JP2772360B2 - モード同期光ファイバレーザ装置 - Google Patents

モード同期光ファイバレーザ装置

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JP2772360B2
JP2772360B2 JP4212836A JP21283692A JP2772360B2 JP 2772360 B2 JP2772360 B2 JP 2772360B2 JP 4212836 A JP4212836 A JP 4212836A JP 21283692 A JP21283692 A JP 21283692A JP 2772360 B2 JP2772360 B2 JP 2772360B2
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秀彦 高良
悟基 川西
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信や光計測で必要
とする高速の光パルス列を発生するモード同期光ファイ
バレーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】モード同期光ファイバレーザ装置は、半
導体レーザや固体レーザその他のレーザ装置に比べて、
超短光パルス(フェムト秒)の発生が可能であり、発振
波長が広帯域で可変でき、長距離光伝送に適したトラン
スフォームリミット光パルス(時間バンド幅が最小とな
る光パルス)の発生が容易であり、さらに他の光ファイ
バを用いたシステムへの適用性に優れた利点を有してい
る。これらの利点を活かして、モード同期光ファイバレ
ーザ装置を長距離光通信や高速光計測その他の分野へ適
用させる技術が研究されている。
【0003】図3は、従来のモード同期光ファイバレー
ザ装置の構成および動作原理について説明する図であ
り、(a) はその基本構成を示し、(b) はモード同期で得
られる代表的なスペクトル特性を示し、(c) はその時間
波形特性を示す。
【0004】図3(a) において、光変調器51は、駆動
電源52から所定の周波数の変調電圧が印加され、電気
光学効果により光の損失あるいは位相をその周波数で変
調する。この光変調器51と、変調された光パルスを増
幅する光増幅器53と、光パルスの進行方向を規定し、
反射戻り光を遮断する光アイソレータ54と、増幅され
た光パルスを外部に取り出す光分岐器55と、偏光状態
を制御する偏光制御器56が、光ファイバ57を介して
リング状に結合され、リング共振器が構成される。な
お、偏光依存性を有するものは、図中太線で描いている
光変調器51であり、その他の光増幅器53,光アイソ
レータ54,光分岐器55,偏光制御器56および光フ
ァイバ57は偏光依存性を有しない。
【0005】また、光増幅器53としては、主にエルビ
ウム(Er)やネオジム(Nd)などの希土類を添加した希
土類ドープ光ファイバ増幅器や、半導体レーザ増幅器が
用いられる。
【0006】図4は、希土類ドープ光ファイバ増幅器の
構成例を示す図であり、図4(a) は後方励起構成、図4
(b) は前方励起構成、図4(c) は双方向励起構成であ
る。図において、光パルスは、希土類ドープ光ファイバ
(以下、「RDF」という。)61の一端から入射さ
れ、他端から出射される。励起光は、RDF61の光パ
ルスの出射端,入射端,あるいはその両端に接続された
合波器62を介して、励起光源63からRDF61に入
射される。RDF61では、この励起光によって光パル
スを増幅する。なお、RDF61および合波器62は、
それぞれ増幅特性および光合波特性に偏光依存性を有し
ない。
【0007】図5は、半導体レーザ増幅器の構成例を示
す図である。図において、半導体レーザ増幅器71は、
入力される光パルスを電流源72から注入される電流に
応じて増幅する構成になっており、増幅特性に偏光依存
性を有する。
【0008】以下、図3を参照して従来のモード同期光
ファイバレーザ装置の動作原理について説明する。リン
グ共振器の光路長Lは、リング共振器を構成する各媒質
の物理長をh、屈折率をnとすると、それぞれの物理長
i にそれぞれの屈折率ni を乗じた値(それぞれの光
路長)の和であり、L=Σhi i で定義される。
【0009】さて、リング共振器では、fr =c/L
(ただし、cは光速度)で与えられる周波数間隔をもつ
多数の縦モードが存在する。ここで、リング共振器内の
光変調器51で繰り返し周波数fm =N・fr(Nは1以
上の整数)の光変調を加えると、図3(b) に示すよう
に、周波数間隔N・fr のすべての縦モードの位相が揃
うモード同期発振状態となり、図3(c) に示すように繰
り返し周期1/(N・fr)の光パルス列が得られる。な
お、パルス幅は、多数の縦モードスペクトルの包絡線で
定まる発振スペクトル幅δνの逆数に対応し、このスペ
