JP3011286B2 - モード同期光ファイバレーザ装置 - Google Patents
モード同期光ファイバレーザ装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ソリトン伝送方式、
全光形光スイッチ、電気−光サンプリング、光−光サン
プリング等に使用される１ピコ秒以下の超短光パルスを
発生させるモード同期光ファイバレーザ装置に関する。
全光形光スイッチ、電気−光サンプリング、光−光サン
プリング等に使用される１ピコ秒以下の超短光パルスを
発生させるモード同期光ファイバレーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、レーザの縦モード間の位相を
揃えるモード同期法は、短い光パルス列を発生する方法
として各種レーザに使用されている。しかし、従来のモ
ード同期法で得られる最小の光パルス幅は媒質の利得幅
で定まるため、１μｍより長い長波長帯のレーザ媒質
（Ｎｄ：ＹＡＧ、希土類添加光ファイバ等）では数１０
ピコ秒が限界である。従って、更に短い光パルスを作る
ため、通常、モード同期で得た光パルスを外部のパルス
圧縮系を用いて圧縮する手段が用いられていた。具体的
には図８に示すように、まず光ファイバの光カー効果を
用いて広いスペクトル幅でブルーシフトチャーピングを
もつ光パルスを作り、それを回折格子の組合せでチャー
ピングを補償してパルスを圧縮する。
揃えるモード同期法は、短い光パルス列を発生する方法
として各種レーザに使用されている。しかし、従来のモ
ード同期法で得られる最小の光パルス幅は媒質の利得幅
で定まるため、１μｍより長い長波長帯のレーザ媒質
（Ｎｄ：ＹＡＧ、希土類添加光ファイバ等）では数１０
ピコ秒が限界である。従って、更に短い光パルスを作る
ため、通常、モード同期で得た光パルスを外部のパルス
圧縮系を用いて圧縮する手段が用いられていた。具体的
には図８に示すように、まず光ファイバの光カー効果を
用いて広いスペクトル幅でブルーシフトチャーピングを
もつ光パルスを作り、それを回折格子の組合せでチャー
ピングを補償してパルスを圧縮する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
８から明らかなように、この方法ではモード同期レーザ
装置とパルス圧縮装置の２つが必要となるので、小型で
持ち運びが出来るような簡便な装置とはならなかった。
特に、光通信システムではコア径が１０μｍ程度の光フ
ァイバを用いるため、安定かつ低損失に結合させた装置
化が難しくなる。
８から明らかなように、この方法ではモード同期レーザ
装置とパルス圧縮装置の２つが必要となるので、小型で
持ち運びが出来るような簡便な装置とはならなかった。
特に、光通信システムではコア径が１０μｍ程度の光フ
ァイバを用いるため、安定かつ低損失に結合させた装置
化が難しくなる。
【０００４】他方、比較的新しいパルス圧縮法に光ファ
イバを用いた光ソリトン圧縮がある。これは入射パルス
が十分強く、かつその波長が光ファイバの異常分散領域
にあれば光ファイバの非線形効果（光カー効果）により
高次の光ソリトンが生成され、光パルスが特定の長さを
伝搬したときに最短に圧縮されるものである。なお、異
常分散領域とは光パルス波形の伝搬する速度（群速度）
が波長の増加に対して遅くなる領域であり、これに対し
て、波長が長いほどパルスの伝搬速度が速くなる領域が
正常分散領域である。従来構造の石英系光ファイバで
は、零分散波長が１．３μｍ近傍であり、これより短波
長が正常分散領域、長波長が異常分散領域になる。とこ
ろで、光パルスは少なくともパルス幅の逆数で定まるス
ペクトル広がりを有するので、分散値が零でない光ファ
イバに入射して伝搬されると、長波長成分と短波長成分
の速度が異なるためパルス幅が広がってしまう。これは
光パルスのピーク値があまり大きくない線形領域の話で
あり、光パルスが強くなると光ファイバの光カー効果が
誘起され、異常分散領域ではソリトン効果によるパルス
圧縮が生じる。従来の光ソリトン圧縮は光ファイバレー
ザからの出力光パルスを圧縮する方法として有用である
が、この効果を得るためには入射させる光パルスが十分
高いピークパワーを持たねばならない。従って、図９に
示すように、モード同期光ファイバレーザ装置からの光
