JPH08222791A - 二波長モードロックレーザーシステム - Google Patents
二波長モードロックレーザーシステムInfo
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- H01S3/1112—Passive mode locking
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- H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、モードロックレーザーの二波長作
動の制御を実現し、制御可能な二波長モードロックレー
ザーを提供することを解決すべき課題とする。 【解決手段】 制御できる反復率により二波長非同期の
モードロック作動を可能にしたレーザーシステムは、不
均一または均一に拡がっている利得媒体のいずれによっ
ても、利得競争と波長カップリングを減らすことができ
る。本レーザーシステムのもう一つの目的は、パルスの
干渉による影響を最小限にすることである。本システム
は、一様ではない利得特性をもつ利得媒体４から複数の
波長の出力光Ａ，Ｂを発生させるレーザー励起装置と、
波長の異なる出力光Ａ，Ｂをモード同期しカップリング
する複数の装置２４，２８とを有し、出力光Ａ，Ｂのそ
れぞれに関し少なくとも一つのレーザーキャビティー８
を含んでいる。
動の制御を実現し、制御可能な二波長モードロックレー
ザーを提供することを解決すべき課題とする。 【解決手段】 制御できる反復率により二波長非同期の
モードロック作動を可能にしたレーザーシステムは、不
均一または均一に拡がっている利得媒体のいずれによっ
ても、利得競争と波長カップリングを減らすことができ
る。本レーザーシステムのもう一つの目的は、パルスの
干渉による影響を最小限にすることである。本システム
は、一様ではない利得特性をもつ利得媒体４から複数の
波長の出力光Ａ，Ｂを発生させるレーザー励起装置と、
波長の異なる出力光Ａ，Ｂをモード同期しカップリング
する複数の装置２４，２８とを有し、出力光Ａ，Ｂのそ
れぞれに関し少なくとも一つのレーザーキャビティー８
を含んでいる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、相互に制御が可能
な反復率をもつ単一利得媒体において二波長の非同期モ
ードロック（モード同期）が可能なレーザーシステムに
関し、モードロックレーザー装置の技術分野に属する。
な反復率をもつ単一利得媒体において二波長の非同期モ
ードロック（モード同期）が可能なレーザーシステムに
関し、モードロックレーザー装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ソリッドステートのモードロッ
クレーザーの二波長作動に関する分野での研究は、チタ
ン：サファイアのバルクレーザーかエルビウム・ファイ
バーレーザーかのいずれかに基づくレーザーシステムに
集中していた。このようなレーザーシステムは、非線形
光ミキシング技術やレーザーセンサーシステムに適用で
きるので魅力的である。特に、上記レーザーが非同期で
作動する場合には、ポンプ・プローブ計測に利用できて
良い。
クレーザーの二波長作動に関する分野での研究は、チタ
ン：サファイアのバルクレーザーかエルビウム・ファイ
バーレーザーかのいずれかに基づくレーザーシステムに
集中していた。このようなレーザーシステムは、非線形
光ミキシング技術やレーザーセンサーシステムに適用で
きるので魅力的である。特に、上記レーザーが非同期で
作動する場合には、ポンプ・プローブ計測に利用できて
良い。
【０００３】しかしながら、チタン：サファイアにもエ
ルビウムにも共通して、均一拡がりを有するという問題
がある。その結果、二波長の間で利得競争（ gain comp
etition ）が起こるので、片方の波長が支配的になるこ
とを避けるためにキャビティー（空洞共振器）損失のバ
ランスを正確に取る必要が生じる。とりわけチタン：サ
ファイアでは二波長間のカップリングが極めて強いの
で、単一利得の媒体では二波長の非同期作動ができな
い。
ルビウムにも共通して、均一拡がりを有するという問題
がある。その結果、二波長の間で利得競争（ gain comp
etition ）が起こるので、片方の波長が支配的になるこ
とを避けるためにキャビティー（空洞共振器）損失のバ
ランスを正確に取る必要が生じる。とりわけチタン：サ
ファイアでは二波長間のカップリングが極めて強いの
で、単一利得の媒体では二波長の非同期作動ができな
い。
【０００４】たとえば、バロスらの文献（M.R.X. de Ba
rros and P.C. Becker, in Opt. Lett., 18, 631(199
3)）には、波長差が６０〜８０ｎｍの同一直線上にある
二つのモードロックパルス列が、単一キャビティーのモ
ードロック・チタン：サファイア・レーザーから同時に
発生するとの記載がある。このレーザーでは、チタン：
サファイア結晶中で二つのパルスが空間的・時間的にオ
ーバーラップすることにより、モードロック過程が強め
られてパルス同期が起こっている。時間的なオーバラッ
プは二色（二波長）間のカップリングをもたらし、この
