JP3350874B2 - レーザパルス発振器 - Google Patents
レーザパルス発振器Info
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- JP3350874B2 JP3350874B2 JP29696895A JP29696895A JP3350874B2 JP 3350874 B2 JP3350874 B2 JP 3350874B2 JP 29696895 A JP29696895 A JP 29696895A JP 29696895 A JP29696895 A JP 29696895A JP 3350874 B2 JP3350874 B2 JP 3350874B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高速光通信シス
テムの構築等に必要とされる、繰り返し周波数が高くか
つパルス幅の狭い光パルス列を発生するレーザパルス発
振器に関するものである。
テムの構築等に必要とされる、繰り返し周波数が高くか
つパルス幅の狭い光パルス列を発生するレーザパルス発
振器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ファイバレーザを用い、モード
同期技術を利用することにより、繰り返し周波数が高く
かつパルス幅の狭い光パルス列を発生させる研究が盛ん
に行われている。
同期技術を利用することにより、繰り返し周波数が高く
かつパルス幅の狭い光パルス列を発生させる研究が盛ん
に行われている。
【０００３】図１は従来のこの種のレーザパルス発振器
の一例を示すもので、図中、１は希土類元素を添加した
光ファイバ（以下、希土類添加光ファイバと称す。）、
２は励起光源、３は光結合器、４，５は光分岐器、６は
光アイソレータ、７は光変調器、８は光フィルタ、９は
クロック抽出器、１０は移相器、１１は増幅器である。
の一例を示すもので、図中、１は希土類元素を添加した
光ファイバ（以下、希土類添加光ファイバと称す。）、
２は励起光源、３は光結合器、４，５は光分岐器、６は
光アイソレータ、７は光変調器、８は光フィルタ、９は
クロック抽出器、１０は移相器、１１は増幅器である。
【０００４】希土類添加光ファイバ１は光結合器３、光
分岐器４、光アイソレータ６、光変調器７及び光フィル
タ８を介してループ状に接続され、レーザの共振器Ａを
構成する如くなっている。また、励起光源２は光結合器
３を介して希土類添加光ファイバ１に接続されている。
また、光分岐器５は光分岐器４を介して希土類添加光フ
ァイバ１に接続され、その出力の一方からレーザ光出力
が取り出されるが、他方はクロック抽出器９に接続され
ている。また、クロック抽出器９の出力は移相器１０の
入力に、移相器１０の出力は増幅器１１の入力に、増幅
器１１の出力は光変調器７の入力に、それぞれ電気的に
接続されている。
分岐器４、光アイソレータ６、光変調器７及び光フィル
タ８を介してループ状に接続され、レーザの共振器Ａを
構成する如くなっている。また、励起光源２は光結合器
３を介して希土類添加光ファイバ１に接続されている。
また、光分岐器５は光分岐器４を介して希土類添加光フ
ァイバ１に接続され、その出力の一方からレーザ光出力
が取り出されるが、他方はクロック抽出器９に接続され
ている。また、クロック抽出器９の出力は移相器１０の
入力に、移相器１０の出力は増幅器１１の入力に、増幅
器１１の出力は光変調器７の入力に、それぞれ電気的に
接続されている。
【０００５】前記構成において、励起光源２で発生した
励起光を光結合器３を通して共振器Ａ内に入射すると希
土類添加光ファイバ１が励起され、光を一方向のみに伝
達する光アイソレータ６の順方向に光フィルタ８の透過
帯域内の連続光が発振する。この連続したレーザ光は光
分岐器４により共振器Ａから取り出され、さらに光分岐
器５により外部に出力されるとともにその一部がクロッ
ク抽出器９に入射される。
励起光を光結合器３を通して共振器Ａ内に入射すると希
土類添加光ファイバ１が励起され、光を一方向のみに伝
達する光アイソレータ６の順方向に光フィルタ８の透過
帯域内の連続光が発振する。この連続したレーザ光は光
分岐器４により共振器Ａから取り出され、さらに光分岐
器５により外部に出力されるとともにその一部がクロッ
ク抽出器９に入射される。
【０００６】クロック抽出器９は受光素子、狭帯域フィ
ルタ及び増幅器からなっており、入射されたレーザ光を
電気信号に変換し、そのうちの特定の周波数成分のみを
取り出して増幅し、特定の周波数を有する正弦波のクロ
ック信号を移相器１０に出力する。この正弦波のクロッ
ク信号は移送器１０で位相が調整され、増幅器１１で増
幅された後、光変調器７に印加される。従って、共振器
Ａ内では前記正弦波のクロック信号に同期した周波数で
レーザ光が強度変調される。
ルタ及び増幅器からなっており、入射されたレーザ光を
電気信号に変換し、そのうちの特定の周波数成分のみを
取り出して増幅し、特定の周波数を有する正弦波のクロ
ック信号を移相器１０に出力する。この正弦波のクロッ
ク信号は移送器１０で位相が調整され、増幅器１１で増
