TWI248243B - Cladding-pumped quasi 3-level fiber laser/amplifier - Google Patents

Description

1248243 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 =明一般係關於主動性摻雜斜光纖之帶内直接相匹 用祕减雜為高鱗絲私如及雷射以庫 射機ϋ以及醫藥技術以及通訊範圍，以及特別地‘ 射以及朴階雙包層先敝大器以 ίΐίϊϋΓ 鄕鮮細，紐棘觸中對 【先前技彳标】 在雷射或放大器中之增益介質由具有不㈤能階之及+ 或離子所構成。遷移為—過程，其中量子 固 變至另外-個能階。該能階亦稱為二 分子巾電子之親職電子__。在該遷移 =’發射出或吸收能量以及其通常採用形式為光子戋 ΪΓ粒，順釋出。光子單獨遷移稱為細畐射 光子及聲子合併情況為非輻射性。非輻射性遷移 ^糸統由-能階變化至另外一能階_子或離子產生 =不會吸收或發射輻射線。主要能量供應或釋出係 ，動，在_、物質中例如為熱量形式之输，或藉 原子或電子之移動。 f光钱運為—過程，在—組能階中原子數目或原子系 =由吸收難膽質上絲猶變。該絲泵運過程將 挺幵原子至特定較高能階以及在特定中間階之間產生粒 逆轉。粒子逆轉為較多原子在兩個較高能階而多於低階之 情況，因而受激發射佔主導情況而優於受激吸收。 即通常雷射放大器包含振盪器，放大器，以及透鏡。放大 器具有增齡f线魏，其冑何職可為微，平板 他形狀。紐腔激勵增益介f，因喊生光子。光子加^ 通過增益介質之同調能量光束。 第5 頁 1248243 主動性，增益或發生雷射介質為雷射材料，其會發射同 調輻射線，其係祕受激電子或分子鄭錄低能階所致 。在已知的波長下受激發射而非吸收光線在主動雷射介 質中提供增益。介質必需具有粒子逆轉之條件，至少一種 量子遷移，其所在能階為粒子較密集而大於低階情況。 激勵位能係指提咼原子能階所需要之能量大小，其為 原子輻射出能量所需要的。高_位能為遷移高階^能量 ，一其係才曰曰將產生已知頻譜線。低淺織位能為以電子伏特表 不之能夏，為細原子至-能階所需要之能量，該過程 子會吸收特定波長之光線。 ’、 泵^員帶為群組能p皆，當泵運輻射線施加於雷射介質 時，在基態之離子會初始地激發至該群組能階。栗運頻帶 通常位於較高能量，高於其將反轉之能階。當增益介質利 用光子之光能泵運時，增益介質原子之電子由基態激發至 5激能，態。該差值稱為泵運波長。絲與較高雷射狀 悲間之月b里差值稱為遷移波長。激發能階狀態與較 狀態間之，量差值稱為量子差值。當電子由受激能階狀熊 遷矛多至較南之雷射狀態時，發射出以聲子i 導致在增益介質巾產生縫。產生熱餘限制雷射 、，、，當增益介質在短於遷移波長之波長下以光子泵 增益介質之電子被激發至較高能階狀態。因而，量子香 產生於較南能階狀態與較高雷射狀態之間。 心 階狀態至上層細大態之釋出並*會產生受激發 由較高能階縣至上輕概離H料麟量產生Γϋ 階間隙越大，則產生熱量越大。 …、生此 雷盘#|養查3二遭或4遣 階雷射為雷射具有材料例如_紅寳石，其具有 3旦 狀悲之賴：鶴⑴其巾杨讀 第6 頁 1248243 料中離子至旯廣頻f之此階(2)離子瞬間地由該能階遷移 至較低密集佔據之能階(3)輻射線發射(螢光)表示瞬時返 回，基態:在3-階系統中螢光較低能階為基態能階，即具 有最低此里之能階，然而在4-階系統中較低能階位於基熊 能階之上。 〜 、4-階雷射能夠為固態雷射，其包過渡金屬，稀土族金屬 ^ ，其埋嵌於晶體或玻 璃材料，通常為石榴石。激勵以及轉移至不同能階類似於 3-階雷射之情況。不過，存在第四階，為未被佔滿高於基態 之旎卩皆，其中在瞬間衰變返回到基態能階前停止產生雷射 光線。 3-階系統通常並不如4-噴塵贫查效。為了產生雷射作 騎必需t粒子逆轉，必需泵子「離子或分子顆粒由一 個或^個能階至較高之能階。由於顯著地較多數目粒子位 於基悲能階而多於位於較高能階之粒子數目，在3-階系統 中達到所需/要能量粒子逆轉通常為相當困難。另外一個方 面，在階系統中使用作為雷射遷移之較低雷射能階遠高 $基態能階以及因而能夠幾乎完全地未有粒子，甚至於在 室溫下。換言之，在特定溫度下產生粒子逆轉之能量門檻 值或雜位能為較低而低於3—階系統，其導致較高雷射遷 巧之可，性。瞬時遷移機率為在一狀態之原子在已知時間 遷移雖慨離態之機率。由於該較高瞬 a^i移機％ 雷射遷料統為更有⑽及更廣泛地使 用來^生雷射輻射而高於3 一階遷移系統。 八 ^準—3階’’雷射遷移系統亦為人所熟知。準-3階系統為 f射遷移之較低能階狀態接近於基態，但是為熱學遷移狀 f三ΐ低，熱學遷移狀態通常為基態簽。在該方面，能量狀 由^雜劑界定於固態雷射材料中，θ而晶體或玻璃 傾主在該每一種類中決定能階數目及位置拌演重要角色。 第7 頁 1248243 另外一種準3-階泵運為共振泵運，其包含共振吸收以及共 射。共振吸收為由粒子以無固定方向再發射所吸收之 月^1，其具有與入射能量相同之波長，因為在材料内能階遷 移。同樣地，共振輻射線為原子或分子發射出輻射線，其具 有頻率與入射顆粒即光子頻率相同。其通常包含遷移至原 子或分子最低^能階。 兩雖f準3-p皆在室溫下已加以觀測，通常在所有先前裝 ^需要减量之下限伽提供所綠德子逆轉。此將顯 者地減小效率。 、 .回功罕1· 5微米輻射線特別地有益於光學通訊中，武^ H以謂療系統。該波長為對眼睛為安全的以及與石夕石°° 严重疊，該光纖有用於一些應用，其需要對眼 魏规。當構造為放大 自τ光學傳送系統例如共同天線電視(catv 目主安入夕二θΐ光學(fs〇)通訊，其需要高輸出功率。對眼 雜域的高裤光纖訪亦為-些顧所需要 的，其包έ FSO通訊以及大氣感測。 或多 ίί :. 65f_，即-種 在摻雜稀土族元素雙; 共同摻雜，例域_雜Er:Yb之^。 纖為摻雜稀土族元素例如恥奶 ^ 矢兀素 吸收而頻譜區财生高 能夠放大光線。輸出在寬廣頻稀帶勿幾使得其 夠為寬頻的。__射二極體31周整的以及能 射為低的低限值功運，因為光纖雷 人們了解共嘛娜、轉而低於依靠 1248243 2子作為吸收泵運輻射線及激發 ，功率之最高效率為級 程離為子相當低的效率所致，該姻吏用來-產 知L 5微米頻帶輕射線光源為半導體二極體雷 铷所r alf雷射例如為⑪YAG雷射。