JP3276094B2 - モード同期レーザ装置 - Google Patents
モード同期レーザ装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光通信あるいは光計測そ
の他の分野で利用される高速パルスの発生に関する。特
に、高速パルスを発生するモード同期レーザ装置の動作
安定化に関する。
の他の分野で利用される高速パルスの発生に関する。特
に、高速パルスを発生するモード同期レーザ装置の動作
安定化に関する。
【０００２】
【従来の技術】モード同期レーザ装置、特に光ファイバ
を用いてリング共振器を形成した装置は、半導体レーザ
や固定レーザなどの他のレーザ装置に比べ、パルス幅が
フェムト秒単位という超短光パルスの発生が可能、発振
波長が広帯域で可変、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すなわち時間バンド幅が最小と
なる光パルスの発生が容易、光ファイバを用いた他の装
置との適合性に優れているなどの利点を有しており、こ
れまで、大容量かつ長距離の光通信や高速光計測などの
分野への適用を目指して、活発に研究開発が進められて
いる。
を用いてリング共振器を形成した装置は、半導体レーザ
や固定レーザなどの他のレーザ装置に比べ、パルス幅が
フェムト秒単位という超短光パルスの発生が可能、発振
波長が広帯域で可変、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すなわち時間バンド幅が最小と
なる光パルスの発生が容易、光ファイバを用いた他の装
置との適合性に優れているなどの利点を有しており、こ
れまで、大容量かつ長距離の光通信や高速光計測などの
分野への適用を目指して、活発に研究開発が進められて
いる。
【０００３】図５は光ファイバを用いた従来例のモード
同期レーザ装置を示すブロック構成図である。この従来
例は、光ファイバ５７により光学的に結合された光変調
器５３、光増幅器５４、光アイソレータ５５および光分
岐器５６を備え、光変調器５３には発振器５１の出力が
パワーアンプ５２を介して供給される。発振器５１はあ
らかじめ定められた周波数の電気信号を出力し、パワー
アンプ５２を介して光変調器５３を駆動する。光変調器
５３は、発振器５１からの周波数により、光の損失ある
いは位相を変調する。光増幅器５４はこの光を増幅す
る。光アイソレータ５５は光パルスの進行方向を規定
し、反射戻り光を遮断する。光分岐器５６は増幅された
光パルスを外部に取り出す。光変調器５３としては、Ｌ
ｉＮｂＯ3 などの電気光学効果を利用したものが用いら
れる。光増幅器５４としては、Ｅｒ、ＰｒあるいはＮｄ
などの希土類が添加された希土類ドープ光ファイバ増幅
器が用いられる。
同期レーザ装置を示すブロック構成図である。この従来
例は、光ファイバ５７により光学的に結合された光変調
器５３、光増幅器５４、光アイソレータ５５および光分
岐器５６を備え、光変調器５３には発振器５１の出力が
パワーアンプ５２を介して供給される。発振器５１はあ
らかじめ定められた周波数の電気信号を出力し、パワー
アンプ５２を介して光変調器５３を駆動する。光変調器
５３は、発振器５１からの周波数により、光の損失ある
いは位相を変調する。光増幅器５４はこの光を増幅す
る。光アイソレータ５５は光パルスの進行方向を規定
し、反射戻り光を遮断する。光分岐器５６は増幅された
光パルスを外部に取り出す。光変調器５３としては、Ｌ
ｉＮｂＯ3 などの電気光学効果を利用したものが用いら
れる。光増幅器５４としては、Ｅｒ、ＰｒあるいはＮｄ
などの希土類が添加された希土類ドープ光ファイバ増幅
器が用いられる。
【０００４】図６ないし図８は希土類ドープ光ファイバ
増幅器の構成例を示す。希土類ドープ光ファイバ増幅器
は、希土類ドープ光ファイバ６１と、この希土類ドープ
光ファイバ６１を励起する励起光源６２と、この励起光
源６２からの励起光と光パルスとを合波または分波する
波長合分波器６３と備え、励起光により励起されて光パ
ルスを増幅する。図６は後方励起の場合の構成を示し、
励起光は光パルスと逆方向に希土類ドープ光ファイバ６
１に入射される。図７は前方励起の場合の構成を示し、
励起光は光パルスと合波されて希土類ドープ光ファイバ
６１に入射される。図８は双方向励起の場合の構成を示
し、希土類ドープ光ファイバ６１の両側から励起光が入
射される。
増幅器の構成例を示す。希土類ドープ光ファイバ増幅器
は、希土類ドープ光ファイバ６１と、この希土類ドープ
光ファイバ６１を励起する励起光源６２と、この励起光
源６２からの励起光と光パルスとを合波または分波する
波長合分波器６３と備え、励起光により励起されて光パ
ルスを増幅する。図６は後方励起の場合の構成を示し、
励起光は光パルスと逆方向に希土類ドープ光ファイバ６
１に入射される。図７は前方励起の場合の構成を示し、
励起光は光パルスと合波されて希土類ドープ光ファイバ
６１に入射される。図８は双方向励起の場合の構成を示
し、希土類ドープ光ファイバ６１の両側から励起光が入
射される。
【０００５】次に、図９および図１０を参照して従来の
モード同期レーザ装置の動作原理について説明する。図
