專利名稱：光纖激光器用光纖及光纖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可得到高品質(zhì)、高輸出功率的單模激光的光纖激光器用光纖及 光纖激光器。
背景技術(shù)：
光纖激光器是使激發(fā)光入射到添加了由稀土類元素組成的激發(fā)物質(zhì)的光 纖激光器用光纖，使再放出的光起振的激光器。對其原理進行簡單說明的話，
則如圖3所示，入射到光纖激光器用光纖即光纖101的激發(fā)光激發(fā)起芯102 中的激發(fā)物質(zhì)，從激發(fā)物質(zhì)再放出的光成為激光而輸出。
如圖4所示，現(xiàn)有的光纖激光器111具備作為添加有激發(fā)物質(zhì)的光纖激 光器用光纖的激發(fā)用光纖112,配置于激發(fā)用光纖112的兩端的鏡3、 4,以及 使激發(fā)光入射到激發(fā)用光纖112上的激發(fā)光入射機構(gòu)5。
激發(fā)用光纖112是例如在徑向折射率階梯變化的梯度折射率型光纖。在 此，該光纖是在添加有激發(fā)物質(zhì)的芯周圍有第一包層，在第一包層的周圍有第 二包層的雙包層光纖。
鏡3、 4由例如有選擇性地反射或透過特定波長的光的FBG構(gòu)成。圖的左 側(cè)是對要起振的波長的光全部反射的全反射鏡3。圖的右側(cè)是對要起振的波長 的光部分透過、部分反射的部分反射鏡4。
激發(fā)光入射機構(gòu)5具備激發(fā)用光源、把來自激發(fā)用光源的激發(fā)光引到激發(fā) 用光纖112中的耦合器。作為激發(fā)用光源，使用多個激光二極管7，將來自各 激光二極管7的激發(fā)光分別用光源用光纖8導入多路耦合器9。從多路耦合器 9入射到激發(fā)用光纖112的激發(fā)光在激發(fā)用光纖112中傳播而被放大同時被激 發(fā)物質(zhì)吸收，再從激發(fā)物質(zhì)放出光。
激發(fā)光的波長例如是915nm、 975nm,激發(fā)物質(zhì)例如是Yb，激光的起振 波長例如是1030~ 1100nm。
涉及本發(fā)明的現(xiàn)有^t術(shù)參見以下專利文獻專利文獻1:日本特開2000-200931號公凈艮 專利文獻2:日本特開2000-349369號公才艮 專利文獻3:日本特開2002-118315號公導艮 專利文獻4:日本特開2007-522497號7>才艮
為了增大光纖激光器的輸出，只要增大激發(fā)光的功率即可。但是，若增大
內(nèi)的能量密度變高，因此，會產(chǎn)生光纖被破壞、發(fā)生非線性現(xiàn)象、或光纖發(fā)熱
而對周圍產(chǎn)生熱的影響等問題。
對此，通過增大光纖的芯直徑等方法來擴大模場直徑是有效的。
但是，通過擴大光纖的芯直徑，從單模式變成多模式的激光起振，激光的
品質(zhì)下降。
另一方面，作為光纖激光器用光纖，使用光子晶體光纖(PCF)的場合， 可以在較寬的頻帶維持單模的激光起振并增大模場直徑，但由于增大模場直徑 而導致的彎曲損失增大，因而難以實用化。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種可得到高品質(zhì)、高輸出功
率的單模的激光的光纖激光器用光纖及光纖激光器。
為了達到上述目的，本發(fā)明的方案1的光纖激光器用光纖在使激發(fā)光;^大
和使激光起振的光纖激光器用光纖中，由具有添加有稀土類元素的芯及形成于
芯周圍的包層的光纖、和設于該光纖的前端部的波沖莫濾光器構(gòu)成。
本發(fā)明的方案1的光纖激光器用光纖的優(yōu)選方案是
上述波模濾光器可以是光子晶體光纖。
上述光子晶體光纖的長度可以不足100mm。