カップリングによって同期モードでの二つのパルスのロ
ッキング（同期）が引き起こされる。もしパルスにオー
バラップがなければ、すなわち例えば二つのキャビティ
ーの長さが同じでなかった場合には、二色間で競争が起
こって何方かが消滅してしまい、二波長モードでのレー
ザーの安定な作動は望めないであろう。
rros and P.C. Becker, in Opt. Lett., 18, 631(199
3)）には、波長差が６０〜８０ｎｍの同一直線上にある
二つのモードロックパルス列が、単一キャビティーのモ
ードロック・チタン：サファイア・レーザーから同時に
発生するとの記載がある。このレーザーでは、チタン：
サファイア結晶中で二つのパルスが空間的・時間的にオ
ーバーラップすることにより、モードロック過程が強め
られてパルス同期が起こっている。時間的なオーバラッ
プは二色（二波長）間のカップリングをもたらし、この
カップリングによって同期モードでの二つのパルスのロ
ッキング（同期）が引き起こされる。もしパルスにオー
バラップがなければ、すなわち例えば二つのキャビティ
ーの長さが同じでなかった場合には、二色間で競争が起
こって何方かが消滅してしまい、二波長モードでのレー
ザーの安定な作動は望めないであろう。
【０００５】さらに、ディカーらの文献（ D. R. Dykaa
r and S. B. Darack, in Opt. Lett., 18, 634 (1993)
）には、変形エンドミラーを用いることにより、単一
キャビティーのモードロック・チタン：サファイア・レ
ーザーで二波長のフェムト秒パルスが得られ、二次ビー
ムを生成することができたと記載されている。（このレ
ーザーでは）アルゴン・ポンプレーザーのビームを交差
することと、各波長のキャビティー長を合わせることと
により、パルスの同期が保たれている。しかしながら、
（二つの）ビームがオーバラップしないので、これらの
ビームは非同期で作動し得る。また、同じポンプレーザ
ーと結晶とを使用して、二つのパルス間でのジッター
（同期誤差）を最小に抑制することができる。
r and S. B. Darack, in Opt. Lett., 18, 634 (1993)
）には、変形エンドミラーを用いることにより、単一
キャビティーのモードロック・チタン：サファイア・レ
ーザーで二波長のフェムト秒パルスが得られ、二次ビー
ムを生成することができたと記載されている。（このレ
ーザーでは）アルゴン・ポンプレーザーのビームを交差
することと、各波長のキャビティー長を合わせることと
により、パルスの同期が保たれている。しかしながら、
（二つの）ビームがオーバラップしないので、これらの
ビームは非同期で作動し得る。また、同じポンプレーザ
ーと結晶とを使用して、二つのパルス間でのジッター
（同期誤差）を最小に抑制することができる。
【０００６】けれども、上記文献のいずれによっても非
同期モードでの二波長作動は実現できない。前述のよう
に、このような非同期作動は、利得（の分布）が均質な
媒体中では実現が難しい。くわえて、二つの放射波長間
で起こり得る位相雑音を最小にする目的で、単一利得媒
体は特に好んで使用されるかもしれない。しかし、これ
（位相雑音の最小化）は、二波長のカップリングが弱い
ときにのみ可能なことである。エルビウムファイバーの
モードロックレーザーは非同期で作動するとはいって
も、現在のエルビウムファイバー・レーザーでは、キャ
ビティー内のどこにおいても正確な波長を選択すること
はできない。それゆえ、二波長作動状態を制御すること
ができないでいる。
同期モードでの二波長作動は実現できない。前述のよう
に、このような非同期作動は、利得（の分布）が均質な
媒体中では実現が難しい。くわえて、二つの放射波長間
で起こり得る位相雑音を最小にする目的で、単一利得媒
体は特に好んで使用されるかもしれない。しかし、これ
（位相雑音の最小化）は、二波長のカップリングが弱い
ときにのみ可能なことである。エルビウムファイバーの
モードロックレーザーは非同期で作動するとはいって
も、現在のエルビウムファイバー・レーザーでは、キャ
ビティー内のどこにおいても正確な波長を選択すること
はできない。それゆえ、二波長作動状態を制御すること
ができないでいる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、モードロッ
クレーザーの二波長作動の制御を実現し、制御可能な二
波長モードロックレーザーを提供することを解決すべき
課題とする。
クレーザーの二波長作動の制御を実現し、制御可能な二
波長モードロックレーザーを提供することを解決すべき
課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明では、波長間でのカップリングが弱いのでロバスト
（不感・不惑）なシステムの実現が約束されるにもかか
わらず、単一利得媒体の使用によって二つの放射波長の
間に生じる位相雑音を最低限に抑制することができる。
特に、利得競争および波長カップリングを減らして、公
知の二波長モードロックレーザーのもつ不都合をなくす
ことが本発明の目的である。利得競争と同期作動を引き
起こすモードロック機構とを減らすことにより、一方の
波長が支配的になることを避けるためにキャビティー損
