JP2563697B2 - Fiber laser equipment - Google Patents

Fiber laser equipment

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JP2563697B2
JP2563697B2 JP22068491A JP22068491A JP2563697B2 JP 2563697 B2 JP2563697 B2 JP 2563697B2 JP 22068491 A JP22068491 A JP 22068491A JP 22068491 A JP22068491 A JP 22068491A JP 2563697 B2 JP2563697 B2 JP 2563697B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、高い繰り返しの超短
パルスを安定に発生させることができるファイバレーザ
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber laser device capable of stably generating highly repetitive ultrashort pulses.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、レーザ装置、特に、希土類ドープ
光ファイバをレーザ媒質とする受動モード同期型のレー
ザ(以下、ファイバレーザ装置という)を用いて、超短
光パルス発生の試みが盛んになされている。
2. Description of the Related Art In recent years, many attempts have been made to generate ultrashort optical pulses using a laser device, particularly a passive mode-locked laser (hereinafter referred to as a fiber laser device) using a rare earth-doped optical fiber as a laser medium. ing.

【0003】図3は、従来におけるファイバレーザ装置
の構成を示す図である。同図に示すように、このファイ
バレーザ装置は、第1の主ループLO1、第2の主ルー
プLO2、及びこれらの主ループLO1,LO2を互い
に結合する3dB光カップラC1から概略構成されてい
る。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a conventional fiber laser device. As shown in the figure, this fiber laser device is roughly composed of a first main loop LO1, a second main loop LO2, and a 3 dB optical coupler C1 coupling these main loops LO1 and LO2 to each other.

【0004】上記第1の主ループLO1は、レーザ光を
放射する希土類元素がドープされた光ファイバ(以下、
希土類ドープ光ファイバという)F1、希土類ドープ光
ファイバF1内の希土類元素を励起させる光(以下、励
起光という)を放射する励起用光源P、上記励起光を合
波する光カップラC2、光ソリトンスイッチ用の光ファ
イバF2、レーザ光の変波面を制御する偏波コントロー
ラPC1、及びこれらの各要素を結合するシングルモー
ド・光ファイバMF1から成っている。また、上記第2
の主ループLO2は、出力を取り出すための光カップラ
C3、順方向(図中矢印で示す方向)の光のみを通す非
相反デバイスである光アイソレータIS、偏波コントロ
ーラPC2、及びこれらの各要素を結合するシングルモ
ード・光ファイバMF2から成っている。
The first main loop LO1 is an optical fiber doped with a rare earth element that emits a laser beam (hereinafter, referred to as "optical fiber").
A rare earth-doped optical fiber) F1, an excitation light source P that emits light that excites a rare earth element in the rare earth-doped optical fiber F1 (hereinafter referred to as excitation light), an optical coupler C2 that combines the excitation lights, and an optical soliton switch. It comprises an optical fiber F2 for use with a laser beam, a polarization controller PC1 for controlling the wavefront of the laser beam, and a single mode optical fiber MF1 for coupling these elements. In addition, the second
The main loop LO2 includes an optical coupler C3 for extracting an output, an optical isolator IS that is a non-reciprocal device that passes only light in the forward direction (direction indicated by an arrow in the figure), a polarization controller PC2, and each of these elements. It consists of a coupling single mode optical fiber MF2.

【0005】次に、上記第1の主ループLO1につい
て、さらに詳述する。第1の主ループLO1は、非線形
増幅ループミラーと呼ばれ、これは非線形光学ループミ
ラーを変形したものである。非線形光学ループミラー
は、図4に示すように、分岐比の異なる光カップラCの
一端側の2つのポートD、Eをシングルモード・光ファ
イバMF3で接続し、光ファイバループLO3を形成し
た装置である。かかる構成の非線形光学ループミラーに
おいて、入力ポートAから光カップラCに入射した光
は、ポートDを通りループLO3を時計方向に回る光
と、ポートEを通りループLO3を反時計方向に回る光
とに分けられる。
Next, the first main loop LO1 will be described in more detail. The first main loop LO1 is called a non-linear amplification loop mirror, which is a modification of the non-linear optical loop mirror. As shown in FIG. 4, the nonlinear optical loop mirror is an apparatus in which two ports D and E on one end side of an optical coupler C having different branching ratios are connected by a single mode optical fiber MF3 to form an optical fiber loop LO3. is there. In the nonlinear optical loop mirror having such a configuration, the light that has entered the optical coupler C from the input port A includes light that passes through the port D and rotates clockwise around the loop LO3, and light that passes through the port E and rotates around the loop LO3 counterclockwise. It is divided into

