JP2005251810A - レーザー光発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 波長選択性が高く、且つ高出力、高安定性を有するスペクトルを容易に得ることができるレーザー光発生装置を提供する。
【解決手段】 単一縦モード波長を出力する、少なくとも２個以上のマスターオシレーターと、これらマスターオシレーターから出力された種光を合成する光学素子で構成された光学系と、合成された種光を特定波長に同期させ、この種光毎に生成される周波数純度が良く且つ光強度の高いレーザー光を出力するパワーオシレーターと、レーザー光を波長別に弁別する分光器と、弁別されたレーザー光を電気信号に変換し、予め設定された基準信号と比較して、この電気信号と基準信号に差分が生じた場合には、差分に対応する共振器長を補正するための補正信号をマスターオシレーター又はパワーオシレーターに帰還し、マスターオシレーター又はパワーオシレーターの共振器長を駆動制御する駆動制御部を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、出力は低いが周波数純度の良いマスターオシレーターと、出力は高いが周波数制御が特にされていないパワーオシレーターの発振光とを組み合わせることで、線幅が狭く高出力を得る注入同期法を適用したレーザー光発生装置に関する。

近年、次世代の大容量・長距離伝送を可能にする伝送技術として、光ソリトン伝送技術が注目されている。光ソリトン伝送技術は、光ソリトン（孤立波）と呼ばれる安定な光パルスを用い、無中継で１２００ｋｍ以上の長距離通信を行う伝送技術である。

この光ソリトン伝送技術の実現化に向け、注入同期や外部共振器による方式を用いた通信用レーザーの開発が盛んに進められている。ここで注入同期法とは、出力は低いが周波数純度の高いマスターオシレーター（シードレーザーともいう。）からの出力を、周波数純度は低いが出力の高いパワーオシレーターに注入し、マスターオシレーターにパワーオシレーターの発振光を引きずり込むことで、周波数純度が高く且つ高出力のレーザー光を高安定に得る方法である。

ここで使用するマスターオシレーターは、一般に単一縦モード波長を出力するレーザー装置が用いられる。この装置を用いて所望の特性を有する出力を得るためには、この単一縦モード波長とパワーオシレーターの単一縦モード波長の少なくとも１本とを一致させる必要がある。

上記条件を備えたレーザー光発生装置を用いると、数ナノ〜数百ナノ秒のパルス幅に対してほぼ完全にトランスフォームリミットのスペクトル幅（数〜数十ＭＨｚ）を有し、更にＭＷのピーク強度、及びＭＨｚの精度で数十ｎｍに亘る波長可変性等の特性を併せ持つ出力を得ることができる。このような特性を備えるレーザー光発生装置は、高いピーク強度と同時に周波数領域における高い調整精度が要求される例えば非線形光学の実験機器としての利用が期待されている。

ところで、上記した注入同期法を用いた技術として特許文献１に、１台のレーザー装置から２種類又はそれ以上の周波数スペクトルを出力することができるマスターオシレーター（特許文献１において注入光に相当する。）を用い、このマスターオシレーターの波長分布とパワーオシレーター（特許文献１においてＱスイッチレーザに相当する。）の共振器モードが重複するように選択することで、パワーオシレーターを複数モードで発振させる技術が開示されている。
特開平１０−２９４５１７号公報

ところで、上記した特許文献１記載の技術は、マスターオシレーターとして１台のレーザー装置から複数のスペクトルを出力する装置を用いているが、一般にレーザー光の出力は環境の微小変動に敏感に反応するため、マスターオシレーターの複数のスペクトルとパワーオシレーターは独立にドリフトし、一つの波長は安定させることができるが、それ以外の波長は長時間に渡って安定させるのが非常に難しいという問題がある。

また一方で、このような複数の単一縦モード波長を出力するマスターオシレーターは、等間隔の周波数を出力するので、注入同期されたパワーオシレーターの出力も等間隔となる。従って得られる出力は等間隔の周波数スペクトルとなり、非等間隔の波長スペクトルを得ることはできない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、その目的は、波長選択性が高く、且つ高出力、高安定性を有するスペクトルを容易に得ることができるレーザー光発生装置を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１記載の本発明は、単一縦モード波長を出力する、少なくとも２個以上の種光発生手段と、前記種光発生手段から出力された種光を合成する合成手段と、前記合成された種光を特定波長に同期させ、該種光毎に生成される周波数純度が良く且つ光強度の高いレーザー光を出力するレーザー光発生手段と、前記レーザー光を波長別に弁別する弁別手段と、弁別されたレーザー光を電気信号に変換し、予め設定された基準信号と比較して、該電気信号と該基準信号に差分が生じた場合には、該差分に対応する共振器長を補正するための補正信号を前記種光発生手段又は前記レーザー光発生手段に帰還し、該種光発生手段又は前記レーザー光発生手段の共振器長を駆動制御する駆動制御手段を備えることを要旨とする。