失のバランスを正確にとることは必要でなくなる。
発明では、波長間でのカップリングが弱いのでロバスト
（不感・不惑）なシステムの実現が約束されるにもかか
わらず、単一利得媒体の使用によって二つの放射波長の
間に生じる位相雑音を最低限に抑制することができる。
特に、利得競争および波長カップリングを減らして、公
知の二波長モードロックレーザーのもつ不都合をなくす
ことが本発明の目的である。利得競争と同期作動を引き
起こすモードロック機構とを減らすことにより、一方の
波長が支配的になることを避けるためにキャビティー損
失のバランスを正確にとることは必要でなくなる。
【０００９】本発明の（下記の）一実施例によれば、制
御可能な二波長モードロックレーザーシステムは、不均
質に拡がっているレーザー利得媒体（すなわち出力光の
波長の離間よりも小さな幅の均質な線を有するレーザー
利得媒体）と、散乱の補正と波長の分離とに用いる一連
の組みプリズムと、レーザー励起手段としてのクリプト
ン・イオンレーザーまたはレーザー・ダイオードと、発
生した波長のさらなる分離に用いる二つの出力カップラ
ーおよびナイフエッジとから構成されている。
御可能な二波長モードロックレーザーシステムは、不均
質に拡がっているレーザー利得媒体（すなわち出力光の
波長の離間よりも小さな幅の均質な線を有するレーザー
利得媒体）と、散乱の補正と波長の分離とに用いる一連
の組みプリズムと、レーザー励起手段としてのクリプト
ン・イオンレーザーまたはレーザー・ダイオードと、発
生した波長のさらなる分離に用いる二つの出力カップラ
ーおよびナイフエッジとから構成されている。
【００１０】
〔実施例１〕 （実施例１の構成）本発明の実施例１としての二波長モ
ードロックレーザーシステムは、図１に示すように、単
一利得媒体として弱い線型性で複屈折のシリカファイバ
ー４（ＮＡ＝０．１７，コアの直径５μｍ）を構成要素
としている。不均質に広がっている利得媒体の使用によ
る利得競争の影響を緩和するために、ファイバー４は、
約１７００ｐｐｍのレベルにまでＮｄ3+でドーピングさ
れている。Ｎｄ3+ドーピングされたシリカファイバー４
は、現時点で発明者の知るかぎりでは、室温での不均質
に広がっている（利得分布の）特性において傑出してい
る。Ｎｄドーピングの使用にはまだ利点があり、（エル
ビウム・ファイバーレーザーのものと比較して）できあ
がった利得媒体の放射波長がより短いので、高度の分散
能があるプリズム（下記参照）をキャビティー８内で使
用することができる。このプリズムは、二つの放射波長
の効果的な分離と分散の補正とに使用される。
ードロックレーザーシステムは、図１に示すように、単
一利得媒体として弱い線型性で複屈折のシリカファイバ
ー４（ＮＡ＝０．１７，コアの直径５μｍ）を構成要素
としている。不均質に広がっている利得媒体の使用によ
る利得競争の影響を緩和するために、ファイバー４は、
約１７００ｐｐｍのレベルにまでＮｄ3+でドーピングさ
れている。Ｎｄ3+ドーピングされたシリカファイバー４
は、現時点で発明者の知るかぎりでは、室温での不均質
に広がっている（利得分布の）特性において傑出してい
る。Ｎｄドーピングの使用にはまだ利点があり、（エル
ビウム・ファイバーレーザーのものと比較して）できあ
がった利得媒体の放射波長がより短いので、高度の分散
能があるプリズム（下記参照）をキャビティー８内で使
用することができる。このプリズムは、二つの放射波長
の効果的な分離と分散の補正とに使用される。
【００１１】同図に図示されている実施例では、ファイ
バー／利得媒体は２０ｃｍの有効長を持っている。適正
な光ポンピング（後述）によって、このＮｄドーピング
されたファイバーレーザは、波長が１０６０ｎｍおよび
１１００ｎｍの近似的に波長が限定されたフェムト秒オ
ーダーの複数のパルスを生じる。両波長のパルスは、こ
こでは便宜的に「青」光線（波長）および「赤」光線
（波長）の呼称でそれぞれ参照することにする。図示の
レーザーにおいて二次分散β2 は、青波長で約２７．９
ｐｓｅｃ2 ／ｋｍであり、赤波長で２５．９ｐｓｅｃ2
／ｋｍである。それゆえ対応する群速度のウォークオフ
は、ファイバー長１ｃｍあたり１５ｆｓｅｃである。
バー／利得媒体は２０ｃｍの有効長を持っている。適正
な光ポンピング（後述）によって、このＮｄドーピング
されたファイバーレーザは、波長が１０６０ｎｍおよび
１１００ｎｍの近似的に波長が限定されたフェムト秒オ
ーダーの複数のパルスを生じる。両波長のパルスは、こ
こでは便宜的に「青」光線（波長）および「赤」光線
（波長）の呼称でそれぞれ参照することにする。図示の
レーザーにおいて二次分散β2 は、青波長で約２７．９
ｐｓｅｃ2 ／ｋｍであり、赤波長で２５．９ｐｓｅｃ2
／ｋｍである。それゆえ対応する群速度のウォークオフ
は、ファイバー長１ｃｍあたり１５ｆｓｅｃである。
【００１２】分散の補正は、ＳＦ１０の三つのプリズム
１２，１６，２０からなる二つのシーケンスによってな
される。二つの出力カップラー２４，２８とナイフエッ
ジ３２とに近接している二つのプリズム１２，１６から
なるシーケンスは、所望の波長で分離が行われるように
配設されている。プリズムの頂点の有効離間距離は、青
光線Ａに対して７３ｃｍ、赤光線Ｂに対して６０ｃｍで
ある。
１２，１６，２０からなる二つのシーケンスによってな
