JP2001267667A - 周波数シフト帰還型モード同期レーザ及び周波数シフト帰還型再生モード同期レーザ。 - Google Patents
周波数シフト帰還型モード同期レーザ及び周波数シフト帰還型再生モード同期レーザ。Info
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- JP2001267667A JP2001267667A JP2000081437A JP2000081437A JP2001267667A JP 2001267667 A JP2001267667 A JP 2001267667A JP 2000081437 A JP2000081437 A JP 2000081437A JP 2000081437 A JP2000081437 A JP 2000081437A JP 2001267667 A JP2001267667 A JP 2001267667A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ出力光の各モードの位相の同期状態が
保たれたまま、レーザの共振器長と共振器内に挿入した
音響光学変調器の変調周波数で決まる一定の割合で、各
モードの周波数が時間に比例して変化するような周波数
チャープした新しい光パルス列を発生できることにあ
る。 【解決手段】 レーザの共振器長で決まる基本周波数の
高次の整数倍に相当する正弦波信号によりレーザ共振器
内に設置された光強度変調器６を駆動する高調波モード
同期レーザ共振器において、該レーザ共振器内に周波数
素子である音響光学変調器１０を挿入し、該音響光学変
調器１０により周波数シフトをうけた１次回折光をレー
ザ媒質に帰還することにより、出力パルス毎に周波数が
シフトしたチャープ発振することを特徴とする。
保たれたまま、レーザの共振器長と共振器内に挿入した
音響光学変調器の変調周波数で決まる一定の割合で、各
モードの周波数が時間に比例して変化するような周波数
チャープした新しい光パルス列を発生できることにあ
る。 【解決手段】 レーザの共振器長で決まる基本周波数の
高次の整数倍に相当する正弦波信号によりレーザ共振器
内に設置された光強度変調器６を駆動する高調波モード
同期レーザ共振器において、該レーザ共振器内に周波数
素子である音響光学変調器１０を挿入し、該音響光学変
調器１０により周波数シフトをうけた１次回折光をレー
ザ媒質に帰還することにより、出力パルス毎に周波数が
シフトしたチャープ発振することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モード同期レーザ
若しくは再生モード同期レーザに周波数シフト帰還機構
を組み入れた周波数シフト帰還型モード同期レーザに関
する。モード同期レーザ及び周波数シフト帰還型レーザ
の特徴を融合させることにより、レーザ計測ならびに光
信号処理などの工学上における応用分野が大幅に広が
る。
若しくは再生モード同期レーザに周波数シフト帰還機構
を組み入れた周波数シフト帰還型モード同期レーザに関
する。モード同期レーザ及び周波数シフト帰還型レーザ
の特徴を融合させることにより、レーザ計測ならびに光
信号処理などの工学上における応用分野が大幅に広が
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、モード同期技術を利用した光ファ
イバレーザの応用研究が盛んにおこなわれている。従来
のモード同期レーザを図４に示す。図４において、１は
希土類元素を添加した光ファイバ（以下、希土類添加光
ファイバと記す）、２は希土類添加光ファイバを励起す
るための励起光源、３は励起光を希土類添加光ファイバ
に結合させる光結合器、４は出力を取り出す光分岐器、
５は光の進行方向を１方向に限定する光アイソレータ、
６は光強度変調器、７は光フィルタ、８はシンセサイザ
（標準信号発生器）、９は電気増幅器である。
イバレーザの応用研究が盛んにおこなわれている。従来
のモード同期レーザを図４に示す。図４において、１は
希土類元素を添加した光ファイバ（以下、希土類添加光
ファイバと記す）、２は希土類添加光ファイバを励起す
るための励起光源、３は励起光を希土類添加光ファイバ
に結合させる光結合器、４は出力を取り出す光分岐器、
５は光の進行方向を１方向に限定する光アイソレータ、
６は光強度変調器、７は光フィルタ、８はシンセサイザ
（標準信号発生器）、９は電気増幅器である。
【０００３】図４のモード同期レーザは次のように動作
する。希土類添加光ファイバ１を光結合器３を通して励
起光源２で励起すると、光フィルタ７の透過帯域内で、
光アイソレータ５の順方向に連続光の発振が起こる。次
に、シンセサイザ８から出力される電気信号を電気増幅
器９で電気増幅して、光強度変調器６に印加する。一般
に、共振器長をＬ、屈折率をｎ、光速をｃとすると、共
振器長で決まる周波数ｆ0＝ｃ／ｎＬで変調を加える
と、基本波でのモード同期が実現され、安定なパルス列
が発生できる。更に、変調周波数をレーザの共振器長で
決まる基本周波数のｑ倍、ｑｆ0＝ｑｃ／ｎＬ（ｑは整
数）に設定すると、基本波のｑ倍の周波数で発振する高
調波の強制モード同期が実現できる。即ち、レーザの共
振器内にｑ個の光パルスが等間隔に作られ、高次の変調
周波数に一致した繰り返しをもつパルス列が発生する。
する。希土類添加光ファイバ１を光結合器３を通して励
起光源２で励起すると、光フィルタ７の透過帯域内で、
