JP2022035696A - ファイバレーザ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化や低励起パワー化を図ることができるファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】ファイバレーザ装置は、偏波保持ファイバにより構成された第１光ファイバ３０、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０を備える。第１光ファイバ３０は、少なくとも１つの第１部分３１と、第１部分３１と互い違いに配置された少なくとも２つの第２部分３２と、を有する。隣り合う第１部分３１と第２部分３２とは、接続箇所Ｃ１において第１部分３１の速軸３１Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、互いに接続されている。第１部分３１の総長さＬ３１は、第２部分３２の総長さＬ３２と等しい。第１光ファイバ３０のモードフィールド径は、第２光ファイバ４０のモードフィールド径及び第３光ファイバ５０のモードフィールド径の各々よりも小さい。【選択図】図３

Description

本発明は、ファイバレーザ装置に関する。
ファイバレーザ装置として、光ファイバの非線形効果を用いてモードロックを生じさせることにより、超短パルスレーザを発生させるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
欧州特許出願公開第３３００１９１号
上述したようなファイバレーザ装置では、十分な非線形効果を生じさせるために、ある程度以上の長さの光ファイバを用いる必要がある。そのため、共振器長が長くなり、出力光の周波数を高めること（高繰り返し化）が難しい。また、モードロックを自己開始させるためには共振器の内部パワー密度を十分に高める必要があるが、光ファイバが短いと、光ファイバが長い場合と比べて十分な非線形効果を得るための内部パワー密度が高くなり、高い励起パワーが必要となる。また、ファイバレーザ装置には、良好な波形の光を出力することが求められる。
本発明は、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化や低励起パワー化を図ることができるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
本発明のファイバレーザ装置は、偏波保持ファイバにより構成された第１光ファイバと、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバの一端に接続された第２光ファイバと、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバの他端に接続された第３光ファイバと、を備え、第１光ファイバは、少なくとも１つの第１部分と、第１部分と互い違いに配置された少なくとも２つの第２部分と、を有し、隣り合う第１部分と第２部分とは、接続箇所において第１部分の速軸が第２部分の遅軸に一致するように、互いに接続されており、第１部分の長さは、第２部分の総長さと等しく、第１光ファイバのモードフィールド径は、第２光ファイバのモードフィールド径及び第３光ファイバのモードフィールド径の各々よりも小さい。
このファイバレーザ装置では、第１光ファイバが、少なくとも１つの第１部分と、第１部分と互い違いに配置された少なくとも２つの第２部分と、を有している。隣り合う第１部分と第２部分とは、接続箇所において第１部分の速軸が第２部分の遅軸に一致するように、互いに接続されている。このような第１光ファイバに光を通すことにより、モードロックを生じさせることできる。また、第１部分の総長さが、第２部分の総長さと等しくなっている。これにより、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。また、第１光ファイバが、少なくとも１つの第１部分及び少なくとも２つの第２部分を有している。これにより、例えば第１光ファイバが２つのファイバ要素のみからなる場合と比べて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の相互作用により出力光の波形が乱れるのを抑制することができる。その結果、良好な波形の光を出力することができる。また、第１光ファイバのモードフィールド径が、第２光ファイバのモードフィールド径及び第３光ファイバのモードフィールド径の各々よりも小さくなっており、第１光ファイバの非線形効果が高められている。これにより、第１光ファイバを短くすることができ、高繰り返し化や低励起パワー化を図ることが可能となる。このように、このファイバレーザ装置によれば、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化や低励起パワー化を図ることができる。
第２光ファイバ及び第３光ファイバの少なくとも一方は、融着により第１光ファイバに接続されていてもよい。この場合、部品点数を削減すると共に、製造を容易化することができる。
第２光ファイバは、第１部分と、第２部分と、を有し、第２光ファイバの第１部分は、接続箇所において第２光ファイバの第１部分の速軸が第１光ファイバの遅軸に一致するように、第１光ファイバの一端に接続されており、第２光ファイバの第２部分は、接続箇所において第２光ファイバの第２部分の速軸と第２光ファイバの第１部分の速軸との間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように、第２光ファイバの第１部分に接続されていてもよい。互いに異なるモードフィールド径を有する偏波保持ファイバ同士を互いの速軸間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように接続することは難しく、歩留まりが低下するおそれがある。これに対し、この構成では、互いに異なるモードフィールド径を有する第１光ファイバと第２光ファイバとが、互いの速軸と遅軸とが一致するように（互いの速軸間の角度が９０度となるように）接続される。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの間の接続を容易化することができ、歩留まりを向上することができる。
第３光ファイバは、第１部分と、第２部分と、を有し、第３光ファイバの第１部分は、接続箇所において第３光ファイバの第１部分の速軸が第１光ファイバの速軸に一致するように、第１光ファイバの他端に接続されており、第３光ファイバの第２部分は、接続箇所において第３光ファイバの第２部分の速軸と第３光ファイバの第１部分の速軸との間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように、第３光ファイバの第１部分に接続されていてもよい。この場合、第１光ファイバと第３光ファイバとの間の接続を容易化することができ、歩留まりを一層向上することができる。
第２光ファイバの第１部分の長さは、第３光ファイバの第１部分の長さと等しくてもよい。この場合、第２光ファイバの第１部分、及び第３光ファイバの第１部分について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
第２光ファイバは、第１部分を有し、第２光ファイバの第１部分は、接続箇所において第２光ファイバの第１部分の速軸が第１光ファイバの遅軸に一致するように、第１光ファイバの一端に接続されており、第３光ファイバは、第１部分を有し、第３光ファイバの第１部分は、接続箇所において第３光ファイバの第１部分の速軸が第１光ファイバの速軸に一致するように、第１光ファイバの他端に接続されており、第２光ファイバの第１部分の長さは、第３光ファイバの第１部分の長さと等しくてもよい。この場合、第１光ファイバと第２光ファイバとの間の接続、及び第１光ファイバと第３光ファイバとの間の接続を容易化することができる。また、第２光ファイバの第１部分、及び第３光ファイバの第１部分について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