【0006】このとき、光カップラCの入力ポートAに
入射する光の強度が弱い場合は、光ファイバMF3内を
時計方向/反時計方向に回るいずれの光に対しても、3
次の非線形光学効果である自己位相変調効果が作用しな
いため、ループLO3を時計方向に回る光とループLO
3を反時計方向に回る光との間に位相差が生じない。か
かる線形現象領域においては、ポートBに現われる光の
強度は入射強度に比例した値となり、その比例定数は光
カップラCの分岐比によって決定される。すなわち、光
カップラCの分岐比をα:1−α、光カップラのポート
Aに入射する光の強度をIOとすると、ポートBに現われ
る光の強度Iは次の式で表される。 I=(4α2−4α+1)・IO (1) 上式より明らかなように、例えば光カップラCとして3
dB光カップラ(α=0.5)を用いた場合には、強度I
=0となる(ポートBには光が現れない)。
At this time, when the intensity of the light incident on the input port A of the optical coupler C is weak, 3 is applied to any light rotating in the clockwise / counterclockwise direction in the optical fiber MF3.
Since the following non-linear optical effect, the self-phase modulation effect, does not work, the light that rotates clockwise in the loop LO3 and the loop LO3
There is no phase difference with the light that rotates 3 counterclockwise. In such a linear phenomenon region, the intensity of light appearing at the port B has a value proportional to the incident intensity, and the proportional constant is determined by the branching ratio of the optical coupler C. That is, when the branching ratio of the optical coupler C is α: 1-α and the intensity of the light incident on the port A of the optical coupler is I O , the intensity I of the light appearing at the port B is expressed by the following equation. I = (4α 2 −4α + 1) · I O (1) As is clear from the above equation, for example, as an optical coupler C, 3
When using a dB optical coupler (α = 0.5), the intensity I
= 0 (no light appears at port B).

【0007】一方、光カップラCに入射する光の強度が
ループLO3内の光ファイバMF3中に自己位相変調効
果を発生させるほど強い場合には、ループLO3を時計
方向に回る光とループLO3を反時計方向に回る光との
間に位相差が生じる。この結果、ポートBに現われる光
の強度は自己位相変調効果が起こらない場合に比べて大
きくなり、入射強度に対して非線形に増大する。この場
合、ポートBに現れる光の強度Iは次の式で表される。 I=IO(2α2−2α+1)+2IOα(α−1)COS{2πn2L(1-2α)IO/λ} (2) ここで、n2は非線形屈折率、Lはファイバループの長
さ、λは入射光の波長である。
On the other hand, when the intensity of the light incident on the optical coupler C is strong enough to generate the self-phase modulation effect in the optical fiber MF3 in the loop LO3, the light rotating clockwise in the loop LO3 and the loop LO3 are reversed. There is a phase difference with the clockwise light. As a result, the intensity of the light that appears at port B is greater than when the self-phase modulation effect does not occur, and increases non-linearly with respect to the incident intensity. In this case, the intensity I of the light appearing at the port B is expressed by the following equation. I = I O (2α 2 −2α + 1) + 2I O α (α−1) COS {2πn 2 L (1-2α) I O / λ} (2) where n 2 is the nonlinear refractive index and L is the fiber loop. , Λ is the wavelength of the incident light.

【0008】このような非線形光学ループミラーが超短
パルスの発生に適しているのは、弱い入力に対してはポ
ートAからの入射光がポートBにはほとんど現れず、入
射強度が強くなると入射光はポートBに現れるためであ
る。このため、非線形光学ループミラーをレーザの共振
器内に組み込むと、超高速の可飽和吸収体と同じ動作を
する。
Such a non-linear optical loop mirror is suitable for generating an ultrashort pulse because the incident light from the port A hardly appears at the port B for a weak input and the incident light becomes incident. This is because light appears at port B. Therefore, when a nonlinear optical loop mirror is incorporated in the resonator of a laser, it behaves the same as an ultrafast saturable absorber.

