JP2008083118A - Pulse light output device and method - Google Patents

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Norihiko Nishizawa
典彦 西澤
Jun Takayanagi
順 高柳
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To output an ultrashort pulse which has high intensity, a short pulse time width, and a beautiful waveform. <P>SOLUTION: The pulse light output device 20 is composed of: a short pulse light source 22 which generates pulse light of picoseconds to femtoseconds in pulse time width and 1,560 nm in center wavelength; a pulse time width expansion fiber 24 which expands the time width of the pulse light; a fiber amplifier 26 which amplifies the intensity of the pulse light having the time width expanded; a large-diameter fiber 28 which receives the intensity-amplified pulse light and uses a soliton self-frequency shift to output a soliton pulse; and a wavelength filter 30 which removes light of <1,560 in wavelength. Consequently, the soliton pulse can be output which is a sech<SP>2</SP>type and has high intensity and a beautiful waveform. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、パルス光出力装置およびパルス光出力方法に関し、詳しくは、短いパルス時間幅で高強度のパルス光を出力するパルス光出力装置およびこうしたパルス光を出力する方法に関する。   The present invention relates to a pulsed light output device and a pulsed light output method, and more particularly to a pulsed light output device that outputs high-intensity pulsed light with a short pulse time width and a method for outputting such pulsed light.

従来、この種のパルス光出力装置として、特性を調整した短いパルス時間幅のパルス光を非線形光学効果を奏する光ファイバに入射するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、光ファイバとして、ソリトン効果とラマン散乱による非線形光学効果によって波長可変超短パルス光を生成すると共に３次の非線形光学効果によって波長可変超短パルス光の第３高調波を生成する偏波保持ファイバを用い、ｓｅｃｈ2型に対応する台座成分のない綺麗な波形のソリトンパルスを出力している。
特許第３５３２９０９号公報 Conventionally, as this kind of pulsed light output device, a device in which pulsed light having a short pulse time width with adjusted characteristics is incident on an optical fiber having a nonlinear optical effect has been proposed (for example, see Patent Document 1). In this apparatus, a tunable ultrashort pulse light is generated as an optical fiber by a nonlinear optical effect by soliton effect and Raman scattering, and a third harmonic of the tunable ultrashort pulse light is generated by a third-order nonlinear optical effect. A wave-holding fiber is used to output a soliton pulse with a clean waveform without a pedestal component corresponding to the sech 2 type.
Japanese Patent No. 3532909

レーザ加工の分野では、小型で安定して高強度でパルス時間幅が短い超短パルスを出力する光源が望まれており、光通信や光計測の分野では、波長の幅が広く安定した広帯域光を出力する光源が望まれている。安定した広帯域光は、高強度でパルス時間幅が短く形状の綺麗な超短パルスを異常分散を示す光ファイバに入射することにより得られるため、高強度でパルス時間幅が短く形状の綺麗な超短パルスを出力する光源が重要視されている。   In the field of laser processing, a compact, stable, high-intensity light source that outputs an ultrashort pulse with a short pulse time width is desired. In the field of optical communication and optical measurement, wideband light with a wide wavelength range and stability. Is desired. Stable broadband light is obtained by injecting an ultra-short pulse with high intensity, short pulse duration, and a beautiful shape into an optical fiber that exhibits anomalous dispersion. Light sources that output short pulses are regarded as important.

本発明のパルス光出力装置およびパルス光出力方法は、高強度でパルス時間幅が短い超短パルス光を出力することを目的の一つとする。また、本発明のパルス光出力装置およびパルス光出力方法は、綺麗な波形の超短パルス光を出力することを目的の一つとする。   One object of the pulse light output device and the pulse light output method of the present invention is to output ultrashort pulse light having a high intensity and a short pulse time width. Another object of the pulsed light output device and pulsed light output method of the present invention is to output ultrashort pulsed light with a beautiful waveform.

本発明のパルス光出力装置およびパルス光出力方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。   The pulse light output device and the pulse light output method of the present invention employ the following means in order to achieve at least a part of the above object.

本発明のパルス光出力装置は、
短いパルス時間幅で高強度のパルス光を出力するパルス光出力装置であって、
短いパルス時間幅で中心波長が所定波長のパルス光を出力する短パルス光源と、
前記短パルス光源から出力されたパルス光を入射して該パルス光の時間幅を伸張するパルス時間幅伸張手段と、
前記パルス時間幅伸張手段からのパルス光を入射して該パルス光の強度を増幅する強度増幅手段と、
前記強度増幅手段からのパルス光を入射してソリトン自己周波数シフトを用いて前記所定波長とは異なる波長を中心波長とするソリトンパルスを出力するソリトンパルス出力手段と、
を備えることを要旨とする。 The pulsed light output device of the present invention is
A pulsed light output device that outputs high-intensity pulsed light with a short pulse time width,
A short pulse light source that outputs a pulsed light with a short wavelength and a center wavelength of a predetermined wavelength;
A pulse time width extending means for making the pulse light output from the short pulse light source incident and extending the time width of the pulse light;
An intensity amplifying unit that amplifies the intensity of the pulsed light by entering the pulsed light from the pulse time width extending unit;
Soliton pulse output means for outputting a soliton pulse having a wavelength different from the predetermined wavelength by using the soliton self-frequency shift by inputting pulsed light from the intensity amplifying means; and
It is a summary to provide.

