CN115699481A - 选择性使用两个不同波长的锁模方法、以及使用了该方法的激光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供简单地实现自启动锁模的锁模脉冲光生成滤波器和通过具备该滤波器来生成皮秒、飞秒脉冲激光的的激光装置，该激光装置具备：放大部，其在谐振器内将光放大并输出；以及锁模脉冲光生成滤波器，其具有在谐振器内选择性输出作为振荡频带的波长成分的第一波长成分的第一滤波器部以及选择性输出作为与振荡频带不同的波长成分的第二波长成分的第二滤波器部。

Description

选择性使用两个不同波长的锁模方法、以及使用了该方法的 激光装置
技术领域
本发明涉及通过选择性使用两个不同波长来简单地实现自启动锁模的方法以及激光装置。
背景技术
以往，作为输出脉冲宽度为几十皮秒以下的激光的激光装置，已知有使用光纤等的锁模(mode locking)激光光源(例如，参照专利文献1、2)。
专利文献1：US8416817号
专利文献2：US7940816号
发明内容
发明所要解决的问题
在生成皮秒、飞秒脉冲激光的激光装置中，优选以简便的方法进行锁模激光振荡，在短时间内稳定。最近，在许多产业用途中使用了光纤小型且低成本、环境稳定性优异的锁模光纤激光器。特别是，由环境稳定性优异的偏振保持光纤(PMF)构成、且仅使用了在激光的振荡波长中表示正常分散的光学部件的锁模光纤激光器(ANDi MLFL：All NormalDispersion Mode-Locked Fiber Laser)能够输出较高的脉冲能量，因此适合于微细加工等应用。通常，为了锁模的自启动，需要进行用作激励光源的半导体激光器的输出调整、偏振控制、温度控制等。在使用PMF构成的ANDi MLFL中也难以自启动，为了锁模的自启动，需要进行用作激励光源的半导体激光器的输出调制等复杂的控制。进而，在构成ANDi MLFL的可饱和吸收部不使用半导体可饱和吸收镜等元件，在可饱和吸收部使用非线性偏振旋转或非线性放大环镜那样的ANDi MLFL中，特别难以自启动。另外，在激光装置中，优选激光振荡波长的选择项较宽，但在锁模激光中振荡波长的选择性低，难以得到受激发射截面积小的波长下的锁模激光振荡。
用于解决问题的方法
为了解决上述课题，在本发明的第一方式中，提供一种激光装置，其具备简单地实现自启动锁模的锁模脉冲光生成滤波器(滤波器部)，通过具备该滤波器部，生成皮秒、飞秒脉冲激光。激光装置可以具备在谐振器内将激光放大并输出的放大部。锁模脉冲光生成滤波器可以设置在谐振器内。锁模脉冲光生成滤波器的通过波长特性可以在至少2个以上的波长处具有极大值。锁模脉冲光生成滤波器可以根据该通过波长特性，使光的波长成分选择性通过。
锁模脉冲光生成滤波器的通过波长特性可以具有使作为激光的振荡波长的波长成分的第一波长成分选择性通过的第一通带、以及使作为与振荡波长不同的波长成分的第二波长成分选择性通过的第二通带。
滤波器部可以是在激光的传输路径中设置于一个场所的一个滤波器。滤波器部也可以具有设置于不同的场所的两个以上的滤波器。可以在一个带通滤波器中设定第一通带以及第二通带这两者。选择第一通带的光纤布拉格光栅(称为FBG)和选择第二通带的FBG可以设置于激光的传输路径。
滤波器部的通过波长特性可以在2个极大值之间具有极小值。极小值可以是与较低的极大值相比衰减了-10dB以上的值。极小值可以与该极大值相比衰减-20dB以上。极小值可以与该极大值相比衰减-30dB以上。滤波器部的通过波长特性可以在2个极大值之间相连。滤波器部的通过波长特性可以不连接2个极大值之间。滤波器部的通过波长特性也可以在第一通带与第二通带之间具有其他成分。其他成分可以是线状的成分。
在激光装置输出的激光中，第二波长成分的大小可以为第一波长成分的10％以下。
第二滤波器部的通带宽度可以比第一滤波器部的通带宽度窄。
第二滤波器部的通带宽度可以为0.2nm以上。
第二滤波器部的通带宽度可以为4.6nm以下。
第二滤波器部相对于第二波长成分的衰减率可以大于第一滤波器部相对于第一波长成分的衰减率。
第一滤波器部的通带的第一中心波长与第二滤波器部的通带的第二中心波长的波长差可以为18nm以下。
波长差可以为9nm以上。
放大部可以包含Yb光纤。第一中心波长和第二中心波长均可以为1020nm以上且1100nm以下。
放大部可以包含Er光纤。第一中心波长和第二中心波长均可以为1530nm以上且1555nm以下、或1555nm以上且1600nm以下。
放大部可以包含Nd光纤。第一中心波长和第二中心波长均可以为1060nm以上且1080nm以下或888nm以上且914nm以下。
放大部可以包含Tm纤维。第一中心波长和第二中心波长均可以为1960nm以上且2020nm以下、或1860nm以上且1960nm以下。