される。二つの出力カップラー２４，２８とナイフエッ
ジ３２とに近接している二つのプリズム１２，１６から
なるシーケンスは、所望の波長で分離が行われるように
配設されている。プリズムの頂点の有効離間距離は、青
光線Ａに対して７３ｃｍ、赤光線Ｂに対して６０ｃｍで
ある。
【００１３】ファイバー４は、波長７５２ｎｍおよび７
９９ｎｍのＫｒイオンレーザー３６によりポンピング発
射出力３５０ｍＷでポンピングされる。なお、このポン
プレーザーは、８００ｎｍ付近の適当な波長をもつレー
ザーダイオードで代替することもできる。上記二つの出
力カップラー２４，２８は、それぞれ青波長で１０％、
赤波長で１６％の伝達率を持っている。それぞれの連続
波出力は１５ｍＷおよび１０ｍＷである。
９９ｎｍのＫｒイオンレーザー３６によりポンピング発
射出力３５０ｍＷでポンピングされる。なお、このポン
プレーザーは、８００ｎｍ付近の適当な波長をもつレー
ザーダイオードで代替することもできる。上記二つの出
力カップラー２４，２８は、それぞれ青波長で１０％、
赤波長で１６％の伝達率を持っている。それぞれの連続
波出力は１５ｍＷおよび１０ｍＷである。
【００１４】（実施例１の作用効果）モードロック（モ
ード同期）を達成するために、赤光線にはＮＰＥ（非線
形偏光旋回）手法が使用され、一方、青光線には飽和吸
収器モードロックが適用されている。赤光線のモードロ
ックの起動はムービング・ミラー手法によってなされ、
青光線のモードロック過程の始まりは上記飽和吸収器の
遅い成分によってなされる。これらのモードロック手法
については、オーベルらの文献二つ（ M. H. Ober, M.
Hofer, U. Keller and Chu, Opt. Lett., 18, 1533 (19
93) ／ M. H. Ober, M. Hofer and M. E. Fermann, Op
t. Lett., 18, 367 (1993) ）とメコッツィらの文献（
A. Mecozzi, J. D. Moores, H. A. Haus and Y. Lai, O
pt. Lett.16, 1841 (1991)）に詳細が記載されており、
これらに開示されているものはここでも参照されてい
る。
ード同期）を達成するために、赤光線にはＮＰＥ（非線
形偏光旋回）手法が使用され、一方、青光線には飽和吸
収器モードロックが適用されている。赤光線のモードロ
ックの起動はムービング・ミラー手法によってなされ、
青光線のモードロック過程の始まりは上記飽和吸収器の
遅い成分によってなされる。これらのモードロック手法
については、オーベルらの文献二つ（ M. H. Ober, M.
Hofer, U. Keller and Chu, Opt. Lett., 18, 1533 (19
93) ／ M. H. Ober, M. Hofer and M. E. Fermann, Op
t. Lett., 18, 367 (1993) ）とメコッツィらの文献（
A. Mecozzi, J. D. Moores, H. A. Haus and Y. Lai, O
pt. Lett.16, 1841 (1991)）に詳細が記載されており、
これらに開示されているものはここでも参照されてい
る。
【００１５】モードロックされた出力は、赤光線で４ｍ
Ｗ、青光線で３．５ｍＷである。青のキャビティーの反
復率は６７．２５Ｍｈｚである。赤のキャビティーの反
復率は、移動ステージ（図示せず）にエンドミラーを取
り付けることにより、この中心周波数の周辺で調整可能
である。図２に、実施例１のシステムが非同期で作動し
ている場合における同レーザーシステムの電波周波数
（ＲＦ）スペクトルを示す。図２（ａ）は、青波長の出
力４０のＲＦスペクトルを示す。図２（ｂ）は、赤波長
の出力４４のＲＦスペクトルを示す。これらの図に示す
ように、パルス列はほとんど完全に独立であり、明瞭な
サイドバンドはまず無い。上記赤出力において強い特徴
（的なピーク）４８が認められる。これは、位相間変調
および利得飽和によって起こる赤パルスのスペクトル５
２（図３（ｂ）参照）上の残留連続波の背景の変調から
生じている。この特徴は、青光線のみモードロックされ
ており赤光線は連続波で作動している場合にも現れる。
同様の変調は、赤光線だけがモードロックされている場
合の青光線の連続波出力にもまた現れる。しかしなが
ら、ひとたび青光線がモードロックされてしまうと、青
のパルス列において連続波背景は現れないので連続波変
調サイドバンドは消失する。
Ｗ、青光線で３．５ｍＷである。青のキャビティーの反
復率は６７．２５Ｍｈｚである。赤のキャビティーの反
復率は、移動ステージ（図示せず）にエンドミラーを取
り付けることにより、この中心周波数の周辺で調整可能
である。図２に、実施例１のシステムが非同期で作動し
ている場合における同レーザーシステムの電波周波数
（ＲＦ）スペクトルを示す。図２（ａ）は、青波長の出
力４０のＲＦスペクトルを示す。図２（ｂ）は、赤波長
の出力４４のＲＦスペクトルを示す。これらの図に示す
ように、パルス列はほとんど完全に独立であり、明瞭な
サイドバンドはまず無い。上記赤出力において強い特徴
（的なピーク）４８が認められる。これは、位相間変調
および利得飽和によって起こる赤パルスのスペクトル５
