JP2005203430A - Optical fiber laser and laser beam generating method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバレーザ及びレーザ光生成方法に関する。 The present invention relates to an optical fiber laser and a laser light generation method.
レーザ光が活用される計測機器等には、偏波依存性を有することから、直線偏波のレーザ光を発するレーザ光源を必要とするものがある。 Some measuring instruments and the like that utilize laser light have a polarization dependence and therefore require a laser light source that emits linearly polarized laser light.
特許文献1には、誘導放出効果により光を増幅する光ファイバ増幅素子に対して、その前後に第1光ファイバミラー部と第2光ファイバミラー部とをそれぞれ個別に接続して光共振器を構成するとともに、第1光ファイバミラー部に励起光を発生する励起光源を接続してなり、第1光ファイバミラー部は、励起光の波長の光は分岐することなく通過させるがレーザ光の波長の光は1/2ずつ等分岐して出射する波長依存型の光ファイバカプラを備えるとともに、この波長依存型光ファイバカプラを構成する一対の光ファイバの同一側の片端部を互いに接続するとともに、これとは反対側の片端部のうち、一方を光ファイバ増幅素子と接続し、他方を励起光源に接続して構成され、第2光ファイバミラー部は、レーザ光の特定の偏波角の光のみを1/2ずつ等分岐して出射する偏波依存型の光ファイバカプラを備えるとともに、この偏波依存型光ファイバカプラを構成する一対の光ファイバの同一側の片端部を互いに接続するとともに、これとは反対側の片端部のうち、一方を光ファイバ増幅素子と接続して構成されている光ファイバレーザ、つまり、偏波保持ファイバで構成したレーザ共振器の帰還部に偏波合成器を設けた光ファイバレーザが開示されている。そして、これによれば、誘導放出効果によって光を増幅する光ファイバ増幅素子をレーザ媒体として用いた光ファイバレーザにおいて、第1、第2光ファイバミラー部を設け、両ミラー部間で往復反射させることでレーザ発振を行わせるので、直線偏波のレーザ光を安定して発生させることができる、と記載されている。 In Patent Document 1, an optical resonator is formed by individually connecting a first optical fiber mirror part and a second optical fiber mirror part before and after an optical fiber amplifying element that amplifies light by a stimulated emission effect. The first optical fiber mirror unit is connected to a pumping light source that generates pumping light, and the first optical fiber mirror unit allows the wavelength of the pumping light to pass through without being branched, but the wavelength of the laser beam. And a wavelength-dependent optical fiber coupler that divides and divides the light equally by 1/2, and connects one end of the pair of optical fibers constituting the wavelength-dependent optical fiber coupler to each other. One end of the opposite side is connected to the optical fiber amplifying element and the other is connected to the pumping light source. The second optical fiber mirror is configured to emit light having a specific polarization angle of the laser light. only A polarization-dependent optical fiber coupler that divides and diverges by 1/2 is provided, and one end portion on the same side of a pair of optical fibers constituting the polarization-dependent optical fiber coupler is connected to each other. An optical fiber laser constructed by connecting one of the ends opposite to the optical fiber amplifying element, that is, a polarization synthesizer is provided in the feedback part of the laser resonator composed of the polarization maintaining fiber An optical fiber laser is disclosed. And according to this, in the optical fiber laser using the optical fiber amplifying element for amplifying light by the stimulated emission effect as the laser medium, the first and second optical fiber mirror parts are provided and reciprocally reflected between both mirror parts Therefore, it is described that linearly polarized laser light can be stably generated.
また、非特許文献2には、偏波保持ファイバで構成したレーザ共振器内に偏光子を挿入する技術が開示されている。
しかしながら、直線偏波のレーザ光を得るための従来の技術は、レーザ共振器内に所定の偏波を選択するデバイスを組み込むものである。これでは、装置構成が複雑となり、また、共振器の長さがそのデバイスの分だけ長くなってしまう。共振器の長さが長くなると、小型化の制限となるばかりか、出力が時間的に不安定となり、また、モードロック動作をしている場合には、パルス繰り返し周期の制限要因ともなりうる。 However, the conventional technique for obtaining linearly polarized laser light incorporates a device for selecting a predetermined polarization in the laser resonator. This complicates the apparatus configuration and increases the length of the resonator by the amount of the device. Increasing the length of the resonator not only limits miniaturization, but also makes the output unstable in time, and may be a limiting factor for the pulse repetition period when a mode lock operation is performed.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、偏波を選択するデバイスを設けることなく直線偏波のレーザ光を得ることができる光ファイバレーザ及びレーザ光生成方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide an optical fiber laser and laser light generation capable of obtaining linearly polarized laser light without providing a device for selecting polarization. It is to provide a method.