請求項２記載の本発明は、単一縦モード波長を出力する少なくとも２個以上の種光発生手段と、前記種光発生手段から出力された種光を合成する合成手段と、前記合成された種光を特定波長に同期させ、該種光毎に生成される周波数純度が良く且つ光強度の高いレーザー光を出力するレーザー光発生手段と、前記レーザー光を電気信号に変換する光電変換手段と、前記電気信号を電気信号毎に弁別する電気信号弁別手段と、弁別された電気信号を、予め設定された基準信号と比較して、該基準信号と該電気信号に差分が生じた場合には、該差分に対応する共振器長を補正するための補正信号を前記種光発生手段又は前記レーザー光発生手段に帰還し、該種光発生手段又は前記レーザー光発生手段の共振器長を駆動制御する駆動制御手段を備えることを要旨とする。

請求項３記載の本発明は、請求項１又は２記載のレーザー光発生装置において、前記種光発生手段に前記補正値を出力する場合は、該種光発生手段毎に前記駆動制御手段を設けることを要旨とする。

請求項４記載の本発明は、請求項１又は２記載のレーザー光発生装置において、前記種光発生手段に変調信号を出力する変調信号発生手段を備えることを要旨とする。

請求項５記載の本発明は、請求項１又は２記載のレーザー光発生装置において、前記駆動制御手段は、前記基準信号に対する前記電気信号の変位方向と変位量に基づいて補正値を算出し、該補正値を含む補正信号を共振器長に出力することを要旨とする。

請求項６記載の本発明は、請求項１記載のレーザー光発生装置において、前記弁別手段は、前記レーザー光発生手段から出力されたレーザー光を波長毎に分光する分光手段と、分光された光を電気信号に変換する光電変換手段を有することを要旨とする。

請求項７記載の本発明は、請求項２記載のレーザー光発生装置において、前記種光発生手段毎に前記前記変調信号発生手段を設けることを要旨とする。

請求項８記載の本発明は、単一縦モード波長を出力する、少なくとも２個以上の種光発生手段と、前記種光発生手段から出力された種光を合成する合成手段と、前記合成された種光をもとに光ソリトン列を形成する非線形媒質と、前記非線形媒質から出力されたレーザー光をパワーオシレーターの増幅周波数領域に一致させるための高調波発生手段と、光ソリトン又はその高調波を特定波長に同期させ高出力化された光ソリトン列を発生させるレーザー光発生手段と、該レーザー光を波長別に弁別する弁別手段と、弁別されたレーザー光を電気信号に変換する光電変換手段と、該電気信号と予め設定された基準信号と比較して、該電気信号と該基準信号に差分が生じた場合には、該差分に対応する共振器長を補正するための補正信号を前記種光発生手段又はレーザー光発生手段に出力し、前記種光発生手段又はレーザー光発生手段の共振器長を駆動制御する手段とを備えることを要旨とする。

請求項９記載の本発明は、単一縦モード波長を出力する、少なくとも２個以上の種光発生手段と、前記種光発生手段から出力された種光を合成する合成手段と、前記合成された種光をもとに光ソリトン列を形成する非線形媒質と、前記非線形媒質から出力されたレーザー光をパワーオシレーターの増幅周波数領域に一致させるための高調波発生手段と、光ソリトン又はその高調波を特定波長に同期させ高出力化された光ソリトン列を発生させるレーザー光発生手段と、前記レーザー光を電気信号に変換する光電変換手段と、前記電気信号を電気信号毎に弁別する電気信号弁別手段と、該電気信号と予め設定された基準信号と比較して、該電気信号と該基準信号に差分が生じた場合には、該差分に対応する共振器長を補正するための補正信号を前記種光発生手段又はレーザー光発生手段に出力し、前記種光発生手段又はレーザー光発生手段の共振器長を駆動制御する手段とを備えることを要旨とする。

本発明によれば、単一縦モード波長を出力する、少なくとも２個以上のマスターオシレーターと、これらマスターオシレーターから出力された種光を合成する光学素子で構成された光学系と、合成された種光を特定波長に同期させ、この種光毎に生成される周波数純度が良く且つ光強度の高いレーザー光を出力するパワーオシレーターと、レーザー光を波長別に弁別する分光器と、弁別されたレーザー光を電気信号に変換し、予め設定された基準信号と比較して、この電気信号と基準信号に差分が生じた場合には、この差分に対応する共振器長を補正するための補正信号をマスターオシレーター又はパワーオシレーターに帰還し、マスターオシレーター又はパワーオシレーターの共振器長を駆動制御する駆動制御部を備えるレーザー光発生装置を提供することで、波長選択性が高く、且つ高出力、高安定性を有するスペクトルを容易に得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

