JPH012025A - phosphate laser glass single mode fiber - Google Patents
phosphate laser glass single mode fiberInfo
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はｆＩ４酸塩レーザーガラス単一モードファイバ
ーに関する。本発明のｖ４酸塩レーザーガラス単一モー
ドファイバーは光フアイバー通信、光フアイバー計測等
のファイバーシステムの光源に使用するのに適している
。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to fI tetra-acid laser glass single mode fibers. The v4 salt laser glass single mode fiber of the present invention is suitable for use as a light source in fiber systems such as fiber optic communications and fiber optic metrology.
［従来の技術］
エレクトロニクス レターズ、１９８５年８月１５日発
行、第２１巻第１７号（ＥＩ８ＣｔｒＯｎｉＣ３ｌｅｔ
ｔｅｒｓ １５ｔｈ Ａｕｇｕｓｔ １９８５ ｖｏｌ
、 ２１ Ｎｏ １７）の７３８−７４０頁に見られる
ように、レーザーガラス単一モードファイバーとしては
、すでに石英光ファイバーにレーザー活性イオンとして
希土類元素を添加したものが知られている。これを用い
たファイバーレーザー発振器装置は上記石英レーザーフ
ァイバーの両端面に励起光を通し発振光に対し反射率を
有する二色性装置を有し、レーザーダイオード、Ａｒレ
ーザー等のレーザー光源で端面励起されるものである。[Prior art] Electronics Letters, published August 15, 1985, Volume 21, No. 17 (EI8CtrOniC3let
ters 15th August 1985 vol.
, 21 No. 17), pages 738-740, a quartz optical fiber doped with a rare earth element as a laser active ion is already known as a laser glass single mode fiber. A fiber laser oscillator device using this has a dichroic device that passes excitation light to both end faces of the quartz laser fiber and has a reflectance for the oscillated light, and the end face is excited by a laser light source such as a laser diode or Ar laser. It is something that
ガラスファイバーレーザーは、形状を自由に選ぶことが
できるというガラスレーザーの特徴を生かし、単一モー
ドファイバー化することにより、狭いファイバーコアー
内に光を閉じ込め大きなパワー密度を得ている。その結
果、レーザー発振閾値が非常に小さくなり、またレーザ
ーによる波長選択励起かつファイバ一端面励起も手伝っ
て高効率動作する。ここで発振ａｍが低く高効−１ｉｉ
動作であるというのは同じ入力に対しより高い出力が期
待できるので重要である。さらにファイバー化すること
により、その体積に対する表面積の割合が大きいため、
冷却効率は上がり、結果として冷却装置がなくても長時
間安定動作する。また他のファイバーとの結合が容易で
あるためファイバーシステム内の高出力・波長可変光源
として適している。Glass fiber lasers take advantage of the characteristic of glass lasers that they can be freely selected in shape, and by creating a single mode fiber, light is confined within a narrow fiber core and a large power density is obtained. As a result, the laser oscillation threshold becomes extremely small, and high efficiency operation is achieved with the aid of wavelength selective excitation by the laser and excitation of one end of the fiber. Here, the oscillation am is low and the efficiency is high -1ii
This is important because higher output can be expected for the same input. Furthermore, by forming fibers, the ratio of surface area to volume is large, so
Cooling efficiency increases, resulting in stable operation for long periods of time without a cooling device. Furthermore, since it can be easily coupled with other fibers, it is suitable as a high-output, wavelength-tunable light source in a fiber system.
しかしながら石英ガラス単一モードファイバーレーザー
は、レーザー活性イオンの添加量が９００ｔｌＤ−以下
と少なく、また材料としては石英レーザーガラスである
ため、その誘導放出断面積が小さく、ψ位長さ当りの利
得が小さいという欠点がある。このため、石英ガラスフ
ァイバーの利点である低損失°性を利用しファイバー長
を長くとることにより利得をかせぎ、ファイバー長３．
２ｍでレーザー発振閾値２．６ＴｒＬ賛、微分効率３３
％というレーザー特性を得たことがエレクトロニクスレ
ターズ１９８６年２月１３日発行、第２２巻第４号（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １ｅｔｔｅｒｓ １３ｔｈ Ｆ
ｅｂｒｕａｒｙ １９８６ｖｏ１．２２ Ｎｏ、４）
の１９８〜１９９頁に記載されている。However, in silica glass single mode fiber lasers, the amount of laser active ions added is as small as 900 tlD- or less, and since the material is quartz laser glass, its stimulated emission cross section is small and the gain per ψ length is small. It has the disadvantage of being small. For this reason, the gain can be increased by making the fiber length long by taking advantage of the low loss characteristic that is an advantage of silica glass fiber.
Laser oscillation threshold at 2m: 2.6TrL, differential efficiency: 33
% laser characteristics was obtained in Electronics Letters, February 13, 1986, Vol. 22, No. 4 (E
electronics 1etters 13th F
ebruary 1986vo1.22 No.4)
198-199.