【0009】図5は、非線形増幅ループミラーの構成を
示す図であり、この非線形増幅ループミラーが非線形光
学ループミラーと異なるところは、同図に示すように希
土類ドープ光ファイバ等のレーザ増幅媒質GがループL
O3の端(ポートC寄り、あるいはポートD寄り)に位
置していること、及び光カップラCが正確に1:1の分
岐比を有している点である。
FIG. 5 is a diagram showing the structure of a non-linear amplification loop mirror. The difference between this non-linear amplification loop mirror and the non-linear optical loop mirror is that, as shown in the figure, a laser amplification medium G such as a rare earth-doped optical fiber is used. Is loop L
It is located at the end of O3 (close to port C or close to port D), and the optical coupler C has a branching ratio of exactly 1: 1.

【0010】光カップラCに入射する光の強度が弱い場
合は、上述したように、増幅媒質Gが置かれていてもル
ープLO3内の光ファイバMF3中で自己位相変調効果
が起こらないため、ループを時計方向に回る光と反時計
方向に回る光との間に位相差は生じない。従って、入射
光の強度が弱い場合は非線形増幅ループミラーは線形領
域で作用し、ループを回った大部分の光がポートAに戻
され、ポートBにはほとんど光が現れない。
When the intensity of the light incident on the optical coupler C is weak, the self-phase modulation effect does not occur in the optical fiber MF3 in the loop LO3 even if the amplifying medium G is placed, as described above. There is no phase difference between the light rotating clockwise and the light rotating counterclockwise. Therefore, when the intensity of the incident light is weak, the nonlinear amplification loop mirror operates in the linear region, most of the light that has passed through the loop is returned to the port A, and almost no light appears at the port B.

【0011】一方、光カップラCに入射する光の強度が
強い場合は、光はさらに増幅媒質Gによって増幅される
ため、光ファイバMF3中で自己位相変調効果が起こ
る。このとき、増幅媒質GがループLO3の端(ポート
C寄り、あるいはポートD寄り)に位置しているた
め、、ループLO3を時計方向に回る光と反時計方向に
回る光との間にに位相差が生じ、ポートAから入射した
光はポートBにスイッチされる(ポートBに光が現れ
る)。この場合における2つの光の位相差は次式で与え
られる。 δφC−δφOC=πI02L(g−1)/λ (3) ここで、δφCはループを時計方向に回る光の位相変化
量、δφOCはループを反時計方向に回る光の位相変化
量、IOは光カップラCに入射する光の強度、n2は非線
形屈折率、Lはファイバの長さ、gは利得、λは入射光
の波長である。この式から分かるように利得gが大きい
ほど、またファイバの長さLが長いほど位相差は大きく
なり、それがπになると最大のスイッチングが起こる。
非線形増幅ループミラーは、上述した非線形光学ループ
ミラーに比べて光カップラに入射する光の強度が比較的
弱い場合でも光パルスをスイッチできることが特徴であ
る。
On the other hand, when the intensity of the light incident on the optical coupler C is high, the light is further amplified by the amplification medium G, so that the self-phase modulation effect occurs in the optical fiber MF3. At this time, since the amplification medium G is located at the end of the loop LO3 (close to the port C or the port D), the amplification medium G is positioned between the light rotating clockwise in the loop LO3 and the light rotating counterclockwise. A phase difference occurs, and the light incident from port A is switched to port B (light appears at port B). The phase difference between the two lights in this case is given by the following equation. δφ C −δφ OC = πI 0 n 2 L (g−1) / λ (3) where δφ C is the phase change amount of the light that rotates the loop clockwise, and δφ OC is the light that rotates the loop counterclockwise. the amount of phase change, the intensity of I O is the light incident on the optical coupler C, n 2 is the nonlinear refractive index, L is the length of the fiber, g is the gain, lambda is the wavelength of the incident light. As can be seen from this equation, the larger the gain g and the longer the fiber length L, the larger the phase difference, and when it becomes π, maximum switching occurs.
The non-linear amplification loop mirror is characterized in that it can switch the optical pulse even when the intensity of the light incident on the optical coupler is relatively weak compared to the above-mentioned non-linear optical loop mirror.