この本発明のパルス光出力装置では、短いパルス時間幅で中心波長が所定波長のパルス光の時間幅を伸張し、この時間幅を伸張したパルス光の強度を増幅し、この強度を増幅したパルス光をソリトン自己周波数シフトを用いて励起光としてのパルス光の中心波長とは異なる波長を中心波長とするソリトンパルスを出力する。このとき、パルスの時間幅と強度を増幅することにより、高強度のソリトンパルスを得ることができる。しかも、ソリトン自己周波数シフトを用いてソリトンパルスを出力するから、綺麗な形状のソリトンパルスを出力することができる。この結果、レーザ加工などの分野で有効な光源として用いることができ、通信や光計測などの分野で安定した広帯域光を得るための有効な光源として用いることができる。   In this pulsed light output device of the present invention, the pulse width of the pulsed light whose center wavelength is a predetermined wavelength with a short pulse time width is expanded, the intensity of the pulsed light with the expanded time width is amplified, and the pulse whose amplitude is amplified A soliton pulse having a wavelength different from the center wavelength of the pulsed light as the pumping light is output using the soliton self-frequency shift as the light. At this time, a high-intensity soliton pulse can be obtained by amplifying the time width and intensity of the pulse. In addition, since the soliton pulse is output using the soliton self-frequency shift, a soliton pulse having a beautiful shape can be output. As a result, it can be used as an effective light source in fields such as laser processing, and can be used as an effective light source for obtaining stable broadband light in fields such as communication and optical measurement.

こうした本発明のパルス光出力装置において、前記ソリトンパルス出力手段は、モードフィールド径が大きく異常分散を示すファイバであるものとすることもできる。この場合、前記ソリトンパルス出力手段は、大口径フォトニック結晶ファイバであるものとすることもできる。この場合、大口径フォトニック結晶ファイバとしてのモードフィールド径は、１０〜２００μｍが好ましく、８０〜１５０μｍが更に好ましい。   In such a pulsed light output device of the present invention, the soliton pulse output means may be a fiber having a large mode field diameter and exhibiting anomalous dispersion. In this case, the soliton pulse output means may be a large-diameter photonic crystal fiber. In this case, the mode field diameter of the large-diameter photonic crystal fiber is preferably 10 to 200 μm, and more preferably 80 to 150 μm.

また、本発明のパルス光出力装置において、前記ソリトンパルス出力手段は、ｓｅｃｈ2型で台座成分のないソリトンパルスを出力する手段であるものとすることもできる。 In the pulsed light output device of the present invention, the soliton pulse output means may be means for outputting a soliton pulse having a sech 2 type and having no pedestal component.

さらに、本発明のパルス光出力装置において、前記パルス時間幅伸張手段は単一モードファイバであり、前記強度増幅手段はエルビウム（Ｅｒ）が添加された光ファイバ増幅器である、ものとすることもできる。   Furthermore, in the pulsed light output device of the present invention, the pulse time width extending means may be a single mode fiber, and the intensity amplifying means may be an optical fiber amplifier to which erbium (Er) is added. .

あるいは、本発明のパルス光出力装置において、前記ソリトンパルス出力手段からの出力から前記ソリトンパルスの波長の帯域の成分は残して少なくとも前記所定波長を中心とする帯域の成分を除去する波長フィルタを備えるものとすることもできる。こうすれば、出力光から短パルス光源から出力されるパルス光の成分を除去することができ、励起パルス光の成分のないソリトンパルスを出力することができる。   Alternatively, the pulse light output device of the present invention includes a wavelength filter that removes at least the band component centered on the predetermined wavelength from the output from the soliton pulse output means while leaving the band component of the wavelength of the soliton pulse. It can also be. In this way, the pulse light component output from the short pulse light source can be removed from the output light, and a soliton pulse having no excitation pulse light component can be output.

また、本発明のパルス光出力装置において、前記短パルス光源は、パルス時間幅としてピコ秒（ｐｓ）からフェムト秒（ｆｓ）の単位のパルス光を出力する光源であるものとすることもできる。   In the pulsed light output device of the present invention, the short pulse light source may be a light source that outputs pulsed light in a unit of picoseconds (ps) to femtoseconds (fs) as a pulse time width.

