DE112021004390T5

DE112021004390T5 - Faserlaservorrichtung

Info

Publication number: DE112021004390T5
Application number: DE112021004390.0T
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Sato; Hirotake Fukuoka
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2023-06-01
Also published as: CN115917892A; TW202211568A; US20230275387A1; KR20230051661A; WO2022038858A1; JP2022035696A

Abstract

Eine Faserlaservorrichtung umfasst eine erste optische Faser, eine zweite optische Faser und eine dritte optische Faser, die durch polarisationserhaltende Fasern konfiguriert sind. Die erste optische Faser umfasst mindestens einen ersten Teil und mindestens zwei zweite Teile, die abwechselnd mit dem ersten Teil angeordnet sind. Der erste Teil und der zweite Teil, die einander benachbart sind, sind so miteinander verbunden, dass eine schnelle Achse des ersten Teils mit einer langsamen Achse des zweiten Teils an einem Verbindungspunkt zusammenfällt. Die Gesamtlänge des ersten Teils ist gleich der Gesamtlänge der zweiten Teile. Ein Modenfelddurchmesser der ersten optischen Faser ist kleiner als ein Modenfelddurchmesser der zweiten optischen Faser und der Modenfelddurchmesser der dritten optischen Faser.

Description

Technischer Bereich
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Faserlaser-Vorrichtung.
Hintergrund
Als Faserlaser ist eine Vorrichtung bekannt, die einen Ultrakurzpulslaser erzeugt, indem sie eine Modenkopplung unter Ausnutzung des nichtlinearen Effekts einer optischen Faser bewirkt (siehe z.B. Patentliteratur 1).
Zitateliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Europäische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. EP 3 300 191 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der oben beschriebenen Faserlaservorrichtung ist es notwendig, eine optische Faser mit einer bestimmten Länge oder mehr zu verwenden, um einen ausreichenden nichtlinearen Effekt zu erzeugen. Dementsprechend nimmt die Länge eines Resonators zu und es ist schwierig, die Frequenz des Ausgangslichts zu erhöhen (hohe Wiederholrate) . Außerdem muss zwar die interne Leistungsdichte des Resonators für die selbststartende Modenkopplung ausreichend erhöht werden, aber wenn die optische Faser kurz ist, steigt die interne Leistungsdichte zur Erzielung eines ausreichenden nichtlinearen Effekts im Vergleich zu einer langen optischen Faser, und es ist eine hohe Anregungsleistung erforderlich. Darüber hinaus muss der Faserlaser Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgeben.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Faserlaservorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform auszugeben und eine hohe Wiederholrate und eine geringe Anregungsleistung zu erzielen.
Lösung des Problems
Eine Faserlaser-Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst: eine erste optische Faser, die durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert ist; eine zweite optische Faser, die durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert und mit einem Ende der ersten optischen Faser verbunden ist; und eine dritte optische Faser, die durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert und mit dem anderen Ende der ersten optischen Faser verbunden ist, wobei die erste optische Faser mindestens einen ersten Teil und mindestens zwei zweite Teile aufweist, die abwechselnd mit dem ersten Teil angeordnet sind, der erste Teil und der zweite Teil, die einander benachbart sind, so miteinander verbunden sind, dass eine schnelle Achse des ersten Teils mit einer langsamen Achse des zweiten Teils an einem Verbindungspunkt zusammenfällt, eine Länge des ersten Teils gleich einer Gesamtlänge der zweiten Teile ist, und ein Modenfelddurchmesser der ersten optischen Faser kleiner ist als jeder eines Modenfelddurchmessers der zweiten optischen Faser und eines Modenfelddurchmessers der dritten optischen Faser.
In dieser Faserlaservorrichtung umfasst die erste optische Faser mindestens einen ersten Teil und mindestens zwei zweite Teile, die abwechselnd mit dem ersten Teil angeordnet sind. Der erste Teil und der zweite Teil, die aneinander angrenzen, sind so miteinander verbunden, dass die schnelle Achse des ersten Teils mit der langsamen Achse des zweiten Teils am Verbindungspunkt zusammenfällt. Wenn Licht durch eine solche erste optische Faser geleitet wird, kann es zu einer Modenkopplung kommen. Darüber hinaus ist die Gesamtlänge des ersten Teils gleich der Gesamtlänge der zweiten Teile. Dadurch kann der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, kompensiert werden. Darüber hinaus umfasst die erste optische Faser mindestens einen ersten Teil und mindestens zwei zweite Teile. Dadurch ist es möglich, die Störung der Ausgangswellenform des Lichts zu unterdrücken, die auf die Wechselwirkung zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, zurückzuführen ist, beispielsweise im Vergleich dazu, wenn die erste optische Faser aus nur zwei Faserelementen besteht. Infolgedessen kann das Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben werden. Darüber hinaus ist der Modenfelddurchmesser der ersten optischen Faser kleiner als der Modenfelddurchmesser der zweiten optischen Faser und der Modenfelddurchmesser der dritten optischen Faser, und der nichtlineare Effekt der ersten optischen Faser wird verstärkt. Als Ergebnis kann die erste optische Faser verkürzt werden, und können eine hohe Wiederholrate und eine niedrige Anregungsleistung erreicht werden. Auf diese Weise kann mit dieser Faserlaservorrichtung Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben und eine hohe Wiederholrate sowie eine niedrige Anregungsleistung erreicht werden.
Die zweite oder/und dritte optische Faser kann mit der ersten optischen Faser durch Verschmelzung verbunden werden. In diesem Fall kann die Anzahl der Komponenten reduziert und kann die Herstellung erleichtert werden.
Die zweite optische Faser kann einen ersten Teil und einen zweiten Teil umfassen, der erste Teil der zweiten optischen Faser kann mit dem einen Ende der ersten optischen Faser so verbunden sein, dass eine schnelle Achse des ersten Teils der zweiten optischen Faser mit einer langsamen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt zusammenfällt, und der zweite Teil der zweiten optischen Faser kann mit dem ersten Teil der zweiten optischen Faser so verbunden werden, dass ein Winkel zwischen einer schnellen Achse des zweiten Teils der zweiten optischen Faser und einer schnellen Achse des ersten Teils der zweiten optischen Faser ein anderer Winkel als 0 Grad oder 90 Grad an einem Verbindungspunkt ist. Es ist schwierig, polarisationserhaltende Fasern mit unterschiedlichen Modenfelddurchmessern so miteinander zu verbinden, dass der Winkel zwischen ihren schnellen Achsen einen anderen Winkel als 0 Grad oder 90 Grad bildet, was zu einer Verringerung der Ausbeute führen kann. Im Gegensatz dazu sind in dieser Konfiguration die erste optische Faser und die zweite optische Faser mit unterschiedlichen Modenfelddurchmessern so verbunden, dass ihre schnellen und langsamen Achsen zusammenfallen (so dass der Winkel zwischen ihren schnellen Achsen 90 Grad beträgt) . Infolgedessen kann die Verbindung zwischen der ersten optischen Faser und der zweiten optischen Faser erleichtert und die Ausbeute verbessert werden.
Die dritte optische Faser kann einen ersten Teil und einen zweiten Teil umfassen, der erste Teil der dritten optischen Faser kann mit dem anderen Ende der ersten optischen Faser so verbunden sein, dass eine schnelle Achse des ersten Teils der dritten optischen Faser mit einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt zusammenfällt, und der zweite Teil der dritten optischen Faser kann mit dem ersten Teil der dritten optischen Faser so verbunden werden, dass ein Winkel zwischen einer schnellen Achse des zweiten Teils der dritten optischen Faser und einer schnellen Achse des ersten Teils der dritten optischen Faser an einem Verbindungspunkt ein anderer Winkel als 0 Grad oder 90 Grad ist. In diesem Fall kann die Verbindung zwischen der ersten optischen Faser und der dritten optischen Faser erleichtert werden, und die Ausbeute kann weiter verbessert werden.
Eine Länge des ersten Teils der zweiten optischen Faser kann gleich einer Länge des ersten Teils der dritten optischen Faser sein. In diesem Fall kann der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, in Bezug auf den ersten Teil der zweiten optischen Faser und den ersten Teil der dritten optischen Faser kompensiert werden.
Die zweite optische Faser kann einen ersten Teil haben, der erste Teil der zweiten optischen Faser kann mit dem einen Ende der ersten optischen Faser so verbunden sein, dass eine schnelle Achse des ersten Teils der zweiten optischen Faser mit einer langsamen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt zusammenfällt, die dritte optische Faser kann einen ersten Teil haben, der erste Teil der dritten optischen Faser kann mit dem anderen Ende der ersten optischen Faser verbunden sein, so dass eine schnelle Achse des ersten Teils der dritten optischen Faser mit einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt zusammenfällt, und eine Länge des ersten Teils der zweiten optischen Faser kann gleich einer Länge des ersten Teils der dritten optischen Faser sein. In diesem Fall kann die Verbindung zwischen der ersten optischen Faser und der zweiten optischen Faser und die Verbindung zwischen der ersten optischen Faser und der dritten optischen Faser vereinfacht werden. Darüber hinaus kann in Bezug auf den ersten Teil der zweiten optischen Faser und den ersten Teil der dritten optischen Faser der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, kompensiert werden.