光アイソレータ５の順方向に連続光の発振が起こる。次
に、シンセサイザ８から出力される電気信号を電気増幅
器９で電気増幅して、光強度変調器６に印加する。一般
に、共振器長をＬ、屈折率をｎ、光速をｃとすると、共
振器長で決まる周波数ｆ0＝ｃ／ｎＬで変調を加える
と、基本波でのモード同期が実現され、安定なパルス列
が発生できる。更に、変調周波数をレーザの共振器長で
決まる基本周波数のｑ倍、ｑｆ0＝ｑｃ／ｎＬ（ｑは整
数）に設定すると、基本波のｑ倍の周波数で発振する高
調波の強制モード同期が実現できる。即ち、レーザの共
振器内にｑ個の光パルスが等間隔に作られ、高次の変調
周波数に一致した繰り返しをもつパルス列が発生する。
【０００４】一方、レーザ共振器内に周波数シフト帰還
機構を設け、時間に比例して周波数が変化する周波数チ
ャープ光を発振させる光源の研究がおこなわれている。
従来の周波数シフト帰還型レーザを図５に示す。図５に
おいて、１は希土類添加光ファイバ、２は希土類添加光
ファイバを励起するための励起光源、３は励起光を希土
類添加光ファイバに結合させる光結合器、４は出力を取
り出す光分岐器、５は光の進行方向を１方向に限定する
光アイソレータ、１０は音響光学変調器、７は光フィル
タ、１１はシンセサイザ、１２は電気増幅器である。図
５において、周波数シフト帰還型レーザは次のように動
作する。希土類添加ファイバ１を光結合器３を通して励
起光源２で励起すると、光アイソレータ５の順方向に自
然放出光が発生し、この自然放出光は音響光学変調器１
０の０次回折光として共振器外部に放射される。その放
射光（非回折光）を破線で示した。
機構を設け、時間に比例して周波数が変化する周波数チ
ャープ光を発振させる光源の研究がおこなわれている。
従来の周波数シフト帰還型レーザを図５に示す。図５に
おいて、１は希土類添加光ファイバ、２は希土類添加光
ファイバを励起するための励起光源、３は励起光を希土
類添加光ファイバに結合させる光結合器、４は出力を取
り出す光分岐器、５は光の進行方向を１方向に限定する
光アイソレータ、１０は音響光学変調器、７は光フィル
タ、１１はシンセサイザ、１２は電気増幅器である。図
５において、周波数シフト帰還型レーザは次のように動
作する。希土類添加ファイバ１を光結合器３を通して励
起光源２で励起すると、光アイソレータ５の順方向に自
然放出光が発生し、この自然放出光は音響光学変調器１
０の０次回折光として共振器外部に放射される。その放
射光（非回折光）を破線で示した。
【０００５】次に、シンセサイザ１１から出力される電
気信号を電気増幅器１２で電気増幅して、音響光学変調
器１０に印加する。音響光学変調器１０により変調を受
けた１次回折光は、ドプラー効果により音響光学変調器
１０の変調周波数ｆFSだけ周波数シフトを受け、またド
プラー角だけ偏向を受けて、レーザ媒質である希土類添
加光ファイバ１に帰還する。ここで周波数シフトの符号
は音響光学変調器１０内における音波と光の進行方向の
関係より決まる。また、音響光学変調器１０内における
音波は進行波であるため、１次回折光が回折する空間的
位置が時間に対して変化する。その結果、レーザの共振
器長が時間に比例して変化することとなり、言い換える
とレーザの共振条件が時間とともに線形に変化する。
気信号を電気増幅器１２で電気増幅して、音響光学変調
器１０に印加する。音響光学変調器１０により変調を受
けた１次回折光は、ドプラー効果により音響光学変調器
１０の変調周波数ｆFSだけ周波数シフトを受け、またド
プラー角だけ偏向を受けて、レーザ媒質である希土類添
加光ファイバ１に帰還する。ここで周波数シフトの符号
は音響光学変調器１０内における音波と光の進行方向の
関係より決まる。また、音響光学変調器１０内における
音波は進行波であるため、１次回折光が回折する空間的
位置が時間に対して変化する。その結果、レーザの共振
器長が時間に比例して変化することとなり、言い換える
とレーザの共振条件が時間とともに線形に変化する。
【０００６】詳細は実施例の詳細で述べるが、周波数シ
フト帰還型レーザでは、周波数が時間に比例して変化す
る（周波数チャープ）モードが発生する。各モードの周
波数チャープの割合は、共振器内において音響光学変調
器１０により光が受ける単位時間あたりの周波数シフト
量に等しく、各モードの周波数間隔は共振器長により決
まる基本周波数に等しいことが判っている。また、各モ
ードの位相関係は非同期、即ち、インコヒーレントであ
り、レーザ出力は縦モードが多モードの連続光となる。
フト帰還型レーザでは、周波数が時間に比例して変化す
る（周波数チャープ）モードが発生する。各モードの周
波数チャープの割合は、共振器内において音響光学変調
器１０により光が受ける単位時間あたりの周波数シフト
量に等しく、各モードの周波数間隔は共振器長により決
まる基本周波数に等しいことが判っている。また、各モ
ードの位相関係は非同期、即ち、インコヒーレントであ
り、レーザ出力は縦モードが多モードの連続光となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】モード同期レーザ出力
光の各モード間における強い位相の相関は、例えば、光
計測分野に応用されている。しかしながら、従来のモー
ド同期レーザにおいては、発振周波数が共振器長で決ま
る基本周波数の高次の整数倍に固定であるため、光計測
は時間領域でおこなわれ、測定感度は光の強度雑音によ
り制限を受けてしまう。一方、周波数シフト帰還型レー
