JP5341096B2 - モード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法 - Google Patents

Description

本発明は、モード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法に関し、さらに詳細には、レーザー共振器内部に利得ファイバーを用いたモード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法に関する。

一般に、モード同期レーザーは、サブピコ秒以下の短いパルス幅を有するパルスレーザー光、即ち、サブピコ秒以下の短パルストレイン（パルス列）によるパルスレーザー光を発生する手段として有効であることが知られている。

一方、近年における先端的レーザー加工技術の一つとして、超短パルスレーザー光を用いた精密加工技術が注目されている。
超短パルスレーザー光を用いた精密加工技術が注目される理由は、超短パルスレーザー光のパルスが有する時間幅は、加工対象物を構成する物質の熱的な緩和時間よりも短いため、超短パルスレーザーによる加工は非熱的な加工となり、これにより、従来のレーザー加工で発生した熱による対象物質の変形、所謂、熱だれを発生させることなく、レーザー本来の微細な加工を加工対象物に施すことが可能であることにある。

こうした超短パルスレーザー光により加工可能である加工対象物としては、例えば、アルミニウムや鉄などの金属材料や、モリブデンやタングステンなどの高融点を有する金属材料や、テフロン（登録商標）などの樹脂材料や、ガラスやセラミックなどの非金属材料または生体物質などが挙げられる。
また、こうした加工対象物に対する加工方法の種類としても、例えば、切断や接合や表面改質などの様々な種類が挙げられる。
従って、超短パルスレーザー光を用いて行う加工においては、上記した加工対象物を構成する材料や加工方法に応じて、最適な加工条件を設定して加工を行う必要がある。

ここで、超短パルスレーザー光を用いて加工する際の加工条件とは、レーザー光の波長やパルス幅や繰り返し周波数やレーザー光の出力強度などを意味する。
これらの加工条件たるパラメータを、加工対象物の材料や加工方法に適したものに自由に変更することができれば、それぞれの加工に対して最適な条件で加工を行うことができることになる。

ところが、モード同期レーザーより発振されるレーザー光としては、短いパルス幅を有するパルスレーザー光が得られるものの、一般にパルス幅の条件を変えることが困難であるという問題点があった。
より詳細には、モード同期素子によってモード同期発振されるレーザー光は、共振器長に応じた繰り返し周波数でパルス発振が行われるものであるので、繰り返し周波数は、レーザー共振器の共振器長の値により一意に決定されることになるものである。
即ち、固体レーザーをレーザー媒質として用いたモード同期レーザーでパルスレーザー光を発振させた場合には、レーザー共振器の共振器長を変えなければ繰り返し周波数を変えることができないため、パルス幅の条件を変えるには多大な手間を要するものであった。
なお、レーザー共振器の共振器長を変えれば繰り返し周波数を変更することは可能であるが、共振器長を変更することにより物理的安定性を損なうため、現実的に行うことは考え難いものであった。

つまり、モード同期レーザーは、ピコ秒以下の短パルス発生のための最も有効な手段として、各種の分野において実用化されているが、モード同期レーザーにおける繰り返し周波数は共振器長さで決まり、一般的には数１０ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚの固定周波数である。
ここで、固体レーザーの場合には、共振器長を変えることは不可能ではないが、共振器長を変更可能なステージを搭載するように構成すると、共振器内部に可動部分が挿入されることになり、共振器の機械的安定性が著しく低下することになる。
例えば、一般的な１軸ステージの場合には、移動距離１０ｍｍあたり６μｍほどの並進軸ズレが発生することが知られている。
従って、モード同期レーザーのように高い機械安定度が要求されるレーザーにおいては、固体レーザーの共振器長を変える方式は実用的なものではなかった。

一方、モード同期レーザーの繰り返し周波数を変更する手法としては、上記したレーザー共振器の共振器長を変更する手法の他に、装置内にミラーもしくはＡ／Ｏ素子を配置して行うキャビティダンプや、装置内にパルスピックアップを挿入することなどにより、繰り返し周波数を低下させる手法が知られている。

しかしながら、上記に示した手法によれば、装置内にミラー、Ａ／Ｏ素子あるいはパルスピックアップなどを配置する必要があるため、装置構成が複雑化するという問題点があるとともに、繰り返し周波数は電気光学素子で決まるため高々１ＭＨｚ程度にとどまるものであり、細かい条件を設定することが不可能であるという問題点があった。

つまり、ポッケルスセルを用いたキャビティダンプや、パルスピックという方法を用いて、パルストレインを間引いて取り出す手法によっても周波数を変化することは可能であるが、装置構成が複雑になる上、得られる周波数の上限は素子の速度で制限されるため、高々１ＭＨｚ程度となる。
さらに、ＥＯ素子は高電圧を必要とするため、素子の耐久性にも問題があるということが指摘されていた。

上記したような背景より、モード同期レーザーにおいては、装置構成の複雑化を極力排除しながら、より広い繰り返し周波数の選択幅を容易に得ることが可能な手法が求められていた。

なお、本願出願人が本願特許出願時に知っている先行技術は、上記において説明したようなものであって文献公知発明に係る発明ではないため、本明細書に記載すべき先行技術情報はない。

本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の技術と比較すると、装置構成をあまり複雑化することなく、パルス発振されるレーザー光の繰り返し周波数をより広い範囲で変更することが可能なモード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、モード同期ファイバーレーザーを構成するレーザー共振器内部に、それぞれの反射波長が異なる複数の帰還素子、例えば、ファイバーブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）：以下、「ＦＢＧ」と適宜に称する。）を挿入することにより、従来の装置構成を大幅に変更することなく、パルス発振されるレーザー光の繰り返し周波数を容易に変更可能であるようにしたものである。
従って、本発明によれば、発振されるレーザー光の波長に適した帰還素子を選択することにより、選択した帰還素子によって共振器長が実質的に変更されることになるため、装置内の構成や各構成部材の配置位置を変更することなく、パルス発振されるレーザー光の繰り返し周波数を変更することができるようになる。

即ち、本発明は、利得ファイバーの一方の端部側にモード同期手段を配置し、かつ、上記利得ファイバーの他方の端部側にそれぞれが異なる波長の光を３０％の高反射率で反射し、かつ、上記波長以外の波長の光に対して約１００％の透過率を有する複数の帰還素子を配置して、上記モード同期手段と上記帰還素子とにより共振器を構成し、上記共振器内に上記利得ファイバーにより発振するレーザー光の波長を選択する波長選択手段を有するようにし、上記複数の帰還素子を上記共振器内の光の進行方向に沿って直列に配置し、上記共振器内の光が進行方向に沿って直列に配置された上記複数の帰還素子を順次通過し、上記複数の帰還素子のうち端部に配置された帰還素子よりレーザー光を出力するようにし、上記共振器の共振器長Ｌは、共振波長に応じて可変であるように、上記複数の帰還素子のうちいずれかひとつの帰還素子と上記波長選択手段との間の距離と、上記波長選択手段と上記モード同期手段との間の距離とを合計した距離であるものとし、上記波長選択手段を、上記帰還素子のひとつが反射する所定の波長を有する光のみについて低損失で、かつ、その他の波長の光に対しては損失が大きくなるように調節して上記共振器内で上記所定の波長の光のみが高い利得を発生させ、上記所定の波長でのみレーザー発振した場合、上記共振器長Ｌは、上記複数の帰還素子のうちの上記所定の波長を反射可能な帰還素子と上記波長選択手段との間の距離となり、上記レーザー発振したレーザー光は、上記共振器長Ｌの長さに応じたパルス周波数ｆ＝ｃ／２Ｌとなる（ｃは光速とする。）ようにしたものである。

また、本発明は、上記した本発明によるモード同期ファイバーレーザーにおいて、上記帰還素子は、ファイバーブラッググレーティングであり、上記モード同期手段は、そのシャッター動作により、上記共振器外部への出射光がパルス状に出力される可飽和吸収素子であり、上記波長選択手段は、上記所定の波長のレーザー光についてのみ低損失になるようその角度を駆動装置により回転して調節されることで波長を選択する回折格子であるようにしたものである。

また、本発明は、上記した本発明によるモード同期ファイバーレーザーにおいて、上記帰還素子は、ファイバーブラッググレーティングであり、上記モード同期手段は、そのシャッター動作によって、上記共振器外部への出射光をパルス状に出力する可飽和吸収素子であり、上記波長選択手段は、上記所定の波長のレーザー光についてのみ低損失になるようその角度を駆動装置により回転して調節されることで波長を選択する複屈折フィルターまたはプリズムであるようにしたものである。

また、本発明は、上記した本発明によるモード同期ファイバーレーザーにおいて、さらに、上記共振器内における上記利得ファイバーの上記一方の端部側と上記波長選択手段との間に、上記利得ファイバーの上記一方の端部側から出射された光を平行光にするコリメートレンズと、上記コリメートレンズより出射された平行光が入射される偏光素子または偏光保存ファイバーとを設けたものである。

また、本発明は、上記した本発明によるモード同期ファイバーレーザーにおいて、上記帰還素子は、ファイバーブラッググレーティングであり、上記モード同期手段は、ＡＯモード同期素子であり、上記波長選択手段は、上記所定の波長のレーザー光についてのみ低損失になるようその角度を駆動装置により回転して調節されることで波長を選択する回折格子、上記所定の波長のレーザー光についてのみ低損失になるようその角度を駆動装置により回転して調節されることで波長を選択する複屈折フィルターまたはプリズムであるようにしたものである。

また、本発明は、上記した本発明によるモード同期ファイバーレーザーにおいて、上記帰還素子は、ファイバーブラッググレーティングであり、上記モード同期手段と上記波長選択手段とは、音響光学波長可変フィルターであって、上記音響光学波長可変フィルターに供給するＲＦ信号の周波数を制御することで、所望の波長を持つ回折光のみを共振器内に往復させるようにしたものである。