［発明が解決しようとする問題点］
前記したように従来の石英ガラス単一モードファイバー
レーザーは良好な発揚特性を得るのにファイバー長を長
くする必要があった。これはレーザー活性イオンの添加
量を多くすることができないこと、また材料自体が誘導
放出断面積が小さい等レーザー特性がよくないためであ
る。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the conventional silica glass single mode fiber laser, it was necessary to increase the fiber length in order to obtain good launch characteristics. This is because the amount of laser active ions added cannot be increased, and the material itself has poor laser properties such as a small stimulated emission cross section.
一方、燐酸塩レーザーガラスは石英レーザーガラスに比
べてレーザー特性はいいものの、熱膨張張係数が大きく
、温度に対する粘性の変化が急峻であるため、ファイバ
ーの線引きがむずかしく、今迄これをファイバーとした
公知例は見い出されていない。On the other hand, although phosphate laser glass has better laser properties than quartz laser glass, it has a large coefficient of thermal expansion and a steep change in viscosity with respect to temperature, making it difficult to draw fibers. No known examples have been found.
本発明はこのような問題点を解決すべ（なされたもので
あり、レーザー特性の優れた燐酸塩レーザーガラスを用
い、短ファイバー長であってもより優れたレーザー発振
特性を示すレーザーガラスファイバーを効率良く得るこ
とを目的とする。The present invention has been made to solve these problems, and uses phosphate laser glass with excellent laser properties to efficiently produce laser glass fibers that exhibit better laser oscillation properties even with short fiber lengths. The aim is to get well.
［問題点を解決するための手段］
本発明者らは、上述の目的を達成すべく検討を加えた結
果、
（１） 誘導放出断面積が石英ガラスより大きく、ま
たレーザー活性イオンの高濃度添加が可能でしかもそう
しても蛍光の１ｆｆｔ消光が起りにくい特性のため、＾
利得である等優れたレーザー特性を有するａＩＩＩ塩ガ
ラスをコアガラスとし、これより屈折率の低い燐酸塩ガ
ラスからなるクラッドガラスで被覆した単一モードファ
イバーが、単位長さ当りの利得が高く、従って短ファイ
バー長でも優れた特性を示すこと、及び
（り 被覆用のクラッドガラスとして、熱的性質（線膨
張係数、転移温度、粘性）がコアの燐酸レーザーガラス
のそれに近い＊酸ｓガラスを用いることにより、燐酸塩
レーザーガラスのファイバー化が可能となり、光学的品
質が良好で長尺な燐酸塩レーザーガラスファイバーを量
産することができることを見い出し、この知見に基づい
て本発明を完成した。[Means for Solving the Problems] As a result of studies to achieve the above-mentioned objects, the present inventors found that (1) the stimulated emission cross section is larger than that of quartz glass, and the laser-active ions are added at a high concentration. However, even if this is done, 1fft quenching of fluorescence is unlikely to occur.
Single-mode fibers have a core glass made of aIII salt glass, which has excellent laser properties such as gain, and are coated with a cladding glass made of phosphate glass, which has a lower refractive index than this, and has a high gain per unit length. It shows excellent properties even with short fiber lengths, and (ri) As the clad glass for coating, use *acid s glass whose thermal properties (linear expansion coefficient, transition temperature, viscosity) are close to those of the core phosphate laser glass. The inventors have discovered that it is possible to make phosphate laser glass into fibers and mass-produce long phosphate laser glass fibers with good optical quality, and based on this knowledge, they have completed the present invention.
即ち、本発明は、モル表示でＰ２Ｏ５４５〜７０％、Ａ
１２Ｏ３４〜２Ｏ％、Ｒ″Ｏ（ＭＱＯ。That is, the present invention provides 545 to 70% of P2O in molar terms, A
12O34~2O%, R″O(MQO.
Ｃａｂ、Ｂａｄ、ＰｂＯ，ＳｒＯ及びＺｎＯの１種又は
２種以上を指す。以下同じ）０〜３５％、Ｒ’２Ｏ （
Ｌ ｉ２Ｏ．Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種又は２種以上を
指す。以下同じ）０〜３０％、Ｒ“Ｏ＋ Ｒ’２Ｏ ４
〜４５％、Ｎｄ２Ｏａ ０．１〜６％を含有する燐酸塩
レーザーガラスをコアガラスとし、このコアガラスより
屈折率が低く、モル表示でＰ２Ｏ５４５〜７０％、Ａ１
２Ｏ３４〜２Ｏ％、Ｒ“００〜３５％、Ｒ’２Ｏ ０〜
３０％、Ｒ“Ｏ＋Ｒ’２Ｏ ４〜４５％を含有する燐酸
塩ガラスで、前記のコアガラスを被覆したファイバーで
あって、レーザー発振波長１．０５４μｍにおいて単一
モードファイバーであることを特徴とするレーザーガラ
スファイバーである。Refers to one or more of Cab, Bad, PbO, SrO, and ZnO. Same below) 0-35%, R'2O (
L i2O. Refers to one or more of Na2O and K2O. Same below) 0-30%, R"O+ R'2O 4
~45%, Nd2Oa 0.1~6% is used as the core glass, and the refractive index is lower than this core glass, P2O545~70% in molar terms, A1
2O34~2O%, R'00~35%, R'2O 0~
30%, R"O+R'2O 4 to 45%, the fiber is coated with the core glass, and is characterized by being a single mode fiber at a laser oscillation wavelength of 1.054 μm. Laser glass fiber.