幅された後、光変調器７に印加される。従って、共振器
Ａ内では前記正弦波のクロック信号に同期した周波数で
レーザ光が強度変調される。
【０００７】一般に、レーザの共振器長Ｌで決まる周波
数ｆ0 ＝ｃ／ｎＬ（但し、ｃは光速、ｎは光ファイバの
屈折率）の振幅変調をレーザ光に加えると、基本波での
モード同期が実現され、安定な光パルス列を発生でき
る。また、その変調周波数をレーザの共振器長Ｌで決ま
る基本周波数のｑ倍（ｑは整数）、即ちｑｆ0 ＝ｑｃ／
ｎＬに設定すると、基本波のｑ倍の周波数で発振する高
調波の強制モード同期が実現され、レーザの共振器Ａ内
にｑ個の光パルスが等間隔に作られ、繰り返し周波数が
ｑｆ0 である光パルス列が発生する。
数ｆ0 ＝ｃ／ｎＬ（但し、ｃは光速、ｎは光ファイバの
屈折率）の振幅変調をレーザ光に加えると、基本波での
モード同期が実現され、安定な光パルス列を発生でき
る。また、その変調周波数をレーザの共振器長Ｌで決ま
る基本周波数のｑ倍（ｑは整数）、即ちｑｆ0 ＝ｑｃ／
ｎＬに設定すると、基本波のｑ倍の周波数で発振する高
調波の強制モード同期が実現され、レーザの共振器Ａ内
にｑ個の光パルスが等間隔に作られ、繰り返し周波数が
ｑｆ0 である光パルス列が発生する。
【０００８】図１において、クロック抽出器９の抽出周
波数を１０ＧＨｚとした場合を考える。基本周波数の整
数倍に一致しない１０ＧＨｚ付近のクロック信号は安定
な光パルス列を発生できないため、クロック抽出過程に
おいて消滅するが、基本周波数の整数倍に一致したクロ
ック信号は変調周波数と光パルスの繰り返し周波数とが
完全に一致するため、安定なパルス発振が徐々に強めら
れる。これが繰り返されると、最初は雑音的であった基
本周波数の整数倍に一致した、一の１０ＧＨｚ付近のク
ロック信号だけが残る。即ち、余分な縦モードを抑制し
た一のクロック信号だけで光変調器７を駆動するように
なり、１０ＧＨｚのモード同期（以下、高調波−再生モ
ード同期と称す。）が達成される。
波数を１０ＧＨｚとした場合を考える。基本周波数の整
数倍に一致しない１０ＧＨｚ付近のクロック信号は安定
な光パルス列を発生できないため、クロック抽出過程に
おいて消滅するが、基本周波数の整数倍に一致したクロ
ック信号は変調周波数と光パルスの繰り返し周波数とが
完全に一致するため、安定なパルス発振が徐々に強めら
れる。これが繰り返されると、最初は雑音的であった基
本周波数の整数倍に一致した、一の１０ＧＨｚ付近のク
ロック信号だけが残る。即ち、余分な縦モードを抑制し
た一のクロック信号だけで光変調器７を駆動するように
なり、１０ＧＨｚのモード同期（以下、高調波−再生モ
ード同期と称す。）が達成される。
【０００９】このような従来の高調波−再生モード同期
によるレーザパルス発振器においては、温度の変動等に
より共振器長が変化して光パルスの繰り返し周波数が変
化しても、常にその繰り返し周波数に同期した自らのク
ロック信号で変調を行うため、変調周波数と光パルスの
繰り返し周波数との間にずれが生じない。従って、温度
の変動等により共振器長が変化しても光パルスの波形が
劣化せず、繰り返し周波数が高くかつパルス幅の狭い光
パルス列を長時間に亘って安定して発生することができ
る。
によるレーザパルス発振器においては、温度の変動等に
より共振器長が変化して光パルスの繰り返し周波数が変
化しても、常にその繰り返し周波数に同期した自らのク
ロック信号で変調を行うため、変調周波数と光パルスの
繰り返し周波数との間にずれが生じない。従って、温度
の変動等により共振器長が変化しても光パルスの波形が
劣化せず、繰り返し周波数が高くかつパルス幅の狭い光
パルス列を長時間に亘って安定して発生することができ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のレーザパルス発振器では、長時間に亘って安定
して光パルス列を発生できるものの、光パルスの繰り返
し周波数が共振器長の変化に応じてわずかに変化し、一
定にならないという問題があった。
た従来のレーザパルス発振器では、長時間に亘って安定
して光パルス列を発生できるものの、光パルスの繰り返
し周波数が共振器長の変化に応じてわずかに変化し、一
定にならないという問題があった。
【００１１】即ち、従来の高調波−再生モード同期レー
ザパルス発振器では、温度変動等により共振器長が変化
し、その結果として基本波が時間とともに変化する。光
変調器を駆動する変調周波数はこの共振器長の変化に追
随した高次の変調周波数に自動的に設定されるため、光
パルスの繰り返し周波数は共振器長が長くなれば小さく
なり、共振器長が短くなれば大きくなる。
ザパルス発振器では、温度変動等により共振器長が変化
し、その結果として基本波が時間とともに変化する。光
変調器を駆動する変調周波数はこの共振器長の変化に追
随した高次の変調周波数に自動的に設定されるため、光
パルスの繰り返し周波数は共振器長が長くなれば小さく
なり、共振器長が短くなれば大きくなる。
【００１２】この際、レーザの共振器内の温度がΔｔだ
け変化した場合に光パルスの繰り返し周波数がどれだけ
変化するかを考える。温度がΔｔだけ変化した時の光フ