本発明のパルス光出力方法は、
短いパルス時間幅で高強度のパルス光を出力するパルス光出力方法であって、
短いパルス時間幅で中心波長が所定波長のパルス光の時間幅を伸張し、該時間幅を伸張したパルス光の強度を増幅し、該強度を増幅したパルス光をソリトン自己周波数シフトを用いて前記所定波長とは異なる中心波長のソリトンパルスを得て、該ソリトンパルスを前記短いパルス時間幅で高強度のパルス光として出力する、
ことを特徴とする。 The pulsed light output method of the present invention is
A pulsed light output method for outputting high intensity pulsed light with a short pulse time width,
Extending the time width of the pulsed light having a short pulse time width and the center wavelength being a predetermined wavelength, amplifying the intensity of the pulsed light having the extended time width, and using the soliton self-frequency shift to amplify the pulsed light. Obtaining a soliton pulse having a central wavelength different from the predetermined wavelength, and outputting the soliton pulse as high-intensity pulsed light with the short pulse time width;
It is characterized by that.

この本発明のパルス光出力方法では、短いパルス時間幅で中心波長が所定波長のパルス光の時間幅を伸張し、この時間幅を伸張したパルス光の強度を増幅し、この強度を増幅したパルス光をソリトン自己周波数シフトを用いて励起光としてのパルス光の中心波長とは異なる波長を中心波長とするソリトンパルスを出力する。このとき、パルスの時間幅と強度を増幅することにより、高強度のソリトンパルスを得ることができる。しかも、ソリトン自己周波数シフトを用いてソリトンパルスを出力するから、綺麗な形状のソリトンパルスを出力することができる。この結果、レーザ加工などの分野で有効な光源として用いることができ、通信や光計測などの分野で安定した広帯域光を得るための有効な光源として用いることができる。   In the pulsed light output method of the present invention, the pulse width of the pulsed light whose center wavelength is a predetermined wavelength with a short pulse time width is extended, the intensity of the pulsed light with the extended time width is amplified, and the pulse with the amplified intensity is amplified. A soliton pulse having a wavelength different from the center wavelength of the pulsed light as the pumping light is output using the soliton self-frequency shift as the light. At this time, a high-intensity soliton pulse can be obtained by amplifying the time width and intensity of the pulse. In addition, since the soliton pulse is output using the soliton self-frequency shift, a soliton pulse having a beautiful shape can be output. As a result, it can be used as an effective light source in fields such as laser processing, and can be used as an effective light source for obtaining stable broadband light in fields such as communication and optical measurement.

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.

図１は、本発明の一実施例としてのパルス光出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のパルス光出力装置２０は、図示するように、パルス時間幅がピコ秒からフェムト秒単位で中心波長が１５６０ｎｍのパルス光を生成する超短パルスファイバレーザとして構成された短パルス光源２２と、短パルス光源２２からのパルス光の時間幅を伸張するパルス時間幅伸張ファイバ２４と、パルス時間幅伸張ファイバ２４により時間幅が伸張されたパルス光の強度を増幅するファイバ増幅器２６と、ファイバ増幅器２６により強度が増幅されたパルス光を入射してソリトン自己周波数シフトを用いてソリトンパルスを出力する大口径ファイバ２８と、１５６０ｎｍ帯以下の波長の光を除去する波長フィルタ３０と、装置における他の機器に結合するための出力結合用光ファイバ３２と、を備える。   FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the configuration of a pulsed light output device 20 as an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the pulse light output device 20 of the embodiment includes a short pulse light source 22 configured as an ultrashort pulse fiber laser that generates pulsed light having a pulse time width of picoseconds to femtoseconds and a center wavelength of 1560 nm. A pulse time width extension fiber 24 for extending the time width of the pulse light from the short pulse light source 22, a fiber amplifier 26 for amplifying the intensity of the pulse light whose time width is extended by the pulse time width extension fiber 24, and a fiber amplifier A large-diameter fiber 28 that receives the pulse light whose intensity has been amplified by 26 and outputs a soliton pulse using soliton self-frequency shift, a wavelength filter 30 that removes light having a wavelength of 1560 nm or less, and other devices in the apparatus And an output coupling optical fiber 32 for coupling to a device.