上記コアガラスは、上記必須成分に加えて、任意成分と
して、Ｓ ｉ ０２を２Ｏ％以下、Ｙ２Ｏ３ 。In addition to the above-mentioned essential components, the core glass contains SiO2 of 20% or less and Y2O3 as optional components.
Ｌａ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＺｒＯ＋、Ｎｂ２Ｏ５及びＴａ
２Ｏ５の１種又は２種以上を１５％以下含有していても
よい。La2O3, TiO2, ZrO+, Nb2O5 and Ta
It may contain 15% or less of one or more of 2O5.
また上記クラッドガラスは、上記必須成分に加えて、任
意成分として、５１０２を２Ｏ％以下、Ｂ２Ｏ３を１３
％以下、Ｙ２Ｏ３ 、Ｌａ２Ｏ３。In addition to the above essential components, the clad glass contains 20% or less of 5102 and 13% of B2O3 as optional components.
% or less, Y2O3, La2O3.
Ｔ ｉ ０２ 、ＺｒＯ２，Ｎｂ＋ Ｏｓ及びＴａ２ｏ
ｓの１種又は２種以上を５％以下含有していても良い。T i 02 , ZrO2, Nb+ Os and Ta2o
It may contain 5% or less of one or more of s.
すなわち、本発明のｇ４酸塩レーザーガラス単一モード
ファイバーは、下記の４種のファイバーを好ましい態様
として包含する。That is, the g4-acid laser glass single mode fiber of the present invention includes the following four types of fibers as preferred embodiments.
ファイバーエ
コアガラス及びクラッドガラスが下記の必須成分からな
る。Fiber eco core glass and clad glass consist of the following essential components.
Ｐ２Ｏ５４５〜７０％ ４５〜７０％ ゝＡｌ２Ｏ
３４〜２Ｏ％ ４〜２Ｏ％
Ｒ″ｏ ０〜３５％ Ｏ〜３５％Ｒ’２Ｏ
０〜３０％ ０〜３０％Ｒ″Ｏ＋Ｒ′２
Ｏ ４〜４５％ ４〜４５％Ｎｄ２Ｏａ ０．
１〜６％ −ファイバー■
クラッドガラスはファイバーエのクラッドガラス組成に
含まれるが、コアガラスがファイバーエのコアガラス組
成に下記成分（１） 、 （２ａ）の少なくとも１種を
添加したものである。P2O545~70% 45~70% ゝAl2O
34~2O% 4~2O% R″o 0~35% O~35%R′2O
0~30% 0~30%R″O+R′2
O 4-45% 4-45% Nd2Oa 0.
1 to 6% - Fiber■ Clad glass is included in the clad glass composition of FiberE, but the core glass is one in which at least one of the following components (1) and (2a) is added to the core glass composition of FiberE. .
（１） ＳｉＯ２５２Ｏ％
（２ａ） Ｙ２Ｏ３ 、Ｌａ２Ｏａ 、ＴｉＯ２゜Ｚ
ｒＣ）＋ 、Ｎｂ２Ｏ５及び
’ｌ’−ａ２Ｏｓの１種又は２種
以上 ≦１５％ファイバー■
コアガラスはファイバー■のコアガラス組成に含まれる
が、クラッドガラスがファイバーＩのコアガラス組成に
下記成分（１） 、 （２ｂ）、 （３）の少なくとも
１種を添加したものである。(1) SiO252O% (2a) Y2O3, La2Oa, TiO2゜Z
One or more of rC)+, Nb2O5 and 'l'-a2Os ≦15% Fiber ■ The core glass is included in the core glass composition of Fiber ■, but the clad glass is included in the core glass composition of Fiber I. At least one of 1), (2b), and (3) is added.
（１） Ｓ ｉ ０２ ５２Ｏ
％（２ｂ） Ｙ２Ｏ３ 、Ｌａ２Ｏ３、Ｔ ｉｏ２゜
ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５及び
Ｔａ２Ｏ５の１種又は２種゛
以上 ≦５％
（３） Ｂ２Ｏ３≦１３％
ファイバー■■
コアガラスがファイバー■のコアガラス組成に含まれ、
クラッドガラスがファイバー■のクラッドガラス組成に
含まれるものである。即ち、コアガラスはファイバーエ
のコアガラス組成に上記成分（１） 、 （２ａ）の少
なくとも１１ａを添加したものであり、クラッドガラス
はファイバー■のクラッドガラス組成に上記成分（１）
、 （２ｂ）、 （３）の少なくとも１種を添加した
ものである。(1) S i 02 52O
% (2b) One or more of Y2O3, La2O3, Tio2゜ZrO2, Nb2O5 and Ta2O5≦5% (3) B2O3≦13% Fiber ■■ Core glass is included in the core glass composition of fiber ■,
The clad glass is included in the clad glass composition of fiber (1). That is, the core glass is made by adding at least 11a of the above components (1) and (2a) to the core glass composition of Fiber A, and the clad glass is made by adding the above component (1) to the clad glass composition of Fiber (1).
, (2b), and (3) are added.
