JP2563697B2 - Fiber laser device - Google Patents

Fiber laser device

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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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正隆 中沢
英二 吉田
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日本電信電話株式会社
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【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 This invention relates to a fiber laser device capable of generating a stable high repetition ultra-short pulse.

【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。 In recent years, a laser apparatus, in particular, passive mode-locking type laser that the rare-earth-doped optical fiber and the laser medium (hereinafter, referred to as a fiber laser device) using, attempts ultrashort optical pulse generation is performed actively 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。 [0003] Figure 3 is a diagram showing the construction of a fiber laser device in the prior art. 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。 As shown in the figure, this fiber laser device, the first main loop LO1, is schematically configured from the second main loop LO2, and their main loop LO1, LO2 3 dB optical coupler C1 to bind together.

【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、 [0004] The first main loop LO1 is an optical fiber (hereinafter a rare earth element which emits laser light doped,
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。 Rare that doped optical fiber) F1, light to excite the rare earth element in the rare-earth-doped optical fiber F1 (hereinafter, the excitation light source P which emits) as excitation light, an optical coupler C2 for coupling the excitation light, an optical soliton switch optical fiber F2 of use, consists of the single-mode optical fiber MF1 to combine varying polarization controller PC1 to control the wavefront, and each element of these laser beam. また、上記第2 In addition, the second
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 main loop LO2 of the optical coupler C3 for extracting an output, forward optical isolator is a non-reciprocal device which passes only light (the direction indicated by the arrow) IS, a polarization controller PC2, and each of these elements It is made up of single-mode optical fiber MF2 that bind.

【0005】次に、上記第1の主ループLO1について、さらに詳述する。 [0005] Next, the first main loop LO1, further detail. 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。 The first main loop LO1 is called a nonlinear amplification loop mirror, this is a modification of the nonlinear optical loop mirror. 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。 Nonlinear optical loop mirror, as shown in FIG. 4, two ports D at one end of the different light coupler C branching ratio, and connects the E in single-mode optical fiber MF3, the apparatus forming the optical fiber loop LO3 is there. 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。 In the nonlinear optical loop mirror having such a structure, light incident from the input port A to the optical coupler C includes a light around the port D street loop LO3 clockwise, the light around the street loop LO3 port E 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 [0006] In this case, if the intensity of light incident to the input port A of the optical coupler C is weak, for any of the light around the optical fiber MF3 clockwise / counterclockwise, 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 Since the self-phase modulation effect, which is the next non-linear optical effect is not applied, light and loop LO through the loop LO3 clockwise
3を反時計方向に回る光との間に位相差が生じない。 3 the phase difference between the light turns counterclockwise does not occur. 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。 In such a linear phenomenon region, the intensity of light appearing to port B becomes a value proportional to the incident intensity, the proportionality constant is determined by the branching ratio of the optical coupler C. 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I O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。 That is, the branching ratio of the optical coupler C α: 1-α, the intensity of light incident on port A of the optical coupler and I O, the intensity I of light appearing to port B is represented by the following formula. I=(4α 2 −4α+1)・I O (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 I = (4α 2 -4α + 1 ) · I O (1) as above is clear from equation for example 3 as the optical coupler C
dB光カップラ(α=0.5)を用いた場合には、強度I When using dB optical coupler (alpha = 0.5), the intensity I
=0となる(ポートBには光が現れない)。 = 0. The (light does not appear to 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。 On the other hand, when the intensity of light incident on the optical coupler C is strong enough to generate self-phase modulation effect in the optical fiber MF3 in the loop LO3 is anti light and loop LO3 through the loop LO3 clockwise phase difference between the light which rotate in a clockwise direction is generated. 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。 As a result, the intensity of light appearing to port B is larger than in the case where the self-phase modulation effect does not occur, increases non-linearly with the incident intensity. 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。 In this case, the intensity I of light appearing at the port B is represented by the following formula. I=I O (2α 2 −2α+1)+2I O α(α−1)COS{2πn 2 L(1-2α)I O /λ} (2) ここで、n 2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。 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, L is the fiber loop the length of, lambda 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。 [0008] incident as such nonlinear optical loop mirror is suitable for the generation of ultrashort pulses, the incident light from port A most appeared not to the port B, the incident intensity is strong against weak input light is to appear on port B. 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。 Thus, incorporation of non-linear optical loop mirror into the laser resonator in, the same operation as the 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 [0009] Figure 5 is a diagram showing a configuration of a nonlinear amplifier loop mirror, and differs from the nonlinear amplifier loop mirror nonlinear optical loop mirror, the laser amplifying medium G of the rare-earth-doped optical fiber or the like as shown in FIG. There loop 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。 O3 end (port C closer or port D closer) that it is located, and an optical coupler C is exactly 1: a point having a branching ratio.