固態雷射為使用細 物體，陶瓷或玻璃)作為主動介質之雷射，其含推雜劑 以曰供產生雷射所f要之能階狀態。栗運機制為由強大光 源例如閃光燈泡發出光線。藍寶石，石權石，以及趾·雷 射為固態雷射之範例。雖然半導體二極體具有小尺寸之優 點，其光束品質在許多應用中並不是令人滿意的以及目前 可由市場取得之二極體並不财充份神卩及 而小於閃光燈泡。 【發明内容】 光學主動性光纖使用作為製造光纖雷射或放大器以作 為光f泵運，其藉由1· 5微米頻帶之寬廣區域雷射二極體操 作。该雙包層結構之主動光纖具有摻雜可光學激發斜離子 之〜為，其具有準-3階遷移。心蕊具有心蕊折射率以及心 蕊斷面積。内側包層圍繞著心蕊。内侧心蕊具有内侧包層 折射率而小於心蕊折射率，内侧包層斷面面積比心蕊斷面 面積大2及25倍，以及長寬比為大於ι·5:1。外侧包層圍繞 著内側包層以及外側包層折射率小於内侧包層之折射率。 【實施方式】 光纖為通訊有用的傳輸介質，此由於其高運載量及不 會有電子噪訊所致。石夕石光纖為相當昂貴，以及當製造為 單一傳送模光纖能夠傳送1550nm頻帶之訊號好幾公里而 不需要放大或再生。不過，在許多光纖網路中仍然存在光 學放大之需求，其由於大的傳送距離或光學訊號分配至許 多路徑内。摻雜铒光纖放大器(EDFA)已發現對提供所需 1248243 Μ ° ^ «til =雜=放大器在咖咖波長116 1550通波長126之光學訊號，如圖1所示。 有 隹人階®。雌示能階 ί3ίΐΐ，其以參考數字11表示，以及上 層缉射狀態111/2，以茶考數字13表示。雖然在換 射中存在許多所界定能量蔟，該基態蔡u以及^鄰較高田食t P，12界定於兩個有益波長頻帶之間作為雷射輕:及適： 的吸收頻譜。吸收頻譜亦稱為吸田 心族W H‘％能(表*為能1 ) ΐ為準-基態(並未顯示出）。大部份Er離子在 =:、=高fi蔟12麵於基態蔟，相同的能階形i 兩、、且接近的群組如圖所示，第一聲组 群組甘能階為另-組。該兩組之較低-組為在基態簽中& ，、用早开》式接雜劑將會發生 。在蔟12中能階相對於蔟n中 約為婁跡已發現在室溫下摻細 1· 54被米之主要吸收頻帶。該頻帶包含兩個吸收尖學位於 1. 528±0· 001 微米及 h 533士〇· _ 微 ^、 輸出能量針槪少-健辨處。㈣運7^'之 一圖la之傳統純3-p綠運供應較高能階(較短波長)之光 子巧遷毅長。傳統二㈣聚齡f㈣於較高雷 射狀狀鋪，其高雜低之#雜態。較高雷射狀態或 第10 頁 1248243 車父南激勵能量為4Ιιι，2能階狀態13。較低雷射狀態為 $階狀態。較高受激能階狀態13與較低雷射狀態12 之能 严差值導致產生熱量13〇,此由於電子非輻射性地下 此 較低雷射狀態能階12。產生熱量13〇導致熱量施加 於增益介質。 荼^® lb，本發明以一波長之光子泵運增益介質，其將 ¥致增进介質原子直接地激發至較低雷射狀態12。由於光 並不會激發增齡鼓齡纽鎌祕，熱輻射 字y增应介質電子並不會由較高基態能階狀態13下降 至較低雷射整體，蝴紐或傳統二極縣運 财狀絲縣喊少紐加於4介 ^帶^ Ιβ^ϊ^，t#紐玻翻雜h 5微米波 ίϊίϋϊ運：?，在基態群組11中㈣子受激至較高 低月。在一般3—階遷移系統中粒子逆轉_由將 11之第―能階泵運至較高雷射狀態^之較 ίϊ 撕之h 5微转喊縣合本發明之 基態11之笫_芬在基恶之弟一能階，總數之26%為 再“号、軍:=四能階。除此’祕能階簇暢子能量 所細_心麟減少泵運下 於底下所雷射伽所必需，其主要原因在 26間圖It出，果運^長16與雷射發射波長範圍 如圖3所示致录運高效率地轉換為輸出光線， 15^ 兩個波長16及26物直與泵==== 1248243 運 的有⑽絲雷射構造 以t老H 質波導雷射或放大器顯示於圖2中 參以===:—同的 錢包層賴巾符合本發 包層光纖位 騎當減校反射性&供雷射 具有反射鏡60及62。 R的雙包層光纖30而不 寬廣面積之半導體雷射 72作為泵運波細3。⑽之泵▲ 之能使用二極體棒或堆疊形式之EUStr 光纖至彻 ，或雷射結構。雷射材料或光學二=二:出3 =學主動性離子或_，之心= 12 #_^細 1 較低 同^幸雜Er雙包層光纖發射—酬⑽ Ξ 而嶋 nm^^f ^ 1550-1620 第12 頁 1248243 旦雷射效率定義為輸出功率與輸入功率之比值。其決定 ^量子效率（由每一吸收泵運光子產生之雷射光子數目）， ，子差值(系運光子與雷射光子間之能量差值)以及泵運效 - 率，包含雷射材料之泵運吸收效率以及泵運光源之電—光效 ， $ ^我們^設本發明量子效率為1，其由於在上層簇中雷射 月b階長的壽命所致。本發明一項顯著之特性為小的量子差 ' 值L其胃能夠使量子能量效率為90%。雷射量子效率為雷射量 · 子能量與泵運光子能量之比值，其由Aq/;u決定出，其中 ~ λρ為泵運波長以及；^為雷射波長。該99%量子能量效率 為特別高。該小的量子差值以及拌隨產生相當少熱量將促魯 使功率達到數瓦大小。 恭有效泵運光源為InGaAsP/InP或AlGalnAs/InP二極體 ，射，其通常具有量子效率為3〇—45%瓦每安培，以及電一光 ^轉變效率為25-概。作域例，藉够模inGaAsP二極體 泵運，泵運功率吸收效率將超過90%。因而能夠達到理論上 _光學轉換效率以及整體轉換效率為22—。 、不過見廣面積雷射二極體具有寬度為50-200微米，其 =當程度地大於相關之單模操作。例如寬廣面積雷射二極 體之長^寬度為120微米以產生多模光學輸出，其能夠使用 於非常高功率之操作，其決定於其他晶⑽及光纖她配 ^件。其較大尺寸能夠使其產生較高光學功率，同時仍然 操作於相當低功率密度下。不過，利用基本(零階)橫向模 - 達成穩定操作為非常困難，該模使用於泵運單模光纖或放 · 大器。 由I廣面積二極體發出之多橫向模光線經由使用示意 性地顯示於圖2中之同轴波導_所謂雙包層結構有效地择合 至摻雜Er玻璃雷射材料。雙包層結構，以及優先為拉伸内口 · 側包層32,其小於標準形式2之雙包層光纖，其能夠使多模 - 泵運光線有效地_合至單模輸出光線。 第 13 頁 1248243 了實現雷射振盪，在摻雜铒光纖3〇中需要光學反饋 :當系統中嗔音相當高時，反饋藉由在光纖端部處空氣—玻 f面之Fresnel反射達成。提供反饋亦能夠在光纖端部 處使用反射㈣或62例如為介反射鏡或經由製造