【0012】図3に示した上記従来のファイバレーザ装
置は、非線形増幅ループミラーである第1の主ループL
O1に、光アイソレータISを挿入した第2の主ループ
LO2を接続したものである。かくして、第1の主ルー
プLO1の非線形増幅ループミラー効果によるモード同
期をかけ、短パルスを発生するようにしている。
The conventional fiber laser device shown in FIG. 3 has a first main loop L which is a nonlinear amplification loop mirror.
A second main loop LO2 in which an optical isolator IS is inserted is connected to O1. Thus, the first main loop LO1 is mode-locked by the non-linear amplification loop mirror effect to generate a short pulse.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ファイバレーザ装置においては、短光パルスを容易に実
現できるものではあったが、光パルスの繰り返しを制御
する装置がなかったため、図6に示すように、光パルス
がランダムに繰り返され、安定に繰り返す光パルスを得
ることができないという欠点があった。
By the way, in the above-mentioned conventional fiber laser device, although a short light pulse can be easily realized, there is no device for controlling the repetition of the light pulse, and therefore, it is shown in FIG. As described above, the optical pulses are randomly repeated, and there is a drawback that a stable repeating optical pulse cannot be obtained.

【0014】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、超短光パルスの周期的な高繰り返しを安定に実現
することができるファイバレーザ装置を提供することを
目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fiber laser device which can stably realize periodic high repetition of ultrashort optical pulses.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、レーザ媒質である希土類ドープ光ファ
イバ、前記希土類ドープ光ファイバを励起するための励
起用光源、前記励起用光源から出力される励起光を合波
するための合波用光カップラ、光ソリントンを発生させ
るためのソリトン発生用光ファイバ、及び光の偏波面を
揃えるための第1の偏波コントローラを含む第1の光フ
ァイバループと、レーザ光を出力するための出力用光カ
ップラ、光の進行方向を一方向に限定するための光アイ
ソレータ、及び光の偏波面を揃えるための第2の偏波コ
ントローラを含む第2の光ファイバループと、前記第1
の光ファイバループと前記第2の光ファイバループとを
光学的に結合する3dB光カップラとを有するファイバ
レーザ装置において、光路長を調整するための光路長可
変器を含む第3の光ファイバループと、前記第1の光フ
ァイバループまたは前記第2の光ファイバループ内に挿
入され、前記第3の光ファイバループと前記第1または
第2の光ファイバループとに光を分岐するための分岐用
光カップラとが付加されてなり、かつ、前記第3の光フ
ァイバループと前記分岐用光カップラとを巡る光路長
が、前記第1の光ファイバループ、前記第2の光ファイ
バループ、及び前記3dB光カップラからなるレーザ共
振器長の任意の整数分の1に設定されたものであること
を特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention provides a rare-earth-doped optical fiber as a laser medium, a pumping light source for pumping the rare-earth-doped optical fiber, and an output from the pumping light source. First light including a multiplexing optical coupler for multiplexing the pumping light to be generated, a soliton generating optical fiber for generating an optical sorington, and a first polarization controller for aligning the polarization planes of the light A second loop including a fiber loop, an output optical coupler for outputting laser light, an optical isolator for limiting the traveling direction of the light to one direction, and a second polarization controller for aligning the polarization plane of the light Optical fiber loop, and the first
And a 3 dB optical coupler for optically coupling the second optical fiber loop with the second optical fiber loop, a third optical fiber loop including an optical path length adjuster for adjusting an optical path length, A branching light that is inserted into the first optical fiber loop or the second optical fiber loop and branches the light into the third optical fiber loop and the first or second optical fiber loop. A coupler is added, and the optical path lengths around the third optical fiber loop and the branching optical coupler are the same as the first optical fiber loop, the second optical fiber loop, and the 3 dB light. It is characterized in that it is set to an arbitrary integer fraction of the length of the laser resonator comprising a coupler.