次に本発明のｖＡ酸塩レーザーガラス単一モードファイ
バーにおいてコアガラス及びクラッドガラスとして用い
られるｖＡ酸塩ガラスの各成分の組成範囲の限定理由に
ついて説明する。Next, the reason for limiting the composition range of each component of the vA acid salt glass used as the core glass and the cladding glass in the vA acid salt laser glass single mode fiber of the present invention will be explained.
これらガラス成分の組成範囲は、レーザー特性、ファイ
バー線引時の耐失透性、また実用ファイバーとして必要
な化学的耐久性と機械的性質等を満足するように決定さ
れるべきものであり、コアガラス及びクラッドガラスに
おいて必須成分として用いられるＰ２Ｏ５が４５％未満
では優れたレーザー特性が得られず、また化学耐久性も
特に耐酸性が悪くなる。一般にＰ２Ｏ５濃度は高い方が
レーザー特性は良いが、７０％を超えると失透しやすく
、化学耐久性も悪くなる。従ってＰ２Ｏ５は４５〜７０
％に限定される。The composition range of these glass components should be determined to satisfy the laser characteristics, devitrification resistance during fiber drawing, and the chemical durability and mechanical properties necessary for a practical fiber. If P2O5, which is used as an essential component in glass and clad glass, is less than 45%, excellent laser properties cannot be obtained, and chemical durability, particularly acid resistance, becomes poor. Generally, the higher the P2O5 concentration, the better the laser properties, but if it exceeds 70%, devitrification tends to occur and chemical durability deteriorates. Therefore, P2O5 is 45-70
limited to %.
またコアガラス及びクラッドガラスにおいて必須成分で
あるＡｌ２Ｏ３は化学耐久性を良くする成分であり、４
％以上必要であるが２Ｏ％を超えると失透しやすくなる
。従ってＡＪ！２Ｏ３は４〜２Ｏ％に限定される。In addition, Al2O3, which is an essential component in core glass and cladding glass, is a component that improves chemical durability.
% or more is necessary, but if it exceeds 20%, devitrification tends to occur. Therefore AJ! 2O3 is limited to 4-2O%.
コアガラス及びクラッドガラスにおいて任意成分である
５ｉＯｚはガラスの強度を向上させる成分であるが、２
Ｏ％を超えるとレーザー特性が低下し、化学耐久性も悪
くなるので、使用する場合には２Ｏ％以下であることが
望ましい。5iOz, which is an optional component in core glass and cladding glass, is a component that improves the strength of glass, but 2
If it exceeds 0%, the laser characteristics will deteriorate and the chemical durability will deteriorate, so when used, it is desirable that the content is 20% or less.
、 Ｂ２Ｏ３はガラスの失透を抑制し、屈折率を下げる
作用があるので、クラッドガラスには１３％まで加える
ことができる。１３％を超えると逆に失透しやすくなる
ので使用する場合には１３％以下であることが望ましい
。またコアガラスではＢ２Ｏ３は多フォノン緩和確率を
増大させるため、非輻射遷移の割合を大きくし、蛍光寿
命を短くするのでＢ２Ｏａを添加すべきでない。, B2O3 has the effect of suppressing devitrification of the glass and lowering the refractive index, so it can be added up to 13% to the clad glass. If it exceeds 13%, devitrification tends to occur, so it is desirable that the content be 13% or less when used. Furthermore, in the core glass, B2Oa should not be added because B2O3 increases the multiphonon relaxation probability, increases the proportion of non-radiative transitions, and shortens the fluorescence lifetime.
Ｒ″Ｏ（Ｍｏｂ、Ｃａｂ、Ｂａｄ、ＰｂＯ。R″O(Mob, Cab, Bad, PbO.
ＳｒＯ及びＺｎＯの１種又は２種以上）とＲ’２Ｏ（Ｌ
ｉ２Ｏ．Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの１種又は２種以上）は
網目修飾成分としてコアガラス及びクラッドガラスに加
えられるが、これらの含量は４％未満では安定なガラス
が得られず、又４５％を超えるとレーザー特性が悪くな
ると共に化学耐久性が低下し、屈折率も高くなるので４
〜４５％に限定される。そしてＲ“０が３５％を超え、
Ｒ′２Ｏが３０％を超えるとレーザー特性及び化学耐久
性が低下してしまうので、Ｒ″Ｏ’４．１０〜３５％、
Ｒ′２Ｏは０〜３０％に限定される。one or more of SrO and ZnO) and R'2O (L
i2O. One or more of Na2O and K2O) are added to the core glass and cladding glass as network modifying components, but if the content is less than 4%, stable glass cannot be obtained, and if it exceeds 45%, the laser properties may deteriorate. As the chemical durability deteriorates and the refractive index also increases,
~45%. and R“0 exceeds 35%,
If R'2O exceeds 30%, the laser properties and chemical durability will deteriorate, so R'O'4.10 to 35%,
R'2O is limited to 0-30%.
Ｎ（ｊ＋０３はレーザー活性イオンであり、コアガラス
には必須であるが、ファイバー長の短縮化（装置の小型
化）のためには０．１％以上必要であり、６％を超える
と濃度が高すぎレーザー特性がむしろ低下してしまうの
で、０．１〜６％に限定される。N(j+03 is a laser active ion and is essential for the core glass, but 0.1% or more is required to shorten the fiber length (miniaturize the device), and if it exceeds 6%, the concentration increases. If it is too high, the laser characteristics will actually deteriorate, so it is limited to 0.1 to 6%.