パルスを光増幅器を用いて所定のレベルまで増幅し、そ
れを異常分散値を持つ光ファイバに入射させる手法が用
いられていた。この方法もモード同期レーザ装置以外に
光増幅系やパルス圧縮系が必要なため、小型化、安定化
などに問題があった。特に、ソリトン圧縮は入力パワ
ー、光ファイバ長に依存するため、最適化の制御も必要
になる。
イバを用いた光ソリトン圧縮がある。これは入射パルス
が十分強く、かつその波長が光ファイバの異常分散領域
にあれば光ファイバの非線形効果（光カー効果）により
高次の光ソリトンが生成され、光パルスが特定の長さを
伝搬したときに最短に圧縮されるものである。なお、異
常分散領域とは光パルス波形の伝搬する速度（群速度）
が波長の増加に対して遅くなる領域であり、これに対し
て、波長が長いほどパルスの伝搬速度が速くなる領域が
正常分散領域である。従来構造の石英系光ファイバで
は、零分散波長が１．３μｍ近傍であり、これより短波
長が正常分散領域、長波長が異常分散領域になる。とこ
ろで、光パルスは少なくともパルス幅の逆数で定まるス
ペクトル広がりを有するので、分散値が零でない光ファ
イバに入射して伝搬されると、長波長成分と短波長成分
の速度が異なるためパルス幅が広がってしまう。これは
光パルスのピーク値があまり大きくない線形領域の話で
あり、光パルスが強くなると光ファイバの光カー効果が
誘起され、異常分散領域ではソリトン効果によるパルス
圧縮が生じる。従来の光ソリトン圧縮は光ファイバレー
ザからの出力光パルスを圧縮する方法として有用である
が、この効果を得るためには入射させる光パルスが十分
高いピークパワーを持たねばならない。従って、図９に
示すように、モード同期光ファイバレーザ装置からの光
パルスを光増幅器を用いて所定のレベルまで増幅し、そ
れを異常分散値を持つ光ファイバに入射させる手法が用
いられていた。この方法もモード同期レーザ装置以外に
光増幅系やパルス圧縮系が必要なため、小型化、安定化
などに問題があった。特に、ソリトン圧縮は入力パワ
ー、光ファイバ長に依存するため、最適化の制御も必要
になる。
【０００５】本発明は前記課題を有効に解決するもの
で、従来問題であった小型化、簡易化、並びに光ファイ
バとの整合性を実現するため、外部のパルス圧縮系を用
いずに１ピコ秒以下の超短光パルスを発生させることが
できるモード同期光ファイバレーザ装置の提供を目的と
する。
で、従来問題であった小型化、簡易化、並びに光ファイ
バとの整合性を実現するため、外部のパルス圧縮系を用
いずに１ピコ秒以下の超短光パルスを発生させることが
できるモード同期光ファイバレーザ装置の提供を目的と
する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、希土類添加光ファイバを用いた光増幅部
と、リング内の光パルスを取り出す光結合部と、光の損
失または位相を変調する光変調部と、片回り光のみを通
過させる光アイソレータ部と、希土類添加光ファイバを
光励起する光励起部とを少なくとも備えたモード同期光
ファイバリングレーザ装置において、上記光増幅部は零
分散波長λ0 が発振波長λよりも十分長く、上記光増幅
部と光結合部との間には発振波長λより十分短い零分散
波長を有する光ファイバ圧縮部を備えたことを特徴とす
る。また、本発明の前記希土類は、Ｅｒ，Ｎｄ，Ｐｒな
ど、レーザ遷移を有する元素であれば何でもよい。ま
た、本発明は、ブルーシフトチャープパルスのチャープ
速度α（ｎｍ／ｐｓ）と光ファイバの群速度分散Ｄ（ｐ
ａ／ｎｍ／ｋｍ）とで決まる最適な線形圧縮条件長Ｌop
より短い光ファイバ圧縮部を用いることも含まれる。但
し、Ｌop＝１／（−αＤ）である。
め、本発明は、希土類添加光ファイバを用いた光増幅部
と、リング内の光パルスを取り出す光結合部と、光の損
失または位相を変調する光変調部と、片回り光のみを通
過させる光アイソレータ部と、希土類添加光ファイバを
光励起する光励起部とを少なくとも備えたモード同期光
ファイバリングレーザ装置において、上記光増幅部は零
分散波長λ0 が発振波長λよりも十分長く、上記光増幅
部と光結合部との間には発振波長λより十分短い零分散
波長を有する光ファイバ圧縮部を備えたことを特徴とす
る。また、本発明の前記希土類は、Ｅｒ，Ｎｄ，Ｐｒな
ど、レーザ遷移を有する元素であれば何でもよい。ま