第一通带和第二通带可以是可变的。在使第一中心波长和第二中心波长的波长差增加的情况下，可以增加第一通带的宽度。
在使第一中心波长和第二中心波长的波长差减少的情况下，可以减少第二通带的宽度。或者，也可以增加第二通带中的衰减率。
激光装置可以具备使激光成为直线偏振光的起偏镜。激光装置可以具备传输激光的偏振保持光纤。激光装置可以具备作为可饱和吸收体发挥功能的NALM。
放大部可以是包含Yb、Er等稀土类的平面波导。
激光装置可以具备将在光传输部传输的激光与激励激光耦合的激光输入部。激光输入部可以是WDM(波分复用)耦合器。
激光装置可以具备激光输出部，该激光输出部输出在光传输部传输的激光中的预先确定的比例。在激光输入部与激光输出部之间可以设置有规定激光的环绕方向的光隔离器。
激光装置可以具备将光传输部与可饱和吸收部耦合的耦合部。耦合部可以将输入到NALM的环路的激光分离为在环路中绕顺时针传输的分量和在环路中绕逆时针传输的分量。
激光装置可以具备反射激光的反射部。可以按照接近放大部的结构而依次配置第二滤波器部、第一滤波器部及反射部。反射部可以将通过了第一滤波器部的第一波长成分的激光向第一滤波器部反射。
在本发明的第二方式中，提供一种使激光进行锁模的锁模方法。该方法在激光传输的路径中，根据在至少2个以上的波长处具有极大值的通过波长特性，使光的波长成分选择性通过，使激光进行锁模。
另外，上述发明的概要并非列举出所有的本发明的必要特征。另外，这些特征组的子组合也能够成为发明。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的激光装置100的结构例的图。
图2是表示滤波器部10的通过波长特性的一例的图。
图3是说明光传输部101中的电子的能级的图。
图4是表示在放大部20中使用的Yb光纤的受激发射截面积的图。
图5是说明通过具有第二滤波器部10-2，能够在短时间内使第一波长下的振荡稳定化的概念图。
图6是表示未设置第二滤波器部10-2的情况下的、激励激光及激光的时间波形及波长分布的图。
图7是表示设置了第二滤波器部10-2的情况下的、激励激光以及激光的时间波形以及波长分布的图。
图8是表示光传输部101以及可饱和吸收部102的结构例的图。
图9A是表示在图8的滤波器部10中设定的第一通带301以及第二通带302的一例的图。
图9B是表示在使用图9A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。
图10A是示出第一通带301和第二通带302的另一示例的图。
图10B是表示在使用图10A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。
图11A是表示第一通带301和第二通带302的另一示例的图。
图11B是表示在使用图11A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。
图12A是示出第一通带301和第二通带302的另一示例的图。
图12B是表示在使用图12A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。
图13A是表示第一通带301和第二通带302的另一示例的图。
图13B是表示在使用图13A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。
图14A是表示第一通带301和第二通带302的另一示例的图。
图14B是表示在使用图14A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。
图15是表示滤波器部10的其他结构例的图。
图16是表示光传输部101的其他结构例的图。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。另外，实施方式中说明的特征的组合并非全部是发明的解决手段所必须的。
图1是表示本发明的一个实施方式的激光装置100的结构例的图。激光装置100是生成具有预定的振荡频带的波长成分的激光的装置。激光装置100可以生成脉冲宽度为皮秒级(例如，1皮秒至1000皮秒)或飞秒级(例如，1飞秒至1000飞秒)的激光。在本说明书中，将激光装置100输出的激光的波长中的强度最大的波长称为第一波长(或振荡波长)。另外，将激光装置100输出的激光所包含的光中的第一波长的成分称为第一波长成分。振荡频带可以是以第一波长为中心的频带。