上記の目的を達成する本発明の光ファイバレーザは、
希土類元素がドープされたコアと、該コアを被覆するように設けられたクラッドと、を有すると共に、ファイバ横断面における直交する2つの偏波方向の実効屈折率が相互に異なるように構成された希土類元素ドープファイバと、
上記希土類元素ドープファイバのコアに入力する励起光を発する励起光源と、
を備え、
上記希土類元素ドープファイバのコアの希土類元素の電子を上記励起光源からの励起光によって励起状態にし、その励起状態の電子が基底状態に戻るときに発する光を該コアに繰り返し伝播させて誘導放出によって増幅して発振させることによりレーザ光を生成する光ファイバレーザであって、
上記励起光源は、上記希土類元素ドープファイバの2つの偏波方向のうち一方だけで光の発振が生じるように、励起光の強度設定がなされている。
The optical fiber laser of the present invention that achieves the above object is as follows.
It has a core doped with a rare earth element and a clad provided to cover the core, and is configured such that effective refractive indexes in two orthogonal polarization directions in the fiber cross section are different from each other. A rare earth element doped fiber;
An excitation light source that emits excitation light input to the core of the rare earth element-doped fiber;
With
The rare earth element electron in the core of the rare earth element doped fiber is excited by the excitation light from the excitation light source, and the light emitted when the excited state electron returns to the ground state is repeatedly propagated to the core by stimulated emission. An optical fiber laser that generates laser light by amplifying and oscillating,
The excitation light source is set to have an intensity of excitation light so that light oscillation occurs only in one of the two polarization directions of the rare earth element-doped fiber.
このような光ファイバレーザによれば、希土類元素ドープファイバが複屈折光ファイバであって、ファイバ横断面における直交する2つの偏波方向の実効屈折率が相互に異なるように構成され、その2つの偏波方向のうち一方だけでレーザ発振が生じるように励起光の強度設定がなされている、つまり、2つの偏波方向のうち他方については、希土類元素ドープファイバによる利得よりも損失が大きく、励起光の強度が発振閾値を下回るためにレーザ発振が生じないので、偏波を選択する特別のデバイスを設けることなく直線偏波のレーザ光を得ることができる。 According to such an optical fiber laser, the rare earth element-doped fiber is a birefringent optical fiber, and the effective refractive indexes in two orthogonal polarization directions in the fiber cross section are different from each other. The intensity of the pumping light is set so that laser oscillation occurs only in one of the polarization directions, that is, the other of the two polarization directions has a greater loss than the gain of the rare earth element doped fiber, and the excitation Since laser intensity does not occur because the light intensity is below the oscillation threshold, linearly polarized laser light can be obtained without providing a special device for selecting polarization.
2つの偏波方向のうち一方でレーザ発振が生じ、他方でレーザ発振が生じないようにするためには、励起光の強度を、前者の発振閾値を上回り且つ後者の発振閾値を下回るように設定する必要がある。ところが、実効屈折率の差が小さいと、2つの偏波方向で発振閾値の差が小さくなるために、狭い範囲で励起光の強度設定を行わなければならない。 In order to prevent laser oscillation from occurring in one of the two polarization directions and to prevent laser oscillation from occurring in the other, the intensity of the excitation light is set to be above the former oscillation threshold and below the latter oscillation threshold. There is a need to. However, if the difference in effective refractive index is small, the difference in oscillation threshold between the two polarization directions becomes small, so the intensity of the excitation light must be set within a narrow range.
従って、具体的実施形態として、本発明の光ファイバレーザは、上記希土類元素ドープファイバの上記クラッドに、ファイバ横断面において上記コアを挟み且つファイバ長さ方向において該コアに沿って延びるように一対の細孔が形成されているものであってもよい。 Therefore, as a specific embodiment, the optical fiber laser of the present invention includes a pair of the rare earth element-doped fiber clad so as to sandwich the core in the cross section of the fiber and extend along the core in the fiber length direction. It may be one in which pores are formed.
このような構成のものは、細孔の配設方向に空気層が存在するため、それに直交する方向に比較して、光の閉じ込め効果が高く、それによって実効屈折率が相当に高くなる。従って、2つの偏波方向での発振閾値の差が大きい。好適には、本発明の光ファイバレーザは、上記希土類元素ドープファイバのファイバ横断面における直交する2つの偏波方向の実効屈折率の差が3.0×10-4以上であるのがよい。 In such a configuration, since an air layer is present in the direction in which the pores are arranged, the light confinement effect is higher than that in the direction perpendicular thereto, and the effective refractive index is thereby considerably increased. Therefore, the difference between the oscillation threshold values in the two polarization directions is large. Preferably, in the optical fiber laser of the present invention, the difference in effective refractive index between two orthogonal polarization directions in the fiber cross section of the rare earth element-doped fiber is 3.0 × 10 −4 or more.