Die Faserlaservorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ferner eine erste Brückenfaser umfassen, die durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert und zwischen der ersten optischen Faser und der zweiten optischen Faser angeschlossen ist, wobei ein Modenfelddurchmesser der ersten Brückenfaser größer als der Modenfelddurchmesser der ersten optischen Faser und kleiner als der Modenfelddurchmesser der zweiten optischen Faser sein kann. Wenn polarisationserhaltende Fasern mit zueinander unterschiedlichen Modenfelddurchmessern miteinander verbunden werden, kann es an einem Verbindungspunkt zu Verlusten kommen. Im Gegensatz dazu ist in dieser Konfiguration die erste Brückenfaser, die einen größeren Modenfelddurchmesser als die erste optische Faser und einen kleineren Modenfelddurchmesser als die zweite optische Faser hat, zwischen der ersten optischen Faser und der zweiten optischen Faser angeschlossen. Im Ergebnis kann der Verlust an einem Verbindungspunkt reduziert werden.
Die Faserlaservorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ferner eine zweite Brückenfaser umfassen, die durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert und zwischen die erste optische Faser und die dritte optische Faser geschaltet ist, wobei ein Modenfelddurchmesser der zweiten Brückenfaser größer als der Modenfelddurchmesser der ersten optischen Faser und kleiner als der Modenfelddurchmesser der dritten optischen Faser sein kann. In diesem Fall kann der Verlust an einem Verbindungspunkt weiter reduziert werden.
Die erste optische Faser kann eine insgesamt gerade Anzahl der ersten und zweiten Teile umfassen, und eine Differenz zwischen einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der ersten Brückenfaser und einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt und einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der zweiten Brückenfaser und einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt kann 90 Grad betragen. In diesem Fall kann bezüglich der ersten Brückenfaser und der zweiten Brückenfaser der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, kompensiert werden.
Die erste optische Faser kann eine insgesamt ungerade Anzahl der ersten und zweiten Teile enthalten, und eine Differenz zwischen einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der ersten Brückenfaser und einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt und einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der zweiten Brückenfaser und einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt kann 0 Grad betragen. In diesem Fall kann bezüglich der ersten Brückenfaser und der zweiten Brückenfaser der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, kompensiert werden.
Eine Differenz zwischen einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der ersten Brückenfaser und einer schnellen Achse der zweiten optischen Faser an einem Verbindungspunkt und einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der zweiten Brückenfaser und einer schnellen Achse der dritten optischen Faser an einem Verbindungspunkt kann 0 Grad betragen. In diesem Fall kann in Bezug auf die zweite optische Faser und die dritte optische Faser der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, kompensiert werden.
Eine Länge der ersten Brückenfaser kann gleich einer Länge der zweiten Brückenfaser sein. In diesem Fall kann in Bezug auf die erste Brückenfaser und die zweite Brückenfaser der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, kompensiert werden.
Die Faserlaservorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ferner umfassen: eine Lichtquelle, die Anregungslicht ausgibt; und eine optische Faser, die das Anregungslicht absorbiert und Laserlicht emittiert, wobei das Laserlicht durch die erste optische Faser, die zweite optische Faser und die dritte optische Faser geführt werden kann. In diesem Fall kann Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben werden und eine hohe Wiederholrate und eine niedrige Anregungsleistung können erreicht werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Faserlaservorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform auszugeben und eine hohe Wiederholrate und eine geringe Anregungsleistung zu erzielen.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Faserlasereinrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht einer ersten optischen Faser.
3 ist eine schematische Darstellung eines Modus-Sperrteils.
4 ist ein Graph, der eine Pulswellenform und eine momentane Wellenlänge zeigt.
5 ist ein Graph, der eine spektrale Wellenform und eine Phase darstellt.
6(a) und 6(b) sind Graphen, die Frequenzspektren darstellen.
7 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Faserlasereinrichtung eines ersten Modifikationsbeispiels.
8 ist ein schematisches Diagramm eines Modenkopplungsabschnitts des ersten Modifikationsbeispiels.
9 ist ein Diagramm, das beschreibt, wie eine Brückenfaser angeschlossen wird.
10 ist ein Graph, der eine spektrale Wellenform zeigt, die mit der Konfiguration von 7 erfasst wurde.
11 (a) und 11 (b) sind Graphen, die Frequenzspektren darstellen, die mit der Konfiguration von 7 erfasst wurden.
12 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Faserlasereinrichtung eines Vergleichsbeispiels.
13 ist ein Graph, der eine spektrale Wellenform zeigt, die mit der Konfiguration von 12 erfasst wurde.
14 (a) und 14 (b) sind Graphen, die Frequenzspektren darstellen, die mit der Konfiguration von 12 erfasst wurden.
15 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Faserlasereinrichtung eines zweiten Modifikationsbeispiels.
16 ist ein Graph, der eine mit der Konfiguration von 15 erfasste spektrale Wellenform darstellt.
17 ist ein Graph, der eine Impulswellenform und eine momentane Wellenlänge zeigt, die durch die Konfiguration von 15 erfasst wurden.
18 ist ein Diagramm, das einen Winkelbereich zeigt, in dem in der Konfiguration von 15 eine Modenkopplung aufgetreten ist.
19 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Faserlasereinrichtung eines dritten Modifikationsbeispiels.
20 ist ein Graph, der eine spektrale Wellenform zeigt, die mit der Konfiguration von 19 erfasst wurde.
21 (a) und 21 (b) sind Graphen, die Frequenzspektren darstellen, die mit der Konfiguration von 19 erfasst wurden.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Referenznummern für die gleichen oder entsprechenden Elemente verwendet, wobei redundante Beschreibungen weggelassen werden.
[Faserlaservorrichtung]
Wie in 1 dargestellt, umfasst eine Faserlaservorrichtung 1 eine Lichtquelle 11, einen Wellenlängenmultiplex-Koppler (WDM) 12, eine dotierte Faser 13, einen Isolator 14, einen Modenkopplungsabschnitt 15, einen Polarisationsregler 16, einen Polarisator 17, einen Ausgangskoppler 18 und einen Filter für verstärkte spontane Emission (ASE) 19. Darüber hinaus umfasst die Faserlaservorrichtung 1 eine Vielzahl von optischen Fasern 21 bis 28, um diese Elemente miteinander zu verbinden. Der Modenkopplungsabschnitt 15 hat eine erste optische Faser 30, eine zweite optische Faser 40 und eine dritte optische Faser 50.
Jede der dotierten Faser 13, der optischen Fasern 21 bis 28, der ersten optischen Faser 30, der zweiten optischen Faser 40 und der dritten optischen Faser 50 ist durch eine polarisationserhaltende (PM) Faser konfiguriert. Die polarisationserhaltende Faser ist eine optische Faser, in der die Eigenschaft der Polarisationsebenenerhaltung des übertragenen Lichts durch Brechungsindexdifferenzierung zwischen einer schnellen Achse und einer langsamen Achse, die orthogonal zueinander sind, verbessert wird. Obwohl jede der dotierten Faser 13, der optischen Fasern 21 bis 28, der ersten optischen Faser 30, der zweiten optischen Faser 40 und der dritten optischen Faser 50 in diesem Beispiel durch eine polarisationserhaltende Faser des Spannungsanwendungstyps unter Verwendung des photoelastischen Effekts konfiguriert ist, kann jede davon durch eine strukturelle polarisationserhaltende Faser mit einer nicht-achsensymmetrischen Kernform konfiguriert sein.
2 ist eine Querschnittsansicht der ersten optischen Faser 30. Die erste optische Faser 30 hat eine schnelle Achse X1 und eine langsame Achse X2, die orthogonal zueinander sind. Die erste optische Faser 30 beinhaltet einen Kern 30a, eine Ummantelung 30b und ein Paar von Spannungsaufbringungsmaterialien 30c. Der Kern 30a befindet sich in der Mitte der ersten optischen Faser 31. Der Brechungsindex des Kerns 30a ist höher als der Brechungsindex der Ummantelung 30b. Die Ummantelung 30b umgibt den Kern 30a. Das Paar von Spannungsaufbringungsmaterialien 30c ist in der Ummantelung 30b so angeordnet, dass es auf beiden Seiten des Kerns 30a auf der langsamen Achse X2 positioniert ist.
In der ersten optischen Faser 30 wird der Kern 30a durch Zugspannung auf den Kern 30a doppelbrechend gemacht, indem man die Tatsache nutzt, dass die thermische Schrumpfung des Spannungsaufbringungsmaterials 30c größer ist als die thermische Schrumpfung der Ummantelung 30b. Aufgrund dieses Brechungsindexunterschieds breitet sich bei der Ausbreitung von Licht in der ersten optischen Faser 30 die Komponente, die sich entlang der schnellen Achse X1 ausbreitet, schneller aus als die Komponente, die sich entlang der langsamen Achse X2 ausbreitet. Die dotierte Faser 13, die optischen Fasern 21 bis 28, die zweite optische Faser 40 und die dritte optische Faser 50 haben die gleiche Querschnittsstruktur wie die erste optische Faser 30.
Bezugnehmend wieder auf 1, gibt die Lichtquelle 11 Anregungslicht L1 aus. Die Lichtquelle 11 ist beispielsweise eine Laserdiode, die Laserlicht mit einer Wellenlänge von 979 nm ausgibt. Der WDM-Koppler 12 reflektiert das von der Lichtquelle 11 eingegebene Anregungslicht L1 über die optische Faser 21 und gibt das Licht an die optische Faser 22 ab und überträgt das über die optische Faser 28 eingegebene Signallicht L2 und gibt das Licht an die optische Faser 22 ab.
Die dotierte Faser 13 absorbiert das über die optische Faser 22 zugeführte Anregungslicht L1 und emittiert Laserlicht (Signallicht L2) . Das von der dotierten Faser 13 emittierte Signallicht L2 wird über die optische Faser 23 in den Isolator 14 eingespeist. Die dotierte Faser 13 ist beispielsweise eine Erbium-dotierte Faser (EDF) mit einem mit Erbium (Er) dotierten Kern und emittiert Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 1,5 µm. Die dotierte Faser 13 kann eine Ytterbium-dotierte Faser sein, deren Kern mit Ytterbium (Yb) dotiert ist. In diesem Fall emittiert die dotierte Faser 13 Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 1,0 µm.