短パルス光源２２としては、実施例では、パルス光の波長が１５６０ｎｍ、パルス時間幅が１４１フェムト秒（ｆｓ）、パルス光の繰り返し周波数が４８ＭＨｚ、平均出力が３８ｍＷの超短パルス光を安定して生成する超短パルスファイバレーザを用いた。短パルス光源２２としては、こうした性能に限定されるものではなく、例えば、パルス時間幅がピコ秒（ｆｓ）単位のものを用いてもよいし、パルス光の繰り返し周波数がＭＨｚ単位のものや数１００ＭＨＺ単位のもの、或いはＧＨｚ単位のものを用いてもよい。   As the short pulse light source 22, in the embodiment, ultrashort pulse light having a pulsed light wavelength of 1560 nm, a pulse time width of 141 femtoseconds (fs), a pulsed light repetition frequency of 48 MHz, and an average output of 38 mW is stabilized. The resulting ultrashort pulse fiber laser was used. The short pulse light source 22 is not limited to such performance, and for example, a pulse time width having a picosecond (fs) unit may be used, or a pulse light repetition frequency having a unit of MHz or a number thereof may be used. A unit of 100 MHZ or a unit of GHz may be used.

パルス時間幅伸張ファイバ２４としては、実施例では、モードフィールド径が９．３μｍで非線形係数が１．８９Ｗ-1ｋｍ-1、２次の分散値が−２０．４ｐｓ2／ｋｍ、長さが６ｍの単一モードファイバを用いた。パルス時間幅伸張ファイバ２４としては、こうした性能に限定されるものではなく、パルスの時間幅を伸張できるものであれば如何なるファイバなどを用いるものとしてもよい。 In the embodiment, the pulse time width extension fiber 24 has a mode field diameter of 9.3 μm, a nonlinear coefficient of 1.89 W −1 km −1 , a second-order dispersion value of −20.4 ps 2 / km, and a length. A 6 m single mode fiber was used. The pulse time width extension fiber 24 is not limited to such performance, and any fiber or the like may be used as long as the pulse time width can be extended.

ファイバ増幅器２６は、二酸化珪素にエルビウム（Ｅｒ）が添加された光ファイバにより構成された増幅用ファイバ２６ａと、増幅用の励起パルスを入力する励起パルス入力器２６ｂと、により構成されている。増幅用ファイバ２６ａとしては、実施例では、モードフィールド径が８．０μｍで非線形係数が２．５６Ｗ-1ｋｍ-1、２次の分散値が７．１７ｐｓ2／ｋｍ、長さが５ｍの光ファイバを用いた。増幅用ファイバ２６ａとしては、こうした性能に限定されるものではなく、強度を増幅可能なものであれば如何なるファイバを用いるものとしてもよい。励起パルス入力器２６ｂとしては、実施例では、１４８０ｎｍの励起パルスを入力することができるファイバレーザを用いたが、励起パルスとしては１４８０ｎｍに限定されるものではなく、例えば９８０ｎｍなど種々の波長のパルスを用いるものとしてもよい。また、パルス強度を増幅する程度によっては複数の励起パルス入力器２６ｂを増幅用ファイバ２６ａに接続するものとしてもよい。 The fiber amplifier 26 is configured by an amplification fiber 26a configured by an optical fiber in which erbium (Er) is added to silicon dioxide, and an excitation pulse input device 26b that inputs an excitation pulse for amplification. In the embodiment, the amplifying fiber 26a is a light having a mode field diameter of 8.0 μm, a nonlinear coefficient of 2.56 W −1 km −1 , a secondary dispersion value of 7.17 ps 2 / km, and a length of 5 m. Fiber was used. The amplification fiber 26a is not limited to such performance, and any fiber may be used as long as the intensity can be amplified. In the embodiment, a fiber laser capable of inputting an excitation pulse of 1480 nm is used as the excitation pulse input device 26b. However, the excitation pulse is not limited to 1480 nm, and for example, pulses of various wavelengths such as 980 nm. May be used. In addition, a plurality of excitation pulse input devices 26b may be connected to the amplification fiber 26a depending on the degree of amplification of the pulse intensity.