【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。 [0010] For the case the intensity of light incident on the optical coupler C is weak, which as described above, the self-phase modulation effect does not occur in the optical fiber MF3 in the loop LO3 be the amplifying medium G is placed, loop the no phase difference between the light around the light and the counterclockwise direction around clockwise. 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。 Thus, the nonlinear amplifier loop mirror when the intensity of the incident light is weak acts in the linear region, back light of a large portion around the loop to port A, almost light does not appear in 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。 Meanwhile, when the intensity of light incident on the optical coupler C is strong, the light is further amplified by the amplifying medium G, self-phase modulation effect occurs in the optical fiber MF3. 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)。 At this time, the end of the amplifying medium G loop LO3 (port C closer or port D closer) second place between the light around the light and the counterclockwise direction around the ,, loop LO3 clockwise because it is located retardation occurs, light incident from the port a (light appears at port B) is switched to port B. 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。 Phase difference between two light in this case is given by the following equation. δφ C −δφ OC =πI 02 L(g−1)/λ (3) ここで、δφ Cはループを時計方向に回る光の位相変化量、δφ OCはループを反時計方向に回る光の位相変化量、I Oは光カップラCに入射する光の強度、n 2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。 δφ C -δφ OC = πI 0 n 2 L (g-1) / λ (3) where, .delta..phi C phase variation of light through the loop in a clockwise direction, .delta..phi OC light through the loop in the counterclockwise direction 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. 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。 Higher gain g greater as can be seen from this equation, also the retardation length L longer fibers increases, it becomes π when the maximum switching occurs.
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。 Nonlinear amplification loop mirror, it is characterized to be able to switch the optical pulses even if the intensity of light is relatively weak incident on optical coupler as compared to the non-linear optical loop mirror as described above.

【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 [0012] Figure 3 above conventional fiber laser device shown in the first main loop L is a non-linear amplifying loop mirror
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。 The O1, is obtained by connecting the second main loop LO2 inserting the optical isolator IS. 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。 Thus, over the mode-locked by nonlinear amplification loop mirror effects of the first main loop LO1, and so as 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。 [SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally, in the conventional fiber laser device is met by way of the short optical pulses can be easily realized, for controlling the repetition of the optical pulse device was not shown in FIG. 6 as such, the light pulse is repeated at random, there is a disadvantage that it is impossible to obtain light pulses repeated stably.

【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。 [0014] The present invention has been made in view of the above problem and an object thereof is to provide a fiber laser device capable of stably realizing a periodic high repetition ultra-short 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 In order to solve the above problems SUMMARY OF THE INVENTION This invention provides a rare-earth-doped optical fiber is a laser medium, an excitation light source for exciting said rare-earth-doped optical fiber, the output from the excitation light source first light containing a first polarization controller for aligning the the multiplexing optical coupler for multiplexing the excitation light, soliton generation optical fiber for generating light Sorinton, and the plane of polarization of the light and the fiber loop, the second comprising output optical coupler for outputting a laser beam, an optical isolator for limiting the traveling direction of light in one direction, and a second polarization controller for aligning the polarization plane of light an optical fiber loop, said first
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 the fiber laser device having a 3dB optical coupler to the optical fiber loop and the second optical fiber loop optically coupled, and a third optical fiber loop including the optical path length variation element for adjusting the optical path length the inserted into the first optical fiber loop or in said second optical fiber loop, the third of said optical fiber loop first or second branching light for branching the light into the optical fiber loop coupler and is being added, and the optical path length over the said third optical fiber loop the branching optical coupler is the first optical fiber loop, the second optical fiber loop, and the 3dB beam it is characterized in that which is set in the laser cavity length 1 of any integer fraction consisting of 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 arrangement, the repetitive ultrashort light pulses, can be increased up to an integral multiple of the repetition determined by the length of the laser resonator (see FIG. 6), stable high repetition ultra-short optical pulses it is possible to obtain.