【0016】[0016]

【作用】上記構成によれば、超短光パルスの繰り返し
を、レーザの共振器の長さで決まる繰り返し(図6参
照)の整数倍にまで高めることができ、安定な高繰り返
し超短光パルスを得ることができる。
According to the above structure, the repetition of the ultrashort optical pulse can be increased to an integral multiple of the repetition (see FIG. 6) determined by the length of the resonator of the laser, and a stable high repetition ultrashort optical pulse can be obtained. Can be obtained.

【0017】[0017]

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。図1は、この発明の一実施例であるファ
イバレーザ装置の構成を示す図である。この図におい
て、図3に示す各部と同一構成部分については、同一符
号を付して、これらの説明を省略する。この例のファイ
バレーザ装置が、上記従来のファイバレーザ装置と大き
く異なるところは、上記従来の構成に加えて、分岐カッ
プラC4、光路長可変器K、及びこれらを接続する光フ
ァイバSFからなる副ループLO4が設けられている点
である。上記分岐カップラC4は、光アイソレータIS
と偏波コントローラPC2との間に介挿され、これによ
り、第2の主ループLO2及び副ループLO4が結合さ
れている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a fiber laser device according to an embodiment of the present invention. In this figure, parts that are the same as the parts shown in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted. The fiber laser device of this example is largely different from the above-mentioned conventional fiber laser device in that, in addition to the above-mentioned conventional structure, a branch coupler C4, an optical path length varying device K, and a sub-loop including an optical fiber SF connecting them. The point is that LO4 is provided. The branch coupler C4 is an optical isolator IS.
And the polarization controller PC2, whereby the second main loop LO2 and the sub-loop LO4 are coupled.

【0018】ここで、重要なことは、上記副ループLO
4の長さが、第1の主ループLO1及び第2の主ループ
LO2によって構成されるレーザの共振器の長さの任意
の整数(n)分の1に設定されていることである。従っ
て、副ループLO4の長さの微調整が重要であり、これ
はループ内に挿入した光路長可変器Kによって行なわれ
る。なお、希土類ドープ光ファイバF1は、第1の主ル
ープLO1の端の方に配置されている。
Here, what is important is that the sub-loop LO is
4 is set to an arbitrary integer (n) fraction of the length of the resonator of the laser constituted by the first main loop LO1 and the second main loop LO2. Therefore, it is important to finely adjust the length of the sub-loop LO4, which is performed by the optical path length changer K inserted in the loop. The rare earth-doped optical fiber F1 is arranged toward the end of the first main loop LO1.

【0019】上記構成において、パルス発振は次のよう
にして起こる。まず、励起用光源Pから射出される光
は、合波光カップラC2を介して希土類ドープ光ファイ
バF1に入射して希土類元素を励起する。偏波コントロ
ーラPC1、PC2は非線形増幅ループミラーである第
1の主ループLO1を回る光と光アイソレータISを挿
入した第2の主ループLO2 を回る光の偏波を合わせ
るために挿入している。
In the above structure, pulse oscillation occurs as follows. First, the light emitted from the excitation light source P enters the rare earth-doped optical fiber F1 via the multiplexing optical coupler C2 and excites the rare earth element. The polarization controllers PC1 and PC2 are inserted in order to match the polarization of the light rotating around the first main loop LO1 which is a non-linear amplification loop mirror and the light rotating around the second main loop LO2 including the optical isolator IS.

【0020】入力ポートAから第1の主ループLO1に
入射する光の強度が弱い場合は、上述した理由により、
光はポートBに現れず、ポートAに戻ってくる。この光
は第2の主ループLO2内を光アイソレータISの逆方
向に進むため、光アイソレータISによって取り除かれ
る。
When the intensity of the light entering the first main loop LO1 from the input port A is weak, it is due to the above-mentioned reason.
Light does not appear at port B, but returns to port A. Since this light travels in the second main loop LO2 in the direction opposite to the optical isolator IS, it is removed by the optical isolator IS.

【0021】一方、第1の主ループLO1に入射する光
の強度が強い場合は、第1の主ループLO1を回った光
はポートBに現れ、第2の主ループLO2内を光アイソ
レータISの順方向に進む。この光は、再び第1の主ル
ープLO1に入射し、再びポートBに現れる。このスイ
ッチング(光がBに現れること)により、モード同期が
かかり、光短パルスが発生する。このようにして発生し
た光短パルスは、光カップラC3から出力される。
On the other hand, when the intensity of the light incident on the first main loop LO1 is high, the light that has passed through the first main loop LO1 appears at the port B, and the light inside the second main loop LO2 passes through the optical isolator IS. Go forward. This light again enters the first main loop LO1 and reappears at port B. By this switching (light appears on B), mode synchronization is applied and a short optical pulse is generated. The optical short pulse generated in this way is output from the optical coupler C3.

