JPH02239236A - 光増幅装置 - Google Patents
光増幅装置Info
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- JPH02239236A JPH02239236A JP1060341A JP6034189A JPH02239236A JP H02239236 A JPH02239236 A JP H02239236A JP 1060341 A JP1060341 A JP 1060341A JP 6034189 A JP6034189 A JP 6034189A JP H02239236 A JPH02239236 A JP H02239236A
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- JP
- Japan
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- excitation
- optical
- rod
- diameter
- optical fiber
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094069—Multi-mode pumping
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Lasers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、光増幅装置に関し,特に安定、かつ効率よく
高い増幅度を得る光通信用光ファイバレーザ増幅装置に
関するものである。
高い増幅度を得る光通信用光ファイバレーザ増幅装置に
関するものである。
(従来の技術)
近年、Nd(ネオジウム),Er(エルビウム)、Pr
(ブラセオジミクム),yb(イツテリビウム)等の希
土類元素を添加した光ファイバ(以下、希土類元素添加
光ファイバと記す)をレーザ活性物質とした、単一モー
ド光ファイバレーザあるいは光増幅器が、光センサや光
通信の分野で多くの利用の可能性を有することが報告さ
れ、その応用が期待されている。
(ブラセオジミクム),yb(イツテリビウム)等の希
土類元素を添加した光ファイバ(以下、希土類元素添加
光ファイバと記す)をレーザ活性物質とした、単一モー
ド光ファイバレーザあるいは光増幅器が、光センサや光
通信の分野で多くの利用の可能性を有することが報告さ
れ、その応用が期待されている。
希土類元素添加光ファイバを用いた光ファイバレーザ増
幅器としては、Erを添加した石英系光ファイバをレー
ザ活性物質として用い、半導体レーザを励起光源として
、波長1.54μ諺で光増幅を確認した例がアール・ジ
エー・メアーズ等(ロ.J.Mears et a
l. Electron. Lett.,23,p
p.1028.1987)によって報告されている。
幅器としては、Erを添加した石英系光ファイバをレー
ザ活性物質として用い、半導体レーザを励起光源として
、波長1.54μ諺で光増幅を確認した例がアール・ジ
エー・メアーズ等(ロ.J.Mears et a
l. Electron. Lett.,23,p
p.1028.1987)によって報告されている。
第5図は、上述した従来の光ファイバ増幅器の構成例で
あって、lは信号源のレーザダイオード(LD)光源(
波長1.53μI!1)、2は入力電気信号、3は集光
用レンズ、4は励起用LD光源(波長0.808μm)
、5はダイクロイックミラ− 6はエルビウム(Er)
添加単一モード光ファイバ、7は誘電体多層膜なとの狭
帯域フィルタ、8は伝送用光ファイバである. これを動作するには、先ず励起用レーザダイオード4を
点灯し、出力光を集光レンズ3およdダイクロイックミ
ラ−5を介して光ファイバ6に入射せしめ、光ファイバ
6に添加されたErを励起した反転分布状態を作る。つ
いで、入力侶号2によりレーザダイオード1を駆動し、
その出力光をレンズ3および3゜を介して、光ファイバ
6に入射せしめる.この信号光は、光ファイバ6を伝ぼ
んする際励起状態にあるErにより増幅され、フィルタ
7を介して伝送用光ファイバ8に結合される。
あって、lは信号源のレーザダイオード(LD)光源(
波長1.53μI!1)、2は入力電気信号、3は集光
用レンズ、4は励起用LD光源(波長0.808μm)
、5はダイクロイックミラ− 6はエルビウム(Er)
添加単一モード光ファイバ、7は誘電体多層膜なとの狭
帯域フィルタ、8は伝送用光ファイバである. これを動作するには、先ず励起用レーザダイオード4を