クトル包絡線の中心が中心波長(周波数ν0 )となる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】一般に、このモード同
期光ファイバレーザ装置は、他のレーザ装置に比べて長
い共振器長(10m以上)を有している。したがって、機
械的な振動や温度変化の影響により共振器内の偏光状態
の変化が起こりやすい。
【0011】ところが、従来のモード同期光ファイバレ
ーザ装置では、偏光状態に対する安定化についての検討
がなされていなかった。すなわち、従来構成では、偏光
依存性がある光変調器51に最適動作を行わせるため
に、共振器内に偏光制御器56を設けて偏光を調整して
いたが、その制御量が固定であるために外部変動によっ
て偏光状態が大きく変化した場合には追従できなくな
り、モード同期光ファイバレーザ装置としての動作が不
安定になってしまうことがあった。さらに、偏光制御器
56の挿入による損失も大きく、光増幅効率を低下させ
る要因になっていた。
【0012】本発明は、偏光状態を変化させるような外
部変動に対する動作の安定性の向上を図るとともに、装
置の小型化および製造の簡易化を可能にするモード同期
光ファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、光の損失ある
いは位相を所定の周波数で変調する光変調手段と、変調
された光パルスを増幅する光増幅手段と、光パルスを外
部に取り出す光分岐手段と、各手段を互いに光学的に結
合してリング共振器を形成する光ファイバとを備えたモ
ード同期光ファイバレーザ装置において、光増幅手段に
励起光または励起電流を周期的に与える手段を含み、光
変調手段および光増幅手段を1つの光変調・増幅手段で
構成する。
【0014】さらに、光変調・増幅手段、光分岐手段お
よび光ファイバのすべてが偏光依存性を有し、かつ各手
段の光学主軸を合わせて結合した構成とする(請求項
1)。または、光変調・増幅手段、光分岐手段および光
ファイバのすべてが偏光依存性を有しない構成とする
(請求項2)。
【0015】
【作用】本発明のモード同期光ファイバレーザ装置は、
光増幅手段に励起光または励起電流を周期的に与えるこ
とにより、光の損失あるいは位相を所定の周波数で変調
する光変調手段として機能させることができる。これに
より、光変調手段と光増幅手段が一体化されるので、装
置の簡略化および内部損失の低減が実現する。
【0016】また、装置のすべての構成要素を偏光依存
型とし、外部変動による偏光状態の変化を防ぐことによ
って動作の安定性を向上させる。あるいは、装置のすべ
ての構成要素を偏光無依存型とし、外部変動による偏光
状態が変化した場合でもその影響を除去することによっ
て動作の安定性を向上させる。これにより、従来の偏光
制御器が不要となり、それに伴う装置の簡略化および内
部損失の低減が実現する。
【0017】
【実施例】図1は、請求項1に記載のモード同期光ファ
イバレーザ装置の実施例構成を示すブロック図である。
図において、光変調手段および光増幅手段を1つの光変
調・増幅器11で実現し、さらに光アイソレータ12、
光分岐手段としての光分岐器13、およびそれらを光学
的に結合してリング共振器を形成する光ファイバ14の
すべてについて、偏光依存性を有するものを用い、それ
らの光学主軸を合わせて結合する。
【0018】ここで、偏光依存型の光変調・増幅器11
としては、偏光依存性を有する希土類ドープ光ファイバ
増幅器や、従来の偏光依存型の半導体レーザ増幅器を利
用することができる。なお、偏光依存性を有するRDF
および合波器、あるいは光ファイバ14は、PANDA
ファイバや楕円コアファイバなどの偏光保持光ファイバ
を用いることにより実現することができる。
【0019】このように、すべての構成要素を偏光依存
型とし、かつそれらの光学主軸を合わせて結合すること
により、共振器内の光パルスの偏光方向を一定にするこ
とができる。すなわち、光パルスは同一偏光方向に保持
されて各構成要素を導波するので、不安定動作をもたら
す偏光状態の変化を防ぐことができる。また、従来必要
としていた偏光状態の調整が不要となるので、操作が簡
便となるとともに、偏光制御器による損失も解消するこ
とができる。
【0020】図2は、請求項2に記載のモード同期光フ
ァイバレーザ装置の実施例構成を示すブロック図であ
る。図において、光変調手段および光増幅手段を1つの
光変調・増幅器21で実現し、さらに光アイソレータ5
4、光分岐手段としての光分岐器55、およびそれらを
光学的に結合してリング共振器を形成する光ファイバ5
7のすべてについて、偏光依存性のないものを用いる。
【0021】ここで、偏光無依存型の光変調・増幅器2
1としては、従来の偏光無依存型の希土類ドープ光ファ
イバ増幅器や、偏光無依存型の半導体レーザ増幅器を利
用することができる。なお、半導体レーザ増幅器は、多
量子井戸構造を用いることにより偏光無依存化を図るこ
とができる(上條 他,電子情報通信学会技術研究報告
OQE91-93(1991))。