Der Isolator 14 ermöglicht die Ausbreitung des Lichts in Vorwärtsrichtung von der dotierten Faser 13 zum Modenkopplungsabschnitt 15 und verhindert die Ausbreitung des Lichts in der zur Vorwärtsrichtung entgegengesetzten Richtung. Der Modenkopplungsabschnitt 15 hat die zweite optische Faser 40, die erste optische Faser 30 und die dritte optische Faser 50 in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in der Lichtausbreitungsrichtung und leitet das Signallicht L2 durch diese optischen Fasern. Einzelheiten des Modenkopplungsabschnitts 15 werden später beschrieben.
Der Polarisationsregler 16 verfügt über einen Mechanismus zum Einstellen des Polarisationszustands des Signallichts L2, das von dem Modenkopplungsabschnitt 15 ausgegeben wird. Der Polarisationsregler 16 ist so konfiguriert, dass er beispielsweise eine λ/4 Wellenplatte 16a und eine λ/2 Wellenplatte 16b umfasst, die drehbar gehalten werden. Das von dem Polarisationsregler 16 ausgegebene Signallicht L2 wird über die optische Faser 24 in den Polarisator 17 eingespeist. Der Polarisator 17 überträgt die Komponente, die sich entlang der langsamen Achse des Signallichts L2 in der optischen Faser 24 ausbreitet, und reflektiert die Komponente, die sich entlang der schnellen Achse des Signallichts L2 in der optischen Faser 24 ausbreitet.
Der Ausgangskoppler 18 teilt das vom Polarisator 17 über die optische Faser 25 eingespeiste Signallicht L2 in einem vorgegebenen Verhältnis, gibt einen Teil des Signallichts L2 an den Lichtwellenleiter 26 und den Rest an die optische Faser 27 ab. Beispielsweise gibt der Ausgangskoppler 18 25 % des Signallichts L2 an die optische Faser 26 und die restlichen 75 % an die optische Faser 27 ab. Das an die optische Faser 26 abgegebene Signallicht L2 wird z.B. als Ausgangslicht nach außen abgegeben. Der Ausgangskoppler 18 kann mit einem Isolator versehen sein, so dass das von außen über den Lichtwellenleiter 26 eintretende Rücklicht nicht in einen Resonator zurückkehrt. In diesem Fall können Schwingungen im Resonator, die durch das Rücklicht instabil werden, unterdrückt werden.
Der ASE-Filter 19 sendet nur Komponenten innerhalb eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs des sich durch die optische Faser 27 ausbreitenden Signallichts L2 und gibt die Komponenten an die optische Faser 28 ab. In diesem Beispiel überträgt der ASE-Filter 19 nur Licht mit einer Wellenlänge von 1545 nm oder mehr. Dadurch kann die Oszillation im Wellenlängenbereich bei 1530 nm unterdrückt werden.
Wie oben beschrieben, enthält die Faserlaservorrichtung 1 einen vollständig polarisationserhaltenden Faserresonator (Oszillator), der ein ringförmiger Resonator ist, der durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert ist. In der Faserlaservorrichtung 1 wird durch Herbeiführen einer Modenkopplung in dem Modenkopplungsabschnitt 15 ein Ultrakurzpulslaser mit einer Pulsbreite von beispielsweise 50 Femtosekunden bis 10 Pikosekunden ausgegeben.
[Modenkopplungsabschnitt]
Wie in 1 und 3 illustriert, hat der Modenkopplungsabschnitt 15 die erste optische Faser 30, die zweite optische Faser 40, die mit einem Ende der ersten optischen Faser 30 verbunden ist, und die dritte optische Faser 50, die mit dem anderen Ende der ersten optischen Faser 30 verbunden ist. Wie später beschrieben wird, unterscheiden sich die Konfigurationen des in 1 dargestellten Modenkopplungsabschnitts 15 und des in 3 dargestellten Modenkopplungsabschnitts 15 leicht voneinander.
Die erste optische Faser 30 hat einen ersten Teil 31 und zwei zweite Teile 32. Jeder der ersten Teile 31 und der beiden zweiten Teile 32 ist durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert. Der erste Teil 31 und die beiden zweiten Teile 32 sind abwechselnd angeordnet. Die beiden zweiten Teile 32 sind jeweils mit beiden Enden des ersten Teils 31 verbunden.
Jedes zweite Teil 32 ist mit dem ersten Teil 31 so verbunden, dass eine schnelle Achse 32X1 des zweiten Teils 32 mit einer langsamen Achse 31X2 des ersten Teils 31 an einem Verbindungspunkt C1 zusammenfällt. Mit anderen Worten beträgt der Winkel zwischen der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 und einer schnellen Achse 31X1 des ersten Teils 31 am Verbindungspunkt C1 zwischen jedem zweiten Teil 32 und dem ersten Teil 31 90 Grad. Jedes zweite Teil 32 ist direkt mit dem ersten Teil 31 verbunden, z.B. durch Verschmelzung. Es sei darauf hingewiesen, dass die tatsächlichen Fasern lückenlos miteinander verbunden sind, obwohl in 3 Lücken zwischen den Fasern dargestellt sind. „Schnelle Achse, die mit der langsamen Achse zusammenfällt (oder schnelle Achse)" bedeutet, dass die schnelle Achse mit der langsamen Achse zusammenfällt (entlang der langsamen Achse verläuft), wenn man sie in Lichtausbreitungsrichtung (Fasererstreckungsrichtung) betrachtet.
Eine Gesamtlänge L31 des ersten Teils 31 ist gleich einer Gesamtlänge L32 des zweiten Teils 32. Die Gesamtlängen L31 und L32 sind Längen entlang der Ausdehnungsrichtung der ersten optischen Faser 30 (Lichtausbreitungsrichtung). Die Gesamtlänge L32 der zweiten Teile 32 ist die Summe der jeweiligen Längen L32a der zweiten Teile 32. „Die Gesamtlänge L31 des ersten Teils 31 ist gleich der Gesamtlänge L32 des zweiten Teils 32“ bedeutet, dass ein zulässiger kleiner Fehler zwischen der Gesamtlänge L31 und der Gesamtlänge L32 besteht. Die Größe des zulässigen Fehlers wird z.B. in Abhängigkeit davon festgelegt, ob eine Modenkopplung auftritt. Der zulässige Fehler ist z. B. die Schwebungslänge (ca. 2 mm) oder weniger. Die Schwebungslänge ist ein Größenindex der Doppelbrechung und ist der Abstand, bei dem die Phasendifferenz zwischen Licht, das sich auf einer schnellen Achse ausbreitet, und Licht, das sich auf einer langsamen Achse ausbreitet, 2π beträgt. Alternativ kann der zulässige Fehler auch 5 mm oder weniger betragen. Dasselbe gilt für eine Länge L41 eines ersten Teils 41 der zweiten optischen Faser 40 und eine Länge L51 eines ersten Teils 51 der dritten optischen Faser 50 sowie eine Länge L60 einer ersten Brückenfaser 60 und eine Länge L70 einer zweiten Brückenfaser 70, die später beschrieben werden.
Die zweite optische Faser 40 hat einen ersten Teil 41 und einen zweiten Teil 42. Der erste Teil 41 ist mit dem zweiten Teil 32 der ersten optischen Faser 30 so verbunden, dass eine schnelle Achse 41X1 des ersten Teils 41 mit einer langsamen Achse 32X2 des zweiten Teils 32 an einem Verbindungspunkt C2 zusammenfällt. Mit anderen Worten, der Winkel zwischen der schnellen Achse 41X1 des ersten Teils 41 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 an dem Verbindungspunkt C2 zwischen dem ersten Teil 41 und dem zweiten Teil 32 beträgt 90 Grad. Das erste Teil 41 ist direkt mit dem zweiten Teil 32 verbunden, z.B. durch Verschmelzung.
Der zweite Teil 42 ist mit einem Ende des ersten Teils 41 so verbunden, dass der Winkel zwischen einer schnellen Achse 42X1 des zweiten Teils 42 und der schnellen Achse 41X1 des ersten Teils 41 ein Winkel θ1 ist, der nicht 0 Grad oder 90 Grad an einem Verbindungspunkt C3 ist. Mit anderen Worten ist der Winkel θ1 weder 0 Grad noch 90 Grad. Der Winkel θ1 ist ein anderer Winkel als 45 Grad. Der Winkel θ1 kann z.B. experimentell so eingestellt werden, dass eine Verriegelung erfolgt, wie später beschrieben wird. Der Winkel Θ1 ist ein Winkel in Lichtausbreitungsrichtung (Erstreckungsrichtung der ersten optischen Faser 30 und der zweiten optischen Faser 40) . Gleiches gilt für einen Winkel θ2, der später beschrieben wird. Der zweite Teil 42 ist direkt mit dem ersten Teil 41 verbunden, z. B. durch Verschmelzung. Das andere Ende des zweiten Teils 42 ist mit dem oben beschriebenen Isolator 14 verbunden.
In dem in 3 dargestellten Modenkopplungsabschnitt 15 hat die dritte optische Faser 50 einen ersten Teil 51 und einen zweiten Teil 52. Der erste Teil 51 ist mit dem zweiten Teil 32 der ersten optischen Faser 30 so verbunden, dass eine schnelle Achse 51X1 des ersten Teils 51 mit der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 an einem Verbindungspunkt C4 zusammenfällt. Mit anderen Worten, der Winkel zwischen der schnellen Achse 51X1 des ersten Teils 51 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 an dem Verbindungspunkt C4 zwischen dem ersten Teil 51 und dem zweiten Teil 32 beträgt 0 Grad. Der Winkel zwischen der schnellen Achse 51X1 des ersten Teils 51 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C4 unterscheidet sich um 90 Grad von dem Winkel zwischen der schnellen Achse 41X1 des ersten Teils 41 der zweiten optischen Faser 40 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C2. Der erste Teil 51 ist direkt mit dem zweiten Teil 32 verbunden, z. B. durch Verschmelzung.