激光装置100具备设置于激光所传输的路径的滤波器部10、放大部20以及可饱和吸收部102。可饱和吸收部102吸收入射的激光中的强度比较低的时间成分的波长。另外，可饱和吸收部102使强度比较高的时间成分不被吸收而进行传输。即，可饱和吸收部102吸收激光的时间波形中的强度低的下摆部分，使强度大的峰值部分通过，从而使激光的脉冲在时间轴上窄带化。通过设置可饱和吸收部102，能够使激光短脉冲化。
滤波器部10以及放大部20可以是包含光纤的结构，也可以是与光纤连接的结构。滤波器部10以及放大部20可以配置在激光环绕的环路中，也可以配置在激光往返的路径中。另外，滤波器部10、放大部20以及可饱和吸收部102分别可以是配置于激光装置100中的特定的部位的单独的部件或者电路，也可以由在激光装置100中分散配置的多个部件或者电路构成。另外，激光装置100作为整体，也可以作为滤波器部10、放大部20或可饱和吸收部102发挥功能。即，也可以组合激光装置100的光纤等各构成部件，起到作为滤波器部10、放大部20或可饱和吸收部102的功能。在激光装置100中传输激光的光纤的至少一部分可以是偏振保持光纤(PMF)。构成激光装置100的所有光纤也可以是偏振保持光纤。
另外，共用的部件也可以作为滤波器部10、放大部20以及可饱和吸收部102中的至少2个而发挥功能。例如，放大部20可以起到滤波器部10的至少一部分的功能，可饱和吸收部102也可以起到滤波器部10的至少一部分的功能。
放大部20对通过的激光的强度进行放大。放大部20例如可以具有添加有稀土类等杂质的光纤。该杂质例如为镱(Yb)，但并不限定于此。另外，光纤的材料例如是石英玻璃，但并不限定于此。放大部20也可以具有包含Yb、Er(铒)等稀土类的平面波导。
滤波器部10具有规定的通过波长特性，根据该通过波长特性，选择性使光(在本例中为自然放射放大光或激光)的波长成分通过。通过波长特性是指表示在各波长下通过的光的强度相对于入射的光的强度的比例的特性。作为一例，滤波器部10是使规定的通带以外的波长成分衰减的带通滤波器。滤波器部10的通过波长特性在至少2个以上的波长处具有极大值。本例的滤波器部10作为使用于开始激光的振荡的锁模脉冲通过的滤波器发挥功能。
另外，激光装置100可以具有使在光纤中传输的激光成为直线偏振光的起偏镜。通过调整起偏镜与滤波部10之间的偏振保持光纤的偏振轴，也可以调整从滤波部10透射起偏镜的激光的强度。
图2是表示滤波器部10的通过波长特性的一例的图。图2中的横轴表示在滤波器部10中传输的光的波长，纵轴表示滤波器部10中的各波长的透射率。透射率是通过滤波器部10后的光的强度相对于通过滤波器部10之前的光的强度的比例。
滤波器部10的通过波长特性可以是激光装置100整体的通过波长特性。作为一例，在激光围绕规定的环路路径的情况下，滤波器部10的通过波长特性可以是激光在环路路径上环绕一周时的通过波长特性。另外，在激光在规定的路径上往返的情况下，滤波器部10的通过波长特性可以是激光在该路径上往返1次时的通过波长特性。在激光装置100具备明示性的滤波器的情况下，滤波器部10的通过波长特性也可以是该滤波器的特性。明示性的滤波器是具有例如像FBG那样作为滤波器公知的构造的部件。
如上所述，通过波长特性具有至少2个极大值(在本例中为极大值201、极大值202)。在本例中，极大值201的波长与激光装置100的振荡波长(称为第一波长λ1)对应。但是，极大值201的波长也可以不与振荡波长严格一致。另外，极大值202的波长(称为第二波长λ2)是与振荡波长不同的波长。另外，本例的通过波长特性具有以各极大值为顶点的山形的特性，但也可以具有以规定的波长宽度连续表示极大值的平坦的特性。
滤波器部10具有包含第一波长λ1的第一通带301和包含第二波长λ2的第二通带302。在图2中，示出了第一波长λ1大于第二波长λ2的例子，但第一波长λ1也可以小于第二波长λ2。在本例中，各通带是透射率为极大值的一半以上的频带。如上所述，第一通带301是包含第一波长λ1(振荡波长)的频带。即，第一通带301选择性地使入射的自然放射放大光或激光中的、作为振荡频带的波长成分的第一波长成分通过。第二通带302是包含与第一波长λ1不同的第二波长λ2的频带。在本说明书中，将在路径中传输的自然放射放大光或激光所包含的第二波长λ2的成分称为第二波长成分。第二通带302选择性地使入射的自然放射放大光或激光中的、作为与振荡频带不同的波长成分的第二波长成分通过。
滤波器部10可以是在激光的传输路径(即，激光的谐振器内)设置于一个场所的一个滤波器，也可以具有设置于不同的场所的两个以上的滤波器。作为一个例子，可以在一个带通滤波器中设定第一通带301和第二通带302这两者。在其他例子中，选择第一通带301的光纤布拉格光栅(称为FBG)和选择第二通带302的FBG也可以设置于激光的传输路径。