本発明のファイバレーザ装置は、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバと第２光ファイバとの間に接続された第１ブリッジファイバを更に備え、第１ブリッジファイバのモードフィールド径は、第１光ファイバのモードフィールド径よりも大きく、且つ第２光ファイバのモードフィールド径よりも小さくてもよい。互いに異なるモードフィールド径を有する偏波保持ファイバ同士を接続すると、接続箇所において損失が発生し易い。これに対し、この構成では、第１光ファイバと第２光ファイバとの間に、第１光ファイバのモードフィールド径よりも大きく且つ第２光ファイバのモードフィールド径よりも小さいモードフィールド径を有する第１ブリッジファイバが接続されている。これにより、接続箇所における損失を低減することができる。
本発明のファイバレーザ装置は、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバと第３光ファイバとの間に接続された第２ブリッジファイバを更に備え、第２ブリッジファイバのモードフィールド径は、第１光ファイバのモードフィールド径よりも大きく、且つ第３光ファイバのモードフィールド径よりも小さくてもよい。この場合、接続箇所における損失を一層低減することができる。
第１光ファイバは、第１部分及び第２部分を合計で偶数個有し、接続箇所における第１ブリッジファイバの速軸と第１光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における第２ブリッジファイバの速軸と第１光ファイバの速軸との間の角度との差が９０度であってもよい。この場合、第１ブリッジファイバ及び第２ブリッジファイバについて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
第１光ファイバは、第１部分及び第２部分を合計で奇数個有し、接続箇所における第１ブリッジファイバの速軸と第１光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における第２ブリッジファイバの速軸と第１光ファイバの速軸との間の角度との差が０度であってもよい。この場合、第１ブリッジファイバ及び第２ブリッジファイバについて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
接続箇所における第１ブリッジファイバの速軸と第２光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における第２ブリッジファイバの速軸と第３光ファイバの速軸との間の角度との差が０度であってもよい。この場合、第２光ファイバ及び第３光ファイバについて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
第１ブリッジファイバの長さは、第２ブリッジファイバの長さと等しくてもよい。この場合、第１ブリッジファイバ及び第２ブリッジファイバについて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
本発明のファイバレーザ装置は、励起光を出力する光源と、励起光を吸収し、レーザ光を放出する光ファイバと、を更に備え、レーザ光は、第１光ファイバ、第２光ファイバ及び第３光ファイバによって導光されてもよい。この場合、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。
本発明によれば、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化や低励起パワー化を図ることができファイバレーザ装置を提供することが可能となる。
実施形態に係るファイバレーザ装置の構成図である。 第１光ファイバの断面図である。 モードロック部の模式図である。 パルス波形及び瞬時波長を示すグラフである。 スペクトル波形及び位相を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。 第１変形例のファイバレーザ装置の構成図である。 第１変形例のモードロック部の模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、ブリッジファイバの接続態様を説明するための図である。 図７の構成により取得されたスペクトル波形を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、図７の構成により取得された周波数スペクトルを示すグラフである。 比較例のファイバレーザ装置の構成図である。 図１２の構成により取得されたスペクトル波形を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、図１２の構成により取得された周波数スペクトルを示すグラフである。 第２変形例のファイバレーザ装置の構成図である。 図１５の構成により取得されたスペクトル波形を示すグラフである。 図１５の構成により取得されたパルス波形及び瞬時波長を示すグラフである。 図１５の構成においてモードロックが生じた角度領域を示す図である。 第３変形例のファイバレーザ装置の構成図である。 図１９の構成により取得されたスペクトル波形を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、図１９の構成により取得された周波数スペクトルを示すグラフである。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［ファイバレーザ装置］
図１に示されるように、ファイバレーザ装置１は、光源１１と、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）（波長分割多重）カプラ１２と、ドープファイバ１３と、アイソレータ１４と、モードロック部１５と、偏波コントローラ１６と、偏光子１７と、出力カプラ１８と、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission)（自然放射増幅光）フィルタ１９と、を備えている。また、ファイバレーザ装置１は、それらの要素同士を接続するための複数の光ファイバ２１～２８を更に備えている。モードロック部１５は、第１光ファイバ３０と、第２光ファイバ４０と、第３光ファイバ５０と、を有している。
ドープファイバ１３、光ファイバ２１～２８、第１光ファイバ３０、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０の各々は、偏波保持（ＰＭ：Polarization Maintaining）ファイバにより構成されている。偏波保持ファイバは、互いに直交する速軸と遅軸との間で屈折率を異ならせることにより、伝送する光の偏波面保持特性が高められた光ファイバである。この例では、ドープファイバ１３、光ファイバ２１～２８、第１光ファイバ３０、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０の各々は、光弾性効果を用いた応力付与型の偏波保持ファイバにより構成されているが、非軸対称なコア形状を有する構造型の偏波保持ファイバにより構成されてもよい。
図２は、第１光ファイバ３０の断面図である。第１光ファイバ３０は、互いに直交する速軸Ｘ１及び遅軸Ｘ２を有している。第１光ファイバ３０は、コア３０ａと、クラッド３０ｂと、一対の応力付与材３０ｃと、を備えている。コア３０ａは、第１光ファイバの３１の中心に位置している。コア３０ａの屈折率は、クラッド３０ｂの屈折率よりも高い。クラッド３０ｂは、コア３０ａを囲んでいる。一対の応力付与材３０ｃは、遅軸Ｘ２上におけるコア３０ａの両側に位置するように、クラッド３０ｂ内に配置されている。
第１光ファイバ３０では、応力付与材３０ｃの熱収縮率がクラッド３０ｂの熱収縮率よりも大きいことを利用してコア３０ａに引張応力を作用させることにより、コア３０ａに複屈折率性を持たせている。この屈折率差により、第１光ファイバ３０内を光が伝搬する場合、速軸Ｘ１に沿って伝搬する成分は、遅軸Ｘ２に沿って伝搬する成分よりも速く伝搬する。ドープファイバ１３、光ファイバ２１～２８、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０についても第１光ファイバ３０と同様の断面構造を有している。