ザは、発振周波数が時間に比例して変化する周波数チャ
ープ光源であり、強度雑音の影響が小さい周波数領域で
の光計測を得意とする。しかしながら、レーザ出力光の
各モード間の位相関係が非同期（インコヒーレント）で
あるため、各モードが独立に変化してコヒーレントな重
ね合わせが成り立たず、やはり測定感度に制限を受けて
しまう。このため、従来のモード同期レーザ及び周波数
シフト帰還型レーザは、それぞれ光計測用光源としての
機能性に改善の余地があった。
光の各モード間における強い位相の相関は、例えば、光
計測分野に応用されている。しかしながら、従来のモー
ド同期レーザにおいては、発振周波数が共振器長で決ま
る基本周波数の高次の整数倍に固定であるため、光計測
は時間領域でおこなわれ、測定感度は光の強度雑音によ
り制限を受けてしまう。一方、周波数シフト帰還型レー
ザは、発振周波数が時間に比例して変化する周波数チャ
ープ光源であり、強度雑音の影響が小さい周波数領域で
の光計測を得意とする。しかしながら、レーザ出力光の
各モード間の位相関係が非同期（インコヒーレント）で
あるため、各モードが独立に変化してコヒーレントな重
ね合わせが成り立たず、やはり測定感度に制限を受けて
しまう。このため、従来のモード同期レーザ及び周波数
シフト帰還型レーザは、それぞれ光計測用光源としての
機能性に改善の余地があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、レーザの共振器長で決まる基本周波数の高
次の整数倍に相当する正弦波信号によりレーザ共振器内
に設置された光変調器を駆動する高調波モード同期レー
ザにおいて、該レーザ共振器内に周波数素子を挿入し、
該周波数素子により周波数シフトを受けた１次回折光を
レーザ媒質に帰還することでレーザ発振する周波数シフ
ト帰還型モード同期レーザを提案する。また、レーザの
モード同期法として再生モード同期法を採用したレーザ
パルス発生法に周波数素子を挿入し、共振器の変動に依
存しない超高安定な周波数シフト帰還型再生モード同期
レーザを提案する。
本発明では、レーザの共振器長で決まる基本周波数の高
次の整数倍に相当する正弦波信号によりレーザ共振器内
に設置された光変調器を駆動する高調波モード同期レー
ザにおいて、該レーザ共振器内に周波数素子を挿入し、
該周波数素子により周波数シフトを受けた１次回折光を
レーザ媒質に帰還することでレーザ発振する周波数シフ
ト帰還型モード同期レーザを提案する。また、レーザの
モード同期法として再生モード同期法を採用したレーザ
パルス発生法に周波数素子を挿入し、共振器の変動に依
存しない超高安定な周波数シフト帰還型再生モード同期
レーザを提案する。
【０００９】〔作用〕本発明によれば、高調波モード同
期レーザの効果により、各モードの位相の同期がかかる
ため超短パルスを発生させることができ、その一方でレ
ーザの共振器長と共振器内に挿入した周波数素子の変調
周波数で決まる一定の割合で、該モードの周波数が時間
に比例して変化するような周波数チャープした光パルス
列を発生できることになる。おのおのの縦モードは周波
数シフトを伴うが、モード間の位相はモード同期技術に
よりロックされていることが大変重要である。これによ
り従来、連続波の多モード発振では不可能であった各周
波数成分間のコヒーレントな重ね合わせを利用すること
が出来、光計測用光源としての性能を大幅に向上させる
ことが出来る。
期レーザの効果により、各モードの位相の同期がかかる
ため超短パルスを発生させることができ、その一方でレ
ーザの共振器長と共振器内に挿入した周波数素子の変調
周波数で決まる一定の割合で、該モードの周波数が時間
に比例して変化するような周波数チャープした光パルス
列を発生できることになる。おのおのの縦モードは周波
数シフトを伴うが、モード間の位相はモード同期技術に
よりロックされていることが大変重要である。これによ
り従来、連続波の多モード発振では不可能であった各周
波数成分間のコヒーレントな重ね合わせを利用すること
が出来、光計測用光源としての性能を大幅に向上させる
ことが出来る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明について、図面に示
す実施例を参照して詳細に説明する。 〔実施例１〕本発明の第１の実施例に係る周波数シフト
帰還型モード同期レーザ共振器を図１に示す。この周波
数シフト帰還型モード同期レーザは、図１に示すよう
に、希土類添加光ファイバ１、希土類添加光ファイバを
励起するための励起光源２、励起光を希土類添加光ファ
イバに結合させる光結合器３、出力を取り出す光分岐器
４、光の進行方向を１方向に限定する光アイソレータ
５、光強度変調器６、光フィルタ７、シンセサイザ８、
電気増幅器９、周波数素子の一例として設けられる音響
光学変調器１０、シンセサイザ１１、電気増幅器１２か
ら構成される。
す実施例を参照して詳細に説明する。 〔実施例１〕本発明の第１の実施例に係る周波数シフト
帰還型モード同期レーザ共振器を図１に示す。この周波
数シフト帰還型モード同期レーザは、図１に示すよう
に、希土類添加光ファイバ１、希土類添加光ファイバを
励起するための励起光源２、励起光を希土類添加光ファ
イバに結合させる光結合器３、出力を取り出す光分岐器
４、光の進行方向を１方向に限定する光アイソレータ
５、光強度変調器６、光フィルタ７、シンセサイザ８、
電気増幅器９、周波数素子の一例として設けられる音響
光学変調器１０、シンセサイザ１１、電気増幅器１２か