また、本発明は、上記した本発明によるモード同期ファイバーレーザーにおいて、さらに、上記音響光学波長可変フィルターから出射された回折光が入射する分散補正用光学素子を設け、上記分散補正用光学素子の後段の部材に入射するレーザー光の角度が、波長によらず垂直になるようにしたものである。

また、本発明は、上記した本発明によるモード同期ファイバーレーザーにおいて、さらに、上記共振器内における上記利得ファイバーの上記一方の端部側と上記音響光学波長可変フィルターとの間に、上記利得ファイバーの上記一方の端部側から出射された光を平行光にするコリメートレンズと、上記コリメートレンズより出射された平行光が入射される偏光コントローラーとを設けたものである。

また、本発明は、上記した本発明によるモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法であって、上記波長選択手段により、パルス出力するレーザー光の波長を上記複数の帰還素子のうちのいずれかが反射可能な所定の波長に選択し、上記利得ファイバーに入力された励起光を、上記複数の帰還素子のうちで上記波長選択手段により選択された上記所定の波長を反射可能な上記複数の帰還素子のうちのいずれかひとつの帰還素子と上記モード同期手段との間で、選択された上記所定の波長の光のみを上記利得ファイバーによって増幅し、上記利得ファイバーより出射されたレーザー光は、上記共振器長Ｌが、上記複数の帰還素子のうちの上記所定の波長を反射可能な素子と上記波長選択手段との間の距離であるとすることから、上記共振器長Ｌの長さに応じたパルス周波数ｆ＝ｃ／２Ｌ（ｃは光速とする。）であるようにしたものである。

本発明は、以上説明したように構成されているため、従来の技術と比較すると、装置構成をあまり複雑化することなく、パルス発振されるレーザー光の繰り返し周波数をより広い範囲で変更することが可能になるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明の第１の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザーの概念構成説明図である。 図２は、モード同期ファイバーレーザーよりパルス発振されたレーザー光の強度およびパルス周期を概念的なグラフとして示した説明図であり、図２（ａ）は、共振器長Ｌ_１で波長λ_１のレーザー光を増幅してパルス発振した場合の説明図であり、図２（ｂ）は、共振器長Ｌ_２で波長λ_２のレーザー光を増幅してパルス発振した場合の説明図であり、図２（ｃ）は、共振器長Ｌ_３で波長λ_３のレーザー光を増幅してパルス発振した場合の説明図である。 図３は、本発明の第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザーの概念構成説明図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザーの変形例の概念構成説明図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザーの変形例の概念構成説明図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザーの変形例の概念構成説明図である。 図７は、図６に示したモード同期ファイバーレーザーの変形例の概念構成説明図である。 図８は、本願発明者によって行われた実験に用いられた本発明によるモード同期ファイバーレーザーのセットアップを示す構成説明図である。 図９は、本願発明者によって行われた実験の実験結果を示すグラフであり、音響光学波長可変フィルターの代わりにプリズムを使用し、出力ミラーである部分反射ミラーの角度を変化させることによって波長選択して発振させたときの発振スペクトルを示すものである。図９に示すグラフにおいて、Ａは短波長側を選択するように部分反射ミラーの角度調整を行った場合を示し、Ｂは長波長側を選択するように部分反射ミラーの角度調整を行った場合を示し、Ｃは長波長側と短波長側とのほぼ中間に部分反射ミラーの角度調整を行った場合を示す。なお、図９に示すグラフにおいて、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸は強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）である。 図１０は、図９に示すグラフの発振している波長１０５６ｎｍ付近のピークを詳細に示すグラフである。なお、図１０に示すグラフにおいて、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸は強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）である。 図１１は、図８に示すセットアップにおいて、プリズムを入れたときと音響光学波長可変フィルターを入れたときとにおける、波長１０５６ｎｍにおける入出力特性、即ち、励起用半導体レーザー光源の電流値とモード同期ファイバーレーザーから出射光として出力されるレーザー光の出力パワーとの入出力特性を示すグラフである。なお、図１１に示すグラフにおいて、横軸は励起用半導体レーザー光源の電流値（ＬＤ ｃｕｒｒｅｎｔ）であり、縦軸は出力パワー（Ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ）である。 図１２は、ＲＦ周波数に対する出力パワーの変化と得られる波長との関係を示すグラフである。なお、図１２に示すグラフにおいて、横軸はＲＦ周波数（ＲＦ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）であり、縦軸は出力パワー（Ｏｕｔｐｕｔ ｐｏｗｅｒ）である。 図１３は、波長１０５６ｎｍ、波長１０６０ｎｍならびに波長１０６４ｎｍの３つの波長のいずれかで安定に発振している条件下で、レーザー出力をＰＩＮフォトダイオードで観察したときの波形たるモード同期パルストレインを示すグラフである。なお、図１３に示すグラフにおいて、横軸は時間（Ｔｉｍｅ）であり、縦軸は強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）である。 図１４は、モード同期におけるパルス幅をオートコリレータ（ＡＰＥ社、ＰｕｌｓｅＣｈｅｃｋ）にて測定した際における、オートコリレータ画面を撮影した写真である。 図１５は、１０６０ｎｍにおける通常発振時とモード同期発振時とのスペクトル形状を計測した計測結果を示すグラフである。なお、図１５に示すグラフにおいて、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）であり、縦軸は強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）である。 図１６は、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ１）、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ２）ならびにファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ３）と出力ミラーである部分反射ミラーとで構成されるレーザー共振器の光学長、光のラウンドトリップ時間（ＲＴ ｔｉｍｅ）ならびにラウンドトリップ周波数（ＲＴ ｆｒｅｑ．）について、実験に使用したファイバに用いられているシリケートガラスの屈折率を１．４５とし、また、自由空間に配置された素子は実効長を考慮しない場合の計算値と実験値とを示す図表である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるモード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法の実施の形態について詳細に説明するものとする。

まず、はじめに本発明によるモード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法の実施の形態の概要について説明するが、一般に、ファイバレーザーは、機械的安定度という点においては固体レーザーを遙かに上回る性能を備えているものである。
しかしながら、単一の波長で稼働中の共振器長さを変えることは、物理的に不可能である。
このため、本発明によるモード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法の実施の形態においては、モード同期ファイバーレーザーを構成するレーザー共振器内部に、それぞれの反射波長が異なる複数の帰還素子、例えば、ファイバーブラッググレーティングを挿入するようにしている。

ここで、本発明によるモード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法の実施の形態を構成するファイバーブラッググレーティングは、固体レーザーにおける共振器ミラーに対応する帰還素子を構成するものである。
このファイバーブラッググレーティングとミラーとを比較すると、ファイバーブラッググレーティングはミラーよりもその反射帯域が極めて狭い。
具体的には、ミラーにより急峻な反射／透過特性を作るのは困難であるが、ファイバーブラッググレーティングによれば反射帯域０．２ｎｍ程度の特性を作成するのは容易であり、かつ、その周辺の波長の光はほぼ完全に透過する。
本発明によるモード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法の実施の形態は、上記したファイバーブラッググレーティングの特性に着目してなされたものであり、異なった波長で反射する複数のファイバーブラッググレーティングを用いて共振器を構成することにより、共振波長に応じて共振器長を容易に可変することができるようにしたものである。
即ち、異なった波長で反射する複数のファイバーブラッググレーティングを用いて構成された共振器の内部でモード同期発振がなされている場合に、その状態を保持したまま波長を変えることにより、ある波長に対するファイバーブラッググレーティングが構成する共振器長さで決まる繰り返し周波数を任意に選択することが可能となる。

また、波長を選択するための方法として、固体レーザーの場合と同様にパッシブな分散素子を使用することは可能であるが、その結果、機械的な可動部分が共振器の構成に入るため、機械的安定性の不安定化を避けることはできない。
このため、本発明によるモード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法の実施の形態においては、例えば、既にチタンサファイアレーザーなどで実用化されている音響光学波長可変フィルター（ＡＯＴＦ：Ａｃｏｕｓｔ Ｏｐｔｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を共振器内に挿入して、これにより波長選択を行うようにした。
このため、本発明によるモード同期ファイバーレーザーおよびモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法の実施の形態によれば、高速でかつ機械的に安定な共振器構成を得ることができる。

なお、音響光学波長可変フィルターを共振器に挿入したレーザーは、周波数シフト帰還型レーザー（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ： ＦＳＦ Ｌａｓｅｒ）と称されるが、このような共振器では音響光学波長可変フィルターによってモード同期が同時に実現されるため、他にモード同期のための素子を適用する必要がないという利点もある。

ここで、図１には、本発明の第一の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１０の概念構成説明図が示されている。
このモード同期ファイバーレーザー１０は、モード同期手段としてのモード同期素子である可飽和吸収素子１２とそれぞれの反射波長が異なり、かつ、隣接するように配置した３つのファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）１４、１６、１８との間に、励起用半導体レーザー光源３０（後述する。）により生成されたレーザー光たる励起光を利得ファイバー２２（後述する。）に導入するカップラー２０と、その端部をカップラー２０に接続されるとともに光ファイバーのコアにレーザー活性媒質をドープされてなり励起用半導体レーザー光源３０により生成された励起光によって励起されてレーザー光を出力する利得ファイバー２２と、利得ファイバー２２の端部２２ｂに接続されるとともに利得ファイバー２２より出力されたレーザー光をコリメートレンズ２６（後述する。）に入射するためのカップラー２４と、カップラー２４の後段に配置されるとともにカップラー２４より出射されたレーザー光を平行光とするコリメートレンズ２６と、レーザー装置１０の光路上のコリメートレンズ２６と可飽和吸収素子１２との間に配置されるとともに所定の波長のレーザー光を回折することが可能である波長選択手段としての回折格子２８と、可飽和吸収素子１２と回折格子２８との間に配置されるととも回折格子２８より出射されたレーザー光を集光する集光レンズ３４を有して構成されている。