２（図３（ｂ）参照）上の残留連続波の背景の変調から
生じている。この特徴は、青光線のみモードロックされ
ており赤光線は連続波で作動している場合にも現れる。
同様の変調は、赤光線だけがモードロックされている場
合の青光線の連続波出力にもまた現れる。しかしなが
ら、ひとたび青光線がモードロックされてしまうと、青
のパルス列において連続波背景は現れないので連続波変
調サイドバンドは消失する。
【００１６】前述のスペクトルの特徴は、この二波長レ
ーザーからの出力スペクトルを描いた図３（ａ）〜
（ｄ）からある程度見て取れる。ここで、図３（ａ）
は、単輝線スタイルで作動しているレーザーによる青の
パルススペクトル５６を示す。図３（ｂ）は、赤の波長
のみでの単輝線作動から得られたスペクトル（５２）を
示す。図３（ｃ）は、青赤の光線がともにモードロック
された状態での二波長パルススペクトル６０を示す。図
３（ｄ）は、青赤ともに連続波で作動している場合の放
射スペクトルである。
ーザーからの出力スペクトルを描いた図３（ａ）〜
（ｄ）からある程度見て取れる。ここで、図３（ａ）
は、単輝線スタイルで作動しているレーザーによる青の
パルススペクトル５６を示す。図３（ｂ）は、赤の波長
のみでの単輝線作動から得られたスペクトル（５２）を
示す。図３（ｃ）は、青赤の光線がともにモードロック
された状態での二波長パルススペクトル６０を示す。図
３（ｄ）は、青赤ともに連続波で作動している場合の放
射スペクトルである。
【００１７】二波長作動を得るためには、５００Ｈｚの
最小周波数差が上記二つの出力パルスの間で得られなく
てはならない。キャビティー長が一致している場合に
は、モードロックを同時に行うことはできない。５００
Ｈｚの周波数差があれば、一周期あたり１００ｆｓｅｃ
の率で（赤青二つの）パルスは互いに遠ざかる。それゆ
え、パルスが連続して衝突する回数は２回（パルス幅が
２００ｆｓｅｃとして）に制限される。両パルスの通過
時間は緩和振動周期よりもずっと長くとることができる
ので、望みどおりに利得飽和作用は弱いパルス干渉しか
もたらさない。その一方で、起こり得るパルス衝突の回
数が厳しく制限されているので、ひとたび周波数差が小
さくなりすぎると、位相間変調は二波長作動状態を終わ
らせるのに支配的な役目を果たす。パルス衝突の影響
は、利得媒体内部での群速度のウォークオフにより減殺
される。
最小周波数差が上記二つの出力パルスの間で得られなく
てはならない。キャビティー長が一致している場合に
は、モードロックを同時に行うことはできない。５００
Ｈｚの周波数差があれば、一周期あたり１００ｆｓｅｃ
の率で（赤青二つの）パルスは互いに遠ざかる。それゆ
え、パルスが連続して衝突する回数は２回（パルス幅が
２００ｆｓｅｃとして）に制限される。両パルスの通過
時間は緩和振動周期よりもずっと長くとることができる
ので、望みどおりに利得飽和作用は弱いパルス干渉しか
もたらさない。その一方で、起こり得るパルス衝突の回
数が厳しく制限されているので、ひとたび周波数差が小
さくなりすぎると、位相間変調は二波長作動状態を終わ
らせるのに支配的な役目を果たす。パルス衝突の影響
は、利得媒体内部での群速度のウォークオフにより減殺
される。
【００１８】適切な吸収は、振幅変調を僅かしか生じな
いので、弱いモードロック機構を形成する。飽和吸収が
使用された場合には、パルス形成過程におけるパルス干
渉の作用はより大きな役割を果たす。この概念はＲＦス
ペクトル（図２参照）によりさらに支持されている。す
なわち図２（ａ）中の複数のサイドバンド６２は、適正
なモードロック吸収線の場合にはさらに強まる。そこ
で、両波長のために（特別なファイバー設計により）カ
ー非線形性をシステムに採用することが理想であり、波
長の不安定性を最小にすることができる（エルビウム・
ファイバーレーザーで観測されるように。例えばデニス
らの文献（ M. L. Dennis and I. N. Duling III, Elec
tron, Lett., 29, 409 (1993) ）を参照のこと。）。連
続波成分は二つのキャビティーの間からの残留漏れから
起こることもあり、あるいはネオジムの利得分布のピー
クから赤光線が大きくシフトしているので必然的に起き
ることもある。
いので、弱いモードロック機構を形成する。飽和吸収が
使用された場合には、パルス形成過程におけるパルス干
渉の作用はより大きな役割を果たす。この概念はＲＦス
ペクトル（図２参照）によりさらに支持されている。す
なわち図２（ａ）中の複数のサイドバンド６２は、適正
なモードロック吸収線の場合にはさらに強まる。そこ
で、両波長のために（特別なファイバー設計により）カ
ー非線形性をシステムに採用することが理想であり、波
長の不安定性を最小にすることができる（エルビウム・
ファイバーレーザーで観測されるように。例えばデニス
らの文献（ M. L. Dennis and I. N. Duling III, Elec
tron, Lett., 29, 409 (1993) ）を参照のこと。）。連
続波成分は二つのキャビティーの間からの残留漏れから
起こることもあり、あるいはネオジムの利得分布のピー
クから赤光線が大きくシフトしているので必然的に起き
ることもある。
【００１９】（実施例１の変形態様）本発明の本実施例