上述光子晶體光纖的空穴直徑d與空穴間隔A之比d/A可以不足0.44。
為了達到上述目的，本發(fā)明的方案2的光纖激光器用光纖在具備添加了稀 土類元素的芯和形成于該芯周圍的具有多個空穴的包層，使激發(fā)光放大并使激 光起振的光纖激光器用光纖中，在長度方向的M^定位置上形成有波;溪濾光器。
本發(fā)明的方案2的光纖激光器用光纖的優(yōu)選方案是
上述波模濾光器可以改變上述空穴的構(gòu)造來形成，從而使上述空穴直徑d與空穴間隔A之比d/A不足0.44。
上述波模濾光器可以通過放電或激光照射來改變并形成上述空穴。 上述波模濾光器可以具有不足100mm的長度。 上述波模濾光器可以形成于上述光纖的長度方向的多個部位。 上述波;漢濾光器可以形成于直線狀配置的部分上。
本發(fā)明的光纖激光器具備如上方案1、 2及其優(yōu)選方案中任意一項所述的 光纖激光器用光纖和使激發(fā)光入射到上述光纖激光器用光纖的激發(fā)光入射機 構(gòu)。
本發(fā)明發(fā)揮如下優(yōu)良效果。
(1) 可得到高品質(zhì)的激光。
(2) 可得到高輸出功率的激光。
(3) 可得到單模的激光。
圖l是表示本發(fā)明的一個實施方式的光纖激光器的構(gòu)成圖。
行狀況的側(cè)剖視圖。
圖3是為了說明現(xiàn)有的光纖激光器的工作原理而表示光纖中的光的運行 狀況的立體透視圖。
圖4是現(xiàn)有的光纖激光器的構(gòu)成圖。
圖5 (a)是表示梯度折射率型光纖中的光的運行狀況的圖，圖5 (b)是 徑向的折射率分布圖。
圖6 (a)是表示光纖激光器的原理模型圖，圖6 (b)是表示作為單模起 振的增益和損失的關(guān)系的圖，圖6 (c)是表示作為多模起振的增益和損失的 關(guān)系的圖。
圖7是彎曲損失與光纖的彎曲半徑的關(guān)系的特性圖表。 圖8是光子晶體光纖的剖面圖。
圖9是以光子晶體光纖的標準化空穴直徑為參數(shù)的標準化頻率與標準化 波長的關(guān)系的特性圖表。
圖IO是標準化頻率及模場直徑與光子晶體光纖的空穴間隔的關(guān)系的特性圖表。
圖11是表示本發(fā)明的另一個實施方式的光纖激光器的構(gòu)成圖。 行狀況的側(cè)剖^L圖。
圖13 (a)、圖13 (b)是表示本發(fā)明的光纖激光器所使用的光子晶體光纖 的制造方法的側(cè)剖視圖。
圖14 (a)、圖14 (b)是表示本發(fā)明的另一個實施方式的光纖激光器的部 分構(gòu)成圖。
圖15是彎曲損失與光子晶體光纖的模場直徑的的關(guān)系的特性圖表。 圖16是標準化頻率及彎曲損失與光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系的特性 圖表。
圖中
1、 51—光纖激光器，2—激發(fā)用光纖，3—全反射鏡，4一部分反射鏡，5 一激發(fā)光入射機構(gòu)，6—波模濾光器，ll一光纖激光器用光纖。
具體實施例方式
以下，基于附圖對本發(fā)明的一個實施方式進行詳細敘述。 本發(fā)明為了抑制高次模式的起振，提供一種具有在芯中添加了稀土類元素 的光纖和設置在該光纖的前端部的波模濾光器的光纖激光器用光纖；或者，提 供一種在芯中添加了稀土類元素，并在芯的周圍具有許多空穴的光纖激光器用 光纖上形成了波模濾光器的光纖激光器用光纖。具備具有該結(jié)構(gòu)的光纖激光器 用光纖的光纖激光器可得到高輸出的激光。 以下，對其原理進行詳細考察。
光纖激光器需要考慮單模光在光纖中傳輸?shù)膯文９ぷ鳁l件。這是因為，如 果以單模傳輸光則可得到高品質(zhì)的激光。反之，如果以多模傳輸光則激光的品