た、本発明は、ブルーシフトチャープパルスのチャープ
速度α（ｎｍ／ｐｓ）と光ファイバの群速度分散Ｄ（ｐ
ａ／ｎｍ／ｋｍ）とで決まる最適な線形圧縮条件長Ｌop
より短い光ファイバ圧縮部を用いることも含まれる。但
し、Ｌop＝１／（−αＤ）である。
【０００７】
【作用】本発明は次の如くの作用を有する。図１は本発
明のリング共振器内の作用を従来系と比較して模式的に
示した機能ブロック図である。光増幅部では光パルスの
パワー（エネルギー）が増幅されるとともに、光カー効
果（屈折率が光パワーに比例して変化する現象）による
自己位相変調によりスペクトルが広がる。従来系では、
光ファイバの分散値をほぼ零に選んで、光増幅部の利得
幅Δνで定まるパルス幅Δｔがそのまま増幅されるよう
にしている。従って、増幅された光パルスは前記自己位
相変調によるスペクトル広がりにより、パルス幅のフー
リエ変換で与えられるトランスフォーム制限（ＴＬ）の
スペクトル幅より広がってしまう。ΔνとΔｔは、それ
らの積ΔνΔｔの値によってＴＬ条件を示すことができ
る。例えばガウス波形の場合、積の値が０．４４の時に
波形が最もきれいになり、この値からずれるとＴＬ条件
から外れるため、波形は劣化する。即ち、従来法のパル
ス幅は利得幅で制限されるとともに、ＴＬ条件から劣化
する問題がある。本発明では、光ファイバが有する大き
な正常分散特性により、上記自己位相変調の結果生じた
パルスの立ち上がり部に存在する低い周波数（長い波
長）の光は、パルスの立ち下がり部に存在する高い周波
数（短い波長）の光より光ファイバの伝搬速度が速いた
め、図２の光増幅部出口に示すように、ほぼ直線のブル
ーシフト（ＢＳ）チャーピング（パルス内の波長λが時
間とともに減少する（周波数νは大となる）現象）に変
形された光パルス波形となる。即ち、本発明において光
増幅部の役割は、光パルスのエネルギを増幅すると共
に、利得幅に比べて大きなスペクトル広がりを持つ直線
のＢＳチャープを有する光パルスを生成するものであ
る。次に、このＢＳチャープパルスは、異常分散値をも
つ光ファイバ圧縮部に導かれる。異常分散領域では、周
波数が低い（波長の長い）ほど伝搬速度が遅いので、適
当な長さの光ファイバを伝搬すると、速度が遅いパルス
の前半部分は速度が速いパルスの後半部分に追いつかれ
る。この時、ＢＳ光パルスはチャープが完全に補償され
たので、前記ＴＬ条件をΔνΔｔが満たすため、自己位
相変調の結果広がったスペクトル幅ΔνSFM で定まる短
いＴＬパルス幅Δｔcompに圧縮されたことになる。光パ
ルスがＴＬパルスに圧縮される条件は、光ファイバの分
散特性がほぼ線形に近似できるので、チャーピング特性
がλ（ｔ）＝λ（０）＋αｔ（但し、αはチャープ速度
で（ｎｍ／ｐｓ）の単位で、本発明では負符号である）
のように時間ｔの一次関数（線形な関数）で近似できる
ことである。パルス幅が不変の従来の増幅条件では自己
位相変調の結果生じるチャーピングは波形の時間微分で
与えられるため、図３に示すように線形条件から大きく
ずれてしまう。図２では時間ｔとともに周波数νが大と
なる直線となっているが、図３では起伏がある。しかる
に、本発明では、光増幅部の正常分散特性により、チャ
ーピングがほぼ線形に整形されるので（図２参照）、ほ
ぼＴＬパルスとなるまでパルスが圧縮される。さらに、
より実用性を高める効果として、異常分散領域では非線
形効果が強まると、ソリトン圧縮効果が加わることを従
来用いていた。通常、線形の領域ではパルス幅が最短に
なる圧縮条件があり、それは光ファイバの群速度分散を
Ｄ（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）、チャープ速度をα（ｎｍ／ｐ
ｓ）と仮定すると、最適な光ファイバ長Ｌop（ｋｍ）が
Ｌop＝１／（−αＤ）で与えられる。即ち、線形領域で
は光ファイバ長ＬがＬopより短かすぎても長すぎても良
くない。これに反して本発明のパルス圧縮部では、線形
のチャープ補償に加えて、パルスの圧縮過程で尖頭値が
高まることによるソリトン圧縮効果が生じる。これによ
り、線形領域よりも急速にパルス圧縮が進み、線形領域
の最適長Ｌlinear,opより短い長さＬnonlinear,opで線
形圧縮で得られる最短パルスより短い光パルスに圧縮さ
れる。しかも、これがソリトンパルスに収束するため、
