JP2003198021A - Fiber laser - Google Patents

Fiber laser

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JP2003198021A
JP2003198021A JP2001391029A JP2001391029A JP2003198021A JP 2003198021 A JP2003198021 A JP 2003198021A JP 2001391029 A JP2001391029 A JP 2001391029A JP 2001391029 A JP2001391029 A JP 2001391029A JP 2003198021 A JP2003198021 A JP 2003198021A
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JP
Japan
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optical
laser
light
resonator
polarization
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Pending
Application number
JP2001391029A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Suzuki
健司 鈴木
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Mitsui Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Chemicals Inc
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single-frequency fiber laser free from mode hopping with no sideband in its laser frequency. <P>SOLUTION: This fiber laser comprises a first wavelength multiplexing coupler 61a, an optical amplifier fiber 41, a second wavelength multiplexing coupler 61b, a first optical isolator 43a, a band-pass filter 59, a polarization controller 58, a fiber stretcher 57, a Glan laser prism 44, a lens 60, a beam sampler 49, an optical resonator 47 including a Brewster plate 46 interposed between a pair of reflecting mirrors 45a, 45b, and a second optical isolator 43b, all which are arranged on an optical axis 48 to configure the ring resonator fiber laser. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅ファイバを
用いてレーザ発振を行うファイバレーザ光源に関し、特
に隣接する縦モードの発振を抑制し、また、モードホッ
ピングを解消したファイバレーザに関する。こうしたフ
ァイバレーザは、計測や光通信などの用途に好適であ
る。 【0002】 【従来の技術】従来、希土類元素を添加した光増幅ファ
イバを用いてリング型のレーザ共振器を構成したファイ
バレーザにおいて、隣接する縦モードにおけるレーザ発
振を抑制する目的で、エタロンをレーザ共振器内に配置
する方法や、サブリングを設けて二重リング型共振器と
するなどの、共振器型のフィルター素子を設ける方法が
提案されている。一般的に、ファイバレーザの縦モード
周波数間隔は狭いため、隣接する縦モードにおけるレー
ザ発振を抑制するには、フィルター素子の特性を狭帯域
としなければならない。しかしながらこのことは、レー
ザ共振器の光学長変動に起因してレーザ周波数が変動し
た場合に、フィルター素子の共振周波数にたいする同調
が容易にはずれてしまい、レーザ発振が別の縦モードに
移行する、いわゆるモードホッピングが発生することが
知られている。このモードホッピングの問題を解消する
ため、ファイバレーザの周波数をフィルタ素子の共振周
波数に同調制御する方法がとられている。一例として、
共振器型フィルタ素子の光学長を変調することにより、
レーザ出力の強度を変調し、これを位相検波することで
誤差信号を生成、レーザ共振器の光学長をフィードバッ
ク制御する方法が提案されている(Zhang J. et al.,
J.Lightwave Technol. 14(1),104 (1996))。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】特に計測で使用される
ファイバレーザの特性として、単一の周波数においてレ
ーザ発振することが要求される。しかしなから、例示し
た従来技術では、共振器型フィルタ素子の光学長を変調
することが原因で、レーザ周波数を中心として百kHz
オーダーの帯域幅にわたって側帯波が発生することや、
誤差信号生成するためにレーザ出力を強度変調すること
が原理的に側帯波を伴うなど、単一周波数のレーザ光源
として利用する上で不十分であった。 【0004】本発明の目的は、モードホッピングを解消
した単一周波数ファイバレーザで、レーザ周波数に側帯
波の無いファイバレーザを提供することである。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明は、希土類元素を
含む光増幅ファイバと、光アイソレータとを用いてレー
ザ共振器を構成し、光増幅ファイバに励起光を入力して
レーザ発振を行わせるとともに、光増幅ファイバ内のレ
ーザ光の伝播方向を前記光アイソレータで一方向に規制