【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。 EXAMPLES Hereinafter, with reference to the drawings will be described embodiments of the present invention. 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。 Figure 1 is a diagram showing a configuration of a fiber laser device according to an embodiment of the present invention. 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。 In this figure, the respective portions of the same components shown in FIG. 3, the same reference numerals, the description thereof is omitted. 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。 Auxiliary loop fiber laser device of this example, the greatly different from the conventional fiber laser device, in addition to the conventional structure described above, consisting of an optical fiber SF connecting branch coupler C4, optical path length variation element K, and these LO4 is a point that is provided. 上記分岐カップラC4は、光アイソレータIS The branch coupler C4, the optical isolator 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。 And it is interposed between the polarization controller PC2, thereby, the second main loop LO2 and secondary loop LO4 are coupled.

【0018】ここで、重要なことは、上記副ループLO [0018] Here, it is important, the auxiliary loop 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。 Length of 4, is that it is set to any integer (n) of component 1 of the length of the resonator of the laser constituted by the first main loop LO1 and second main loop LO2. 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。 Thus, fine adjustment of the length of the auxiliary loop LO4 is important, this is done by an optical path length variation element K inserted in the loop. 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。 Incidentally, the rare-earth-doped optical fiber F1 is disposed towards 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。 [0019] In the above structure, the pulse oscillation occurs in the following manner. 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。 First, light emitted from the excitation light source P is incident on the rare-earth-doped optical fiber F1 through the multiplexing optical coupler C2 to excite the rare earth elements. 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。 Polarization controller PC1, PC2 are inserted in order to match the polarization of the light around the second main loop LO2 inserting the light and the optical isolator IS that around the first of the main loop LO1 is a nonlinear amplifier loop mirror.

【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、 [0020] When the intensity of light incident from the input port A to the first main loop LO1 is weak, for the reasons described above,
光はポートBに現れず、ポートAに戻ってくる。 Light does not appear to port B, come back to the port A. 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。 Thus light traveling in the second main loop LO2 in opposite direction of the optical isolator IS, are 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。 Meanwhile, when the intensity of light incident on the first main loop LO1 is strong, light around the first main loop LO1 appears at port B, and the second main loop LO2 of the optical isolator IS advance in the forward direction. 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。 This light is incident on the first main loop LO1 again appear again port B. 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。 This switching (the light appears in B), the mode-locked consuming, optical short pulse. 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。 Such short optical pulses generated by, the 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。 The light pulse around the second main loop LO2 clockwise is divided into two light when passing through the branch optical coupler C4. 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 Of separate light, one light is directly proceeds towards the second main loop LO2, and the other light, auxiliary loop LO
4に入射する。 Incident on the 4. 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 incident on the sub-loop LO4 After one round of the loop and enters the second of the 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 [0023] Here, the length of the auxiliary loop LO4, the main loop (resonator) length of Sunawachi, first main loop LO1
の長さと第2の主ループLO2の長さの和の1/n(n 1 / n (n of the sum of the length of the length of the second main loop LO2
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 Since is set to any integer), the length of the main loop is L, when the speed of light pulses is V, the main loop 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。 1, in the LO2, towards the light pulse that has passed through the secondary loop LO4 is than the light pulse does not pass through the secondary loop LO4 will be delayed by L / (nV) time. このようにして2分割された光パルスが主ループLO1,LO2 Thus two divided light pulses is the main loop 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, When passing through the branching optical coupler C4 again after searching, it is again divided into two, when the Tour n eventually, the main loop 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。 It becomes coincident with the repetition frequency of the optical pulses 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。 The laser device of the structure, since the rare-earth-doped optical fiber laser of the passive mode-locking type, by suitably adjusting the group velocity dispersion of the optical fiber F2 for optical soliton switch, the degree of waveform shaping of the optical pulse can be changed (optical soliton effect) in this manner, it is possible to generate a shorter pulse.

【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。 [0025] Note that the spread of the pulse width due to the wavelength dispersion of the optical fiber and optical soliton, refers to a stable pulse generated by the compression of the pulse width due to self-phase modulation effect is balanced, the waveform in the optical fiber It has the characteristic that propagates without changing the. 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。 That is, to generate optical soliton by the group velocity dispersion of the optical fiber F2 in the negative, it is possible to obtain a stable ultrashort pulse light pulse does not spread. 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。 For example, the peak intensity necessary to make standard solitons N = 1 is given by the following equation. N=1 =0.776・(λ 3 /π 2 cn 2 )・(|D|/τ 2 )・πw 2 (4) ここで、Dは光ファイバの波長λにおける群速度分散、 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 of the optical fiber lambda,
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。 c is the speed of light, tau is the pulse width, w is the size of the spot size of the optical fiber.