なお、本発明におけるモード同期ファイバーレーザー１０内部には、複数のファイバーブラッググレーティングを配設することが可能であるが、本実施の形態においては、上記したように、光の進行方向に沿ってシリーズ（直列）に３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８を配設し、光が進行方向に沿ってシリーズ（直列）に配置された３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８を順次通過可能なように配置した。
そして、一方の帰還素子であるファイバーブラッググレーティング１４は、狭帯域の波長の光を高反射率で反射することができるものである。
なお、本実施の形態においては、説明を簡易化して本発明の理解を容易にするために、ファイバーブラッググレーティング１４は、波長λ_１のレーザー光に対して３０％の反射率およびその他の波長のレーザー光に対して約１００％の透過率を有することにより、波長λ_１のレーザー光を選択的に反射することが可能であるものとする。
さらに、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１４との間の距離たる共振器長が、Ｌ_１となるように設置されるものとする。
こうした共振器長Ｌ_１とは、ファイバーブラッググレーティング１４と回折格子２８との間の距離Ｌ_ａと、回折格子２８と可飽和吸収素子１２との間の距離Ｌ_ｄとを合計した距離である。

また、同様に、ファイバーブラッググレーティング１４に隣接して配置されるファイバーブラッググレーティング１６も、狭帯域の波長の光を高反射率で反射することができるものである。
なお、本実施の形態においては、説明を簡易化して本発明の理解を容易にするために、ファイバーブラッググレーティング１６は、波長λ_２のレーザー光に対して３０％の反射率およびその他の波長のレーザー光に対して約１００％の透過率を有することにより、波長λ_２のレーザー光を選択的に反射することが可能であるものとする。
さらに、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１６との間の距離たる共振器長が、Ｌ_２となるように設置されるものとする。
こうした共振器長Ｌ_２とは、ファイバーブラッググレーティング１６と回折格子２８との間の距離Ｌ_ｂと、回折格子２８と可飽和吸収素子１２との間の距離Ｌ_ｄとを合計した距離である。

さらにまた、ファイバーブラッググレーティング１６に隣接して配置されるファイバーブラッググレーティング１８も、狭帯域の波長の光を高反射率で反射することができるものである。
なお、本実施の形態においては、説明を簡易化して本発明の理解を容易にするために、ファイバーブラッググレーティング１８は、波長λ_３のレーザー光に対して３０％の反射率およびその他の波長のレーザー光に対して約１００％の透過率を有することにより、波長λ_３のレーザー光を選択的に反射することが可能であるものとする。
さらに、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１８との間の距離たる共振器長が、Ｌ_３となるように設置されるものとする。
こうした共振器長Ｌ_３とは、ファイバーブラッググレーティング１４と回折格子２８との間の距離Ｌ_ｃと、回折格子２８と可飽和吸収素子１２との間の距離Ｌ_ｄとを合計した距離である。

また、モード同期ファイバーレーザー１０においては、励起光はモード同期ファイバーレーザー１０の外部に配設された励起用半導体レーザー光源３０により生成されるものであり、当該励起用半導体レーザー光源３０は利得物質を持たないパッシブファイバー３２を介してカップラー２０に接続されている。
即ち、励起用半導体レーザー光源３０により生成された励起光は、パッシブファイバー３２を介してモード同期ファイバーレーザー１０内に配設されたカップラー２０に入射するようになされている。

また、回折格子２８は、回折格子２８に対してレーザー光が入射する際の角度に応じて、所定の波長のレーザー光を回折するものであり、上記した回折格子２８には、回折格子２８を回転させる手段として、駆動装置２９が接続されている。
そして、当該駆動装置２９は、図示しないパーソナルコンピューターの制御によって、回折格子２８を矢印Ａの方向に回転させることが可能であり、これにより、回折格子２８に対してレーザー光が入射する際の角度を自由に設定することが可能である。

さらに、本実施の形態においては、可飽和吸収素子１２として、広帯域の半導体可飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓａｔｕｒａｂｌｅ Ａｂｓｏｒｂｅｒ Ｍｉｒｒｏｒ）を用い、受動モード同期を行うものとする。

また、利得ファイバー２２としては、本実施の形態においては、利得媒質としてイッテルビウム（Ｙｂ）を用いており、波長範囲を１０００ｎｍ〜１１２０ｎｍとした利得ファイバーを用いた。

また、励起用半導体レーザー光源３０は、本実施の形態においては、励起光として波長９７５ｎｍのレーザー光を生成するものとした。

以上の構成において、モード同期ファイバーレーザー１０を用いて、ある特定の波長λのレーザー光のパルス発振を得る場合について説明する。
なお、回折格子２８は、ある特定の波長λ（λは、レーザーに用いられている３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８のうちのいずれか一つによって反射される波長とする。）のレーザー光のみに対して損失がないように、駆動装置２９により回転されているものとする。
また、可飽和吸収素子１２は、当該波長λにおいて公知のシャッター動作を行うとともに、当該波長λの光を高反射するものとする。

まず、励起用半導体レーザー光源３０により生成された励起光が、パッシブファイバー３２およびカップラー２０を介して、利得ファイバー２２の端部２２ａより利得ファイバー２２へ入射される。
この励起光により利得ファイバー２２のレーザー活性媒質が励起されるが、回折格子２８によって回折される波長λについてのみ損失が小さいことにより、波長λを反射するいずれかのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８と全反射ミラーとして機能する可飽和吸収素子１２との間で共振器が構成され、特定の波長λを持ったレーザー光が、可飽和吸収素子１２のシャッター動作によって、モード同期ファイバーレーザー１０の外部への出射光（図１を参照する。）としてパルス状に出力されることになる。

以下に、上記したモード同期ファイバーレーザー１０により、レーザー光をパルス出力する際に行われる動作について、より詳細に説明することとする。

まず、パルス発振するレーザー光の波長が、上記３つのファイバーブラッググレーティングが反射可能な波長のうち、ファイバーブラッググレーティング１４が反射可能である波長λ_１である場合について説明する。
はじめに、回折格子２８について、回折格子２８が波長λ_１のレーザー光のみについて低損失になるのに適した角度になるように、駆動装置２９を駆動して回折格子２８の角度を調節する。
次に、励起用半導体レーザー光源３０を駆動してレーザー光を発振させ、そのレーザー光を励起光としてパッシブファイバー３２を介してカップラー２０に入射する。
カップラー２０に入射された励起光は、カップラー２０から利得ファイバー２２の端部２２ａを通って利得ファイバー２２内に入射され、励起された利得ファイバー２２は波長λ_１の光に対して利得を発生する。
レーザー共振器は、可飽和吸収素子１２と３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８との間で構成されるが、回折格子２８が波長λ_１にのみ損失を与えない状態に保たれているため、共振器の中には波長λ_１の光のみが高い利得を発生することになり、この波長でのみレーザー発振できる。

従って、このモード同期ファイバーレーザー１０においては、回折格子２８が波長λ_１の光のみが低損失で共振するのに適した角度になるように設定されているため、波長λ_１の光以外の波長の光に対しては損失が大きくなり、このためファイバーブラッググレーティング１４と可飽和吸収素子１２との間でレーザー光が往復して増幅され、モード同期ファイバーレーザー１０の外部への出射光たるパルスレーザー光として出力されることになる。

ここで、図２には、モード同期ファイバーレーザー１０よりパルス発振されたレーザー光の強度およびパルス周期を概念的なグラフとした説明図が示されている。
まず、図２（ａ）には、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１４との間で波長λ_１のレーザー光を増幅させてパルス発振した場合の説明図が示されている。
上記したように、モード同期ファイバーレーザー１０より発振させるレーザー光として波長λ_１のレーザー光を選択した場合には、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１４との間の距離たる共振器長はＬ_１である。
従って、モード同期ファイバーレーザー１０において、共振器長Ｌ_１で波長λ_１のレーザー光をパルス発振した場合には、そのパルス周波数ｆ_１は、光速をｃとすると、
ｆ_１＝ｃ／２Ｌ_１
となり、図２（ａ）に示されるように、ある一定の強度とパルス幅を有するレーザー光がパルス周期２Ｌ_１／ｃで発振される。

次に、図２（ａ）に示すパルス発振よりも強い光強度もしくは広いパルス周期を有するパルスレーザー光を発振させる場合について、以下に説明するものとする。
ここで、図２（ａ）に示すパルス発振よりも強い光強度もしくは広いパルス周期を有するパルスレーザー光を発振させるためには、図２（ａ）に示す例の共振器長Ｌ_１よりも共振器長を長くすればよいものである。
そのためには、上記した構成を有するモード同期ファイバーレーザー１０において、例えば、波長λ_２のレーザー光に適したファイバーブラッググレーティング１６を帰還素子として、波長λ_２のレーザー光を発振させればよい。
即ち、ファイバーブラッググレーティング１４に代えて、ファイバーブラッググレーティング１６を帰還素子とすることにより、共振器長は共振器長Ｌ_２となり、共振器長Ｌ_１よりも共振器長が長くなる。
このため、結果として、図２（ａ）に示されるパルス周期や光強度とは異なるパルス発振を得ることが可能になる。

以下に、モード同期ファイバーレーザー１０を用いて、共振器長Ｌ_２にして波長λ_２のパルスレーザー光を得る場合について説明する。
はじめに、回折格子２８について、回折格子２８が波長λ_２のレーザー光のみについて低損失になるのに適した角度になるように、駆動装置２９を駆動して回折格子２８の角度を調節する。
次に、励起用半導体レーザー光源３０を駆動してレーザー光を発振させ、そのレーザー光を励起光としてパッシブファイバー３２を介してカップラー２０に入射する。
カップラー２０に入射された励起光は、カップラー２０から利得ファイバー２２の端部２２ａを通って利得ファイバー２２内に入射され、励起された利得ファイバー２２は波長λ_２の光に対して利得を発生する。
レーザー共振器は、可飽和吸収素子１２と３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８との間で構成されるが、回折格子２８が波長λ_２にのみ損失を与えない状態に保たれているため、共振器の中には波長λ_２の光のみが高い利得を発生することになり、この波長でのみレーザー発振できる。