大口径ファイバ２８としては、実施例では、モードフィールド径が大きく異常分散を示すファイバ、例えば、モードフィールド径が１３０μｍで非線形係数が０．６４Ｗ-1ｋｍ-1、２次の分散値が−４９．１ｐｓ2／ｋｍ、長さが１０ｍの大口径偏波保持フォトニック結晶ファイバを用いた。大口径ファイバ２８のモードフィールド径は、上述の１３０μｍに限定されるものではなく、好ましくは１０〜２００μｍ程度のものを用いることができ、更に好ましくは８０〜１５０μｍ程度のものを用いることができる。長さは、ファイバの特性や入力されるパルスに依存するが１〜２０ｍ程度で調整可能である。なお、大口径ファイバ２８としては、こうした性能や大口径偏波保持フォトニック結晶ファイバに限定されるものではなく、入射したパルス光に対してソリトン自己周波数シフトを用いてソリトンパルスを出力するものであれば、如何なるファイバを用いるものとしてもよい。 In the embodiment, the large-diameter fiber 28 has a large mode field diameter and exhibits anomalous dispersion. For example, the mode field diameter is 130 μm, the nonlinear coefficient is 0.64 W −1 km −1 , and the secondary dispersion value is −49. A large-diameter polarization maintaining photonic crystal fiber having a length of 1 ps 2 / km and a length of 10 m was used. The mode field diameter of the large-diameter fiber 28 is not limited to the above-mentioned 130 μm, preferably about 10 to 200 μm, more preferably about 80 to 150 μm. Although the length depends on the characteristics of the fiber and the input pulse, it can be adjusted by about 1 to 20 m. The large-diameter fiber 28 is not limited to such performance and large-diameter polarization-maintaining photonic crystal fiber, and outputs a soliton pulse by using soliton self-frequency shift with respect to incident pulse light. Any fiber may be used as long as it is present.

次に、こうして構成されたパルス光出力装置２０の動作について説明する。短パルス光源２２から出力されたパルス光は、パルス時間幅伸張ファイバ２４によりパルスの時間幅が伸張され、ファイバ増幅器２６によりその強度が増幅される。時間幅が伸張され高強度なパルス光が大口径ファイバ２８に入射されると、パルス光には、まず、パルス圧縮が起こり、その後スペクトルが広がる。このとき、ラマン増幅によって長波長側のスペクトルが増強され、その後、パルス分裂が生じる。分裂したパルスは、ソリトン効果を受け、徐々に１次のソリトンが形成される。パルスのファイバにおける伝播に伴い、ソリトンパルス内でもラマン増幅が起こり、短波長側のスペクトルが長波長側に変換される。この結果、パルスのスペクトルの中心波長が徐々に長波長側にシフトしていく。このとき、ソリトン効果のために、ソリトンパルスのｓｅｃｈ2型の波形は保持される。ここで、ソリトンパルスの波長シフト量は、大口径ファイバ２８の長さ（ファイバ長）や大口径ファイバ２８に入射するパルス光の強度に依存するため、ファイバ長とパルス光の強度を調節することにより、出力するソリトンパルスの波長のシフト量を制御することができる。大口径ファイバ２８からはこうしたソリトンパルスと励起光としてのパルス光の残分やパルス分裂により短波長側にシフトした光も出力されるが、励起光としてのパルス光の残分やパルス分裂により短波長側にシフトした光は波長フィルタ３０によって除去されるから、出力結合用光ファイバ３２からは長波長側に波長シフトしたｓｅｃｈ2型の綺麗な波形のソリトンパルスだけが出力される。 Next, the operation of the thus configured pulsed light output device 20 will be described. The pulse light output from the short pulse light source 22 is expanded in pulse time width by the pulse time width expansion fiber 24, and its intensity is amplified by the fiber amplifier 26. When the time width is extended and high-intensity pulsed light is incident on the large-diameter fiber 28, pulse compression first occurs in the pulsed light, and then the spectrum broadens. At this time, the spectrum on the long wavelength side is enhanced by Raman amplification, and then pulse splitting occurs. The split pulse is subjected to a soliton effect, and primary solitons are gradually formed. As the pulse propagates through the fiber, Raman amplification also occurs within the soliton pulse, and the short wavelength side spectrum is converted to the long wavelength side. As a result, the center wavelength of the pulse spectrum gradually shifts to the longer wavelength side. At this time, due to the soliton effect, the sech 2 type waveform of the soliton pulse is retained. Here, since the wavelength shift amount of the soliton pulse depends on the length of the large-diameter fiber 28 (fiber length) and the intensity of the pulsed light incident on the large-diameter fiber 28, the fiber length and the intensity of the pulsed light are adjusted. Thus, the shift amount of the wavelength of the output soliton pulse can be controlled. The large-diameter fiber 28 outputs such a soliton pulse and the remainder of the pulsed light as the excitation light and the light shifted to the short wavelength side due to the pulse splitting. Since the light shifted to the wavelength side is removed by the wavelength filter 30, only the soliton pulse having a clean waveform of the sech 2 type shifted to the long wavelength side is output from the output coupling optical fiber 32.