したファイバレーザにおいて、第一の偏光子を備え、前
記光増幅ファイバのレーザ光の出力側と入力側を、前記
偏光子のそれぞれ異なるポートに配置し、前記出力側の
レーザ光が、前記偏光子を経て出力される別のポートの
光軸上に、第二の偏光子と一対の反射鏡とをこの順に配
置して構成した光共振器を配置し、前記光共振器の固有
偏光軸の方向を前記光共振器に入射する入射光の偏光方
向に対して0゜または90゜でない角度に配置し、前記
入射光の偏光成分の一方が前記固有偏光軸の一方におい
て共振するときに、前記光共振器の反射光が、前記入射
光と同一の光軸を逆方向に進行し、前記第一の偏光子に
おいて、前記入射光の偏光と直交する偏光ポートへ出力
されて、光増幅ファイバの入力側に帰還するリング型の
レーザ共振器を構成し、前記光共振器と前記第一の偏光
子の間の光軸上に前記反射光の一部を反射し分岐光とす
るビーム分岐手段と、前記分岐光の光軸上に1/4波長
板と、偏光分離手段と、前記偏光分離手段によって分離
された偏光成分の各々の光強度を検出する光検出器と、
前記光検出器が出力する電気信号から誤差信号を発生す
る回路と、前記誤差信号から制御信号を発生し出力する
制御回路と、前記制御信号に応じて前記レーザ共振器の
光学長を調整する光学長調整手段とを備え、レーザ発振
の周波数を前記光共振器の共振周波数に同調する手段を
構成したことを特徴とするファイバレーザである。 【0006】以下、本発明の原理を図1に示す配置例を
参照して説明する。図1において、光増幅ファイバ1
と、光アイソレータ3aおよび3bと、偏光子4と、一
対の反射鏡5aと5bの間に偏光素子6としてブリュー
スタ板を配置した光共振器7とが光軸8上に配置され、
リング型のレーザ共振器を構成している。出力光18
は、偏光子4の1つのポートから出力される。励起光源
2a、2bから放射される励起光は、波長多重光合波器
21aならびに21bを介して光増幅ファイバ1に合
波、吸収される。光共振器7は直線型共振器で、その光
軸は光軸8に一致している。光共振器7の内部にブリュ
ースタ板6を配置することによって、入射面の方向とそ
れに直交する方向に光共振器7の固有偏光軸が形成され
る。 【0007】また、光共振器7と偏光子4の間の光軸8
上には、光共振器7の反射光8bの一部を反射して分岐
光とする、ビーム分岐素子9が配置される。また、分岐
光の光軸10上には、1/4波長板11と、偏光分離素
子12と、光検出器13aならびに13bと、差動増幅
回路14とが配置され、誤差信号生成系15を形成す
る。ビーム分岐素子9は、その直交する偏光成分の両方
についてゼロでない反射率を有し、さらに偏光成分の間
に新たな位相差を付加しない特性を有するものとする。
1/4波長板11の偏光軸と偏光分離素子12の偏光軸
とは、互いに45゜の角度をなすように配置される。 【0008】さらに、誤差信号から制御信号を発生し出
力する制御回路16と、制御信号に応じてレーザ共振器
の光学長を調整する光学長調整手段17とを備える。 【0009】以上の配置において、光増幅ファイバ1か
ら出力された光は、光アイソレータ3aを経て、偏光子
4の一つのポートから入り、直線偏光の光8aとなって
別のポートから出射、反射鏡5aに入射する。ここでブ
リュースタ板6の入射面の方向を、入射する直線偏光の
方向に対して0゜または90゜でない角度をなすように
配置することにより、光8aは光共振器7の固有偏光軸
方向の直交する二つの偏光成分に分解される。 【0010】分解された偏光成分の一方が光共振器7に
共振する場合、光共振器7の反射光8bは入射光8aと
直交する偏光成分を有する直線偏光となって光軸8上を
逆方向に進行し、偏光子4の光8aと直交する偏光ポー
トへ出力され、光8cとなる。光8cは光アイソレータ
3bを経て光増幅ファイバ1に入力する。これに対し
て、分解された偏光成分のいずれもが共振しない場合、
反射光8bは入射光8aの偏光状態に近い楕円偏光状態
となるので、光8cの強度は共振時に比較して小さくな
る。したがって、偏光子4と光共振器7で構成される光
学系は、光8aの入力に対して光8cを出力する際のフ
ィルタ光学系としてはたらく。 【0011】偏光素子を含む光共振器と、誤差信号生成
系15の構成の組み合わせから誤差信号を生成する方法
は、Hanschらにより提案されている(Opt.Commun. 35
(3),441(1980))ものであり、この方法は誤差信号の生
成にあたってレーザ周波数に側帯波を必要としない。 【0012】偏光子4と光共振器7とからなるフィルタ
光学系と、ビーム分岐素子9と誤差信号生成光学系14
からなる光学系の特性は、以下のように、ジョーンズマ
トリクスを用いて計算することができる。 【0013】P1とP2をそれぞれ偏光子4の光8aと光
8cに対する偏光特性(P1とP2は直交する)、TBS
ビーム分岐素子9の透過、RBSをビーム分岐素子9の反
射、R(α)をビーム分岐素子9の入射面の方向、C(π
/2)を1/4波長板11の移相量、R(ψ)を1/4波
長板11の進相軸の方向、PaとPbをそれぞれ偏光分離
素子の光検出器13a、13bへの偏光成分の分解、R
(φ)を偏光分離素子の偏光軸の方向、R(β)を光共振器
7の固有偏光軸の方向をそれぞれ表す行列とする。ま
た、光共振器7の反射特性を表す行列MRは対角行列で
あり、各行列要素は次のように表される。 【0014】11要素: MR11=[−√R1+(1−α1)
√R2exp(−i2δ)]/[1−(1−α1)√(R12)e
xp(−i2δ)] 22要素: MR22=[−√R1+(1−α2)√R2exp
(−i2δ)]/[1−(1−α2)√(R12)exp(−i2
δ)] . ここで、R1とR2はそれぞれ反射鏡5aと5bの反射
率、α1とα2はそれぞれブリュースタ板の入射面方向と
それに直交する方向の偏光に対する光共振器7の損失、
δは片道の光路位相である。 【0015】以上の行列を用いて、フィルタ光学系の行
列Mは次のように表される。 【0016】M=P2・R(α)・TBS・R(−α)・R
(β)・MR・R(−β)・R(α)・T BS・R(−α)・P1
. また、光検出器13aと13bに到達する光の行列
a、Mbはそれぞれ次のように表される。 【0017】Ma=R(φ)・Pa・R(−φ)・R(ψ)・C
(π/2)・R(−ψ)・R(α)・RBS・R(−α)・R(β)