従って、このモード同期ファイバーレーザー１０においては、回折格子２８が波長λ_２の光のみが低損失で共振するのに適した角度になるように設定されているため、波長λ_２の光以外の波長の光に対しては損失が大きくなり、このためファイバーブラッググレーティング１６と可飽和吸収素子１２との間でレーザー光が往復して増幅され、モード同期ファイバーレーザー１０の外部への出射光たるパルスレーザー光として出力されることになる。

ここで、図２（ｂ）には、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１６との間で波長λ_２のレーザー光を増幅させてパルス発振した場合の説明図が示されている。
上記したように、モード同期ファイバーレーザー１０より発振させるレーザー光として波長λ_２のレーザー光を選択した場合には、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１６との間の距離たる共振器長はＬ_２である。
従って、モード同期ファイバーレーザー１０において、共振器長Ｌ_２で波長λ_２のレーザー光をパルス発振した場合には、そのパルス周波数ｆ_２は、光速をｃとすると、
ｆ_２＝ｃ／２Ｌ_２
となり、図２（ｂ）に示されるように、ある一定の強度とパルス幅を有するレーザー光がパルス周期２Ｌ_２／ｃで発振される。
ただし、この際のパルス周期２Ｌ_２／ｃは、図２（ａ）に示した波長λ_１のレーザー光の場合におけるパルス周期２Ｌ_１／ｃよりも広いものであり、また、光強度は、図２（ａ）に示した波長λ_１のレーザー光の場合よりも強いものである。

次に、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すパルス発振よりも強い光強度もしくは広いパルス周期を有するパルスレーザー光を発振させる場合について、以下に説明するものとする。
ここで、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すパルス発振よりも強い光強度もしくは広いパルス周期を有するパルスレーザー光を発振させるためには、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す例の共振器長Ｌ_１および共振器長Ｌ_２よりも共振器長を長くすればよいものである。
そのためには、上記した構成を有するモード同期ファイバーレーザー１０において、波長λ_３のレーザー光に適したファイバーブラッググレーティング１８を帰還素子として、波長λ_３のレーザー光を発振させればよい。
即ち、ファイバーブラッググレーティング１４およびファイバーブラッググレーティング１６に代えて、ファイバーブラッググレーティング１８を帰還素子とすることにより、共振器長は共振器長Ｌ_３となり、共振器長Ｌ_１および共振器長Ｌ_２よりも共振器長が長くなる。
このため、結果として、図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるパルス周期や光強度とは異なるパルス発振を得ることが可能になる。

以下に、モード同期ファイバーレーザー１０を用いて、共振器長Ｌ_３にして波長λ_３のパルスレーザー光を得る場合について説明する。
はじめに、回折格子２８について、回折格子２８が波長λ_３のレーザー光のみについて低損失になるのに適した角度になるように、駆動装置２９を駆動して回折格子２８の角度を調節する。
次に、励起用半導体レーザー光源３０を駆動してレーザー光を発振させ、そのレーザー光を励起光としてパッシブファイバー３２を介してカップラー２０に入射する。
カップラー２０に入射された励起光は、カップラー２０から利得ファイバー２２の端部２２ａを通って利得ファイバー２２内に入射され、励起された利得ファイバー２２は波長λ_３の光に対して利得を発生する。
レーザー共振器は、可飽和吸収素子１２と３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８との間で構成されるが、回折格子２８が波長λ_３にのみ損失を与えない状態に保たれているため、共振器の中には波長λ_３の光のみが高い利得を発生することになり、この波長でのみレーザー発振できる。

従って、このモード同期ファイバーレーザー１０においては、回折格子２８が波長λ_３の光のみが低損失で共振するのに適した角度になるように設定されているため、波長λ_３の光以外の波長の光に対しては損失が大きくなり、このためファイバーブラッググレーティング１８と可飽和吸収素子１２との間でレーザー光が往復して増幅され、モード同期ファイバーレーザー１０の外部への出射光たるパルスレーザー光として出力されることになる。

ここで、図２（ｃ）には、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１８との間で波長λ_３のレーザー光を増幅させてパルス発振した場合の説明図が示されている。
上記したように、モード同期ファイバーレーザー１０より発振させるレーザー光として波長λ_３のレーザー光を選択した場合には、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１８との間の距離たる共振器長はＬ_３である。
従って、モード同期ファイバーレーザー１０において、共振器長Ｌ_３で波長λ_３のレーザー光をパルス発振した場合には、そのパルス周波数ｆ_３は、光速をｃとすると、
ｆ_３＝ｃ／２Ｌ_３
となり、図２（ｃ）に示されるように、ある一定の強度とパルス幅を有するレーザー光がパルス周期２Ｌ_３／ｃで発振される。
ただし、この際のパルス周期２Ｌ_３／ｃは、図２（ａ）に示した波長λ_１のレーザー光の場合におけるパルス周期２Ｌ_１／ｃおよび図２（ｂ）に示した波長λ_２のレーザー光の場合におけるパルス周期２Ｌ_２／ｃよりも広いものであり、また、光強度は、図２（ａ）に示した波長λ_１のレーザー光の場合および図２（ｂ）に示した波長λ_２のレーザー光の場合よりも強いものである。

以上において説明したように、本実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１０においては、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）において示されるように、パルス発振の平均光強度が大きく変化しないため、光強度は繰り返し周波数に反比例して増大するものである。

このように、モード同期手段たる可飽和吸収素子１２によってモード同期発振しているモード同期ファイバーレーザー１０においては、共振器の長さに応じた繰り返し周波数でパルス発振が行われる。
モード同期ファイバーレーザー１０によれば、それぞれ異なる波長のレーザー光を反射するようになされている複数のファイバーブラッググレーティングを設置することにより、レーザー装置内で発生させるレーザー光の波長を複数のファイバーブラッググレーティングのうちのいずれかが反射可能な波長の範囲内で変更することにより、レーザー装置１０の構成部材の位置を変更するなどの操作を行わずに共振器長を変更することが可能であるため、容易にパルス周期および繰り返し周波数を変更することが可能になる。

また、一般的にモード同期ファイバーレーザー装置においては、利得ファイバー中をレーザー光が伝送するため、光軸長さは利得ファイバーの長さに比例するものであり、モード同期ファイバーレーザー１０においても、利得ファイバーを巻き取って配置することが可能であるため、広い繰り返し周波数の選択幅を容易に得ることが可能である。

次に、図３を参照しながら、本発明による第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００について説明する。

図３には、本発明の第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００の概念構成説明図が示されている。
このモード同期ファイバーレーザー１００は、上記の第１の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１０と比較すると、回折格子２８に代えて、所定の波長のレーザー光を回折することが可能である波長選択手段としての波長選択素子１０２を備える点が異なるものである。
ここで、波長選択素子１０２としては、例えば、複屈折フィルターを用いることができる。

なお、以下の説明においては、図１および図２を参照しながら説明した本発明の第１の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１０と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。

より詳細には、このモード同期ファイバーレーザー１００は、モード同期ファイバーレーザー装置１００の光路上のコリメートレンズ２６と可飽和吸収素子１２との間に配置されるとともに所定の波長のレーザー光を回折することが可能である波長選択手段として波長選択素子１０２を有するとともに、可飽和吸収素子１２と波長選択素子１０２との間に配置されるととも波長選択素子１０２より出射されたレーザー光を集光する集光レンズ３４を有するものである。

なお、第１の実施の形態におけるモード同期ファイバーレーザー１０と同様に、本発明におけるモード同期ファイバーレーザー１００内部には、上記したように３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８を配設するものとする。

また、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１４との間の距離たる共振器長が、Ｌ_１となるように設置されるものとする。
同様に、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１４に隣接して配置されるファイバーブラッググレーティング１６との間の距離たる共振器長が、Ｌ_２となるように設置されるものとする。
さらに、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１６に隣接して配置されるファイバーブラッググレーティング１８との間の距離たる共振器長が、Ｌ_３となるように設置されるものとする。

また、波長選択素子１０２は、波長選択素子１０２に対してレーザー光が入射する際の角度に応じて、所定の波長のレーザー光を反射または透過するものであり、上記した波長選択素子１０２には、波長選択素子１０２を回転させる手段として、駆動装置２９が接続されている。
そして、当該駆動装置２９は、図示しないパーソナルコンピューターの制御によって、波長選択素子１０２を矢印Ｂの方向に回転させることが可能であり、これにより、波長選択素子１０２に対してレーザー光が入射する際の角度を自由に設定することが可能である。

以上の構成において、モード同期ファイバーレーザー１００を用いて、ある特定の波長λのレーザー光のパルス発振を得る場合について説明する。
なお、波長選択素子１０２は、ある特定の波長λ（λは、レーザーに用いられている３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８のうちのいずれか一つによって反射される波長とする。）のレーザー光のみに対して損失がないように、駆動装置２９により回転されているものとする。
また、可飽和吸収素子１２は、当該波長λにおいて公知のシャッター動作を行うとともに、当該波長λの光を高反射するものとする。

まず、励起用半導体レーザー光源３０により生成された励起光が、パッシブファイバー３２およびカップラー２０を介して、利得ファイバー２２の端部２２ａより利得ファイバー２２へ入射される。
この励起光により利得ファイバー２２のレーザー活性媒質が励起されるが、波長選択素子１０２によって選択されている波長λについてのみ損失が小さいことにより、波長λを反射するいずれかのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８と全反射ミラーとして機能する可飽和吸収素子１２との間で共振器が構成され、特定の波長λを持ったレーザー光が、可飽和吸収素子１２のシャッター動作によって、モード同期ファイバーレーザー１００の外部への出射光（図３を参照する。）としてパルス状に出力されることになる。