このレーザー光発生装置は、単一縦モードの光を出力する少なくとも２個以上の種光発生手段として機能する例えばマスターオシレーターと、このマスターオシレーターから出力された種光を合成する合成手段として機能する全反射ミラー及び部分反射又は透過ミラー等の光学素子で構成される光学系と、この種光と同期する波長領域を出力するレーザー光にこの種光を注入し、種光毎に生成される周波数純度が良く且つ光強度の高いレーザー光を出力するレーザー光発生手段として機能する例えばパワーオシレーターと、このパワーオシレーターから出力されたレーザー光を波長別に弁別する弁別手段として機能する分光手段と、弁別されたレーザー光を電気信号に変換し、予め設定された基準信号と比較して、この電気信号とこの基準信号に差分が生じた場合には、この差分に対応する共振器長を補正するための補正信号をマスターオシレーター又はパワーオシレーターに出力し、マスターオシレーター又はパワーオシレーターの共振器長を駆動制御する駆動制御部を備えている。

図１を参照して、具体的に本発明の実施の形態に係るレーザー光発生装置１の構成を説明する。

同図に示すように、このレーザー光発生装置１は、パワーオシレーター３と、このパワーオシレーター３を駆動制御するパワーオシレーター駆動制御部７と、このパワーオシレーター３に複数の異なる発振周波数を注入する第１、第２、・・第ｎのマスターオシレーター５ａ、５ｂ・・・５ｎと、これら各マスターオシレーターを駆動制御する第１、第２、・・第ｎのマスターオシレーター制御駆動部１１ａ、１１ｂ・・・１１ｎと、この各マスターオシレーター制御駆動部に変調を加える変調用発振器１３と、パワーオシレーター３の出力を波長別に分光する分光手段と、これら光をそれぞれ受光して電気信号を出力する第１、第２、・・・第ｎの受光手段と、出力された各電気信号をそれぞれ第１、第２、・・・第ｎのマスターオシレーター制御駆動部１１ａ、１１ｂ、・・１１ｎに帰還させる第１、第２、・・・第ｎの帰還回路を備え、マスターオシレーターとパワーオシレーターの間には、ｎ個のマスターオシレーターからの出力を合成するミラー１７ａ、１７ｂ・・と、ハーフミラー１５ａ、１５ｂ・・が配置されている。またパワーオシレーター３と分光手段１９との間には、パワーオシレーター３の出力光を得るための部分透過ミラー１５ｃが設けられている。

本実施の形態において分光手段１９とは、パワーオシレーター３から出力されたレーザー光を波長毎に分光するものであって例えば回折格子やプリズムが挙げられる。また分光された光を電気信号に変換する光電変換手段としては例えば光フォトディテクタ（ＰＤ）が挙げられる。

本レーザー光発生装置１の第１の特徴は、ｎ個のマスターオシレーター５にフィードバックをかけるために、各マスターオシレーター５に対応する補正信号（エラー信号）を検出する検出機構及び補正機構を備えている点にある。これを実現するためにパワーオシレーター３に変調信号を重畳させ、パワーオシレーター３から出力された光を分光手段で分光し、分光された光を更に光電変換手段で検出して、各光に重畳された変調信号に対応する位相敏感検波器を通すことで補正信号を取得する。

本レーザー光発生装置１の第２の特徴は、従来の注入同期法を適用したレーザー装置がマスターオシレーターを１個のみを適用していたのに対し、出力強度は弱いが周波数純度が良いマスターオシレーターを少なくとも２個以上用いる点にある。またこれに伴い最低２個以上用いるマスターオシレーターの各スペクトルがパワーオシレーターの共振器の縦モード及び横モードに一致するよう同期させる点にある。

このように共振器の縦モードに一致させるには、たとえば、2個のマスターオシレーターを用いる場合には、下記の式（１）を満たすようにフィードバックをかける必要がある。

この場合、自由度は、波長ν１、波長ν２及びパワーオシレーターの実効共振器長Ｌの３個のパラメーターにより決定されることから、同期を得るためにはこのうちの２つの変数についてフィードバックをかける必要がある。

そこで本レーザー光発生装置１においては、共振器長が発振時の発熱及び周囲熱等の影響を受けてドリフトすることを考慮して、予め共振器長Lを基準とし、波長ν１とν２にフィードバックをかける。尚、基準は共振器長Lに限らず、波長ν１又はν２としてもよい。

更に本レーザー光発生装置１の第３の特徴は、マスターオシレーターの出力光又はパワーオシレーターのいずれか一方、又は両方に変調信号を重畳させる点にある。

また本レーザー光発生装置１の第４の特徴は、本発明の目的として非等間隔のスペクトルを得るために複数個のマスターオシレーターを用いるが、各マスターオシレーターに同じ規格のロックインアンプを用いる点にある。これにより各マスターオシレーターに専用のロックインアンプを設ける必要がなくなるので、レーザー光発生装置の歩留まりを良くすることができる。