再び図１を参照して、光源１１は、励起光Ｌ１を出力する。光源１１は、例えば、９７９ｎｍの波長のレーザ光を出力するレーザダイオードである。ＷＤＭカプラ１２は、光源１１から光ファイバ２１を介して入力された励起光Ｌ１を反射して光ファイバ２２に出力すると共に、光ファイバ２８を介して入力された信号光Ｌ２を透過させて光ファイバ２２に出力する。
ドープファイバ１３は、光ファイバ２２を介して入力された励起光Ｌ１を吸収し、レーザ光（信号光Ｌ２）を放出する。ドープファイバ１３において放出された信号光Ｌ２は、光ファイバ２３を介してアイソレータ１４に入力される。ドープファイバ１３は、例えば、エルビウム（Ｅｒ）がコアに添加されたエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber）であり、１．５μｍ帯の波長のレーザ光を放出する。ドープファイバ１３は、イッテルビウム（Ｙｂ）がコアに添加されたイッテルビウム添加ファイバであってもよい。この場合、ドープファイバ１３は１．０μｍ帯の波長のレーザ光を放出する。
アイソレータ１４は、ドープファイバ１３からモードロック部１５に向かう順方向には光を伝搬させる一方、順方向とは逆の方向には光を伝搬させない。モードロック部１５は、光の伝搬方向における上流側から、第２光ファイバ４０、第１光ファイバ３０、第３光ファイバ５０をこの順に有し、これらの光ファイバによって信号光Ｌ２を導光する。モードロック部１５の詳細については後述する。
偏波コントローラ１６は、モードロック部１５から出力された信号光Ｌ２の偏光状態を調整するための機構を有している。偏波コントローラ１６は、例えば、回転可能に保持されたλ／４波長板１６ａ及びλ／２波長板１６ｂを含んで構成されている。偏波コントローラ１６から出力された信号光Ｌ２は、光ファイバ２４を介して偏光子１７に入力される。偏光子１７は、光ファイバ２４内を伝搬する信号光Ｌ２のうち、遅軸に沿って伝搬する成分を透過させる一方、速軸に沿って伝搬する成分を反射させる。
出力カプラ１８は、偏光子１７から光ファイバ２５を介して入力された信号光Ｌ２を所定の比率で分割し、信号光Ｌ２の一部を光ファイバ２６に出力し、残りを光ファイバ２７に出力する。例えば、出力カプラ１８は、信号光Ｌ２の２５％を光ファイバ２６に出力し、残りの７５％を光ファイバ２７に出力する。光ファイバ２６に出力された信号光Ｌ２は、例えば、出力光として外部に出力される。出力カプラ１８には、光ファイバ２６を介して進入した外部からの戻り光を共振器内に戻さないように、アイソレータが設けられていてもよい。この場合、戻り光に起因して共振器における発振が不安定になるのを抑制することができる。
ＡＳＥフィルタ１９は、光ファイバ２７を伝搬する信号光Ｌ２のうち所定の波長範囲の成分のみを透過させて光ファイバ２８に出力する。この例では、ＡＳＥフィルタ１９は、１５４５ｎｍ以上の波長の光のみを透過させる。これにより、１５３０ｎｍ付近の波長領域での発振を抑制することができる。
以上のとおり、ファイバレーザ装置１は、偏波保持ファイバにより構成されたリング状の共振器である全偏波保持ファイバ共振器（発振器）を備えている。ファイバレーザ装置１においては、モードロック部１５においてモードロックを生じさせることにより、例えばパルス幅が５０フェムト秒から１０ピコ秒である超短パルスレーザが出力される。
［モードロック部］
図１及び図３に示されるように、モードロック部１５は、第１光ファイバ３０と、第１光ファイバ３０の一端に接続された第２光ファイバ４０と、第１光ファイバ３０の他端に接続された第３光ファイバ５０と、を有している。後述するように、図１に示されるモードロック部１５と図３に示されるモードロック部１５とでは、構成が少し異なっている。
第１光ファイバ３０は、第１部分３１及び２つの第２部分３２を有している。第１部分３１及び２つの第２部分３２の各々は、偏波保持ファイバにより構成されている。第１部分３１及び２つの第２部分３２は、互い違いに配置されている。２つの第２部分３２は、第１部分３１の両端にそれぞれ接続されている。
各第２部分３２は、接続箇所Ｃ１において第２部分３２の速軸３２Ｘ１が第１部分３１の遅軸３１Ｘ２に一致するように、第１部分３１に接続されている。換言すれば、各第２部分３２と第１部分３１との間の接続箇所Ｃ１における第２部分３２の速軸３２Ｘ１と第１部分３１の速軸３１Ｘ１との間の角度は、９０度となっている。各第２部分３２は、例えば融着により、第１部分３１に直接に接続されている。なお、図３ではファイバ同士の間に隙間が空いているように描かれているが、実際にはファイバ同士は隙間無く接続されている。「速軸が遅軸（又は速軸）に一致する」とは、光の伝搬方向（ファイバの延在方向）から見た場合に速軸が遅軸に一致する（遅軸に沿う）との意味である。
第１部分３１の総長さＬ３１は、第２部分３２の総長さＬ３２と等しい。総長さＬ３１，Ｌ３２は、第１光ファイバ３０の延在方向（光の伝搬方向）に沿っての長さである。第２部分３２の総長さＬ３２は、各第２部分３２の長さＬ３２ａを足し合わせた長さである。「第１部分３１の総長さＬ３１が第２部分３２の総長さＬ３２と等しい」ことには、総長さＬ３１と総長さＬ３２との間に許容可能な僅かな誤差が存在する場合が含まれる。許容可能な誤差の大きさは、例えばモードロックが生じるかどうかに応じて設定される。許容可能な誤差は、例えばビート長（２ｍｍ程度）以下である。ビート長とは、複屈折の大きさの指標であり、速軸を伝搬する光と遅軸を伝搬する光の位相差が２πとなる距離である。或いは、許容可能な誤差は５ｍｍ以下である。この点は、後述する第２光ファイバ４０の第１部分４１の長さＬ４１及び第３光ファイバ５０の第１部分５１の長さＬ５１、並びに、第１ブリッジファイバ６０の長さＬ６０及び第２ブリッジファイバ７０の長さＬ７０についても同様である。
第２光ファイバ４０は、第１部分４１及び第２部分４２を有している。第１部分４１は、接続箇所Ｃ２において第１部分４１の速軸４１Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されている。換言すれば、第１部分４１と第２部分３２との間の接続箇所Ｃ２における第１部分４１の速軸４１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度は、９０度となっている。第１部分４１は、例えば融着により、第２部分３２に直接に接続されている。
第２部分４２は、接続箇所Ｃ３において第２部分４２の速軸４２Ｘ１と第１部分４１の速軸４１Ｘ１との間の角度が０度又は９０度以外の角度θ１となるように、第１部分４１の一端に接続されている。すなわち、角度θ１は０度ではなく９０度でもない。角度θ１は、４５度以外の角度である。角度θ１は、後述するように、モードロックが生じるように、例えば実験的に設定され得る。角度θ１は、光の伝搬方向（第１光ファイバ３０及び第２光ファイバ４０の延在方向）から見た場合の角度である。この点は後述する角度θ２についても同様である。第２部分４２は、例えば融着により、第１部分４１に直接に接続されている。第２部分４２の他端は、上述したアイソレータ１４に接続されている。
図３に示されるモードロック部１５では、第３光ファイバ５０は、第１部分５１及び第２部分５２を有している。第１部分５１は、接続箇所Ｃ４において第１部分５１の速軸５１Ｘ１が第２部分３２の速軸３２Ｘ１に一致するように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されている。換言すれば、第１部分５１と第２部分３２との間の接続箇所Ｃ４における第１部分５１の速軸５１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度は、０度となっている。接続箇所Ｃ４における第１部分５１の速軸５１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度は、接続箇所Ｃ２における第２光ファイバ４０の第１部分４１の速軸４１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度から、９０度異なっている。第１部分５１は、例えば融着により、第２部分３２に直接に接続されている。
