JP2007515680A - 広域スペクトル光源 - Google Patents
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Abstract
Description
ーザで励起された領域580〜900nmでゼロ分散波長を有する小コア高インデックス・コントラストPCFで超連続体を生成するのに、劇的な効果を与えている。こうしたファイバは通常は厳密には単一モードではないが、高次モードの励起が難しく、通常の曲げでは基本モードにも結合されず、したがってファイバを単一モードであるかのように使用することができる。
step index fibres」、Optical Fibre Conference、ペーパーFG4−1、114〜116ページ、1999年2月26日(金)を参照)。
イバとを有する、300nm超にわたって延びる波長のスペクトルの光源であって、ファイバ中のパルスによって光が生成される光源が提供される。
レーザは周波数2倍ではなく、その基本波長または基本波長付近で動作する。従来技術では、PCFを励起するのに使用されてきたマイクロチップ・レーザは周波数2倍であった。マイクロチップ・レーザ基本波長、例えば1000nmから1100nmで、非常に広域のスペクトルの生成を達成できることは驚くべきことである。
基本波長は600nmより長くてよい。基本波長は1000nmから1100nmの範囲でよい。
あるいは、レーザの動作波長はゼロ分散波長よりも長くてもよい。その場合、広域スペクトルは一般には変調不安定性によって生成される。
波長のスペクトルの光の70%超、80%超、90%超、さらには95%超が、ファイバによってサポートされる最低次の横モードでよい。
微細構造ファイバは、4ミクロン超、4.5ミクロン超、さらには4.8ミクロン超の直径を有するコアを有することができる。
さらに、本発明によれば、500nmにわたって延びる波長のスペクトルの光を生成する方法であって、レーザをその基本波長または基本波長付近で操作して0.5nsより長い持続時間の光のパルスを供給し、微細構造光ファイバ中でパルスを誘導する方法が提供される。
混合によって生成することができる。そのような連鎖した非線形性を使用することにより、例えば1064nmで動作する、例えばマイクロチップ・レーザから、可視波長、さらには紫外波長で著しいエネルギーを有するスペクトルを生成できることを本発明者らは発見した。500nmより短い波長にわたって延びる連続体の生成は特に有利であり、多くの潜在的用途を有する。それは、周波数2倍マイクロチップ・レーザ(例えば、532nm光から超連続体を生成するレーザ)を利用する従来技術のシステムでは達成されていなかった。しかし、基本波長で動作するモノリシック・レーザからの光、例えば4波混合によって700nmから800nmの範囲の波長に変換され、次いで超連続体に変換された1000nmから1100nmの範囲(例えば1064nm)で動作するマイクロチップ・レーザからの光を変換することにより、可視またはUVに延びるスペクトルの生成が可能であることを本発明者らは発見した。
および
2ωpump=ωsignal+ωidler (2)
上式で、kjはモードの波数ベクトル(伝搬定数)であり、ωjは、ポンプ波、信号波、およびアイドラ波の周波数であり、Pはポンプ・パワー(準CWの場合、ピーク・ポンプ・パワー)であり、γはファイバの非線形係数である。
km)に
1PCFの測定した分散から計算された位相整合FWM波長を、ゼロ分散波長からのポンプ波長偏位の関数として図1(b)に示す。a)λpump≪λ0、b)λpump≦λ0、c)λpump>λ0という3つの重要な領域がある。
ハーヴェイ(J.D.Harvey)、アール レオンハルト(R.Leonhardt)、ケー エル ジー ウォング(K.L.G.Wong)、ジェー シー ナイト(J.C.Knight)、ダブリュー ジェイ ワズワース(W.J.Wadsworth)、およびピー エスティー ジェー ラッセル(P.St.J.Russell)、
「An optical parametric oscillator in the
visible using PCF」、CLEO 2003、ペーパー CMR3(2003年)を参照)。この研究では、本発明者らは、入手可能な多数の異なるNd/Ybドープ・レーザを考えると、工学的に非常に重要な、1桁長い600psおよび波長1064nmのパルスで、FWM/MI現象を詳細に調査している。