９はモード同期で得られる代表的なスペクトル特性を表
し、図１０はその時間特性を示す。図５に示した従来例
では、光変調器５３、光増幅器５４、光アイソレータ５
５および光分岐器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。各構成要素
の光路長はその要素の物理長ｈi と屈折率ｎi とを乗算
した値となり、リング共振器の光路長Ｌはそれの和、す
なわち、 Ｌ＝Σｈi ｎi となる。さて、リング共振器では、基準共振周波数ｆr
＝ｃ／Ｌ（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５３により、 ｆm ＝Ｎ・ｆr （Ｎは１以上の整数） なる繰り返し周波数の光変調を加えると、図９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１０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。
この（２）式がモード同期条件である。
モード同期レーザ装置の動作原理について説明する。図
９はモード同期で得られる代表的なスペクトル特性を表
し、図１０はその時間特性を示す。図５に示した従来例
では、光変調器５３、光増幅器５４、光アイソレータ５
５および光分岐器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。各構成要素
の光路長はその要素の物理長ｈi と屈折率ｎi とを乗算
した値となり、リング共振器の光路長Ｌはそれの和、す
なわち、 Ｌ＝Σｈi ｎi となる。さて、リング共振器では、基準共振周波数ｆr
＝ｃ／Ｌ（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５３により、 ｆm ＝Ｎ・ｆr （Ｎは１以上の整数） なる繰り返し周波数の光変調を加えると、図９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１０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。
この（２）式がモード同期条件である。
【０００６】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ν
0 ）となる。
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ν
0 ）となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光ファイバを
用いたモード同期レーザ装置は、他のレーザ装置に比べ
て共振器長（共振器の光路長）が１０ｍ以上と長く、機
械的な振動や温度変化の影響により共振器長の変化が起
きやすい。このような共振器長の変化が生じると、モー
ド同期の駆動周波数とリング共振器の共振周波数にずれ
が生じ、モード同期の駆動周波数とリング共振器の共振
周波数とにずれが生じてモード同期動作が不安定となっ
てしまう問題があった。
用いたモード同期レーザ装置は、他のレーザ装置に比べ
て共振器長（共振器の光路長）が１０ｍ以上と長く、機
械的な振動や温度変化の影響により共振器長の変化が起
きやすい。このような共振器長の変化が生じると、モー
ド同期の駆動周波数とリング共振器の共振周波数にずれ
が生じ、モード同期の駆動周波数とリング共振器の共振
周波数とにずれが生じてモード同期動作が不安定となっ
てしまう問題があった。
【０００８】本発明は、このような課題を解決し、共振
器長が安定化され動作も安定なモード同期レーザ装置を
提供することを目的とする。
器長が安定化され動作も安定なモード同期レーザ装置を
提供することを目的とする。
【０００９】本発明者らは、このような問題を解決する
ため、モード同期レーザ装置の出力光に含まれるサイド
バンド周波数成分が最小となるように共振器長を制御す
る技術について発明し、既に特許出願した（特願平６−
５２１７０、本願出願時未公開）。本願は、この特許出
願に示した構成とは別の構成により共振器長を安定化す
るものである。
ため、モード同期レーザ装置の出力光に含まれるサイド
バンド周波数成分が最小となるように共振器長を制御す
る技術について発明し、既に特許出願した（特願平６−
５２１７０、本願出願時未公開）。本願は、この特許出
願に示した構成とは別の構成により共振器長を安定化す
るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のモード同期レー
ザ装置は、光の損失あるいは位相をあらかじめ定められ
た周波数で変調する光変調手段と、この光変調手段によ
り変調された光を増幅する光増幅手段と、この光増幅手
段と光変調手段とを光学的に結合して共振器を形成する
光学手段と、この共振器から出力光を取り出す出力手段
と、この共振器の光路長を調整する光路長調整手段とを
備えたモード同期レーザ装置において、光変調手段とは
独立の周波数の変調信号により変調されたプローブ光を
共振器の共振波長とは異なる波長で発生するプローブ光
発生手段と、このプローブ光を共振器内に導入するプロ
ーブ光結合手段と、共振器の少なくとも一部を伝搬した