また更に本レーザー光発生装置１の第５の特徴は、複数本の種光をそれぞれ独立に検出するため共振器のアライメント（光路の調整）が容易になる点にある。これにより種光に異常が生じたときに瞬時にこの異常を発見することができる。

（第１の実施の形態）
次に、図２を参照して、第１の実施の形態に係るレーザー光発生装置の実施例を説明する。

このレーザー光発生装置は、大きく分けてマスターオシレーター部２１と、パワーオシレーター部２３と、帰還回路２５に分けられる。

マスターオシレーター部２１には、第１のマスターオシレーターとしてチタンサファイアレーザー(発振波長７５７．８７４９[ｎｍ])２１１を適用し、第２のマスターオシレーターとしてＬＤ(発振波長７８４．９４８９[ｎｍ])２１３を適用した。ここでチタンサファイアレーザー２１１は、本実施例において基準となるレーザー装置であり、ＬＤ（リトロ型外部共振器半導体レーザー）２１３は、発振波長のフィードバックを受けるマスターオシレーターである。

このは、
ＬＤ２１３から出力された種光は、アナモフィックプリズム２２１、アイソレータ２２３ａを通過後、λ／２板２２５ａを通過したチタンサファイアレーザー２１１からの種光と結合ミラー２２７ａにより合成される。合成された種光は、光ファイバ２１７ｂを介して接続された２つの凸レンズ２１５ｃ、２１５ｄを通過後、アイソレータ２２３ｂを通過してパワーオシレーター部２３に入射する。

パワーオシレーター部２３は、ミラーを三角形に配置するリング型共振器を適用した。この三角形リング共振器は、出力結合ミラー２２７ｂと、ミラー２２９ｃと２２７ｃで構成されており、ミラー２２９ｃには圧電素子としてＰＺＴ（ピエゾ素子）が付設されている。またミラー２２７ｃを透過して三角形リング共振器に導入されるパワーオシレーターの励起用レーザーＱ−ＹＡＧレーザー（発振波長５３２[ｎｍ]）２３３はチタンサファイア結晶２３１を励起する。更にハーフミラー２２７ｃとハーフミラー２２７ｄの間には、フィードバック用のレーザー光を分岐させるためのチタンサファイア結晶２３１が配置されている。

帰還回路２５は、チタンサファイア結晶２３１の端面で一部反射された微弱な種光を分光する回折格子２５３と、分光されたレーザー光（以下、第１の検出信号、第２の検出信号という。）をそれぞれ受光する第１及び第２のＰＤ２５５ａ及び２５５ｂが配置されている。第１及び第２のＰＤ２５５ａ及び２５５ｂから出力された第１及び第２の検出信号は、位相敏感検波器２５９ａ、２５９ｂに入力される。位相敏感検波器２５９ａで検出された第１の検出信号は、ＰＺＴドライバ２６１で変調用発振器（５ｋＨｚ）２６３と比較され、その比較結果に基づく補正信号がＰＺＴ２６５に出力される。一方、位相敏感検波器２５９ｂで検出された第２の検出信号は、ＰＺＴドライバ２６１を通過してＬＤ２１３に入力される。

尚ここで、変調用発振器の周波数は５ｋＨｚとしたが、周波数はこれに限らず他の周波数でもよい。

次に、このレーザー光発生装置の動作を説明する。

まずパワーオシレーターに入射させるＬＤ２１３の種光の強度調整は、マスターオシレーター部２１に備えられているλ／２板２２５ａで偏光を回すことで設定し、チタンサファイアレーザー２１１の強度は、チタンサファイアレーザー２１１のライン上にあるλ／２板２２５ｂで偏光を回すことで設定する。

次に、三角共振器内に配置されたチタンサファイア結晶２３１の端面で反射された微弱な種光を検出光として取り出す。この検出光は、回折格子２５３で分光され、それぞれ第１及び第２のＰＤ２５５ａ及び２５５ｂに入力される。これら第１及び第２のＰＤ２５５ａ及び２５５ｂで検出された光は、更に５[ｋＨｚ]を参照信号とする位相敏感検波器により検出信号として取り出される。

その後、第１の検出信号を共振器長を制御するＰＺＴ２６５に戻し、他方はＬＤ２１３に戻す。これにより２本の種光とパワーオシレーターの縦モードを長時間に渡って安定に一致させることができる。高出力、且つ周波数精度の高いレーザー光を得ることができる。

発振光は種光に引きずり込まれるので、周波数純度が良く高出力を有するレーザー光が発生し、三角共振器から出力される。このとき出力される一方のスペクトルの中心波長は、チタンサファイアレーザー２１１と同じ７５７．８７４９[ｎｍ]であり、他方のスペクトルの中心波長は、ＬＤ２１３と同じ７８４．９４８９[ｎｍ]である。