ァイバの長さの変化分をΔＬとすると、 ΔＬ／Ｌ＝αΔｔ ……(1) で与えられる。ここで、Ｌは温度が変動する前のレーザ
の共振器長、αは光ファイバの線膨脹率である。
け変化した場合に光パルスの繰り返し周波数がどれだけ
変化するかを考える。温度がΔｔだけ変化した時の光フ
ァイバの長さの変化分をΔＬとすると、 ΔＬ／Ｌ＝αΔｔ ……(1) で与えられる。ここで、Ｌは温度が変動する前のレーザ
の共振器長、αは光ファイバの線膨脹率である。
【００１３】温度が変動する前の変調周波数をｆ（＝ｑ
ｆ0 ：ｆ0 は基本周波数）とすると、温度の変動に伴う
光パルスの周波数の変化分Δｆは、 Δｆ＝ｆΔＬ／Ｌ＝αｆΔｔ ……(2) となる。
ｆ0 ：ｆ0 は基本周波数）とすると、温度の変動に伴う
光パルスの周波数の変化分Δｆは、 Δｆ＝ｆΔＬ／Ｌ＝αｆΔｔ ……(2) となる。
【００１４】例えば、共振器内の温度が０．０１度変化
した場合、Ｌ＝２００ｍ、ｆ＝１０ＧＨｚ、α＝１０-5
とすると、(1) 、(2) 式より、ΔＬ＝２０μｍ、Δｆ＝
１ｋＨｚになる。温度の変動により、光パルスの繰り返
し周波数はΔｆだけ変化し、１０．０００００１ＧＨｚ
になる。
した場合、Ｌ＝２００ｍ、ｆ＝１０ＧＨｚ、α＝１０-5
とすると、(1) 、(2) 式より、ΔＬ＝２０μｍ、Δｆ＝
１ｋＨｚになる。温度の変動により、光パルスの繰り返
し周波数はΔｆだけ変化し、１０．０００００１ＧＨｚ
になる。
【００１５】従来のレーザパルス発振器における光パル
スの繰り返し周波数の時間変化の一例を図２に示す。繰
り返し周波数は共振器長の変化に対応して時間とともに
不規則に変化していることが分かる。
スの繰り返し周波数の時間変化の一例を図２に示す。繰
り返し周波数は共振器長の変化に対応して時間とともに
不規則に変化していることが分かる。
【００１６】以上述べたように、従来の高調波−再生モ
ード同期技術では、繰り返し周波数が高くかつパルス幅
の狭い光パルス列を安定して発生できるものの、繰り返
し周波数を長時間に亘って一定に保持することは困難で
あった。
ード同期技術では、繰り返し周波数が高くかつパルス幅
の狭い光パルス列を安定して発生できるものの、繰り返
し周波数を長時間に亘って一定に保持することは困難で
あった。
【００１７】本発明の目的は、狭いパルス幅の光パルス
列を長時間に亘って一定の高い繰り返し周波数で安定し
て発生し得るレーザパルス発振器を提供することにあ
る。
列を長時間に亘って一定の高い繰り返し周波数で安定し
て発生し得るレーザパルス発振器を提供することにあ
る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明では前記課題を解
決するため、レーザ出力の一部から該レーザの共振器長
で決まる基本周波数の高次の整数倍に相当する正弦波の
クロック信号を抽出し、該クロック信号の周波数でレー
ザの共振器内に設置した光変調器を駆動して高調波−再
生モード同期による発振を行うレーザパルス発振器にお
いて、クロック信号と周波数一定の標準信号との周波数
の差を検出し、該差が常に予め定めた一定値になるよう
レーザの共振器長を自動的に調節する帰還回路を設け
た。
決するため、レーザ出力の一部から該レーザの共振器長
で決まる基本周波数の高次の整数倍に相当する正弦波の
クロック信号を抽出し、該クロック信号の周波数でレー
ザの共振器内に設置した光変調器を駆動して高調波−再
生モード同期による発振を行うレーザパルス発振器にお
いて、クロック信号と周波数一定の標準信号との周波数
の差を検出し、該差が常に予め定めた一定値になるよう
レーザの共振器長を自動的に調節する帰還回路を設け
た。
【００１９】前記構成によれば、温度変動等によりレー
ザの共振器長が変化し、光パルスの繰り返し周波数が変
化しても、帰還回路により、そのレーザ出力から抽出さ
れるクロック信号と周波数一定の標準信号との周波数の
差が検出され、これが常に予め定めた一定値になるよう
レーザの共振器長が自動的に調節されるので、レーザの
共振器長を常に一定に保持することができ、光パルスの
繰り返し周波数の変動を抑制でき、狭いパルス幅の光パ
ルス列を長時間に亘って一定の高い繰り返し周波数で安
定して発生できる。また、この際、標準信号の周波数を
可変とすることにより、光パルスの繰り返し周波数を可
変とすることもできる。
ザの共振器長が変化し、光パルスの繰り返し周波数が変
化しても、帰還回路により、そのレーザ出力から抽出さ
れるクロック信号と周波数一定の標準信号との周波数の
差が検出され、これが常に予め定めた一定値になるよう
レーザの共振器長が自動的に調節されるので、レーザの
共振器長を常に一定に保持することができ、光パルスの
繰り返し周波数の変動を抑制でき、狭いパルス幅の光パ
ルス列を長時間に亘って一定の高い繰り返し周波数で安
定して発生できる。また、この際、標準信号の周波数を
可変とすることにより、光パルスの繰り返し周波数を可
変とすることもできる。
【００２０】前記帰還回路は、周波数一定の標準信号を
発生する標準信号発生器と、該標準信号とクロック信号
との周波数の差を検出する周波数差検出器と、該周波数
の差を電圧信号に変換する周波数−電圧変換器と、標準