Der zweite Teil 52 ist mit einem Ende des ersten Teils 51 so verbunden, dass der Winkel zwischen einer schnellen Achse 52X1 des zweiten Teils 52 und der schnellen Achse 51X1 des ersten Teils 51 der Winkel θ2 ist, der nicht 0 Grad oder 90 Grad an einem Verbindungspunkt C5 ist. Mit anderen Worten ist der Winkel θ2 weder 0 Grad noch 90 Grad. Der Winkel θ2 ist ein anderer Winkel als 45 Grad. Zum Beispiel ist der Winkel θ2 ein Winkel, der sich ergibt, wenn man zum Winkel θ1 90 Grad addiert. Ein Ende des zweiten Teils 52 ist direkt mit dem ersten Teil 51 verbunden, z.B. durch Verschmelzung. Das andere Ende des zweiten Teils 52 ist mit dem oben beschriebenen Polarisator 17 verbunden.
Die Länge L41 des ersten Teils 41 der zweiten optischen Faser 40 ist gleich der Länge L51 des ersten Teils 51 der dritten optischen Faser 50. Die Längen L41 und L51 sind Längen entlang der Ausdehnungsrichtung der zweiten optischen Faser 40 und der dritten optischen Faser 50 (Lichtausbreitungsrichtung).
In dem in 1 dargestellten Modenkopplungsabschnitt 15 hat die dritte optische Faser 50 nur den ersten Teil 51. Ein Ende des ersten Teils 51 ist mit dem zweiten Teil 32 verbunden, und das andere Ende des ersten Teils 51 ist mit dem oben beschriebenen Polarisationsregler 16 verbunden. In dem in 3 dargestellten Modenkopplungsabschnitt 15 wird der Polarisationszustand des Lichts durch den Winkel zwischen der schnellen Achse 51X1 des ersten Teils 51 und der schnellen Achse 52X1 des zweiten Teils 52 an dem Verbindungspunkt C5 eingestellt, der der Winkel θ2 ist. Im Gegensatz dazu wird in dem in 1 dargestellten Modenkopplungsabschnitt 15 der Polarisationszustand des Lichts wie in dem in 3 dargestellten Modenkopplungsabschnitt 15 durch den Polarisationsregler 16 mit einer drehbaren Wellenplatte eingestellt. Auf diese Weise kann der zweite Teil 52 der dritten optischen Faser 50 durch einen Einstellmechanismus mit einer Wellenplatte ersetzt werden.
Der Modenfelddurchmesser (MFD) der ersten optischen Faser 30 ist kleiner als der MFD der zweiten optischen Faser 40 und der MFD der dritten optischen Faser 50. Der Modenfelddurchmesser ist eine Kennzahl, die das Ausmaß angibt, in dem Licht, das sich in einer optischen Faser ausbreitet, aus dem Kern in den Mantel sickert. Der Modenfelddurchmesser kann z.B. gemessen werden, indem man Licht auf ein Ende der Faser auftreffen lässt und ein Bild des Lichts aufnimmt, das am anderen Ende austritt. Der MFD des ersten Lichtwellenleiters 30 beträgt z.B. 2 µm bis 4 µm. Die MFD des zweiten Lichtwellenleiters 40 und des dritten Lichtwellenleiters 50 betragen z. B. 4 µm bis 10 µm. Der MFD ist in der gesamten ersten optischen Faser 30 gleichmäßig. Dasselbe gilt für die zweite optische Faser 40 und die dritte optische Faser 50. In einer polarisationserhaltenden Faser nimmt der nichtlineare Effekt mit abnehmender MFD zu. Mit anderen Worten besteht die erste optische Faser 30 aus einer hochgradig nichtlinearen Faser, die einen höheren nichtlinearen Effekt hat als die polarisationserhaltenden Fasern, die die zweite optische Faser 40 und die dritte optische Faser 50 bilden. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl der Kerndurchmesser der ersten optischen Faser 30 kleiner sein kann als der Kerndurchmesser der zweiten optischen Faser 40 und der Kerndurchmesser der dritten optischen Faser 50, der Kerndurchmesser der ersten optischen Faser 30 gleich oder größer sein kann als der Kerndurchmesser der zweiten optischen Faser 40 und der Kerndurchmesser der dritten optischen Faser 50. Der Kerndurchmesser der ersten optischen Faser 30 ist ein Durchmesser D des Kerns 30a der polarisationserhaltenden Faser, die die erste optische Faser 30 konfiguriert, wie in 2 dargestellt. Der Kerndurchmesser der zweiten optischen Faser 40 und der dritten optischen Faser 50 ist der Durchmesser D des Kerns 30a der polarisationserhaltenden Faser, die die zweite optische Faser 40 und die dritte optische Faser 50 konfiguriert.
[Funktion und Wirkung]
Wie oben beschrieben, weist die erste optische Faser 30 in der Faserlaservorrichtung 1 den ersten Teil 31 und die beiden zweiten Teile 32 auf, die abwechselnd mit dem ersten Teil 31 angeordnet sind. Der erste Teil 31 und der zweite Teil 32, die einander benachbart sind, sind so miteinander verbunden, dass die schnelle Achse 31X1 des ersten Teils 31 mit der langsamen Achse 32X2 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C1 zusammenfällt. Die Modenkopplung kann dadurch erreicht werden, dass Licht durch die erste optische Faser 30 geleitet wird und ein erforderliches optisches Element (z.B. der Polarisator 17) in der nachfolgenden Position vorgesehen wird.
Das heißt, dass der Winkel zwischen der schnellen Achse 42X1 des zweiten Teils 42 der zweiten optischen Faser 40 und der schnellen Achse 41X1 des ersten Teils 41 der zweiten optischen Faser 40 am Verbindungspunkt C3 der Winkel θ1 ist, der nicht 0 Grad oder 90 Grad beträgt. Wenn das Licht, das sich durch den zweiten Teil 42 ausbreitet, auf den ersten Teil 41 trifft, wird das Licht in eine Komponente, die sich entlang der schnellen Achse 41X1 des ersten Teils 41 ausbreitet, und eine Komponente, die sich entlang einer langsamen Achse 41X2 des ersten Teils 41 ausbreitet, aufgeteilt. Da der Winkel θ1 auf einen anderen Winkel als 45 Grad eingestellt ist, unterscheidet sich die Intensität der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse 41X1 ausbreitet, von der Intensität der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse 41X2 ausbreitet. Der nichtlineare Effekt des sich in der polarisationserhaltenden Faser ausbreitenden Lichts nimmt mit zunehmender Intensität des Lichts zu. Dementsprechend treten zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse 41X1 ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse 41X2 ausbreitet, nichtlineare Effekte unterschiedlicher Größenordnung auf. Das vom ersten Teil 41 ausgehende Licht wird durch die erste optische Faser 30 und den ersten Teil 51 der dritten optischen Faser 50 geleitet und erreicht den zweiten Teil 52 der dritten optischen Faser 50. Auch bei dieser Lichtführung erhalten die Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und die Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, nichtlineare Effekte unterschiedlicher Größenordnung wie bei der Ausbreitung im ersten Teil 41. Der Winkel zwischen der schnellen Achse 51X1 des ersten Teils 51 und der schnellen Achse 52X1 des zweiten Teils 52 am Verbindungspunkt C5 ist der Winkel θ2 ungleich 0 Grad oder 90 Grad. Alternativ dazu wird in dem in 1 dargestellten Modenkopplungsabschnitt 15 der Polarisationszustand des Lichts in ähnlicher Weise durch den Polarisationsregler 16 eingestellt. Als Ergebnis, wenn Licht vom ersten Teil 51 auf den zweiten Teil 52 fällt, werden die Komponenten, die sich auf den jeweiligen Achsen ausbreiten, gegenseitig synthetisiert, und der Unterschied im nichtlinearen Effekt führt zu einer Phasendifferenz. Die Phasendifferenz variiert mit dem Intensitätsniveau, so dass eine Modenkopplung durch Erhöhung des Transmissionsgrads von Licht mit hoher Intensität und Verringerung des Transmissionsgrads von Licht mit niedriger Intensität verursacht werden kann.
Im Falle der Ausbreitung des Lichts in der polarisationserhaltenden Faser bewirkt hier der Unterschied im Brechungsindex einen Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet. In dieser Hinsicht ist in der Faserlaservorrichtung 1 die Gesamtlänge L31 des ersten Teils 31 gleich der Gesamtlänge L32 der zweiten Teile 32. Mit anderen Worten sind die Längen des ersten Teils 31 und des zweiten Teils 32 so eingestellt, dass der Abstand der Ausbreitung entlang der schnellen Achse und die Länge der Ausbreitung entlang der langsamen Achse zueinander gleich sind. Dadurch kann der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, kompensiert werden.
Darüber hinaus hat die erste optische Faser 30 in der Faserlaservorrichtung 1 den ersten Teil 31 und die beiden zweiten Teile 32. Infolgedessen ist es möglich, im Vergleich zu beispielsweise, wenn die erste optische Faser 30 aus nur zwei Faserelementen besteht, die Störung der Wellenform des Ausgangslichts zu unterdrücken, die auf die Wechselwirkung zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, zurückzuführen ist. Infolgedessen kann Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben werden.