点灯し、出力光を集光レンズ3およdダイクロイックミ
ラ−5を介して光ファイバ6に入射せしめ、光ファイバ
6に添加されたErを励起した反転分布状態を作る。つ
いで、入力侶号2によりレーザダイオード1を駆動し、
その出力光をレンズ3および3゜を介して、光ファイバ
6に入射せしめる.この信号光は、光ファイバ6を伝ぼ
んする際励起状態にあるErにより増幅され、フィルタ
7を介して伝送用光ファイバ8に結合される。
この際、人力信号光は数dB増幅される。
第5図に示した光ファイバレーザ増幅装置の問題点は、
光ファイバ6のコア径が通常数μmと小さいため、大出
力のLD光源(例えば、レーザ活性部がアレイ型になっ
ているもの)との結合効率が悪く、高い増幅度が得にく
いという点である.また、光ファイバ6の長さを長くと
る必要があり、光増幅装置の小型化を図る上での制約と
なっていた。
光ファイバ6のコア径が通常数μmと小さいため、大出
力のLD光源(例えば、レーザ活性部がアレイ型になっ
ているもの)との結合効率が悪く、高い増幅度が得にく
いという点である.また、光ファイバ6の長さを長くと
る必要があり、光増幅装置の小型化を図る上での制約と
なっていた。
(課題を解決するための手段)
本発明は、かかる従来の問題点を解決するためなされた
ものであり、コア部に希土類元素が添加されており、か
つ両端部がそれぞれ、単一モード光ファイバの導波条件
を満たすように連続的に細径化されているロッド状光フ
ァイバ母材からなる光導波路媒体と、光導波路媒体の側
面に設けられた光励起用光学系とを具えたことを特徴と
する. [作 用] 希土類元素を含む光増幅用媒体としてロツド状ブリフォ
ームを用い、実効的な励起断面積を拡大することにより
、被増幅信号のモード状態にほとんど影響を与えること
なく、集束スポット・径が大きな大出力LD光源による
励起が可能になる。
ものであり、コア部に希土類元素が添加されており、か
つ両端部がそれぞれ、単一モード光ファイバの導波条件
を満たすように連続的に細径化されているロッド状光フ
ァイバ母材からなる光導波路媒体と、光導波路媒体の側
面に設けられた光励起用光学系とを具えたことを特徴と
する. [作 用] 希土類元素を含む光増幅用媒体としてロツド状ブリフォ
ームを用い、実効的な励起断面積を拡大することにより
、被増幅信号のモード状態にほとんど影響を与えること
なく、集束スポット・径が大きな大出力LD光源による
励起が可能になる。
第1図に本発明に使用する光増幅用媒体を示す。すなわ
ち、コア部1lおよびクラツド部l2からなり通常の光
ファイバの40〜50倍の外径を有するEri加光ファ
イバ母材ロツドlOの両端を、小型酸水素バーナにより
延伸し、テーバ部13.13’および単一モードファイ
バ部9.9゜を形成する。この際、テーバ部13,13
゜の長さを、ロツドの外径に対し十分長くとることによ
り、光信号はほとんどモード変換を受けることなく、低
損失で伝ばんする。これと同様な現象は、テーバ状ロツ
ドを使用した光結合実験において、既にエイチ・エム・
プレスパイ等(}I.M.Presby et al,
Electron.Lett.,Vat.74,pp
J4〜35)によって確関されている。
ち、コア部1lおよびクラツド部l2からなり通常の光
ファイバの40〜50倍の外径を有するEri加光ファ
イバ母材ロツドlOの両端を、小型酸水素バーナにより
延伸し、テーバ部13.13’および単一モードファイ
バ部9.9゜を形成する。この際、テーバ部13,13
゜の長さを、ロツドの外径に対し十分長くとることによ
り、光信号はほとんどモード変換を受けることなく、低
損失で伝ばんする。これと同様な現象は、テーバ状ロツ
ドを使用した光結合実験において、既にエイチ・エム・
プレスパイ等(}I.M.Presby et al,
Electron.Lett.,Vat.74,pp
J4〜35)によって確関されている。
第1図に示したロンドにおいて、ロツド中央部の径が例
えば51IIII1のとき、コア部の径は約400μ■
となるため、出射スポット径の大きなレーザを励起光源
として使用しても、上記媒体中のE『を効率良く励起す
ることが可能である.励起光はコア部の狭い領域で吸収
される必要があるため、媒体中のE『濃度が高く、励起
光を十分吸収することが要求される。
えば51IIII1のとき、コア部の径は約400μ■
となるため、出射スポット径の大きなレーザを励起光源
として使用しても、上記媒体中のE『を効率良く励起す
ることが可能である.励起光はコア部の狭い領域で吸収