【0026】例えば、群速度分散D=−24ps/km [0026] For example, the group velocity dispersion 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。 / Nm, pulse width τ = 1.1ps, the peak intensity required to spot the size of the size w = 4μm, and the wavelength λ = 1.56μm create a standard soliton is about 30W.
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。 The intensity of this degree, because it can be easily obtained in this laser device, it is possible to realize the switching by optical soliton.

【0027】この例のファイバレーザ装置においては、 [0027] In the fiber laser device of this example,
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。 Since optical soliton propagates in the resonator, energy per one generated pulse is constant. 式(4)よりパルス1本あたりのエネルギP N=1 τは、│D│/τに比例することが分かる。 Energy P N = 1 tau per one pulse from the equation (4) is found to be proportional to │D│ / τ. 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 If excitation intensity is constant, the absolute value of the group velocity dispersion of the optical fiber F2 for optical soliton switch | 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。 | When the smaller, inevitably serves to constant energy by decreasing the pulse width tau. このため、 For this reason,
|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。 | D | a by reducing femtosecond pulses would be generated.

【0028】このとき、副ループLO4がない場合は、 [0028] In the case at this time, there is no sub-loop LO4 is,
フェムト秒パルスはランダムに発生するが、副ループL Femtosecond pulses generated randomly, but auxiliary loop 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。 Inserting a O4, as shown in FIG. 2, it can be a repetition of the femtosecond pulse constant. 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。 Here, the repetition corresponds to an integral multiple of the repetition determined by the length of the laser resonator (the ratio of the length of the auxiliary loop LO4 to the length of the laser resonator (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 structure, the periodic high repetition ultra-short optical pulses can be stably realized.

【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 As described above, according to the present invention, a fiber laser device of the present invention, the optical path length around the said third optical fiber loop and the branching optical coupler, the first optical fiber loop, the second the optical fiber loop, and the 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、 Because they are set in the laser cavity length arbitrary integral submultiple of consisting of B optical coupler, the repetition of the ultrashort optical pulse,
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。 Can be increased to an integral multiple of the repetition determined by the length of the laser resonator (see FIG. 6), it is possible to obtain a stable high repetition ultra-short optical pulses.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE 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。 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。 2 is a diagram showing an example of a repetition of the output light pulses in the same embodiment.

【図3】従来のファイバレーザ装置の構成を示す図である。 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。 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。 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。 6 is a diagram showing an example of a repetition of the output light pulse in the conventional fiber laser device.

【符号の説明】 DESCRIPTION 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 excitation light source C2 multiplexing optical coupler F2 soliton generation optical fiber PC1 polarization controller (the first polarization controller) LO1 first main loop (first optical fiber loop) C3 output optical coupler IS Optoisolator PC2 polarization controller (the second polarization controller) LO2 second main loop (second optical fiber loop) C1 3 dB optical coupler K light path length varying unit LO4 auxiliary loop (third optical fiber loop ) C4 branch coupler (branching optical coupler)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【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 1. A rare earth-doped optical fiber is a laser medium, the rare-earth doped optical fiber excitation light source for exciting a multiplexing optical coupler for multiplexing the pump light output from the excitation light source, the first optical fiber loop, the output optical coupler for outputting a laser beam including a first polarization controller for aligning soliton generation optical fiber, and the polarization plane of light for generating light Sorinton, wherein the traveling direction of the light optical isolator to limit in one direction, and a second optical fiber loop including a second polarization controller for aligning the polarization plane of light, and the first optical fiber loop first in the fiber laser device having a 3dB optical coupler for coupling the second optical fiber loop optically, third light containing optical path length variation element for adjusting the optical path length 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、 And Aibarupu, is inserted into the first optical fiber loop or in said second optical fiber loop, a branch for branching light into said third optical fiber loop the first or second optical fiber loop it is added with use optical coupler, and the third optical path length around the optical fiber loop and the branching optical coupler is the first optical fiber loop,
    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。 Fiber laser device, wherein the second optical fiber loop, and those that are set to 1 for any integer fraction laser cavity length consisting of the 3dB optical coupler.
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