另外，滤波器部10的通过波长特性可以在2个极大值之间具有极小值203。极小值203可以是与较低的极大值相比衰减了-10dB以上的值。极小值203可以与该极大值相比衰减-20dB以上，也可以衰减-30dB以上。另外，滤波器部10的通过波长特性可以为2个极大值之间相连，也可以不相连。所谓2个极大值之间相连是指例如极小值203为较低的极大值的10％以上的情况。另外，滤波器部10的通过波长特性也可以在第一通带301和第二通带302之间具有其他成分204。成分204例如可以是线状的成分。
通过使滤波器部10的通过波长特性具有2个极大值，在激光的传输路径的至少一部分中，激光包含第一波长成分和第二波长成分。通过激光包含与第一波长成分(振荡波长)不同的第二波长成分，能够引发第一波长λ1下的振荡，能够在短时间内使第一波长λ1下的振荡稳定化。
图3是说明放大部20中的添加了Yb的光纤的电子的能级的图。在图3的例子中，示出了包含添加了Yb的光纤的例子，但激光介质并不限定于此，也可以是添加了其他稀土类的光纤，也可以是添加了稀土类的LINBO3、磷酸玻璃类、石英玻璃类的平面波导。激励能级与激光上能级也可以相同，能级并不限定于此。放大部20的电子成为激光上能级的电子数比激光下能级1以及2多的反转分布的状态。
激励能级的电子转移到更低的能级，由此发出与能级差对应的波长的光。通过使激光上能级的电子迁移到多种能级，在激光中包含多种波长成分。在本例中，将相当于第一波长λ1的激光下能级设为激光下能级1，将相当于第二波长λ2的激光下能级设为激光下能级2。
图4是表示在放大部20中使用的Yb光纤的受激发射截面积的图。在图4中，横轴是波长，纵轴是截面积。在图4的例子中，示出了光纤包含Yb的例子，但光纤的材料并不限定于此。
滤波器部10中的第一波长λ1被设定成在图4所示的波长成分的分布特性中，受激发射截面积为一定以上的波长。通过使第一波长λ1选择性通过，容易以第一波长λ1振荡。另外，滤波器部10中的第二波长λ2也被设定成在波长成分的分布特性中，受激发射截面积为一定以上的波长。第二波长λ2可以设定为波长成分的分布特性中的截面积比第一波长λ1大的波长。
图5是说明通过具有第二通带302，能够在短时间内使第一波长λ1下的振荡稳定化的概念图。在图5中，将在放大部20传送的激光所包含的第一波长成分和第二波长成分的时间波形分离地示出。
在图1的放大部20中，当通过Q开关动作而在第二波长成分中发生大的感应放出时，图3中说明的激光下能级2的电子量增加。由此，激光上能级与激光下能级2之间的反转分布变小，第二波长成分随着时间而变小。另一方面，在第一波长成分中不产生大的感应放出，因此在激光上能级与激光下能级1之间维持反转分布。由此，第一波长成分被适度地放大，第一波长下的振荡容易在短时间内产生。
在一般的锁模激光器中，在一次锁模脉冲振荡停止的情况下，为了再次得到锁模脉冲，需要进行激光激励用的半导体激光器的驱动电流的再调整。通常，花费数十秒至几分钟左右的时间。在本方法中，即使在因某种原因而第一波长下的振荡停止的情况下，通过存在第二波长成分，也能够自动且高速地再次开始第一波长下的振荡。
图6是表示设置第一通带301而不设置第二通带302的情况下的激励激光器以及激光的时间波形以及波长分布的图。激光是激光装置100输出的激光。
在阶段501中，增大激励激光的强度。若增大激励激光的强度，则在激光中产生强度大的振荡成分(阶段S502)。阶段S502的状态持续数秒至数分钟。当维持激励激光的强度时，在时间波形中，产生多个锁模脉冲(阶段S503)。在该状态下，若降低激励激光的强度，则残留规定的振荡波长的锁模脉冲(阶段S504)。
这样，在不设置第二通带302的情况下，为了开始激光的振荡，增大激励激光的强度，引起生成非常高强度的脉冲的Q开关振荡(阶段S502)。之后，高强度的脉冲被分为多个脉冲，成为振荡器内存在1个以上的脉冲的被称为多脉冲振荡的状态(阶段S503)。最后，通过降低激励激光的强度，实现稳定的单脉冲振荡(阶段S504)。因此，为了生成规定的振荡波长的激光，有时需要数分钟左右。
图7是表示设置了第一通带301以及第二通带302的情况下的激励激光器以及激光的时间波形以及波长分布的图。如上所述，通过设置第二通带302，能够进行第一波长λ1下的振荡。在本例中，在阶段S601中也可以不增大激励激光的强度，在Q开关振荡中生成的脉冲比较小。其结果是，不经过多脉冲振荡的状态而开始第一波长λ1下的振荡(S603)。在一例中，使用Yb光纤，在将第一波长λ1设为1040nm、将第二波长λ2设为1030nm的情况下，能够在平均2秒以内生成激光。