される必要があるため、媒体中のE『濃度が高く、励起
光を十分吸収することが要求される。
このように本発明では、通常の光ファイバ増幅器で用い
られる、光ファイバ端面からの励起方法に替えて、太径
のロツド状母材10の外周または、テーバ部13および
13゛ より励起を行なう方法を採用しているため、励
起レーザの集束光スポットが必ずしも数μm以下である
必要がない。活性部がアレイ状に並べられている出力1
w以上の大出力LD等を光源として使用できるため、高
い増幅度を容易に達成できるばかりでなく、装置の小型
化にも有効である。さらに、本発明で使用する光増幅器
媒体では、そのコア径がテーバ部で連続的にかつ滑らか
に変化しているため、信号光が媒体を通過する際、ほと
んどモード変換損失を受けることなく伝ばんする. また、本発明では、光増幅媒体に対し、ダイクロイック
ミラーなしに容易に複数個のレーザを励起光源として使
用できる特徴があり、光増幅器の増幅度および信頼性を
高めることができる。
られる、光ファイバ端面からの励起方法に替えて、太径
のロツド状母材10の外周または、テーバ部13および
13゛ より励起を行なう方法を採用しているため、励
起レーザの集束光スポットが必ずしも数μm以下である
必要がない。活性部がアレイ状に並べられている出力1
w以上の大出力LD等を光源として使用できるため、高
い増幅度を容易に達成できるばかりでなく、装置の小型
化にも有効である。さらに、本発明で使用する光増幅器
媒体では、そのコア径がテーバ部で連続的にかつ滑らか
に変化しているため、信号光が媒体を通過する際、ほと
んどモード変換損失を受けることなく伝ばんする. また、本発明では、光増幅媒体に対し、ダイクロイック
ミラーなしに容易に複数個のレーザを励起光源として使
用できる特徴があり、光増幅器の増幅度および信頼性を
高めることができる。
以上の様に、木発明によれば、高増幅度、高信頼度にし
て小型の光増幅器を提供することが可能となる. (実施例) 以下、図面にもとづき、実施例について説明する。
て小型の光増幅器を提供することが可能となる. (実施例) 以下、図面にもとづき、実施例について説明する。
実施例−1
第2図は、本発明の第1の実施例の概念図である。第5
図に示した従来装置と同一部分は同一参照番号を付して
説明を省略する。図中、8゛は伝送用単一モード光ファ
イバ、14はアレイ形レーザダイオード(波長0.80
8μa+),Isはアレイ形レーザダイオード14の出
力光を集光するシリンドリ力ルレンズ、l6はミラー
17および17゜は光ファイバの接続点、18は光バワ
ーメータである。
図に示した従来装置と同一部分は同一参照番号を付して
説明を省略する。図中、8゛は伝送用単一モード光ファ
イバ、14はアレイ形レーザダイオード(波長0.80
8μa+),Isはアレイ形レーザダイオード14の出
力光を集光するシリンドリ力ルレンズ、l6はミラー
17および17゜は光ファイバの接続点、18は光バワ
ーメータである。
これを動作するには、先ず出力1.5Wのレーザダイオ
ードl4を点灯し、その出力光を、シリンドリカルレン
ズ15を用いで、光ファイバロンド10のコア部11に
集光する。ここで、レーザダイオード14の光はその8
0%以上が吸収され、その透過光はミラーl6により反
射され再び母材lOのコア部11に集光され、吸収され
る。この結果、光ファイバ状ロッド10のコア部l1に
添加されたEr(ErtJ4度・27,0(t(lpp
m)は励起状態となる。
ードl4を点灯し、その出力光を、シリンドリカルレン
ズ15を用いで、光ファイバロンド10のコア部11に
集光する。ここで、レーザダイオード14の光はその8
0%以上が吸収され、その透過光はミラーl6により反
射され再び母材lOのコア部11に集光され、吸収され
る。この結果、光ファイバ状ロッド10のコア部l1に
添加されたEr(ErtJ4度・27,0(t(lpp
m)は励起状態となる。
ついで、信号用光源1を点灯し、lGb/sのペースバ
ンド信号2を印加し、その出力を光バワーメータl8で
測定する。ついで、レーザダイオード14の出力光強度
を変えさせながら、出力を測定したところ、増幅度は最
大22dBが得られることがわかった。なお、使用した
光ファイバプリフォーム状ロッド10は外径4.8mm
. コア部IIの径310μm.均一径部の長さ40m
m,テーバ部の長さはそれぞれ20a+mであった。
ンド信号2を印加し、その出力を光バワーメータl8で
測定する。ついで、レーザダイオード14の出力光強度
を変えさせながら、出力を測定したところ、増幅度は最