任意成分であるＹ２Ｏａ 、Ｌａ２Ｏ３゜Ｔ ｉｏ２．
ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５及びＴａ２Ｏ５の１種又は２種以
上は、化学耐久性と機械的８質を向上させる効果がある
ので、コアガラスの場合、１５モル％まで加えることが
できるが、これ以上では蛍光強度が小さくなり、又失透
しやすくなるので、使用する場合には１５％以下である
ことが望ましい。またクラッドガラスに使用する場合に
は５％以下であることが望ましい。Optional components Y2Oa, La2O3°T io2.
One or more of ZrO2, Nb2O5, and Ta2O5 has the effect of improving chemical durability and mechanical quality, so in the case of core glass, it can be added up to 15 mol%, but if it exceeds this, the fluorescence intensity will decrease. When used, it is desirable that the content be 15% or less, since it becomes small and tends to devitrify. Further, when used in clad glass, it is desirable that the content is 5% or less.
本発明のファイバーにおいては、コアガラス及びクラッ
ドガラス中に上述の成分以外の他の成分、例えばＣｅＯ
等の希土類元素酸化物を例えば１％以下の量で含有させ
ることもできる。In the fiber of the present invention, other components other than the above-mentioned components, such as CeO
It is also possible to contain rare earth element oxides such as, for example, in an amount of 1% or less.
本発明のレーザーガラスファイバーでは、クラッドガラ
スの屈折率がコアガラスのそれより低くなければならな
いが、この要件はコアガラスおよびクラッドガラスの両
者を必須成分だけで構成させる場合でも、コアガラスに
は必ずＮｄ２Ｏａが含まれ、クラッドガラスにはこれが
含まれないので、実現可能である。この他に、例えば次
の様にしてクラッドガラスの屈折率をコアガラスより低
くすることができる。In the laser glass fiber of the present invention, the refractive index of the cladding glass must be lower than that of the core glass, but even if both the core glass and the cladding glass are composed of only essential components, the core glass must always have a refractive index lower than that of the core glass. This is possible because it contains Nd2Oa and the clad glass does not contain it. In addition, the refractive index of the cladding glass can be made lower than that of the core glass, for example, in the following manner.
Ｇ６Ｐ２Ｏ５とＡｌ２Ｏ３の含量を増加させる（へ）
ＭＱＯ吊を増加させる
ぐ） Ｋ２Ｏ口を増加させる
（へ） コアガラスのＳｉＯ２をＡ１２Ｏ３およびＭＱ
Ｏで置き換える
上述した組成からなるコアガラスをクラッドガラスで被
覆することは、後述の実施例で記載するように、コア用
レーザーガラスを０ツド状に、クラッド用ガラスをパイ
プ状に加工した後、前者を後者に挿入し、線引炉内で線
引することにより行なわれる。Increase the content of G6P2O5 and Al2O3 (to)
Increase the MQO ratio Increase the K2O opening Increase the SiO2 of the core glass to A12O3 and MQ
Replacement with O To cover the core glass having the above-mentioned composition with clad glass, as described in the examples below, after processing the laser glass for the core into a 0-shaped shape and the glass for the cladding into a pipe shape, This is done by inserting the former into the latter and drawing it in a drawing furnace.
本発明のファイバーはレーザー発振波長１．０５４μｍ
において単一モードであることを特徴とする。ψ−モー
ドファイバーとなるには、よく知られた次の式
％式％
を満たすように、ファイバーの寸法と用いられる材料の
パラメータを選ばなければならない。この式において、
ａはコア半径であり、λは波長、ｎｌは」アガラスの屈
折率、ｎ２はクラッドガラスの屈折率であり、そして２
．４０５は定数であって、０次のベッセル関数の最初の
根である。低発振閾値、高効率動作のためコアガラス内
のパワー密度を大きくするため、コアガラスの直径は数
μｍ程度にとれば上式より単一モードの条件も満たし、
すなわら中門ビーム品質のよい高性能レーザーとなる。The fiber of the present invention has a laser oscillation wavelength of 1.054 μm.
It is characterized by being single mode. To obtain a ψ-mode fiber, the dimensions of the fiber and the parameters of the material used must be chosen to satisfy the well-known equation: In this formula,
a is the core radius, λ is the wavelength, nl is the refractive index of the Agulhas, n2 is the refractive index of the cladding glass, and 2
．． 405 is a constant, which is the first root of the zero-order Bessel function. In order to increase the power density in the core glass for low oscillation threshold and high efficiency operation, if the diameter of the core glass is set to several μm, the single mode condition will be satisfied according to the above equation,
In other words, it is a high-performance laser with good beam quality.