Bragg光柵於光纖心蕊34内或整個内側包層犯作為多模光 ^達成。本發明揭示出有效地耦合多模輸入摻雜餌雙包 a光纖雷射，其藉由高功率1535nm寬廣面積雷射進行帶内 果運。 浐嫌回合通過光學放大器晚甚至於不使用反 饋，V内泵運#雜Er之雙包層光纖3〇為有用的。夢 騎72麟，槪綠絲財解以3及能夠 值。當構造為單回合放大器時，本發明將 k供有效鬲功率放大器作為例如CATy應用。 轉為安錢譜之高功轉贿域雷射以及 在本發明中揭示出。雖然使用高功率1535nm寬廣區 3雙包層摻雜斜光纖30,能夠達成有效地製造出 全電磁波頻譜之，瓦功轉橫向模光線。帶内 k。彳較大功率穩定性，此由於降低熱量損耗所 ισ構旱有低量子缺值之優點及相當高之功率轉換效 要之ΐίϋ微米帶内栗運，需要強力泵運光源以提供所需 。單條絲細二減雷娜持為最有效 使特ίϋΐίίί光源。目辭.魏技術之進步已促 条紋域面積雷射二極體在短波長下功率高達16 為==00，米，緩慢轴數值孔徑小於〇.1以及輸出功率 ;光扭㈣0™裝置目前已通過通訊應用品質測試，但是市場 光學A 之h 5微米鱗裝置。具魏當的耦合 ri ^極體光束能夠聚焦為小至30x5微米之 ^ F、ϋ之數值孔控為小於〇· 35。在該點中光學功率 第14 頁 1248243 ，其相^高足以在準_3階雷射系統中達到 7、、為可彻於南功率5微米頻帶。 雷射二Ξ包iff气光纖結構3〇最佳化至寬廣面積之 圍肉Rif 72,匕層與心：面積之比值建議在2:1至8:1範 說明，。為低限值應該儘可能地降低以有效泵運，如底下所 包層ίί 種対為包含 先線主要部+分轉變為單模輸出。 逹 财，紐贿建立> irf率早松光纖果運雷射。不過，包層泵運技術已實際 測疋，對泵運純3-階光纖雷射為無效率的。 ’、 勹雙包層放大器及雷射大部份限制於4一階系統。雙 ^層光纖雷射對4-階雷射提供較佳性能(其中雷射發生於 之細優於3—階練其憎射遷移為激 在完成及較高增益4-階遷移情況，含摻雜劑之心芯 不被泵運時在雷射訊號波長下仍然為透_。因而，雷射 ^低限值主要決定於摻雜心、蕊以及雙包層光纖結^之内 ?層之尺寸，以及在絨吸收長肋雙包層光纖中背景損 失。 、 如人們所知，雙包層光纖能夠與二極體條及其他類似 ^性結_胃合。不過，此财藉从大地齡泵運 重疊於相對靖^疊樣雜分彳“達成，目為#雜需要局 或接近訊號心蕊以在訊號波長下得到心蕊模之充份光 學增益。通常對於傳統雙包層光纖雷射，心蕊為均句地推 雜及泵運波‘及訊^虎心滅間之包層與心蕊面積比值(〔匸尺） 約為 100:1。 、 第 15 頁 1248243 競爭性4-階遷移之較高增益導致大量放大瞬間發射（ ASE)，其使粒子逆轉飽和。甚至於以微弱栗運，在4階遷移 - 之ASE將使放大器飽和以及耗空或防止粒子逆轉之增長，其 _ 13階遷移所需要。實際上，甚至於無光學腔下，在較長4-階波長下只由向後散射之雷射為可能的。因而高泵運吸收 ' f 4 P皆遷移或更長情況下將有益於增益，甚至於特別設計界 - 定共振腔之雷射反射鏡以作為3—階遷移。 - 因而在準3-階或3-階包層泵運光纖雷射中，泵運功率 空間分佈與摻雜區域重疊導致競爭性4-階雷射遷移之較高 泰 增盈，其需要相當低粒子逆轉值(<5%)。因而需要抑制這些 跳爭性遷移之增盈在所需要粒子逆轉值下達成所需要3一階 或準3-階振盪。 因為對於固定泵運功率製造相當長之光纖相當於降低 平均逆轉值，光纖長度能夠刻意地製造出為相當短以避免 在準4-階下產生雷射，但是在3—階遷移下優先產生雷射。 不過，短光纖為無效率的。 依據本發明所揭示，在1· 5微米頻帶中Er準3-階遷移之 特定情況中，利用優先石夕酸鹽宿主玻璃例如録石夕酸鹽，Er雙 包層光纖雷射之所需要包層與心蕊比值(A“)為 · 小於8。 能夠耦合至雙包層光纖内層之泵運光線量決定於包層 _ 尺寸以及Μ 〇如人們所知，光纖之etendue(數值孔徑乘以 孔徑尺寸或點大小)應該等於或大於泵運光源之etendue以 ’ 有效耦合。在兩個軸中數值孔徑及點大小為不同，使得在 . X及y方向之etendue必需加以保持或超過。 · 通苇需要向數值孑匕徑NAclad，其與第一及第二包層間 之折射率差值相關。在人們所知設計中，第一包層由玻璃 製造出以及第二層由相當低折射率之塑膠(氟化聚合物)製 - 造出以提高數值孔徑NAdad。該塑膠在許多應用中不具有 1248243 $需要之熱穩定性，其會由第一層脫離，以及易受到水氣損 f。除此，已知大包層之雙包層觀念對利用3一階遷移並非 有效的。 已头 甚至於傳統包層泵運高功率3—階光纖雷射之無效率為 啲，人們並不了解使用特別設計細彳將克服該無效率。 人通常，雙包層結構能夠使用作為光纖雷射或放大器包 包層。第嶋)多模包層32作為多模泵運心蕊。 f 2層或包層32相鄰於單模心蕊34,以及第二包層36圍 一包層32。第一多模包層或内側包層32作為輸入泵 ^先、泉之具有高數值孔徑d)的波導。第一多模包層 面(I為内側包層之較長尺寸44如圖4及圖2所示 口 具有所需要微例如與泵運絲近獅狀相 匹酉己0=為在緩慢軸巾發射寬廣面積雷射之尺寸，如圖 傘ΐΐίίΐ他方式或形狀，其提高泵運光束之耦合效 大万二包層間之數值孔徑(I)必需為相當 ίίίΐΧ?Γ二極體之輸出。所達成亮度之提高實 -積與心蕊面積之包層心蕊比值(⑽， 要長的裝置長度，因為泵運輻射線吸收與 A比值(CCR)成反比。通常泵運包 二1£轉值越H谈藉由已知泵運功率。因 而泵運吸收與粒子逆轉為相關的。 包戶作為高的包層與心蕊比值(CCR)雙 至^利用二蕊中之摻雜劑因而產生問題。甚 高逆轉值，其為雷出』率;其非常難以達成 比較3—二遷高逆轉值以==^^ 乂，’"遷移需要較低但是顯著錄子逆轉值，極微小 第17 頁 1248243 逆轉將產生增益。在3-階系統中，雷射發生於由受激能階 至基態或分離不超過數kT之能階狀態(即，在操作溫度下熱 學地此合）。因而，未泵運之摻雜心蕊在雷射波長下強烈地 吸收，以及雷射功率低限值會變為一項問題，因為不足^粒 子逆轉。 茶考圖2,雙包層結構化主動光纖3〇之心蕊具有摻雜之 中央部份，其摻雜光學可激發離子9〇,其具有需要高逆轉值 ’準3-階遷移。心蕊34具有心蕊折辨(rw)以及心蕊 斷面積。斷面面積能夠由心蕊尺寸42計算出。圍繞著心蕊 34,内側包層32之折射率(ninterclad)小於心蕊折射率，内 側g層斷面面積為心蕊斷面面積2至25倍(2<ccr<25)，以及 長寬比大於1· 5:1。該雙包層主動光纖3〇之優先設計及尺 寸會達成強烈泵運吸收，大於6dB，同時抑制長波長ASE。内 側包層斷面積能夠由内侧包層尺寸計算出，其包含較長之 尺寸44,如本發明所揭示以及顯示於圖4中。 參考圖2,外侧包層36圍繞著内側包層32以及外側包層 折射率小於内侧包層折射率。 一作為使用使用雙包層摻雜铒光纖3〇之範例，雷射結構顯 示於圖2中。在主動光纖30泵運端部處放置1〇〇%訊號反射 以及泵運為透明之反射鏡60。在輸出端部處利用選擇性輸 出反射鏡62提供4%訊號反射。能夠求出優先包層與心蕊面 積比f或以1^之重疊比值，對於稀土族摻雜劑Er使用於 1· 5微米頻帶之Er光纖雷射發現最大比值為7. 6。 通常，圖2主動光纖30能夠使用作為放大器或光纖雷射 本备明，示出摻雜Er雙包層結構之最大可允許内侧包層 面積。通常，已知泵運吸收斷面（CTap)，次穩定階壽命（r ) 以及所需要平均逆轉值(化)，以及由任何型式之雷射二極 體發出可利用泵運功率使得假設特定功率吸收，輸入以及 輸出（未吸收)泵運功率值能夠分別地估計為pin及p〇ut，對 124*8243 於任何稀土族以及宿主材料系統所揭示能夠使用下列公式 求出最大可允許斷面包層面積：