本発明のレーザ光生成方法は、
希土類元素がドープされたコアと、該コアを被覆するように設けられたクラッドと、を有すると共に、ファイバ横断面における直交する2つの偏波方向の実効屈折率が相互に異なるように構成された希土類元素ドープファイバを備えた光ファイバレーザを用い、
上記希土類元素ドープファイバのコアに励起光を入力して該コアの希土類元素の電子を励起状態にし、その励起状態の電子が基底状態に戻るときに発する光を該コアに繰り返し伝播させて誘導放出によって増幅して発振させることによりレーザ光を生成するレーザ光生成方法であって
上記励起光の強度を、上記希土類元素ドープファイバの2つの偏波方向のうち一方だけで光の発振が生じるように設定する。
The laser light generation method of the present invention includes:
It has a core doped with a rare earth element and a clad provided to cover the core, and is configured such that effective refractive indexes in two orthogonal polarization directions in the fiber cross section are different from each other. Using an optical fiber laser with a rare earth element doped fiber,
Excitation light is input to the core of the rare earth element-doped fiber to bring the rare earth element electrons of the core into an excited state, and light emitted when the excited state electrons return to the ground state is repeatedly propagated to the core to stimulate emission. A method of generating laser light by amplifying and oscillating the light so that the intensity of the excitation light is generated only in one of the two polarization directions of the rare earth element-doped fiber. Set.
このようなレーザ光生成方法によれば、希土類元素ドープファイバのファイバ横断面における直交する2つの偏波方向の実効屈折率が相互に異なるように構成されており、その2つの偏波方向のうち一方だけでレーザ発振が生じるように励起光の強度を設定する、つまり、2つの偏波方向のうち他方については、希土類元素ドープファイバによる利得よりもそれによる損失が大きく、励起光の強度が発振閾値を下回るためにレーザ発振が生じないようにするので、偏波を選択する特別のデバイスを設けることなく直線偏波のレーザ光を得ることができる。 According to such a laser beam generation method, the effective refractive indexes of two orthogonal polarization directions in the fiber cross section of the rare earth element-doped fiber are configured to be different from each other. The intensity of the pumping light is set so that laser oscillation occurs only on one side, that is, the other of the two polarization directions has a larger loss than the gain of the rare earth element doped fiber, and the intensity of the pumping light oscillates. Since the laser oscillation is prevented from occurring below the threshold value, linearly polarized laser light can be obtained without providing a special device for selecting the polarization.
以上説明したように、本発明によれば、希土類元素ドープファイバのファイバ横断面における直交する2つの偏波方向の実効屈折率が相互に異なるように構成され、その2つの偏波方向のうち一方だけでレーザ発振が生じるように励起光の強度の設定を行うので、偏波を選択する特別のデバイスを設けることなく直線偏波のレーザ光を得ることができる。 As described above, according to the present invention, the effective refractive indexes of two orthogonal polarization directions in the fiber cross section of the rare earth element-doped fiber are different from each other, and one of the two polarization directions is Since the intensity of the excitation light is set so that laser oscillation only occurs, linearly polarized laser light can be obtained without providing a special device for selecting polarization.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る光ファイバレーザ10を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an