【0022】このように、すべての構成要素を偏光無依
存型とすることにより、共振器内の光パルスの偏光方向
が外部変動により変化した場合でも、すべての構成要素
がその影響を回避することができる。すなわち、偏光状
態が外部変動によって変化しても、その影響を除去して
安定な動作を維持することができる。また、従来必要と
していた偏光状態の調整が不要となるので、操作が簡便
となるとともに、偏光制御器による損失も解消すること
ができる。
【0023】さらに、以上示した各実施例において、光
変調・増幅器11,21として、図4に示す希土類ドー
プ光ファイバ増幅器を用いる場合には、励起光源63か
ら周期的に励起光を発生すればレーザ装置におけるモー
ド同期が可能であり、光変調器の機能も果たすことがで
きる。また、図5に示す半導体レーザ増幅器を用いる場
合には、電流源72から周期的に励起電流を発生すれば
レーザ装置におけるモード同期が可能であり、光変調器
の機能も果たすことができる。ただし、励起光源63で
発生させる励起光あるいは電流源72で発生させる励起
電流の繰り返し周波数fは、増幅器を構成する利得媒質
の反転分布のライフタイムTの逆数より低くする必要が
ある(f<1/T)。
【0024】このように、光変調器と光増幅器とを一体
化した光変調・増幅器11,21を用いる構成により、
装置の簡略化および内部損失の低減を実現し、装置の小
型化および製造の簡易化によるコストの削減を図ること
ができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のモード同
期光ファイバレーザ装置は、光変調手段と光増幅手段が
一体化されるので、装置の簡略化および内部損失の低減
が実現する。また、装置のすべての構成要素を偏光依存
型または偏光無依存型とすることにより、従来の偏光制
御器が不要となり、それに伴う装置の簡略化および内部
損失の低減が実現する。
【0026】これにより、偏光状態の変動に対する動作
の安定性向上を図るとともに、装置の小型化および製造
の簡易化によるコスト削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載の発明の実施例構成を示すブロ
ック図。
【図2】請求項2に記載の発明の実施例構成を示すブロ
ック図。
【図3】従来のモード同期光ファイバレーザ装置の構成
および動作原理について説明する図。
【図4】希土類ドープ光ファイバ増幅器の構成例を示す
図。
【図5】半導体レーザ増幅器の構成例を示す図。
【符号の説明】
11 光変調・増幅器(偏光依存型) 12 光アイソレータ(偏光依存型) 13 光分岐器(偏光依存型) 14 光ファイバ(偏光依存型) 21 光変調・増幅器(偏光無依存型) 51 光変調器(偏光依存型) 52 駆動電源 53 光増幅器(偏光無依存型) 54 光アイソレータ(偏光無依存型) 55 光分岐器(偏光無依存型) 56 偏光制御器(偏光無依存型) 57 光ファイバ(偏光無依存型) 61 希土類ドープ光ファイバ(RDF) 62 合波器 63 励起光源 71 半導体レーザ増幅器 72 電流源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/098 H01S 3/07 H01S 3/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光の損失あるいは位相を所定の周波数で
    変調する光変調手段と、 変調された光パルスを増幅する光増幅手段と、 前記光パルスを外部に取り出す光分岐手段と、 前記各手段を互いに光学的に結合してリング共振器を形
    成する光ファイバとを備えたモード同期光ファイバレー
    ザ装置において、 前記光増幅手段に励起光または励起電流を周期的に与え
    る手段を含み、前記光変調手段および前記光増幅手段を
    1つの光変調・増幅手段で構成し、 さらに、前記光変調・増幅手段、光分岐手段および光フ
    ァイバのすべてが偏光依存性を有し、かつ各手段の光学
    主軸を合わせて結合した構成であることを特徴とするモ
    ード同期光ファイバレーザ装置。
  2. 【請求項2】 光の損失あるいは位相を所定の周波数で
    変調する光変調手段と、 変調された光パルスを増幅する光増幅手段と、 前記光パルスを外部に取り出す光分岐手段と、 前記各手段を互いに光学的に結合してリング共振器を形
    成する光ファイバとを備えたモード同期光ファイバレー
    ザ装置において、 前記光増幅手段に励起光または励起電流を周期的に与え
    る手段を含み、前記光変調手段および前記光増幅手段を
    1つの光変調・増幅手段で構成し、 さらに、前記光変調・増幅手段、光分岐手段および光フ
    ァイバのすべてが偏光依存性を有しない構成であること
    を特徴とするモード同期光ファイバレーザ装置。
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