図２はパルス光出力装置２０から出力されるソリトンパルスの波長と強度との一例を波長フィルタ３０によりカットされる光の波長および強度と共に示す説明図であり、図３はパルス光出力装置２０から出力されるソリトンパルスの自己相関波形の一例を示す説明図である。図示するように、パルス光出力装置２０からは、中心波長が１７００ｎｍでパルス時間幅が１２０ｆｓ、ｓｅｃｈ2型で台座成分がない綺麗な波形のソリトンパルスが出力されるのが解る。なお、このときのソリトンパルスの平均強度は１２０ｍＷでピーク強度は２０ｋＷであった。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the wavelength and intensity of the soliton pulse output from the pulsed light output device 20 together with the wavelength and intensity of the light cut by the wavelength filter 30, and FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the autocorrelation waveform of the soliton pulse output. As shown in the figure, it can be seen that the pulsed light output device 20 outputs a soliton pulse having a clean waveform with a center wavelength of 1700 nm, a pulse time width of 120 fs, a sech 2 type and no pedestal component. At this time, the average intensity of the soliton pulse was 120 mW and the peak intensity was 20 kW.

図４は実施例のパルス光出力装置２０から出力されたソリトンパルスを正常分散高非線形ファイバに入射して得られる広帯域光（スーパーコンティニューム）の一例のスペクトルを線形表示および対数表示で示す説明図であり、図５は実施例のパルス光出力装置２０から出力されたソリトンパルスを分散シフトファイバと正常分散高非線形ファイバとのハイブリッドファイバに入射して得られる広帯域光（スーパーコンティニューム）の一例のスペクトルを線形表示および対数表示で示す説明図である。図４に示すように、パルス光出力装置２０からの高強度のソリトンパルスを正常分散高非線形ファイバに入射すると、１２３０ｎｍ〜２０６０ｎｍの帯域、有効な帯域幅としては６２０ｎｍ、±１ｄＢの均一性を有する帯域幅としては５７０ｎｍの広帯域光が出力されており、図５に示すように、パルス光出力装置２０からの高強度のソリトンパルスをハイブリッドファイバに入射すると、−１０ｄＢレベルで１．０μｍ〜２．１μｍと１オクターブ以上広がる帯域を持つ広帯域光が出力されているのが解る。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing a spectrum of an example of broadband light (supercontinuum) obtained by making the soliton pulse output from the pulsed light output device 20 of the embodiment incident on a normal dispersion highly nonlinear fiber in linear display and logarithmic display. FIG. 5 shows an example of broadband light (super continuum) obtained by making the soliton pulse output from the pulsed light output device 20 of the embodiment incident on a hybrid fiber of a dispersion shifted fiber and a normal dispersion highly nonlinear fiber. It is explanatory drawing which shows a spectrum by linear display and logarithmic display. As shown in FIG. 4, when a high-intensity soliton pulse from the pulsed light output device 20 is incident on a normal dispersion highly nonlinear fiber, it has a bandwidth of 1230 nm to 2060 nm, an effective bandwidth of 620 nm, and a uniformity of ± 1 dB. As shown in FIG. 5, when a high-intensity soliton pulse from the pulsed light output device 20 is incident on the hybrid fiber, the bandwidth is 1.0 μm-2. It can be seen that broadband light having a band extending over 1 μm and 1 octave or more is output.

以上説明した実施例のパルス光出力装置２０によれば、高強度でｓｅｃｈ2型の綺麗な波形のソリトンパルスを出力することができる。従って、こうした実施例のパルス光出力装置２０をレーザ加工の光源として用いることができる。また、実施例のパルス光出力装置２０を波長の幅が広く安定した広帯域光を出力する光源として用いることができ、光通信や光計測の分野に資することができる。 According to the pulse light output device 20 of the embodiment described above, it is possible to output a soliton pulse having a high intensity and a sech 2 type and a beautiful waveform. Therefore, the pulsed light output device 20 of such an embodiment can be used as a light source for laser processing. Further, the pulsed light output device 20 of the embodiment can be used as a light source that outputs a stable broadband light having a wide wavelength range, which can contribute to the fields of optical communication and optical measurement.

実施例のパルス光出力装置２０では、パルス時間幅がピコ秒からフェムト秒単位で中心波長が１５６０ｎｍのパルス光を生成する超短パルスファイバレーザとして構成された短パルス光源２２を用いたが、励起光としてのパルス光の中心波長は１５６０ｎｍに限定されるものではなく、任意の中心波長のパルス光を生成するものとしてもよい。   In the pulsed light output device 20 of the embodiment, the short pulse light source 22 configured as an ultrashort pulse fiber laser that generates pulsed light having a pulse time width of picoseconds to femtoseconds and a center wavelength of 1560 nm is used. The center wavelength of pulsed light as light is not limited to 1560 nm, and pulse light having an arbitrary center wavelength may be generated.