大22dBが得られることがわかった。なお、使用した
光ファイバプリフォーム状ロッド10は外径4.8mm
. コア部IIの径310μm.均一径部の長さ40m
m,テーバ部の長さはそれぞれ20a+mであった。
叉1■引二ス
第3図は、本発明の第2の実施例に用いたブリフォーム
状ロツドおよびその励起光学系の概念図である。
状ロツドおよびその励起光学系の概念図である。
本実施例の特徴は、第3図に示す様に、光の励起をロツ
ドのテーバ部より行なっている点である。テー八部から
の励起を容易にするため、旬材は高NA(N^=0.2
5)のものを使用しており、母材の中心軸と励起光束の
入射角度θは10’以下とした。母材の寸法は均一径部
の長さが150mm,径が約6.2mm,コア部の径が
約220μa+ ,テーバ部13,i3゜の長さがそれ
ぞれ38mmであった。母材のErの濃度は、約14,
500ppmであった。
ドのテーバ部より行なっている点である。テー八部から
の励起を容易にするため、旬材は高NA(N^=0.2
5)のものを使用しており、母材の中心軸と励起光束の
入射角度θは10’以下とした。母材の寸法は均一径部
の長さが150mm,径が約6.2mm,コア部の径が
約220μa+ ,テーバ部13,i3゜の長さがそれ
ぞれ38mmであった。母材のErの濃度は、約14,
500ppmであった。
これを動作するには、出力1.8W,波長1.483μ
霜のアレイ状励起光源I4を点灯し、ブリフォーム状ロ
ツドのコア部に結合させる。ここに、励起光のスポット
径は 110μ一であった.このとぎの結合効率は、3
2%であった。この状態で実施例1と同様の実験系で光
増幅度を測定したところ、24dBの増幅度が得られた
。
霜のアレイ状励起光源I4を点灯し、ブリフォーム状ロ
ツドのコア部に結合させる。ここに、励起光のスポット
径は 110μ一であった.このとぎの結合効率は、3
2%であった。この状態で実施例1と同様の実験系で光
増幅度を測定したところ、24dBの増幅度が得られた
。
なお、木実施例において、テーバ部!3゜からも励起で
きることは言うまでもない。
きることは言うまでもない。
夫族±二旦
第4図は、本発明の第3の実施例に用いたブリフォーム
状ロッドおよびその励起光学系の概念図であって、l9
は液体窒素用保冷容器, 20は液体窒素。21は同注
入口,22は霜付き防止用リング状ヒーターである。第
4図は、基本的には第2の実施例と同一であるが、励起
光学系を2系列(14およびl4゛)としたこと、励起
時の自然放出光によるS/N劣化を防止するため、ロン
ドの冷却装置を付加した点にある。
状ロッドおよびその励起光学系の概念図であって、l9
は液体窒素用保冷容器, 20は液体窒素。21は同注
入口,22は霜付き防止用リング状ヒーターである。第
4図は、基本的には第2の実施例と同一であるが、励起
光学系を2系列(14およびl4゛)としたこと、励起
時の自然放出光によるS/N劣化を防止するため、ロン
ドの冷却装置を付加した点にある。
これを動作するには、冷却用液体窒素20を注入口21
より保冷容器l9に満たす。ブリフォーム状ロッド10
が十分冷えた後、実施例−2と同様の方法で、ブリフォ
ーム状ロツド中のE『を波長1.483μmのレーザダ
イオード14.14’で励起し、実施例一・メと同様の
手法で光増幅度の測定を行なった。
より保冷容器l9に満たす。ブリフォーム状ロッド10
が十分冷えた後、実施例−2と同様の方法で、ブリフォ
ーム状ロツド中のE『を波長1.483μmのレーザダ
イオード14.14’で励起し、実施例一・メと同様の
手法で光増幅度の測定を行なった。
その結果、光増幅度29dBが得られた。
(発明の効果〕
以上説明した様に、本発明によれば、励起用光源である
LDの集光スポット形状の制約が大幅に緩和されるばか
りでなく、光増幅器媒体の側面からの励起が可能となり
、かつ複数個の励起光源を同時に使用できるため、高い
光増幅度と高い信頼性が得られる。また、ロッド状母材
を増幅器媒体としているため、増幅系に悪影響を及ぼす
ことなく媒体を冷却することが容易で、自然放出光によ
るS/N劣化を防止できる。
LDの集光スポット形状の制約が大幅に緩和されるばか
りでなく、光増幅器媒体の側面からの励起が可能となり
、かつ複数個の励起光源を同時に使用できるため、高い
光増幅度と高い信頼性が得られる。また、ロッド状母材
を増幅器媒体としているため、増幅系に悪影響を及ぼす
ことなく媒体を冷却することが容易で、自然放出光によ
るS/N劣化を防止できる。
したがって、高増幅度,高S/N比かつ小型にして信頼