以下に、上記したモード同期ファイバーレーザー１００により、レーザー光をパルス出力する際に行われる動作について、より詳細に説明することとする。

まず、パルス発振するレーザー光の波長が、上記３つのファイバーブラッググレーティングが反射可能な波長のうち、ファイバーブラッググレーティング１４が反射可能である波長λ_１である場合について説明する。
はじめに、波長選択素子１０２について、波長選択素子１０２が波長λ_１のレーザー光のみについて低損失になるのに適した角度になるように、駆動装置２９を駆動して波長選択素子１０２の角度を調節する。
次に、励起用半導体レーザー光源３０を駆動してレーザー光を発振させ、そのレーザー光を励起光としてパッシブファイバー３２を介してカップラー２０に入射する。
カップラー２０に入射された励起光は、カップラー２０から利得ファイバー２２の端部２２ａを通って利得ファイバー２２内に入射され、励起された利得ファイバー２２は波長λ_１の光に対して利得を発生する。
レーザー共振器は、可飽和吸収素子１２と３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８のと間で構成されるが、波長選択素子１０２が波長λ_１にのみ損失を与えない状態に保たれているため、共振器の中には波長λ_１の光のみが高い利得を発生することになり、この波長でのみレーザー発振できる。

従って、このモード同期ファイバーレーザー１００においては、波長選択素子１０２が波長λ_１の光のみが低損失で共振するのに適した角度になるように設定されているため、波長λ_１の光以外の波長の光に対しては損失が大きくなり、このためファイバーブラッググレーティング１４と可飽和吸収素子１２との間でレーザー光が往復して増幅され、モード同期ファイバーレーザー１００の外部への出射光たるパルスレーザー光として出力されることになる。

本実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００においても、上記の第１の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１０の場合と同様に、図２（ａ）に示されるように、ある一定の強度とパルス幅を有するレーザー光がパルス周波数ｆ_１＝ｃ／２Ｌ_１およびパルス周期２Ｌ_１／ｃで発振されるものである。

次に、図２（ａ）に示すパルス発振よりも強い光強度もしくは広いパルス周期を有するパルスレーザー光を発振させる場合について、以下に説明するものとする。
ここで、図２（ａ）に示すパルス発振よりも強い光強度もしくは広いパルス周期を有するパルスレーザー光を発振させるためには、図２（ａ）に示す例の共振器長Ｌ_１よりも共振器長を長くすればよいものである。
そのためには、上記した構成を有するモード同期ファイバーレーザー１００において、例えば、波長λ_２のレーザー光に適したファイバーブラッググレーティング１６を帰還素子として、波長λ_２のレーザー光を発振させればよい。
即ち、ファイバーブラッググレーティング１４に代えて、ファイバーブラッググレーティング１６を帰還素子とすることにより、共振器長は共振器長Ｌ_２となり、共振器長Ｌ_１よりも共振器長が長くなる。
このため、結果として、図２（ａ）に示されるパルス周期や光強度とは異なるパルス発振を得ることが可能になる。

以下に、モード同期ファイバーレーザー１００を用いて、共振器長Ｌ_２にして波長λ_２のパルスレーザー光を得る場合について説明する。

はじめに、波長選択素子１０２について、波長選択素子１０２が波長λ_２のレーザー光のみについて低損失になるのに適した角度になるように、駆動装置２９を駆動して波長選択素子１０２の角度を調節する。
次に、励起用半導体レーザー光源３０を駆動してレーザー光を発振させ、そのレーザー光を励起光としてパッシブファイバー３２を介してカップラー２０に入射する。
カップラー２０に入射された励起光は、カップラー２０から利得ファイバー２２の端部２２ａを通って利得ファイバー２２内に入射され、励起された利得ファイバー２２は波長λ_１の光に対して利得を発生する。
レーザー共振器は、可飽和吸収素子１２と３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８との間で構成されるが、波長選択素子１０２が波長λ_１にのみ損失を与えない状態に保たれているため、共振器の中には波長λ_２の光のみが高い利得を発生することになり、この波長でのみレーザー発振できる。

従って、このモード同期ファイバーレーザー１００においては、波長選択素子１０２が波長λ_２の光のみが低損失で共振するのに適した角度になるように設定されているため、波長λ_２の光以外の波長の光に対しては損失が大きくなり、このためファイバーブラッググレーティング１６と可飽和吸収素子１２との間でレーザー光が往復して増幅され、モード同期ファイバーレーザー１００の外部への出射光たるパルスレーザー光として出力されることになる。

本実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００においても、上記の第１の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１０の場合と同様に、図２（ｂ）に示されるように、ある一定の強度とパルス幅を有するレーザー光がパルス周波数ｆ_２＝ｃ／２Ｌ_２およびパルス周期２Ｌ_２／ｃで発振されるものである。

次に、図２（ａ）または（ｂ）に示すパルス発振よりも強い光強度もしくは広いパルス周期を有するパルスレーザー光を発振させる場合について、以下に説明するものとする。
ここで、図２（ａ）または（ｂ）に示すパルス発振よりも強い光強度もしくは広いパルス周期を有するパルスレーザー光を発振させるためには、図２（ａ）または（ｂ）に示す例の共振器長Ｌ_１または共振器長Ｌ_２よりも共振器長を長くすればよいものである。
そのためには、上記した構成を有するモード同期ファイバーレーザー１００において、例えば、波長λ_３のレーザー光に適したファイバーブラッググレーティング１８を帰還素子として、波長λ_３のレーザー光を発振させればよい。
即ち、ファイバーブラッググレーティング１４または１６に代えて、ファイバーブラッググレーティング１８を帰還素子とすることにより、共振器長は共振器長Ｌ_３となり、共振器長Ｌ_１およびＬ_２よりも共振器長が長くなる。
このため、結果として、図２（ｃ）に示されるパルス周期や光強度とは異なるパルス発振を得ることが可能になる。

以下に、モード同期ファイバーレーザー１００を用いて、共振器長Ｌ_３にして波長λ_３のパルスレーザー光を得る場合について説明する。

はじめに、波長選択素子１０２について、波長選択素子１０２が波長λ_３のレーザー光のみについて低損失になるのに適した角度になるように、駆動装置２９を駆動して波長選択素子１０２の角度を調節する。
次に、励起用半導体レーザー光源３０を駆動してレーザー光を発振させ、そのレーザー光を励起光としてパッシブファイバー３２を介してカップラー２０に入射する。
カップラー２０に入射された励起光は、カップラー２０から利得ファイバー２２の端部２２ａを通って利得ファイバー２２内に入射され、励起された利得ファイバー２２は波長λ_３の光に対して利得を発生する。
レーザー共振器は、可飽和吸収素子１２と３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８との間で構成されるが、波長選択素子１０２が波長λ_３にのみ損失を与えない状態に保たれているため、共振器の中には波長λ_３の光のみが高い利得を発生することになり、この波長でのみレーザー発振できる。

従って、このモード同期ファイバーレーザー１００においては、波長選択素子１０２が波長λ_３の光のみが低損失で共振するのに適した角度になるように設定されているため、波長λ_３の光以外の波長の光に対しては損失が大きくなり、このためファイバーブラッググレーティング１８と可飽和吸収素子１２との間でレーザー光が往復して増幅され、モード同期ファイバーレーザー１００の外部への出射光たるパルスレーザー光として出力されることになる。

本実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００においても、上記の第１の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１０の場合と同様に、図２（ｃ）に示されるように、ある一定の強度とパルス幅を有するレーザー光がパルス周波数ｆ_３＝ｃ／２Ｌ_３およびパルス周期２Ｌ_３／ｃで発振されるものである。

このように、モード同期手段たる可飽和吸収素子１２によってモード同期発振しているモード同期ファイバーレーザー１００においては、共振器の長さに応じた繰り返し周波数でパルス発振が行われる。
モード同期ファイバーレーザー１００によれば、それぞれ異なる波長のレーザー光を反射するようになされている複数のファイバーブラッググレーティングを設置することにより、レーザー装置内で発生させるレーザー光の波長を複数のファイバーブラッググレーティングのうちのいずれかが反射可能な波長の範囲内で変更することにより、レーザー装置１００の構成部材の位置を変更するなどの操作を行わずに共振器長を変更することが可能であるため、容易にパルス周期および繰り返し周波数を変更することが可能になる。

また、一般的にモード同期ファイバーレーザー装置においては、利得ファイバー中をレーザー光が伝送するため、光軸長さは利得ファイバーの長さに比例するものであり、モード同期ファイバーレーザー１００においても、利得ファイバーを巻き取って配置することが可能であるため、広い繰り返し周波数の選択幅を容易に得ることが可能である。

なお、上記した各実施の形態は、以下の（１）乃至（１０）に示すように変形することができるものである。

（１）上記した第１の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１０では、それぞれ反射する波長の異なる３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８を用いるものとしたが、これに限られるものではないことは勿論である。
即ち、それぞれ反射する波長の異なる任意の複数、即ち、２以上のファイバーブラッググレーティングを設置することが可能であり、設置したファイバーブラッググレーティングの数の範囲で、繰り返し周波数の選択枝を広げることができる。

（２）上記した第１の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１０では、レーザー光の波長を選択する波長選択手段として、回折格子２８を用い、また、上記した第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００では、複屈折フィルターのような波長選択素子１０２を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、波長選択手段としてプリズムなどの他の分散素子を適用することも可能である。

（３）上記した第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００では、コリメートレンズ２６と波長選択素子１０２とを隣接させて配置したが、これに限られるものではないことは勿論であり、コリメートレンズ２６と波長選択素子１０２との間に、偏光素子や偏光保存ファイバーなどを配置しても良いものである。