信号とクロック信号との周波数の差を予め定めた一定値
にする基準電圧と前記電圧信号との差に対応した誤差信
号を出力する差動増幅器と、該誤差信号に基づいてレー
ザの共振器長を変化させる共振器長可変装置とから構成
することができる。
発生する標準信号発生器と、該標準信号とクロック信号
との周波数の差を検出する周波数差検出器と、該周波数
の差を電圧信号に変換する周波数−電圧変換器と、標準
信号とクロック信号との周波数の差を予め定めた一定値
にする基準電圧と前記電圧信号との差に対応した誤差信
号を出力する差動増幅器と、該誤差信号に基づいてレー
ザの共振器長を変化させる共振器長可変装置とから構成
することができる。
【００２１】また、希土類添加光ファイバをループ状に
接続して共振器を構成してなるレーザの場合、共振器長
可変装置として、希土類添加光ファイバをその軸方向に
伸縮する如く設けた電歪素子を用いることができる。
接続して共振器を構成してなるレーザの場合、共振器長
可変装置として、希土類添加光ファイバをその軸方向に
伸縮する如く設けた電歪素子を用いることができる。
【００２２】また、希土類添加光ファイバをループ状に
接続して共振器を構成してなるレーザの場合、ループ中
に光パルス圧縮用の光ファイバを挿入することにより、
光ソリトンの効果を用いて光パルスのパルス幅を短くす
ることができる。
接続して共振器を構成してなるレーザの場合、ループ中
に光パルス圧縮用の光ファイバを挿入することにより、
光ソリトンの効果を用いて光パルスのパルス幅を短くす
ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】図３は本発明のレーザパルス発振
器の実施の形態の一例を示すもので、図中、図１と同一
構成部分は同一符号をもって表す。即ち、１は希土類添
加光ファイバ、２は励起光源、３は光結合器、４，５は
光分岐器、６は光アイソレータ、７は光変調器、８は光
フィルタ、９はクロック抽出器、１０は移相器、１１，
１２は増幅器、１３は周波数シンセサイザ（標準信号発
生器）、１４は周波数差検出器、１５は周波数−電圧変
換器、１６は差動増幅器、１７は電歪素子、Ａは共振器
である。
器の実施の形態の一例を示すもので、図中、図１と同一
構成部分は同一符号をもって表す。即ち、１は希土類添
加光ファイバ、２は励起光源、３は光結合器、４，５は
光分岐器、６は光アイソレータ、７は光変調器、８は光
フィルタ、９はクロック抽出器、１０は移相器、１１，
１２は増幅器、１３は周波数シンセサイザ（標準信号発
生器）、１４は周波数差検出器、１５は周波数−電圧変
換器、１６は差動増幅器、１７は電歪素子、Ａは共振器
である。
【００２４】周波数シンセサイザ１３は周波数一定の標
準信号を発生し、周波数差検出器１４に出力する。周波
数差検出器１４はクロック抽出器９で抽出されたクロッ
ク信号と前記標準信号との周波数の差を検出し、周波数
−電圧変換器１５に出力する。周波数−電圧変換器１５
は前記周波数の差を電圧信号に変換し、差動増幅器１６
の一方の入力端子に出力する。差動増幅器１６の他方の
入力端子にはクロック信号と標準信号との周波数の差を
予め定めた一定値にする基準電圧Ｖs が入力されてお
り、該基準電圧Ｖs と前記電圧信号との差に対応した誤
差信号を出力する。増幅器１２は誤差信号を増幅し、電
歪素子１７を駆動する。電歪素子１７は希土類添加光フ
ァイバ１をその軸方向に伸縮する如く設けられている。
準信号を発生し、周波数差検出器１４に出力する。周波
数差検出器１４はクロック抽出器９で抽出されたクロッ
ク信号と前記標準信号との周波数の差を検出し、周波数
−電圧変換器１５に出力する。周波数−電圧変換器１５
は前記周波数の差を電圧信号に変換し、差動増幅器１６
の一方の入力端子に出力する。差動増幅器１６の他方の
入力端子にはクロック信号と標準信号との周波数の差を
予め定めた一定値にする基準電圧Ｖs が入力されてお
り、該基準電圧Ｖs と前記電圧信号との差に対応した誤
差信号を出力する。増幅器１２は誤差信号を増幅し、電
歪素子１７を駆動する。電歪素子１７は希土類添加光フ
ァイバ１をその軸方向に伸縮する如く設けられている。
【００２５】なお、ここで希土類添加光ファイバ１とし
てエルビウム添加光ファイバを用いると、レーザの発振
波長は１．５μｍ帯となる。また、励起光源２としては
半導体レーザを用いることができる。また、光変調器７
としては、ニオブ酸リチウム製のマッハツェンダ型強度
変調器、電界吸収型変調器、半導体レーザ変調器等を用
いることができる。
てエルビウム添加光ファイバを用いると、レーザの発振
波長は１．５μｍ帯となる。また、励起光源２としては
半導体レーザを用いることができる。また、光変調器７
としては、ニオブ酸リチウム製のマッハツェンダ型強度
変調器、電界吸収型変調器、半導体レーザ変調器等を用
いることができる。
【００２６】本レーザパルス発振器における、繰り返し
周波数が高くかつパルス幅の狭い光パルス列を安定して
発生する原理・動作は図１に示した従来の場合と同様で
あるから、光パルスの繰り返し周波数の安定化について
説明する。
周波数が高くかつパルス幅の狭い光パルス列を安定して