图8是表示激光装置100的结构例的图。本例的激光装置100具有光传输部101和可饱和吸收部102。光传输部101具有滤波器部10、作为放大部20发挥功能的长尺寸的光纤部23、放大部21、激光输入部30、激光输出部40、光纤50、光隔离器60以及耦合部70。光传输部101的各构成要素通过光纤50连接。在本例的光传输部101中，激光在光传输部101中循环。另外，光传输部101也可以是各构成要素由光纤形成的全光纤装置。本例的光传输部101通过光纤50与可饱和吸收部102连接，激光在光传输部101与可饱和吸收部102之间往复。在本例中，作为可饱和吸收部102，使用非线性放大环镜(Nonlinear Amplifying Loop Mirror：NALM)。
向激光输入部30输入激励激光。激光输入部30将在光传输部101传输的激光与激励激光耦合，在光纤50中传输。激光输入部30例如是WDM(波分复用)耦合器。
本例的放大部21设置在激光输入部30与激光输出部40之间。另外，在环状的光传输部101中，结构A与结构B之间是指在激光的环绕方向上从结构A到结构B的区域。放大部21可以具有添加了Yb的光纤(YDF)。长尺寸的光纤部23设置在激光输入部30与激光输出部40之间。本例的光纤部23设置在放大部21与激光输出部40之间。光纤部23可以具有非偏振保持光纤(Non-PMF)。也可以仅设置光纤部23和放大部21中的任一方。光纤部以及放大部21利用激励激光对在光传输部101中传输的激光的强度进行放大。长尺寸的光纤部23以及放大部21的配置并不限定于图8的例子。
在激光输入部30与激光输出部40之间，可以设置规定激光的环绕方向的光隔离器60。本例的光隔离器60设置在放大部21与长尺寸的光纤部23之间。
本例的激光输出部40配置于长条的光纤部23与滤波器部10之间。激光输出部40输出在光传输部101中传输的激光中的预定的比例。例如，激光输出部40将通过的激光的10％至80％左右作为输出激光输出至外部。输出激光相对于通过激光输出部40的激光的比率的下限也可以小于10％(例如1％)。另外，该比率的上限也可以为90％左右。剩余的激光在光传输部101中传输。激光输出部40例如是OC(输出耦合器)。
滤波器部10使在光传输部101传输的激光中的所设定的通带的波长成分通过，使通带外的波长成分衰减。本例的滤波器部10是设定图1至图7中说明的第一通带301以及第二通带302的光学带通滤波器。滤波器部10与激光输出部40之间可以设置有光隔离器60。
耦合部70将光传输部101与可饱和吸收部102耦合。本例的耦合部70将输入到NALM的环路的激光分离为在环路中绕顺时针传输的分量和在环路中绕逆时针传输的分量。本例的耦合部70配置在光纤部23与激光输出部40之间，但耦合部70的配置并不限定于此。
可饱和吸收部102接收通过了激光输入部30的激光，吸收构成规定的强度以下的脉冲的时间成分的波长成分。可饱和吸收部102将从光传输部101接收到的激光中的、比规定的强度高的波长成分输入至光传输部101。
本例的可饱和吸收部102针对顺时针传输的分量和逆时针传输的分量，根据强度差产生相位差。在耦合部70中，以与2个成分的相位差对应的透射特性，从可饱和吸收部102向光传输部101传输激光。因此，可饱和吸收部102使强度较低的时间成分衰减，使强度较高的时间成分在光传输部101的顺时针方向上传输。
本例的可饱和吸收部102具有放大部103、光纤106、激光输入部104。可饱和吸收部102的各构成要素通过光纤106连接成环状。激光输入部104将激励激光和在可饱和吸收部102中绕逆时针传输的激光耦合。
放大部103配置在从耦合部70顺时针朝向激光输入部104的路径上，对激光进行放大。放大部103例如是掺杂有Yb的光纤。
图9A是表示在图8的滤波器部10中设定的第一通带301以及第二通带302的一例的图。图9A的纵轴表示滤波器部10输出的激光的强度与输入到滤波器部10的激光的强度之比。即，在强度为1的情况下，滤波器部10中的衰减为0dB。
本例的第一通带301的中心波长(第一波长)为1040nm，带宽为1.8nm。另外，第二通带302的中心波长(第二波长)为1030nm，带宽为1.5nm。在图9A的例子中，第一通带301为高斯形状，第二通带302为矩形形状，但第一通带301以及第二通带302的形状也可以分别选择高斯形状以及矩形形状中的任意形状。
图9B是表示在使用了图9A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。在本例中，在投入激励激光之后瞬间(5秒以内)，得到具有图9B所示的波长分布的激光。与此相对，在仅将第一通带301设定为滤波器部10的情况下，从投入激励激光起经过20分钟左右后，得到具有图9B所示的波长分布的激光。即，可知通过设定第二通带302，能够瞬间得到以第一波长振荡出的激光。
另外，在激光装置100输出的激光中，第二波长成分的大小P2可以为第一波长成分的大小P1的10％以下。P2可以为P1的1％以下，也可以为0.1％以下。