・MR・R(−β)・R(α)・TBS・R(−α)・P1 、 Mb=R(φ)・Pb・R(−φ)・R(ψ)・C(π/2)・R
(−ψ)・R(α)・RBS・R(−α)・R(β)・MR・R(−
β)・R(α)・TBS・R(−α)・P1 . 光8aをフィルタ光学系への入力光、光8cを透過光と
してとらえると、フィルタ光学系の透過率Iは次のよう
に表される。 【0018】I = │M・E02/│E02 また、光検出器13a、13bで受光される光強度
a、Ibはそれぞれ Ia = │Ma・E02b = │Mb・E02 と表され、誤差信号Isigは、 Isig =(Ib−Ia)×η×A で表される。ここで、E0 = [Ex0,Ey0]T (Tは転置
を表す)は偏光子4に入射する光のジョーンズベクト
ル、ηは光検出器の光強度−電流変換係数、Aは差動増
幅器14の増幅度である。 【0019】例として、α=0゜、β=25゜、R1
60%、R2=100%、α1=0%、α2=30%、ビ
ーム分岐素子の両偏光軸方向の反射率を4%、ψ=45
゜、η=1、A=1とし、光8aの電場をE0 =[1,
0]Tとした場合で、光8aが光共振器7で反射されて光
8cとなるときの光学系の特性と誤差信号の特性をそれ
ぞれ図2と図3に示す。 【0020】以上のように構成することにより、レーザ
はフィルタ特性のピークに最も近い縦モードにおいて発
振することになる。また、フィルタ光学系の特性が最大
となる光路位相δ=0゜において、ゼロを横切り、レー
ザ周波数のフィルタ特性のピークからのずれに応じた誤
差信号が得られ、レーザ周波数のフィルタ特性のピーク
からのずれを減じるようにレーザ共振器の光学長を制御
することができる。 【0021】以上のように、本発明によれば、モードホ
ッピングを解消した単一周波数ファイバレーザで、レー
ザ周波数に側帯波の無いファイバレーザを提供できる。 【0022】 【発明の実施の形態】図4は、本発明の実施の一形態で
あるファイバレーザの構成を示す正面図である。このフ
ァイバレーザは、第1の波長多重合波器61aと、光増
幅ファイバ41と、第2の波長多重合波器61bと、第
1の光アイソレータ43aと、バンドパスフィルタ59
と、偏波面コントローラ58と、ファイバストレッチャ
ー57と、グランレーザプリズム44と、レンズ60
と、ビームサンプラ49と、一対の反射鏡45aと45
bの間にブリュースタ板46を含む光共振器47と、第
2の光アイソレータ43bとが光軸48上に配置され、
リング型共振器のファイバレーザを構成している。第1
と第2の波長多重合波器61a、61bには、励起光源
42aならびに42bがそれぞれ接続されている。ビー
ムサンプラ49で分岐される光軸50上には、1/4波
長板51と、グランレーザプリズム52と、光検出器5
3aならびに53bが配置され、各出力は差動増幅器5
4に接続されている。さらに、差動増幅器54には制御
回路56とファイバストレッチャー57が接続される。 【0023】光増幅ファイバ41は、Erを添加した光
ファイバ(EDF)である。また、励起光源42a、4
2bは、波長980nmのレーザ光を出力する半導体レ
ーザであり、同レーザ光は波長多重光合波器61a、6
1bを介して光増幅ファイバ41に合波、吸収される。
レーザ共振器の光学長は一周約50mで、対応するFS
R(縦モード周波数間隔)は約6MHzとなる。 【0024】グランレーザプリズム44の透過偏光軸は
角度0゜の方向に配置され、ブリュースタ板46の入射
面の偏光軸は45゜の方向に配置する。反射鏡45aは
凹面鏡で反射率が98%、反射鏡45bは平面鏡で反射
率が99.8%以上で、光48aがレンズ60で集光さ
れてTEM00モードに整合するよう配置される。光共振
器47の光学長は約50mmであり、FSRは約3GH
z(約0.024nm)、フィネスは約250である。
ビームサンプラ49は平行平面のガラス板で、入射角は
45゜、入射面の偏光軸が0゜の方向に配置され、1/
4波長板51の進相軸は角度45゜、グランレーザプリ
ズム52の透過偏光軸は角度0゜に配置される。 【0025】バンドパスフィルタ59は多層膜シングル
キャビティー型で、3dB帯域幅は1nmである。偏波
面コントローラ58はグランレーザプリズム44に向か
う光の偏光特性を調整し、光48aとレーザ出力62へ
のパワー配分を調整するのに用いられる。 【0026】ファイバストレッチャー57は積層型のP
ZT素子の側面に光ファイバを設けたもので、PZT素
子に与えられる制御電圧に応じて光ファイバの光学長を
変える。 【0027】以上の配置において、励起光源42a、4
2bの各々の出力を150mWとして光増幅ファイバ4
1を励起、レーザ周波数のフィルタ特性のピークからの
ずれを減じるようにレーザ共振器の光学長を制御するこ
とにより、波長1560nmにおいて、約16mWのレ
ーザ出力46が得られた。 【0028】図5は、レーザ出力62のスペクトルを分
解能0.01nmの光スペクトラムアナライザで測定し
た例である。また、比較として、制御ループを開いた状
態でのレーザ出力62のスペクトルを示したのが図6で
ある。制御ループを開いた状態では、光共振器47のF
SRである約0.024nm間隔の複数の波長でレーザ
が発振していることがわかる。これにより、制御ループ
を閉じた図5の状態はファイバレーザが単一の周波数で
発振していることがわかる。 【0029】図7は、制御ループが開いた状態と閉じた
状態における誤差信号を、スペクトラムアナライザで観
測したスペクトルの例である。レーザ共振器、あるいは
光共振器47に加わる音響振動や、制御回路に加わる電
気的なノイズなどの外乱によるピークは別として、人為
的に作り出されたピークの無いことがわかる。したがっ
て、レーザ周波数を中心とした側帯波の無いことがわか
る。 【0030】なお、以上の例では一対の反射鏡で構成さ
れた光共振器の中に配置される偏光素子は実施例で述べ
たブリュースタ板に限られるものではなく、他の偏光特
性を有する素子、例えば、複屈折性を有する結晶、偏光
子、複屈折を有するシングルモード光ファイバであって
も良い。 【0031】また、光共振器の反射鏡の反射率は例示し
た値のものに限られるものではなく、必要な光学特性を
実現するべく0%を超え100%の間で設定してよい。 【0032】また、偏光子、ビーム分岐手段、偏光素子