Aciad^ σ印 r (1 - n2)(pin-p⑴t)/hvn2ln(Pin/Part) (1) 其中hv為泵運光子能量。 儘管離子及社材料間之差異，公式⑴可廣泛應用， 以及特別良好地適合於操作低於飽和之放大器。因而一般 * 並非包層與心凝比值(CCR)而是内側包層絕對尺寸為有效 ， 率雷射或放大益操作之最重要關鍵因素。因而心蕊34能夠 為任何放置於圖2内側包層内側之尺寸。 ,不過，優先地心蕊尺寸及數值孔徑與標準單模光纖2〇 _ 類似，其將使雷射或放大器輕合至輸出光纖2〇變為容易或 搞合至放大器之輸入及輸出變為容易。一般單模心蕊半徑 為3至4微米。 一在计异雙包層光纖放大器内侧包層優先尺寸中，主要 共同摻雜非主動性摻雜劑Ge及A1(形式π)矽石玻璃之内側 包層斷面面積Αμ=780平方微米。此係指内側包層斷面 面積大於780平方微米，無法達到平均逆轉值為〇· 6，除非使 用更強大功率之泵運雷射(可利用功率大於2W)。實際上， 被動損耗將限制内侧包層可利用之尺寸為相當低之數值， 大約為5GG平方微米或更小。 ’ ^如在雷射二極體中可利用功率加倍例如4W泵運二極 、:，建議數值亦加倍使得内側包層面積為小於2_平方微 米以及優先地小於15〇〇平方微米。 、 =用本發明所揭示小波導尺寸以及全部玻璃設計，優 地選擇端部栗運。本發明額外地揭示出對準3—階裝置例 · t雷射ί放大11重要的部份為_形成於内侧包層巾之泵 恭功率，度大小。依據本發明所揭示為了發現内侧包層所 而要之最大蹄，使職射辨低限酬公搞較錢的。 對於任何3-Ρ皆裝置，在雷射中低限值泵運功率Ρ&必需 第19 頁 !24*8243 j於飽和轉Psat。齡之麵雷射必❹綠其部份長度 破，色(即其中大約-半發出雷射原子被激發至受激狀態） 。Psat為飽和功率，如下列公式所示： P^t=hv/(aapT) Aclad (2) 因而，内侧包層面積(Aclad)較小，飽和功率!^為較 小，因為該兩項直接地與公式⑵相關。可看出飽和功率越 t逆轉值越大，IU為該項目為反比地侧，咖能夠達成 較南粒子逆轉以製造準3-階雷射工作。 低限值功率Π與包層面積^)以及雷射長度成比 下列公式料出，其巾可看出當 光纖雷射獅&時，低雖功料缺飽和裤大約/ 1 343 倍：