第２部分５２は、接続箇所Ｃ５において第２部分５２の速軸５２Ｘ１と第１部分５１の速軸５１Ｘ１との間の角度が０度又は９０度以外の角度θ２となるように、第１部分５１の一端に接続されている。すなわち、角度θ２は０度ではなく９０度でもない。角度θ２は、４５度以外の角度であり、例えば角度θ１に９０度を加算した角度である。第２部分５２の一端は、例えば融着により、第１部分５１に直接に接続されている。第２部分５２の他端は、上述した偏光子１７に接続されている。
第２光ファイバ４０の第１部分４１の長さＬ４１は、第３光ファイバ５０の第１部分５１の長さＬ５１と等しい。長さＬ４１，Ｌ５１は、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０の延在方向（光の伝搬方向）に沿っての長さである。
図１に示されるモードロック部１５では、第３光ファイバ５０は、第１部分５１のみを有している。第１部分５１の一端は第２部分３２に接続されており、第１部分５１の他端は上述した偏波コントローラ１６に接続されている。図３に示されるモードロック部１５では、接続箇所Ｃ５における第１部分５１の速軸５１Ｘ１と第２部分５２の速軸５２Ｘ１との間の角度が角度θ２であることにより、光の偏光状態が調整される。これに対し、図１に示されるモードロック部１５では、回転可能な波長板を備える偏波コントローラ１６により、図３に示されるモードロック部１５と同様に、光の偏光状態が調整される。このように、第３光ファイバ５０の第２部分５２は、波長板を用いた調整機構に置き換えられてもよい。
第１光ファイバ３０のモードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）は、第２光ファイバ４０のＭＦＤ及び第３光ファイバ５０のＭＦＤの各々よりも小さい。モードフィールド径とは、光ファイバ内を伝搬する光がコアからクラッドへ漏れ出す程度を表す指標である。例えば、ファイバの一端に光を入射させて他端から出射する光の像を取得することで、モードフィールド径を計測することができる。第１光ファイバ３０のＭＦＤは、例えば２μｍ～４μｍである。第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０のＭＦＤは、例えば４μｍ～１０μｍである。第１光ファイバ３０の全体にわたってＭＦＤは一様である。この点は第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０についても同様である。偏波保持ファイバにおいては、ＭＦＤが小さいほど、非線形効果が大きくなる。すなわち、第１光ファイバ３０は、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０を構成する偏波保持ファイバよりも非線形効果が高められた高非線形ファイバにより構成されている。なお、第１光ファイバ３０のコア径は、第２光ファイバ４０のコア径及び第３光ファイバ５０のコア径の各々よりも小さくてもよいが、それら以上であってもよい。第１光ファイバ３０のコア径とは、図２に示されるように、第１光ファイバ３０を構成する偏波保持ファイバのコア３０ａの直径Ｄである。第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０のコア径とは、それらを構成する偏波保持ファイバのコア３０ａの直径Ｄである。
［作用及び効果］
以上説明したとおり、ファイバレーザ装置１では、第１光ファイバ３０が、第１部分３１と、第１部分３１と互い違いに配置された２つの第２部分３２と、を有している。隣り合う第１部分３１と第２部分３２とは、接続箇所Ｃ１において第１部分３１の速軸３１Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、互いに接続されている。このような第１光ファイバ３０に光を通すと共に、必要な光学要素（例えば偏光子１７）を後段に設けることにより、モードロックを生じさせることできる。
すなわち、接続箇所Ｃ３における第２光ファイバ４０の第２部分４２の速軸４２Ｘ１と第２光ファイバ４０の第１部分４１の速軸４１Ｘ１との間の角度は、０度又は９０度以外の角度θ１となっている。これにより、第２部分４２を伝搬する光は、第１部分４１に入射する際に、第１部分４１の速軸４１Ｘ１に沿って伝搬する成分と、第１部分４１の遅軸４１Ｘ２に沿って伝搬する成分とに分かれる。角度θ１は４５度以外の角度に設定されているため、速軸４１Ｘ１に沿って伝搬する成分の強度と、遅軸４１Ｘ２に沿って伝搬する成分の強度とは、互いに異なる。偏波保持ファイバ内を伝搬する光は、強度が高いほど、より大きな非線形効果を受ける。そのため、速軸４１Ｘ１に沿って伝搬する成分と遅軸４１Ｘ２に沿って伝搬する成分との間には、異なる大きさの非線形効果が生じる。第１部分４１から出力された光は、第１光ファイバ３０、及び第３光ファイバ５０の第１部分５１により導光され、第３光ファイバ５０の第２部分５２に至る。この導光の間にも、第１部分４１内を伝搬する際と同様に、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分では異なる大きさの非線形効果を受ける。接続箇所Ｃ５における第１部分５１の速軸５１Ｘ１と第２部分５２の速軸５２Ｘ１との間の角度は、０度又は９０度以外の角度θ２となっている。或いは、図１に示されるモードロック部１５では、偏波コントローラ１６により光の偏光状態が同様に調整される。これにより、第１部分５１から第２部分５２に光が入射する際に、各軸を伝搬していた成分が互いに合成され、非線形効果の差により位相差が生じる。強度の高低により位相差が異なることから、高強度の光の透過率を高くすると共に低強度の光の透過率を低くすることでモードロックを生じさせることができる。
ここで、偏波保持ファイバ内を光が伝搬する場合、屈折率差により、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間に伝搬速度の差が生じる。この点、ファイバレーザ装置１では、第１部分３１の総長さＬ３１が、第２部分３２の総長さＬ３２と等しくなっている。すなわち、速軸に沿って伝搬する距離と遅軸に沿って伝搬する長さとが等しくなるように第１部分３１及び第２部分３２の長さが設定されている。これにより、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
また、ファイバレーザ装置１では、第１光ファイバ３０が、第１部分３１及び２つの第２部分３２を有している。これにより、例えば第１光ファイバ３０が２つのファイバ要素のみからなる場合と比べて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の相互作用により出力光の波形が乱れるのを抑制することができる。その結果、良好な波形の光を出力することができる。
すなわち、第１光ファイバ３０が、互いの速軸間の角度が９０度となるように接続された２つのファイバ要素のみからなる場合でも、モードロックを生じさせ得る。しかしながら、ファイバ要素内を先行して伝搬する成分の後側部分と、ファイバ要素内を遅れて伝搬する成分の前側部分とが互いに相互作用すること（相互位相変調）により、出力光の波形が乱れてしまうことがある。これに対し、ファイバレーザ装置１では、第１光ファイバ３０が、第１部分３１及び２つの第２部分３２を有している。これにより、伝搬速度に差が生じる距離を短くすることができ、伝搬速度差による波形の乱れを抑制することができる。すなわち、上流側の第２部分３２で生じた時間差を第１部分３１の前側部分で補償し、第１部分３１の後側部分で生じた時間差を下流側の第２部分３２で補償する。これにより、出力光の波形が乱れるのを抑制することができ、良好な波形の光を出力することができる（クロススプライジング法）。