の偏光軸の角度は例示した値に限られるものではなく、
必要な光学特性を実現するべく設定できるものである。 【0033】本実施例では出力光62は、偏光子44の
1つのポートから出力しているが、ファイバーのいずれ
かにファイバーカップリングして、ファイバーから取り
出すこともできる。また光学長調整手段17は、リング
型共振器内のどの箇所に設けてもよい。 【0034】 【発明の効果】以上詳説したように、本発明によれば、
モードホッピングが無く、単一の周波数で発振し、レー
ザ周波数に側帯波の無いファイバレーザを提供すること
ができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical amplification fiber.
Fiber laser light source that performs laser oscillation using
Suppresses the oscillation of the longitudinal mode adjacent to the
The present invention relates to a fiber laser in which ping is eliminated. These files
Fiber lasers are suitable for applications such as measurement and optical communication.
You. [0002] 2. Description of the Related Art Conventionally, a light amplification fiber to which a rare earth element has been added is used.
Of a ring-type laser resonator using
Laser emission in adjacent longitudinal mode
Etalon placed inside laser cavity to suppress vibration
And a double ring resonator with a sub-ring
To provide a resonator-type filter element
Proposed. Generally, the longitudinal mode of a fiber laser
Because the frequency spacing is narrow, the
To suppress the oscillation, the characteristics of the filter
And must be. However, this is
The laser frequency fluctuates due to the optical length fluctuation of the resonator.
Tuning to the resonant frequency of the filter element
Easily deviates, and the laser oscillation changes to another longitudinal mode.
Transition, so-called mode hopping may occur
Are known. Eliminate this mode hopping problem
Therefore, the frequency of the fiber laser is
A method of tuning control to the wave number has been adopted. As an example,
By modulating the optical length of the resonator type filter element,
By modulating the intensity of the laser output and performing phase detection
Generates error signal and feedbacks optical length of laser cavity
Have been proposed (Zhang J. et al.,
J.Lightwave Technol.14(1), 104 (1996)). [0003] SUMMARY OF THE INVENTION Especially used in measurement
As a property of fiber lasers, laser at a single frequency
Laser oscillation is required. But, for example,
In the prior art, the optical length of the resonator type filter element was modulated.
100 kHz around the laser frequency
Sidebands over the bandwidth of the order,
Intensity modulating the laser output to generate an error signal
Single-frequency laser light source
Was inadequate for use. An object of the present invention is to eliminate mode hopping
Single-frequency fiber laser with sideband at laser frequency
It is to provide a fiber laser without waves. [0005] According to the present invention, a rare earth element is
Using an optical amplifying fiber and an optical isolator
Configure the resonator and input the pump light to the optical amplification fiber.