Pth=Psat( αΡ/4. 343)=hvAdad/( σβρτ) · (αΡ/4. 343) (3) 其中aa為泵運吸收斷面，7為螢光或次穩定能階壽命，“ 為内側包層斷面面積，以及αρ為以册泵運吸收。因而由公 式(3)，發生雷射之功率低限值主要決定於内侧包層之尺寸 以及泵運吸附長度内主動光纖中背景損失。 哪不過，内侧包層最小面積之實際尺寸將受限於材料之 遥擇(NAclad以及折射率對比或折射率差值)以及泵運聚焦 光學組件之品質。包層長寬比為2或更高，小於2之包層與 心蕊面積比值CCR為不可能的，除非心蕊亦為姻形。除此 ，利用像統光學元件，非常難以將聚焦1〇〇微米或更寬廣面 積之雷射成，尺寸小於2〇微米之光點，以及製造單模心蕊 大於10微米為並不實際，因為所需要折射率對比或折射率 差值為太低。此再次地表示最小CCR為2。 抑在具有小的包層與心蕊面積比值(CCR)之雙包層放大 器中，訊號包層模與摻雜心蕊重疊充份程度而在較高階模 (MO產生增盈。任何波導模具有特定光場之特定分佈。 波導模儘可能地只放大與摻雜區域重疊之模(我們假設只 第20 頁 1248243 蕊被摻雜，雖然部份包層亦可能捧雜）。大部份基本心 ^模之模％在<& 34 Θ，以及該模g職_纟放大，假如達成 ^需要逆轉值。不過，因為内侧包層相當大尺寸，其能夠支 f許多不同的模。一些離子將永遠地瞬時地遷移，對每一 模，〜成及包層給予相等數量光子。假如包層尺寸與心蕊 相^至少一些較高階内侧包層訊號模與其場充份重疊，使 心蕊中離子被放大。重疊將使雷射或放大器效率降低，因 為累積於較南階包層模中光能(ASE)將不钱合至單模輸 出光纖。 该放大器-項解決方式為完美地將單模光纖2〇界面處 輸^^輸it{與絲性先纖30之雙包層細^蕊倾相匹配 ，使知非苇少光線投射進入放大器之包層模。否則投射任 何光線至放大器之包層模將降低其效率，因為一些果運功 率由於包層模放大而被浪費以及不會轉變為有用的輸出。 為了將輸入光纖與雙包層光纖之心蕊模作模相匹配，當光 纖被拼接時，應該確保模場直徑與輸入光纖及雙包層心蕊 相同。甚至於實際折射率差值以及心蕊直徑可為不同的， 其需要MFD相匹配以及對準心蕊。 ’ 本發明揭示出另外一項解決方法，雷射使用模選擇性 反饋以確保只有基模之雷射操作。為了提供模選擇性反饋 ，出單模光纖與雙包層心蕊模及選擇性訊號反射器52為 模相匹配，該反射器為Bragg光栅或另外一種反射器，立提 供於輸出光纖中以確保只有心蕊模較為強烈之光學反^。 ，如内部損耗相當小，則雷射效率對外部反射為相當不靈 敏。因而，4%至15%外部反射將不會顯著地降低效率。不過 ，一旦反射器52放置於單模輸出光纖2〇中以及光纖為模相 匹配，雙包層光纖雷射30之心蕊模，只有一個心蕊模將接收 反饋，以及包層模將不會接收到。因而，反射器、52反射訊號 光線產生模獅之功能。反繼52存在錢模相匹配將 第21 頁 1248243 確保包層模不會產生雷射。

可加以變化，輪出反射鏡62優先地為適當薄膜堆疊形 式將消除Bragg反射器、52以及額外贼運反射器、％之需求 。由於本备明揭示出高粒子逆轉值應保持於準3-階雷射或 放If之整個長度，顯著數量泵運功率將通過以及由另外 一端離開。因而，為了使雷射/放大器效率達到最九優先 地使用頭外的/模果運反射m以反射殘餘功率回到裝置 内如圖2所不。平的反射鏡放置於離光纖端部不遠處作為 泵^反射1，假如反射II設雜反射聰紐錄及5%_15 LfL號波長，该反射器能夠提供一些訊號之模選擇反饋。 -上況中，作為泵運反射器56之平的輸出反射鏡 =夠早λ地齡11反射敝餅劈斷她权光纖端部 处，其對λ號為透明的以及對泵運為高度反射性的。 在使用主動光纖3〇作為放大器之情況，甚至於非常小 量之訊號反財赴不想要之乡路徑干涉效應。假如内包 層32為光敏性，貝ij放大器16有益的解決方式為劃記多模調 變光纖Bragg光柵(FBG)56於主動光纖3〇未泵運端部處i 設計來反射大㈣模。 獅H、