ら構成される。
【００１１】ここで、例えば、希土類添加ファイバ１と
してエルビウム添加ファイバを用いると、レーザの発振
波長は１．５μｍとなる。励起光源２としては、半導体
レーザを用いることができる。光強度変調器６として
は、例えば、ニオブ酸リチウム製のマッハツェンダ型強
度変調器などを用いることができる。音響光学変調器１
０の媒体には、例えば、二酸化テルル、砒素セレン、モ
リブデン酸鉛、弾性表面波素子、あるいは光ファイバそ
のものなど、様々な音響光学結晶を用いることができ
る。
してエルビウム添加ファイバを用いると、レーザの発振
波長は１．５μｍとなる。励起光源２としては、半導体
レーザを用いることができる。光強度変調器６として
は、例えば、ニオブ酸リチウム製のマッハツェンダ型強
度変調器などを用いることができる。音響光学変調器１
０の媒体には、例えば、二酸化テルル、砒素セレン、モ
リブデン酸鉛、弾性表面波素子、あるいは光ファイバそ
のものなど、様々な音響光学結晶を用いることができ
る。
【００１２】以下、本周波数シフト帰還型モード同期レ
ーザにおける周波数チャープした光パルス列の発生につ
いて説明する。希土類添加ファイバ１を光結合器３を通
して励起光源２で励起すると、光アイソレータ５の順方
向に自然放出光が発生し、音響光学変調器１０の０次回
折光として共振器外部に放射される。その放射光（非回
折光）を破線で示した。次に、電気増幅器１２でシンセ
サイザ１１から出力される電気信号を増幅して、音響光
学変調器１０に印加する。音響光学変調器１０により変
調を受けた１次回折光は、ドプラー効果により音響光学
変調器１０の変調周波数ｆFSだけ周波数シフトを受け、
またドプラー角だけ偏向を受けて、レーザ媒質である希
土類添加光ファイバ１に帰還する。
ーザにおける周波数チャープした光パルス列の発生につ
いて説明する。希土類添加ファイバ１を光結合器３を通
して励起光源２で励起すると、光アイソレータ５の順方
向に自然放出光が発生し、音響光学変調器１０の０次回
折光として共振器外部に放射される。その放射光（非回
折光）を破線で示した。次に、電気増幅器１２でシンセ
サイザ１１から出力される電気信号を増幅して、音響光
学変調器１０に印加する。音響光学変調器１０により変
調を受けた１次回折光は、ドプラー効果により音響光学
変調器１０の変調周波数ｆFSだけ周波数シフトを受け、
またドプラー角だけ偏向を受けて、レーザ媒質である希
土類添加光ファイバ１に帰還する。
【００１３】ここで周波数シフトの符号は音響光学変調
器１０内における音波と光の進行方向の関係より決ま
る。また、音響光学変調器１０内における音波は進行波
であるため、１次回折光が回折する空間的位置が時間に
対して変化する。その結果、レーザの共振器長が時間に
比例して変化することとなり、即ちレーザの共振条件が
時間とともに変化する。この場合、光学共振長及び共振
条件と時間の関係は次の式で与えられる。
器１０内における音波と光の進行方向の関係より決ま
る。また、音響光学変調器１０内における音波は進行波
であるため、１次回折光が回折する空間的位置が時間に
対して変化する。その結果、レーザの共振器長が時間に
比例して変化することとなり、即ちレーザの共振条件が
時間とともに変化する。この場合、光学共振長及び共振
条件と時間の関係は次の式で与えられる。
【００１４】
【数１】
【００１５】ここで、ｎは共振器の屈折率、λは光の波
長、Ｎは整数であり、ｎＬ／Ｎ＝λ及びｎＬ≫ｆFSλｔ
の関係がある。周波数シフト帰還型レーザ共振器では、
周波数が時間に比例して変化する（周波数チャープ）モ
ードが発生する。各モードの周波数チャープの割合は、
共振器内において音響光学変調器１０により光が受ける
単位時間あたりの周波数シフト量ｆFS／（ｎＬ／ｃ）に
等しく、各モードの周波数間隔は共振器長により決まる
基本周波数ｆ0＝ｃ／ｎＬに等しい。
長、Ｎは整数であり、ｎＬ／Ｎ＝λ及びｎＬ≫ｆFSλｔ
の関係がある。周波数シフト帰還型レーザ共振器では、
周波数が時間に比例して変化する（周波数チャープ）モ
ードが発生する。各モードの周波数チャープの割合は、
共振器内において音響光学変調器１０により光が受ける
単位時間あたりの周波数シフト量ｆFS／（ｎＬ／ｃ）に
等しく、各モードの周波数間隔は共振器長により決まる
基本周波数ｆ0＝ｃ／ｎＬに等しい。
【００１６】また、（１）式における符号は、音波と光
の進行方向が同方向の場合が正の符号に、異方向の場合
が負の符号にそれぞれ対応している。モード同期動作を
行わない場合は各モードの位相関係は非同期であり、レ
ーザ出力は連続光となる。次に、電気増幅器９でシンセ
サイザ８から出力される電気信号を増幅して、光強度変
調器６に印加する。光強度変調器６の変調周波数を周波
数チャープモードの周波数間隔ｆ0＝ｃ／ｎＬに設定す
ると、強制モード同期により各モードの位相がロックさ
れる。即ち、レーザ出力は基本周波数ｆ0の繰り返し周
波数をもつ、周波数チャープした光パルス列となる。更
に、変調周波数を基本周波数のｑ倍、ｑｆ0＝ｑｃ／ｎ
Ｌ（ｑは整数）に設定すると、基本波のｑ倍の周波数で
発振する高調波の強制モード同期が実現できる。即ち、
レーザの共振器内にｑ個の光パルスが等間隔に作られ、
高次の変調周波数に一致した繰り返しをもつ、周波数チ
ャープした光パルス列が発生する。
の進行方向が同方向の場合が正の符号に、異方向の場合
が負の符号にそれぞれ対応している。モード同期動作を
行わない場合は各モードの位相関係は非同期であり、レ