発生する原理・動作は図１に示した従来の場合と同様で
あるから、光パルスの繰り返し周波数の安定化について
説明する。
【００２７】クロック抽出器９で抽出されたクロック信
号は、周波数差検出器１４にて周波数シンセサイザ１３
で発生した標準信号との周波数の差が検出され、該周波
数の差は周波数−電圧変換器１５によって電圧信号に変
換される。即ち、クロック信号の周波数をｆ1 、標準信
号の周波数をｆ2 とすると、｜ｆ1 −ｆ2 ｜＝Δｆで表
される周波数の差が検出され、該周波数の差Δｆに対応
する電圧値、例えばＶの電圧信号に変換される。
号は、周波数差検出器１４にて周波数シンセサイザ１３
で発生した標準信号との周波数の差が検出され、該周波
数の差は周波数−電圧変換器１５によって電圧信号に変
換される。即ち、クロック信号の周波数をｆ1 、標準信
号の周波数をｆ2 とすると、｜ｆ1 −ｆ2 ｜＝Δｆで表
される周波数の差が検出され、該周波数の差Δｆに対応
する電圧値、例えばＶの電圧信号に変換される。
【００２８】前述したようにクロック信号の周波数、即
ちレーザの繰り返し周波数ｆ1 は共振器長の変化に対応
して時間とともに不規則に変化するが、この時、ｆ1 が
小さくなるとΔｆも小さくなって電圧値Ｖが減少し、逆
にｆ1 が大きくなるとΔｆも大きくなって電圧値Ｖが増
加するため、該電圧値Ｖは時間の関数、例えばＶ(t)と
して表すことができる。
ちレーザの繰り返し周波数ｆ1 は共振器長の変化に対応
して時間とともに不規則に変化するが、この時、ｆ1 が
小さくなるとΔｆも小さくなって電圧値Ｖが減少し、逆
にｆ1 が大きくなるとΔｆも大きくなって電圧値Ｖが増
加するため、該電圧値Ｖは時間の関数、例えばＶ(t)と
して表すことができる。
【００２９】この時間とともに変化する電圧値Ｖ(t) の
電圧信号は差動増幅器１６の一方の入力端子に入力され
るが、他方の入力端子には前記周波数の差Δｆを予め定
めた一定値にする高安定な基準電圧Ｖs が入力されてい
るため、その差に対応した電圧値ΔＶ(t) （＝Ｖ(t) −
Ｖs ）を有する誤差信号が出力される。
電圧信号は差動増幅器１６の一方の入力端子に入力され
るが、他方の入力端子には前記周波数の差Δｆを予め定
めた一定値にする高安定な基準電圧Ｖs が入力されてい
るため、その差に対応した電圧値ΔＶ(t) （＝Ｖ(t) −
Ｖs ）を有する誤差信号が出力される。
【００３０】前記誤差信号は増幅器１２で増幅され、電
歪素子１７に印加されるが、この際、予め電歪素子１７
の伸び縮みと印加電圧の符号との関係を調べておき、ｆ
1 が大きくなってΔＶ(t) が正になった時には希土類添
加光ファイバ１が伸びる（またはｆ1 が小さくなってΔ
Ｖ(t) が負になった時には希土類添加光ファイバ１が縮
む）よう、誤差信号の符号を調整して電歪素子１７に印
加する。
歪素子１７に印加されるが、この際、予め電歪素子１７
の伸び縮みと印加電圧の符号との関係を調べておき、ｆ
1 が大きくなってΔＶ(t) が正になった時には希土類添
加光ファイバ１が伸びる（またはｆ1 が小さくなってΔ
Ｖ(t) が負になった時には希土類添加光ファイバ１が縮
む）よう、誤差信号の符号を調整して電歪素子１７に印
加する。
【００３１】これによって、温度変動等により共振器長
が短くなり、ｆ1 が大きくなった場合は希土類添加光フ
ァイバ１の長さを伸ばし、また、共振器長が長くなり、
ｆ1が小さくなった場合は希土類添加光ファイバ１の長
さを縮ませるように自動的に調節する、つまり共振器長
を常に一定に保持でき、光パルスの繰り返し周波数を長
時間に亘って一定に保持することが可能となる。
が短くなり、ｆ1 が大きくなった場合は希土類添加光フ
ァイバ１の長さを伸ばし、また、共振器長が長くなり、
ｆ1が小さくなった場合は希土類添加光ファイバ１の長
さを縮ませるように自動的に調節する、つまり共振器長
を常に一定に保持でき、光パルスの繰り返し周波数を長
時間に亘って一定に保持することが可能となる。
【００３２】本レーザパルス発振器における光パルスの
繰り返し周波数の時間変化の一例を図４に示す。従来の
レーザパルス発振器と異なり、光パルスの繰り返し周波
数は時間とともに変化しないことが分かる。
繰り返し周波数の時間変化の一例を図４に示す。従来の
レーザパルス発振器と異なり、光パルスの繰り返し周波
数は時間とともに変化しないことが分かる。
【００３３】このように本レーザパルス発振器によれ
ば、従来、問題となっていた光パルスの繰り返し周波数
の変動を抑制でき、狭いパルス幅の光パルス列を長時間
に亘って一定の高い繰り返し周波数で安定して発生でき
る。また、この際、周波数シンセサイザにおける周波数
もしくは基準電圧を可変とすることにより、光パルスの
繰り返し周波数を可変にすることもできる。
ば、従来、問題となっていた光パルスの繰り返し周波数
の変動を抑制でき、狭いパルス幅の光パルス列を長時間
に亘って一定の高い繰り返し周波数で安定して発生でき
る。また、この際、周波数シンセサイザにおける周波数
もしくは基準電圧を可変とすることにより、光パルスの
繰り返し周波数を可変にすることもできる。
【００３４】図５は本発明のレーザパルス発振器の実施