Ｌnonlinear,opより多少長くなってもパルス幅はそれほ
ど広がらず、設計や動作条件に対する余裕が大きくな
る。以上のことから、本発明では光ファイバ圧縮部の長
さの条件を短くかつ緩くできると共に、非線形によるソ
リトン圧縮効果を利用することで、チャーピング幅で定
まるＴＬパルス幅よりも小さなパルス幅を実現するこが
できる。
明のリング共振器内の作用を従来系と比較して模式的に
示した機能ブロック図である。光増幅部では光パルスの
パワー（エネルギー）が増幅されるとともに、光カー効
果（屈折率が光パワーに比例して変化する現象）による
自己位相変調によりスペクトルが広がる。従来系では、
光ファイバの分散値をほぼ零に選んで、光増幅部の利得
幅Δνで定まるパルス幅Δｔがそのまま増幅されるよう
にしている。従って、増幅された光パルスは前記自己位
相変調によるスペクトル広がりにより、パルス幅のフー
リエ変換で与えられるトランスフォーム制限（ＴＬ）の
スペクトル幅より広がってしまう。ΔνとΔｔは、それ
らの積ΔνΔｔの値によってＴＬ条件を示すことができ
る。例えばガウス波形の場合、積の値が０．４４の時に
波形が最もきれいになり、この値からずれるとＴＬ条件
から外れるため、波形は劣化する。即ち、従来法のパル
ス幅は利得幅で制限されるとともに、ＴＬ条件から劣化
する問題がある。本発明では、光ファイバが有する大き
な正常分散特性により、上記自己位相変調の結果生じた
パルスの立ち上がり部に存在する低い周波数（長い波
長）の光は、パルスの立ち下がり部に存在する高い周波
数（短い波長）の光より光ファイバの伝搬速度が速いた
め、図２の光増幅部出口に示すように、ほぼ直線のブル
ーシフト（ＢＳ）チャーピング（パルス内の波長λが時
間とともに減少する（周波数νは大となる）現象）に変
形された光パルス波形となる。即ち、本発明において光
増幅部の役割は、光パルスのエネルギを増幅すると共
に、利得幅に比べて大きなスペクトル広がりを持つ直線
のＢＳチャープを有する光パルスを生成するものであ
る。次に、このＢＳチャープパルスは、異常分散値をも
つ光ファイバ圧縮部に導かれる。異常分散領域では、周
波数が低い（波長の長い）ほど伝搬速度が遅いので、適
当な長さの光ファイバを伝搬すると、速度が遅いパルス
の前半部分は速度が速いパルスの後半部分に追いつかれ
る。この時、ＢＳ光パルスはチャープが完全に補償され
たので、前記ＴＬ条件をΔνΔｔが満たすため、自己位
相変調の結果広がったスペクトル幅ΔνSFM で定まる短
いＴＬパルス幅Δｔcompに圧縮されたことになる。光パ
ルスがＴＬパルスに圧縮される条件は、光ファイバの分
散特性がほぼ線形に近似できるので、チャーピング特性
がλ（ｔ）＝λ（０）＋αｔ（但し、αはチャープ速度
で（ｎｍ／ｐｓ）の単位で、本発明では負符号である）
のように時間ｔの一次関数（線形な関数）で近似できる
ことである。パルス幅が不変の従来の増幅条件では自己
位相変調の結果生じるチャーピングは波形の時間微分で
与えられるため、図３に示すように線形条件から大きく
ずれてしまう。図２では時間ｔとともに周波数νが大と
なる直線となっているが、図３では起伏がある。しかる
に、本発明では、光増幅部の正常分散特性により、チャ
ーピングがほぼ線形に整形されるので（図２参照）、ほ
ぼＴＬパルスとなるまでパルスが圧縮される。さらに、
より実用性を高める効果として、異常分散領域では非線
形効果が強まると、ソリトン圧縮効果が加わることを従
来用いていた。通常、線形の領域ではパルス幅が最短に
なる圧縮条件があり、それは光ファイバの群速度分散を
Ｄ（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）、チャープ速度をα（ｎｍ／ｐ
ｓ）と仮定すると、最適な光ファイバ長Ｌop（ｋｍ）が
Ｌop＝１／（−αＤ）で与えられる。即ち、線形領域で
は光ファイバ長ＬがＬopより短かすぎても長すぎても良
くない。これに反して本発明のパルス圧縮部では、線形
のチャープ補償に加えて、パルスの圧縮過程で尖頭値が
高まることによるソリトン圧縮効果が生じる。これによ
り、線形領域よりも急速にパルス圧縮が進み、線形領域
の最適長Ｌlinear,opより短い長さＬnonlinear,opで線
形圧縮で得られる最短パルスより短い光パルスに圧縮さ