プローブ光を共振器から外部に取り出すプローブ光分岐
手段と、このプローブ光分岐手段により取り出されたプ
ローブ光を電気信号に変換する受光回路と、この受光回
路の出力と変調信号との位相差に基づいて光路長調整手
段の光路長を制御する手段とを備えたことを特徴とす
る。
ザ装置は、光の損失あるいは位相をあらかじめ定められ
た周波数で変調する光変調手段と、この光変調手段によ
り変調された光を増幅する光増幅手段と、この光増幅手
段と光変調手段とを光学的に結合して共振器を形成する
光学手段と、この共振器から出力光を取り出す出力手段
と、この共振器の光路長を調整する光路長調整手段とを
備えたモード同期レーザ装置において、光変調手段とは
独立の周波数の変調信号により変調されたプローブ光を
共振器の共振波長とは異なる波長で発生するプローブ光
発生手段と、このプローブ光を共振器内に導入するプロ
ーブ光結合手段と、共振器の少なくとも一部を伝搬した
プローブ光を共振器から外部に取り出すプローブ光分岐
手段と、このプローブ光分岐手段により取り出されたプ
ローブ光を電気信号に変換する受光回路と、この受光回
路の出力と変調信号との位相差に基づいて光路長調整手
段の光路長を制御する手段とを備えたことを特徴とす
る。
【００１１】
【作用】モード同期レーザ装置の共振器に低周波で変調
されたプローブ光を伝搬させ、そのプローブ光の変調周
波数の変動により共振器の長さの変動を検出する。この
変動を共振器長にフィードバックすることで、共振器長
を安定化でき、モード同期動作の安定性を高めることが
できる。
されたプローブ光を伝搬させ、そのプローブ光の変調周
波数の変動により共振器の長さの変動を検出する。この
変動を共振器長にフィードバックすることで、共振器長
を安定化でき、モード同期動作の安定性を高めることが
できる。
【００１２】本発明は共振器長が長い場合に特に有効で
あり、共振器の各要素が光ファイバに結合されたリング
共振器型のモード同期レーザ装置に特に適している。光
増幅手段が光ファイバ増幅器である場合にはさらに適し
ている。光ファイバ増幅器はそれ自体が長く、しかも発
熱による長さの変動があるからである。
あり、共振器の各要素が光ファイバに結合されたリング
共振器型のモード同期レーザ装置に特に適している。光
増幅手段が光ファイバ増幅器である場合にはさらに適し
ている。光ファイバ増幅器はそれ自体が長く、しかも発
熱による長さの変動があるからである。
【００１３】プローブ光を共振器全体に伝搬させてもよ
いが、光ファイバ増幅器を用いる場合には、この光ファ
イバ増幅器の長さ変動が共振器長の変動の最も大きな要
因であり、光ファイバ増幅器を含む一部分だけにプロー
ブ光を伝搬させてもよい。この場合、共振器長を調整す
るための光路長調整手段をプローブ光が伝搬する部分に
配置してもよく、他の部分に配置してもよい。光路長調
整手段をプローブ光が伝搬する部分に配置した場合に
は、共振器から取り出したプローブ光の変調周波数の変
動が小さくなるように光路長を制御する。他の部分に配
置した場合には、共振器から取り出したプローブ光の変
調周波数の変動に応じて光路長を制御する。
いが、光ファイバ増幅器を用いる場合には、この光ファ
イバ増幅器の長さ変動が共振器長の変動の最も大きな要
因であり、光ファイバ増幅器を含む一部分だけにプロー
ブ光を伝搬させてもよい。この場合、共振器長を調整す
るための光路長調整手段をプローブ光が伝搬する部分に
配置してもよく、他の部分に配置してもよい。光路長調
整手段をプローブ光が伝搬する部分に配置した場合に
は、共振器から取り出したプローブ光の変調周波数の変
動が小さくなるように光路長を制御する。他の部分に配
置した場合には、共振器から取り出したプローブ光の変
調周波数の変動に応じて光路長を制御する。
【００１４】光ファイバ増幅器を用いる場合には、その
励起光を変調してプローブ光として用いることもでき
る。
励起光を変調してプローブ光として用いることもでき
る。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の第一実施例を示すブロック構
成図であり、基本的な構成を示す。この実施例はモード
同期レーザ１３を備え、さらに、低周波発振器１１、プ
ローブ光源１２、受光回路１４および位相比較器１５を
備える。
成図であり、基本的な構成を示す。この実施例はモード
同期レーザ１３を備え、さらに、低周波発振器１１、プ
ローブ光源１２、受光回路１４および位相比較器１５を
備える。
【００１６】低周波発振器１１は、モード同期レーザの
変調周波数とは独立の発振周波数で発振する。この発振
周波数は、モード同期レーザの変調周波数に比べて十分
に低い周波数でよく、位相比較器１５として市販の安価
なものを利用できるように、１ＭＨｚ以下でよい。プロ
ーブ光源１２は、低周波発振器１１の出力により変調さ
れたプローブ光を発生する。このプローブ光の波長は、
モード同期レーザ１３の共振器を透過できる波長に設定
される。この変調されたプローブ光がモード同期レーザ
１３を通過するとき、その共振器長が温度変動など外部
からの擾乱を受けて変動すると、プローブ光の伝搬距離
が変動し、その変調信号成分にゆらぎが生じることにな