この光ファイバレーザ10は、本体部分が希土類元素ドープファイバ11で構成されている。そして、希土類元素ドープファイバ11の一端には偏波保持ミラー12が設けられ、他端にはファイバグレーティング13、光合波器14及び光アイソレータ16が順に直列に接続されている。また、光合波器14には、励起光源15が接続されている。
The
希土類元素ドープファイバ11は、ファイバ中心をなすコアと、それを被覆するクラッドと、さらにその外側を被覆する樹脂被覆と、を有する。コアには、エルビウム(Er)やイッテルビウム(Yb)やネオジム(Nd)などの希土類元素がドープされている。また、希土類元素ドープファイバ11は、ファイバ横断面における直交する2つの偏波方向の実効屈折率が相互に異なるように構成されている。つまり、この希土類元素ドープファイバ11は、複屈折光ファイバである。
The rare earth element-doped
図2は、かかる複屈折光ファイバである希土類元素ドープファイバ11の一例のファイバ横断面を示す。
FIG. 2 shows a fiber cross section of an example of a rare earth element doped
この例では、コア11aがファイバ横断面で円形に形成されており、クラッド11bには、コア11aを挟むように一対の細孔11cが形成されている。それらの細孔11cは、ファイバ長さ方向についてコア11aに沿って延びるように形成されている。そして、これにより、細孔11cの配設方向については、図3(a)に示すように、細孔11cによる空気層が存在するので、相対的に、コア11aとクラッド11bとの間の屈折率差が大きく、そのためにコア11aへの光の閉じ込め効果が高く、モードフィールド径が小さい。従って、実効屈折率も光の増幅効率も相対的に高い。また、細孔11cの配設方向は、実効屈折率が相対的に高いため、光の進行速度が遅いスロー軸となる。一方、細孔11cの配設方向に直交する方向については、図3(b)に示すように、細孔11cのような空気層が存在しないので、相対的に、コア11aとクラッド11bとの間の屈折率差が小さく、そのためにコア11aへの光の閉じ込め効果が低く、モードフィールド径が大きい。従って、実効屈折率も光の増幅効率も相対的に低い。また、細孔11cの配設方向に直交する方向は、実効屈折率が相対的に低いため、光の進行速度が速いファスト軸となる。
In this example, the
偏波保持ミラー12は、希土類元素ドープファイバ11を伝播する光の偏波状態をそのまま保持して反射するデバイスである。
The
ファイバグレーティング13は、希土類元素ドープファイバ11を伝播する所定波長の光を所定割合だけ反射して、残りを透過するデバイスであり、例えば、コアに屈折率変調構造が形成された光ファイバによって構成されている。
The
励起光源15は、希土類元素ドープファイバ11のコアにドープされた希土類元素を励起させる波長の光を発するデバイスであり、例えば、波長980nmや波長1480nmのレーザ光を発するレーザダイオードで構成されている。
The
光合波器14は、励起光源15からの励起光をファイバグレーティング13側に出力してその励起光をファイバグレーティング13を介して希土類元素ドープファイバ11に供給し、希土類元素ドープファイバ11からのファイバグレーティング13を透過した光を光アイソレータ16側に出力するデバイスであり、いわゆるカプラである。
The
光アイソレータ16は、光合波器14側からの光を透過する一方、反対側からの光の透過を阻止するデバイスである。
The
この光ファイバレーザ10では、励起光源15から発された励起光が光合波器14及びファイバグレーティング13を介して希土類元素ドープファイバ11に入力される。励起光が入力された希土類元素ドープファイバ11では、コアにドープされた希土類元素の最外殻電子が励起状態にされ、その電子が基底状態に戻る際に、励起状態と基底状態とのエネルギー差に対応した波長の光(自然放出光:ASE)を放出する。その光は、希土類元素ドープファイバ11内を伝播することで誘導放出によって増幅されることとなるが、そのうちのその増幅の利得が光の伝播の際の損失を上回るために消失しないものについては、ファイバグレーティング13によって波長が選択され、それが、偏波保持ミラー12及びファイバグレーティング13で反射を繰り返して発振する。その発振した光のうちファイバグレーティング13で反射せずに透過し、さらに、光合波器14及び光アイソレータ16を透過するものがレーザ光として出力される。
In this
ところで、上記したように、この光ファイバレーザ10では、希土類元素ドープファイバ11が複屈折光ファイバである。そして、励起光源15は、希土類元素ドープファイバ11の2つの偏波方向のうち一方だけで光の発振が生じるように、励起光の強度設定がなされている。例えば図2に示す希土類元素ドープファイバ11を例にして具体的に説明すると、細孔11cの配設方向(スロー軸方向)については、実効屈折率も光の増幅効率も相対的に高いので、励起光源15からの励起光の強度を徐々に高めていった場合、励起光強度は、比較的早期に希土類元素ドープファイバ11内を伝播することによる利得が損失を上回る発振閾値に到達する。一方、細孔11cの配設方向に垂直な方向(ファスト軸方向)については、実効屈折率も光の増幅効率も相対的に低いので、励起光源15からの励起光の強度を徐々に高めていった場合、励起光強度は、比較的遅く利得が損失を上回る発振閾値に到達する。つまり、2つの偏波方向で発振閾値が異なり、あたかも共振器長の異なる一対の共振器が存在するかのように動作する。そして、この光ファイバレーザ10では、励起光源15から発される励起光の強度が一方の偏波方向の発振閾値よりも高く且つ他方の偏波方向の発振閾値よりも低く設定され、2つの偏波方向のうち一方だけで光の発振が生じるようにされている。ここで、両偏波方向の発振閾値の差が小さいと、狭い範囲で励起光の強度設定を行わなければならない。しかしながら、発振閾値は光の増幅効率、つまり実効屈折率に比例するので、両偏波方向の実効屈折率差を大きくすれば、発振閾値の差も大きくすることができる。具体的には、両偏波方向の実効屈折率差は3.0×10-4以上であることが望ましい。
Incidentally, as described above, in the
以上に説明した光ファイバレーザ10によれば、希土類元素ドープファイバ11が複屈折光ファイバであって、ファイバ横断面における直交する2つの偏波方向の実効屈折率が相互に異なるように構成されている。そして、その2つの偏波方向のうち一方(図2に示す例ではスロー軸方向)だけでレーザ発振が生じるように励起光源15からの励起光の強度の設定がなされている、つまり、2つの偏波方向のうち他方(図2に示す例ではファスト軸方向)については、希土類元素ドープファイバ11による利得よりもそれによる損失が大きく、励起光の強度が発振閾値を下回るためにレーザ発振が生じない。従って、偏波を選択する特別のデバイスを設けることなく直線偏波のレーザ光を得ることができる。