また、ファイバレーザ装置１では、第１光ファイバ３０のＭＦＤが、第２光ファイバ４０のＭＦＤ及び第３光ファイバ５０のＭＦＤの各々よりも小さくなっており、第１光ファイバ３０の非線形効果が高められている。これにより、第１光ファイバ３０を短くすることができ、高繰り返し化を図ることが可能となる。また、モードロックを自己開始させるために必要な励起パワーを低減することが可能となる。以上より、ファイバレーザ装置１によれば、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。また、半導体可飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ：Semiconductor Saturable Absorber Mirror）を用いたファイバレーザ装置では、半導体可飽和吸収ミラーが光損傷を受け易く、また寿命のばらつきが大きいため問題が生じ得るが、ファイバレーザ装置１では、半導体可飽和吸収ミラーを用いないため、そのような事態を回避することができる。
第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０が、融着により第１光ファイバ３０に接続されている。これにより、空間上で光学素子（レンズ等）を用いて結合する場合と比較して、部品点数を削減できると共に、製造を容易化することができる。通常、互いに異なるＭＦＤを有する偏波保持ファイバ同士を融着により接続すると、ＭＦＤの違い及び加熱時の変形し易さの違いに起因して、接続箇所において損失が発生し易い。このような損失は、共振器内を周回する光にノイズ、歪みが生じる等の不安定性に繋がり得る。ファイバレーザ装置１では、そのような点を考慮した上で、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０を融着により第１光ファイバ３０に接続し、部品点数の削減及び製造の容易化を図っている。
また、ファイバレーザ装置１では、第２光ファイバ４０の第１部分４１が、接続箇所Ｃ２において第１部分４１の速軸４１Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されており、第２光ファイバ４０の第２部分４２が、接続箇所Ｃ３において第２部分４２の速軸４２Ｘ１と第１部分４１の速軸４１Ｘ１との間の角度θ１が０度又は９０度以外の角度となるように、第１部分４１に接続されている。互いに異なるＭＦＤを有する偏波保持ファイバ同士を互いの速軸間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように接続することは難しく、歩留まりが低下するおそれがある。この点は、互いに異なるＭＦＤを有する偏波保持ファイバ同士を融着により接続する場合に特に顕著となる。これは、速軸間の角度が０度又は９０度以外の角度である場合、応力の対称性が取れない状態で融着する必要があると共に、ドーパント及び構造が異なるため加熱時の変形の仕方が異なるためである。例えば、速軸間の角度が０度又は９０度以外の角度である場合、速軸間の角度が０度又は９０度である場合と比べて成功確率が低く、歩留まりが５０％以下となる。これに対し、ファイバレーザ装置１では、互いに異なるＭＦＤを有する第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０とが、互いの速軸と遅軸とが一致するように（互いの速軸間の角度が９０度となるように）接続される。これにより、第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間の接続を容易化することができ、歩留まりを向上することができる。この歩留まりを向上できるとの作用効果は、本実施形態のように第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０とが融着により接続される場合に、特に顕著となる。なお、接続箇所Ｃ３，Ｃ５のように同一のＭＦＤを有する偏波保持ファイバ同士を接続する場合には、速軸間の角度が０度又は９０度以外の角度であっても成功確率は高く、歩留まりはほぼ１００％となる。
第３光ファイバ５０の第１部分５１が、接続箇所Ｃ４において第１部分５１の速軸５１Ｘ１が第２部分３２の速軸３２Ｘ１に一致するように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されており、第３光ファイバ５０の第２部分５２が、接続箇所Ｃ５において第２部分５２の速軸５２Ｘ１と第１部分５１の速軸５１Ｘ１との間の角度θ２が０度又は９０度以外の角度となるように、第１部分５１に接続されている。これにより、第１光ファイバ３０と第３光ファイバ５０との間の接続を容易化することができ、歩留まりを一層向上することができる。この歩留まりを向上できるとの作用効果は、本実施形態のように第１光ファイバ３０と第３光ファイバ５０とが融着により接続される場合に、特に顕著となる。
第２光ファイバ４０の第１部分４１の長さＬ４１が、第３光ファイバ５０の第１部分５１の長さＬ５１と等しい。これにより、第１部分４１及び第１部分５１について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
［実施例］
図１に示されるファイバレーザ装置１によりモードロック発振を行った。１．５μｍ帯の波長のレーザ光が出力されるようにファイバレーザ装置１を構成した。第１光ファイバ３０のＭＦＤは４．９μｍ程度とした。第１光ファイバ３０の長さは２ｍ程度とした。第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０のＭＦＤは１０．１μｍ程度とした。共振器全体の分散値は、－０．０１４ｐｓ２であった。モードロックの自己開始時の励起パワー（光源１１の出力パワー）は、１０５ｍＷ程度であった。
周波数分解光ゲート法（ＦＲＯＧ：Frequency-Resolved Optical Gating）により出力光のパルス幅を測定した。図４は、パルス波形及び瞬時波長を示すグラフである。図５は、スペクトル波形及び位相を示すグラフである。図４に示されるように、良好な波形を有する超短パルス波が出力された。パルス幅は１２７ｆｓであった。図５に示されるように、スペクトル幅は３２ｎｍであり、十分なスペクトル幅が得られた。スペクトルの山が形成されている波長領域において位相が低くなっていることから、パルス幅が良好に圧縮されていることが分かる。
高周波スペクトルアナライザを用いて出力光の周波数スペクトルを測定した。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。図６（ａ）では、横軸の目盛り間隔が１００ｋＨｚであり、図６（ｂ）では、横軸の目盛り間隔が１００ＭＨｚである。両方のグラフにおいて、縦軸の目盛り間隔は１０ｄＢである。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。出力光の繰り返し周波数は４０．６ＭＨｚであった。図６（ａ）に示されるように、出力光の周波数スペクトルのＳ／Ｎ比は７０ｄＢ以上となっていた。図６（ｂ）に示されるように、１ＧＨｚまで帯域を広げてもピークの高さが揃っており、十分な周波数安定性が得られていた。
［第１変形例］
図７及び図８に示される第１変形例のファイバレーザ装置１Ａでは、モードロック部１５が、第１ブリッジファイバ６０と、第２ブリッジファイバ７０と、を更に備えている。
第１ブリッジファイバ６０は、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバ３０の第２部分３２と第２光ファイバ４０の第１部分４１との間に接続されている。第１ブリッジファイバ６０の一端は、接続箇所Ｃ６において第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、第２部分３２に接続されている。第１ブリッジファイバ６０の他端は、接続箇所Ｃ７において第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１が第１部分４１の速軸４１Ｘ１に一致するように、第１部分４１に接続されている。第１ブリッジファイバ６０は、例えば融着により、第２部分３２及び第１部分４１に直接に接続されている。
