分光特性
イッテルビウム(Yb) は原子番号70の元素であり、Yb3+イオンの電子配置は[Xe]4f13 構造をしているため、基底状態2F7/2と励起状態2F5/2の2つしか存在しない[1]。Yb シリカガラスの詳細なエネルギー準位構造を図1に示す。基底状態2F7/2は4つのシュタルク準位で形成され、励起状態2F5/2は3つのシュタルク準位で形成される[2、3]。
図1：Ybシリカガラスのエネルギー準位構造
吸収断面積と誘導放出断面積
Yb 添加シリカガラス光ファイバー(Ybファイバー)の吸収断面積と誘導放出断面積を図2(a) に示す。
図2：Ybファイバーの吸収断面積と誘導放出断面積
波長975nm付近にピークを持つ吸収及び蛍光のスペクトル(A) は、ゼロライン（励起状態2F5/2と基底状態2F7/2のマニフォールド中での最小エネルギー準位間）の遷移である。波長975nm付近におけるレーザー動作は、最下シュタルク準位への遷移となるため3準位となる。短波長側の(B) に当たる吸収のピークは、基底準位L0から励起準位U1またはU2の遷移に相当する。長波長側の裾の部分(C) は準位L1から準位U0の遷移に相当している。
図2(b) にYbファイバーの波長1000nm付近の詳細な吸収断面積を示す。(C) の部分におけるYbファイバーの吸収は比較的弱いが、かなり重要な役割を果たしており、レーザー光の再吸収による利得損失の原因になる。波長1030nm付近(D) における蛍光は1200nm まで裾が延びており、レーザー上準位U0からレーザー下準位L1、L2及びL3の遷移に相当するため、これらの遷移はほぼ4準位と考えることができる。(E) における蛍光は、準位U1から準位L0またはL1の遷移に相当する。
Ybファイバーのメーカー
Reference and Links
- [1] 平等拓範, 常包正樹, ダスカルトライアン, レーザー研究, 33, 228 (2005).
- [2] H. M. Pask, R. J. Carman, D. C. Hanna, A. C. Tropper, C. J. Mackechnie,P. R. Barber, and J. M. Dawes, “ Ytterbium-doped silica fiber lasers:versatile sources for the 1-1.2μm region, ” IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1, 2-13 (1995).
- [3] R. Paschotta, J. Nilsson, A. C. Tropper, and D. D. Hanna,“ Ytterbiumdoped fiber amplifiers,”IEEE J. Quantum Electron. 33, 1049-1056 (1997).