第二通带302的通带宽度可以小于第一通带301的通带宽度。滤波器部10的通带的宽度可以是输入的激光的波长成分的强度为一半以下的波段的宽度。即，可以是滤波器部10的透射率为50％以上的波段的宽度。第二通带302的通带宽度可以是第一通带301的通带宽度的90％以下，也可以是70％以下，也可以是50％以下。
图10A是示出第一通带301和第二通带302的另一示例的图。本例的第一通带301的中心波长(第一波长)为1048nm，带宽为3.5nm。另外，第二通带302与图9A的例子相同。
图10B是表示在使用图10A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。在本例中，若从投入激励激光起经过5秒左右，则得到具有图10B所示的波长分布的激光。与此相对，在仅将第一通带301设定为滤波器部10的情况下，无法得到以第一波长振荡出的激光。
图11A是示出第一通带301和第二通带302的另一示例的图。本例的第一通带301与图9A的例子相同。第二通带302的中心波长(第二波长)为1030nm，带宽为1.8nm。但是，第二通带302在第二波长中衰减-1.5dB。与此相对，第一通带301的第一波长处的衰减为0dB。
图11B是表示在使用了图11A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。在本例中，若从投入激励激光起至少经过10秒左右，则得到具有图11B所示的波长分布的激光。这样，第二通带302相对于第二波长分量的衰减率可以大于第一通带301相对于第一波长分量的衰减率。第二通带302相对于第二波长分量的衰减率可以是第一通带301相对于第一波长分量的衰减率的90％以下，也可以是70％以下，也可以是50％以下。由此，在从激光装置100输出的激光中，容易抑制第二波长成分。
图12A是示出第一通带301和第二通带302的另一示例的图。本例的第一通带301与图9A的例子相同。第二通带302的中心波长(第二波长)为1030nm，带宽为4.6nm。
图12B是表示在使用图12A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。在本例中，若从投入激励激光起至少经过10秒左右，则得到具有图12B所示的波长分布的激光。但是，通过增大第二通带302的带宽，激光的一部分通过第二通带302。另一方面，通过了第一通带301的激光在激光装置100内由于自相位调制效应而波长成分大幅扩展。通过了第二通带302的激光的一部分与通过自相位调制效应而扩展的波长的一部分重叠，这些波长成分发生干涉。因此，第二波长附近的噪声成分变大。第二通带302的带宽优选为4.6nm以下。
另外，即使将第二通带302的带宽减小至0.2nm，也与图9B所示的例子同样地，得到以第一波长振荡出的激光。但是，若使第二通带302的带宽过小，则有时难以进行第一波长下的激光振荡。第二通带302的带宽优选为0.2nm以上。
在本例中，变更了第二通带302的带宽，但即使变更第一通带301的带宽，也同样地得到第一波长的激光。但是，若第一通带301的带宽过小，则难以得到第一波长的激光，因此第一通带301的带宽可以为0.8nm以上。第一通带301的带宽可以是第二通带302的50％以上。
图13A是示出第一通带301和第二通带302的另一示例的图。本例的第一通带301与图9A的例子相同。第二通带302的中心波长(第二波长)为1033nm，带宽为1.5nm。
图13B是表示在使用了图13A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。在本例中，若从投入激励激光起至少经过10秒左右，则得到具有图13B所示的波长分布的激光。但是，通过减小第二通带302与第一通带301的波长差，通过了第二通带302的频谱分量容易与在通过第一通带301之后通过自相位调制效应而扩展的频谱分量干涉。因此，如图13B所示，在1033nm-1040nm的频带中，噪声成分变大。在图13A的例子中，变更了第二通带302的第二波长，但即使变更第一通带301的第一波长，也能够得到第一波长的激光。
第一通带301的中心波长(第一波长)与第二通带302的中心(第二波长)的波长差优选为9nm以上。该波长差可以为10nm以上。另外，从该中心波长的差分中减去各个通带的带宽的一半而得到的值可以为7.35nm。
另外，若第一波长和第二波长的波长差过大，则即使产生第二波长的光，有时也难以诱发第一波长的光。因此，第一波长与第二波长的波长差优选为18nm以下。该波长差可以为15nm以下，也可以为12nm以下。另外，从该中心波长的差分中减去各个通带的带宽的一半而得到的值可以为16.35nm以下。