【0022】第2の主ループLO2内を時計回りに回る
光パルスは、分岐光カップラC4を通るときに2光に分
れる。分かれた光のうち、一方の光は、そのまま第2の
主ループLO2の方に進み、他方の光は、副ループLO
4に入射する。副ループLO4に入射した光は該ループ
を1周した後、再び第2の主ループLO2に入る。
The light pulse rotating clockwise in the second main loop LO2 is split into two lights when passing through the branch optical coupler C4. Of the split lights, one of the lights goes to the second main loop LO2 as it is, and the other light goes to the sub-loop LO2.
It is incident on 4. The light incident on the sub-loop LO4 goes around the loop once and then enters the second main loop LO2 again.

【0023】ここで、副ループLO4の長さを、主ルー
プ(共振器)の長さ、すなはち、第1の主ループLO1
の長さと第2の主ループLO2の長さの和の1/n(n
は任意の整数)に設定してあるので、主ループの長さを
Lとし、光パルスの速度をVとすると、主ループLO
1,LO2内においては、副ループLO4を経由した光
パルスの方が、副ループLO4を経由しない光パルスよ
りもL/(nV)時間だけ遅れることになる。このよう
にして2分割された光パルスが主ループLO1,LO2
を一巡して再び分岐光カップラC4を通るときに、再び
2分割され、結局n巡したときには、主ループLO1,
LO2で決まる繰り返し周波数の光パルスと一致するこ
とになる。
Here, the length of the sub-loop LO4 is the length of the main loop (resonator), that is, the first main loop LO1.
Of the length of the second main loop LO2 and 1 / n (n
Is set to an arbitrary integer), so that if the length of the main loop is L and the speed of the optical pulse is V, the main loop LO
In 1 and LO2, the optical pulse passing through the sub loop LO4 is delayed by L / (nV) time from the optical pulse not passing through the sub loop LO4. The optical pulse divided into two in this way is the main loop LO1, LO2.
When passing through the branch optical coupler C4 again for one round, it is divided again into two, and when n rounds are passed, the main loop LO1,
This coincides with the optical pulse having the repetition frequency determined by LO2.

【0024】上記構成のレーザ装置は、受動モード同期
型の希土類ドープ光ファイバレーザであるので、光ソリ
トンスイッチ用の光ファイバF2の群速度分散を適宜加
減することにより、光パルスの波形整形の度合いを変化
させることができ(光ソリトン効果)、このようにし
て、より短いパルスを発生させることができる。
Since the laser device having the above structure is a passive mode-locking rare earth-doped optical fiber laser, the degree of optical pulse waveform shaping can be adjusted by appropriately adjusting the group velocity dispersion of the optical fiber F2 for an optical soliton switch. Can be varied (optical soliton effect) and in this way shorter pulses can be generated.

【0025】なお、光ソリトンとは光ファイバの波長分
散に起因するパルス幅の広がりと、自己位相変調効果に
よるパルス幅の圧縮とが釣り合うことにより発生する安
定なパルスをいい、光ファイバ中を波形を変えることな
く伝搬するという特質を有している。すなわち、光ファ
イバF2の群速度分散を負にすることによって光ソリト
ンを発生させ、光パルスが広がらない安定な超短パルス
を得ることができる。例えば、N=1の標準ソリトンを
作るのに必要なピーク強度は、次式によって与えられ
る。 PN=1=0.776・(λ3/π2cn2)・(|D|/τ2)・πw2 (4) ここで、Dは光ファイバの波長λにおける群速度分散、
cは光速、τはパルス幅、wは光ファイバのスポットサ
イズの大きさである。
The optical soliton is a stable pulse generated by balancing the spread of the pulse width due to the chromatic dispersion of the optical fiber and the compression of the pulse width due to the self-phase modulation effect. It has the property of propagating without changing. That is, by making the group velocity dispersion of the optical fiber F2 negative, an optical soliton is generated and a stable ultrashort pulse in which the optical pulse does not spread can be obtained. For example, the peak intensity required to make N = 1 standard solitons is given by: P N = 1 = 0.776 · (λ 3 / π 2 cn 2 ) · (| D | / τ 2 ) · πw 2 (4) where D is the group velocity dispersion at the wavelength λ of the optical fiber,
c is the speed of light, τ is the pulse width, and w is the spot size of the optical fiber.