Das heißt, dass die Modenkopplung selbst dann verursacht werden kann, wenn die erste optische Faser 30 nur aus zwei Faserelementen besteht, die so verbunden sind, dass der Winkel zwischen ihren schnellen Achsen 90 Grad beträgt. Eine Störung der Wellenform des Ausgangslichts kann jedoch aus der gegenseitigen Wechselwirkung (Kreuzphasenmodulation) zwischen dem hinteren Teil der Komponente, die sich in dem Faserelement vorne ausbreitet, und dem vorderen Teil der Komponente, die sich in dem Faserelement später ausbreitet, resultieren. Im Gegensatz dazu hat die erste optische Faser 30 in der Faserlaservorrichtung 1 den ersten Teil 31 und die beiden zweiten Teile 32. Dadurch kann der Abstand des Auftretens eines Ausbreitungsgeschwindigkeitsunterschieds verkürzt werden, und Wellenformstörungen, die auf einen Ausbreitungsgeschwindigkeitsunterschied zurückzuführen sind, können unterdrückt werden. Mit anderen Worten kompensiert der vordere Teil des ersten Teils 31 die Zeitdifferenz, die am zweiten Teil 32 auf der stromaufwärtigen Seite verursacht wird, und der zweite Teil 32 auf der stromabwärtigen Seite kompensiert die Zeitdifferenz, die am hinteren Teil des ersten Teils 31 verursacht wird. Infolgedessen können Störungen der Ausgangswellenform unterdrückt und Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben werden (Cross-Splicing-Verfahren).
Darüber hinaus ist in der Faserlaser-Vorrichtung 1 die MFD der ersten optischen Faser 30 kleiner als jede der MFD der zweiten optischen Faser 40 und der MFD der dritten optischen Faser 50, und der nichtlineare Effekt der ersten optischen Faser 30 wird verstärkt. Infolgedessen kann die erste optische Faser 30 verkürzt und eine hohe Wiederholrate erreicht werden. Darüber hinaus kann die Anregungsleistung, die für die selbststartende Modenkopplung erforderlich ist, reduziert werden. Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass mit der Faserlaservorrichtung 1 Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben werden kann und eine hohe Wiederholrate und eine niedrige Anregungsleistung erreicht werden kann. Obwohl eine Faserlaservorrichtung, die einen sättigbaren Halbleiterabsorberspiegel (SESAM) verwendet, problematisch sein kann, da der sättigbare Halbleiterabsorberspiegel anfällig für optische Schäden ist und seine Lebensdauer erheblich variiert, verwendet die Faserlaservorrichtung 1 keine sättigbaren Halbleiterabsorberspiegel, so dass eine solche Situation vermieden werden kann.
Die zweite optische Faser 40 und die dritte optische Faser 50 sind mit der ersten optischen Faser 30 durch Verschmelzung verbunden. Infolgedessen kann die Anzahl der Komponenten reduziert und die Herstellung im Vergleich zu einer Kopplung mit einem optischen Element (z.B. einer Linse) an einem Ort erleichtert werden. Wenn polarisationserhaltende Fasern mit unterschiedlichen MFDs durch Verschmelzung miteinander verbunden werden, kommt es aufgrund der unterschiedlichen MFDs und der unterschiedlichen Verformbarkeit während der Erwärmung normalerweise zu Verlusten an einem Verbindungspunkt. Solche Verluste können zu Instabilitäten wie Rauschen und Verzerrungen des in einem Resonator zirkulierenden Lichts führen. In der Faserlaservorrichtung 1 sind die zweite optische Faser 40 und die dritte optische Faser 50 in Anbetracht eines solchen Punktes durch Verschmelzung mit der ersten optischen Faser 30 verbunden, um die Anzahl der Komponenten zu reduzieren und die Herstellung zu erleichtern.
Außerdem ist in der Faserlasereinrichtung 1 der erste Teil 41 der zweiten optischen Faser 40 mit dem zweiten Teil 32 der ersten optischen Faser 30 so verbunden, dass die schnelle Achse 41X1 des ersten Teils 41 mit der langsamen Achse 32X2 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C2 zusammenfällt, und der zweite Teil 42 der zweiten optischen Faser 40 mit dem ersten Teil 41 so verbunden ist, dass der Winkel θ1 zwischen der schnellen Achse 42X1 des zweiten Teils 42 und der schnellen Achse 41X1 des ersten Teils 41 an dem Verbindungspunkt C3 ein anderer Winkel als 0 Grad oder 90 Grad ist. Es ist schwierig, polarisationserhaltende Fasern mit unterschiedlichen MFDs so miteinander zu verbinden, dass der Winkel zwischen ihren schnellen Achsen nicht 0 Grad oder 90 Grad beträgt, was eine Verringerung der Ausbeute verursachen kann. Dieser Punkt wird besonders deutlich, wenn polarisationserhaltende Fasern mit unterschiedlichen MFDs durch Verschmelzung miteinander verbunden werden. Der Grund dafür ist, dass die Fusion bei nicht erreichbarer Spannungssymmetrie durchgeführt werden muss und die Verformung während der Erwärmung aufgrund der unterschiedlichen Dotierung und Struktur anders ist, wenn der Winkel zwischen den schnellen Achsen nicht 0 Grad oder 90 Grad beträgt. Wenn zum Beispiel der Winkel zwischen den schnellen Achsen ein anderer als 0 Grad oder 90 Grad ist, ist die Erfolgswahrscheinlichkeit geringer als wenn der Winkel zwischen den schnellen Achsen 0 Grad oder 90 Grad ist, und die Ausbeute beträgt 50 % oder weniger. Im Gegensatz dazu sind in der Faserlaservorrichtung 1 die erste optische Faser 30 und die zweite optische Faser 40 mit voneinander verschiedenen MFDs so verbunden, dass die schnellen und langsamen Achsen zusammenfallen (so dass der Winkel zwischen den schnellen Achsen 90 Grad beträgt) . Infolgedessen kann die Verbindung zwischen der ersten optischen Faser 30 und der zweiten optischen Faser 40 erleichtert und die Ausbeute verbessert werden. Die Wirkung und der Effekt, dass die Ausbeute verbessert werden kann, werden besonders auffällig, wenn die erste optische Faser 30 und die zweite optische Faser 40 durch Verschmelzung wie in der vorliegenden Ausführungsform verbunden sind. Es ist anzumerken, dass bei der Verbindung von polarisationserhaltenden Fasern mit der gleichen MFD, wie den Verbindungspunkten C3 und C5, die Erfolgswahrscheinlichkeit hoch ist und die Ausbeute fast 100 % beträgt, selbst wenn der Winkel zwischen den schnellen Achsen ein anderer als 0 Grad oder 90 Grad ist.
Der erste Teil 51 der dritten optischen Faser 50 ist mit dem zweiten Teil 32 der ersten optischen Faser 30 so verbunden, dass die schnelle Achse 51X1 des ersten Teils 51 mit der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C4 zusammenfällt, und der zweite Teil 52 der dritten optischen Faser 50 ist mit dem ersten Teil 51 so verbunden, dass der Winkel θ2 zwischen der schnellen Achse 52X1 des zweiten Teils 52 und der schnellen Achse 51X1 des ersten Teils 51 ein anderer Winkel als 0 Grad oder 90 Grad am Verbindungspunkt C5 ist. Im Ergebnis kann die Verbindung zwischen der ersten optischen Faser 30 und der dritten optischen Faser 50 vereinfacht und die Ausbeute weiter verbessert werden. Die Wirkung und der Effekt, dass die Ausbeute verbessert werden kann, werden besonders auffällig, wenn die erste optische Faser 30 und die dritte optische Faser 50 durch Verschmelzung wie in der vorliegenden Ausführungsform verbunden sind.
Die Länge L41 des ersten Teils 41 der zweiten optischen Faser 40 ist gleich der Länge L51 des ersten Teils 51 der dritten optischen Faser 50. Infolgedessen kann in Bezug auf den ersten Teil 41 und den ersten Teil 51 der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, kompensiert werden.
Beispiel
Die Modenkopplungsoszillation wurde von der in 1 dargestellten Faserlaservorrichtung 1 durchgeführt. Die Faserlaservorrichtung 1 wurde so konfiguriert, dass sie Laserlicht mit einer Wellenlänge im 1,5 µm Band ausgibt. Die MFD der ersten optischen Faser 30 betrug etwa 4,9 µm. Die Länge der ersten optischen Faser 30 betrug etwa 2 m. Die MFD der zweiten optischen Faser 40 und der dritten optischen Faser 50 betrugen etwa 10,1 µm. Der Dispersionswert des gesamten Resonators betrug -0,014 ps². Die Anregungsleistung bei der selbststartenden Modenkopplung (Ausgangsleistung der Lichtquelle 11) betrug annähernd 105 mW.
Die Impulsbreite des Ausgangslichts wurde mit der Methode des frequenzaufgelösten optischen Gatings (FROG) gemessen. 4 ist ein Diagramm, das eine Pulswellenform und eine momentane Wellenlänge zeigt. 5 ist ein Diagramm, das eine spektrale Wellenform und eine Phase darstellt. Wie in 4 dargestellt, wurde eine ultrakurze Pulswelle mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben. Die Impulsbreite betrug 127 fs. Wie in 5 dargestellt, betrug die spektrale Breite 32 nm, und es wurde eine ausreichende spektrale Breite erzielt. Es ist zu erkennen, dass die Impulsbreite zufriedenstellend komprimiert ist, da die Phase in dem Wellenlängenbereich, in dem sich eine spektrale Spitze bildet, niedrig ist.