質(zhì)不好。就激光的品質(zhì)而言，越能縮小光束的截面直徑品質(zhì)越好，無法縮小光 束的截面直徑品質(zhì)就不好。
如圖5 (a)、圖5 (b)所示，設芯的折射率為nc、 層的折射率為ncl、 芯的半徑為a。此時，如果滿足式(l)，則在光纖中傳輸單模光。 (數(shù)學式l) 6，=^^"c2 (義)-《(義)< 2.405 ( 1 )
義
這里，V (X)是標準化頻率。如果標準化頻率V (X)為2.405以下，則 可知光纖以單模進行工作。作為例子，考察波長為1.06pm時。使用bl.06pm、 V (入)=2.405、 N.A.(與光封入相關(guān)的值)=(nc2 ("國ncl2 (AJ) |/2=0.06， 若求芯半徑a,則為 (數(shù)學式2)
卵) 《《 "、
27rV"(義)-《(;i)
用于光纖以單才莫進《亍工作的芯半徑a為6.6 u m以下。 其次，對光纖激光器中的起振模式進行考察。
圖6 (a)所示的式樣是在隔開規(guī)定間隔L放置的全反射鏡121和部分透 過鏡122之間配置放大介質(zhì)123。若將未圖示的激發(fā)光注入該放大介質(zhì)123, 則可在全反射鏡121和部分透過鏡122之間得到起振光，該光從部分透過鏡 122^皮輸出到外部。
此時，若觀察鏡間的增益和損失的關(guān)系，則如圖6(b)所示，增益整體 小時，增益超過損失的頻率v的范圍狹小。沿頻率軸離散地存在的起振頻率中 增益超過損失的頻率v的范圍所包含的起振頻率僅為q。由于能起振的頻率被 限制為一個，因此起振模式為單模。
另一方面，如圖6(c)所示，增益整體大時，增益超過損失的頻率v的 范圍廣。沿頻率軸離散地存在的起振頻率中增益超過損失的頻率v的范圍所包 含的起振頻率為q-l、 q、 q+l、 q+2。由于能起振的頻率有多個，因此起^# 式為多模。
根據(jù)以上，使起振模式為單模的方法是降低鏡間的增益或增加損失的方 法。于是，通過彎曲鏡間的光纖并形成彎曲損失，能夠使起振模式為單模。
如圖7所示，在芯直徑2a二30jim、 N.A.=0.06的光纖中，如橫軸那樣加大 彎曲半徑，則彎曲損失變大。參數(shù)LP02、 LP21、 LPll、 LP01表示高次;漠式。 彎曲半徑50mm時的LP11中的彎曲損失為50dB/m,彎曲半徑50mm時的LP01 的彎曲損失為0.01dB/m。從該圖可知，各高次模式的激光起振可通過彎曲損失有效地去除。對此，基本模式(未圖示)中的彎曲損失幾乎不存在。但是，
若芯直徑2a超過30 jam,則高次模式和基本模式的彎曲損失差變小。 其次，考察在光纖激光器中使用了光子晶體光纖的情況。 如圖8所示，光子晶體光纖131是具有空穴132的光纖。圖示的光子晶體 光纖131在沿徑向折射率均勻的光纖133上，在距離中心規(guī)定距離以上、規(guī)定 距離以下的范圍內(nèi)設有多個空穴132。空穴132在光纖的截面上沿著每隔圓周 角120。引出的三條直線以一定間隔設置。設空穴132的直徑為d、相鄰的空穴 彼此的間隔(空穴間隔)為A、空穴圈數(shù)為N、作為構(gòu)成光纖133的材料的石 英的折射率為n、光的波長為入。
此時，可定義為芯尺寸(芯半徑)a=[2A-d]。還有，這里，所謂芯是指封 入了光的區(qū)域。
在光子晶體光纖中，可用單模式實現(xiàn)激光起振的條件如下求出。如圖9 所示，以空穴間隔A除光波長入而標準化，將該標準化波長入/A作為纟黃軸。 縱軸作為標準化頻率Veff (人)。
標準化頻率Veff U)用數(shù)學式(3)表示。
(數(shù)學式3)
如果標準化頻率Veff a)不足圓周率，即Veff(X)〈;r，則可以在光子晶 體光纖中用單模實現(xiàn)激光起振。因此，能夠以標準化頻率Veff U) =71為邊界 定義單模起振區(qū)域和多模起振區(qū)域。