る。例えば、プローブ光が正弦波の光強度変調を受けて
いる場合には、プローブ光がモード同期レーザ１３を通
過するときの共振器長の変動により、正弦波変調成分の
周波数が変動することになる。また、プローブ光がパル
ス変調を受けている場合には、共振器長の変動によりパ
ルスが受光回路１４に到着する時間が変動する。いずれ
にせよ、モード同期レーザ１３の共振器長の変動がプロ
ーブ光源１２の出力光の変調成分の変動に置き代わるこ
とになる。
変調周波数とは独立の発振周波数で発振する。この発振
周波数は、モード同期レーザの変調周波数に比べて十分
に低い周波数でよく、位相比較器１５として市販の安価
なものを利用できるように、１ＭＨｚ以下でよい。プロ
ーブ光源１２は、低周波発振器１１の出力により変調さ
れたプローブ光を発生する。このプローブ光の波長は、
モード同期レーザ１３の共振器を透過できる波長に設定
される。この変調されたプローブ光がモード同期レーザ
１３を通過するとき、その共振器長が温度変動など外部
からの擾乱を受けて変動すると、プローブ光の伝搬距離
が変動し、その変調信号成分にゆらぎが生じることにな
る。例えば、プローブ光が正弦波の光強度変調を受けて
いる場合には、プローブ光がモード同期レーザ１３を通
過するときの共振器長の変動により、正弦波変調成分の
周波数が変動することになる。また、プローブ光がパル
ス変調を受けている場合には、共振器長の変動によりパ
ルスが受光回路１４に到着する時間が変動する。いずれ
にせよ、モード同期レーザ１３の共振器長の変動がプロ
ーブ光源１２の出力光の変調成分の変動に置き代わるこ
とになる。
【００１７】モード同期レーザ１３を通過した光は、受
光回路１４によって電気信号に変換され、位相比較器１
５によって低周波発振器１１の出力と比較される。位相
比較器１５としては、受光回路１４の出力中に含まれる
変調成分のゆらぎ（共振器長の変動に対応している）を
検出できる回路であれば何を用いてもよい。例えば、Ｐ
ＬＬ回路に用いられる位相比較器やロックインアンプを
用いることができる。このような位相比較器およびＰＬ
Ｌの詳細については、畑、古川共著「ＰＬＬ−ＩＣの使
い方」、秋葉出版に詳しく述べられている。位相比較器
１５の出力をモード同期レーザ１３にフィードバックし
て共振器長の変動を相殺するように制御し、共振器長を
安定化してモード同期動作を安定化することができる。
光回路１４によって電気信号に変換され、位相比較器１
５によって低周波発振器１１の出力と比較される。位相
比較器１５としては、受光回路１４の出力中に含まれる
変調成分のゆらぎ（共振器長の変動に対応している）を
検出できる回路であれば何を用いてもよい。例えば、Ｐ
ＬＬ回路に用いられる位相比較器やロックインアンプを
用いることができる。このような位相比較器およびＰＬ
Ｌの詳細については、畑、古川共著「ＰＬＬ−ＩＣの使
い方」、秋葉出版に詳しく述べられている。位相比較器
１５の出力をモード同期レーザ１３にフィードバックし
て共振器長の変動を相殺するように制御し、共振器長を
安定化してモード同期動作を安定化することができる。
【００１８】図２は本発明の第二実施例を示すブロック
構成図であり、具体的な構成例を示す。この実施例は、
光の損失あるいは位相をあらかじめ定められた周波数で
変調するため、発振器２１、直流バイアス電源２２、バ
イアスＴ２３および光変調器２４を備え、この光変調器
２４により変調された光を増幅するため、励起光源２
６、３１、光カップラ２７、３０、光アイソレータ２８
および希土類ドープ光ファイバ（ＲＤＦ）２９からなる
光ファイバ増幅器を備える。光変調器２４、光カップラ
２７、光アイソレータ２８、希土類ドープ光ファイバ２
９および光カップラ３０は光ファイバにより光学的にリ
ング状に結合され、共振器を形成する。この共振器内に
はさらに、この共振器の光路長を調整する可変光路長遅
延回路２５、逆方向の光を遮断する光アイソレータ３
２、共振波長を透過する光学バンドパスフィルタ３４、
この共振器から出力光を取り出すための光カップラ３
５、およびもうひとつの光カップラ３３を備える。光カ
ップラ３３により取り出された光は受光回路３６に入射
し、受光回路３６の出力は位相比較器３８に入力され
る。位相比較器３８にはさらに低周波発振器３７の出力
が供給され、可変光路長遅延回路２５を制御する。低周
波発振器３７の出力はまた、励起光源２６に入力され
る。
構成図であり、具体的な構成例を示す。この実施例は、
光の損失あるいは位相をあらかじめ定められた周波数で
変調するため、発振器２１、直流バイアス電源２２、バ
イアスＴ２３および光変調器２４を備え、この光変調器
２４により変調された光を増幅するため、励起光源２
６、３１、光カップラ２７、３０、光アイソレータ２８
および希土類ドープ光ファイバ（ＲＤＦ）２９からなる
光ファイバ増幅器を備える。光変調器２４、光カップラ
２７、光アイソレータ２８、希土類ドープ光ファイバ２
９および光カップラ３０は光ファイバにより光学的にリ
ング状に結合され、共振器を形成する。この共振器内に
はさらに、この共振器の光路長を調整する可変光路長遅
延回路２５、逆方向の光を遮断する光アイソレータ３
２、共振波長を透過する光学バンドパスフィルタ３４、