次に、図３を参照して、上記レーザー光発生装置の実験結果を説明する。図３に示すスペクトルは、横軸が波長[ｎｍ]、縦軸が相対強度（対数表示）で示されている。

図３中において、スペクトル（１）は７５７．８７４９[ｎｍ]の種光を注入同期して得られた発振スペクトルであり、スペクトル（２）は７８４．９４８９[ｎｍ]の種光を注入同期して得られた発振スペクトルである。またスペクトル（３）はフリーラン状態（種光を注入していない状態）のスペクトルである。

本実験条件は、励起光（Ｑ−ＹＡＧレーザー（５３２[ｎｍ]））のエネルギーを４０[ｍＪ]、チタンサファイアレーザーの波長が７５７．８７４９[ｎｍ]、強度は出力結合ミラー後で１．４ [ｍW]、一方、ＬＤの波長が７８４．９４８９[ｎｍ]、強度はアウトプットカップラー後で９７[μＷ]としたときに得られた結果である。出力エネルギーはプリズムにより各成分に分け、パワーメーターで測定され、ともに４．１[ｍＪ]であった。

図３の実験結果に示されているように、フリーランの成分が２本の種光の波長に完全に引き込まれており、フリーランの成分が少なくとも１／１０００以下まで抑制されている。

（第１の実施の形態の変形例）
次に、図４を参照して、第１の実施の形態に係るレーザー光発生装置１の変形例を説明する。

このレーザー光発生装置３０は、単一縦モード波長を出力する少なくとも２個以上の種光発生手段として機能する例えば第１、第２・・第ｎのマスターオシレーター５５ａ、３５ｂ、・・３５ｎと、第１、第２・・第ｎのマスターオシレーター５５ａ、３５ｂ、・・３５ｎから出力された種光を合成する合成手段として機能する全反射ミラー４７ａ、４７ｂ及びハーフミラー４５ａ、４５ｂの光学素子で構成される光学系と、合成された種光を特定波長に同期させ、種光毎に生成される周波数純度が良く且つ光強度の高いレーザー光を出力するレーザー光発生手段として機能する例えばパワーオシレーター３３と、このレーザー光を電気信号に変換する光電変換手段として機能する例えば光フォトディテクタ（ＰＤ）３９と、この電気信号を波長毎に弁別する電気信号弁別手段として機能する例えば周波数フィルターを備える周波数弁別フィルター（電気回路）３１と、弁別された電気信号を予め設定された基準信号と比較して、この電気信号とこの基準信号の差分に相当する補正信号をマスターオシレーター又はパワーオシレーターに帰還し、マスターオシレーター又はパワーオシレーターの共振器長を駆動制御する第１、第２・・第ｎの駆動制御部４１ａ、４１ｂ、・・４１ｎとを備える。また、第１、第２・・第ｎのマスターオシレーター３５ａ、３５ｂ、・・３５ｎには、それぞれ第１、第２・・第ｎの変調用発振器４３ａ、４３ｂ、・・４３ｎが接続されており、各変調用発振器からの変調信号ｍ１、ｍ２・・ｍｎが各マスターオシレーターに入力される。

本実施の形態において第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態ではパワーオシレーター３から出力されたレーザー光を分光手段を用いて波長毎に分離していたのに対し、本実施の形態は、パワーオシレーターから出力されたレーザー光を光電変換素子で電気信号に変換してから周波数弁別フィルターを通して分離する点にある。これにより複数の種光の各波長差を小さくしても確実に分離することができる。

すなわち第１の実施の形態では、光を直接波長毎に分けていたので分離精度は分光素子の分解能に依存していたが、本発明によれば、電気信号に変換後に分離を行うため高精度な分離が可能となる。しかし本発明においては、レーザー光に重畳させる変調信号が競合しない程度の周波数を選択する必要がある。

また第１の実施の形態では、受光素子がマスターオシレーターの数だけ必要であったが、本実施の形態によれば、１個の受光素子で実現することができるので歩留まりを良くすることができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置の構成を説明する。図５は、第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置５０の構成図である。

このレーザー光発生装置５０は、単一縦モード波長を出力する少なくとも２個以上の種光発生手段として機能する例えば第１、第２のマスターオシレーター５５ａ、５５ｂと、第１、第２のマスターオシレーター５５ａ、５５ｂから出力された種光を合成する合成手段として機能する光ファイバ６３ａ、６３ｂと、合成された種光をもとに光ソリトン列を形成する非線形媒質５１と、非線形媒質５１から出力されたレーザー光をパワーオシレーターの増幅周波数領域に一致させるための高調波発生装置５７と、光ソリトン列または、その高周波をレーザー光を特定波長に同期させ、高出力化された光ソリトン列を発生させるレーザー光発生手段として機能する例えばパワーオシレーター５３と、このレーザー光を波長別に弁別する弁別手段として機能する分光手段と、弁別されたレーザー光を電気信号に変換する光電変換手段と、予め設定された基準信号と比較して、この電気信号とこの基準信号に差分が生じた場合には、この差分に対応する共振器長を補正するための補正信号をマスターオシレーター又はパワーオシレーターに出力し、マスターオシレーター又はパワーオシレーターの共振器長を駆動制御する第１、第２駆動制御部６１ａ、６１ｂを備えている。