第２ブリッジファイバ７０は、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバ３０の第２部分３２と第３光ファイバ５０の第１部分５１との間に接続されている。第２ブリッジファイバ７０の一端は、接続箇所Ｃ８において第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１が第２部分３２の速軸３２Ｘ１に一致するように、第２部分３２に接続されている。第２ブリッジファイバ７０の他端は、接続箇所Ｃ９において第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１が第１部分５１の速軸５１Ｘ１に一致するように、第１部分５１に接続されている。第２ブリッジファイバ７０は、例えば融着により、第２部分３２及び第１部分５１に直接に接続されている。
第１ブリッジファイバ６０の長さＬ６０は、第２ブリッジファイバ７０の長さＬ７０と等しい。長さＬ６０，Ｌ７０は、第１ブリッジファイバ６０及び第２ブリッジファイバ７０の延在方向（光の伝搬方向）に沿っての長さである。
第１ブリッジファイバ６０のＭＦＤは、第１光ファイバ３０のＭＦＤよりも大きく、且つ第２光ファイバ４０のＭＦＤよりも小さい。第２ブリッジファイバ７０のＭＦＤは、第１光ファイバ３０のＭＦＤよりも大きく、且つ第３光ファイバ５０のＭＦＤよりも小さい。第１ブリッジファイバ６０のＭＦＤは、例えば第２ブリッジファイバ７０のＭＦＤと等しい。第１ブリッジファイバ６０及び第２ブリッジファイバ７０のＭＦＤは、例えば４μｍ～５μｍである。
第１変形例では、アイソレータ１４とモードロック部１５との間に偏波コントローラ９０が設けられている。偏波コントローラ９０は、モードロック部１５に入力される信号光Ｌ２の偏光状態を調整するための機構を有している。偏波コントローラ９０は、例えば、回転可能に保持されたλ／４波長板９０ａ及びλ／２波長板９０ｂを含んで構成されている。図７に示される例では、偏波コントローラ１６と偏光子１７とが１つの要素として一体的に構成されている。偏波コントローラ１６は、λ／２波長板１６ｂのみを含んでいる。
第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。また、第１変形例では、第１光ファイバ３０のＭＦＤよりも大きく且つ第２光ファイバ４０のＭＦＤよりも小さいＭＦＤを有する第１ブリッジファイバ６０が、第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間に接続されている。これにより、第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間の接続箇所における損失を低減することができる。
第１光ファイバ３０のＭＦＤよりも大きく且つ第３光ファイバ５０のＭＦＤよりも小さいＭＦＤを有する第２ブリッジファイバ７０が、第１光ファイバ３０と第３光ファイバ５０との間に接続されている。これにより、接続箇所における損失を一層低減することができる。
第１ブリッジファイバ６０が、接続箇所Ｃ６において第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されており、第２ブリッジファイバ７０が、接続箇所Ｃ８において第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１が第２部分３２の速軸３２Ｘ１に一致するように、第２部分３２に接続されている。第１ブリッジファイバ６０の長さＬ６０が、第２ブリッジファイバ７０の長さＬ７０と等しい。これにより、第１ブリッジファイバ６０及び第２ブリッジファイバ７０について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
第１変形例は、図９に示されるように構成されてもよい。この例では、接続箇所Ｃ６において第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１が第２部分３２の速軸３２Ｘ１に一致し、接続箇所Ｃ７において第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１が第１部分４１の遅軸４１Ｘ２に一致している。接続箇所Ｃ８において第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致し、接続箇所Ｃ９において第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１が第１部分５１の遅軸５１Ｘ２に一致している。この場合でも、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。すなわち、図９のように第１光ファイバ３０が第１部分３１及び第２部分３２を合計で奇数個有する場合（例えば、１つの第１部分３１及び２つの第２部分３２を有する場合）、接続箇所Ｃ６における第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度と、接続箇所Ｃ８における第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度との間の差が９０度であれば、第１ブリッジファイバ６０及び第２ブリッジファイバ７０について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。また、その場合、接続箇所Ｃ７における第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１と第１部分４１の速軸４１Ｘ１との間の角度と、接続箇所Ｃ９における第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１と第１部分５１の速軸５１Ｘ１との間の角度の間の差が０度であれば、第１部分４１及び第１部分５１について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。一方、図９とは異なり、第１光ファイバ３０が第１部分３１及び第２部分３２を合計で偶数個有する場合（例えば、２つの第１部分３１及び２つの第２部分３２を有する場合）、接続箇所Ｃ６における第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度と、接続箇所Ｃ８における第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度との間の差が０度であれば、第１ブリッジファイバ６０及び第２ブリッジファイバ７０について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。その場合にも、接続箇所Ｃ７における第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１と第１部分４１の速軸４１Ｘ１との間の角度と、接続箇所Ｃ９における第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１と第１部分５１の速軸５１Ｘ１との間の角度の間の差が０度であれば、第１部分４１及び第１部分５１について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
第１変形例の実施例について説明する。図７に示されるファイバレーザ装置１Ａによりモードロック発振を行った。１．５μｍ帯の波長のレーザ光が出力されるようにファイバレーザ装置１Ａを構成した。第１光ファイバ３０のＭＦＤは４μｍ程度とした。第１光ファイバ３０の長さは１．５ｍ程度とした。第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０のＭＦＤは１０．１μｍ程度とした。共振器全体の分散値は、－０．０８１ｐｓ２であった。第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０とを融着により直接に接続した場合、接続箇所における損失は０．８ｄＢであった。第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間に第１ブリッジファイバ６０を接続した場合、損失は０．４ｄＢであった。このことから、第１ブリッジファイバ６０を設けることによって接続箇所における損失を低減できることが分かる。