この共振器から出力光を取り出すための光カップラ３
５、およびもうひとつの光カップラ３３を備える。光カ
ップラ３３により取り出された光は受光回路３６に入射
し、受光回路３６の出力は位相比較器３８に入力され
る。位相比較器３８にはさらに低周波発振器３７の出力
が供給され、可変光路長遅延回路２５を制御する。低周
波発振器３７の出力はまた、励起光源２６に入力され
る。
【００１９】発振器２１はモード同期動作のためのあら
かじめ定められた周波数を発生し、その信号がバイアス
Ｔ２３により直流バイアス電源２２からの直流バイアス
に重畳されて光変調器２４に供給される。光変調器２４
は、この信号により共振器に伝搬する光の損失あるいは
位相を変調する。
かじめ定められた周波数を発生し、その信号がバイアス
Ｔ２３により直流バイアス電源２２からの直流バイアス
に重畳されて光変調器２４に供給される。光変調器２４
は、この信号により共振器に伝搬する光の損失あるいは
位相を変調する。
【００２０】励起光源２６、３１は、希土類ドープ光フ
ァイバ２９で光増幅が行われるための励起光を発生す
る。これらの励起光は、それぞれ光カップラ２７、３０
を介して希土類ドープ光ファイバ２９に入射する。光カ
ップラ２７と希土類ドープ光ファイバ２９との間には光
アイソレータ２８が設けられ、励起光源３１からの励起
光を遮断する。光カップラ３０の出力側には、共振器内
を逆方向に伝搬する光を遮断するために光アイソレータ
３２が設けられる。
ァイバ２９で光増幅が行われるための励起光を発生す
る。これらの励起光は、それぞれ光カップラ２７、３０
を介して希土類ドープ光ファイバ２９に入射する。光カ
ップラ２７と希土類ドープ光ファイバ２９との間には光
アイソレータ２８が設けられ、励起光源３１からの励起
光を遮断する。光カップラ３０の出力側には、共振器内
を逆方向に伝搬する光を遮断するために光アイソレータ
３２が設けられる。
【００２１】ここで、本実施例では励起光をプローブ光
として利用する。すなわち、励起光源２６をプローブ光
源として用いる。励起光源２６の出力は、大部分が希土
類ドープ光ファイバ２９を励起するためにそのファイバ
内で吸収されるが、希土類ドープ光ファイバ２９の長さ
および励起光強度を適切に選ぶことにより、励起光の一
部を透過させることが可能である。この希土類ドープ光
ファイバ２９を透過した励起光を光カップラ３３により
取り出し、希土類ドープ光ファイバ２９の長さ変動を検
出する信号として利用する。希土類ドープ光ファイバ２
９の励起法としてここでは双方向励起を用いているが、
励起方向は片側だけでもよく、光カップラ３０および励
起光源３１は必ずしも必要ではない。
として利用する。すなわち、励起光源２６をプローブ光
源として用いる。励起光源２６の出力は、大部分が希土
類ドープ光ファイバ２９を励起するためにそのファイバ
内で吸収されるが、希土類ドープ光ファイバ２９の長さ
および励起光強度を適切に選ぶことにより、励起光の一
部を透過させることが可能である。この希土類ドープ光
ファイバ２９を透過した励起光を光カップラ３３により
取り出し、希土類ドープ光ファイバ２９の長さ変動を検
出する信号として利用する。希土類ドープ光ファイバ２
９の励起法としてここでは双方向励起を用いているが、
励起方向は片側だけでもよく、光カップラ３０および励
起光源３１は必ずしも必要ではない。
【００２２】次に、この実施例の動作についてさらに詳
しく説明する。この実施例のモード同期動作そのものは
従来と同等である。本実施例の特徴とするところは、レ
ーザの共振器長の変動の主たる原因である希土類ドープ
光ファイバ２９の熱による膨張、収縮を検出して、可変
光路長遅延回路２５にフィードバックして安定化するこ
とにある。
しく説明する。この実施例のモード同期動作そのものは
従来と同等である。本実施例の特徴とするところは、レ
ーザの共振器長の変動の主たる原因である希土類ドープ
光ファイバ２９の熱による膨張、収縮を検出して、可変
光路長遅延回路２５にフィードバックして安定化するこ
とにある。
【００２３】このためには、励起光源２６を低周波発振
器３７の出力により駆動し、励起光（プローブ光）を変
調する。変調周波数としては、希土類ドープ光ファイバ
２９内の希土類イオンの上準位寿命に相当する応答周波
数より十分に高い周波数を選べば、希土類ドープ光ファ
イバ増幅器の増幅度自体が変調されることがないため、
レーザ共振器を周回する信号光パルス自体が変調されて
パルス波形に歪みを生じる恐れはない。例えば、希土類
としてエルビウムＥｒを用いた場合には、この応答周波
数が約１５ｋＨｚであるため、変調周波数としてはこの
周波数より上に設定することが望ましい。変調された励
起光（プローブ光）は、光カップラ２７により共振器内
に導入され、光アイソレータ２８を介して希土類ドープ
光ファイバ２９に入射する。この励起光の大部分はこの
希土類ドープ光ファイバ２９に吸収されるが、一部は透
過し、光カップラ３０および光アイソレータ３２を通過
し、光カップラ３３により共振器から外部に取り出され
る。この取り出された光は受光回路３６に入射し、電気
信号に変換される。
器３７の出力により駆動し、励起光（プローブ光）を変
調する。変調周波数としては、希土類ドープ光ファイバ