图14A是示出第一通带301和第二通带302的另一示例的图。本例的第二通带302与图9A的例子相同。第一通带301的中心波长(第一波长)为1040nm，带宽为1.8nm。但是，第一通带301在第一波长中衰减-2.8dB。
图14B是表示在使用了图14A所示的第一通带301以及第二通带302的情况下，激光装置100输出的激光的波长分布的图。在本例中，若从投入激励激光起至少经过10秒左右，则得到具有图14B所示的波长分布的激光。但是，通过增大第一通带301的衰减率，第二波长分量(1030nm)的相对大小比图9B的例子大。因此，第一通带301的第一波长处的衰减率可以是第二通带302的第二波长处的衰减率的50％以上，也可以是70％以上，也可以是90％以上。
优选第一通带301以及第二通带302是与放大部20的光纤的材料对应的频带。即，如图4中说明的那样，优选在由光纤生成的激光的强度为一定以上的波段中设定各个通带。
作为一个例子，在放大部20包含Yb光纤的情况下，第一波长和第二波长均优选为1020nm以上且1050nm以下。在放大部20包含Er光纤的情况下，第一波长及第二波长均优选为1530nm以上且1555nm以下或1555nm以上且1600nm以下。也可以是，一方的波长为1530nm以上且1555nm以下，另一方的波长为1555nm以上且1600nm以下。在放大部20包含Nd光纤的情况下，第一波长及第二波长均优选为1060nm以上且1080nm以下或888nm以上且914nm以下。也可以是，一方的波长为1060nm以上且1080nm以下，另一方的波长为888nm以上且914nm以下。在放大部20包含Tm纤维的情况下，第一波长及第二波长均优选为1960nm以上且2020nm以下或1860nm以上且1960nm以下。也可以是，一方的波长为1960nm以上且2020nm以下，另一方的波长为1860nm以上且1960nm以下。
第一通带301和第二通带302可以是可变的。即，各通带的中心波长和带宽可以是可变的。例如，第一通带301的中心波长(第一波长)可以根据要生成的激光的波长而变更。滤波器部10在使第一通带301的中心波长(第一波长)以及第二通带302的中心波长(第二波长)的波长差增加的情况下，可以增加第一通带301的带宽。由于波长差增加，难以诱发第一波长成分，但通过增加第一通带301的带宽，能够促进第一波长下的振荡。
另外，在使第一波长和第二波长的波长差减少的情况下，可以使第二通带302的带宽减少。通过减少波长差，第二波长成分与第一通带301干涉的比例增大，但通过减少第二通带302的带宽，能够抑制该干扰。另外，在使第一波长和第二波长的波长差减少的情况下，也可以使第二通带302的第二波长下的衰减率增加。由此，也能够抑制该干涉。
图15是表示滤波器部10的其他结构例的图。本例的滤波器部10经由耦合部80与环状的光纤50连接。耦合部80使环绕环状的光纤50的激光向滤波器部10传输，使来自滤波器部10的光传输到环状的光纤50。
本例的滤波器部10具有：第一滤波器部10-2，其选择第一通带301的光并使其传输；以及第二滤波器部10-2，其选择第二通带302的光并使其传输。本例的第一滤波器部10-1以及第二滤波器部10-2是FBG。第一滤波器部10-1和第二滤波器部10-2相对于耦合部80串联设置。第一滤波器部10-1和第二滤波器部10-2都可以设置在耦合部80的附近。
图16是表示光传输部101的其他结构例的图。本例的光传输部101在不具有放大部20、放大部21、激光输入部30、光隔离器60这一点上与在图8或图15中说明的光传输部101不同。其他结构与图8或图15的例子相同。光纤50可以作为放大部20或放大部21发挥功能。本例的滤波器部10配置在激光输出部40与耦合部70之间。滤波器部10也可以与图15的例子同样地经由耦合部80与光纤50连接。
另外，在图1至图16的例子中，可饱和吸收部102是NALM，但可饱和吸收部102也可以使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)等吸收体。另外，也可以采用使用了非线性光环路反射镜(Nonlini Optical Loop Mirror；NOLM)、非线性偏振旋转(Nonlinesization Rotation：NPR)的可饱和吸收机构。
以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式所记载的范围。对于本领域技术人员来说，显然能够对上述实施方式施加多种变更或改良。根据权利要求书的记载可知，施加了这样的变更或改良的方式也包含在本发明的技术范围内。