^通常在泵運光線與摻雜光纖心蕊間之重疊最大化為有 皿的# □而品要製造心為為車交大以及内側包層為較小:較 大心蕊改善泵運吸收以及較小内側包層有助於利用較少泵 運功率產生餘德子·。不過，已力峨糊以及可看 到^其^因素限制最佳心蕊大小為相對應於接近兩個模之 心蕊。實際上，包層與心蕊面積比(CCR)需要大於5至6、 知目前材料選擇A及輕合光學組件之能力，存在一項限制 為在栗運搞合效率開始減損前包層大小將減小。對於已知 最小包層尺寸，只有降低包層與心蕊面積比(⑽低於 之方式可製造出較大之心蕊。 -王〇 不過，心蕊與_包層晴神紐無法製造出為太 第22 頁 1248243 小，或光场將無法單純地局限於心蕊中，以及心蕊波 生太大之彎曲損耗。因而對於已知的折射率差值彳处 多’口、增加圖2及圖4之心蕊直徑：為較 大UIV、上k同達ίο微米)，除非製造出心蕊為梯度折射 。已知對於已知的數據，假如心蕊為梯度折射率，些微 大之心蕊健絲為單模的。假如謂包層轉 ▲ ，皮動損耗，在較短光纖紐中，較大尺寸之梯度；射；心 蕊能夠吸收相同數量之泵運功率，並提高裝置之效率 由例如對心蕊内包層練件敎或錄高溫度下 7 劍產生顯著之擴散能彡鍵成cH折射率之梯度化。者 心蕊彬容融以及包層被軟化，擴散過程相當快 ; 折射率能夠在其中形成。 〈，崎梯度 梯度折射率最終形絲到達外她層心蕊折 地降低。，而在心蕊與内他層間並無界限之邊界，其合又 併為一。该波導之零階或基模限制於非常小組①之非 中央處，以及較高階模更加均句地填充於 其中規=1積 比而非玻璃層之面積比。 、 導許多因素影響雙包層先纖使用作為波 分佈決 田心說與其包層之線(梯度折射率)難以 單純地界定出。在高差值梯度波= 包層之雙包層光纖該獨特情況中，模 1/e2 最大值1/e)。換言之，當心蕊及内側包 ’該波導由連續性變化之組成份製造出 :、率由中央部份朝著波導邊緣逐漸地降低波導中 央部份摻雜光學主動性離子,其具有3—崎 第23 頁 1248243 區域，因兩具有摻雜區域之波導基模(零階)訊號間之重疊 部份優先地設計不超過所有與摻雜區域結合之波導的全 泵運模重疊部份7倍。 ' 貫際斷面面積比值(CCR)之直接類比為a/b比值，其中 :為全部合併傳播泵運模之斷面面積以及b為基本訊▲模之 斷面面積。該情況下所有模為心蕊及内包層梯度波導之模 不過，栗運將使用這些模全部以及訊號理想地只以零階 傳已知所需要比值3:1至5:1產生合理之相當高差值。 在單訊號模斷面面積内所有傳播合併泵運模之模斷面面積 比值為3:1至5:1特別有益於ΕΓ準g—階雷射。 鲁 §〜為及内側包層具有清楚的邊界時，對標準情況能 夠作類似的定義，因為再次地泵運使用許多包層模以及訊 號只使用心蕊模。不過，對於標準情況，該定義將產生幾乎 完全相同的數值作為實際斷面比值(CCR)。 選擇性地，保持etendue為一致的，雙包層光纖3〇之肌心 及點大小乘積必需等於或大於圖2雷射二極體72點尺寸與 值孔#(Mlaser)乘積。假如光學組件使用來去除放大 雷射發射面積之影像，相同的光學組件將自動地使光束更 加發散，或增加其NA。内側包層32(作為泵運波導雇， φ NAdad必需等於或大於入射光束之以收集全部之光線。 Μ —般定義係指光束對準波導中央以及仍然產生波導所需 . 要全^射處之最大發散角度。對於一般微米寬廣條紋 或更寬之雷射，平行於條紋(緩慢軸)發散角度相當於NA為 ^ 1。NA大於〇· 35之光纖對有效耗合泵運光線至3〇微米心 - 蕊為需要的。對於15微米心I需要να為〇· 7。這些NA值表 · =内侧包層與外側包層間之折射率對比或差值非常^ 以及 * 高於標準矽石光纖之情況。不過，其能夠利用多成份玻璃 達成二鈕石夕酸鹽及鑭鋁矽酸鹽光纖已製造出具有相對於石夕 石為高折射率。使用不同組成份心蕊及内側包層之綈石夕酸 第24 頁 1248243 鹽光纖亦製造出具有相對於石夕石為高折射率。幾乎任何多 成份例如主要為磷酸鹽，矽酸錯，及鍺酸鹽之光纖將產生高 折射率。不過，心蕊之化學及物理特性必需與内侧包層相 匹配，以及摻雜劑頻譜特性必需保持不變。 光學波導之NA亦與最小尺寸相關，因而與特定長寬比 之低限值功率相關。拉伸内側包層32能夠為各種形狀例如 為長方形而非橢圓形。由於長方形多模内側包層之長寬比 降低，發生雷射之低限值功率顯著地減小。對於大於兀

或1· 27長寬比之長方形，内侧包層發生雷射之低限值功率 為較小而小於圓形情況。例如，對於數值孔徑為〇· 6之波導 ，叙生雷射之低限值功率由33微米直徑光纖的圓形内側包 ^之900mW減小至長方形内侧包層之2〇〇mW，該長方形之長 見比為3(33微米χΐ 1微米）。這些尺寸與寬廣條紋二極體售 射72之影像尺寸一致。假如2—#二極_寬廣條紋果運3 源72之極限發生雷射之低限值功率減小將大有助益。

如人們所知，作為有效耦合泵運光線，雙包層光纖之内 側何形狀與泵運二極體幾何形狀相匹配。非常不幸 ，，見廣面積半導體雷射72之發射光線點為強烈地不對稱 其長寬比至少為1〇0:1。光束在快速軸方向(垂直於晶片平 面)通常為單模以及在緩慢軸方向(平行於晶體平面 ^。緩慢軸為最重要—項，録終地界定蚊運波料 ^纖雷射之可達成尺寸。本發明揭示出多種拉伸形狀苴 二ΐί，2之内側包層32,技術上最方便情況為;方 ίΐ Hi、式内侧包層，以及圖_形包層32。 ‘2又之ί)又?9々寸44應该至少大於二極體雷射孔徑寬度（ :10 2^ 虽體緩慢魏"與光纖ΝΑ比值 〇例如，假如具有〇· 1舰之微米帝 Λ °*3j 人、.100/3=40微米。為了保持包層斷面面積儘可能 第25 頁 1248243 ，小的，較短(快速轴）包層尺寸應該足夠大以容納單模心 為。所產生包層之長寬比為L 5:】或更高。内側包層為 圓形或其他拉伸職加上相當小的包層與心蕊面積比值 (CCR)藉由將泵運模相等地重疊於掺雜之心蕊將確保均勻 白泵運吸收。其他可能的拉伸形狀包含菱形内側包層，土 星狀内側包層，其具有㈣巾央橢卿延伸於心蕊圓形外 圍些微較大圓形之中央，對於已知的心蕊尺寸其將產生最 小可能之包層與心蕊面積比值。