According to the
(実施形態2)
図4は、本発明の実施形態2に係る光ファイバレーザ20を示す。
(Embodiment 2)
FIG. 4 shows an
この光ファイバレーザ20は、本体部分が希土類元素ドープファイバ21で構成されている。そして、希土類元素ドープファイバ21の一端には、光合波器24、第1光アイソレータ26a、光バンドパスフィルタ27及び出力カプラ28の入力ポートが順に直列に接続されている。また、光合波器24には、励起光源25が接続されている。そして、出力カプラ28は一対の出力ポートを有しており、そのうちの一方が第2光アイソレータ26bに接続されており、他方が希土類元素ドープファイバ21の他端に接続されている。
The
光バンドパスフィルタ27は、所定波長の光のみを透過させるデバイスである。
The
出力カプラ28は、1つの入力ポートと2つの出力ポートを有し、入力ポートから入力された光の一部を一方の出力ポートから出力し、残りを他方の出力ポートから出力するデバイスである。
The
なお、希土類元素ドープファイバ21、光合波器24及び励起光源25は、実施形態1のものと同一のデバイスである。また、第1及び第2光アイソレータ26a,26bは、実施形態1の光アイソレータ16と同一のデバイスである。
The rare earth element-doped
この光ファイバレーザ20では、励起光源25から発された励起光が光合波器24を介して希土類元素ドープファイバ21に入力される。励起光が入力された希土類元素ドープファイバ21では、コアにドープされた希土類元素の最外殻電子が励起状態にされ、その電子が基底状態に戻る際に、励起状態と基底状態とのエネルギー差に対応した波長の光を放出する。その光は、希土類元素ドープファイバ21内を伝播することで誘導放出によって増幅されることとなるが、そのうちのその増幅の利得が光の伝播の際の損失を上回るために消失しないものについては、光合波器24及び第1光アイソレータ26aを透過し、光バンドパスフィルタ27によって波長が選択され、それが、出力カプラ28の入力ポートに入力されて他方の出力ポートから出力され、再び希土類元素ドープファイバ21に入力されて光伝播ループを形成することで発振する。その発振した光のうち出力カプラ28で一方の出力ポートから出力され、さらに、第2光アイソレータ26bを透過するものがレーザ光として出力される。
In this
以上に説明した光ファイバレーザ20においても、実施形態1のものと同様に、希土類元素ドープファイバ21が複屈折光ファイバであって、ファイバ横断面における直交する2つの偏波方向の実効屈折率が相互に異なるように構成されている。そして、その2つの偏波方向のうち一方だけでレーザ発振が生じるように励起光源25からの励起光の強度の設定がなされている、つまり、2つの偏波方向のうち他方については、希土類元素ドープファイバ21による利得よりもそれによる損失が大きく、励起光の強度が発振閾値を下回るためにレーザ発振が生じない。従って、偏波を選択する特別のデバイスを設けることなく直線偏波のレーザ光を得ることができる。
Also in the
(その他の実施形態)
上記実施形態1では、図2に示すような複屈折光ファイバを例示したが、特にこれに限定されるものではなく、他の構成の偏波保持ファイバやフォトニック結晶ファイバ等の複屈折光ファイバであってもよい。
(Other embodiments)
In the first embodiment, the birefringent optical fiber as illustrated in FIG. 2 is exemplified, but the birefringent optical fiber is not particularly limited to this, and has other configurations such as a polarization maintaining fiber and a photonic crystal fiber. It may be.
コアにイッテルビウム(Yb)がドープされた長さ10mのイッテルビウムドープファイバ(以下、「YDF」という。)を用いて以下の実験1〜3を実施した。このYDFは、ファイバ横断面におけるコアの外郭形状が三日月形状であって、それを挟むようにクラッドに一対の細孔が形成され、細孔の配設方向がスロー軸方向であって、実効屈折率も光の増幅効率も相対的に高く、一方、細孔の配設方向に直交する方向がファスト軸方向であって、実効屈折率も光の増幅効率も相対的に低い複屈折ファイバであった。ファスト軸及びスロー軸の実効屈折率の差は1.4×10-3であった。 The following Experiments 1 to 3 were carried out using a 10 m long ytterbium-doped fiber (hereinafter referred to as “YDF”) in which the core was doped with ytterbium (Yb). In this YDF, the outer shape of the core in the cross section of the fiber is a crescent shape, and a pair of pores are formed in the clad so as to sandwich it, and the arrangement direction of the pores is the slow axis direction. The birefringence fiber is relatively high in both the refractive index and the light amplification efficiency, while the direction perpendicular to the arrangement direction of the pores is the fast axis direction, and the effective refractive index and the light amplification efficiency are relatively low. It was. The difference in effective refractive index between the fast axis and the slow axis was 1.4 × 10 −3 .