２９内の希土類イオンの上準位寿命に相当する応答周波
数より十分に高い周波数を選べば、希土類ドープ光ファ
イバ増幅器の増幅度自体が変調されることがないため、
レーザ共振器を周回する信号光パルス自体が変調されて
パルス波形に歪みを生じる恐れはない。例えば、希土類
としてエルビウムＥｒを用いた場合には、この応答周波
数が約１５ｋＨｚであるため、変調周波数としてはこの
周波数より上に設定することが望ましい。変調された励
起光（プローブ光）は、光カップラ２７により共振器内
に導入され、光アイソレータ２８を介して希土類ドープ
光ファイバ２９に入射する。この励起光の大部分はこの
希土類ドープ光ファイバ２９に吸収されるが、一部は透
過し、光カップラ３０および光アイソレータ３２を通過
し、光カップラ３３により共振器から外部に取り出され
る。この取り出された光は受光回路３６に入射し、電気
信号に変換される。
【００２４】受光回路３６の出力には、励起光が伝搬し
た希土類ドープ光ファイバ２９の長さの変動に対応する
成分を変調周波数の変動として含んでいる。そこで、こ
の変動を、受光回路３６の出力と低周波発振器３７の出
力とを位相比較器３８で比較することにより検出する。
この位相比較器３８の出力により可変光路長遅延回路２
５の光遅延量を制御することにより、共振器長が安定化
される。
た希土類ドープ光ファイバ２９の長さの変動に対応する
成分を変調周波数の変動として含んでいる。そこで、こ
の変動を、受光回路３６の出力と低周波発振器３７の出
力とを位相比較器３８で比較することにより検出する。
この位相比較器３８の出力により可変光路長遅延回路２
５の光遅延量を制御することにより、共振器長が安定化
される。
【００２５】可変光路長遅延回路２５としては、光ファ
イバをピエゾ素子その他を用いて力学的に伸縮させるも
のや、光トロンボーン回路その他の光部品を用いてレー
ザ光を空間ビームとしその空間の伝搬距離を可変にする
ものを用いることができる。
イバをピエゾ素子その他を用いて力学的に伸縮させるも
のや、光トロンボーン回路その他の光部品を用いてレー
ザ光を空間ビームとしその空間の伝搬距離を可変にする
ものを用いることができる。
【００２６】この実施例では、プローブ光が伝搬する部
分と可変光路長遅延回路２５とが、共振器内の別々の場
所に設けられている。したがって、位相比較器３８の出
力と可変光路長遅延回路２５の光遅延量とは、共振器長
の変動を相殺するように対応付けられている必要があ
る。このためには、位相比較器３８に、あらかじめ位相
差の変化分に対応する光路長の変化量のテーブルを備え
ることがよい。これにより位相比較器３８は、プローブ
光とそのプローブ光の変調に用いた低周波信号との位相
差の変化量を順次モニタし、得られた位相差の変化量を
順次演算して、最適な光路長の変化量を与えるように可
変光路長遅延回路２５の光路長を制御する。
分と可変光路長遅延回路２５とが、共振器内の別々の場
所に設けられている。したがって、位相比較器３８の出
力と可変光路長遅延回路２５の光遅延量とは、共振器長
の変動を相殺するように対応付けられている必要があ
る。このためには、位相比較器３８に、あらかじめ位相
差の変化分に対応する光路長の変化量のテーブルを備え
ることがよい。これにより位相比較器３８は、プローブ
光とそのプローブ光の変調に用いた低周波信号との位相
差の変化量を順次モニタし、得られた位相差の変化量を
順次演算して、最適な光路長の変化量を与えるように可
変光路長遅延回路２５の光路長を制御する。
【００２７】図３は本発明の第三実施例を示すブロック
構成図である。この実施例は、可変光路長遅延回路２５
がプローブ光の伝搬する部分に配置されたことが第二実
施例と異なる。すなわち、可変光路長遅延回路２５は、
光ファイバ増幅器の出力に配置された光アイソレータ３
２と、プローブ光を共振器の外に取り出すための光カッ
プラ３３との間に配置される。この配置では、プローブ
光が可変光路長遅延回路２５を通過するので、プローブ
光を受光することで可変光路長遅延回路２５の光路長制
御により共振器長の補償効果をモニタできる。そこで位
相比較器３８は、プローブ光とそのプローブ光の変調に
用いた低周波信号との位相差が安定にモード同期がかか
っているときの値に常に保たれるように、可変光路長遅
延回路２５の光路長を制御する。
構成図である。この実施例は、可変光路長遅延回路２５
がプローブ光の伝搬する部分に配置されたことが第二実
施例と異なる。すなわち、可変光路長遅延回路２５は、
光ファイバ増幅器の出力に配置された光アイソレータ３
２と、プローブ光を共振器の外に取り出すための光カッ
プラ３３との間に配置される。この配置では、プローブ
光が可変光路長遅延回路２５を通過するので、プローブ
光を受光することで可変光路長遅延回路２５の光路長制
御により共振器長の補償効果をモニタできる。そこで位
相比較器３８は、プローブ光とそのプローブ光の変調に
用いた低周波信号との位相差が安定にモード同期がかか
っているときの値に常に保たれるように、可変光路長遅
延回路２５の光路長を制御する。
【００２８】図４は本発明の第四実施例を示すブロック
構成図である。この実施例は、光増幅器の部分の長さの