性の高い光増幅器を提供できることから、長距離大容量
光伝送系に使用できるばかりでなく、超高感度光計測に
応用できる利点がある。
性の高い光増幅器を提供できることから、長距離大容量
光伝送系に使用できるばかりでなく、超高感度光計測に
応用できる利点がある。
第1図は本発明の光増幅器に使用する光増幅用媒体の概
念図、 第2図は本発明の第1の実施例の概念図、第3図は本発
明の第2の実施例に用いる光増幅用媒体および励起光学
系の概念図、 第4図は本発明の第3の実施に用いる光増幅用媒体およ
び励起光学系の概念図、 第5図は従来装置の基本構成図である.1・・・レーザ
光源、 2・・・人力電気信号、 3,3゜・・・集光レンズ、 4.4′・・・励起用レーザダイオード、5・・・ダイ
クロイックミラー 6・・・Er添加光ファイバ、 7・・・フィルタ、 8・・・伝送用ファイバ、 9.9゛・・・Er添加単一モード光ファイバ、lO・
・−Erl加光ファイバプリフォーム状ロンド、l1・
・・コア部、 l2・・・クラッド部、 1343゜・・・テーバ部、 l4・・・アレイ状励起光源、 15・・・シリンドリ力ルレンズ、 16・・・ミラー l7・・一光ファイバ接続点、 18・・・光バワーメータ、 19・・・保冷容器、 20・・・液体窒素、 2l・・・液体窒素注入口、 22・・・ヒータ。
念図、 第2図は本発明の第1の実施例の概念図、第3図は本発
明の第2の実施例に用いる光増幅用媒体および励起光学
系の概念図、 第4図は本発明の第3の実施に用いる光増幅用媒体およ
び励起光学系の概念図、 第5図は従来装置の基本構成図である.1・・・レーザ
光源、 2・・・人力電気信号、 3,3゜・・・集光レンズ、 4.4′・・・励起用レーザダイオード、5・・・ダイ
クロイックミラー 6・・・Er添加光ファイバ、 7・・・フィルタ、 8・・・伝送用ファイバ、 9.9゛・・・Er添加単一モード光ファイバ、lO・
・−Erl加光ファイバプリフォーム状ロンド、l1・
・・コア部、 l2・・・クラッド部、 1343゜・・・テーバ部、 l4・・・アレイ状励起光源、 15・・・シリンドリ力ルレンズ、 16・・・ミラー l7・・一光ファイバ接続点、 18・・・光バワーメータ、 19・・・保冷容器、 20・・・液体窒素、 2l・・・液体窒素注入口、 22・・・ヒータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)コア部に希土類元素が添加されており、かつ両端部
がそれぞれ、単一モード光ファイバの導波条件を満たす
ように連続的に細径化されているロッド状光ファイバ母
材からなる光導波路媒体と、 該光導波路媒体の側面に設けられた光励起用光学系とを
具えたことを特徴とする光増幅装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1060341A JP2617564B2 (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 光増幅装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1060341A JP2617564B2 (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 光増幅装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02239236A true JPH02239236A (ja) | 1990-09-21 |
JP2617564B2 JP2617564B2 (ja) | 1997-06-04 |
Family
ID=13139366
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1060341A Expired - Lifetime JP2617564B2 (ja) | 1989-03-13 | 1989-03-13 | 光増幅装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2617564B2 (ja) |
-
1989
- 1989-03-13 JP JP1060341A patent/JP2617564B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2617564B2 (ja) | 1997-06-04 |
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