ーザ出力は連続光となる。次に、電気増幅器９でシンセ
サイザ８から出力される電気信号を増幅して、光強度変
調器６に印加する。光強度変調器６の変調周波数を周波
数チャープモードの周波数間隔ｆ0＝ｃ／ｎＬに設定す
ると、強制モード同期により各モードの位相がロックさ
れる。即ち、レーザ出力は基本周波数ｆ0の繰り返し周
波数をもつ、周波数チャープした光パルス列となる。更
に、変調周波数を基本周波数のｑ倍、ｑｆ0＝ｑｃ／ｎ
Ｌ（ｑは整数）に設定すると、基本波のｑ倍の周波数で
発振する高調波の強制モード同期が実現できる。即ち、
レーザの共振器内にｑ個の光パルスが等間隔に作られ、
高次の変調周波数に一致した繰り返しをもつ、周波数チ
ャープした光パルス列が発生する。
【００１７】〔実施例２〕本発明の第２の実施例に係る
再生モード同期型の周波数シフト帰還型のレーザの構成
を図２に示す。希土類添加光ファイバ１を光結合器３を
通して励起光源２で励起すると、光フィルタの透過帯域
内で、光アイソレータ５の順方向に連続光の発振が起こ
る。この際、レーザの出力を光分岐器１３を通して取り
出し、受光素子１４により光パルスを受光する。光分岐
器１３の代わりに光り出力の一部を分離して受光しても
良い。次に、狭帯域電気フィルタ及び電気増幅器からな
るクロック抽出器１５に入力する。
再生モード同期型の周波数シフト帰還型のレーザの構成
を図２に示す。希土類添加光ファイバ１を光結合器３を
通して励起光源２で励起すると、光フィルタの透過帯域
内で、光アイソレータ５の順方向に連続光の発振が起こ
る。この際、レーザの出力を光分岐器１３を通して取り
出し、受光素子１４により光パルスを受光する。光分岐
器１３の代わりに光り出力の一部を分離して受光しても
良い。次に、狭帯域電気フィルタ及び電気増幅器からな
るクロック抽出器１５に入力する。
【００１８】このクロック抽出器１５によりレーザ出力
から特定の周波数の正弦波のクロック信号（パルス繰り
返し周波数）を抜き出し、位相器１６で位相を調整し、
電気増幅器９でクロック信号を増幅した後、光強度変調
器６に印加する。従って、図２では受光素子１４で受光
してから、光強度変調器６へのクロック信号の印加まで
閉ループを構成することになる。この場合、シンセサイ
ザは必要としない。共振器内ではクロック信号に同期し
た周波数で光が強度変調されるが、もともとこの光はレ
ーザから放出された信号なので、いつも最適に変調され
ることになる。
から特定の周波数の正弦波のクロック信号（パルス繰り
返し周波数）を抜き出し、位相器１６で位相を調整し、
電気増幅器９でクロック信号を増幅した後、光強度変調
器６に印加する。従って、図２では受光素子１４で受光
してから、光強度変調器６へのクロック信号の印加まで
閉ループを構成することになる。この場合、シンセサイ
ザは必要としない。共振器内ではクロック信号に同期し
た周波数で光が強度変調されるが、もともとこの光はレ
ーザから放出された信号なので、いつも最適に変調され
ることになる。
【００１９】ここで、１０ＧＨｚのクロック抽出器を用
いる場合を考える。基本周波数の整数倍に一致しない１
０ＧＨｚ付近のクロック信号は、安定なパルス列を発生
できないため、クロック抽出過程において消滅するが、
基本周波数の整数倍に一致したクロック信号は、変調周
波数と光パルスの繰り返しが完全に一致するため、安定
なパルス発振が徐々に強められる。これが繰り返される
と、最初は雑音的であった基本周波数の整数倍に一致し
たある一つの１０ＧＨｚ付近のクロック信号だけが残
る。即ち、余分な縦モードを抑制した一つのクロック信
号だけで、光強度変調器６を駆動するようになり、１０
ＧＨｚの高調波モード同期が達成される。この際、周波
数素子である音響光学変調器１０による周波数シフトの
効果は図１と全く同一であり、周波数シフト帰還型の再
生モード同期レーザが実現できることになる。
いる場合を考える。基本周波数の整数倍に一致しない１
０ＧＨｚ付近のクロック信号は、安定なパルス列を発生
できないため、クロック抽出過程において消滅するが、
基本周波数の整数倍に一致したクロック信号は、変調周
波数と光パルスの繰り返しが完全に一致するため、安定
なパルス発振が徐々に強められる。これが繰り返される
と、最初は雑音的であった基本周波数の整数倍に一致し
たある一つの１０ＧＨｚ付近のクロック信号だけが残
る。即ち、余分な縦モードを抑制した一つのクロック信
号だけで、光強度変調器６を駆動するようになり、１０
ＧＨｚの高調波モード同期が達成される。この際、周波
数素子である音響光学変調器１０による周波数シフトの
効果は図１と全く同一であり、周波数シフト帰還型の再
生モード同期レーザが実現できることになる。
【００２０】このとき、例えば、光共振器内の希土類添
加光ファイバ１と光分岐器４の間に光パルス圧縮用光フ
ァイバを挿入することにより、光ソリトンの効果を用い
て発生する光パルスのパルス幅を短くできる。また、こ
の非線形ファイバにより、高調波モード同期の問題点と
なるスーパーモード雑音も除去できることが特徴であ
る。本レーザパルス発振器においては、温度変動により
共振器長が変化し、光パルスの繰り返しが変化しても、
光パルスの繰り返しに同期したクロック信号で変調を行
なうため、変調周波数と光パルスの繰り返しの間にずれ
が生じない。従って、従来の技術と違い、温度変動によ
って光パルスの波形が劣化しない特徴をもつ。
加光ファイバ１と光分岐器４の間に光パルス圧縮用光フ
ァイバを挿入することにより、光ソリトンの効果を用い