の形態の他の例を示すもので、ここでは図３の装置にお
いて共振器Ａ中に光パルス圧縮用の光ファイバを挿入す
ることにより、光ソリトンの効果を用いて光パルスのパ
ルス幅を短くするようになした例を示す。即ち、図中、
１８は光パルス圧縮用光ファイバであり、希土類添加光
ファバ１と電歪素子１７との間に挿入されている。
の形態の他の例を示すもので、ここでは図３の装置にお
いて共振器Ａ中に光パルス圧縮用の光ファイバを挿入す
ることにより、光ソリトンの効果を用いて光パルスのパ
ルス幅を短くするようになした例を示す。即ち、図中、
１８は光パルス圧縮用光ファイバであり、希土類添加光
ファバ１と電歪素子１７との間に挿入されている。
【００３５】ここで、光ソリトンについて説明する。光
ソリトンとは光ファイバの負の分散によるパルス幅の広
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であり、光ファ
イバ中の波形を変えることなく伝搬するという特徴をも
っている。標準ソリトンを作るのに必要なピーク強度Ｐ
は、 Ｐ＝０．７７６（λ3 ／π2 ｃｎ2 ）（｜Ｄ｜／τ2 ）πｗ2 ……(3) で与えられる。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、ｎ2 は非線形屈折率、τはパ
ルス幅、ｗは光ファイバのスポットサイズである。
ソリトンとは光ファイバの負の分散によるパルス幅の広
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であり、光ファ
イバ中の波形を変えることなく伝搬するという特徴をも
っている。標準ソリトンを作るのに必要なピーク強度Ｐ
は、 Ｐ＝０．７７６（λ3 ／π2 ｃｎ2 ）（｜Ｄ｜／τ2 ）πｗ2 ……(3) で与えられる。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、ｎ2 は非線形屈折率、τはパ
ルス幅、ｗは光ファイバのスポットサイズである。
【００３６】従って、光パルス圧縮用光ファイバ１８の
群速度分散を負にすることにより、光ソリトンを発生さ
せ、パルス幅が広がらない短パルスを得ることができ
る。
群速度分散を負にすることにより、光ソリトンを発生さ
せ、パルス幅が広がらない短パルスを得ることができ
る。
【００３７】例えば、群速度分散Ｄ＝−３ｐｓ／ｋｍ／
ｎｍ、パルス幅τ＝３ｐｓ、スポットサイズｗ＝３μ
ｍ、波長λ＝１．５５μｍとすると、標準ソリトンを作
るのに必要なピーク強度は(3) 式より約２９０ｍＷとな
る。光パルスの繰り返し周波数を１０ＧＨｚとすると、
共振器Ａ内の平均強度は約８．７ｍＷになる。この程度
の強度は本レーザパルス発振器内で容易に発生できる。
つまり、光パルス圧縮用光ファイバ１８として、波長
１．５５μｍにおける分散値が−３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍで
ある分散シフトファイバを用いることにより、繰り返し
周波数が１０ＧＨｚでパルス幅が３ｐｓである短パルス
列を長時間に亘って安定して発生できることになる。
ｎｍ、パルス幅τ＝３ｐｓ、スポットサイズｗ＝３μ
ｍ、波長λ＝１．５５μｍとすると、標準ソリトンを作
るのに必要なピーク強度は(3) 式より約２９０ｍＷとな
る。光パルスの繰り返し周波数を１０ＧＨｚとすると、
共振器Ａ内の平均強度は約８．７ｍＷになる。この程度
の強度は本レーザパルス発振器内で容易に発生できる。
つまり、光パルス圧縮用光ファイバ１８として、波長
１．５５μｍにおける分散値が−３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍで
ある分散シフトファイバを用いることにより、繰り返し
周波数が１０ＧＨｚでパルス幅が３ｐｓである短パルス
列を長時間に亘って安定して発生できることになる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ーザ出力の一部から該レーザの共振器長で決まる基本周
波数の高次の整数倍に相当する正弦波のクロック信号を
抽出し、該クロック信号の周波数でレーザの共振器内に
設置した光変調器を駆動して高調波−再生モード同期に
よる発振を行うレーザパルス発振器において、クロック
信号と周波数一定の標準信号との周波数の差を検出し、
該差が常に予め定めた一定値になるようレーザの共振器
長を自動的に調節する帰還回路を設けたことにより、温
度変動等によりレーザの共振器長が変化し、光パルスの
繰り返し周波数が変化しても、そのレーザ出力から抽出
されるクロック信号と周波数一定の標準信号との周波数
の差を検出し、これが常に予め定めた一定値になるよう
レーザの共振器長を自動的に調節するので、レーザの共
振器長を常に一定に保持することができ、光パルスの繰
り返し周波数の変動を抑制でき、狭いパルス幅の光パル
ス列を長時間に亘って一定の高い繰り返し周波数で安定
して発生できる。また、この際、標準信号の周波数を可
変とすることにより、光パルスの繰り返し周波数を可変
とすることもできる。