図４にはモード同期ファイバーレーザー２００の概念構成説明図が示されている。

このモード同期ファイバーレーザー２００は、上記第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００と比較すると、コリメートレンズ２６と波長選択素子１０２との間に符号２０２で示す偏光素子もしくは偏光保存ファイバーを備える点のみが異なるものである。

図４を用いてより詳細に説明すると、図４において符号２０２で示す偏光素子もしくは偏光保存ファイバーを用いることにより、コリメートレンズ２６より出射した平行光が上記偏光素子もしくは偏光保存ファイバーに入射され、上記レーザー光が各成分に分離され、上記レーザー光のうち縦方向成分もしくは横方向成分を選択して波長選択素子１０２に入射することが可能になる。

なお、偏光素子としては、例えば、偏光ビームスプリッターなどを用いることができる。

（４）上記した第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００においては、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８とにより共振器を構成するものとしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、可飽和吸収素子１２に代わるモード同期手段としてＡＯ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ）モード同期素子とミラーとを用いることが可能である。

より詳細には、図５には、上記したＡＯモード同期素子およびミラーを用いたモード同期ファイバーレーザー３００を図示した概念説明図が示されている。
このモード同期ファイバーレーザー３００は、第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００と比較すると、可飽和吸収素子１２に代えてＡＯモード同期素子３０４と全反射ミラー３０２とを備える点のみが異なるものである。

なお、こうしたＡＯモード同期素子３０４を有するモード同期ファイバーレーザー３００によるパルス発振は、ＡＯモード同期素子３０４に接続される図示しない外部の制御手段により、モード間の同期をとる能動的モード同期となる。

また、上記モード同期ファイバーレーザー３００に用いられるＡＯモード同期素子３０４は、従来のモード同期装置に用いられるものであり、また、こうしたＡＯモード同期素子３０４を有するモード同期ファイバーレーザー３００を用いたパルス発振方法としては、公知の技術であるため、その詳細な説明は省略するものとする。

（５）上記した第２の実施の形態によるモード同期ファイバーレーザー１００では、レーザー光の波長を選択する波長選択手段として複屈折フィルターのような波長選択素子１０２を用い、また、モード同期手段としてモード同期素子たる可飽和吸収素子１２を用いたが、これに限られるものではないことは勿論であり、波長選択手段およびモード同期手段として音響光学波長可変フィルター（ＡＯＴＦ：Ａｃｏｕｓｔ Ｏｐｔｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いてもよいものである。
図６には、上記した音響光学波長可変フィルター（ＡＯＴＦ）を用いたモード同期ファイバーレーザー４００を図示した概念説明図が示されている。
このモード同期ファイバーレーザー４００は、モード同期ファイバーレーザー１００と比較すると、可飽和吸収素子１２および波長選択素子１０２に代えて音響光学波長可変フィルター４０４を備える点と、音響光学波長可変フィルター４０４により回折された光が入射される出力ミラーとしての全反射ミラー４０２を備える点と、ｎ個（ｎは正の整数である。）のファイバーブラッググレーティングを配設した点とが異なるものである。
なお、以下の説明においては、図３を参照しながら説明したモード同期ファイバーレーザー１００と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。
このモード同期ファイバーレーザー４００によれば、音響光学波長可変フィルター４０４にＲＦ電源（図示せず。）よりＲＦ信号を供給することにより、当該供給するＲＦ信号の周波数に応じた波長のレーザー光を回折して、当該回折光は全反射ミラー４０２により所定の高反射率で反射されて共振器内を往復することにより増幅され、モード同期ファイバーレーザー４００の外部への出射光たるパルスレーザー光として全反射ミラー４０２から出力されることになる。
一方、音響光学波長可変フィルター４０４により回折されない非回折光は、レーザー共振器を往復せずに共振器外部に取り除かれるため、レーザーとして発振することはない。
従って、音響光学波長可変フィルター４０４に供給するＲＦ信号の周波数を適宜に制御することにより、適宜の波長を持つ回折光のみをレーザー共振器に往復させ、モード同期ファイバーレーザー４００の外部へパルス出力することができる。
そして、適当な波長λを選択することにより、上記の第１または第２の実施の形態と同様、パルス間隔を変化させることができる。

また、上記した図６に示す構成に基づいて、後述する図８に示すような構成を備えたモード同期ファイバーレーザーを構築するようにしてもよい。

なお、こうした音響光学波長可変フィルター４０４を有するモード同期ファイバーレーザー４００を用いたパルス発振方法としては、例えば、下記の（ａ）乃至（ｃ）に開示する非特許文献に記載されている公知の技術であるため、その詳細な説明は省略するものとする。

（ａ）Ｐ．Ｄ．Ｈａｌｅ、Ｆ．Ｖ．Ｋｏｗａｌｓｋｉ、“Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｌａｓｅｒ：Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ”、ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．２６，１８４５（１９９０）

（ｂ）Ｃ．Ｃ．Ｃｕｔｌｅｒ、“Ｗｈｙ Ｄｏｅｓ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｃａｕｓｅ Ｍｏｄｅ Ｌｏｃｋｉｎｇ？”、ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．２８、２８２（１９９２）

（ｃ）Ｇ．Ｂｏｎｎｅｔ、Ｓ．Ｂｌｌｅ、Ｔｈ．Ｋｒａｆｔ、Ｋ．Ｂｅｒｇｍａｎｎ、“Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｓｅｌｆ−ｍｏｄｅｌｏｃｋｉｎｇ ｏｆ ａ ｔｉｔａｎｉｕｍ−ｓａｐｐｈｉｒｅ ｌａｓｅｒ ｗｉｔｈ ｉｎｔｒａｃａｖｉｔｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｈｉｆｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ”、Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．１２３、７９０（１９９６）

（６）上記した図６に示したモード同期ファイバーレーザー４００では、音響光学波長可変フィルタ４０４により回折された回折光を直接に全反射ミラー４０２に入射するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、音響光学波長可変フィルタ４０４と全反射ミラー４０２との間に、回折光の分散を補正するための分散補正用プリズムなどの分散補正用光学素子を配設してもよいものである。
図７には、分散補正用光学素子として分散補正用プリズムを備えたモード同期ファイバーレーザー５００が図示されている。
このモード同期ファイバーレーザー５００は、上記モード同期ファイバーレーザー４００と比較すると、全反射ミラー４０２と音響光学波長可変フィルタ４０４との間に分散補正用プリズム５０２を有する点においてのみ異なる。
この分散補正用プリズムなどの分散補正用光学素子の効果については、例えば、特開平９−１７２２１５号公報に開示されているとおり、音響光学波長可変フィルターを波長同調素子として用いたときに、同調可能な波長幅を著しく改善するものである。
より詳細には、全反射ミラーと音響光学波長可変フィルターとの間に分散補正用プリズムなどの分散補正用光学素子を配置することにより、全反射ミラーに入射する角度が、波長によらず垂直となるようにすることが可能になる。
なお、分散補正用光学素子としては、上記したプリズムの他に、例えば、凸レンズを用いることもでき、凸レンズによっても上記したプリズムの場合と同等の作用を実現することができる。
そのため、分散補正用プリズムなどの分散補正用光学素子が配置されない場合に比べ、波長同調幅を拡大することができるようになる。

（７）上記したモード同期ファイバーレーザー１０、１００、２００において、可飽和吸収素子１２とファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８とにより共振器を構成し、当該共振器のファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８側から出射光たるパルスレーザー光が出力されるように構成した。
また、上記したモード同期ファイバーレーザー３００においては、全反射ミラー３０２とファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８とにより共振器を構成し、当該共振器のファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８側から出射光たるパルスレーザー光が出力されるように構成した。
さらに、上記したモード同期ファイバーレーザー４００、５００においては、全反射ミラー４０２とｎ個のファイバーブラッググレーティングとにより共振器を構成し、当該共振器のｎ個のファイバーブラッググレーティング側から出射光たるパルスレーザー光が出力されるように構成した。
しかしながら、上記した各実施の形態のように、共振器の複数のファイバーブラッググレーティング側から出射光たるパルスレーザー光が出力されるように構成するのではなく、共振器の複数のファイバーブラッググレーティング側とは反対側から出射光たるパルスレーザー光が出力されるように構成してもよい。
そして、共振器の複数のファイバーブラッググレーティング側とは反対側から出射光たるパルスレーザー光が出力されるように構成に際しては、例えば、複数のファイバーブラッググレーティングのそれぞれの反射中心波長の反射率をより高反射率（例えば、反射率９９．８％以上である。）とするとともに、モード同期ファイバーレーザー３００、４００、５００においては、全反射ミラー３０２、４０２に代えて、所定の波長に対して高反射率（例えば、反射率８０％である。）の部分反射ミラーを用いるようにする。
このように構成すると、構成される共振器の可飽和吸収素子１２側あるいは部分反射ミラー側から、レーザー光がモード同期ファイバーレーザーの外部への出射光としてパルス状に出力されることになる。

（８）上記したモード同期ファイバーレーザー１０、１００、２００、３００、４００、５００ならびに上記（７）に示す変形例によるモード同期ファイバーレーザーにおいて、複数のファイバーブラッググレーティングと可飽和吸収素子１２、全反射ミラー３０２、４０２あるいは部分反射ミラーとの間の任意の点に、ある比率でレーザー光を反射する部分反射スプリッターを挿入することにより、その分岐からレーザー出力を得るようにしてもよい。
なお、この場合には、部分反射ミラーよりも全反射ミラーを用いることが好ましいものである。

（９）上記した実施の形態においては、帰還素子としてファイバーブラッググレーティングを用いた場合について説明したが、本発明に用いることのできる帰還素子はファイバーブラッググレーティングに限られるものではないことは勿論であり、例えば、ファイバー結合された誘電体多層膜ミラーやボリュームグレーティングなどの帯域反射デバイスなどを用いることができる。