本実施の形態において分光手段とは、パワーオシレーター５３から出力されたレーザー光を波長毎に分光するものであって例えば回折格子やプリズムが挙げられる。また分光された光を電気信号に変換する光電変換手段としては例えば光フォトディテクタ（ＰＤ）が挙げられる。また非線形媒質５１とは、高非線形ファイバと分散補償ファイバを組み合わせたものや、フォトニッククリスタルファイバーや、テイパーファイバーなどが適用可能である。

本レーザ光発生装置５は、近接した異なる二波長で発振する２台の独立な連続波レーザー光を基に、非線形光学過程（四光波光学過程）を通して多数の周波数コムを発生させ、それを種光として注入同期法により高出力化する方法である。

ここで周波数コムの縦モード間隔は、種光の２台の連続波レーザーの発振波長で決定されるので、マスターオシレターそれとパワーオシレーターを含めた計３台の独立なレーザー間の縦モードの整合を取ればよい。２波長の周波数差は一般的には数百MＨｚ〜数ＴＨｚ程度である。

尚、本実施の形態の変形例として、周波数差を注入同期をかけたまま連続的に掃引するようにしてもよい。また光には発生させた周波数コムをそのまま用いても良いし、その高調波を用いてもよい。また更にパワーオシレーター５３は連続波発振に限らずパルス発振を用いてもよい。

次に、図６〜図８を参照して、第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置５０の周波数スペクトルの変化過程を説明する。

図６は、図５における矢印Ａで示した部分のスペクトル、図７は矢印Ｂで示した部分のスペクトル、図７は矢印Ｃで示した部分のパワーオシレーターがパルス発振の場合のスペクトルを示している。

図６（ａ）は、横軸を周波数ν、縦軸を光強度Ｉとした場合の発振スペクトルであり、図６（ｂ）は、横軸を時間、縦軸を光強度Ｉとした場合の時間波形である。図６（ａ）（ｂ）に示すように、第１及び第２のマスターオシレーター５５ａ及び５５ｂからは、それぞれ異なる周波数ν１及びν２が出力されている。このときの各レーザー光の光強度は一定を保っている。

図７（ａ）も図６（ａ）と同様に、横軸を周波数ν、縦軸を光強度Ｉとした場合の発振スペクトルであり、図７（ｂ）は、横軸を時間、縦軸を光強度Ｉとした場合の時間波形である。図７（ａ）（ｂ）に示すように発振スペクトルは等周波数間隔Δν＝｜ν２−ν１｜の周波数コムを形成し、時間領域ではピーク強度が一定の光ソリトン列が形成される。

図８（ａ）も図６（ａ）と同様に、横軸を波長ν、縦軸を光強度Ｉとした場合の発振スペクトルであり、図８（ｂ）は、横軸を時間、縦軸を光強度Ｉとした場合の時間波形である。図８（ａ）（ｂ）に示すように、発振スペクトルは図７（ａ）と同じ形を保持したままそのピーク強度が高くなり、時間波形はパワーオシレーターのパルス発振の時間波形の包絡曲線の中に図７（ｂ）の光ソリトン列が形成されたものになる。

次に、図９を参照して、第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置５０の実施例を説明する。

このレーザー光発生装置７０は、３枚のミラー８５ａ、７９ｄ、８５ｂで構成される、いわゆる三角形リング共振器である。ポンプ光には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの二倍波、繰り返し周波数１０Ｈｚ、波長５３２ｎｍを使用する。繰り返し周波数１６０ＧＨｚ、中心波長１．５５μｍ、パルス幅(半値全幅)５００ｆｓの光ソリトンは、２つの第１及び第２のＤＦＢＬＤ（波長可変レーザー光源）７１ａ及び７１ｂを用いて２波長ビート信号を発生させ、高非線形ファイバＣＤＰＦ (Comb Like Dispersion Profiled Fiber)７３を用いて発生させる。

この光ソリトンを種光として用いるためには、チタンサファイア結晶８９が６００〜９００ｎｍの波長域でゲインをもつので、ここではＰＰＮＬ (Periodically Poled Lithium Niobate)７７を用いて二倍波を発生させる必要がある。