此時，如果以空穴間隔A除空穴直徑d而標準化，且將該標準化空穴直徑
所示，標準化空穴直徑d/A比規(guī)定值大的場合，標準化頻率Veff ( i)通過標 準化波長入/A進入單模起振區(qū)域和多模起振區(qū)域，但標準化空穴直徑d/A比 規(guī)定值小的場合，標準化頻率Veff (人)與標準化波長入/A無關(guān)而僅存在于單 模起振區(qū)域。
具體地說，如果標準化空穴直徑d/A不足0.44 (圖中帶有陰影的參數(shù)的范 圍)，則即使是光波長也不依賴于芯半徑，在光子晶體光纖中可以用單模實現(xiàn)激光起振。
這里，如圖10的特性141所示，若觀察光子晶體光纖中的空穴間隔A和 模場直徑的關(guān)系，則模場直徑隨著空穴間隔A逐漸變大而大體成比例變大。另
一方面，如特性142所示，即使空穴間隔A變大，標準化頻率Veff ( AJ也不 會超過3。因此，在光子晶體光纖中，維持單模下的激光起振的同時，能夠使 相當于芯半徑a的;f莫場直徑變大。
進行說明。
如圖1所示，涉及本發(fā)明的光纖激光器1在具備添加了由稀土類元素構(gòu)成 的激發(fā)物質(zhì)的光纖(以下稱為激發(fā)用光纖)2、配置在激發(fā)用光纖2的兩端的 全反射鏡3及部分反射鏡4、以及在激發(fā)用光纖2中注入激發(fā)光的激發(fā)光入射 機構(gòu)5的光纖激光器中，具備在激發(fā)用光纖2的前端部連接有由光子晶體光纖 構(gòu)成的波才莫濾光器6的光纖激光器用光纖11。
這樣，本發(fā)明的光纖激光器用光纖11由在芯中添加了稀土類元素的光纖 (激發(fā)用光纖)2和設置在該激發(fā)用光纖2的前端部的波4莫濾光器6構(gòu)成。
在本實施方式中，波模濾光器6配備在激發(fā)用光纖2和部分反射鏡4之間。
本發(fā)明的光纖激光器1具備在激發(fā)用光纖2的前端部連接有由光子晶體光 纖構(gòu)成的波模濾光器6的光纖激光器用光纖11,除了這一點外，與在圖4中 說明的光纖激光器相同，因此，省略對全反射鏡3、部分反射鏡4、激發(fā)光入 射機構(gòu)5的說明。
激發(fā)用光纖2 (參照圖2)是在添加了 Yb、 Er、 Er/Yb、 Tm、 Nd等稀土 類元素的芯20周圍具有第一包層21，在第一包層21的周圍具有第二包層22 的雙包層光纖。
激發(fā)用光纖2也可以是用于在前端連接有波模濾光器6,芯半徑a超過單 模條件(參照式(2))的6.6jum以上。
作為波模濾光器6的光子晶體光纖具有空穴24，因此具有與圖8的光子 晶體光纖大致相同的結(jié)構(gòu)。作為波模濾光器6的光子晶體光纖的外徑與激發(fā)用 光纖2的外徑相同。
作為波模濾光器6的光子晶體光纖的標準化空穴直徑d/A不足0.44(參照圖9),滿足了單模條件。也就是波模濾光器6使用以單模工作的光子晶體光 纖遮斷多模光。
作為波模濾光器6的光子晶體光纖的模場直徑做成相當于作為激發(fā)用光
纖2的梯度折射率型光纖的芯直徑的大小。例如模場直徑為30 ]Li m以上。
作為波模濾光器6的光子晶體光纖以直線狀伸展,希望其長度Lf不足
100mm。但是，若波模濾光器6的長度過短，則高次模式的激光會透過波模濾
光器6，因此長度Lf必須是某種程度的大小。
作為波模濾光器6的光子晶體光纖和激發(fā)用光纖2 (例如梯度折射率型光
纖)通過例如熔敷來接合。作為全反射鏡3和部分反射鏡4的FBG也同樣通
過熔l支來4矣合。