の変形態様としては、室温よりも低温に冷却することに
より不均一な拡がりの度合いが達成されているレーザー
媒体を使用したものがある。一例を挙げると、液体窒素
温度にまで冷却されるとエルビウムガラスは利得が非均
一に拡がった媒体になる。
の変形態様としては、室温よりも低温に冷却することに
より不均一な拡がりの度合いが達成されているレーザー
媒体を使用したものがある。一例を挙げると、液体窒素
温度にまで冷却されるとエルビウムガラスは利得が非均
一に拡がった媒体になる。
【００２０】〔実施例２〕本発明の実施例２としては、
両波長にカー型のモードロックを可能にするために、複
屈折媒体がキャビティー内に挿入されたものがある。同
キャビティー内の偏光要素に関連して、レーザー媒体の
利得スペクトルの中で二つの伝達ピークが生じる。同様
の作用は、リオフィルターやエタロンなど他の波長選択
性の要素を用いても得られる。その結果、図４に示すよ
うに、併合された波長フィルタ６４を持つこの種の二波
長レーザーキャビティーが得られる。
両波長にカー型のモードロックを可能にするために、複
屈折媒体がキャビティー内に挿入されたものがある。同
キャビティー内の偏光要素に関連して、レーザー媒体の
利得スペクトルの中で二つの伝達ピークが生じる。同様
の作用は、リオフィルターやエタロンなど他の波長選択
性の要素を用いても得られる。その結果、図４に示すよ
うに、併合された波長フィルタ６４を持つこの種の二波
長レーザーキャビティーが得られる。
【００２１】〔実施例３〕本発明の実施例２としては、
出力カップラー２４，２８の前に光変調器を挿置するこ
とにより、非同期の二波長作動に能動モードロックを適
応させたものである。二波長用の二つの変調器の変調周
期をそれぞれのキャビティー長に合わせることにより、
制御可能な反復率が得られる。かようなキャビティー設
計の一例を図５に示す。一般に、モードロック機構６８
は利得媒体７２から分離して設けることができる。さら
に、（二つの）利得媒体は十分に短くできるので同利得
媒体中の非線形性は無視でき、レーザーキャビティーの
完全に分離した構成要素内でモードロックが実現され
る。独立しており同期作動に与しないモードロック機構
によって、利得競争があまり強く（キャビティーのラウ
ンドトリップ時間（約１μｓｅｃ）に比べて寿命が長
く）ない限り、たとえ均質な媒体を使用しても非同期作
動が可能である。キャビティー長を独立に制御すること
ができるような波長選択過程の組み合わせにおいて、レ
ーザーにより生じた複数のパルスがソリトン状でありパ
ルスのオーバーラップにより生じるのは位相遅れだけで
あって二つの異なる波長のパルスに歪みが生じない場合
には、この型の二波長レーザーの非同期作動が促進され
る。たとえばチタン：サファイアにおいては、パルスは
定義通りのソリトン状ではない。しかしながら、ファイ
バーレーザーでは一般に、あるいは特定のエルビウムド
ーピングされたファイバーレーザーパルスでは、ソリト
ン状の振る舞いが見られ、（二つの波長の）パルスは互
いに干渉することなく交差する。
出力カップラー２４，２８の前に光変調器を挿置するこ
とにより、非同期の二波長作動に能動モードロックを適
応させたものである。二波長用の二つの変調器の変調周
期をそれぞれのキャビティー長に合わせることにより、
制御可能な反復率が得られる。かようなキャビティー設
計の一例を図５に示す。一般に、モードロック機構６８
は利得媒体７２から分離して設けることができる。さら
に、（二つの）利得媒体は十分に短くできるので同利得
媒体中の非線形性は無視でき、レーザーキャビティーの
完全に分離した構成要素内でモードロックが実現され
る。独立しており同期作動に与しないモードロック機構
によって、利得競争があまり強く（キャビティーのラウ
ンドトリップ時間（約１μｓｅｃ）に比べて寿命が長
く）ない限り、たとえ均質な媒体を使用しても非同期作
動が可能である。キャビティー長を独立に制御すること
ができるような波長選択過程の組み合わせにおいて、レ
ーザーにより生じた複数のパルスがソリトン状でありパ
ルスのオーバーラップにより生じるのは位相遅れだけで
あって二つの異なる波長のパルスに歪みが生じない場合
には、この型の二波長レーザーの非同期作動が促進され
る。たとえばチタン：サファイアにおいては、パルスは
定義通りのソリトン状ではない。しかしながら、ファイ
バーレーザーでは一般に、あるいは特定のエルビウムド
ーピングされたファイバーレーザーパルスでは、ソリト
ン状の振る舞いが見られ、（二つの波長の）パルスは互
いに干渉することなく交差する。
【００２２】なお、ここで前述の各実施例は本発明の一
例を例示しているに過ぎないことを申し添えておく。本
発明の権利範囲は、特許請求の範囲により定められるべ
きものである。
例を例示しているに過ぎないことを申し添えておく。本
発明の権利範囲は、特許請求の範囲により定められるべ
きものである。
【図１】 実施例１の二波長モードロックレーザーシス
テムを示す模式図
テムを示す模式図
【図２】 同システムが同期作動中のＲＦスペクトルを
示すグラフ （ａ）青波長の出力のＲＦスペクトル （ｂ）赤波長の出力のＲＦスペクトル
示すグラフ （ａ）青波長の出力のＲＦスペクトル （ｂ）赤波長の出力のＲＦスペクトル