(実験1)
<実験方法>
濃度条長積が30kppm・m、40kppm・m、50kppm・m及び60kppm・mである上記YDFをそれぞれ準備した。そして、各YDFに、励起光源から励起光を入力すると共に、信号入力−10dBmで波長1064nmのレーザ光を入射し、その増幅利得を測定した。その測定は、励起光の強度を100mW、200mW及び300mWとしたときのそれぞれについて、ファスト軸及びスロー軸の両方について行った。
(Experiment 1)
<Experiment method>
The above YDFs having concentration length products of 30 kppm · m, 40 kppm · m, 50 kppm · m, and 60 kppm · m were prepared. Then, excitation light from the excitation light source was input to each YDF, and laser light having a wavelength of 1064 nm was incident at a signal input of −10 dBm, and the amplification gain was measured. The measurement was performed for both the fast axis and the slow axis when the intensity of the excitation light was 100 mW, 200 mW, and 300 mW, respectively.
<実験結果>
図5は、濃度条長積と利得との関係を示す。
<Experimental result>
FIG. 5 shows the relationship between the concentration length product and the gain.
図5によれば、濃度条長積40kppm・mにおけるスロー軸の利得が濃度条長積60kppm・mのファスト軸の利得にほぼ等しいことが分かる。同様に、濃度条長積30kppm・mにおけるスロー軸の利得が濃度条長積45kppm・mのファスト軸の利得にほぼ等しいことが推測できる。これは、スロー軸方向の実効Yb濃度がファスト軸方向の実効Yb濃度の1.5倍であること意味するものであると考えられる。つまり、このYDFでは、両偏波軸方向の屈折率差が大きく且つ発振閾値の差が非常に大きい。 According to FIG. 5, it can be seen that the gain of the slow axis at the concentration length product of 40 kppm · m is approximately equal to the gain of the fast axis at the concentration length product of 60 kppm · m. Similarly, it can be estimated that the gain of the slow axis at a concentration length product of 30 kppm · m is approximately equal to the gain of the fast axis at a concentration length product of 45 kppm · m. This is considered to mean that the effective Yb density in the slow axis direction is 1.5 times the effective Yb density in the fast axis direction. That is, in this YDF, the difference in refractive index between both polarization axes is large and the difference in oscillation threshold is very large.
(実験2)
<実験装置及び実験方法>
図6は、実験2で用いた実験装置を示す。
(Experiment 2)
<Experimental apparatus and experimental method>
FIG. 6 shows the experimental apparatus used in
この実験装置は、YDF31の一端にファイバグレーティング33が設けられ、他端に、波長980nmの励起光を発する励起LD35が接続された光合波器34、光アイソレータ36、偏光子及び光スペクトロアナライザーが順に直列に接続されたものである。
In this experimental apparatus, a fiber grating 33 is provided at one end of the
この実験装置では、励起LD35から発された励起光が光合波器34及びファイバグレーティング33を介してYDF31に入力される。励起光が入力されたYDF31では、コアにドープされた希土類元素の最外殻電子が励起状態にされ、その電子が基底状態に戻る際に、励起状態と基底状態とのエネルギー差に対応した波長の光(自然放出光:ASE)を放出する。その光の一部は、ファイバグレーティング33側に伝播し、ファイバグレーティング33で所定波長のものだけが選択的に反射された後にYDF31を透過し、その際に光合波器34側に伝播する光と一緒になって光合波器34、光アイソレータ36を透過し、偏光子によって所定の偏波方向のものだけが透過して光スペクトロアナライザーに入力される。光スペクトロアナライザーでは、入力された光の0.01nm幅の波長毎の強度が計測される。
In this experimental apparatus, excitation light emitted from the
そして、この実験装置を用い、YDF31の細孔の配設方向(スロー軸方向)及び細孔の配設方向に直交する方向(ファスト軸方向)のそれぞれの偏波方向の光だけを検出し、その0.01nm幅の波長毎の強度を計測した。 Then, using this experimental device, only the light in the polarization direction of each of the YDF31 pore arrangement direction (slow axis direction) and the direction orthogonal to the pore arrangement direction (fast axis direction) is detected, The intensity | strength for every wavelength of the 0.01 nm width was measured.
<実験結果>
図7は、ファスト軸方向及びスロー軸方向のそれぞれの偏波方向の波長と出力強度との関係を示す。
<Experimental result>
FIG. 7 shows the relationship between the wavelength in the polarization direction in each of the fast axis direction and the slow axis direction and the output intensity.