て発生する光パルスのパルス幅を短くできる。また、こ
の非線形ファイバにより、高調波モード同期の問題点と
なるスーパーモード雑音も除去できることが特徴であ
る。本レーザパルス発振器においては、温度変動により
共振器長が変化し、光パルスの繰り返しが変化しても、
光パルスの繰り返しに同期したクロック信号で変調を行
なうため、変調周波数と光パルスの繰り返しの間にずれ
が生じない。従って、従来の技術と違い、温度変動によ
って光パルスの波形が劣化しない特徴をもつ。
【００２１】更に、従来必要とした高精度なシンセサイ
ザや共振器安定化のためのアクティブな負帰還回路が不
要となるため、経済的な利点も大きい。図３に時間とと
もに、そのパルスの周波数が変化する様子を示す。図３
（ａ）は時間とともに周波数が変化している様子を示し
ているが、その傾きは変調周波数に比例し、共振器長に
反比例する。即ち、短い共振器を構成し、音響光学変調
器１０の変調周波数を上げることにより周波数シフトの
大きなレーザが構成できる。また、図３（ｂ）は出力パ
ルスの一つ一つが周波数シフトする様子を示しておりそ
の周波数差はΔν＝ｆFS／ｑで与えられる。このように
パルス毎に周波数が等間隔で変化していくレーザは今ま
でにないものである。
ザや共振器安定化のためのアクティブな負帰還回路が不
要となるため、経済的な利点も大きい。図３に時間とと
もに、そのパルスの周波数が変化する様子を示す。図３
（ａ）は時間とともに周波数が変化している様子を示し
ているが、その傾きは変調周波数に比例し、共振器長に
反比例する。即ち、短い共振器を構成し、音響光学変調
器１０の変調周波数を上げることにより周波数シフトの
大きなレーザが構成できる。また、図３（ｂ）は出力パ
ルスの一つ一つが周波数シフトする様子を示しておりそ
の周波数差はΔν＝ｆFS／ｑで与えられる。このように
パルス毎に周波数が等間隔で変化していくレーザは今ま
でにないものである。
【００２２】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、レーザの共振器長で決まる基本周波数の高次の整数
倍に相当する正弦波信号によりレーザ共振器内に設置さ
れた光変調器を駆動する高調波モード同期レーザにおい
て、周波数シフト帰還機構を組み入れることにより、レ
ーザ出力光の各モードの位相の同期状態が保たれたま
ま、レーザの共振器長と共振器内に挿入した音響光学変
調器１０の変調周波数で決まる一定の割合で、各モード
の周波数が時間に比例して変化するような周波数チャー
プした新しい光パルス列を発生できる。また、再生モー
ド同期法と組み合わせることにより超高安定な周波数チ
ャープレーザが実現できる。今までのモード同期レーザ
ではパルス列の特性は皆同一で、時間とともにその性質
を変化させることが不可能と思われていたが、本発明は
それを可能にしたもので新しい応用が数多く考えられ
る。
ば、レーザの共振器長で決まる基本周波数の高次の整数
倍に相当する正弦波信号によりレーザ共振器内に設置さ
れた光変調器を駆動する高調波モード同期レーザにおい
て、周波数シフト帰還機構を組み入れることにより、レ
ーザ出力光の各モードの位相の同期状態が保たれたま
ま、レーザの共振器長と共振器内に挿入した音響光学変
調器１０の変調周波数で決まる一定の割合で、各モード
の周波数が時間に比例して変化するような周波数チャー
プした新しい光パルス列を発生できる。また、再生モー
ド同期法と組み合わせることにより超高安定な周波数チ
ャープレーザが実現できる。今までのモード同期レーザ
ではパルス列の特性は皆同一で、時間とともにその性質
を変化させることが不可能と思われていたが、本発明は
それを可能にしたもので新しい応用が数多く考えられ
る。
【００２３】本発明を用いれば、例えば、モード同期レ
ーザを光源とした光計測を周波数領域で行うことによ
り、高性能な光計測を実現できる。例えば、反射体若し
くは散乱体・分散性媒質からの周波数シフトした信号と
光源のもとの信号とのビート信号を測定するような場
合、ビート信号がコヒーレントに重ね合わせることがで
きるため大幅にＳＮ比が良くなり、従来に比べて２０ｄ
Ｂ以上ダイナミックレンジを向上することが出来る。ま
た、このように時間とともに光パルスの周波数が変わる
特性を利用するとパルスのタイミングを制御することに
より、波長の異なる信号光パルスのスイッチング、アレ
ー型導波路（Array Waveguide:：ＡＷＧ）などの波長選
択光カプラーを出力に接続することにより光パルスにル
ーティング・多波長光源への変換を行うことが出来る。
ーザを光源とした光計測を周波数領域で行うことによ
り、高性能な光計測を実現できる。例えば、反射体若し
くは散乱体・分散性媒質からの周波数シフトした信号と
光源のもとの信号とのビート信号を測定するような場
合、ビート信号がコヒーレントに重ね合わせることがで
きるため大幅にＳＮ比が良くなり、従来に比べて２０ｄ
Ｂ以上ダイナミックレンジを向上することが出来る。ま
た、このように時間とともに光パルスの周波数が変わる
特性を利用するとパルスのタイミングを制御することに
より、波長の異なる信号光パルスのスイッチング、アレ
ー型導波路（Array Waveguide:：ＡＷＧ）などの波長選
択光カプラーを出力に接続することにより光パルスにル
ーティング・多波長光源への変換を行うことが出来る。
【図１】本発明の第１の実施例に係る周波数シフト帰還
型モード同期レーザの構成図である。