In addition to causing laser oscillation, the laser
Propagation direction of laser light is regulated in one direction by the optical isolator
Fiber laser with a first polarizer,
The output side and the input side of the laser light of the optical amplification fiber,
Placed at different ports of the polarizer, the output side
Another port where laser light is output through the polarizer
A second polarizer and a pair of reflecting mirrors are arranged in this order on the optical axis.
An optical resonator configured to be placed in
Polarization direction of incident light incident on the optical resonator with the direction of the polarization axis
At an angle other than 0 ° or 90 ° with respect to the
One of the polarization components of the incident light is at one of the intrinsic polarization axes.
When resonating, the reflected light of the optical resonator
Proceeds in the same optical axis as the light in the opposite direction, and passes through the first polarizer.
Output to a polarization port orthogonal to the polarization of the incident light.
The ring type feedback to the input side of the optical amplification fiber
Forming a laser resonator, the optical resonator and the first polarization
A part of the reflected light is reflected on the optical axis between the
Beam splitting means, and 1/4 wavelength on the optical axis of the split light.
Plate, polarized light separating means, separated by the polarized light separating means
A photodetector that detects the light intensity of each of the polarized components,
Generating an error signal from the electrical signal output by the photodetector;
Circuit for generating and outputting a control signal from the error signal
A control circuit, the laser resonator being responsive to the control signal;
An optical length adjusting means for adjusting the optical length;
Means for tuning the frequency of the optical resonator to the resonance frequency of the optical resonator.
It is a fiber laser characterized in that it is constituted. Hereinafter, the principle of the present invention will be described with reference to an arrangement example shown in FIG.
It will be described with reference to FIG. In FIG. 1, an optical amplification fiber 1
, Optical isolators 3 a and 3 b, polarizer 4,
Brew as a polarizing element 6 between the pair of reflecting mirrors 5a and 5b
An optical resonator 7 on which a star plate is disposed is disposed on an optical axis 8;
A ring-type laser resonator is configured. Output light 18
Is output from one port of the polarizer 4. Excitation light source
The pump light radiated from 2a and 2b is a wavelength multiplexing optical multiplexer.
21a and 21b to the optical amplification fiber 1.
Waves are absorbed. The optical resonator 7 is a linear resonator,
The axis coincides with the optical axis 8. Bruise inside the optical resonator 7
By disposing the star plate 6, the direction of the incident surface and the
The characteristic polarization axis of the optical resonator 7 is formed in a direction orthogonal to this.
You. The optical axis 8 between the optical resonator 7 and the polarizer 4
Above, a part of the reflected light 8b of the optical resonator 7 is reflected and branched.
A beam splitting element 9 which serves as light is arranged. Also branch
On the optical axis 10 of the light, a quarter-wave plate 11 and a polarization separation element
Element 12, photodetectors 13a and 13b, differential amplifier
And an error signal generation system 15.
You. The beam splitter 9 has both orthogonal polarization components.
Has a non-zero reflectance for
Has a characteristic of not adding a new phase difference to the data.
Polarization axis of quarter-wave plate 11 and polarization axis of polarization separation element 12
Are arranged at an angle of 45 ° to each other. Further, a control signal is generated from the error signal and output.
Control circuit 16 and a laser resonator according to a control signal.
And an optical length adjusting means 17 for adjusting the optical length. In the above arrangement, the optical amplification fiber 1
The light output from the optics passes through an optical isolator 3a and passes through a polarizer.
4 enters from one port and becomes linearly polarized light 8a
The light exits from another port and enters the reflecting mirror 5a. Here
The direction of the entrance plane of the Lewster plate 6 is
Make an angle other than 0 ° or 90 ° with the direction
By arranging the light, the light 8a is transmitted along the intrinsic polarization axis of the optical resonator 7.
It is decomposed into two polarization components whose directions are orthogonal to each other. One of the decomposed polarization components is applied to the optical resonator 7.
When resonating, the reflected light 8b of the optical resonator 7 is different from the incident light 8a.
It becomes linearly polarized light having orthogonal polarization components and
A polarization port that travels in the opposite direction and is orthogonal to the light 8a of the polarizer 4
And output as light 8c. Light 8c is an optical isolator
The light is input to the optical amplification fiber 1 via 3b. In contrast
And if none of the decomposed polarization components resonate,
The reflected light 8b is in an elliptically polarized state close to the polarization state of the incident light 8a.
Therefore, the intensity of the light 8c is smaller than that at the time of resonance.
You. Therefore, the light composed of the polarizer 4 and the optical resonator 7
The academic system is designed to output the light 8c in response to the input of the light 8a.
Works as a filter optical system. Optical resonator including polarizing element and error signal generation
For generating an error signal from a combination of configurations of system 15
Has been proposed by Hansch et al. (Opt. Commun.35
(3), 441 (1980)), and this method generates an error signal.
No sideband is required for the laser frequency for formation. A filter comprising a polarizer 4 and an optical resonator 7
Optical system, beam splitter 9 and error signal generating optical system 14
The characteristics of the optical system consisting of
It can be calculated using Trix. P1And PTwoAre the light 8a and the light of the polarizer 4, respectively.