若簡單地說明本發(fā)明的光纖激光器用光纖11的工作原理，則如圖2所示， 入射到激發(fā)用光纖2中的激發(fā)光激發(fā)激發(fā)用光纖2的芯20中的激發(fā)物質(zhì)，從 激發(fā)物質(zhì)再次》文出的光成為激光，但如果通過高輸出化而使激發(fā)用光纖2的芯 直徑擴大，則激光會成為多模光。但是，由于該激光通過由光子晶體光纖構(gòu)成 的波模濾光器6，從而可抑制高次模式的激光，僅使基本模式起振，因此所輸 出的激光成為高輸出的單模光。
對本發(fā)明的光纖激光器1的工作進行詳細說明。
如圖1所示，從激發(fā)光入射機構(gòu)5中的各激光二極管7射出的具有規(guī)定的 波長的激發(fā)光由光源用光纖8導入多路耦合器9。從多路耦合器9入射到激發(fā) 用光纖2中的激發(fā)光在激發(fā)用光纖2的第一包層21中傳輸?shù)耐瑫r被芯20的激 發(fā)物質(zhì)吸收，從激發(fā)物質(zhì)再放出光。配置在激發(fā)用光纖2的一端的全反射鏡3 使要起振的波長的光全部反射。另一方面，配置在激發(fā)用光纖2的另一端的部 分反射鏡4使要起振的波長的光一部分透過、 一部分反射。其結(jié)果，從部分反 射鏡4輸出激光。
此時，在本發(fā)明中，激發(fā)用光纖2具有比成為單模工作的條件的芯半徑大 的芯半徑(6.6jam以上)。因而能夠使激光的能量足夠大。但是,在激發(fā)用光纖 2內(nèi)起振的激光成為多模。
但是，通過具備在激發(fā)用光纖2的前端部連接有由d/A<0.44的光子晶體 光纖構(gòu)成的波;漠濾光器6的光纖激光器用光纖，從激發(fā)用光纖2入射到波模濾光器6的激光中的高次模式的激光不透過波模濾光器6。透過波模濾光器6的
激光僅為基本才莫式。其結(jié)果，能得到高品質(zhì)、高光輸出的單模的輸出光。
在本發(fā)明中，激發(fā)用光纖2使用了彎曲損失小的梯度折射率型光纖，因此 能夠?qū)ぐl(fā)用光纖2給與所需要的小的彎曲半徑(或直徑)。另一方面，波模 濾光器6所使用的光子晶體光纖必須以直線狀使用，但其長度Lf不足100mm。 其結(jié)果，能夠?qū)⒐饫w激光器1做成小型。
以下，基于附圖對本發(fā)明的另一個實施方式進行詳細敘述。 根據(jù)此前的觀察可知，若光纖激光器使用光子晶體光纖，則維持單模下的
激光起振的同時，能夠加大模場直徑并加大輸出。
然而，在加大了模場直徑的光子晶體光纖中存在彎曲損失大之類的其它問題。
如圖15所示，在使彎曲直徑為一定的光子晶體光纖中，若加大模場直徑， 則彎曲損失增大。在圖示例中，彎曲直徑為200mm時，模場直徑不足20 m m, 而彎曲損失為10dB/m以上，在才莫場直徑為30Mm時，則彎曲損失達到 100dB/m。這樣，由于彎曲損失大，因此不能減小彎曲直徑。彎曲直徑變大， 在制造、運送、設置光纖激光器時，對操作處理、設置方法、空間等產(chǎn)生較大 的制約。
還有，光子晶體光纖如圖16所示，具有標準化空穴直徑(以下稱為結(jié)構(gòu) 參數(shù))d/A越大、彎曲損失越小之類的性質(zhì)。即、若以橫軸為結(jié)構(gòu)參數(shù)d/A、 以縱軸為標準化頻率Veff (X),則如圖16的特性151所示，相對于結(jié)構(gòu)參凄欠 d/A的增大，標準化頻率Veff (AJ幾乎呈直線狀增大。另一方面，若以縱軸 為彎曲損失，則如圖16的特性152所示，相對于結(jié)構(gòu)參ltd/A的增大，彎曲 損失減小。
也就是，結(jié)構(gòu)參數(shù)d/A大的光子晶體光纖，其標準化頻率大、彎曲損失小。 結(jié)構(gòu)參數(shù)d/A小的光子晶體光纖，其標準化頻率小、彎曲損失大。
進行說明。
如圖11所示，本發(fā)明的光纖激光器用光纖在具備添加了稀土類元素芯、 和形成于該芯周圍的具有多個空穴的包層，使激發(fā)光放大并使激光起振的光纖激光器用光纖ll中，在長度方向的規(guī)定位置上形成有波模濾光器6。