应该注意的是，权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统、程序以及方法中的动作、顺序、步骤以及阶段等各处理的执行顺序，只要没有特别明示“之前”、“事先”等，另外，只要不在后面的处理中使用前处理的输出，就能够以任意的顺序实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，为了方便，使用“首先”、“接着”等进行了说明，但并不意味着必须按照该顺序实施。
附图标记说明
10、滤波器部；10-1、第一滤波器部；10-2、第二滤波器部；20、放大部；21、放大部；23、光纤部；30、激光输入部；40、激光输出部；50、光纤；52、波长特性；60、光隔离器；70、耦合部；80、耦合部；100、激光装置；101、光传输部；102、可饱和吸收部；103、放大部；104、激光输入部；106、光纤；201、极大值；202、极大值；203、极小值；204、分量；301、第一通带；302、第二通带。

Claims (13)

1.一种激光装置，其生成激光，其中，
所述激光装置具备：
放大部，其设置于所述激光所传输的路径，放大并输出所述激光；以及
滤波器部，其设置于所述路径，通过波长特性在至少2个以上的波长处具有极大值，并根据所述通过波长特性而使光的波长成分选择性通过。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
所述滤波器部的所述通过波长特性包括：第一通带，其包含任意的所述极大值的波长，使作为所述激光的振荡波长的波长成分的第一波长成分选择性通过；以及第二通带，其包含任意的所述极大值的波长，使作为与所述振荡波长不同的波长成分的第二波长成分选择性通过。
3.根据权利要求2所述的激光装置，其中，
在所述激光装置输出的所述激光中，所述第二波长成分的大小为所述第一波长成分的10％以下。
4.根据权利要求2或3所述的激光装置，其中，
所述第二通带的宽度比所述第一通带的宽度窄。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的激光装置，其中，
所述放大部包括Yb光纤，
所述第一通带的中心波长和所述第二通带的中心波长均为1020nm以上且1100nm以下。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的激光装置，其中，
所述放大部包括Er光纤，
所述第一通带的中心波长和所述通带的第二中心波长均为1530nm以上且1555nm以下或1555nm以上且1600nm以下。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的激光装置，其中，
所述放大部包括Nd光纤，
所述第一通带的中心波长以及所述第二通带的中心波长均为1060nm以上且1080nm以下或者888nm以上且914nm以下。
8.根据权利要求2至4中任一项所述的激光装置，其中，
所述放大部包括Tm光纤，
所述第一通带的中心波长以及所述第二通带的中心波长均为1960nm以上且2020nm以下或者1860nm以上且1960nm以下。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的激光装置，其中，
所述第一通带以及所述第二通带是可变的，
在使所述第一通带的中心波长和所述第二通带的中心波长的波长差增加的情况下，使所述第一通带的宽度增加。
10.根据权利要求2至8中任一项所述的激光装置，其中，
所述第一通带以及所述第二通带是可变的，
在使所述第一通带的中心波长和所述第二通带的中心波长的波长差减少的情况下，使所述第二通带的宽度减少，或者使所述第二通带中的衰减率增加。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的激光装置，其中，
所述激光装置还具备传输所述激光的偏振保持光纤。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的激光装置，其中，
所述激光装置还具备作为可饱和吸收体发挥功能的NALM。
13.一种锁模方法，其使激光进行锁模，其中，
在所述激光传输的路径中，根据在至少2个以上的波长处具有极大值的通过波长特性，使光的波长成分选择性通过，使所述激光进行锁模。
CN202180038897.5A 2020-06-05 2021-06-04 选择性使用两个不同波长的锁模方法、以及使用了该方法的激光装置 Pending CN115699481A (zh)

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