【0026】例えば、群速度分散D=−24ps/km
/nm、パルス幅τ=1.1ps、スポットサイズの大
きさw=4μm、波長λ=1.56μmとすると標準ソ
リトンを作るのに必要なピーク強度は約30Wとなる。
この程度の強度は、このレーザ装置内で容易に得ること
ができるため、光ソリトンによるスイッチングを実現す
ることができる。
For example, group velocity dispersion D = -24 ps / km
/ Nm, pulse width τ = 1.1 ps, spot size w = 4 μm, and wavelength λ = 1.56 μm, the peak intensity required to make a standard soliton is about 30 W.
Since the intensity of this degree can be easily obtained in the laser device, switching by the optical soliton can be realized.

【0027】この例のファイバレーザ装置においては、
光ソリトンが共振器中を伝搬するため、発生するパルス
1本あたりのエネルギは一定になる。式(4)よりパルス
1本あたりのエネルギPN=1τは、│D│/τに比例す
ることが分かる。励起強度が一定の場合は、光ソリトン
スイッチ用の光ファイバF2の群速度分散の絶対値|D
|を小さくすると、必然的にパルス幅τを小さくするこ
とによりエネルギを一定にするように働く。このため、
|D|を小さくしてフェムト秒パルスが発生できること
になる。
In the fiber laser device of this example,
Since the optical soliton propagates through the resonator, the energy generated per pulse is constant. It can be seen from the equation (4) that the energy P N = 1 τ per pulse is proportional to | D | / τ. When the excitation intensity is constant, the absolute value of group velocity dispersion | D of the optical fiber F2 for the optical soliton switch | D
When | is made small, the pulse width τ is necessarily made small so as to make the energy constant. For this reason,
By reducing | D |, femtosecond pulses can be generated.

【0028】このとき、副ループLO4がない場合は、
フェムト秒パルスはランダムに発生するが、副ループL
O4を挿入すると、図2に示すように、フェムト秒パル
スの繰り返しを一定にすることができる。ここで、この
繰り返しはレーザの共振器の長さで決まる繰り返しの整
数倍(レーザの共振器の長さに対する副ループLO4の
長さの比(整数n))に対応している。
At this time, if there is no sub-loop LO4,
The femtosecond pulse is randomly generated, but the sub loop L
By inserting O4, the repetition of the femtosecond pulse can be made constant as shown in FIG. Here, this repetition corresponds to an integral multiple of the repetition determined by the length of the laser cavity (ratio of the length of the sub-loop LO4 to the length of the laser cavity (integer n)).

【0029】上記構成によれば、超短光パルスの周期的
な高繰り返しを安定に実現することができる。
According to the above configuration, it is possible to stably realize periodic high repetition of ultrashort optical pulses.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、この発明のファイ
バレーザ装置は、上記第3の光ファイバループと上記分
岐用光カップラとを巡る光路長を、上記第1の光ファイ
バループ、上記第2の光ファイバループ、及び上記3d
B光カップラからなるレーザ共振器長の任意の整数分の
1に設定したものなので、超短光パルスの繰り返しを、
レーザの共振器の長さで決まる繰り返し(図6参照)の
整数倍にまで高めることができ、安定な高繰り返し超短
光パルスを得ることができる。
As described above, in the fiber laser device of the present invention, the optical path lengths between the third optical fiber loop and the branching optical coupler are set to the first optical fiber loop and the second optical fiber loop. Optical fiber loop, and 3d above
Since it is set to an arbitrary integer fraction of the length of the laser cavity composed of the B optical coupler, the repetition of the ultrashort optical pulse is
The number of repetitions (see FIG. 6) determined by the length of the laser cavity can be increased to an integral multiple, and a stable highly repetitive ultrashort optical pulse can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施例であるファイバレーザ装置
の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fiber laser device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例における出力光パルスの繰り返しの一
例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of repetition of output light pulses in the same example.