Das Frequenzspektrum des Ausgangslichts wurde mit einem Hochfrequenz-Spektrumanalysator gemessen. 6(a) und 6(b) sind Diagramme, die Frequenzspektren darstellen. Das Skalenintervall der horizontalen Achse beträgt 100 kHz in 6(a) und 100 MHz in 6(b). In beiden Diagrammen beträgt das Skalenintervall der vertikalen Achse 10 dB. 6(a) und 6(b) sind Diagramme, die Frequenzspektren darstellen. Die Wiederholfrequenz des Ausgangslichts betrug 40,6 MHz. Wie in 6(a) illustriert, betrug das S/N-Verhältnis des Frequenzspektrums des Ausgangslichts 70 dB oder mehr. Wie in 6(b) dargestellt, waren die Spitzenhöhen gleichmäßig und es wurde eine ausreichende Frequenzstabilität erreicht, selbst wenn das Band auf 1 GHz verbreitert wurde.
Erstes Änderungsbeispiel
In einer Faserlaservorrichtung 1A eines ersten Modifikationsbeispiels, das in den 7 und 8 dargestellt ist, umfasst der Modenkopplungsabschnitt 15 außerdem die erste Brückenfaser 60 und die zweite Brückenfaser 70.
Die erste Brückenfaser 60 ist durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert und ist zwischen dem zweiten Teil 32 der ersten optischen Faser 30 und dem ersten Teil 41 der zweiten optischen Faser 40 angeschlossen. Ein Ende der ersten Brückenfaser 60 ist mit dem zweiten Teil 32 so verbunden, dass eine schnelle Achse 60X1 der ersten Brückenfaser 60 mit der langsamen Achse 32X2 des zweiten Teils 32 an einem Verbindungspunkt C6 zusammenfällt. Das andere Ende der ersten Brückenfaser 60 ist mit dem ersten Teil 41 verbunden, so dass die schnelle Achse 60X1 der ersten Brückenfaser 60 mit der schnellen Achse 41X1 des ersten Teils 41 an einem Verbindungspunkt C7 zusammenfällt. Die erste Brückenfaser 60 ist direkt mit dem zweiten Teil 32 und dem ersten Teil 41 verbunden, z.B. durch Verschmelzung.
Die zweite Brückenfaser 70 ist durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert und ist zwischen dem zweiten Teil 32 der ersten optischen Faser 30 und dem ersten Teil 51 der dritten optischen Faser 50 verbunden. Ein Ende der zweiten Brückenfaser 70 ist mit dem zweiten Teil 32 so verbunden, dass eine schnelle Achse 70X1 der zweiten Brückenfaser 70 mit der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 an einem Verbindungspunkt C8 zusammenfällt. Das andere Ende der zweiten Brückenfaser 70 ist mit dem ersten Teil 51 verbunden, so dass die schnelle Achse 70X1 der zweiten Brückenfaser 70 mit der schnellen Achse 51X1 des ersten Teils 51 an einem Verbindungspunkt C9 zusammenfällt. Die zweite Brückenfaser 70 ist direkt mit dem zweiten Teil 32 und dem ersten Teil 51 verbunden, z.B. durch Verschmelzung.
Die Länge L60 der ersten Brückenfaser 60 ist gleich der Länge L70 der zweiten Brückenfaser 70. Die Längen L60 und L70 sind Längen entlang der Ausdehnungsrichtung der ersten Brückenfaser 60 und der zweiten Brückenfaser 70 (Lichtausbreitungsrichtung).
Der MFD der ersten Brückenfaser 60 ist größer als der MFD der ersten optischen Faser 30 und kleiner als der MFD der zweiten optischen Faser 40. Der MFD der zweiten Brückenfaser 70 ist größer als der MFD der ersten optischen Faser 30 und kleiner als der MFD der dritten optischen Faser 50. Der MFD der ersten Brückenfaser 60 ist z. B. gleich demMFD der zweiten Brückenfaser 70. Die MFDs der ersten Brückenfaser 60 und der zweiten Brückenfaser 70 betragen beispielsweise 4 µm bis 5 µm.
Im ersten Modifikationsbeispiel ist ein Polarisationsregler 90 zwischen dem Isolator 14 und dem Modenkopplungsabschnitt 15 vorgesehen. Der Polarisationsregler 90 hat einen Mechanismus zum Einstellen des Polarisationszustands des Signallichts L2, das in den Modenkopplungsabschnitt 15 eingegeben wird. Der Polarisationsregler 90 ist so konfiguriert, dass er beispielsweise eine λ/4 Wellenplatte 90a und eine λ/2 Wellenplatte 90b enthält, die drehbar gehalten werden. In dem in 7 dargestellten Beispiel sind der Polarisationsregler 16 und der Polarisator 17 integral als ein Element ausgebildet. Der Polarisationsregler 16 enthält nur die λ/2 Wellenplatte 16b.
Gemäß dem ersten Modifikationsbeispiel sowie der obigen Ausführungsform kann Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben werden und eine hohe Wiederholrate und eine niedrige Anregungsleistung können erreicht werden. Darüber hinaus ist im ersten Modifikationsbeispiel die erste Brückenfaser 60, die einen größeren MFD als die erste optische Faser 30 und einen kleineren MFD als die zweite optische Faser 40 hat, zwischen der ersten optischen Faser 30 und der zweiten optischen Faser 40 verbunden. Dadurch kann der Verlust am Verbindungspunkt zwischen dem ersten Lichtwellenleiter 30 und dem zweiten Lichtwellenleiter 40 reduziert werden.
Die zweite Brückenfaser 70, die einen größeren MFD als die erste optische Faser 30 und einen kleineren MFD als die dritte optische Faser 50 aufweist, wird zwischen der ersten optischen Faser 30 und der dritten optischen Faser 50 angeschlossen. Dadurch kann der Verlust an der Verbindungsstelle weiter reduziert werden.
Die erste Brückenfaser 60 ist mit dem zweiten Teil 32 der ersten optischen Faser 30 so verbunden, dass die schnelle Achse 60X1 der ersten Brückenfaser 60 mit der langsamen Achse 32X2 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C6 zusammenfällt, und die zweite Brückenfaser 70 ist mit dem zweiten Teil 32 so verbunden, dass die schnelle Achse 70X1 der zweiten Brückenfaser 70 mit der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C8 zusammenfällt. Die Länge L60 der ersten Brückenfaser 60 ist gleich der Länge L70 der zweiten Brückenfaser 70. Im Ergebnis kann in Bezug auf die erste Brückenfaser 60 und die zweite Brückenfaser 70 die Ausbreitungsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, kompensiert werden.
Das erste Änderungsbeispiel kann wie in 9 dargestellt konfiguriert werden. In diesem Beispiel fällt die schnelle Achse 60X1 der ersten Brückenfaser 60 mit der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C6 zusammen, und die schnelle Achse 60X1 der ersten Brückenfaser 60 fällt mit der langsamen Achse 41X2 des ersten Teils 41 am Verbindungspunkt C7 zusammen. Die schnelle Achse 70X1 der zweiten Brückenfaser 70 fällt mit der langsamen Achse 32X2 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C8 zusammen, und die schnelle Achse 70X1 der zweiten Brückenfaser 70 fällt mit einer langsamen Achse 51X2 des ersten Teils 51 am Verbindungspunkt C9 zusammen. Auch in diesem Fall kann der Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, kompensiert werden. Mit anderen Worten, wenn die erste optische Faser 30 insgesamt eine ungerade Anzahl von ersten Teilen 31 und zweiten Teilen 32 hat, wie in 9 (z.B. ein erstes Teil 31 und zwei zweite Teile 32), kann die Ausbreitungsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, bezüglich der ersten Brückenfaser 60 und der zweiten Brückenfaser 70 vorliegen, wenn die Differenz zwischen dem Winkel zwischen der schnellen Achse 60X1 der ersten Brückenfaser 60 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C6 und dem Winkel zwischen der schnellen Achse 70X1 der zweiten Brückenfaser 70 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C8 90 Grad beträgt. Darüber hinaus kann in diesem Fall die Ausbreitungsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, in Bezug auf den ersten Teil 41 und den ersten Teil 51 kompensiert werden, wenn die Differenz zwischen dem Winkel zwischen der schnellen Achse 60X1 der ersten Brückenfaser 60 und der schnellen Achse 41X1 des ersten Teils 41 am Verbindungspunkt C7 und dem Winkel zwischen der schnellen Achse 70X1 der zweiten Brückenfaser 70 und der schnellen Achse 51X1 des ersten Teils 51 am Verbindungspunkt C9 0 Grad beträgt. Derweil, wenn die erste optische Faser 30 eine gerade Anzahl von ersten Teilen 31 und zweiten Teilen 32 insgesamt hat, wie in 9 (z.B. zwei erste Teile 31 und zwei zweite Teile 32), kann die Ausbreitungsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, bezüglich der ersten Brückenfaser 60 und der zweiten Brückenfaser 70 kompensiert werden, wenn die Differenz zwischen dem Winkel zwischen der schnellen Achse 60X1 der ersten Brückenfaser 60 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C6 und dem Winkel zwischen der schnellen Achse 70X1 der zweiten Brückenfaser 70 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C8 0 Grad beträgt. Auch in diesem Fall kann die Ausbreitungsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Komponente, die sich entlang der schnellen Achse ausbreitet, und der Komponente, die sich entlang der langsamen Achse ausbreitet, bezüglich des ersten Teils 41 und des ersten Teils 51 kompensiert werden, falls die Differenz zwischen dem Winkel zwischen der schnellen Achse 60X1 der ersten Brückenfaser 60 und der schnellen Achse 41X1 des ersten Teils 41 am Verbindungspunkt C7 und dem Winkel zwischen der schnellen Achse 70X1 der zweiten Brückenfaser 70 und der schnellen Achse 51X1 des ersten Teils 51 am Verbindungspunkt C9 0 Grad beträgt.