【図３】 同システムのパルスの波長スペクトルを示す
グラフ （ａ）単輝線レーザーによる青のパルススペクトル （ｂ）赤の波長のみでの単輝線作動から得られたスペク
トル （ｃ）青赤ともにモードロック状態の二波長パルススペ
クトル （ｄ）青赤ともに連続波で作動している場合の放射スペ
クトル
グラフ （ａ）単輝線レーザーによる青のパルススペクトル （ｂ）赤の波長のみでの単輝線作動から得られたスペク
トル （ｃ）青赤ともにモードロック状態の二波長パルススペ
クトル （ｄ）青赤ともに連続波で作動している場合の放射スペ
クトル
【図４】 実施例２のシステム構成を概念的に示すブロ
ック線図
ック線図
【図５】 実施例３のシステム構成を概念的に示すブロ
ック線図（出力カップラーの前に光変調器を挿置するこ
とにより能動モードロックを非同期二波長作動に適用）
ック線図（出力カップラーの前に光変調器を挿置するこ
とにより能動モードロックを非同期二波長作動に適用）
１，２，３：鏡 ４：エルビウムファイバー（Ｎｄド
ーピング付き） ８：キャビティー １２，１６，２０：プリズム ２４，２８：出力カップラー ３２：ナイフエッジ ３６：Ｋｒイオンレーザー ４０：青波長のＲＦスペ
クトル ４４：赤波長のＲＦスペクトル ４８：赤出力のピー
ク ５２：赤の波長のみでの単輝線作動から得られたスペク
トル ５６：単輝線スタイルで作動しているレーザーによる青
のパルススペクトル ６０：青赤ともにモードロックされた状態での二波長パ
ルススペクトル ６２：サイドバンド ６４：青赤ともに連続波で作動している場合の放射スペ
クトル ６４：波長分離器（併合された波長フィルター） ６８：モードロック機構 ７２：利得媒体 Ａ：青
光線 Ｂ：赤光線
ーピング付き） ８：キャビティー １２，１６，２０：プリズム ２４，２８：出力カップラー ３２：ナイフエッジ ３６：Ｋｒイオンレーザー ４０：青波長のＲＦスペ
クトル ４４：赤波長のＲＦスペクトル ４８：赤出力のピー
ク ５２：赤の波長のみでの単輝線作動から得られたスペク
トル ５６：単輝線スタイルで作動しているレーザーによる青
のパルススペクトル ６０：青赤ともにモードロックされた状態での二波長パ
ルススペクトル ６２：サイドバンド ６４：青赤ともに連続波で作動している場合の放射スペ
クトル ６４：波長分離器（併合された波長フィルター） ６８：モードロック機構 ７２：利得媒体 Ａ：青
光線 Ｂ：赤光線
Claims (20)
- 【請求項１】少なくとも第１波長および第２波長を持つ
出力光を発生する単一利得媒体を有する発光手段と、 該第１波長をモード同期する第１モードロック手段と、 該第２波長をモード同期する第２モードロック手段と、 該第１波長および該第２波長をそれぞれの出力光にカッ
プリングする出力カップリング手段と、 該利得媒体を励起するレーザー励起手段と、 該第１波長および該第２波長のための少なくとも一つの
レーザーキャビティーとからなることを特徴とする二波
長モードロックレーザーシステム。 - 【請求項２】前記第１波長または前記第２波長を選択す
るように制御される複数の波長選択要素をも有する請求
項１記載の二波長モードロックレーザーシステム。 - 【請求項３】前記利得媒体の緩和時間は１μｓｅｃを越
えている請求項１記載の二波長モードロックレーザーシ
ステム。 - 【請求項４】前記第１モードロック手段および前記第２
モードロック手段は、カー型モード同期を使用している
二波長モードロックレーザーシステム。 - 【請求項５】少なくとも第１波長および第２波長を持つ
出力光を発生し、該出力光での緩和時間が１μｓｅｃを
越えており、不均一に拡がっている単一利得媒体を有す
る発光手段と、 該第１波長を能動的または受動的にモード同期する第１
モードロック手段と、 該第２波長を能動的または受動的にモード同期する第２
モードロック手段と、 該第１波長および該第２波長をそれぞれの出力光にカッ
プリングする出力カップリング手段と、 該利得媒体を励起するレーザー励起手段と、 該第１波長および該第２波長のための少なくとも一つの
レーザーキャビティーと、 該第１波長または該第２波長を分離および選択するよう
に制御され配設されている複数の波長選択要素とからな
ることを特徴とする二波長モードロックレーザーシステ
ム。 - 【請求項６】前記利得媒体は、パルス間で一つのパルス
幅よりも大きな群速度のウォークオフをもつ請求項１記
載の二波長モードロックレーザーシステム。 - 【請求項７】前記第１モードロック手段は、前記第２モ
ードロック手段とは異なるモード同期機構を使用してい
る請求項１記載の二波長モードロックレーザーシステ
ム。 - 【請求項８】前記第１モードロック手段は、前記第２モ
ードロック手段から離れた位置のレーザーキャビティー
内に配設されている請求項１記載の二波長モードロック
レーザーシステム。 - 【請求項９】前記利得媒体は、二つの前記レーザーキャ
ビティー中で共通する位置に配設されている請求項１記
載の二波長モードロックレーザーシステム。 - 【請求項１０】前記波長選択要素は、プリズム、格子、
リオフィルター、エタロンおよびダイクロイック・ミラ
ーのうち少なくとも一つを含む光学装置から構成されて
いる請求項５記載の二波長モードロックレーザーシステ
ム。 - 【請求項１１】少なくとも第１波長および第２波長を持