型モード同期レーザの構成図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る周波数シフト帰還
型再生モード同期レーザの構成図である。
型再生モード同期レーザの構成図である。
【図３】周波数シフト帰還型モード同期レーザの動作特
性、特に周波数シフトに関する振る舞いについて記述し
ており、図３（ａ）は時間的な周波数変化の様子を示す
グラフ、図３（ｂ）はパルス波形毎の周波数変化を示す
グラフである。
性、特に周波数シフトに関する振る舞いについて記述し
ており、図３（ａ）は時間的な周波数変化の様子を示す
グラフ、図３（ｂ）はパルス波形毎の周波数変化を示す
グラフである。
【図４】従来の高調波モード同期レーザの構成図であ
る。
る。
【図５】従来の周波数シフト帰還型レーザの構成図であ
る。
る。
１ 希土類添加光ファイバ ２ 希土類添加光ファイバを励起するための励起光源 ３ 励起光を希土類添加光ファイバに結合させる光結合
器 ４ 出力を取り出す光分岐器 ５ 光の進行方向を１方向に限定する光アイソレータ ６ 光変調器 ７ 光フィルタ ８ シンセサイザ（標準信号発生器） ９ 電気増幅器 １０ 音響光学変調器 １１ シンセサイザ １２ 電気増幅器 １３ クロック抽出用光分岐回路 １４ 受光素子 １５ クロック抽出器 １６ 位相器
器 ４ 出力を取り出す光分岐器 ５ 光の進行方向を１方向に限定する光アイソレータ ６ 光変調器 ７ 光フィルタ ８ シンセサイザ（標準信号発生器） ９ 電気増幅器 １０ 音響光学変調器 １１ シンセサイザ １２ 電気増幅器 １３ クロック抽出用光分岐回路 １４ 受光素子 １５ クロック抽出器 １６ 位相器
Claims (2)
- 【請求項１】 レーザの共振器長で決まる基本周波数の
高次の整数倍に相当する正弦波信号によりレーザ共振器
内に設置された光変調器を駆動する高調波モード同期レ
ーザ共振器において、該レーザ共振器内に周波数素子を
挿入し、該周波数素子により周波数シフトを受けた１次
回折光をレーザ媒質に帰還することにより、出力パルス
毎に周波数がシフトしたチャープ発振することを特徴と
する周波数シフト帰還型モード同期レーザ。 - 【請求項２】 レーザ共振器内に設置された光変調器の
変調周波数をレーザの共振器長で決まる基本周波数の高
次の整数倍に設定して得られる高調波モード同期レーザ
パルス発振器において、該レーザの出力の一部からクロ
ック抽出器によりその繰り返しに相当する正弦波信号を
抽出し、その周波数により該光変調器を駆動する閉ルー
プを設けることによりレーザパルス発振器を構成し、 更に該レーザ共振器内に周波数素子を挿入し、該周波数
素子により周波数シフトを受けた１次回折光をレーザ媒
質に帰還することにより、自動的に繰り返しを最適状態
に保ち、出力パルス毎に周波数がシフトした高安定なチ
ャープ発振することを特徴とする周波数シフト帰還型再
生モード同期レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081437A JP3580488B2 (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 周波数シフト帰還型モード同期レーザ及び周波数シフト帰還型再生モード同期レーザ。 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000081437A JP3580488B2 (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 周波数シフト帰還型モード同期レーザ及び周波数シフト帰還型再生モード同期レーザ。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001267667A true JP2001267667A (ja) | 2001-09-28 |
| JP3580488B2 JP3580488B2 (ja) | 2004-10-20 |
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ID=18598376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000081437A Expired - Fee Related JP3580488B2 (ja) | 2000-03-23 | 2000-03-23 | 周波数シフト帰還型モード同期レーザ及び周波数シフト帰還型再生モード同期レーザ。 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3580488B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008536096A (ja) * | 2005-02-14 | 2008-09-04 | デジタル シグナル コーポレイション | レーザレーダシステム、及びチャープされた電磁波を提供するシステム及び方法 |
| CN100444479C (zh) * | 2005-10-21 | 2008-12-17 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 全光纤环形腔主动调q激光器 |
| JP2009526999A (ja) * | 2006-02-14 | 2009-07-23 | デジタル シグナル コーポレイション | チャープされた電磁放射を提供するシステムおよび方法 |