れる。しかも、これがソリトンパルスに収束するため、
Ｌnonlinear,opより多少長くなってもパルス幅はそれほ
ど広がらず、設計や動作条件に対する余裕が大きくな
る。以上のことから、本発明では光ファイバ圧縮部の長
さの条件を短くかつ緩くできると共に、非線形によるソ
リトン圧縮効果を利用することで、チャーピング幅で定
まるＴＬパルス幅よりも小さなパルス幅を実現するこが
できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図４は本発明の実施例を示す図である。図中符号１
は希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器、符
号２１および２２は光アイソレータ、符号３はファイバ
圧縮部、符号４は１（または２）×２の光カップラ、符
号５はモード同期用光変調器、符号６は光励起モジュー
ルである。前記光ファイバ増幅器１に必要な励起光（発
振光より短い波長の光）は光励起モジュール６内にある
光源、例えば半導体レーザ（ＬＤ）から供給される。光
励起モジュール６は図示した如く、励起光と発振光を合
波する２×１カップラの機能を有している。これは励起
光の波長は曲げられ、発振光の波長は直進する波長特性
を有する光ファイバカップラ、またはダイクロイックミ
ラーや回折格子を用いて実現できる。また、直交する偏
波を多重する偏波結合器や、多少の光透過損失を許容す
るならば単にパワーを分割する光カップラを用いてもよ
い。共振器内の光を決められた周波数で変調するモード
同期光変調器５は、光の強度や位相が高速にオン−オフ
できればよく、市販（例えばＢＴ＆デュポン）の電気光
学（Ｅ−Ｏ）効果を用いたマッハツェンダ型または方向
性結合型ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）強度変調器（図５、図６
参照）が使用できる。この他、半導体材料（ＩｎＧａＡ
ｓ等）のフランツケルディシュ効果、Ｅ−Ｏ効果、光シ
ュタルク効果など使う変調器、または市販のモード同期
ＹＡＧレーザに使用される音響光学（Ａ−Ｏ）効果を用
いたＬＮ光変調器も使用できる。
る。図４は本発明の実施例を示す図である。図中符号１
は希土類添加光ファイバを用いた光ファイバ増幅器、符
号２１および２２は光アイソレータ、符号３はファイバ
圧縮部、符号４は１（または２）×２の光カップラ、符
号５はモード同期用光変調器、符号６は光励起モジュー
ルである。前記光ファイバ増幅器１に必要な励起光（発
振光より短い波長の光）は光励起モジュール６内にある
光源、例えば半導体レーザ（ＬＤ）から供給される。光
励起モジュール６は図示した如く、励起光と発振光を合
波する２×１カップラの機能を有している。これは励起
光の波長は曲げられ、発振光の波長は直進する波長特性
を有する光ファイバカップラ、またはダイクロイックミ
ラーや回折格子を用いて実現できる。また、直交する偏
波を多重する偏波結合器や、多少の光透過損失を許容す
るならば単にパワーを分割する光カップラを用いてもよ
い。共振器内の光を決められた周波数で変調するモード
同期光変調器５は、光の強度や位相が高速にオン−オフ
できればよく、市販（例えばＢＴ＆デュポン）の電気光
学（Ｅ−Ｏ）効果を用いたマッハツェンダ型または方向
性結合型ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）強度変調器（図５、図６
参照）が使用できる。この他、半導体材料（ＩｎＧａＡ
ｓ等）のフランツケルディシュ効果、Ｅ−Ｏ効果、光シ
ュタルク効果など使う変調器、または市販のモード同期
ＹＡＧレーザに使用される音響光学（Ａ−Ｏ）効果を用
いたＬＮ光変調器も使用できる。
【０００９】これらの部品は光ファイバ経由でリング形
状につながっており光学長ＬC の片回り（本実施例では
右回り）のリング共振器を構成している。尚、本実施例
では２個の光アイソレータ２１、２２と１個の光励起モ
ジュール６を用いているが、それらの配置ならびに個数
は適宜当業者が必要に応じて変更できるものである。例
えば、光アイソレータ２１は光励起モジュール６と光フ
ァイバ増幅器１との間に配置する構成とすることも可能
であり、光励起モジュール６は光ファイバ増幅器１と光
アイソレータ２２との間に追加する構成とすることも可