波長を指す。ファイバPを除く、表1に列挙したすべてのファイバはエンドレス単一モードである。波長がどうであっても1つの導波モードしか存在しない。ホール直径d/Λ>0.4を有するファイバPはエンドレス単一モードではないが、単一モード・カットオフ波長は<650nmであり、したがって、注目の波長での単一モードである。ファイバの選択のための実測分散曲線が、Λ=3μm、d/Λ=0.3の理想化されたファイバについて計算された曲線と共に図1(a)に示されている。上述の非線形相互作用の異なる領域が、利用可能なファイバの範囲ですべてアクセス可能である。a)Nufern 1000−HPの従来型ステップ型ファイバで表されるλpump≪λ0、b)PCF Lで表されるλpump≦λ0、c)PCF Pで表されるλpump>λ0。
ケースa)λpump≪λ0
ステップ型ファイバ1000−HPは、実測ゼロ分散波長λ0=1440nmを有する。ポンプ波長偏位は非常に大きく−376nmであり、これは、非線形位相整合が存在しない領域内にある。ポンプ波長1064nmでの分散は、−37ps/nm kmである。100mのこのファイバに関する入力パワーに伴う実測出力スペクトルの変化を図3に示す。著しいラマン生成が存在し、数次のラマン・ストークス線が見える。スペクトルは片側であり、ポンプよりも短い波長の生成はない。予想通り、これは、パラメトリック法の欠如を明白に示している。
PCF Lは、実測ゼロ分散波長λ0=1069nmを有する。ポンプ波長偏位は小さく−5nmであり、これは、広い間隔の波長の位相整合が存在し、パワー依存性がほとんどない領域内にある(FWM、図1(b)の左半分)。ポンプ波長での分散も小さく、丁度−1ps/nm kmである。6mのこのファイバに関する実測出力スペクトルの入力パワーに伴う変化を図4(a)に示す。低パワーでは、2つの別個のパラメトリック波長が、ポンプ波長についてのエネルギーにおいて等しい間隔の895nmと1315nmで生成される。これは位相整合計算から予想される通りである。ポンプ・パワーがさらに増大するとき、ポンプ波長、信号波長、およびアイドラ波長についてのスペクトルの広がりがある。他のPCF、−40nmまでのλ0からのポンプ偏位を伴うA〜Nでは、686nmから975nmまでの範囲の信号波長と、1168nmから1900nmを超える範囲のアイドラ波長を伴う類似のパラメトリック光生成が見られる(表1、図5(a))。
た。30mWのポンプ・パワーで3mの長さの場合、全出力パワーは13mWであり、そのうち8.0mWが1064nmでのポンプであり、4.5mWが732nmでの信号であり、35%の変換、および0.43mWが1945nmでのアイドラであり、3%の変換であった。
PCF Pは、ゼロ分散波長λ0=1039nmを有する。ポンプ波長偏位は+25nmであり、これは、密な間隔の波長のパワー依存位相整合が存在する領域内にある(MI、図1(b)の右半分)。ポンプ波長での分散は+5ps/nm kmである。1m、3m、20m、および100mのこのファイバに関する実測出力スペクトルの入力パワーに伴う変化を図7に示す。短い1mおよび3mの長さでは、対称的MIピークがポンプ波長の両側近くにはっきりと見える。低パワー(5〜7mW)では、等式(1)から予想される、生成されるMI波長の入力パワーに伴う偏位があるが、MIピーク中に著しいパワーがあると、波長は飽和を通じて固定される。長い20mおよび100mの長さのファイバでは、MIは、まさに最低のパワー<2mWでしか見えない。生成される波長は、それが測定されるより低いポンプ・パワーから予想されるように、ポンプにずっと近く(100mではポンプからほとんど分離されない)、やはり、ピークの位置は高パワーで安定する。高パワーでは、出力帯域幅は、広く極めてフラットな連続体に成長し、約500nmからOSAの限界1750nmを超えて広がる。1900nmを超えるスペクトル中のパワーが確かに存在することを示すために他の検出器を使用した。20mの長さの2つのファイバの代表的高パワー・スペクトルを線形目盛および対数目盛の両方で図8に示す。フラットな連続体のスペクトル特徴の欠如が、PCFでフェムト秒パルスで生成される連続体と著しい対照をなす。短/中期間時間安定性も良好である。本発明者らは、この連続体を、その入力パワーを監視する必要なしに干渉測定のための光源として応用しているからである。スペクトルが20mのファイバの後で既に極めて広いとき、帯域幅は、100mまでのさらなる伝搬からほとんど得られない。実際、さらなる伝搬の主な効果はパワー損失である。しかし、伝搬は、ファイバの最初の20mで生成される広域スペクトルの受動線形伝搬ではない。このことは、20から100mの受動ファイバ伝搬に関する8dBに相当する、1380nmでのファイバのOH吸収によって引き起こされる出力スペクトル中のディップを見ることによって理解することができる。100m後のスペクトルで測定される実際のディップはわずか4dBであり、吸収のためにエネルギーが失われるときにエ