（１０）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（９）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

次に、図８に示す本発明によるモード同期ファイバーレーザー６００を用いて本願発明者によって行われた実験およびその結果について説明する。
なお、図８に示すモード同期ファイバーレーザー６００においては、上記において説明したモード同期ファイバーレーザー１０、１００、２００、３００、４００、５００と同一または相当する構成については、上記において用いた符号と同一の符号を用いて示すことにより、その構成ならびに作用の詳細な説明は適宜に省略することとする。
そして、この実験においては、音響光学波長可変フィルターと反射波長の異なった複数のファイバーブラッググレーティングとが同時に挿入されている共振器について、そのスタティックな特性ならびにダイナミックな特性を取得した。
これにより、本発明によるモード同期ファイバーレーザーの優れた作用効果が実証された。

ここで、この図８に示す本発明によるモード同期ファイバーレーザー６００と図６に示すモード同期ファイバーレーザー４００との構成を比較すると、モード同期ファイバーレーザー６００は、ファイバーブラッググレーティングとして３個のファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８を備えるとともに、ＦＣ／ＡＰＣコネクタ６０２の後段に位置するコリメートレンズ２６と音響光学波長可変フィルタ４０４との間に３枚の波長板から構成される偏光コントローラー（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）６０４を備えており、ファイバーブラッググレーティング１８の端部にパッシブファイバー３２が接続されている点において、モード同期ファイバーレーザー４００と異なっている。

さらに異なる点として、ファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８は、それぞれの反射中心波長において９９．８％以上の高反射率を示し、一方、共振器の反対側に配置されたミラーが、１０６０ｎｍ付近の波長に対して反射率８０％の部分反射ミラー４０３であることがあげられる。
さらに、励起用半導体レーザー３０は、カプラーを使用せず、ファイバーレーザーの末端から直接的に光を利得ファイバーに導入する形態である点も、モード同期ファイバーレーザー４００と異なる。
しかしながら、これらの差異は、本レーザーが提供する機能において、モード同期ファイバーレーザー４００と本質に関わる違いをもたらさないため、バリエーションの一つと考えてよい。

より詳細には、本実験に用いたモード同期ファイバーレーザー６００においては、利得ファイバー２２としてＹｂドープファイバー（Ｙｂ−ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ）を用いている。
共振器は、Ｙｂドープファイバーを利得媒質として、その一方が３つのファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８、もう一方はＦＣ／ＡＰＣコネクタ６０２を介して自由空間（Ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ）に置かれた出力ミラーたる反射率８０％の部分反射ミラー４０３で構成されている。
なお、自由空間の部分には、上記したように、ＦＣ／ＡＰＣコネクタ６０２の後段にコリメートレンズ２６、３枚の波長板から構成される偏光コントローラー６０４ならびに音響光学波長可変フィルタ４０４がそれぞれ挿入されている。
そして、ファイバー部分は全てｎｏｎ−ＰＭであり、偏光コントローラー６０４によって、音響光学波長可変フィルタ４０４と反射率８０％の部分反射ミラー４０３との間の偏光を単一直線偏光に保持している。
また、反射率８０％の部分反射ミラー４０３は、音響光学波長可変フィルタ４０４の回折光に対して共振器が組まれるように配置されており、非回折光たる回折しない残留蛍光は、共振器の外部へ放出される。
なお、モード同期ファイバーレーザー６００においては、音響光学波長可変フィルタ４０４に対してＲＦ信号シンセサイザー（ＲＦ ｓｉｇｎａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）６０６によりＲＦ信号が供給されるようになされている。
また、励起用半導体レーザー光源（Ｐｕｍｐ ｄｉｏｄｅ）３０として、波長９７５ｎｍのレーザー光を出射するものを用いた。

そして、この実験においては、ファイバーブラッググレーティング１４たるＦＢＧ１として、波長１０６４ｎｍにおいて全反射し、反射バンド幅０．２〜０．６ｎｍのものを用いた。
また、ファイバーブラッググレーティング１６たるＦＢＧ２として、波長１０６０ｎｍにおいて全反射し、反射バンド幅０．２〜０．６ｎｍのものを用いた。
さらに、ファイバーブラッググレーティング１８たるＦＢＧ３として、波長１０５６ｎｍにおいて全反射し、反射バンド幅０．２〜０．６ｎｍのものを用いた。
なお、ファイバーブラッググレーティング１４、１６、１８については、仕様上はお互いの反射バンドのオーバーラップはほとんどゼロである。

次に、共振器内の素子間の長さは、それぞれ、
ＦＢＧ１とＦＢＧ２との間隔Ｌ_１−２＝１２１０ｍｍ
ＦＢＧ２とＦＢＧ３との間隔Ｌ_２−３＝１１１０ｍｍ
ＦＢＧ３とＦＣ／ＡＰＣコネクタとの間隔Ｌ_３−Ｃ＝３９００ｍｍ
ＦＣ／ＡＰＣコネクタと出力ミラーたる部分反射ミラーとの間隔Ｌ_ＦＳ＝２２０ｍｍ
とした。

実験を開始するにあたって、まず、ファイバーブラッググレーティング１４（ＦＢＧ１）、ファイバーブラッググレーティング１６（ＦＢＧ２）およびファイバーブラッググレーティング１８（ＦＢＧ３）のそれぞれについて、各ファイバーブラッググレーティングによる発振がなされることを確認するために、音響光学波長可変フィルタ４０４の代わりにプリズムを入れ、反射率８０％の部分反射ミラー４０３の角度を変化させることによって波長選択して発振させた。
その結果、図９のグラフに示すように、短波長側の波長１０５６ｎｍと長波長側の波長１０６４ｎｍとのファイバーブラッググレーティングによる共振と思われるピークだけが選択可能であり、単独で発振することが可能であった。
なお、波長１０５６ｎｍと波長１０６４ｎｍとの中間位置においては、これらの２波長が同時に発振するものの、結局、波長１０６０ｎｍにおいての発振には至らなかった。

ここで、図１０に示すグラフは、図９に示すグラフの発振している波長１０５６ｎｍのピークを詳細に示したものである。
図１０に示されているように、半値全幅で０．２ｎｍ程度、−１０ｄＢの点でも０．３ｎｍ程度であり、ファイバーブラッググレーティングの反射帯域に準じた発振スペクトルとなった。
全反射ミラーをリアミラーに配置した共振器において、プリズム１枚で波長選択した場合には、よりブロードなスペクトルとなることが想定できるため、ファイバーブラッググレーティングを帰還素子として使用した特性が表れているといえる。

次に、プリズムに代えて音響光学波長可変フィルタ４０４を入れた図８に示す構成に変更して実験を行い、次の結果が得られた。
即ち、音響光学波長可変フィルタ４０４の回折光は、非回折光（透過光）に対して１２ｍｒａｄ程度傾いた方向に出射されたが、回折する光波長と回折効率とを規定するＲＦ信号のＲＦ周波数とＲＦ出力パワーとを丁寧に調整することにより、容易に発振した。
図１１に示すグラフには、プリズムを入れたときと音響光学波長可変フィルタ４０４を入れたときとにおける、波長１０５６ｎｍにおける入出力特性、即ち、励起用半導体レーザー光源３０の電流値とモード同期ファイバーレーザーから出射光として出力されるレーザー光の出力パワーとの入出力特性が示されている。
本実験に使用した音響光学波長可変フィルタのスペックでは、回折効率９０％以上とあるが、しきい値、スロープ効率ともにプリズムの場合に匹敵し、ほぼ損失のない回折が得られたことがわかる。
また、図１１に示されているように、入出力特性は線形に変化しており、飽和などの影響は実験領域では観察されなかった。

次に、図１２に示すグラフには、回折効率が最大となるＲＦ出力パワーにおいて、ＲＦ周波数を変化させて取得した出力カーブが示されている。なお、励起用半導体レーザー光源３０の電流値たるＬＤ電流値は、１００ｍＡであった。
音響光学波長可変フィルタ４０４は、高周波側で短波長光が回折するが、この図１２のグラフに示す結果からも、Ｄで示されたカーブでは波長１０５６ｎｍが回折し、Ｅで示されたカーブでは波長１０６０ｎｍが回折し、Ｆで示されたカーブでは波長１０６４ｎｍが回折した。
音響光学波長可変フィルタ４０４を使用した共振器では、波長１０６０ｎｍにおいても発振が確認できた。
また、いずれか２つの波長が同時に発振することはなかったが、２つの波長が切り替わる点では出力変動が顕著に表れる不安定性が観察された。
未確認事項ではあるが、ＲＦ周波数に対して中心回折波長は連続的に変化するのに対し、本発明によるモード同期ファイバーレーザーにおいては発振波長は殆どファイバーブラッググレーティングの反射帯域で決まるため、ＲＦ周波数に対する波長はその帯域内での微少な変化となっていることが容易に想定される。
音響光学波長可変フィルタ４０４の回折波長幅が広く、また、ファイバレーザーの利得が大きいため、近接した２波長においてはＲＦ周波数の変化に対しても出力がとぎれることなく得られたと考えられる。
図１２に示すグラフにおけるそれぞれの波長に対するピークが、それぞれのファイバーブラッググレーティングの反射帯域のピークに一致すると思われる。

次に、図１３に示すグラフには、波長１０５６ｎｍ、波長１０６０ｎｍならびに波長１０６４ｎｍの３つの波長のいずれかで安定に発振している条件下で、レーザー出力をＰＩＮフォトダイオードで観察したときの波形が示されている。
全ての波長において、モード同期と考えられる周期的短パルスが発生していることが観察された。
なお、図１３に示すグラフにおいては、波長１０５６ｎｍのパルスを「Ｇ」で示し、波長１０６０ｎｍのパルスを「Ｈ」で示し、波長１０６４ｎｍのパルスを「Ｉ」で示している。
このとき波長１０５６ｎｍでは周期が６１．４ｎｓであり、波長１０６０ｎｍでは周期が４９．８ｎｓであり、波長１０６４ｎｍでは周期が３９．０ｎｓであった。