レーザーファイバーの両端面は光学研磨し、そこに発振
光に対し所定の反射率を有し、励起光を通す二色性装置
を設けることによりレーザー共振器となる。レーザー共
振器は、外部ミラーをファイバ一端部に密着させたもの
、あるいはファイバ一端部に直接ミラーを蒸着形成した
内部ミラー型の双方が考えられる。しかし、ファイバ一
端部・ミラー間の結合損失、ミラー調整、装置の小型化
を考えると内部ミラー型の方が望ましい。Both end faces of the laser fiber are optically polished, and a dichroic device that has a predetermined reflectance for the oscillated light and transmits the excitation light is installed thereon, thereby forming a laser resonator. The laser resonator can be either of the type in which an external mirror is closely attached to one end of the fiber, or the internal mirror type in which the mirror is formed directly on one end of the fiber by vapor deposition. However, in consideration of coupling loss between one end of the fiber and the mirror, mirror adjustment, and miniaturization of the device, an internal mirror type is preferable.
励起光源はファイバーレーザーの吸収スペクトルに一致
するならば、どのようなレーザー光源（例えばＡｒレー
ザー）でもよいが、装置の小型化を考えるとレーザーダ
イオードがよい。波長選択励起で、かつファイバ一端面
励起法により高効率動作が期待できる。The excitation light source may be any laser light source (for example, an Ar laser) as long as it matches the absorption spectrum of the fiber laser, but a laser diode is preferable in terms of miniaturization of the device. High efficiency operation can be expected due to wavelength selective pumping and one fiber end face pumping method.
レーザーファイバーの長さは端面励起なので、励起光を
十分吸収し、かつ発振するのに十分な利得が得られる長
さでなければならない。励起光波長、レーザー活性イオ
ン濃度によって励起光の吸収量は違ってくるので、これ
らを考慮した長さでなければならない。レーザー活性イ
オン濃度を高め、その、吸収スペクトルのピーク付近の
波長で励起すれば、励起光はファイバー長の短いファイ
バーでもほとんど吸収されかつ本発明のレーザーファイ
バーは単位長さ当りの利得が大きいのでファイバー長の
短いファイバーでも優れた発振特性を示す。さらに、レ
ーザー活性イオン濃度を下げ、吸収スペクトルのピーク
からややはずれた波長で励起すれば：ファイバー長の長
いファイバーでも使用可能であることもつけ加えておく
。Since the laser fiber is end-pumped, it must be long enough to sufficiently absorb the pumping light and provide sufficient gain for oscillation. Since the amount of excitation light absorbed varies depending on the excitation light wavelength and laser active ion concentration, the length must take these into account. By increasing the concentration of laser active ions and pumping at a wavelength near the peak of the absorption spectrum, most of the pumping light is absorbed even in a short fiber length, and the laser fiber of the present invention has a large gain per unit length. Shows excellent oscillation characteristics even with short fibers. Furthermore, it should be added that if the laser active ion concentration is lowered and the laser is excited at a wavelength that is slightly off from the peak of the absorption spectrum, it can also be used with long fibers.
［実施例］
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明は
これらの実施例に限定されるものではない。[Examples] Hereinafter, the present invention will be further explained with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
実施例１
先ずファイバーの作製方法及び特性について記す。表１
の実施例１の欄に示されたコアガラス及びクラッドガラ
スの各々の組成比からなる原料混合物のそれぞれを２リ
ツトルの白金ポットで１２５０〜１３００℃の温度で溶
解した後、金型に流し込み厚さ約５０４１Ｉの板状に成
型し徐冷した。これらを所定の大きさに切断した後、コ
ア用レーザーガラスは直径１．６７ａｍ、長さ５３．５
ａｍのロッド状に、クラッド用ガラスは外径２７．２ａ
ｉ＊。Example 1 First, the manufacturing method and characteristics of the fiber will be described. Table 1
Each of the raw material mixtures consisting of the composition ratios of the core glass and cladding glass shown in the column of Example 1 was melted in a 2-liter platinum pot at a temperature of 1250 to 1300°C, and then poured into a mold to obtain a thickness. It was molded into a plate shape of about 5041I and slowly cooled. After cutting these to the specified size, the laser glass for the core has a diameter of 1.67 am and a length of 53.5 mm.
am rod shape, the outer diameter of the glass for cladding is 27.2a
i*.
内径１．６８ａｍ、長さ５３．５ａｗ＊のパイプ状に各
々研磨加工した。ロッドをパイプ内に挿入し線引炉内に
セットしてから６６０℃まで昇温し、線引速度６５ ｍ
、／１ｎで線引してドラムに巻き取り、ファイバーを得
た。線引操作は円滑に行なわれ、約１０００ｍという長
尺なファイバーが得られた。Each was polished into a pipe shape with an inner diameter of 1.68 am and a length of 53.5 aw*. After inserting the rod into the pipe and setting it in the drawing furnace, the temperature was raised to 660°C and the drawing speed was 65 m.
, /1n and wound up on a drum to obtain a fiber. The drawing operation was carried out smoothly, and a long fiber of approximately 1000 m was obtained.
このファイバーは第１図に示す如く、コアガラス１とク
ラッドガラス２とからなり、表１に示す如くファイバー
径Ａ＝６５μ霞、コア径Ｂ＝４μ田の寸法であり、コア
ガラス屈折率１，５２３、両ガラス間の屈折率差０．０
０６５である屈折率分布を有するファイバーであった。As shown in FIG. 1, this fiber consists of a core glass 1 and a clad glass 2, and as shown in Table 1, the fiber diameter A = 65 μm, the core diameter B = 4 μm, and the core glass refractive index is 1, 523, refractive index difference between both glasses 0.0
The fiber had a refractive index distribution of 065.