また半導体レーザーは戻り光に弱く壊れ易いので、戻り光でＰＰＬＮ７７の結晶を破損しないようにアイソレータ８３を挿入している。

チタンサファイア結晶８９の端面からの微弱な反射光を回折格子９３で分けて第１及び第２のＰＤ９５ａ及び９５ｂでそれぞれ検出し、５ｋＨｚの変調をかけて、一方は共振器長に、他方は波長にフィードバックをかけることで多数の縦モードからなる周波数コムに同時に注入同期を行うことができる。これにより繰り返し周波数１６０ＧＨｚ、中心波長７７５ｎｍ、パルス幅５００ｆｓ、パルスエンベロープの幅６ｎｓ、１０ｍＪの出力を得ることができる。

次に、図１０〜図１２を参照して、第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置７０の周波数スペクトルの変化過程を説明する。

図１０は、図９における矢印Ｄで示した部分のスペクトル、図１１は矢印Ｅで示した部分のスペクトル、図１２は矢印Ｆで示した部分のスペクトルを示している。

図１０（ａ）は、横軸を波長ν、縦軸を光強度Ｉとした場合の発振スペクトルであり、図１０（ｂ）は、横軸を時間、縦軸を光強度Ｉとした場合の時間波形である。図１０（ａ）（ｂ）に示すように、第１及び第２のＤＦＢＬＤ７１ａ及び７１ｂからは、それぞれ異なる周波数ν１及びν２が出力されている。このときの各レーザー光の光強度は一定を保っている。

図１１（ａ）も図１０（ａ）と同様に、横軸を波長ν、縦軸を光強度Ｉとした場合の発振スペクトルであり、図１１（ｂ）は、横軸を時間、縦軸を光強度Ｉとした場合の時間波形である。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、発振スペクトルは等周波数間隔Δν＝｜ν２−ν１｜の周波数コムを形成し、時間領域ではピーク強度が一定の光ソリトン列が形成される。

図１２（ａ）も図１０（ａ）と同様に、横軸を波長ν、縦軸を光強度Ｉとした場合の発振スペクトルであり、図１２（ｂ）は、横軸を時間、縦軸を光強度Ｉとした場合の時間波形である。図１２（ａ）（ｂ）に示すように、発振スペクトルは図１１（ａ）と同じ形を保持したままそのピーク強度が高くなり、時間波形はパワーオシレーターのパルス発振の時間波形の包絡曲線（半値全幅６ｎｓ）の中に図１１（ｂ）の光ソリトン列が形成されたものになる。

本発明の第１の実施の形態に係るレーザー光発生装置１の構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係るレーザー光発生装置１の実施例を説明する図ある。 本発明の第１の実施の形態に係るレーザー光発生装置１の実験結果を示すスペクトル図である。 本発明の第１の実施の形態に係るレーザー光発生装置３０の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置５０の構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置５０において矢印Ａで示した位置の波形図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置５０において矢印Ｂで示した位置の波形図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置５０において矢印Ｃで示した位置の波形図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置７０の実施例を説明する図ある。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置７０の実施例おいて矢印Ｄで示した位置の波形図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置７０の実施例おいて矢印Ｅで示した位置の波形図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレーザー光発生装置７０の実施例おいて矢印Ｆで示した位置の波形図である。

符号の説明

１…レーザー光発生装置
３…パワーオシレーター
５ａ、５ｂ、・・５ｎ…マスターオシレーター
７…パワーオシレーター駆動制御部
１１ａ、１１ｂ、・・１１ｎ…マスターオシレーター制御駆動部
１３…変調用発振器
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…ハーフミラー
１７ａ、１７ｂ…ミラー
１９…分光手段
２１…マスターオシレーター部
２３…パワーオシレーター部
２５…帰還回路
３３…パワーオシレーター
３５ａ、３５ｂ、・・３５ｃ…マスターオシレーター
４１ａ、４１ｂ、・・４１ｎ…駆動制御部
４３ａ、４３ｂ、・・４３ｎ…変調用発振器
４５ａ…ハーフミラー
４７ａ…全反射ミラー
５１…非線形媒質
５３…パワーオシレーター
５５ａ…第２のマスターオシレーター
５７…高調波発生装置
６１ａ…第２駆動制御部
６３ａ…光ファイバ
７１ａ，７１ｂ…ＤＦＢＬＤ
７７…ＰＰＬＮ
８３…アイソレータ
８５ａ…ミラー
８９…チタンサファイア結晶
９３…回折格子
９５ａ，９５ｂ…ＰＤ
２１１…チタンサファイアレーザー
２１３…ＬＤ
２１５ｃ…凸レンズ
２１７ｂ…光ファイバ
２２１…アナモフィックプリズム
２２３ａ…アイソレータ
２２３ｂ…アイソレータ
２２５ａ、２２５ｂ…λ／２板
２２７ａ、２２７ｂ、２２７ｃ、２２７ｄ…結合ミラー
２２９ｃ…ミラー
２３１…チタンサファイア結晶
２５３…回折格子
２５５ａ，２５５ｂ…ＰＤ
２５９ａ、２５９ｂ…位相敏感検波器
２６１…ＰＺＴドライバ
２６５…ＰＺＴ