Es wird ein Beispiel für die erste Modifikation beschrieben. Die Modenkopplungsoszillation wurde von der in 7 dargestellten Faserlaservorrichtung 1A durchgeführt. Die Faserlaservorrichtung 1A war so konfiguriert, dass sie Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 1,5 µm ausgibt. Die MFDs des ersten Lichtwellenleiters 30 betrug etwa 4 µm. Die Länge des ersten Lichtwellenleiters 30 betrug etwa 1,5 m. Die MFDs des zweiten Lichtwellenleiters 40 und des dritten Lichtwellenleiters 50 betrugen etwa 10,1 µm. Der Dispersionswert des gesamten Resonators betrug -0,081 ps². Wenn die erste optische Faser 30 und die zweite optische Faser 40 direkt durch Verschmelzung verbunden waren, betrug der Verlust an der Verbindungsstelle 0,8 dB. Wenn die erste Brückenfaser 60 zwischen der ersten optischen Faser 30 und der zweiten optischen Faser 40 angeschlossen war, betrug der Verlust 0,4 dB. Daraus ist ersichtlich, dass der Verlust am Verbindungspunkt durch die Bereitstellung der ersten Brückenfaser 60 reduziert werden kann.
10 ist ein Graph, der eine Spektralform illustriert, und 11(a) und 11(b) sind Graphen, die Frequenzspektren illustrieren. Das Skalenintervall der horizontalen Achse beträgt 200 kHz in 11(a) und 100 MHz in 11(b). In beiden Graphen beträgt das Skalenintervall der vertikalen Achse 10 dB. Wie in 10 illustriert, betrug die spektrale Breite 6,9 nm, und es wurde eine ausreichende spektrale Breite erzielt. In 11(a) betrug die Wiederholfrequenz des Ausgangslichts 36,1 MHz. Das S/N-Verhältnis des Frequenzspektrums des Ausgangslichts betrug 70 dB oder mehr. Wie in 11(b) dargestellt, waren die Spitzenhöhen gleichmäßig und es wurde eine ausreichende Frequenzstabilität erreicht, selbst wenn das Band auf 1 GHz verbreitert wurde.
Vergleichsbeispiel
In einer Faserlaservorrichtung 100 des in 12 illustrierten Vergleichsbeispiels besteht ein Modenkopplungsabschnitt 115 aus drei Faserelementen 115a, die durch polarisationserhaltende Fasern mit demselben MFD konfiguriert sind. Ein Polarisationsregler 116 ist mit einem Ende des Modenkopplungsabschnitts 115 verbunden, und ein Polarisationsregler 117 ist mit dem anderen Ende des Modenkopplungsabschnitts 115 verbunden. Ähnlich wie die Faserlasereinrichtung 1 der Ausführungsform wurde die Faserlasereinrichtung 100 des Vergleichsbeispiels so konfiguriert, dass Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 1,5 µm mit einer Wiederholfrequenz von etwa 40 MHz ausgegeben wird. Der MFD des Faserelements 115a betrug etwa 10,1 µm. Die Gesamtlänge des Modenkopplungsabschnitts 115 betrug etwa 2 m. Der Dispersionswert des gesamten Resonators betrug -0,110 ps².
13 ist ein Graph, der eine Spektralform illustriert, und 14 (a) und 14 (b) sind Graphen, die Frequenzspektren illustrieren. Das Skalenintervall der horizontalen Achse beträgt 200 kHz in 14 (a) und 100 MHz in 14(b). In beiden Graphen beträgt das Skalenintervall der vertikalen Achse 10 dB. Wie in 13 illustriert, betrug die spektrale Breite 5,8 nm. In 14 (a) betrug die Wiederholfrequenz des Ausgangslichts 40,9 MHz. Das S/N-Verhältnis des Frequenzspektrums des Ausgangslichts betrug 70 dB oder mehr. Wie in 14(b) dargestellt, waren die Spitzenhöhen gleichmäßig und es wurde eine ausreichende Frequenzstabilität erreicht, selbst wenn das Band auf 1 GHz verbreitert wurde.
Wie oben beschrieben, betrug die Anregungsleistung bei der in 1 illustrierten Faserlaservorrichtung 1 bei der selbststartenden Modensperre etwa 105 mW. Derweil betrug in der Faserlaservorrichtung 100 des in 12 illustrierten Vergleichsbeispiels die Anregungsleistung bei der selbststartenden Modenkopplung dagegen etwa 225 mW. Auf diese Weise konnte bei gleichen Bedingungen und einer Wiederholfrequenz von etwa 40 MHz bei einer Faserlänge von 2 m in der in 1 illustrierten Faserlaservorrichtung 1 ein Ultrakurzpulslaser mit etwa der Hälfte der Anregungsleistung der Faserlaservorrichtung 100 des in 12 illustrierten Vergleichsbeispiels oszilliert werden.
Zweites Modifikationsbeispiel
In einer Faserlaservorrichtung 1B eines zweiten Modifikationsbeispiels, das in 15 illustriert ist, ist der Polarisationsregler 90 wie im ersten Modifikationsbeispiel zwischen dem Isolator 14 und dem Modenkopplungsabschnitt 15 vorgesehen. Der Polarisationsregler 16 und der Polarisator 17 sind als ein einziges Element konfiguriert. Die zweite optische Faser 40 besteht nur aus dem ersten Teil 41. Ein Ende des ersten Teils 41 ist mit dem zweiten Teil 32 der ersten optischen Faser 30 verbunden, und das andere Ende des ersten Teils 41 ist mit dem Polarisationsregler 90 verbunden. Gemäß dem zweiten Modifikationsbeispiel sowie der obigen Ausführungsform kann Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben werden und eine hohe Wiederholrate und eine niedrige Anregungsleistung erreicht werden.
Modenkopplungsbedingungen
Die Bedingungen, unter denen die Modenkopplung auftritt, wurden anhand der in 15 dargestellten Konfiguration bestätigt. Der Winkelbereich, in dem die Modenkopplung auftritt, wurde bestätigt, während der Polarisationszustand des Lichteingangs in die zweite optische Faser 40, die auf der stromaufwärtigsten Seite positioniert ist (im Folgenden auch als „eingangsseitige Faser“ bezeichnet), unter Verwendung des Polarisationsreglers 90 eingestellt wurde und der Polarisationszustand des Lichts am Ausgangsende der dritten optischen Faser 50, die auf der stromabwärtigsten Seite positioniert ist (im Folgenden auch als „ausgangsseitige Faser“ bezeichnet), unter Verwendung des Polarisationsreglers 16 eingestellt wurde. Es ist anzumerken, dass die Bestätigung mit einer erhöhten Anregungsleistung durchgeführt wurde, um den Winkelbereich besser zu verstehen, und dass der Winkel während des tatsächlichen Betriebs abweichen kann.
16 ist ein Graph, der eine Spektralform illustriert, und 17 ist ein Graph, der eine Pulswellenform und eine momentane Wellenlänge illustriert. 16 und 17 illustrieren die Ergebnisse, wenn der Rotationswinkel der eingangsseitigen Faser (Winkel zwischen der schnellen Achse und der langsamen Achse) 12 Grad (192 Grad) und der Rotationswinkel der ausgangsseitigen Faser 100 Grad beträgt. Wie in 16 illustriert, betrug die spektrale Breite 50 nm. Wie in 17 illustriert, betrug die Pulsbreite 635 fs. In 17 beträgt das Skalenintervall auf der horizontalen Achse 200 fs.
18 ist ein Diagramm, das die Winkelbereiche zeigt, in denen eine Modenkopplung auftrat. In 18 beträgt das Skalenintervall der vertikalen Achse 10 Grad und das Skalenintervall der horizontalen Achse 2 Grad. Die farbigen Bereiche zeigen an, dass bei den entsprechenden Winkelkombinationen eine Modenkopplung auftrat. Aus 18 ist ersichtlich, dass es einen Bereich gibt, in dem die Modenkopplung in der Nähe des Winkelbereichs auftritt, in dem der Winkel, der sich aus der Addition von 90 Grad zum Drehwinkel der eingangsseitigen Faser ergibt, gleich dem Drehwinkel der ausgangsseitigen Faser ist. Die Drehwinkel der eingangsseitigen Faser und der ausgangsseitigen Faser können auf der Grundlage dieser experimentellen Ergebnisse festgelegt werden. Darüber hinaus können anhand der experimentellen Ergebnisse die Winkel θ1 und θ2 an den oben beschriebenen Verbindungspunkten C3 und C4 so eingestellt werden, dass eine Modenkopplung bewirkt wird.
Drittes Modifikationsbeispiel
Eine Faserlaservorrichtung 1C eines in 19 dargestellten dritten Modifikationsbeispiels ist so konfiguriert, dass Laserlicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 1,0 µm ausgegeben wird. Der MFD der ersten optischen Faser 30 war ungefähr 3, 5 µm. Die Länge der ersten optischen Faser 30 war ungefähr 6 m. Der MFD der zweiten optischen Faser 40 und der dritten optischen Faser 50 waren ungefähr 6, 9 µm. Der Dispersionswert des gesamten Resonators war 0,304 ps². In der Faserlaservorrichtung 1C ist anstelle des ASE-Filters 19 ein Bandpassfilter BF vorgesehen. Bei der Ausgabe von Laserlicht im 1,0 µm-Band wird der Dispersionswert zur normalen Dispersion und der Puls breitet sich weiter aus, so dass die Pulsspreizung durch das Bandpassfilter BF begrenzt werden muss. Gemäß dem dritten Modifikationsbeispiel sowie der obigen Ausführungsform kann Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben werden, und es können eine hohe Wiederholrate und eine niedrige Anregungsleistung erreicht werden.