能である。
状につながっており光学長ＬC の片回り（本実施例では
右回り）のリング共振器を構成している。尚、本実施例
では２個の光アイソレータ２１、２２と１個の光励起モ
ジュール６を用いているが、それらの配置ならびに個数
は適宜当業者が必要に応じて変更できるものである。例
えば、光アイソレータ２１は光励起モジュール６と光フ
ァイバ増幅器１との間に配置する構成とすることも可能
であり、光励起モジュール６は光ファイバ増幅器１と光
アイソレータ２２との間に追加する構成とすることも可
能である。
【００１０】基本的な動作は、まず光励起モジュール６
で発振閾値以上の光励起を与える。すると、光ファイバ
増幅器１内で発生した自然放出光を種にして片回りリン
グ共振器によりＣＷのレーザ発振が生じる。次に、光変
調器５に共振器の光学長ＬC で定まる共振周波数ｆC ＝
ｋｃ／ＬC （但し、ｋは整数、ｃは光速度）の変調信号
（図示せず）を光変調器５に加えると、ｆ0の光周波数
間隔を持つ全ての縦モードの位相が揃い、パルス列発振
となるモード同期が実現する。ところで、数１０ＭＨｚ
程度の駆動周波数では、変調信号としてパルス幅の小さ
な矩形パルスが望ましい。光ファイバ増幅器１は発振波
長で正常分散を有しており、ここで大きなＢＳチャープ
を持つ光パルスが生成され、それが光ファイバ圧縮部３
でチャープレスに圧縮されて光カップラ４の出力ポート
から取り出される。光パルスの幅は、励起光パワーに依
存する共振器内部の光パワーと、光ファイバ圧縮部３の
異常分散値と長さで変えることができる。
で発振閾値以上の光励起を与える。すると、光ファイバ
増幅器１内で発生した自然放出光を種にして片回りリン
グ共振器によりＣＷのレーザ発振が生じる。次に、光変
調器５に共振器の光学長ＬC で定まる共振周波数ｆC ＝
ｋｃ／ＬC （但し、ｋは整数、ｃは光速度）の変調信号
（図示せず）を光変調器５に加えると、ｆ0の光周波数
間隔を持つ全ての縦モードの位相が揃い、パルス列発振
となるモード同期が実現する。ところで、数１０ＭＨｚ
程度の駆動周波数では、変調信号としてパルス幅の小さ
な矩形パルスが望ましい。光ファイバ増幅器１は発振波
長で正常分散を有しており、ここで大きなＢＳチャープ
を持つ光パルスが生成され、それが光ファイバ圧縮部３
でチャープレスに圧縮されて光カップラ４の出力ポート
から取り出される。光パルスの幅は、励起光パワーに依
存する共振器内部の光パワーと、光ファイバ圧縮部３の
異常分散値と長さで変えることができる。
【００１１】次に、実際の実験系の構成を図７に示す。
ここでは、希土類添加光ファイバとして、Ｅｒ（エルビ
ウム）を添加した長さ５０ｍの正常分散ファイバ（波長
１．５μｍでＤ＝−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）、圧縮ファ
イバとして１．３μｍで零分散となる通常ファイバを１
２０ｍ（波長１．５μｍでＤ＝１６ｐｓ／（ｎｍ・ｋ
ｍ）、励起パワー３５ｍＷで１ｐｓ幅のＴＬパルスが得
られている。従来のパルス圧縮部を用いない系では、せ
いぜい１０ｐｓ程度の幅しか得られなかったが、本発明
で大幅にパルス圧縮された光パルスが得られた。また、
チャープ速度の測定結果から、線形領域での最適パルス
圧縮条件は上記圧縮ファイバを用いると約５００ｍ以上
となるが、これが約５分の１に短くできるという効果を
奏した。
ここでは、希土類添加光ファイバとして、Ｅｒ（エルビ
ウム）を添加した長さ５０ｍの正常分散ファイバ（波長
１．５μｍでＤ＝−４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）、圧縮ファ
イバとして１．３μｍで零分散となる通常ファイバを１
２０ｍ（波長１．５μｍでＤ＝１６ｐｓ／（ｎｍ・ｋ
ｍ）、励起パワー３５ｍＷで１ｐｓ幅のＴＬパルスが得
られている。従来のパルス圧縮部を用いない系では、せ
いぜい１０ｐｓ程度の幅しか得られなかったが、本発明
で大幅にパルス圧縮された光パルスが得られた。また、
チャープ速度の測定結果から、線形領域での最適パルス
圧縮条件は上記圧縮ファイバを用いると約５００ｍ以上
となるが、これが約５分の１に短くできるという効果を
奏した。
【００１２】尚、希土類元素の種類としては、現在、Ｅ
ｒが１．５μｍ帯、Ｎｄ及びＰｄが１．３２μｍ帯とし