図7によれば、ファスト軸方向の偏波方向の光は波長1056.82〜1057.02nm間に強度ピークを有し、スロー軸方向の偏波方向の光は波長1057.22〜1057.42nm間に強度ピークを有することが分かる。これらの強度ピークは、ファイバグレーティング33で選択的に反射されてYDF31によって増幅された波長の光によるものである。
According to FIG. 7, the light in the polarization direction in the fast axis direction has an intensity peak between wavelengths 1056.82 to 1057.02 nm, and the light in the polarization direction in the slow axis direction has wavelengths of 1057.22 to 1057.42 nm. It can be seen that there are intensity peaks in between. These intensity peaks are due to light having a wavelength that is selectively reflected by the fiber grating 33 and amplified by the
(実験3)
<実験装置及び実験方法>
図8は、実験3で用いた実験装置を示す。
(Experiment 3)
<Experimental apparatus and experimental method>
FIG. 8 shows the experimental apparatus used in Experiment 3.
この実験装置は、光ファイバレーザであって、YDF41の一端がフレネル反射端(反射率4%)に構成され、他端に、実験2で用いたものと同一のファイバグレーティング(反射率10%)43、波長980nmの励起光を発する励起LD45が接続された光合波器44、光アイソレータ46、偏光子及び光スペクトロアナライザーが順に直列に接続されたものである。
This experimental apparatus is an optical fiber laser, and one end of the
この光ファイバレーザの実験装置の動作原理は、上記実施形態1のものと同一である。 The operating principle of this optical fiber laser experimental apparatus is the same as that of the first embodiment.
そして、この実験装置を用い、励起LD45からの励起光の強度を200mW、140mW、80mW及び60mWのそれぞれに設定したときに出力されるレーザ光の0.01nm幅の波長毎の強度を計測した。 And using this experimental apparatus, the intensity | strength for every wavelength of 0.01 nm width of the laser beam output when the intensity | strength of the excitation light from excitation LD45 was set to 200mW, 140mW, 80mW, and 60mW was measured.
<実験結果>
図9は、波長と出力強度との関係を示す。
<Experimental result>
FIG. 9 shows the relationship between wavelength and output intensity.
図9によれば、励起光の強度を200mWとしたときには、波長1056.7〜1057.2nm間、及び、波長1057.2〜1057.7nm間のそれぞれに強度ピークを有することが分かる。これは、ファスト軸方向及びスロー軸方向のそれぞれについて発振閾値よりも励起光の強度が十分に高いので、両偏波方向でレーザ光の発振が生じ、実験1の結果より、前者の強度ピークがファスト軸方向に及び後者の強度ピークがスロー軸にそれぞれ対応して生じたためであると考えられる。 As can be seen from FIG. 9, when the intensity of the excitation light is 200 mW, there are intensity peaks at wavelengths of 1056.7 to 1057.2 nm and wavelengths of 1057.2 to 1057.7 nm, respectively. This is because the intensity of the pumping light is sufficiently higher than the oscillation threshold in each of the fast axis direction and the slow axis direction, so that laser light oscillation occurs in both polarization directions. This is considered to be because the intensity peaks in the fast axis direction and the latter occurred corresponding to the slow axis, respectively.
励起光の強度を140mW或いは80mWとしたときには、波長1056.7〜1057.2nm間に強度ピークを有さないものの、波長1057.2〜1057.7nm間に強度ピークを有することが分かる。これは、励起光の強度が、ファスト軸方向の発振閾値よりも低く、且つ、スロー軸方向の発振閾値よりも高いので、一方の偏波方向であるスロー軸方向のレーザ光の発振だけが生じたためであると考えられる。 It can be seen that when the intensity of the excitation light is 140 mW or 80 mW, there is no intensity peak between the wavelengths 1056.7 to 1057.2 nm, but there is an intensity peak between the wavelengths 1057.2 to 1057.7 nm. This is because the excitation light intensity is lower than the oscillation threshold value in the fast axis direction and higher than the oscillation threshold value in the slow axis direction, so only laser oscillation in the slow axis direction, which is one of the polarization directions, occurs. This is probably because
励起光の強度を60mWとしたときには、波長1056.7〜1057.2nm間、及び、波長1057.2〜1057.7nm間のいずれも強度ピークを有さないことが分かる。これは、ファスト軸方向及びスロー軸方向のそれぞれについて発振閾値よりも励起光の強度が低いので、両偏波方向でレーザ光の発振が生じなかったためであると考えられる。 It can be seen that when the intensity of the excitation light is 60 mW, neither the wavelength 1056.7 to 1057.2 nm nor the wavelength 1057.2 to 1057.7 nm has an intensity peak. This is presumably because the laser beam oscillation did not occur in both polarization directions because the intensity of the excitation light was lower than the oscillation threshold in each of the fast axis direction and the slow axis direction.