Claims (9)

1. 単一縦モード波長を出力する、少なくとも２個以上の種光発生手段と、
   前記種光発生手段から出力された種光を合成する合成手段と、
   前記合成された種光を特定波長に同期させ、該種光毎に生成される周波数純度が良く且つ光強度の高いレーザー光を出力するレーザー光発生手段と、
   前記レーザー光を波長別に弁別する弁別手段と、
   弁別されたレーザー光を電気信号に変換し、予め設定された基準信号と比較して、該電気信号と該基準信号に差分が生じた場合には、該差分に対応する共振器長を補正するための補正信号を前記種光発生手段又は前記レーザー光発生手段に帰還し、該種光発生手段又は前記レーザー光発生手段の共振器長を駆動制御する駆動制御手段と、
   を備えることを特徴とするレーザー光発生装置。
2. 単一縦モード波長を出力する少なくとも２個以上の種光発生手段と、
   前記種光発生手段から出力された種光を合成する合成手段と、
   前記合成された種光を特定波長に同期させ、該種光毎に生成される周波数純度が良く且つ光強度の高いレーザー光を出力するレーザー光発生手段と、
   前記レーザー光を電気信号に変換する光電変換手段と、
   前記電気信号を電気信号毎に弁別する電気信号弁別手段と、
   弁別された電気信号を、予め設定された基準信号と比較して、該基準信号と該電気信号に差分が生じた場合には、該差分に対応する共振器長を補正するための補正信号を前記種光発生手段又は前記レーザー光発生手段に帰還し、該種光発生手段又は前記レーザー光発生手段の共振器長を駆動制御する駆動制御手段と、
   を備えることを特徴とするレーザー光発生装置。
3. 前記種光発生手段に前記補正値を出力する場合は、該種光発生手段毎に前記駆動制御手段を設けることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザー光発生装置。
4. 前記種光発生手段に変調信号を出力する変調信号発生手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザー光発生装置。
5. 前記駆動制御手段は、前記基準信号に対する前記電気信号の変位方向と変位量に基づいて補正値を算出し、該補正値を含む補正信号を共振器長に出力することを特徴とする請求項１又は２記載のレーザー光発生装置。
6. 前記弁別手段は、前記レーザー光発生手段から出力されたレーザー光を波長毎に分光する分光手段と、分光された光を電気信号に変換する光電変換手段を有することを特徴とする請求項１記載のレーザー光発生装置。
7. 前記種光発生手段毎に前記変調信号発生手段を設けることを特徴とする請求項２記載のレーザー光発生装置。
8. 単一縦モード波長を出力する、少なくとも２個以上の種光発生手段と、前記種光発生手段から出力された種光を合成する合成手段と、前記合成された種光をもとに光ソリトン列を形成する非線形媒質と、前記非線形媒質から出力されたレーザー光をパワーオシレーターの増幅周波数領域に一致させるための高調波発生手段と、光ソリトン又はその高調波を特定波長に同期させ高出力化された光ソリトン列を発生させるレーザー光発生手段と、該レーザー光を波長別に弁別する弁別手段と、弁別されたレーザー光を電気信号に変換する光電変換手段と、該電気信号と予め設定された基準信号と比較して、該電気信号と該基準信号に差分が生じた場合には、該差分に対応する共振器長を補正するための補正信号を前記種光発生手段又はレーザー光発生手段に出力し、前記種光発生手段又はレーザー光発生手段の共振器長を駆動制御する手段とを備えることを特徴とするレーザー光発生装置。
9. 単一縦モード波長を出力する、少なくとも２個以上の種光発生手段と、前記種光発生手段から出力された種光を合成する合成手段と、前記合成された種光をもとに光ソリトン列を形成する非線形媒質と、前記非線形媒質から出力されたレーザー光をパワーオシレーターの増幅周波数領域に一致させるための高調波発生手段と、光ソリトン又はその高調波を特定波長に同期させ高出力化された光ソリトン列を発生させるレーザー光発生手段と、
   前記レーザー光を電気信号に変換する光電変換手段と、
   前記電気信号を電気信号毎に弁別する電気信号弁別手段と、
   該電気信号と予め設定された基準信号と比較して、該電気信号と該基準信号に差分が生じた場合には、該差分に対応する共振器長を補正するための補正信号を前記種光発生手段又はレーザー光発生手段に出力し、前記種光発生手段又はレーザー光発生手段の共振器長を駆動制御する手段とを備えることを特徴とするレーザー光発生装置。
   

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