つ出力光を発生し、該出力光ではパルス間での群速度の
ウォークオフが一つのパルス幅と同程度以上であって不
均一に拡がっている単一利得媒体を有する発光手段と、 該第１波長をモード同期する第１モードロック手段と、 該第１モードロック手段と離れた位置に配設されてお
り、該第２波長をモード同期する第２モードロック手段
と、 該第１波長および該第２波長をそれぞれの出力光にカッ
プリングする出力カップリング手段と、 該利得媒体を励起するレーザー励起手段と、 該第１波長および該第２波長のそれぞれについて少なく
とも一つは設けられ、該利得媒体が共通の位置に配設さ
れているレーザーキャビティーと、 該第１波長または該第２波長を選択するように制御され
る複数の波長選択要素とからなることを特徴とする二波
長モードロックレーザーシステム。 - 【請求項１２】前記第１波長と前記第２波長とを分離す
る波長分離要素をも有する請求項１記載の二波長モード
ロックレーザーシステム。 - 【請求項１３】前記レーザーキャビティーは、移動台の
上に取り付けられているエンドミラーを少なくとも一つ
は有する請求項１記載の二波長モードロックレーザーシ
ステム。 - 【請求項１４】前記出力カップリング手段（出力カップ
ラー）の前に複数の非同期二波長作動の光学変調器が挿
置されている請求項１記載の二波長モードロックレーザ
ーシステム。 - 【請求項１５】前記利得媒体は、不均一に拡がっている
とともに、Ｎｄドーピングが施されているシリカファイ
バーからなる請求項１記載の二波長モードロックレーザ
ーシステム。 - 【請求項１６】前記利得媒体は、不均一に拡がっている
とともに、室温より低温に冷却されているエルビウム・
ドーピングが施されているファイバーからなる請求項１
記載の二波長モードロックレーザーシステム。 - 【請求項１７】前記第１モードロック手段は、飽和吸収
器からなる請求項１記載の二波長モードロックレーザー
システム。 - 【請求項１８】前記第２モードロック手段は、カー型の
非線形要素からなる請求項１６記載の二波長モードロッ
クレーザーシステム。 - 【請求項１９】少なくとも第１波長および第２波長を持
つソリトン状の出力パルスを発生する利得媒体である発
光手段と、 該利得媒体と離れた位置に配設されており、該第１波長
をモード同期する第１モードロック手段と、 該第１モードロック手段と離れた位置に配設されてお
り、該第２波長をモード同期する第２モードロック手段
と、 該第１波長および該第２波長をそれぞれの出力光にカッ
プリングする出力カップリング手段と、 該利得媒体を励起するレーザー励起手段と、 該第１波長および該第２波長のそれぞれについて少なく
とも一つは設けられ、該利得媒体が共通の位置に配設さ
れているレーザーキャビティーと、 該第１波長または該第２波長を選択するように制御され
る複数の波長選択要素とからなることを特徴とする二波
長モードロックレーザーシステム。 - 【請求項２０】前記利得媒体の緩和時間は１μｓｅｃを
越えている請求項１９記載の二波長モードロックレーザ
ーシステム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/289,216 US5479422A (en) | 1994-08-12 | 1994-08-12 | Controllabel dual-wavelength operation of modelocked lasers |
| US08/289216 | 1994-08-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08222791A true JPH08222791A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=23110548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7227135A Pending JPH08222791A (ja) | 1994-08-12 | 1995-08-10 | 二波長モードロックレーザーシステム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5479422A (ja) |
| JP (1) | JPH08222791A (ja) |
| DE (1) | DE19529507A1 (ja) |
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| JP2013546189A (ja) * | 2010-11-29 | 2013-12-26 | イムラ アメリカ インコーポレイテッド | 大きなコム間隔を有する周波数コム源 |
| JP2016119476A (ja) * | 2014-12-23 | 2016-06-30 | メンロ システムズ ゲーエムベーハー | 光共振装置及び共振器において一周時間を調節する方法 |
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|---|---|---|---|---|
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