ーザ出力の一部から該レーザの共振器長で決まる基本周
波数の高次の整数倍に相当する正弦波のクロック信号を
抽出し、該クロック信号の周波数でレーザの共振器内に
設置した光変調器を駆動して高調波−再生モード同期に
よる発振を行うレーザパルス発振器において、クロック
信号と周波数一定の標準信号との周波数の差を検出し、
該差が常に予め定めた一定値になるようレーザの共振器
長を自動的に調節する帰還回路を設けたことにより、温
度変動等によりレーザの共振器長が変化し、光パルスの
繰り返し周波数が変化しても、そのレーザ出力から抽出
されるクロック信号と周波数一定の標準信号との周波数
の差を検出し、これが常に予め定めた一定値になるよう
レーザの共振器長を自動的に調節するので、レーザの共
振器長を常に一定に保持することができ、光パルスの繰
り返し周波数の変動を抑制でき、狭いパルス幅の光パル
ス列を長時間に亘って一定の高い繰り返し周波数で安定
して発生できる。また、この際、標準信号の周波数を可
変とすることにより、光パルスの繰り返し周波数を可変
とすることもできる。
【００３９】また、希土類添加光ファイバをループ状に
接続して共振器を構成してなるレーザの場合、ループ中
に光パルス圧縮用の光ファイバを挿入することにより、
光ソリトンの効果を用いて光パルスのパルス幅を短くす
ることができる。
接続して共振器を構成してなるレーザの場合、ループ中
に光パルス圧縮用の光ファイバを挿入することにより、
光ソリトンの効果を用いて光パルスのパルス幅を短くす
ることができる。
【図１】従来のレーザパルス発振器の一例を示す構成図
【図２】図１のレーザパルス発振器における光パルスの
繰り返し周波数の時間変化の一例を示す図
繰り返し周波数の時間変化の一例を示す図
【図３】本発明のレーザパルス発振器の実施の形態の一
例を示す構成図
例を示す構成図
【図４】図３のレーザパルス発振器における光パルスの
繰り返し周波数の時間変化の一例を示す図
繰り返し周波数の時間変化の一例を示す図
【図５】本発明のレーザパルス発振器の実施の形態の他
の例を示す構成図
の例を示す構成図
１…希土類添加光ファイバ、２…励起光源、３…光結合
器、４，５…光分岐器、６…光アイソレータ、７…光変
調器、８…光フィルタ、９…クロック抽出器、１０…移
相器、１１，１２…増幅器、１３…周波数シンセサイ
ザ、１４…周波数差検出器、１５…周波数−電圧変換
器、１６…差動増幅器、１７…電歪素子、１８…光パル
ス圧縮用光ファイバ。
器、４，５…光分岐器、６…光アイソレータ、７…光変
調器、８…光フィルタ、９…クロック抽出器、１０…移
相器、１１，１２…増幅器、１３…周波数シンセサイ
ザ、１４…周波数差検出器、１５…周波数−電圧変換
器、１６…差動増幅器、１７…電歪素子、１８…光パル
ス圧縮用光ファイバ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−120602（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−263786（ＪＰ，Ａ) 特公 昭47−37797（ＪＰ，Ｂ１) Ｎａｋａｚａｗａ，Ｍ．ｅｔ ａｌ, Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ ｓ，1994年９月15日，Ｖｏｌ．30 Ｎ ｏ．19，ｐｐ．1603−1605. (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30
Claims (2)
- 【請求項１】 希土類添加光ファイバをループ状に接続
してレーザの共振器を構成してなり、レーザ出力の一部
から該レーザの共振器長で決まる基本周波数の高次の整
数倍に相当する正弦波のクロック信号を抽出し、該クロ
ック信号の周波数でレーザの共振器内に設置した光変調
器を駆動して高調波−再生モード同期による発振を行う
レーザパルス発振器において、 クロック信号と周波数一定の標準信号との周波数の差を
検出し、該差が常に予め定めた一定値になるようレーザ
の共振器長を自動的に調節する帰還回路を設けたレーザ
パルス発振器であって、 前記帰還回路は、周波数一定の標準信号を発生する標準
信号発生器と、該標準信号とクロック信号との周波数の
差を検出する周波数差検出器と、該周波数の差を電圧信
号に変換する周波数−電圧変換器と、標準信号とクロッ
ク信号との周波数の差を予め定めた一定値にする基準電
圧と前記電圧信号との差に対応した誤差信号を出力する
差動増幅器と、該誤差信号に基づいてレーザの共振器長
を変化させる共振器長可変装置とからなり、 さらに、希土類添加光ファイバをその軸方向に伸縮する
如く設けた電歪素子を共振器長可変装置として用いた こ
とを特徴とするレーザパルス発振器。 - 【請求項２】 レーザのループ中に光パルス圧縮用の光
ファイバを挿入したことを特徴とする請求項１記載のレ