て使用できる。Ｅｒレーザでは群速度分散の条件を満た
すため、光増幅部用はコア系を十分小さくして導波路分
散の寄与を大きくした分散シフトファイバを、光ファイ
バ圧縮部には通常の１．３μｍ零分散ファイバを使用す
ればよい。また、偏波特性の安定化のため、リング共振
器内の光ファイバの全てまたは殆どを偏波保持型光ファ
イバに置き換えてもよい。Ｎｄ及びＰｄの１．３２μｍ
帯では、光増幅用としては通常の１．５５μｍ零分散フ
ァイバ構造を、光ファイバ圧縮部用には１．３０μｍ零
分散ファイバを使用すればよい。
ｒが１．５μｍ帯、Ｎｄ及びＰｄが１．３２μｍ帯とし
て使用できる。Ｅｒレーザでは群速度分散の条件を満た
すため、光増幅部用はコア系を十分小さくして導波路分
散の寄与を大きくした分散シフトファイバを、光ファイ
バ圧縮部には通常の１．３μｍ零分散ファイバを使用す
ればよい。また、偏波特性の安定化のため、リング共振
器内の光ファイバの全てまたは殆どを偏波保持型光ファ
イバに置き換えてもよい。Ｎｄ及びＰｄの１．３２μｍ
帯では、光増幅用としては通常の１．５５μｍ零分散フ
ァイバ構造を、光ファイバ圧縮部用には１．３０μｍ零
分散ファイバを使用すればよい。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、モ
ード同期光ファイバリングレーザ装置において、光増幅
部に大きな正常分散特性を持つ希土類添加光ファイバを
用い、光増幅部と光をリングから取り出す光結合部との
間に異常分散特性を有する光ファイバ圧縮部を挿入する
ことにより、従来用いられていた外部の光パルス圧縮系
なしに１ｐｓ以下の光パルスを発生させることができ、
小型化、高安定、装置化に適した超短光パルスレーザを
構成することができる等の効果を奏することができる。
ード同期光ファイバリングレーザ装置において、光増幅
部に大きな正常分散特性を持つ希土類添加光ファイバを
用い、光増幅部と光をリングから取り出す光結合部との
間に異常分散特性を有する光ファイバ圧縮部を挿入する
ことにより、従来用いられていた外部の光パルス圧縮系
なしに１ｐｓ以下の光パルスを発生させることができ、
小型化、高安定、装置化に適した超短光パルスレーザを
構成することができる等の効果を奏することができる。
【図１】本発明の機能ブロック図である。
【図２】本発明の光波形とスペクトルを示す図である。
【図３】従来の光波形とスペクトルを示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す構成図である。
【図５】本発明の実施例の広帯域・低駆動電圧２×２ス
イッチの構造模式の平面図である。
イッチの構造模式の平面図である。
【図６】本発明の実施例の広帯域・低駆動電圧２×２ス
イッチの構造模式の断面図である。
イッチの構造模式の断面図である。
【図７】本発明の実施例のモードロックリングレーザ系
の構成図である。
の構成図である。
【図８】従来技術の超短光パルス発生装置の１つの例を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図９】従来技術の超短光パルス発生装置の他の例を示
す構成図である。
す構成図である。
１ 光ファイバ増幅器 ３ 光ファイバ圧縮部 ４ 光カップラ ５ 光変調器 ６ 光励起モジュール ２１ 光アイソレータ ２２ 光アイソレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/098 G02F 1/35 H01S 3/06 H01S 3/083 H01S 3/10
Claims (3)
- 【請求項１】 希土類添加光ファイバを用いた光増幅部
と、リング内の光パルスを取り出す光結合部と、光の損
失または位相を変調する光変調部と、片回り光のみを通
過させる光アイソレータ部と、希土類添加光ファイバを
光励起する光励起部とを少なくとも備えたモード同期光
ファイバリングレーザ装置において、上記光増幅部は零
分散波長λ0 が発振波長λよりも十分長く、上記光増幅
部と光結合部との間には発振波長λより十分短い零分散
波長を有する光ファイバ圧縮部を備えたことを特徴とす
るモード同期光ファイバレーザ装置。 - 【請求項２】 光増幅部として、Ｅｒ，ＮｄまたはＰｒ
を添加した希土類添加光ファイバを用いることを特徴と