実施例のパルス光出力装置２０では、励起光としてのパルス光の波長の帯域以下の波長の光を除去するために波長フィルタ３０を備えるものとしたが、こうした励起光としてのパルス光の波長の帯域以下の波長の光を除去する必要がなければ波長フィルタ３０を備えないものとしてもよい。   In the pulsed light output device 20 of the embodiment, the wavelength filter 30 is provided to remove light having a wavelength equal to or less than the wavelength band of the pulsed light as the pumping light. If it is not necessary to remove light having a wavelength below the band, the wavelength filter 30 may not be provided.

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、パルス時間幅がピコ秒からフェムト秒単位で中心波長が１５６０ｎｍのパルス光を生成する超短パルスファイバレーザとして構成された短パルス光源２２が「短パルス光源」に相当し、短パルス光源２２からのパルス光の時間幅を伸張するパルス時間幅伸張ファイバ２４が「パルス時間幅伸張手段」に相当し、パルス時間幅伸張ファイバ２４により時間幅が伸張されたパルス光の強度を増幅するファイバ増幅器２６が「強度増幅手段」に相当し、ファイバ増幅器２６により強度が増幅されたパルス光を入射してソリトン自己周波数シフトを用いてソリトンパルスを出力する大口径ファイバ２８が「ソリトンパルス出力手段」に相当する。また、１５６０ｎｍ帯以下の波長の光を除去する波長フィルタ３０が「波長フィルタ」に相当する。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。   Here, the correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the short pulse light source 22 configured as an ultrashort pulse fiber laser that generates pulsed light having a pulse time width of picoseconds to femtoseconds and a center wavelength of 1560 nm corresponds to a “short pulse light source”. The pulse time width extension fiber 24 that extends the time width of the pulsed light from the light source 22 corresponds to “pulse time width extension means”, and amplifies the intensity of the pulsed light whose time width is extended by the pulse time width extension fiber 24. The fiber amplifier 26 corresponds to “intensity amplification means”, and the large-diameter fiber 28 that receives the pulse light whose intensity has been amplified by the fiber amplifier 26 and outputs the soliton pulse by using the soliton self-frequency shift is the “soliton pulse output means”. Is equivalent to. Further, the wavelength filter 30 that removes light having a wavelength of 1560 nm or less corresponds to a “wavelength filter”. The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. It is an example for specifically explaining the best mode for doing so, and does not limit the elements of the invention described in the column of means for solving the problem. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problems should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problems. It is only a specific example.

実施例では、高強度でｓｅｃｈ2型の綺麗な波形のソリトンパルスを出力するパルス光出力装置２０として説明したが、こうしたソリトンパルスを出力するパルス光出力方法の形態としてもよい。 Although the embodiment has been described as the pulse light output device 20 that outputs a high-intensity sech 2 type soliton pulse having a beautiful waveform, a pulse light output method for outputting such a soliton pulse may be employed.

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   The best mode for carrying out the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be implemented in the form.

本発明は、パルス光出力装置の製造産業などに利用可能である。   The present invention can be used in the manufacturing industry of pulsed light output devices.

本発明の一実施例としてのパルス光出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of a structure of the pulsed light output device 20 as one Example of this invention. 実施例のパルス光出力装置２０から出力されるソリトンパルスの波長と強度との一例を波長フィルタ３０によりカットされる光の波長および強度と共に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the wavelength and intensity | strength of the soliton pulse output from the pulsed light output device 20 of an Example with the wavelength and intensity | strength of the light cut by the wavelength filter 30. FIG. パルス光出力装置２０から出力されるソリトンパルスの自己相関波形の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the autocorrelation waveform of the soliton pulse output from the pulsed light output device. 実施例のパルス光出力装置２０から出力されたソリトンパルスを正常分散高非線形ファイバに入射して得られる広帯域光の一例のスペクトルを線形表示および対数表示で示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the spectrum of an example of the broadband light obtained by making the soliton pulse output from the pulse light output device 20 of an Example inject into a normal dispersion highly nonlinear fiber by a linear display and a logarithmic display. 実施例のパルス光出力装置２０から出力されたソリトンパルスを分散シフトファイバと正常分散高非線形ファイバとのハイブリッドファイバに入射して得られる広帯域光の一例のスペクトルを線形表示および対数表示で示す説明図である。Explanatory drawing which shows the spectrum of an example of the broadband light obtained by making the soliton pulse output from the pulsed light output device 20 of an Example inject into the hybrid fiber of a dispersion | distribution shift fiber and a normal dispersion high nonlinear fiber by linear display and logarithmic display It is.

符号の説明Explanation of symbols

２０ 光出力装置、２２ 短パルス光源、２４ パルス時間幅伸張ファイバ、２６ ファイバ増幅器、２６ａ 増幅用ファイバ、２６ｂ 励起パルス入力器、２８ 大口径ファイバ、３０ 波長フィルタ、３２ 出力結合用光ファイバ。   20 optical output device, 22 short pulse light source, 24 pulse time-stretched fiber, 26 fiber amplifier, 26a amplification fiber, 26b excitation pulse input device, 28 large-diameter fiber, 30 wavelength filter, 32 output coupling optical fiber.