ネルギーをこの領域中に再配布し続けることができるのに十分なパワーが吸収の両側の連続体中にあることが示唆される。
1W)でのファイバ・リング空洞中の真cw OPO振動の可能性を指し示している。
広域スペクトル光源の1例
図10を参照して、以下の例は、本発明による光源の1つの特定の例を説明する。図10に示す超連続体光源は3つの区間からなる。第1区間(図10の要素1から6)は、2nsから5nsのパルス幅(2〜5ns範囲より短いまたは長い他のパルス長を例えば空洞長を変更することによって実装することができる)を有する1064nmの光を放射するqスイッチNd:YAGレーザを形成する。第2区間(図10の要素7および8)は、Nd:YAGレーザからの光を第3区間に結合するための光学的結合区間を形成する。第3区間(図10の要素9)は光非線形フォトニック結晶ファイバである。
Claims (20)
- 300nmを超えて延びる波長のスペクトルの光源であって、基本波長または基本波長付近で動作し、0.5nsよりも長い持続時間のパルスを生成するレーザと、
該パルスを誘導するように構成された微細構造光ファイバと、
からなり、
該ファイバ中のパルスによって光が生成される光源。 - 前記レーザがモノリシック・レーザである請求項1に記載の光源。
- 前記モノリシック・レーザがマイクロチップ・レーザである請求項2に記載の光源。
- 光の前記パルスが、2ns超、3ns超、4ns超、5ns超、8ns超、10ns超など、1nsより長い持続時間である請求項1乃至3のいずれかに記載の光源。
- 前記パルスが、20kW未満、15kW未満、10kW未満、9kW未満、3kW未満、1kW未満など、50KW未満のピーク・パワーを有する請求項1乃至4のいずれかに記載の光源。
- 前記パルスがピーク・パワーを有し、前記ファイバの長さにわたって前記ファイバと相互作用し、それによって該ピーク・パワーと相互作用長との積が、1kWm未満、500Wm未満など、2kWm未満である請求項1乃至5のいずれかに記載の光源。
- 前記スペクトルが、700nm超など、500nm超にわたって延びる請求項1乃至6のいずれかに記載の光源。
- 前記基本波長が600nmより長い請求項1乃至7のいずれかに記載の光源。
- 前記基本波長が1000nmから1100nmの範囲内である請求項1乃至8のいずれかに記載の光源。
- 前記微細構造光ファイバがゼロ分散波長λ0を有し、前記レーザの動作波長が該ゼロ分散波長未満である請求項1乃至9のいずれかに記載の光源。
- 前記微細構造光ファイバがゼロ分散波長λ0を有し、前記レーザの動作波長が該ゼロ分散波長より長い請求項1乃至9のいずれかに記載の光源。
- 前記微細構造光ファイバが、1000nmと1100nmの間のゼロ分散波長を有する請求項1乃至11のいずれかに記載の光源。
- 前記微細構造光ファイバが、前記スペクトル中の全波長で単一横モードでの光の伝搬をサポートするように構成される請求項1乃至12のいずれかに記載の光源。
- 前記微細構造光ファイバが、単一横モードでの前記パルスの伝搬をサポートするように構成される請求項1乃至13のいずれかに記載の光源。
- 前記微細構造光ファイバが、全波長で単一横モードでの光の伝搬をサポートするように構成される請求項1乃至14のいずれかに記載の光源。
- 前記微細構造ファイバが、2.7ミクロン超、2.9ミクロン超など、2.5ミクロンよ
りも大きいピッチを有する請求項1乃至15のいずれかに記載の光源。 - 前記微細構造ファイバが、4.5ミクロン超、4.8ミクロン超など、4ミクロンよりも大きい直径を有するコアを有する請求項1乃至16のいずれかに記載の光源。
- 前記微細構造ファイバが、直径dおよびピッチΛのホールのアレイを含むクラッディング領域を有し、d/Λが、0.6未満、0.5未満、0.4未満など、0.7未満である請求項1乃至17のいずれかに記載の光源。
- 前記微細構造ファイバが、9μm2超、12μm2超、14μm2超、15μm2超など、8μm2より広い実効非線形面積を有する請求項1乃至18のいずれかに記載の光源。
- 300nmにわたって延びる波長のスペクトルの光を生成する方法であって、モノリシック・レーザを基本波長または基本波長付近で操作し、0.5nsよりも長い持続時間のパルスを供給する工程と、
該パルスを微細構造光ファイバ内に誘導する工程と、からなる方法。
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