する請求項１記載のモード同期光ファイバレーザ装置。 - 【請求項３】 光ファイバ圧縮部として、ブルーシフト
チャープパルスのチャープ速度α（ｎｍ／ｐｓ）と光フ
ァイバの群速度分散Ｄ（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）とで決まる
最適な線形圧縮条件長Ｌop（但し、Ｌop＝１／−αＤ）
より短い光ファイバを用いることを特徴とする請求項１
記載のモード同期光ファイバレーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3133075A JP3011286B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | モード同期光ファイバレーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3133075A JP3011286B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | モード同期光ファイバレーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04357892A JPH04357892A (ja) | 1992-12-10 |
| JP3011286B2 true JP3011286B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=15096263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3133075A Expired - Lifetime JP3011286B2 (ja) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | モード同期光ファイバレーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3011286B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0883951A (ja) * | 1994-09-09 | 1996-03-26 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | モード同期リングレーザ装置 |
| JP2002031597A (ja) * | 2000-05-09 | 2002-01-31 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光断層画像化装置 |
| US6954575B2 (en) | 2001-03-16 | 2005-10-11 | Imra America, Inc. | Single-polarization high power fiber lasers and amplifiers |
| JP2003090792A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-03-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光断層画像化装置 |
| US20070216993A1 (en) * | 2004-03-05 | 2007-09-20 | The Furukawa Electric Co., Ltd | Optical Fiber Laser Using Rare Earth-Added Fiber And Wide Band Light Source |
| JP2007085754A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光パルス試験器及び光ファイバ長手方向特性試験方法 |
-
1991
- 1991-06-04 JP JP3133075A patent/JP3011286B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04357892A (ja) | 1992-12-10 |
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