25 Optical system 100 Excitation light 101 Laser light 102 of the first wavelength 102, 103 Laser light of the second wavelength 104 Laser light of the third wavelength

Claims (10)

レーザ媒質としてネオジムイオン（Nd3+）が添加された光ファイバと、前記光ファイバの端面に配置したミラーとを有する第１の光共振器と、
前記第１の光共振器を励起する励起光源とを備え、
前記励起光源から、前記レーザ媒質の最適吸収波長からずれた830ｎｍ〜860ｎｍ付近の波長の励起光を出射して前記第１の光共振器を励起し、前記第１の光共振器から1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の波長のレーザ光を出力することを特徴とするファイバレーザ装置。 A first optical resonator having an optical fiber doped with neodymium ions (Nd3 +) as a laser medium, and a mirror disposed on an end face of the optical fiber;
An excitation light source for exciting the first optical resonator,
The pumping light source emits pumping light having a wavelength in the vicinity of 830 nm to 860 nm shifted from the optimum absorption wavelength of the laser medium to pump the first optical resonator, and from the first optical resonator, 1060 nm to 1100 nm. A fiber laser device that outputs laser light having a wavelength in the vicinity. 前記第１の光共振器において、前記光ファイバの入射側及び出射側にミラーを配置し、前記入射側ミラーは、830ｎｍ〜860ｎｍ付近の波長を全透過し、1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の波長を高反射とし、出力側ミラーは830ｎｍ〜860ｎｍ付近の波長を全透過し、1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の波長を部分反射することを特徴とする請求項１記載のファイバレーザ装置。 In the first optical resonator, mirrors are disposed on the incident side and the exit side of the optical fiber, and the incident side mirror totally transmits wavelengths in the vicinity of 830 nm to 860 nm and highly reflects wavelengths in the vicinity of 1060 nm to 1100 nm. 2. The fiber laser device according to claim 1, wherein the output side mirror totally transmits a wavelength in the vicinity of 830 nm to 860 nm and partially reflects a wavelength in the vicinity of 1060 nm to 1100 nm. レーザ媒質としてネオジムイオン（Nd3+）が添加された第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバの端面に配置したミラーとを有し、励起光源によって励起される第１の光共振器と、
プラセオジウムイオン（Pr3+）とイッテルビウムイオン（Yb3+）が共添加された第２の光ファイバと、前記第２光ファイバの端面に配置したミラーとを有し、前記第１の光共振器の出力側に直列に配置した第２の光共振器とを備え、
前記第１の光共振器により発生した第１の波長のレーザ光と、前記第２の光共振器により発生した第２の波長のレーザ光を、前記第２の光共振器より同時に出力するようにしたことを特徴とするファイバレーザ装置。 A first optical resonator having a first optical fiber doped with neodymium ions (Nd3 +) as a laser medium, a mirror disposed on an end face of the first optical fiber, and pumped by a pumping light source;
A second optical fiber co-doped with praseodymium ions (Pr3 +) and ytterbium ions (Yb3 +); and a mirror disposed on an end face of the second optical fiber, on the output side of the first optical resonator A second optical resonator arranged in series,
A laser beam having a first wavelength generated by the first optical resonator and a laser beam having a second wavelength generated by the second optical resonator are simultaneously output from the second optical resonator. A fiber laser device characterized by that. 前記励起光源から、830ｎｍ〜860ｎｍ付近の波長の励起光を出射して前記第１の光共振器を励起し、前記第１の光共振器から前記励起光と同じ波長の830ｎｍ〜860ｎｍの光と、1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の第１の波長の光を出力し、前記第２の光共振器から1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の第１の波長の光と、635ｎｍ又は695ｎｍの第２の波長のレーザ光を出力するようにしたことを特徴とする請求項３記載のファイバレーザ装置。 The pumping light source emits pumping light having a wavelength in the vicinity of 830 nm to 860 nm to pump the first optical resonator, and light from the first optical resonator having the same wavelength as that of the pumping light is emitted from 830 nm to 860 nm. , Outputs light having a first wavelength in the vicinity of 1060 nm to 1100 nm, and outputs light having a first wavelength in the vicinity of 1060 nm to 1100 nm and laser light having a second wavelength of 635 nm or 695 nm from the second optical resonator. 4. The fiber laser device according to claim 3, wherein the fiber laser device is configured as described above. 前記第２の光共振器において、前記第２の光ファイバの入射側及び出射側にミラーを配置し、その入射側のミラ−は、830ｎｍ〜1100ｎｍの波長を全透過し、635ｎｍ又は695ｎｍの波長は高反射にし、出力側のミラ−は、830ｎｍ〜860ｎｍ付近を全反射にし、1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の波長を全透過にし、635ｎｍ又は695ｎｍの波長は部分反射することを特徴とする請求項４記載のファイバレーザ装置。 