8c (P1And PTwoAre orthogonal), TBSTo
Transmission of beam splitter 9, RBSOf the beam splitter 9
R (α) is the direction of the incident surface of the beam splitter 9, and C (π
/ 2) is the amount of phase shift of the 波長 wavelength plate 11, and R (ψ) is 1 / wave
Direction of fast axis of long plate 11, PaAnd PbEach polarized light separation
Decomposition of the polarization components into the photodetectors 13a, 13b of the element, R
(φ) is the direction of the polarization axis of the polarization separation element, and R (β) is the optical resonator
7 are matrices representing the directions of the unique polarization axes. Ma
Also, a matrix M representing the reflection characteristics of the optical resonator 7RIs a diagonal matrix
And each matrix element is represented as follows: 11 elements: MR11= [-√R1+ (1-α1)
√RTwoexp (−i2δ)] / [1- (1-α)1) √ (R1RTwo) e
xp (−i2δ)] 22 elements: MR22= [-√R1+ (1-αTwo) √RTwoexp
(-I2δ)] / [1- (1-αTwo) √ (R1RTwo) exp (-i2
δ)]. Where R1And RTwoAre the reflections of the reflecting mirrors 5a and 5b, respectively.
Rate, α1And αTwoAre the direction of the plane of incidence of the Brewster plate and
Loss of the optical resonator 7 for polarized light in a direction orthogonal to it,
δ is a one-way optical path phase. Using the above matrix, the rows of the filter optical system
Column M is represented as follows. M = PTwo・ R (α) ・ TBS・ R (−α) ・ R
(β) · MR・ R (−β) ・ R (α) ・ T BS・ R (−α) ・ P1
  . Also, a matrix of light reaching the photodetectors 13a and 13b
Ma, MbAre represented as follows. Ma= R (φ) ・ Pa・ R (−φ) ・ R (ψ) ・ C
(π / 2) ・ R (−ψ) ・ R (α) ・ RBS・ R (−α) ・ R (β)
・ MR・ R (−β) ・ R (α) ・ TBS・ R (−α) ・ P1  , Mb= R (φ) ・ Pb・ R (−φ) ・ R (ψ) ・ C (π / 2) ・ R
(−ψ) ・ R (α) ・ RBS・ R (−α) ・ R (β) ・ MR・ R (-
β) ・ R (α) ・ TBS・ R (−α) ・ P1    . Light 8a is input light to the filter optical system, and light 8c is transmitted light.
Then, the transmittance I of the filter optical system is as follows.
Is represented by I = │ME0Two/ │E0Two The light intensity received by the photodetectors 13a and 13b
Ia, IbAre each Ia = │Ma・ E0Two Ib = │Mb・ E0Two And the error signal IsigIs Isig = (Ib-Ia) × η × A Is represented by Where E0 = [Ex0, Ey0]T (T is transposed
Represents Jones vector of the light incident on the polarizer 4.
, Η is the light intensity-current conversion coefficient of the photodetector, and A is the differential
This is the degree of amplification of the width unit 14. As an example, α = 0 °, β = 25 °, R1=
60%, RTwo= 100%, α1= 0%, αTwo= 30%
4% in both polarization axis directions of the beam splitter, ψ = 45
Η, η = 1, A = 1, and the electric field of light 8a is E0 = [1,
0]TAnd the light 8a is reflected by the optical resonator 7 and
8c, the characteristics of the optical system and the characteristics of the error signal
These are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. With the above configuration, the laser
Is generated in the vertical mode closest to the peak of the filter characteristic.
Will shake. In addition, the characteristics of the filter optical system
At the optical path phase δ = 0 °,
Error due to deviation of the filter characteristic of the frequency from the peak
The difference signal is obtained and the peak of the filter characteristic of the laser frequency is obtained.
Control optical length of laser cavity to reduce deviation from
can do. As described above, according to the present invention, the mode
A single-frequency fiber laser that eliminates
A fiber laser having no sideband at the frequency can be provided. [0022] FIG. 4 shows an embodiment of the present invention.
It is a front view showing the composition of a certain fiber laser. This file
The fiber laser is provided with a first wavelength multi-wavelength optical device 61a and an optical amplifier.
The width fiber 41, the second wavelength-multiplexed wave device 61b,
1 optical isolator 43a and bandpass filter 59
, Polarization controller 58, and fiber stretcher
-57, the Gran laser prism 44, and the lens 60
, A beam sampler 49, and a pair of reflecting mirrors 45a and 45
b, an optical resonator 47 including a Brewster plate 46;
Two optical isolators 43b are arranged on the optical axis 48,
This constitutes a ring-type resonator fiber laser. First
And the second wavelength multi-wave devices 61a and 61b are provided with an excitation light source.