| US8177363B2 (en) | 2005-12-14 | 2012-05-15 | Digital Signal Corporation | System and method for tracking eyeball motion |
| US8717545B2 (en) | 2009-02-20 | 2014-05-06 | Digital Signal Corporation | System and method for generating three dimensional images using lidar and video measurements |
| US9872639B2 (en) | 2004-09-21 | 2018-01-23 | Digital Signal Corporation | System and method for remotely monitoring physiological functions |
| WO2018074511A1 (ja) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | 株式会社フジクラ | ファイバレーザ装置 |
| CN110350390A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-10-18 | 浙江大学 | 一种宽谱带声光移频激光器 |
| CN110657955A (zh) * | 2019-08-30 | 2020-01-07 | 中国空间技术研究院 | 一种基于电光相位调制频移反馈环路的激光频率漂移测量方法及系统 |
-
2000
- 2000-03-23 JP JP2000081437A patent/JP3580488B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9872639B2 (en) | 2004-09-21 | 2018-01-23 | Digital Signal Corporation | System and method for remotely monitoring physiological functions |
| JP2008536096A (ja) * | 2005-02-14 | 2008-09-04 | デジタル シグナル コーポレイション | レーザレーダシステム、及びチャープされた電磁波を提供するシステム及び方法 |
| US8582085B2 (en) | 2005-02-14 | 2013-11-12 | Digital Signal Corporation | Chirped coherent laser radar with multiple simultaneous measurements |
| CN100444479C (zh) * | 2005-10-21 | 2008-12-17 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 全光纤环形腔主动调q激光器 |
| US8177363B2 (en) | 2005-12-14 | 2012-05-15 | Digital Signal Corporation | System and method for tracking eyeball motion |
| US8579439B2 (en) | 2005-12-14 | 2013-11-12 | Digital Signal Corporation | System and method for tracking eyeball motion |
| JP2009526999A (ja) * | 2006-02-14 | 2009-07-23 | デジタル シグナル コーポレイション | チャープされた電磁放射を提供するシステムおよび方法 |
| US8717545B2 (en) | 2009-02-20 | 2014-05-06 | Digital Signal Corporation | System and method for generating three dimensional images using lidar and video measurements |
| WO2018074511A1 (ja) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | 株式会社フジクラ | ファイバレーザ装置 |
| US11070021B2 (en) | 2016-10-21 | 2021-07-20 | Fujikura Ltd. | Fiber laser device |
| CN110350390A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-10-18 | 浙江大学 | 一种宽谱带声光移频激光器 |
| CN110657955A (zh) * | 2019-08-30 | 2020-01-07 | 中国空间技术研究院 | 一种基于电光相位调制频移反馈环路的激光频率漂移测量方法及系统 |
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| JP3580488B2 (ja) | 2004-10-20 |
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