コアのレーザー特性として、表１に誘導放出断面１（４
，２ｘ１０噌口２）と蛍光青金（３１５μｓｅｃ ）を
示したが、誘導放出断面積は石英レーザーガラスの誘導
放出断面積（約２ Ｘ １０”ｔｙｓ’ ）に比べ大き
い。蛍光寿命に関しては、高濃度にレーザー活性イオン
をドープしても蛍光の濃度消光が起りにクク、同程度レ
ーザー活性イオンをドープされた石英レーザーガラスの
蛍光寿命（約２５０μｓｅｃ ）に比べて長く、すぐれ
た特性を有することが明らかとなった。Table 1 shows the stimulated emission cross section 1 (4
, 2 x 10"2) and fluorescent blue gold (315 μsec), but the stimulated emission cross section is larger than that of quartz laser glass (about 2 x 10"tys'). Even if it is doped with laser-active ions to a high concentration, concentration quenching of the fluorescence occurs, which means that it has a longer fluorescence lifetime (approximately 250 μsec) than that of quartz laser glass doped with laser-active ions to the same extent, and has excellent characteristics. It became clear.
次に上記ファイバーを用いたファイバーレーザー発振器
装置と、この装置で得られたレーザー発振特性を示す。Next, we will show a fiber laser oscillator device using the above fiber and the laser oscillation characteristics obtained with this device.
第２図は本実施例に用いたレーザー発振器装置を示した
ものである。第２図において、単一モードファイバー３
はレーザー媒質であるコア１とそれを取り囲んでいるク
ラッド２で構成されており、レーザーファイバー３の全
長は１０Ｉ１１＋である。このファイバーの両端面は光
学研磨され、励起光を通過し発振光を反射する二色性装
置４が取りつけられ、全体としてファブリ−ベロー型の
レーザー共振器９を構成する。二色性装置４は、励起光
（本実施例の場合レーザーダイオード光８０７ｔｖ）を
９０％以上通し、かつレーザー発振波長１．０５４μ…
の光を全反射するりアミラー５と励起光を９０％以上通
し、かつレーザー発振波長に対し７０％の反射率を有す
る出力取り出し用のフロントミラー６から成る。励起源
８としては、レーザーダイオード（シャープ ＬＴｏ
１５ＭＦ＞が用いられ、８０７ ｎｌｌで発振し、光
学系７でファイバ一端部のコアに集光される。FIG. 2 shows the laser oscillator device used in this example. In Figure 2, single mode fiber 3
is composed of a core 1 which is a laser medium and a cladding 2 surrounding it, and the total length of the laser fiber 3 is 10I11+. Both end faces of this fiber are optically polished, and a dichroic device 4 for passing excitation light and reflecting oscillation light is attached, thereby forming a Fabry-Béreau type laser resonator 9 as a whole. The dichroism device 4 transmits 90% or more of the excitation light (laser diode light 807tv in this example) and has a laser oscillation wavelength of 1.054μ...
It consists of a rear mirror 5 that totally reflects the light of the laser beam, and a front mirror 6 for output extraction that transmits more than 90% of the excitation light and has a reflectance of 70% for the laser oscillation wavelength. As the excitation source 8, a laser diode (Sharp LTo
15MF> is used, oscillates at 807 nll, and is focused by the optical system 7 onto the core at one end of the fiber.
ファイバーコアが吸収した励起入力２ｍ−に対し０．６
ｍ−安定な単一モード連続発振を得た。この時、レーザ
ー発振閾値１ｍＷ、微分効率５０％という低閾値、高効
率動作を得た。これらの値はファイバー長１０ａｍのレ
ーザーガラスファイバーを用いて得られたものであり、
従来の石英レーザーガラスファイバーの場合、ファイバ
ー長３．２瓦で発振閾値２．６ＴｒＬｌ１１、微分効率
３３％であること（前出のエレクトロニクス レターズ
参照）を考慮すると、本発明のレーザーガラスファイバ
ーのレーザー発振特性の優秀性は明らかである。0.6 for every 2 m of excitation input absorbed by the fiber core
m-stable single mode continuous oscillation was obtained. At this time, a low threshold and high efficiency operation with a laser oscillation threshold of 1 mW and a differential efficiency of 50% was obtained. These values were obtained using a laser glass fiber with a fiber length of 10 am.
Considering that the conventional quartz laser glass fiber has a fiber length of 3.2 mm, an oscillation threshold of 2.6TrLl11, and a differential efficiency of 33% (see Electronics Letters mentioned above), the laser oscillation of the laser glass fiber of the present invention is The excellence of its properties is obvious.
実施例２〜１８
表１に示した組成からなるコアガラス及びクラッドガラ
スを用い、実施例１と同様の方法で実施例２〜１８のフ
ァイバーを得た。Examples 2 to 18 Fibers of Examples 2 to 18 were obtained in the same manner as in Example 1 using core glass and clad glass having the compositions shown in Table 1.
得られた各ファイバーのファイバー径、コア径、コアガ
ラス屈折率、コアガラス誘導放出断面積、蛍光寿命等を
表１に示した。Table 1 shows the fiber diameter, core diameter, core glass refractive index, core glass stimulated emission cross section, fluorescence lifetime, etc. of each fiber obtained.