42a and 42b are respectively connected. Bee
A quarter wave is placed on the optical axis 50 branched by the
Long plate 51, Glan laser prism 52, photodetector 5
3a and 53b are arranged, and each output is a differential amplifier 5
4 is connected. Further, the differential amplifier 54 is controlled
The circuit 56 and the fiber stretcher 57 are connected. The optical amplifying fiber 41 is a light-amplifying fiber
Fiber (EDF). Further, the excitation light sources 42a, 4
2b is a semiconductor laser which outputs a laser beam having a wavelength of 980 nm.
And the laser light is supplied to the wavelength division multiplexing optical multiplexers 61a and 61a.
The light is multiplexed and absorbed by the optical amplification fiber 41 via 1b.
The optical length of the laser resonator is about 50 m per round, and the corresponding FS
R (longitudinal mode frequency interval) is about 6 MHz. The transmission polarization axis of the Glan laser prism 44 is
Arranged in the direction of an angle of 0 ° and incident on the Brewster plate 46
The polarization axis of the plane is arranged in the direction of 45 °. The reflecting mirror 45a
98% reflectivity with concave mirror, 45b with mirror
When the rate is 99.8% or more, the light 48a is collected by the lens 60.
TEM00It is arranged to match the mode. Optical resonance
The optical length of the detector 47 is about 50 mm, and the FSR is about 3 GHz.
z (about 0.024 nm) and finesse is about 250.
The beam sampler 49 is a parallel flat glass plate, and the incident angle is
45 °, the polarization axis of the incident surface is arranged in the direction of 0 °, and 1 /
The fast axis of the four-wavelength plate 51 is at an angle of 45 °,
The transmission polarization axis of the mechanism 52 is arranged at an angle of 0 °. The band-pass filter 59 is a single-layer multilayer film.
In the cavity type, the 3 dB bandwidth is 1 nm. Polarization
The plane controller 58 is directed to the Glan laser prism 44
Adjust the polarization characteristics of the reflected light to the light 48a and the laser output 62.
Used to adjust the power distribution of the vehicle. The fiber stretcher 57 is a laminated type P
An optical fiber is provided on the side of a ZT element.
The optical length of the optical fiber according to the control voltage applied to the
Change. In the above arrangement, the excitation light sources 42a, 4a
The output of each of the optical amplification fibers 4 was set to 150 mW.
Excitation 1 from the peak of the filter characteristic of the laser frequency
Control the optical length of the laser cavity to reduce the deviation
At a wavelength of 1560 nm, the
A user output 46 was obtained. FIG. 5 shows the spectrum of the laser output 62.
Measured with an optical spectrum analyzer with a resolution of 0.01 nm
This is an example. As a comparison, the control loop was opened.
FIG. 6 shows the spectrum of the laser output 62 in the state.
is there. With the control loop open, the F
Laser with multiple wavelengths at about 0.024 nm intervals as SR
Is oscillating. This allows the control loop
Fig. 5 shows a state in which the fiber laser operates at a single frequency.
It can be seen that oscillation is occurring. FIG. 7 shows that the control loop is open and closed.
Observe the error signal in the state with a spectrum analyzer.
It is an example of the measured spectrum. A laser cavity, or
Acoustic vibration applied to the optical resonator 47 and electric power applied to the control circuit
Apart from peaks due to disturbances such as temperament noise,
It can be seen that there are no peaks created in the process. Accordingly
It can be seen that there is no sideband around the laser frequency.
You. In the above example, a pair of reflecting mirrors is used.
The polarization element disposed in the optical resonator is described in the embodiment.
Not limited to Brewster plates
Elements having properties, for example, birefringent crystals, polarized light
A single-mode optical fiber having birefringence
Is also good. The reflectance of the reflecting mirror of the optical resonator is illustrated as an example.
Value is not limited to
For realization, it may be set between 0% and 100%. Further, a polarizer, a beam splitting means, and a polarizing element
The angle of the polarization axis of is not limited to the values illustrated,
It can be set to achieve the required optical characteristics. In this embodiment, the output light 62 is
Output from one port
Crab fiber coupling and take out from fiber
Can also be issued. The optical length adjusting means 17 is a ring.