ーザパルス発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29696895A JP3350874B2 (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | レーザパルス発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29696895A JP3350874B2 (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | レーザパルス発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09139536A JPH09139536A (ja) | 1997-05-27 |
| JP3350874B2 true JP3350874B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=17840539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29696895A Expired - Lifetime JP3350874B2 (ja) | 1995-11-15 | 1995-11-15 | レーザパルス発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350874B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008251723A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Tohoku Univ | パルスレーザ光源 |
| US7508851B2 (en) | 2006-05-15 | 2009-03-24 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Clock transfer device |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1074999A (ja) * | 1996-09-02 | 1998-03-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | レーザパルス発振器 |
| JP3441938B2 (ja) * | 1997-10-14 | 2003-09-02 | 安藤電気株式会社 | 光パルス発生器 |
| US6954575B2 (en) | 2001-03-16 | 2005-10-11 | Imra America, Inc. | Single-polarization high power fiber lasers and amplifiers |
| EP2637265B1 (en) | 2012-03-05 | 2018-08-29 | Menlo Systems GmbH | Laser with non-linear optical loop mirror |
| EP2846421A1 (en) | 2013-09-06 | 2015-03-11 | Menlo Systems GmbH | Laser with non-linear optical loop mirror |
| US9300109B2 (en) * | 2014-01-13 | 2016-03-29 | Raytheon Company | Serial servo system and method for controlling an optical path length and a repetition frequency of a mode-locked laser |
| JP6278397B2 (ja) * | 2014-04-28 | 2018-02-14 | 国立大学法人東北大学 | ナイキストレーザ |
| CN110556688A (zh) * | 2019-09-28 | 2019-12-10 | 北京航空航天大学合肥创新研究院 | 一种太赫兹产生装置 |
-
1995
- 1995-11-15 JP JP29696895A patent/JP3350874B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｎａｋａｚａｗａ，Ｍ．ｅｔ ａｌ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９４年９月１５日，Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．１９，ｐｐ．１６０３−１６０５． |
Cited By (2)
| 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 |
| JP2008251723A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Tohoku Univ | パルスレーザ光源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09139536A (ja) | 1997-05-27 |
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