変動だけでなくリング共振器のほぼ全体の長さの変動を
検出して制御することが第二実施例と大きく異なる。す
なわち、励起用の光源とは別にプローブ光源４１を備
え、このプローブ光源４１は低周波発振器３７の出力に
より変調される。プローブ光源４１の出力は、プローブ
光として、光学バンドパスフィルタ３４の出力側に設け
られた光カップラ４２により共振器内に導入される。光
カップラ４２はまた、共振器から出力光を取り出すため
にも用いられる。共振器内に導入されたプローブ光は、
光変調器２４、可変光路長遅延回路２５および光増幅器
４３を経由し、光学バンドパスフィルタ３４の入力側に
設けられた光カップラ３３により共振器から取り出さ
れ、受光回路３６に入射する。光増幅器４３としては例
えば第二実施例に示した希土類ドープ光ファイバ増幅器
を用いる。
構成図である。この実施例は、光増幅器の部分の長さの
変動だけでなくリング共振器のほぼ全体の長さの変動を
検出して制御することが第二実施例と大きく異なる。す
なわち、励起用の光源とは別にプローブ光源４１を備
え、このプローブ光源４１は低周波発振器３７の出力に
より変調される。プローブ光源４１の出力は、プローブ
光として、光学バンドパスフィルタ３４の出力側に設け
られた光カップラ４２により共振器内に導入される。光
カップラ４２はまた、共振器から出力光を取り出すため
にも用いられる。共振器内に導入されたプローブ光は、
光変調器２４、可変光路長遅延回路２５および光増幅器
４３を経由し、光学バンドパスフィルタ３４の入力側に
設けられた光カップラ３３により共振器から取り出さ
れ、受光回路３６に入射する。光増幅器４３としては例
えば第二実施例に示した希土類ドープ光ファイバ増幅器
を用いる。
【００２９】プローブ光の波長としては、共振波長とも
励起光とも異なり、しかも光学バンドパスフィルタ３４
以外の各光学部品を透過する波長であれば、どのような
波長を用いてもよい。
励起光とも異なり、しかも光学バンドパスフィルタ３４
以外の各光学部品を透過する波長であれば、どのような
波長を用いてもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のモード同
期レーザ装置は、共振器長を安定化することによって、
レーザの共振周波数を常にモード同期駆動周波数に一致
させることができ、モード同期動作の安定性を飛躍的に
高めることができる。
期レーザ装置は、共振器長を安定化することによって、
レーザの共振周波数を常にモード同期駆動周波数に一致
させることができ、モード同期動作の安定性を飛躍的に
高めることができる。
【図１】本発明第一実施例のモード同期レーザ装置を示
すブロック構成図。
すブロック構成図。
【図２】本発明第二実施例のモード同期レーザ装置を示
すブロック構成図。
すブロック構成図。
【図３】本発明第三実施例のモード同期レーザ装置を示
すブロック構成図。
すブロック構成図。
【図４】本発明第四実施例のモード同期レーザ装置を示
すブロック構成図。
すブロック構成図。
【図５】従来例のモード同期レーザ装置を示すブロック
構成図。
構成図。
【図６】希土類ドープ光ファイバ増幅器の構成例を示す
ブロック図であり、後方励起の場合の構成を示す図。
ブロック図であり、後方励起の場合の構成を示す図。
【図７】希土類ドープ光ファイバ増幅器の構成例を示す
ブロック図であり、前方励起の場合の構成を示す図。
ブロック図であり、前方励起の場合の構成を示す図。
【図８】希土類ドープ光ファイバ増幅器の構成例を示す
ブロック図であり、双方向励起の場合の構成を示す図。
ブロック図であり、双方向励起の場合の構成を示す図。
【図９】従来のモード同期レーザ装置の動作原理を説明
する図であり、モード同期で得られる代表的なスペクト
ル特性を示す図。
する図であり、モード同期で得られる代表的なスペクト
ル特性を示す図。
【図１０】従来のモード同期レーザ装置の動作原理を説
明する図であり、出力の時間特性を示す図。
明する図であり、出力の時間特性を示す図。
１１、３７ 低周波発振器 １２、４１ プローブ光源 １３ モード同期レーザ １４、３６ 受光回路 １５、３８ 位相比較器 ２１、５１ 発振器 ２２ 直流バイアス電源 ２３ バイアスＴ ２４、５３ 光変調器 ２５ 可変光路長遅延回路 ２６、３１、６２ 励起光源 ２７、３０、３３、３５、４２ 光カップラ ２８、３２、５５ 光アイソレータ ２９、６１ 希土類ドープ光ファイバ ３４ 光学バンドパスフィルタ ４３、５４ 光増幅器 ５２ パワーアンプ ５６ 光分岐器 ５７ 光ファイバ ６３ 波長合分波器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−96386（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−307983（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−72148（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−90050（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−85366（ＪＰ，Ａ) Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，Ｖｏｌ．28 Ｎｏ．２，ｐ．182 −184 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/098 H01S 3/08 - 3/081 H01S 5/00 - 5/50