It may be provided at any location in the cavity. [0034] As described in detail above, according to the present invention,
Oscillates at a single frequency without mode hopping,
Providing fiber lasers without sidebands at the frequency
Can be.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の原理を説明するための典型的な配置
を示す構成図である。 【図2】 図1の構成における反射特性の一例を示すグ
ラフである。 【図3】 図1の構成における誤差信号の特性の一例を
示すグラフである。 【図4】 本発明の実施の一形態であるファイバレーザ
の構成を示す正面図である。 【図5】 図4の構成において、制御ループを閉じた状
態でのレーザ出力のスペクトルの一例を示すグラフであ
る 【図6】 図4の構成において、制御ループを開いた状
態でのレーザ出力のスペクトルの一例を示すグラフであ
る 【図7】 誤差信号のスペクトルの一例を示すグラフで
ある。 【符号の説明】 1、41 光増幅ファイバ 4 偏光子 14、54 差動増幅器 5a、5b、45a、45b 反射鏡 6、46 ブリュースタ板 7、47 光共振器 9、49 ビーム分岐素子 11、51 1/4波長板 12 偏光分離素子 13a、13b、53a、53b 光検出器 14、54 差動増幅器 16、46 制御回路 17 光学長調整手段 44 グランレーザプリズム 49 ビームサンプラー 52 グランレーザプリズム 57 ファイバストレッチャー
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a typical arrangement for explaining the principle of the present invention. FIG. 2 is a graph showing an example of reflection characteristics in the configuration of FIG. FIG. 3 is a graph showing an example of a characteristic of an error signal in the configuration of FIG. FIG. 4 is a front view showing a configuration of a fiber laser according to an embodiment of the present invention. 5 is a graph showing an example of a spectrum of a laser output when the control loop is closed in the configuration shown in FIG. 4; FIG. 6 is a graph showing a laser output spectrum when the control loop is opened in the configuration shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing an example of a spectrum. FIG. 7 is a graph showing an example of a spectrum of an error signal. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 41 Optical amplification fiber 4 Polarizer 14, 54 Differential amplifier 5a, 5b, 45a, 45b Reflector 6, 46 Brewster plate 7, 47 Optical resonator 9, 49 Beam splitting element 11, 51 Quarter-wave plate 12 Polarization separation elements 13a, 13b, 53a, 53b Photodetectors 14, 54 Differential amplifiers 16, 46 Control circuit 17 Optical length adjusting means 44 Gran laser prism 49 Beam sampler 52 Gran laser prism 57 Fiber stretcher

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】希土類元素を含む光増幅ファイバと、光ア
イソレータとを用いてレーザ共振器を構成し、光増幅フ
ァイバに励起光を入力してレーザ発振を行わせるととも
に、光増幅ファイバ内のレーザ光の伝播方向を前記光ア
イソレータで一方向に規制したファイバレーザにおい
て、第一の偏光子を備え、前記光増幅ファイバのレーザ
光の出力側と入力側を、前記偏光子のそれぞれ異なるポ
ートに配置し、前記出力側のレーザ光が、前記偏光子を
経て出力される別のポートの光軸上に、第二の偏光子と
一対の反射鏡とをこの順に配置して構成した光共振器を
配置し、前記光共振器の固有偏光軸の方向を前記光共振
器に入射する入射光の偏光方向に対して0゜または90
゜でない角度に配置し、前記入射光の偏光成分の一方が
前記固有偏光軸の一方において共振するときに、前記光
共振器の反射光が、前記入射光と同一の光軸を逆方向に
進行し、前記第一の偏光子において、前記入射光の偏光
と直交する偏光ポートへ出力されて、光増幅ファイバの
入力側に帰還するリング型のレーザ共振器を構成し、前
記光共振器と前記第一の偏光子の間の光軸上に前記反射
光の一部を反射し分岐光とするビーム分岐手段と、前記
分岐光の光軸上に1/4波長板と、偏光分離手段と、前
記偏光分離手段によって分離された偏光成分の各々の光
強度を検出する光検出器と、前記光検出器が出力する電
気信号から誤差信号を発生する回路と、前記誤差信号か
ら制御信号を発生し出力する制御回路と、前記制御信号
に応じて前記レーザ共振器の光学長を調整する光学長調
整手段とを備え、レーザ発振の周波数を前記光共振器の
共振周波数に同調する手段を構成したことを特徴とする
ファイバレーザ。
Claims: 1. A laser resonator is constituted by using an optical amplification fiber containing a rare earth element and an optical isolator, and pumping light is input to the optical amplification fiber to cause laser oscillation. In a fiber laser in which the propagation direction of the laser light in the optical amplification fiber is regulated in one direction by the optical isolator, a first polarizer is provided, and the output side and the input side of the laser light of the optical amplification fiber are connected to the polarizer. Arranged on different ports, the output side laser light is on the optical axis of another port output through the polarizer, a second polarizer and a pair of reflectors are arranged in this order. The optical resonator thus configured is disposed, and the direction of the intrinsic polarization axis of the optical resonator is set to 0 ° or 90 ° with respect to the polarization direction of incident light incident on the optical resonator.
When the one of the polarization components of the incident light resonates at one of the intrinsic polarization axes, the reflected light of the optical resonator travels in the opposite direction along the same optical axis as the incident light. In the first polarizer, a ring-type laser resonator is output to a polarization port orthogonal to the polarization of the incident light and returns to the input side of the optical amplification fiber, and the optical resonator and the A beam splitting unit that reflects a part of the reflected light on the optical axis between the first polarizers to be a split light, a quarter-wave plate on the optical axis of the split light, and a polarization separation unit, A photodetector for detecting the light intensity of each of the polarization components separated by the polarization separation means, a circuit for generating an error signal from an electric signal output by the photodetector, and a control signal for generating a control signal from the error signal. A control circuit for outputting, and the Fiber laser, characterized in that an optical length adjusting means for adjusting the optical length of the resonator, and the frequency of the laser oscillation constitutes the tuning means to the resonant frequency of the optical resonator.
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