茶考圖2,雙包層主動光纖30之優先設計及尺寸能夠產 生強烈的吸收，同時抑制長波長ASE以及能夠產生非常強烈 泵，密度以制準3-階操作，其概略地說明本發明所揭示 内容。準3-階或準3-階雙包層主動光纖或亮度轉變器3〇以 ，作為放大ϋ或雷射之輸波長為λρ之泵運訊號 照射。製，出内側包層32作為多模操作。優先地位於内側 包層中央單橫向模心蕊34由_她層32相當不同的組成 份玻璃f造出以提供適當折射率差值。心蕊34並不必需嚴 才。地為單模，在弟一模邊界處心蕊仍然可運作。作為說明 用途，心蕊34摻雜ΕΘ離子。雙包層活性光纖30亦包含外 側包層36,其優先地由折射率低於内侧包層32折射率之玻 璃戶斤構成，使彳于NAelad大於〇· 3 〇所有玻璃設計能夠產生這 些形式之折射率以及玻璃形式包含鋼鋁矽酸鹽玻璃，銻鍺 酸I硫化物，鉛鉍鎵酸鹽等。外包層優先材料亦為玻璃例 如鹼金屬硼鋁矽酸。 _並未嘗試精確地顯示出在圖4主動性光纖30斷面面積 表示圖中顯示出其相對直徑。不過，内側包層32面積優先 地小於心蕊34面積之25倍。 主動光纖30之非常長的長度與波長比較為較不重要， 其將使任何高階模在其長度内適當地衰減。實際上，該長 度由摻雜於心蕊中稀土族元素含量以及所需要泵運吸收效 第26 頁 1248243 率決定出。在一些情況下1公分長度即為適當的。 並不使用分離之糕元件70,寬廣敏驗72之光學 特性為相當良好足啸使直接輕合至多模内側包層犯内。 不過，假如需要聚焦元件70,已發展出技術，其能夠促使有 效地由寬廣面積雷射二《耦合進入光纖内，該二^亟體具 有100x1平方微米尺寸之發射孔徑以及緩慢及快速抽之— 分別為上1/G. %先纖具有3_平讀米之長方形心蕊斷 面以及有效數值孔徑為>〇. 42。所謂緩慢及快速係指分別 地平行及t—f射^碰翻平面之平面。為了有效地 耦合由見廣Φ積轉體雷射72發$之光線，其巾發射器尺 寸為100x1平方微米以及緩慢及快速轴NA分別地為〇]/ 0. 55(^5%最大遠場強度處量測)，叙合光學元件或其他光 束成形器70能夠設計來產生近場之影像，其尺寸為3〇χ 方微米以及緩慢及快速軸·分別為〇· 35/〇· 12。 如圖2及4示意圖所示，二極體或寬廣面積雷射72之類 似橢圓形，、長柿，或其絲躲絲卩及翅㈣32之輸、 入(垂直或水平之對準)能夠使透鏡或光纖光學元件叙合器 ，或其他光束成形器或聚焦元件7〇聚焦相當大尺寸寬廣 紋或寬廣面積雷射二極體或甚至於二極體條之輸出進又光 纖雷射/放大器或其他形式亮度轉變器3〇之寬廣多模包層 2。優先地，内側包層32之長寬比為大於h 5以及尺寸▲相 §小以?使妓廣面積雷射二極體Μ發出系運先_合產 生相當南泵運功率密度。雙包層光纖之簡包層能夠藉由 ，例如為橢_紐舞。可使 用^法包含三坩堝抽拉以及桿件在管件中技術，並使部份 機器加工為所需要形狀。CVD，溶膠石夕膠，以及軟玻璃於 件中為其他可利用方法。 、 士圖4 f模包層32之長方形，橢圓形，或其他拉伸斷面為 特別地有显，因為其入口面323能夠更容易地與寬廣條紋雷 第27 頁 1248243 射72發射圖案相匹配，其寬度與長度之長寬 。波導入口面323之寬度能夠製造為大於其高度L為定義A 高長寬比。甚至聽合光學組件設計來 為 先100x1«財絲放大触7古 相等Μ(嫌^免高功率密度)，產生光束腰 晶片平面中為車，見而比其垂直方向寬肩如為黯5微米: 假如包層波導斷面無職相叾配，則幾乎所 二 體功率能夠容易地耦合進入波導，_呆持高光學栗= 率密度。高功率密度能夠產生作為發生雷射之較低功 低限值，硫於圓形或方形波導可利用情況。其他 狀例如為長视猶形，魏土星形，雜够他光相 匹配形狀之其他内側包層能夠使用來舆泵運發射面 相匹配。不過，光纖f射/放大H或紐觀^ 3G之輪 有圓形單模橫向場作為由心蕊34輸出為需要的用= 30之光纖雷射/放大器或亮度轉換器3〇之輸出具有圓來掇 場為需要❺，目為舰絲20亦射目職場u及越佳v、 模場尺寸以及形狀相匹配，則耦合損耗越低。 對於任何已知内側包層M，雙包層光纖之較長尺寸將 由規範所固定以耦合全部可利用泵運功率（因為官# 雷射發射器、之尺寸為固定的以及能夠去£文大、 相對於寬廣面積雷射ΝΑ之光纖ΝΑ界定出）。第;;或 寸能夠加以變化。不過，假如較長尺寸為相同的，則長^ 為3:1之拉伸形狀具有表面面積為小於長寬比丨··}情況之三 4口。因而具有该較小表面積或包層面積之相對雷射具有大 約三倍較低之低限值。在設計最佳準3-階雙包層光^雷射 或放大器之許多參數與包層對心蕊面積比值①⑻相關。 已知光纖NA以及泵運雷射NA，内侧包層一項尺寸無法降低 低於特定尺寸。但是為了較高之粒子逆轉儘可能地降低表 面面積，依據本發明所揭示的能夠壓縮其他尺寸。因而本（ 第28 頁 1248243 發明揭示出並非面積或長寬比規格本身足以建立有效壯 以及只有同時地符合兩者規對定能夠提供充份 g 以及低的低限值。 延轉 對於雷射，朗料放大ϋ之絲麵3G _多模 側包層以接收泵運光線64作為麵合至心蕊，其提供大部份 之光學放大。單模光纖之輸出光纖連接例如拼接或^其二77 連接而耦合於主動光纖3〇,以及有效地輸出發生雷射之訊 虎66,其只是基模。優先地各個最低階模之模場直徑與整 個接頭相匹配，該接頭在主動光纖30輪出端部及單g/光^ 之間。假如並非梯度折射率，心蕊尺寸相當小使得心裒只 支撐輸出訊號波長之一個橫向模使得該橫向模之模^、 徑等於標準單模光纖之橫向模場直徑以作為最佳化之搞 合0 作為一範例，多成份石夕酸鹽玻璃作為内側包層32放置 於外側包層36内，其外徑為125微米以及心蕊34S之直徑為6 微米以提供輸出模非常接近地與CS98〇單模光纖2〇相匹配 、。優先地使用銻矽酸鹽玻璃。另外一種多成份石夕酸鹽玻璃 為60Si〇2 · 28AI2O3 · 12La2〇3(為莫耳百分比）。甚至於其 ，單模光纖能夠使用，單模光纖20為本公司所製造之 單模光纖以傳播980nm波長以及具有125微米^準直徑。 熱％脹係數(CTE)不相匹配性減為最低對於提高光纖 可靠性以及使端部拋光及劈斷變為容易為相當重要。在〇一 200 C溫度範圍内内側包層與外側包層間之不相匹配性小 於±30x10 7/°c為優先的。不相匹配最重要之點為内侧與 外侧之間，雖然心蕊與包層熱膨脹係數對於拋光為重要的 。因而心蕊優先地亦由與内側包層材料獅。c熱膨服係 數不相匹配小祀：30xl(T7/°C之玻璃製造出。使用綈石夕酸 1紹-鑭-矽酸I鋁磷鍺矽酸鹽以及一些其他氧化物玻璃 ，這些規格相當容易符合。對於一些製造光纖技術例如三 第29 頁 124.8243 坩堝抽拉，心蕊，内包層及外包層玻璃黏滯性相匹配為重要 的以較佳地控制波導形狀。 範例： 單一摻雜铒雙包層光纖雷射以1535咖高功率寬廣面積 ，射72進行泵運。該假設產生效率，其主要受限於在非 最佳化光纖30中較高背景損耗。雙包層摻雜餌光纖3〇具有 =· 8微米χ12微米之橢圓形内侧包層32。圓形心蕊與具有8 微米直徑。内侧包層32與外側包層36之間以及心蕊鉍與内 側包層32之間數值孔徑分別地為〇. 45及。斜濃度為⑽〇 ppm(mol)，其摻雜劑濃度為〇· 1%(1〇〇〇/1〇〇〇〇〇〇)。在雷射 中使用10米長度光纖30。銻矽酸鹽光纖3〇使用三掛禍法製 造出。 、 泵運雷射72為操作於i535nm之單條紋寬廣面積雷射。 主，性區域由在梯度折射率分離之限制結構内AlGalnAs多 種量子來源製造出，該結構纟M0CVD成長出。注入電流由氮 &物所_ ° 1535nm X廣面積f射72使射瞬接劑按裝至 f熱裝置。發射器尺寸為8〇χ1平方微米。為了提供較高功 率，曰條紋能夠提高至大約12〇微米寬度。泵運波長為1535哪