またレーザー発振特性に関しても、Ｎｄ２Ｏ３のドープ
吊、励起波長、出力側ミラーの透過率等の条件によって
も変わるが、ファイバー長０．３ＩｌｌＩＲ〜２５１Ｗ
１１で発振閾値２′ｒｒＬ−以下、微分効率３０％以上
という低閾値・高効率・安定な連続発振が同様に得られ
た。The laser oscillation characteristics also vary depending on conditions such as Nd2O3 doping, excitation wavelength, and transmittance of the output mirror, but fiber lengths range from 0.3IllIR to 251W.
In No. 11, low threshold, high efficiency, and stable continuous oscillation with an oscillation threshold of 2'rrL- or less and a differential efficiency of 30% or more were similarly obtained.
［発明の効果］
本発明のレーザーガラスファイバーは、従来の石英レー
ザーガラスファイバーに比べ、ファイバー長でも優れた
レーザーガラス発成特性を示し、その結果、コンパクト
で高性能なレーザー発振器を得ることが可能となり、フ
ァイバーシステムの光源等の応用が期待できる。又、本
発明によるレーザーガラスファイバーは優れた増幅特性
を有するので光増幅装置としても使用することが期待さ
れる。[Effects of the Invention] The laser glass fiber of the present invention exhibits superior laser glass generation characteristics even in fiber length compared to conventional quartz laser glass fibers, and as a result, it is possible to obtain a compact and high-performance laser oscillator. Therefore, applications such as light sources for fiber systems can be expected. Further, since the laser glass fiber according to the present invention has excellent amplification characteristics, it is expected to be used as an optical amplification device.
また本発明はクラッドガラスとして、コアガラスと熱的
性質が近似する燐酸塩ガラスを用いることにより、燐酸
塩レーザーガラスのファイバー化が可能となり、光学的
品質が良好で長尺な燐酸塩レーザーガラスファイバーを
量産することができるという技術的効果も有する。Furthermore, by using phosphate glass, which has thermal properties similar to those of the core glass, as the cladding glass, it is possible to make phosphate laser glass into a fiber, and the phosphate laser glass fiber can be made into a long phosphate laser glass fiber with good optical quality. It also has the technical effect of being able to mass-produce.
第１図は本発明の実施例のレーザーガラス単一モードフ
ァイバーの断面構造と屈折率分布を示す説明図、
第２図は本発明の実施例のレーザーガラス単一モードフ
ァイバーを用いたレーザー発振器装置の概略図である。
１・・・コア
２・・・クラッド
３・・・レーザーガラスファイバー
４・・・二色性装置
５・・・リアミラー
６・・・フロントミラー
７・・・光学系
８・・・励起源
９・・・レーザー共振鼎FIG. 1 is an explanatory diagram showing the cross-sectional structure and refractive index distribution of a laser glass single mode fiber according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a laser oscillator device using a laser glass single mode fiber according to an embodiment of the present invention. FIG. 1... Core 2... Clad 3... Laser glass fiber 4... Dichroic device 5... Rear mirror 6... Front mirror 7... Optical system 8... Excitation source 9.・Laser resonance ding
Claims (1)
Ｏ＿３４〜２０％、Ｒ″Ｏ（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、
ＰｂＯ、ＳｒＯ及びＺｎＯの１種又は２種以上を指す。 以下同じ）０〜３５％、Ｒ′＿２Ｏ（Ｌｉ＿２Ｏ、Ｎａ
＿２Ｏ及びＫ＿２Ｏの１種又は２種以上を指す。以下同
じ）０〜３０％、Ｒ″Ｏ＋Ｒ′＿２Ｏ４〜４５％、Ｎｄ
＿２Ｏ＿３０．１〜６％を含有する燐酸塩レーザーガラ
スをコアガラスとし、このコアガラスより屈折率が低く
、モル表示でＰ＿２Ｏ＿５４５〜７０％、Ａｌ＿２Ｏ＿
３４〜２０％、Ｒ″Ｏ０〜３５％、Ｒ′＿２Ｏ０〜３０
％、Ｒ″Ｏ＋Ｒ″＿２Ｏ４〜４５％を含有する燐酸塩ガ
ラスで、前記のコアガラスを被覆したファイバーであつ
て、レーザー発振波長１．０５４μｍにおいて単一モー
ドファイバーであることを特徴とするレーザーガラスフ
ァイバー。(1) P_2O_545-70%, Al_2 in molar terms
O_34~20%, R″O (MgO, CaO, BaO,
Refers to one or more of PbO, SrO, and ZnO. (same below) 0-35%, R'_2O (Li_2O, Na
Refers to one or more of _2O and K_2O. Same hereafter) 0~30%, R″O+R′_2O4~45%, Nd
The core glass is a phosphate laser glass containing _2O_30.1-6%, which has a lower refractive index than this core glass, P_2O_545-70% in molar terms, Al_2O_
34-20%, R″O0-35%, R′_2O0-30
%, R″O+R″_2O4 to 45%, the fiber is coated with the core glass, and is a single mode fiber at a laser oscillation wavelength of 1.054 μm. Fiber.
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