In the second optical resonator, mirrors are arranged on the incident side and the exit side of the second optical fiber, and the mirror on the incident side transmits the wavelength of 830 nm to 1100 nm, and the wavelength of 635 nm or 695 nm. 5. The mirror on the output side makes total reflection in the vicinity of 830 nm to 860 nm, totally transmits light in the vicinity of 1060 nm to 1100 nm, and partially reflects the wavelength of 635 nm or 695 nm. Fiber laser equipment. レーザ媒質としてネオジムイオン（Nd3+）が添加された第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバの端面に配置したミラーとを有し、励起光源によって励起される第１の光共振器と、
プラセオジウムイオン（Pr3+）とイッテルビウムイオン（Yb3+）が共添加された第２の光ファイバと、前記第２光ファイバの端面に配置したミラーとを有し、前記第１の光共振器の出力側に直列に結合し、前記第１の波長のレーザ光と第２の波長のレーザ光を同時に出力する第２の光共振器と、
レーザ媒質が添加された第３の光ファイバと、前記第３の光ファイバの端面に配置したミラーとを有し、前記第２の光共振器より出力された第１の波長と第２の波長のレーザ光が入射され、青色光を出力する第３の光共振器とを具備したことを特徴とする青色レーザ装置。 A first optical resonator having a first optical fiber doped with neodymium ions (Nd3 +) as a laser medium, a mirror disposed on an end face of the first optical fiber, and pumped by a pumping light source;
A second optical fiber co-doped with praseodymium ions (Pr3 +) and ytterbium ions (Yb3 +); and a mirror disposed on an end face of the second optical fiber, on the output side of the first optical resonator A second optical resonator coupled in series to simultaneously output the laser light of the first wavelength and the laser light of the second wavelength;
A first wavelength and a second wavelength output from the second optical resonator, each including a third optical fiber to which a laser medium is added and a mirror disposed on an end face of the third optical fiber. A blue laser device comprising: a third optical resonator that receives blue laser light and outputs blue light. 前記第３の光ファイバは、ツリウムイオン（Tm3+）を添加したことを特徴とする請求項６記載の青色レーザ装置。 The blue laser device according to claim 6, wherein thulium ions (Tm3 +) are added to the third optical fiber. 前記励起光源から、830ｎｍ〜860ｎｍ付近の波長の励起光を出射して前記第１の光共振器を励起し、前記第１の光共振器から前記励起光と同じ波長の830ｎｍ〜860ｎｍの光と、1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の第１の波長の光を出力し、前記第２の光共振器から1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の第１の波長の光と、635ｎｍ又は695ｎｍの第２の波長のレーザ光を出力し、さらに前記第３の光ファイバから青色光を出力するようにしたことを特徴とする請求項７記載の青色レーザ装置。 The pumping light source emits pumping light having a wavelength in the vicinity of 830 nm to 860 nm to pump the first optical resonator, and light from the first optical resonator having the same wavelength as that of the pumping light is emitted from 830 nm to 860 nm. , Outputs light having a first wavelength in the vicinity of 1060 nm to 1100 nm, and outputs light having a first wavelength in the vicinity of 1060 nm to 1100 nm and laser light having a second wavelength of 635 nm or 695 nm from the second optical resonator. The blue laser device according to claim 7, wherein blue light is further output from the third optical fiber. 前記第３の光ファイバは、エルビウムイオン（Er3+）を添加したことを特徴とする請求項６記載の青色レーザ装置。 The blue laser device according to claim 6, wherein the third optical fiber is doped with erbium ions (Er3 +). 前記励起光源から、830ｎｍ〜860ｎｍ付近の波長の励起光を出射して前記第１の光共振器を励起し、前記第１の光共振器から前記励起光と同じ波長の830ｎｍ〜860ｎｍの光と、1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の第１の波長の光を出力し、前記第２の光共振器から1060ｎｍ〜1100ｎｍ付近の第１の波長の光と、635ｎｍの第２の波長のレーザ光を出力し、さらに前記第３の光ファイバから青色光を出力するようにしたことを特徴とする請求項９記載の青色レーザ装置。

The pumping light source emits pumping light having a wavelength in the vicinity of 830 nm to 860 nm to pump the first optical resonator, and light from the first optical resonator having the same wavelength as that of the pumping light is emitted from 830 nm to 860 nm. , Outputs light having a first wavelength in the vicinity of 1060 nm to 1100 nm, outputs light having a first wavelength in the vicinity of 1060 nm to 1100 nm and laser light having a second wavelength of 635 nm from the second optical resonator, The blue laser device according to claim 9, wherein blue light is further output from the third optical fiber.

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