次に、図１４には、モード同期におけるパルス幅をオートコリレータ（ＡＰＥ社、ＰｕｌｓｅＣｈｅｃｋ）にて測定した際における、オートコリレータ画面を撮影した写真が示されている。
この図１４に示す写真は、１０６０ｎｍにおけるモード同期パルスのパルス幅実測結果を示すものであり、モード同期達成時には２４．６ｐｓのパルス幅で発振していることが確認された。

次に、図１５には、１０６０ｎｍにおける通常発振時とモード同期発振時とのスペクトル形状を計測した計測結果を示すグラフが示されている。。
この計測においては、光スペクトラムアナライザ（Ａｄｖａｎｔｅｓｔ社、Ｑ８３８４）を使用し、分解能０．０１ｎｍに設定して測定を行った。また、励起用半導体レーザー光源３０の励起電流は、４５０ｍＡで一定とした。
図１５は、上記した条件の下での測定結果を示すものであり、通常発振を行っているときには線幅０．０３ｎｍ程度であったのに対し、モード同期発振となった場合にはスペクトル形状とともにスペクトル幅が変化して０．２ｎｍほどになった。

なお、上記実験に使用したファイバに用いられているシリケートガラスの屈折率を１．４５とし、また、自由空間に配置された素子は実効長が短いため考慮せずにおくとすると、ファイバスプライスの段階でのファイバ長欠損があるため多少の誤差はあるものの、ファイバーブラッググレーティング１４（ＦＢＧ１）、ファイバーブラッググレーティング１６（ＦＢＧ２）ならびにファイバーブラッググレーティング１８（ＦＢＧ３）と出力ミラーである反射率８０％の部分反射ミラー４０３とで構成されるレーザー共振器の光学長、光のラウンドトリップ時間ならびにラウンドトリップ周波数は、図１６に示す表のようになり、実験結果に極めて近いことが示された。

上記した実験結果より、複数のファイバーブラッググレーティングをシリーズ（直列）に並べた複合発振器を用い、波長選択素子とモード同期素子とを挿入することにより、本発明によるモード同期ファイバーレーザーによれば、繰り返し周波数可変のモード同期レーザーを実現できることが示された。
機械的な波長同調と異なり、本発明によるモード同期ファイバーレーザーは、音響光学波長可変フィルタを使用することにより、機械的な安定性は極めて高くなっていることが容易に考えられる。
また、上記した実験結果より、本発明によるモード同期ファイバーレーザーによれば、繰り返し周波数は共振器の光学長を完全に反映しており、共振器長を計算するだけで任意の繰り返し周波数のモード同期パルスを発生することができるようになる。

本発明は、先端的レーザー加工の一つである超短パルスレーザー光を用いた精密加工技術などに利用することができるものである。

１０、１００、２００、３００、４００、５００、６００ モード同期ファイバーレーザー
１２ 可飽和吸収素子
１４、１６、１８ ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）
２０、２４ カップラー
２２ 利得ファイバー
２６ コリメートレンズ
２８ 回折格子
２９ 駆動装置
３０ 励起用半導体レーザー光源
３２ パッシブファイバー
３４ 集光レンズ
１０２ 波長選択素子
２０２ 偏光素子または偏光保存ファイバー
３０２ 全反射ミラー
３０４ ＡＯモード同期素子
４０２ 全反射ミラー
４０３ 反射率８０％の部分反射ミラー
４０４ 音響光学波長可変フィルター（ＡＯＴＦ）
５０２ プリズム
６０２ ＦＣ／ＡＰＣコネクタ
６０４ 偏光コントローラー
６０６ ＲＦ信号シンセサイザー

Claims (9)

1. 利得ファイバーの一方の端部側にモード同期手段を配置し、かつ、前記利得ファイバーの他方の端部側にそれぞれが異なる波長の光を３０％の高反射率で反射し、かつ、前記波長以外の波長の光に対して約１００％の透過率を有する複数の帰還素子を配置して、前記モード同期手段と前記帰還素子とにより共振器を構成し、
   前記共振器内に前記利得ファイバーにより発振するレーザー光の波長を選択する波長選択手段を有するようにし、
   前記複数の帰還素子を前記共振器内の光の進行方向に沿って直列に配置し、前記共振器内の光が進行方向に沿って直列に配置された前記複数の帰還素子を順次通過し、前記複数の帰還素子のうち端部に配置された帰還素子よりレーザー光を出力するようにし、
   前記共振器の共振器長Ｌは、共振波長に応じて可変であるように、前記複数の帰還素子のうちいずれかひとつの帰還素子と前記波長選択手段との間の距離と、前記波長選択手段と前記モード同期手段との間の距離とを合計した距離であるものとし、
   前記波長選択手段を、前記帰還素子のひとつが反射する所定の波長を有する光のみについて低損失で、かつ、その他の波長の光に対しては損失が大きくなるように調節して前記共振器内で前記所定の波長の光のみが高い利得を発生させ、前記所定の波長でのみレーザー発振した場合、前記共振器長Ｌは、前記複数の帰還素子のうちの前記所定の波長を反射可能な帰還素子と前記波長選択手段との間の距離となり、前記レーザー発振したレーザー光は、前記共振器長Ｌの長さに応じたパルス周波数ｆ＝ｃ／２Ｌとなる（ｃは光速とする。）
   ことを特徴とするモード同期ファイバーレーザー。
2. 請求項１に記載のモード同期ファイバーレーザーにおいて、
   前記帰還素子は、ファイバーブラッググレーティングであり、
   前記モード同期手段は、そのシャッター動作により、前記共振器外部への出射光がパルス状に出力される可飽和吸収素子であり、
   前記波長選択手段は、前記所定の波長のレーザー光についてのみ低損失になるようその角度を駆動装置により回転して調節されることで波長を選択する回折格子である
   ことを特徴とするモード同期ファイバーレーザー。
3. 請求項１に記載のモード同期ファイバーレーザーにおいて、
   前記帰還素子は、ファイバーブラッググレーティングであり、
   前記モード同期手段は、そのシャッター動作により、前記共振器外部への出射光がパルス状に出力される可飽和吸収素子であり、
   前記波長選択手段は、前記所定の波長のレーザー光についてのみ低損失になるようその角度を駆動装置により回転して調節されることで波長を選択する複屈折フィルターまたはプリズムである
   ことを特徴とするモード同期ファイバーレーザー。
4. 請求項１、２または３のいずれか１項に記載のモード同期ファイバーレーザーにおいて、さらに、
   前記共振器内における前記利得ファイバーの前記一方の端部側と前記波長選択手段との間に、前記利得ファイバーの前記一方の端部側から出射された光を平行光にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズより出射された平行光が入射される偏光素子または偏光保存ファイバーとを設けた
   ことを特徴とするモード同期ファイバーレーザー。
5. 請求項１に記載のモード同期ファイバーレーザーにおいて、
   前記帰還素子は、ファイバーブラッググレーティングであり、
   前記モード同期手段は、ＡＯモード同期素子であり、
   前記波長選択手段は、前記所定の波長のレーザー光についてのみ低損失になるようその角度を駆動装置により回転して調節されることで波長を選択する回折格子、前記所定の波長のレーザー光についてのみ低損失になるようその角度を駆動装置により回転して調節されることで波長を選択する複屈折フィルターまたはプリズムである
   ことを特徴とするモード同期ファイバーレーザー。
6. 請求項１に記載のモード同期ファイバーレーザーにおいて、
   前記帰還素子は、ファイバーブラッググレーティングであり、
   前記モード同期手段と前記波長選択手段とは、音響光学波長可変フィルターであって、前記音響光学波長可変フィルターに供給するＲＦ信号の周波数を制御することで、所望の波長を持つ回折光のみを共振器内に往復させるようにする
   ことを特徴とするモード同期ファイバーレーザー。
7. 請求項６に記載のモード同期ファイバーレーザーにおいて、さらに、
   前記音響光学波長可変フィルターから出射された回折光が入射する分散補正用光学素子を設け、前記分散補正用光学素子の後段の部材に入射するレーザー光の角度が、波長によらず垂直になるようにした
   ことを特徴とするモード同期ファイバーレーザー。
8. 請求項６または７のいずれか１項に記載のモード同期ファイバーレーザーにおいて、さらに、
   前記共振器内における前記利得ファイバーの前記一方の端部側と前記音響光学波長可変フィルターとの間に、前記利得ファイバーの前記一方の端部側から出射された光を平行光にするコリメートレンズと、前記コリメートレンズより出射された平行光が入射される偏光コントローラーとを設けた
   ことを特徴とするモード同期ファイバーレーザー。
9. 請求項１に記載のモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法であって、
   前記波長選択手段により、パルス出力するレーザー光の波長を前記複数の帰還素子のうちのいずれかが反射可能な所定の波長に選択し、
   前記利得ファイバーに入力された励起光を、前記複数の帰還素子のうちで前記波長選択手段により選択された前記所定の波長を反射可能なひとつの帰還素子と前記モード同期手段との間で、選択された前記所定の波長の光のみを前記利得ファイバーによって増幅し、
   前記利得ファイバーより出射されたレーザー光は、前記共振器長Ｌが、前記複数の帰還素子のうちの前記所定の波長を反射可能な素子と前記波長選択手段との間の距離であるとすることから、前記共振器長Ｌの長さに応じたパルス周波数ｆ＝ｃ／２Ｌ（ｃは光速とする。）である
   ことを特徴とするモード同期ファイバーレーザーを用いたパルスレーザー光の発振方法。