20 ist ein Graph, der eine Spektralform zeigt, und 21(a) und 21(b) sind Graphen, die Frequenzspektren zeigen. Wie in 20 dargestellt, betrug die spektrale Breite 10,9 nm, und es wurde eine ausreichende spektrale Breite erzielt. In 21(a) betrug die Wiederholfrequenz des Ausgangslichts 19,9 MHz. Das S/N-Verhältnis des Frequenzspektrums des Ausgangslichts betrug 70 dB oder mehr. Wie in 21(b) illustriert, waren die Spitzenhöhen gleichmäßig und es wurde eine ausreichende Frequenzstabilität erreicht, selbst wenn das Band auf 1 GHz verbreitert wurde.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele beschränkt. In der obigen Ausführungsform kann die zweite optische Faser 40 nur den zweiten Teil 42 aufweisen und der zweite Teil 42 kann mit dem zweiten Teil 32 der ersten optischen Faser 30 so verbunden sein, dass der Winkel zwischen der schnellen Achse 42X1 des zweiten Teils 42 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 der Winkel θ1 ist, der nicht 0 Grad oder 90 Grad beträgt. Gleichermaßen kann die dritte optische Faser 50 nur den zweiten Teil 52 aufweisen und der zweite Teil 52 kann mit dem zweiten Teil 32 so verbunden sein, dass der Winkel zwischen der schnellen Achse 52X1 des zweiten Teils 52 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 der Winkel θ2 ungleich 0 Grad oder 90 Grad ist.
In der obigen Ausführungsform beträgt der Winkel (erster Winkel) zwischen der schnellen Achse 41X1 des ersten Teils 41 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C2 90 Grad, und der Winkel (zweiter Winkel) zwischen der schnellen Achse 51X1 des ersten Teils 51 und der schnellen Achse 32X1 des zweiten Teils 32 am Verbindungspunkt C4 beträgt 0 Grad. Umgekehrt kann der erste Winkel 0 Grad und der zweite Winkel 90 Grad betragen. Mit anderen Worten reicht es aus, dass der erste Winkel und der zweite Winkel um 90 Grad voneinander abweichen. Auch in diesem Fall kann Licht mit einer zufriedenstellenden Wellenform ausgegeben werden, und es können eine hohe Wiederholrate und eine niedrige Anregungsleistung wie in der obigen Ausführungsform erreicht werden. Mit anderen Worten kann in der obigen Ausführungsform die zweite optische Faser 40 als die dritte optische Faser und kann die dritte optische Faser 50 als die zweite optische Faser betrachtet werden. Ebenso kann im ersten Änderungsbeispiel die zweite optische Faser 40 als die dritte optische Faser, die dritte optische Faser 50 als die zweite optische Faser, die erste Brückenfaser 60 als die zweite Brückenfaser und die zweite Brückenfaser 70 als die erste Brückenfaser betrachtet werden.
Die erste optische Faser 30 kann zwei oder mehr erste Teile 31 aufweisen. In diesem Fall sind die Mehrzahl der ersten Teile 31 und die Mehrzahl der zweiten Teile 32 abwechselnd (versetzt) angeordnet. Auch in diesem Fall sind der erste Teil 31 und der zweite Teil 32, die einander benachbart sind, so miteinander verbunden, dass die schnelle Achse 32X1 des zweiten Teils 32 mit der langsamen Achse 31X2 des ersten Teils 31 an einem Verbindungspunkt zusammenfällt. Wenn die erste optische Faser 30 zwei oder mehr erste Teile 31 hat, ist die Gesamtlänge L31 der ersten Teile 31 die Summe der jeweiligen Längen der ersten Teile 31. Die erste optische Faser 30 kann drei oder mehr zweite Teile 32 haben.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1C: Faserlaservorrichtung
11: Lichtquelle
30: erste optische Faser
31: erster Teil
32: zweiter Teil
40: zweite optische Faser,
41: erster Teil
42: zweiter Teil
50: dritte optische Faser
51: erster Teil
52: zweiter Teil
60: erste Brückenfaser
70: zweite Brückenfaser
L1: Anregungslicht
31X1, 32X1, 41X1, 42X1, 51X1, 52X1, 60X1, 70X1, X1: schnelle Achse
32X2, X2: langsame Achse
C1, C2, C4, C6, C8: Anschlusspunkt
θ1, θ2: Winkel.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3300191 A [0003]

Claims

Faserlaservorrichtung, umfassend: eine erste optische Faser, die durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert ist; eine zweite optische Faser, die durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert und mit einem Ende der ersten optischen Faser verbunden ist; und eine dritte optische Faser, die durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert und mit dem anderen Ende der ersten optischen Faser verbunden ist, wobei die erste optische Faser umfasst mindestens einen ersten Teil und mindestens zwei zweite Teile, die abwechselnd mit dem ersten Teil angeordnet sind, der erste Teil und der zweite Teil, die aneinander angrenzend sind, so miteinander verbunden sind, dass eine schnelle Achse des ersten Teils mit einer langsamen Achse des zweiten Teils an einem Verbindungspunkt zusammenfällt, eine Gesamtlänge des ersten Teils gleich einer Gesamtlänge der zweiten Teile ist, und ein Modenfelddurchmesser der ersten optischen Faser kleiner ist als ein Modenfelddurchmesser der zweiten optischen Faser und ein Modenfelddurchmesser der dritten optischen Faser.
Faserlaservorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite optische Faser oder/und die dritte optische Faser mit der ersten optischen Faser durch Verschmelzung verbunden ist.
Faserlaservorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite optische Faser einen ersten Teil und einen zweiten Teil enthält, der erste Teil der zweiten optischen Faser mit dem einen Ende der ersten optischen Faser so verbunden ist, dass eine schnelle Achse des ersten Teils der zweiten optischen Faser mit einer langsamen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt zusammenfällt, und der zweite Teil der zweiten optischen Faser mit dem ersten Teil der zweiten optischen Faser so verbunden ist, dass ein Winkel zwischen einer schnellen Achse des zweiten Teils der zweiten optischen Faser und einer schnellen Achse des ersten Teils der zweiten optischen Faser ein anderer Winkel als 0 Grad oder 90 Grad an einem Verbindungspunkt ist.
Faserlaservorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die dritte optische Faser einen ersten Teil und einen zweiten Teil enthält, der erste Teil der dritten optischen Faser mit dem anderen Ende der ersten optischen Faser so verbunden ist, dass eine schnelle Achse des ersten Teils der dritten optischen Faser mit einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt zusammenfällt, und der zweite Teil der dritten optischen Faser mit dem ersten Teil der dritten optischen Faser so verbunden ist, dass ein Winkel zwischen einer schnellen Achse des zweiten Teils der dritten optischen Faser und einer schnellen Achse des ersten Teils der dritten optischen Faser ein anderer Winkel als 0 Grad oder 90 Grad an einem Verbindungspunkt ist.
Faserlaservorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei eine Länge des ersten Teils der zweiten optischen Faser gleich eine Länge des ersten Teils der dritten optischen Faser ist.
Faserlaservorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite optische Faser einen ersten Teil enthält, der erste Teil der zweiten optischen Faser mit dem einen Ende der ersten optischen Faser so verbunden ist, dass eine schnelle Achse des ersten Teils der zweiten optischen Faser mit einer langsamen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt zusammenfällt, die dritte optische Faser einen ersten Teil enthält, der erste Teil der dritten optischen Faser mit dem anderen Ende der ersten optischen Faser so verbunden ist, dass eine schnelle Achse des ersten Teils der dritten optischen Faser mit einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt zusammenfällt, und eine Länge des ersten Teils der zweiten optischen Faser gleich einer Länge des ersten Teils der dritten optischen Faser ist.
Faserlaservorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine erste Brückenfaser, die durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert und zwischen der ersten optischen Faser und der zweiten optischen Faser angeschlossen ist, wobei ein Modenfelddurchmesser der ersten Brückenfaser größer als der Modenfelddurchmesser der ersten optischen Faser und kleiner als der Modenfelddurchmesser der zweiten optischen Faser ist.
Faserlaservorrichtung gemäß Anspruch 7, ferner umfassend eine zweite Brückenfaser, die durch eine polarisationserhaltende Faser konfiguriert und zwischen der ersten optischen Faser und der dritten optischen Faser angeschlossen ist, wobei ein Modenfelddurchmesser der zweiten Brückenfaser größer als der Modenfelddurchmesser der ersten optischen Faser und kleiner als der Modenfelddurchmesser der dritten optischen Faser ist.
Faserlaservorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die erste optische Faser eine insgesamt gerade Anzahl von ersten und zweiten Teilen enthält, und eine Differenz zwischen einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der ersten Brückenfaser und einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt und einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der zweiten Brückenfaser und einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt 90 Grad beträgt.
Faserlaservorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die erste optische Faser eine insgesamt ungerade Anzahl von ersten und zweiten Teilen enthält, und eine Differenz zwischen einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der ersten Brückenfaser und einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt und einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der zweiten Brückenfaser und einer schnellen Achse der ersten optischen Faser an einem Verbindungspunkt 0 Grad beträgt.
Faserlaservorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei eine Differenz zwischen einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der ersten Brückenfaser und einer schnellen Achse der zweiten optischen Faser an einem Verbindungspunkt und einem Winkel zwischen einer schnellen Achse der zweiten Brückenfaser und einer schnellen Achse der dritten optischen Faser an einem Verbindungspunkt 0 Grad beträgt.
Faserlaservorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Länge der ersten Brückenfaser gleich der Länge der zweiten Brückenfaser ist.
Faserlaservorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, die ferner umfasst: eine Lichtquelle, die Anregungslicht abgibt; und eine optische Faser, die das Anregungslicht absorbiert und das Laserlicht aussendet, wobei das Laserlicht durch die erste optische Faser, die zweite optische Faser und die dritte optische Faser geleitet wird.