図１０は、スペクトル形状を示すグラフであり、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。図１１（ａ）では、横軸の目盛り間隔が２００ｋＨｚであり、図１１（ｂ）では、横軸の目盛り間隔が１００ＭＨｚである。両方のグラフにおいて、縦軸の目盛り間隔は１０ｄＢである。図１０に示されるように、スペクトル幅は６．９ｎｍであり、十分なスペクトル幅が得られた。図１１（ａ）において、出力光の繰り返し周波数は３６．１ＭＨｚであった。出力光の周波数スペクトルのＳ／Ｎ比は７０ｄＢ以上となっていた。図１１（ｂ）に示されるように、１ＧＨｚまで帯域を広げてもピークの高さが揃っており、十分な周波数安定性が得られていた。
［比較例］
図１２に示される比較例のファイバレーザ装置１００では、モードロック部１１５が、同一のＭＦＤを有する偏波保持ファイバにより構成された３つのファイバ要素１１５ａからなる。モードロック部１１５の一端には偏波コントローラ１１６が接続され、モードロック部１１５の他端には偏波コントローラ１１７が接続されている。このような比較例のファイバレーザ装置１００を、実施形態のファイバレーザ装置１と同様に、１．５μｍ帯の波長のレーザ光が４０ＭＨｚ程度の繰り返し周波数で出力されるように構成した。ファイバ要素１１５ａのＭＦＤは１０．１μｍ程度とした。モードロック部１１５の総長さは２ｍ程度とした。共振器全体の分散値は、－０．１１０ｐｓ２であった。
図１３は、スペクトル形状を示すグラフであり、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。図１４（ａ）では、横軸の目盛り間隔が２００ｋＨｚであり、図１４（ｂ）では、横軸の目盛り間隔が１００ＭＨｚである。両方のグラフにおいて、縦軸の目盛り間隔は１０ｄＢである。図１３に示されるように、スペクトル幅は５．８ｎｍであった。図１４（ａ）において、出力光の繰り返し周波数は４０．９ＭＨｚであった。出力光の周波数スペクトルのＳ／Ｎ比は７０ｄＢ以上となっていた。図１４（ｂ）に示されるように、１ＧＨｚまで帯域を広げてもピークの高さが揃っており、十分な周波数安定性が得られていた。
上述したように、図１に示されるファイバレーザ装置１では、モードロックの自己開始時の励起パワーは１０５ｍＷ程度であった。一方、図１２に示される比較例のファイバレーザ装置１００では、モードロックの自己開始時の励起パワーは２２５ｍＷ程度であった。このように、両者の条件を揃え、ファイバ長さを２ｍとし、繰り返し周波数を４０ＭＨｚ程度とした場合、図１に示されるファイバレーザ装置１では、図１２に示される比較例のファイバレーザ装置１００の約半分の励起パワーで超短パルスレーザを発振させることができた。
［第２変形例］
図１５に示される第２変形例のファイバレーザ装置１Ｂでは、第１変形例と同様に、アイソレータ１４とモードロック部１５との間に偏波コントローラ９０が設けられている。偏波コントローラ１６と偏光子１７とが１つの要素として一体的に構成されている。第２光ファイバ４０は、第１部分４１のみを有している。第１部分４１の一端は第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されており、第１部分４１の他端は偏波コントローラ９０に接続されている。このような第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。
［モードロック条件］
図１５に示される構成を用いてモードロックが生じる条件を確認した。偏波コントローラ９０を用いて最も上流側に位置する第２光ファイバ４０（以下、「入口側ファイバ」ともいう）に入力される光の偏光状態を調整すると共に、偏波コントローラ１６を用いて最も下流側に位置する第３光ファイバ５０（以下、「出口側ファイバ」ともいう）の出力端における光の偏光状態を調整しつつ、モードロックが生じる角度領域を確認した。なお、角度領域を分かり易くするために励起パワーを高めて確認しており、実際の動作時には角度がずれる可能性がある。
図１６は、スペクトル形状を示すグラフであり、図１７は、パルス波形及び瞬時波長を示すグラフである。図１６及び図１７では、入口側ファイバの回転角度（速軸と遅軸との間の角度）を１２度（１９２度）とし、出口側ファイバの回転角度を１００度とした場合の結果が示されている。図１６に示されるように、スペクトル幅は５０ｎｍであった。図１７に示されるように、パルス幅は６３５ｆｓであった。図１７では、横軸の目盛り間隔は２００ｆｓである。
図１８は、モードロックが生じた角度領域を示す図である。図１８において、縦軸の目盛り間隔は１０度であり、横軸の目盛り間隔は２度である。着色された領域は、当該領域に対応する角度の組み合わせにおいてモードロックが生じたことを示している。図１８から、入口側ファイバの回転角度に９０度を加算した角度と出口側ファイバの回転角度とが等しくなる角度領域の近傍に、モードロックが生じる領域が存在していることが分かる。このような実験結果に基づいて、入口側ファイバ及び出口側ファイバの回転角度を設定することができる。また、当該実験結果を用いることで、上述した接続箇所Ｃ３，Ｃ４における角度θ１，θ２をモードロックが生じるように設定することができる。
［第３変形例］
図１９に示される第３変形例のファイバレーザ装置１Ｃは、１．０μｍ帯の波長のレーザ光が出力されるように構成されている。第１光ファイバ３０のＭＦＤは３．５μｍ程度とした。第１光ファイバ３０の長さは６ｍ程度とした。第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０のＭＦＤは６．９μｍ程度とした。共振器全体の分散値は、０．３０４ｐｓ２であった。ファイバレーザ装置１Ｃでは、ＡＳＥフィルタ１９に代えて、バンドパスフィルタＢＦが設けられている。１．０μｍ帯のレーザ光を出力する場合、分散値が正常分散となりパルスが広がり続けてしまうため、バンドパスフィルタＢＦによりパルスの広がりを制限する必要がある。このような第３変形例によっても、上記実施形態と同様に、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。
図２０は、スペクトル形状を示すグラフであり、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。図２０に示されるように、スペクトル幅は１０．９ｎｍであり、十分なスペクトル幅が得られた。図２１（ａ）において、出力光の繰り返し周波数は１９．９ＭＨｚであった。出力光の周波数スペクトルのＳ／Ｎ比は７０ｄＢ以上となっていた。図２１（ｂ）に示されるように、１ＧＨｚまで帯域を広げてもピークの高さが揃っており、十分な周波数安定性が得られていた。
本発明は、上述した実施形態及び変形例に限られない。上記実施形態において、第２光ファイバ４０が第２部分４２のみを有し、第２部分４２が、第２部分４２の速軸４２Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度が０度又は９０度以外の角度θ１となるように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されていてもよい。同様に、第３光ファイバ５０が第２部分５２のみを有し、第２部分５２が、第２部分５２の速軸５２Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度が０度又は９０度以外の角度θ２となるように、第２部分３２に接続されていてもよい。