Claims (4)
- 【請求項１】 光の損失あるいは位相をあらかじめ定め
られた周波数で変調する光変調手段と、 この光変調手段により変調された光を増幅する光増幅手
段と、 この光増幅手段と前記光変調手段とを光学的に結合して
共振器を形成する光学手段と、 この共振器から出力光を取り出す出力手段と、 この共振器の光路長を調整する光路長調整手段とを備え
たモード同期レーザ装置において、 前記光変調手段とは独立の周波数の変調信号により変調
されたプローブ光を前記共振器の共振波長とは異なる波
長で発生するプローブ光発生手段と、 このプローブ光を前記共振器内に導入するプローブ光結
合手段と、 前記共振器の少なくとも一部を伝搬したプローブ光を前
記共振器から外部に取り出すプローブ光分岐手段と、 このプローブ光分岐手段により取り出されたプローブ光
を電気信号に変換する受光回路と、 この受光回路の出力と前記変調信号との位相差に基づい
て前記光路長調整手段の光路長を制御する手段とを備
え、 前記光増幅手段は光ファイバ増幅器を含み、 前記プローブ光発生手段は前記光ファイバ増幅器の励起
光源をプローブ光源として含む ことを特徴とするモード
同期レーザ装置。 - 【請求項２】 前記光学手段は前記共振器をリング状に
形成する光ファイバを含む請求項１記載のモード同期レ
ーザ装置。 - 【請求項３】 前記プローブ光結合手段および前記プロ
ーブ光分岐手段は前記光ファイバ増幅器を挟んで配置さ
れた請求項１または２記載のモード同期レーザ装置。 - 【請求項４】 前記光路長調整手段が前記プローブ光結
合手段と前記プロー ブ光分岐手段との間に配置され、前
記制御手段は前記位相差が一定となるように上記光路長
調整手段の光路長を制御する構成である請求項３記載の
モード同期レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08058794A JP3276094B2 (ja) | 1994-04-19 | 1994-04-19 | モード同期レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08058794A JP3276094B2 (ja) | 1994-04-19 | 1994-04-19 | モード同期レーザ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07288359A JPH07288359A (ja) | 1995-10-31 |
| JP3276094B2 true JP3276094B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=13722482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08058794A Expired - Fee Related JP3276094B2 (ja) | 1994-04-19 | 1994-04-19 | モード同期レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3276094B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7508851B2 (en) | 2006-05-15 | 2009-03-24 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Clock transfer device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3889729B2 (ja) * | 1995-12-13 | 2007-03-07 | 日本電信電話株式会社 | 光増幅器 |
-
1994
- 1994-04-19 JP JP08058794A patent/JP3276094B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．２，ｐ．１８２−１８４ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7508851B2 (en) | 2006-05-15 | 2009-03-24 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Clock transfer device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07288359A (ja) | 1995-10-31 |
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