。f大輪出功率為4W。快速以及緩慢軸之數值孔徑分別為 〇·ΐ。寬廣面積雷射72耦合至雙包層光纖邠之内側包 ^内，其使用去除放大微透鏡90(可由LIM0供應）。泵運 之投射下列為7〇%。 雷射腔反饋由每一光纖小刻面處空氣玻璃界面之5% °雷射輸出功率特性描纟會於圖5中。最大 =輸出辨為_mW之16G5nm波長。薦之最大投射效率 蕊之3公尺長光纖測定 透Ϊ透射為83%，此由於在透射表面不存在抗反射塗 二宽廣面積雷射與透鏡7〇間之工作距離為3〇微米。 、見一光纖小刻面間之距離為i 25微米。這些嚴格限制排 第30 頁 1248243 除使用整體二色性以直接地確定光纖泵運投射端部發出之 輪出功率大小。為了更進一步最佳化，使用塗覆二色性之 小刻面以及Bragg光栅直接地劃記至心蕊或整個内側包層 以提供投射端部處之反饋。經由塗覆二色性界介電質高度 反射之反射裔或内部心蕊或内侧包層之光纖Bragg光柵在 光纖泵運端部處提高反饋以達成更進一步改善。 因而依據本發明所揭示，心蕊斷面面積之尺寸内側包 層較高階模與摻雜區域產生較低重疊低於基模情況。 人們了解熟知此技術者能夠對本發明雙包層結構例如 透鏡，耦合表面，光纖雷射，放大器，以及光學包裝其他組件 項及設計規格作各種變化及改變而並不會脫離本發明 之精神及範圍。因而，本發明各種變化及改變均含蓋於下 列之申請專利範圍及其同等物範圍内。 【圖式簡單說明】 弟一圖為本發明在摻雜斜玻璃中4f—4f吸收及雷射遷 私之部份能階圖，在(a)中比較一般泵運之 之帶内泵運比較。 ’ ^第二圖為依據本發明光學主動光纖之示意性斷面圖， 該光纖由寬廣面積雷射二極體光學泵運以操作於i 5微米 頻帶中。 、·几 第二圖為依據本發明之15〇5nm輸出功率㈣與娜卿 輸入功率〇#)之關係曲線圖。 32

第四圖為依據本發明@ 2主動性光纖3G之内側包声 橢球形或橢圓形323。 附圖元件數字符號說明： 高能賴⑵雷射狀'態13;輸出光纖 20,又υ層光、、截30;内側包層32;心蕊34;外包層36·心 尺寸44;共振腔46;“器犯 ’夕杈泵運反射5 56，·反射鏡60, 62;光線64;雷射輸出 第31 頁 1248243 66;透鏡70;光源72;摻雜劑90;線條16, 26,116,126; 熱量130;入口面323。

第32 頁

Claims (1)

1248243 十、申請專利範圍： 1· 一種準3-階光學裝置，其包含： 固態產生雷射材料，其由矽酸鹽宿主材料以及 二價铒光學主動性離子摻 度並不會太如雜輔難峨_著能^轉 f，產ΪΓ射Ϊ料具有* 一基態能階蔟以及其他較高能尸比 簇，基悲能P皆蔟及較高能階狀態蔟兩者之間 = 能階界定能夠吸收光能之一種或多微長以及1生7 輻射線之-種或多種波長； 駐所而要 其射針於 光學組件_合纟 料以在兩個能階狀態蔡之間產生粒子逆轉了 ^據申請專利細第〗項之光學裝置，其中更進一 二ί腔，其包圍著固態可產生雷射材料以在材料喃ί所3 Γΐίΐ射線以及由共振腔產生輸出輻射線。 4.依據申請專利範圍第2項之光學裝置 具有泵運輸出與兩個^置 及'II專!Ϊ圍第1項之光學裝置，其中基態能階蔡以 態鎮個其他細能階狀態簇分材料I及4心2狀 7.依據申請專利範圍第1項之光學裝置，其中光學泵運能量 第33 頁 1248243 木中之/皮長在〗450ηιπ與】600咖之間。 δ·依據申請專利範圍第]項之光學裝 ppm(莫耳)斜摻雜劑。 衣置，其中材料具有1000 9·依據申請專利範圍第〗項之光學步 動性雙包層光纖觸成，其作為製造由光學主 纖包含·· ~衣1^截雷射或放大器，光 其摻雜光學可激發之3_階遷移 為折射率以及心蕊斷面面積； 于’…咖具有、 ❿ 率内二包包層#内側包層折射率低於心蕊折射 手，内側包層所面面積大於心蕊斷面 侧包層長寬比分Η. 5:!;以及㈤至25倍，以及内 層:^層圍__包層，外侧包層折射率小於内侧包 第34 頁