本發(fā)明的光纖激光器51具備添加了激發(fā)物質(zhì)的激發(fā)用光纖2、配置在激 發(fā)用光纖2的兩端的全反射鏡3及部分反射鏡4、以及在激發(fā)用光纖中2中注 入激發(fā)光的激發(fā)光入射機構(gòu)5;激發(fā)用光纖2為光子晶體光纖，在該光子晶體 光纖的長度方向的規(guī)定位置上形成有d/A不足0.44 (d:空穴直徑，A:空穴 間隔)的波模濾光器6。
本發(fā)明的光纖激光器51在由光子晶體光纖構(gòu)成的激發(fā)用光纖2的長度方 向的規(guī)定位置上形成有d/A不足0.44 (d:空穴直徑，A:空穴間隔)的波才莫 濾光器6，除了這一點外，與在圖4中說明的光纖激光器相同，因此，對全反 射鏡3、部分反射鏡4、激發(fā)光入射機構(gòu)5省略其說明。
作為激發(fā)用光纖2 (參照圖12、圖13)的光子晶體光纖是在添加了 Yb等 稀土類元素的第一包層21周圍形成有第二包層22,在第二包層22的周圍形 成有未圖示的包覆層，且在第一包層21上具有空穴23的光子晶體光纖。
作為波模濾光器6的光子晶體光纖具有與空穴23相同間距、相同個數(shù)的 空穴24,結(jié)構(gòu)參數(shù)(d/A)與激發(fā)用光纖2不同。在本實施方式中，波才莫濾光 器6是將作為激發(fā)用光纖2的光子晶體光纖的長度方向的一部分變形加工而 成。
圖12表示光子晶體光纖的各部分的剖面。剖面A和剖面C是激發(fā)用光纖 2的剖面，剖面B是波模濾光器6的剖面?？昭ㄩg隔A與剖面無關(guān)為一定，剖 面A和剖面C中的空穴23的直徑d比剖面B中的空穴24的直徑d大。具體 地說，剖面A和剖面C中的結(jié)構(gòu)參數(shù)(標準化空穴直徑)d/八超過0.44,剖 面B中的結(jié)構(gòu)參數(shù)d/A不足0.44。
作為波模濾光器6的光子晶體光纖的標準化空穴直徑d/A不足0.44(參照 圖7)，滿足了單模條件。也就是波模濾光器6使用以單模工作的光子晶體光 纖遮斷多模光(高次模式的激光)。
激發(fā)用光纖2及作為波模濾光器6的光子晶體光纖的模場直徑例如為30 ,以上。
波模濾光器6形成于直線狀伸展地配置的部分，希望其長度Lf不足 100mm。但是，若波模濾光器6的長度過短，則高次模式的激光會透過波模濾光器6,因此長度Lf必須是某種程度的大小。
激發(fā)用光纖2彎曲成環(huán)狀(參照圖14)。 利用圖13說明波才莫濾光器6的制造方法。
如圖13 (a)所示，光子晶體光纖31在添加了 Yb等激發(fā)物質(zhì)的芯32的 周圍形成有包層33,在該包層33的周圍形成有包覆層34，在包層33上形成 有空穴35。光子晶體光纖31的結(jié)構(gòu)參數(shù)(標準化空穴直徑)d/A超過了 0.44。 在該光子晶體光纖31的長度方向的一部分去除了包覆層34。
其次，對該包覆層去除部進行用普通的光纖熔敷進行的那種放電、或利用 C02激光器等激光裝置照射激光、或如形成光纖耦合器時那樣用微燃燒器加熱 等而使空穴結(jié)構(gòu)變形。具體地說，使空穴直徑d減小，從而使光子晶體光纖 31的結(jié)構(gòu)參數(shù)(標準化空穴直徑)d/A為不足0.44。
這樣，將空穴35做成空穴直徑d比空穴35小的空穴36后，將再涂材料 37填滿包覆層34的去除部分修復包覆層34。其結(jié)果，能夠在無接頭的連續(xù)的 光子晶體光纖的長度方向，制造以適當?shù)木嚯x交替排列有激發(fā)用光纖2和波才莫 濾光器6的光子晶體光纖31。