【図3】従来のファイバレーザ装置の構成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional fiber laser device.

【図4】従来の非線形光学ループミラーの構成を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a conventional nonlinear optical loop mirror.

【図5】従来の非線形増幅ループミラーの構成を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional nonlinear amplification loop mirror.

【図6】従来のファイバレーザ装置における出力光パル
スの繰り返しの一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of repetition of output light pulses in a conventional fiber laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

F1 希土類ドープ光ファイバ P 励起用光源 C2 合波用光カップラ F2 ソリトン発生用光ファイバ PC1 偏波コントローラ(第1の偏波コントローラ) LO1 第1の主ループ(第1の光ファイバループ) C3 出力用光カップラ IS 光アイソレータ PC2 偏波コントローラ(第2の偏波コントローラ) LO2 第2の主ループ(第2の光ファイバループ) C1 3dB光カップラ K 光路長可変器 LO4 副ループ(第3の光ファイバループ) C4 分岐カップラ(分岐用光カップラ) F1 rare-earth doped optical fiber P pumping light source C2 optical coupler for multiplexing F2 soliton generation optical fiber PC1 polarization controller (first polarization controller) LO1 first main loop (first optical fiber loop) C3 output Optical coupler IS Optical isolator PC2 Polarization controller (second polarization controller) LO2 Second main loop (second optical fiber loop) C1 3 dB Optical coupler K Optical path length variator LO4 Sub loop (third optical fiber loop) ) C4 branch coupler (branching optical coupler)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レーザ媒質である希土類ドープ光ファイ
バ、前記希土類ドープ光ファイバを励起するための励起
用光源、前記励起用光源から出力される励起光を合波す
るための合波用光カップラ、光ソリントンを発生させる
ためのソリトン発生用光ファイバ、及び光の偏波面を揃
えるための第1の偏波コントローラを含む第1の光ファ
イバループと、レーザ光を出力するための出力用光カッ
プラ、光の進行方向を一方向に限定するための光アイソ
レータ、及び光の偏波面を揃えるための第2の偏波コン
トローラを含む第2の光ファイバループと、前記第1の
光ファイバループと前記第2の光ファイバループとを光
学的に結合する3dB光カップラとを有するファイバレ
ーザ装置において、 光路長を調整するための光路長可変器を含む第3の光フ
ァイバループと、 前記第1の光ファイバループまたは前記第2の光ファイ
バループ内に挿入され、前記第3の光ファイバループと
前記第1または第2の光ファイバループとに光を分岐す
るための分岐用光カップラとが付加されてなり、 かつ、前記第3の光ファイバループと前記分岐用光カッ
プラとを巡る光路長が、前記第1の光ファイバループ、
前記第2の光ファイバループ、及び前記3dB光カップ
ラからなるレーザ共振器長の任意の整数分の1に設定さ
れたものであることを特徴とするファイバレーザ装置。
1. A rare-earth-doped optical fiber as a laser medium, a pumping light source for pumping the rare-earth-doped optical fiber, a multiplexing optical coupler for multiplexing pumping light output from the pumping light source, A soliton generating optical fiber for generating an optical sorington, a first optical fiber loop including a first polarization controller for aligning the polarization planes of light, and an output optical coupler for outputting laser light, A second optical fiber loop including an optical isolator for limiting the traveling direction of light to one direction, and a second polarization controller for aligning the polarization plane of the light, the first optical fiber loop and the first optical fiber loop. A fiber laser device having a 3 dB optical coupler that optically couples the second optical fiber loop with a third light including an optical path length adjuster for adjusting the optical path length. Fiber loop, and a branch for being inserted into the first optical fiber loop or the second optical fiber loop and for branching light into the third optical fiber loop and the first or second optical fiber loop. An optical path coupler is added, and an optical path length around the third optical fiber loop and the branching optical coupler is the first optical fiber loop,
A fiber laser device, wherein the second optical fiber loop and the 3 dB optical coupler are set to an arbitrary integer fraction of a laser resonator length.
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