Claims (8)

短いパルス時間幅で高強度のパルス光を出力するパルス光出力装置であって、
短いパルス時間幅で中心波長が所定波長のパルス光を出力する短パルス光源と、
前記短パルス光源から出力されたパルス光を入射して該パルス光の時間幅を伸張するパルス時間幅伸張手段と、
前記パルス時間幅伸張手段からのパルス光を入射して該パルス光の強度を増幅する強度増幅手段と、
前記強度増幅手段からのパルス光を入射してソリトン自己周波数シフトを用いて前記所定波長とは異なる波長を中心波長とするソリトンパルスを出力するソリトンパルス出力手段と、
を備えるパルス光出力装置。 A pulsed light output device that outputs high-intensity pulsed light with a short pulse time width,
A short pulse light source that outputs a pulsed light with a short wavelength and a center wavelength of a predetermined wavelength;
A pulse time width extending means for making the pulse light output from the short pulse light source incident and extending the time width of the pulse light;
An intensity amplifying unit that amplifies the intensity of the pulsed light by entering the pulsed light from the pulse time width extending unit;
Soliton pulse output means for outputting a soliton pulse having a wavelength different from the predetermined wavelength by using the soliton self-frequency shift by inputting pulsed light from the intensity amplifying means; and
A pulsed light output device. 前記ソリトンパルス出力手段は、モードフィールド径が大きく異常分散を示すファイバである請求項１記載のパルス光出力装置。   The pulse light output device according to claim 1, wherein the soliton pulse output means is a fiber having a large mode field diameter and exhibiting anomalous dispersion. 前記ソリトンパルス出力手段は、大口径フォトニック結晶ファイバである請求項２記載のパルス光出力装置。   The pulse light output device according to claim 2, wherein the soliton pulse output means is a large-diameter photonic crystal fiber. 前記ソリトンパルス出力手段は、ｓｅｃｈ2型で台座成分のないソリトンパルスを出力する手段である請求項１ないし３いずれか記載のパルス光出力装置。 4. The pulsed light output device according to claim 1, wherein the soliton pulse output means is a means for outputting a soliton pulse having a sech 2 type and having no pedestal component. 請求項１ないし４いずれか記載のパルス光出力装置であって、
前記パルス時間幅伸張手段は、単一モードファイバであり、
前記強度増幅手段は、エルビウム（Ｅｒ）が添加された光ファイバ増幅器である、
パルス光出力装置。 The pulse light output device according to any one of claims 1 to 4,
The pulse time width extension means is a single mode fiber;
The intensity amplification means is an optical fiber amplifier to which erbium (Er) is added.
Pulse light output device. 前記ソリトンパルス出力手段からの出力から前記ソリトンパルスの波長の帯域の成分は残して少なくとも前記所定波長を中心とする帯域の成分を除去する波長フィルタを備える請求項１ないし５いずれか記載のパルス光出力装置。   6. The pulsed light according to claim 1, further comprising a wavelength filter that removes at least a component in a band centered on the predetermined wavelength while leaving a component in a band of the wavelength of the soliton pulse from an output from the soliton pulse output means. Output device. 前記短パルス光源は、パルス時間幅としてピコ秒（ｐｓ）からフェムト秒（ｆｓ）の単位のパルス光を出力する光源である請求項１ないし６いずれか記載のパルス光出力装置。   The pulsed light output device according to any one of claims 1 to 6, wherein the short pulse light source is a light source that outputs pulsed light in units of picoseconds (ps) to femtoseconds (fs) as a pulse time width. 短いパルス時間幅で高強度のパルス光を出力するパルス光出力方法であって、
短いパルス時間幅で中心波長が所定波長のパルス光の時間幅を伸張し、該時間幅を伸張したパルス光の強度を増幅し、該強度を増幅したパルス光をソリトン自己周波数シフトを用いて前記所定波長とは異なる中心波長のソリトンパルスを得て、該ソリトンパルスを前記短いパルス時間幅で高強度のパルス光として出力する、
ことを特徴とするパルス光出力方法。 A pulsed light output method for outputting high intensity pulsed light with a short pulse time width,
Extending the time width of the pulsed light having a short pulse time width and the center wavelength being a predetermined wavelength, amplifying the intensity of the pulsed light having the extended time width, and using the soliton self-frequency shift to amplify the pulsed light. Obtaining a soliton pulse having a central wavelength different from the predetermined wavelength, and outputting the soliton pulse as high-intensity pulsed light with the short pulse time width;
A pulsed light output method.
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