若簡單地說明本發(fā)明的光纖激光器用光纖11的工作原理，則如圖12所示， 入射到激發(fā)用光纖2中的激發(fā)光激發(fā)激發(fā)用光纖2的第一包層21中的激發(fā)物 質(zhì)，從激發(fā)物質(zhì)再次放出的光成為激光。激發(fā)用光纖2是結(jié)構(gòu)參數(shù)(標準化空 穴直徑)d/A超過0.44的光子晶體光纖。因而激光為多模光。但是，該激光由 于通過由結(jié)構(gòu)參數(shù)(標準化空穴直徑)d/A不足0.44的光子晶體光纖構(gòu)成的波 模濾光器6，因此激光變成單模光。
這樣，本發(fā)明的光纖激光器51通過具備沿長度方向并排形成彎曲損失小 但以單模工作的激發(fā)用光纖2，以及在該激發(fā)用光纖2內(nèi)彎曲損失大但能夠去 除高次模式光的波模濾光器6的光纖激光器用光纖，從而能夠只輸出基本一莫式 光，而且由于必須呈直線狀的部分短，從而能夠?qū)崿F(xiàn)小型實用的光纖激光器 51。
對本發(fā)明的光纖激光器51的工作進行詳細說明。
如圖11所示，從激發(fā)光入射機構(gòu)5中的各激光二極管7出射的具有^見定 的波長的激發(fā)光由光源用光纖8導入多路耦合器9。從多路耦合器9入射到激發(fā)用光纖2中的激發(fā)光在激發(fā)用光纖2的第一包層21中傳輸?shù)耐瑫r被激發(fā)物 質(zhì)吸收，從激發(fā)物質(zhì)再放出光。配置在激發(fā)用光纖2的一端的全反射鏡3使已 激發(fā)的波長的光全部反射。另一方面，配置在激發(fā)用光纖2的另一端的部分反 射鏡4使已激發(fā)的波長的光部分透過、部分反射。其結(jié)果，從部分反射鏡4 輸出激光。
此時，在本發(fā)明中，激發(fā)用光纖2為光子晶體光纖，該光子晶體光纖的結(jié) 構(gòu)參數(shù)d/A超過了 0.44。因而，如果沒有波模濾光器6，且使激光的能量足夠 大的話，在激發(fā)用光纖2內(nèi)激發(fā)的激光則成為多模。
波才莫濾光器6為光子晶體光纖，該光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)d/A不足0.44。 因此， >火激發(fā)用光纖2入射到波模濾光器6的激光中的高次才莫式的激光不透過 波模濾光器6。透過波模濾光器6的激光僅為基本模式。因而，在光纖激光器 51激發(fā)的激光成為單模，從部分反射鏡4輸出的激光成為單模。
其結(jié)果，能得到高品質(zhì)、高光輸出的單模的激光。
在本發(fā)明中，由于激發(fā)用光纖2使用了彎曲損失小的光子晶體光纖，因此 能夠?qū)ぐl(fā)用光纖2給與所需要的小的彎曲半徑(或直徑)。另一方面，雖然 波模濾光器6所使用的光子晶體光纖因彎曲損失大而必須以直線狀使用，但其 長度Lf不足100mm。其結(jié)果，能夠?qū)⒐饫w激光器51做成小型。
在本發(fā)明中，由于對光子晶體光纖的長度方向的一部分進行加工而改變了 結(jié)構(gòu)參數(shù)以使結(jié)構(gòu)改變，因此，沒有熔敷等的光纖連接部，可消除連接損失。
本發(fā)明的光纖激光器51不限定于像圖11的實施方式那樣只設置一處波模 濾光器6。也可以如圖14 (a)、圖14 (b)那樣，在作為激發(fā)用光纖2的光子 晶體光纖中在多處設置波模濾光器6。
圖14 (a)所示的光纖激光器41在激發(fā)用光纖2與激發(fā)用光纖2之間在 兩處設置了長度Lf不足100mm的波模濾光器6。波模濾光器6的個數(shù)也可以 是3個以上。