上記実施形態では、接続箇所Ｃ２における第１部分４１の速軸４１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度（第１角度）が９０度であり、接続箇所Ｃ４における第１部分５１の速軸５１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度（第２角度）が０度であったが、これとは逆に、第１角度が０度であり、第２角度が９０度であってもよい。すなわち、第１角度と第２角度とが９０度異なっていればよい。この場合でも、上記実施形態と同様に、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。換言すれば、上記実施形態では、第２光ファイバ４０を第３光ファイバとみなし、第３光ファイバ５０を第２光ファイバとみなすこともできる。同様に、第１変形例では、第２光ファイバ４０を第３光ファイバとみなし、第３光ファイバ５０を第２光ファイバとみなし、第１ブリッジファイバ６０を第２ブリッジファイバとみなし、第２ブリッジファイバ７０を第１ブリッジファイバとみなすこともできる。
第１光ファイバ３０は、２つ以上の第１部分３１を有していてもよい。この場合、複数の第１部分３１及び複数の第２部分３２が互い違いに（交互に）配置される。この場合にも、隣り合う第１部分３１と第２部分３２とは、接続箇所において第２部分３２の速軸３２Ｘ１が第１部分３１の遅軸３１Ｘ２に一致するように、互いに接続される。第１光ファイバ３０が２つ以上の第１部分３１を有する場合、第１部分３１の総長さＬ３１は、各第１部分３１の長さを足し合わせた長さである。第１光ファイバ３０は、３つ以上の第２部分３２を有していてもよい。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…ファイバレーザ装置、１１…光源、３０…第１光ファイバ、３１…第１部分、３２…第２部分、４０…第２光ファイバ、４１…第１部分、４２…第２部分、５０…第３光ファイバ、５１…第１部分、５２…第２部分、６０…第１ブリッジファイバ、７０…第２ブリッジファイバ、Ｌ１…励起光、３１Ｘ１，３２Ｘ１，４１Ｘ１，４２Ｘ１，５１Ｘ１，５２Ｘ１，６０Ｘ１，７０Ｘ１，Ｘ１…速軸，３２Ｘ２，Ｘ２…遅軸、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ８…接続箇所、θ１，θ２…角度。

Claims (13)

  1. 偏波保持ファイバにより構成された第１光ファイバと、
    偏波保持ファイバにより構成され、前記第１光ファイバの一端に接続された第２光ファイバと、
    偏波保持ファイバにより構成され、前記第１光ファイバの他端に接続された第３光ファイバと、を備え、
    前記第１光ファイバは、少なくとも１つの第１部分と、前記第１部分と互い違いに配置された少なくとも２つの第２部分と、を有し、
    隣り合う前記第１部分と前記第２部分とは、接続箇所において前記第１部分の速軸が前記第２部分の遅軸に一致するように、互いに接続されており、
    前記第１部分の総長さは、前記第２部分の総長さと等しく、
    前記第１光ファイバのモードフィールド径は、前記第２光ファイバのモードフィールド径及び前記第３光ファイバのモードフィールド径の各々よりも小さい、ファイバレーザ装置。
  2. 前記第２光ファイバ及び前記第３光ファイバの少なくとも一方は、融着により前記第１光ファイバに接続されている、請求項１に記載のファイバレーザ装置。
  3. 前記第２光ファイバは、第１部分と、第２部分と、を有し、
    前記第２光ファイバの前記第１部分は、接続箇所において前記第２光ファイバの前記第１部分の速軸が前記第１光ファイバの遅軸に一致するように、前記第１光ファイバの前記一端に接続されており、
    前記第２光ファイバの前記第２部分は、接続箇所において前記第２光ファイバの前記第２部分の速軸と前記第２光ファイバの前記第１部分の速軸との間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように、前記第２光ファイバの前記第１部分に接続されている、請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
  4. 前記第３光ファイバは、第１部分と、第２部分と、を有し、
    前記第３光ファイバの前記第１部分は、接続箇所において前記第３光ファイバの前記第１部分の速軸が前記第１光ファイバの速軸に一致するように、前記第１光ファイバの前記他端に接続されており、
    前記第３光ファイバの前記第２部分は、接続箇所において前記第３光ファイバの前記第２部分の速軸と前記第３光ファイバの前記第１部分の速軸との間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように、前記第３光ファイバの前記第１部分に接続されている、請求項３に記載のファイバレーザ装置。
  5. 前記第２光ファイバの前記第１部分の長さは、前記第３光ファイバの前記第１部分の長さと等しい、請求項４に記載のファイバレーザ装置。
  6. 前記第２光ファイバは、第１部分を有し、
    前記第２光ファイバの前記第１部分は、接続箇所において前記第２光ファイバの前記第１部分の速軸が前記第１光ファイバの遅軸に一致するように、前記第１光ファイバの前記一端に接続されており、
    前記第３光ファイバは、第１部分を有し、
    前記第３光ファイバの前記第１部分は、接続箇所において前記第３光ファイバの前記第１部分の速軸が前記第１光ファイバの速軸に一致するように、前記第１光ファイバの前記他端に接続されており、
    前記第２光ファイバの前記第１部分の長さは、前記第３光ファイバの前記第１部分の長さと等しい、請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
  7. 偏波保持ファイバにより構成され、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの間に接続された第１ブリッジファイバを更に備え、
    前記第１ブリッジファイバのモードフィールド径は、前記第１光ファイバのモードフィールド径よりも大きく、且つ前記第２光ファイバのモードフィールド径よりも小さい、請求項１に記載のファイバレーザ装置。
  8. 偏波保持ファイバにより構成され、前記第１光ファイバと前記第３光ファイバとの間に接続された第２ブリッジファイバを更に備え、
    前記第２ブリッジファイバのモードフィールド径は、前記第１光ファイバのモードフィールド径よりも大きく、且つ前記第３光ファイバのモードフィールド径よりも小さい、請求項７に記載のファイバレーザ装置。
  9. 前記第１光ファイバは、前記第１部分及び前記第２部分を合計で偶数個有し、
    接続箇所における前記第１ブリッジファイバの速軸と前記第１光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における前記第２ブリッジファイバの速軸と前記第１光ファイバの速軸との間の角度との差が９０度である、請求項８に記載のファイバレーザ装置。
  10. 前記第１光ファイバは、前記第１部分及び前記第２部分を合計で奇数個有し、
    接続箇所における前記第１ブリッジファイバの速軸と前記第１光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における前記第２ブリッジファイバの速軸と前記第１光ファイバの速軸との間の角度との差が０度である、請求項８に記載のファイバレーザ装置。
  11. 接続箇所における前記第１ブリッジファイバの速軸と前記第２光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における前記第２ブリッジファイバの速軸と前記第３光ファイバの速軸との間の角度との差が０度である、請求項９又は１０に記載のファイバレーザ装置。
  12. 前記第１ブリッジファイバの長さは、前記第２ブリッジファイバの長さと等しい、請求項８～１１のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  13. 励起光を出力する光源と、
    前記励起光を吸収し、レーザ光を放出する光ファイバと、を更に備え、
    前記レーザ光は、前記第１光ファイバ、前記第２光ファイバ及び前記第３光ファイバによって導光される、請求項１～１２のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
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