従って、以上の結果より、励起光の強度を140mW或いは80mWとする、つまり、励起光の強度を両偏波方向の発振閾値間に設定することにより、一方の偏波方向でレーザ光の発振を生じさせ、且つ、他方の偏波方向でレーザ光の発振を生じないようにすることができ、これによって、偏波を選択するデバイスを設けることなく直線偏波のレーザ光を得ることができる。 Therefore, from the above results, the intensity of the pumping light is set to 140 mW or 80 mW, that is, by setting the intensity of the pumping light between the oscillation threshold values in both polarization directions, the laser light is oscillated in one polarization direction. In addition, it is possible to prevent the laser light from oscillating in the other polarization direction, whereby a linearly polarized laser light can be obtained without providing a device for selecting the polarization.
以上説明したように、本発明は、光ファイバレーザ及びレーザ光生成方法について有用である。 As described above, the present invention is useful for optical fiber lasers and laser light generation methods.
10,20 光ファイバレーザ
11,21,31,41 希土類元素ドープファイバ(YDF)
11a コア
11b クラッド
11c 細孔
12 偏波保持ミラー
13,33,43 ファイバグレーティング
14,24,34,44 光合波器
15,25,35,45 励起光源(励起LD)
16,36,46 光アイソレータ
26a 第1光アイソレータ
26b 第2光アイソレータ
27 光バンドパスフィルタ
28 出力カプラ
30,40 実験装置
37 偏光子
38 光スペクトロアナライザー
10, 20
16, 36, 46
Claims (4)
上記希土類元素ドープファイバのコアに入力する励起光を発する励起光源と、
を備え、
上記希土類元素ドープファイバのコアの希土類元素の電子を上記励起光源からの励起光によって励起状態にし、その励起状態の電子が基底状態に戻るときに発する光を該コアに繰り返し伝播させて誘導放出によって増幅して発振させることによりレーザ光を生成する光ファイバレーザであって、
上記励起光源は、上記希土類元素ドープファイバの2つの偏波方向のうち一方だけで光の発振が生じるように、励起光の強度設定がなされている、光ファイバレーザ。 It has a core doped with a rare earth element and a clad provided to cover the core, and is configured such that effective refractive indexes in two orthogonal polarization directions in the fiber cross section are different from each other. A rare earth element doped fiber;
An excitation light source that emits excitation light input to the core of the rare earth element-doped fiber;
With
The rare earth element electron in the core of the rare earth element doped fiber is excited by the excitation light from the excitation light source, and the light emitted when the excited state electron returns to the ground state is repeatedly propagated to the core by stimulated emission. An optical fiber laser that generates laser light by amplifying and oscillating,
An optical fiber laser in which the excitation light intensity is set so that the excitation light source emits light only in one of the two polarization directions of the rare earth element-doped fiber.
上記希土類元素ドープファイバは、上記クラッドに、ファイバ横断面において上記コアを挟み且つファイバ長さ方向において該コアに沿って延びるように一対の細孔が形成されている、光ファイバレーザ。 The optical fiber laser as claimed in claim 1.
The rare earth element-doped fiber is an optical fiber laser in which a pair of pores are formed in the clad so as to sandwich the core in a fiber cross section and extend along the core in the fiber length direction.
上記希土類元素ドープファイバは、ファイバ横断面における直交する2つの偏波方向の実効屈折率の差が3.0×10-4以上である、光ファイバレーザ。 The optical fiber laser as claimed in claim 1.
The rare earth element-doped fiber is an optical fiber laser in which a difference in effective refractive index between two orthogonal polarization directions in a fiber cross section is 3.0 × 10 −4 or more.
上記希土類元素ドープファイバのコアに励起光を入力して該コアの希土類元素の電子を励起状態にし、その励起状態の電子が基底状態に戻るときに発する光を該コアに繰り返し伝播させて誘導放出によって増幅して発振させることによりレーザ光を生成するレーザ光生成方法であって、
上記励起光の強度を、上記希土類元素ドープファイバの2つの偏波方向のうち一方だけで光の発振が生じるように設定する、レーザ光生成方法。 It has a core doped with a rare earth element and a clad provided to cover the core, and is configured such that effective refractive indexes in two orthogonal polarization directions in the fiber cross section are different from each other. Using an optical fiber laser with a rare earth element doped fiber,
Excitation light is input to the core of the rare earth element-doped fiber to bring the rare earth element electrons of the core into an excited state, and light emitted when the excited state electrons return to the ground state is repeatedly propagated to the core to stimulate emission. A laser beam generation method for generating laser beam by amplifying and oscillating the laser beam,
A laser light generation method, wherein the intensity of the excitation light is set so that light oscillation occurs only in one of the two polarization directions of the rare earth element-doped fiber.
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