圖14 (b)所示的光纖激光器42在第一激發(fā)用光纖2a與第二激發(fā)用光纖 2b之間設置長度Lf不足100mm的波模濾光器6,并且，在折回了第二激發(fā)用 光纖2b的部分也設置了同樣的波模濾光器6。通過這樣將激發(fā)用光纖2折回 并平行地配置多個波模濾光器6的直線狀部分，從而可避免光纖激光器42整體向一個方向變長而實現(xiàn)光纖激光器42的小型化。
圖14 (a)、圖14 (b)所示的光纖激光器41、 42是將波模濾光器6放置 在固定臺43上，用固定件44固定的裝置。
權(quán)利要求
1.一種光纖激光器用光纖，使激發(fā)光放大并使激光起振，其特征在于，包括具有添加了稀土類元素的芯及形成于芯周圍的包層的光纖和設于該光纖的前端部的波模濾光器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光器用光纖，其特征在于， 上述波模濾光器為光子晶體光纖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光器用光纖，其特征在于， 上述光子晶體光纖的長度不足100mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光纖激光器用光纖，其特征在于， 上述光子晶體光纖的空穴直徑d與空穴間隔A之比d/A不足0.44。
5. —種光纖激光器用光纖，具備添加了稀土類元素的芯和形成于該芯周 圍的具有多個空穴的包層，使激發(fā)光放大并使激光起振，其特征在于，在長度方向的規(guī)定位置上形成有波模濾光器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖激光器用光纖，其特征在于， 上述波模濾光器改變上述空穴的構(gòu)造而形成為，上述空穴直徑d與上述空穴的間隔A之比d/八不足0.44。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的光纖激光器用光纖，其特征在于， 上述波模濾光器通過放電或激光照射改變上述空穴而形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5—7中任意一項所述的光纖激光器用光纖，其特征在于， 上述波模濾光器具有不足100mm的長度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5—8中任意一項所述的光纖激光器用光纖，其特征在于， 上述波模濾光器形成于上述光纖的長度方向的多個部位。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5—9中任意一項所述的光纖激光器用光纖，其特征在于，上述波模濾光器形成于直線狀配置的部分上。
11. 一種光纖激光器，其特征在于，具備權(quán)利要求1-10中任意一項所述的光纖激光器用光纖和使激發(fā)光入 射到上述光纖激光器用光纖的激發(fā)光入射機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖激光器用光纖及光纖激光器。本發(fā)明提供一種可得到高品質(zhì)、高輸出功率的單模輸出光的光纖激光器用光纖及光纖激光器。在使激發(fā)光放大和使激光起振的光纖激光器用光纖(11)中，包括具有添加了稀土類元素的芯及形成于芯周圍的包層的光纖(2)，以及設于該光纖(2)的前端部的波模濾光器(6)或者在光纖(2)的長度方向的規(guī)定位置上形成有波模濾光器(6)。
文檔編號H01S3/16GK101615760SQ20091014243
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者佐藤彰生, 大薗和正, 兵 姚, 齋藤和也, 本鄉(xiāng)晃史, 谷中耕平 申請人:日立電線株式會社;學校法人豐田學園