JP4612737B2 - レーザパルス発生装置およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光線のパルスを発生するレーザパルス発生装置およびその方法に関する。

例えば、特許文献１は、偏光保持光ファイバを用い、半導体レーザに出射光の一部を帰還(feed back)するレーザパルス発生装置を開示する。
また、例えば、非特許文献１は、偏光保持ＦＢＧ(Polarization Maintaining Fiber Bragg Grading)を用いて偏光を保持した光帰還光路長による精密なＯＦＤＲ(Optical Frequency Domain Reflectometry)計測の手法を開示する。
日本国特許公開第２００７−３５６６１号公報 「偏波保持ＦＢＧを用いた偏波多重ＯＦＤＲ計測（Polarization Division Multiplexing Measurement of Optical Frequency Domain Reflectometry Using Polarization Maintaining Fiber Bragg Grating，大道他，２００８年電子情報通信学会総合大会，エレクトロニクス講演論文集１，Ｃ−３−７８，２００８年３月１８日〜２１日，北九州市）」

本願発明にかかるレーザパルス発生装置の発明は、上記背景からなされたものであって、その１つの実施形態は、特殊な外部光注入条件によるレーザの特性変化を活用し、レーザ光線発生装置と、駆動装置と、第１の導光路と、光フィルタと、第２の導光路と、反射装置とを有するレーザパルス発生装置であって、前記レーザ光線発生装置は、駆動されて、所定の波長スペクトルを示すレーザ光線を発生して、前記第１の導光路に出射し、前記駆動装置は、レーザ光線発生装置を駆動してレーザ光線のパルスを発生させ、前記第１の導光路は、前記レーザ光線発生装置と前記光フィルタとの間で前記パルスを導き、前記光フィルタは、前記第１の導光路から入射した前記パルスの所定の波長スペクトルを通過させて前記第２の導光路に出射し、前記第２の導光路から入射した前記パルスの所定の波長スペクトルを通過させて前記第１の導光路に出射し、前記第２の導光路は、前記光フィルタと反射装置との間で前記パルスを導き、前記反射装置は、前記第２の導光路により導かれたパルスの光電力の一部のみを反射して、前記第２の導光路、前記光フィルタおよび前記第１の導光路を介して、前記レーザ光線発生装置に帰還させるように構成されている。

また、本願発明にかかるレーザパルス発生装置の発明のその他の実施形態は、レーザ光線発生装置と、駆動装置と、第１の導光路と、光反射フィルタとを有するレーザパルス発生装置であって、前記レーザ光線発生装置は、駆動されて、所定の波長スペクトルを示すレーザ光線を発生して、前記第１の導光路に出射し、前記駆動装置は、レーザ光線発生装置を駆動してレーザ光線のパルスを発生させ、前記第１の導光路は、前記レーザ光線発生装置と前記光反射フィルタとの間で前記パルスを導き、前記光反射フィルタは、前記第１の導光路から入射した前記パルスの所定の波長スペクトルの光電力の一部のみを反射して、前記第１の導光路を介して、前記レーザ光線発生装置に帰還させるように構成されている。

［要約］
本願にかかるレーザパルス発生装置の一実施形態は、半導体レーザ素子と、偏光保持光ファイバと、偏光保持光ファイバと、張力を変更することにより通過帯域を変更可能なＦＢＧを用いたバンドパス特性を示す光反射フィルタと、偏光保持光ファイバと、反射装置と、通常の光ファイバと、光アイソレータとが、ここに示した順番で、必要に応じてコネクタなどを用いて、レーザ光線を導くことができるように接続されて構成される。
半導体レーザ素子を駆動する駆動回路は、半導体レーザ素子に時間幅が狭いパルスを発生させ、偏光保持光ファイバに出射させる。
半導体レーザ素子から出射したパルスは、偏光保持光ファイバに接続された光ファイバを介して、光反射フィルタに導かれる。

光反射フィルタは、パルスのチャープにより広がった波長スペクトラムの内、特定の成分を通過させてフィルタリングを行い、フィルタリングしたパルスの光電力の一部を、偏光保持光ファイバを介して、半導体レーザ素子に帰還する。
また、光反射フィルタは、パルスの光電力の大部分を反射せずに通過させ、光ファイバおよび光アイソレータを介して、外部に出力する。

本願にかかるレーザパルス発生装置の他の実施形態は、半導体レーザ素子と、偏光保持光ファイバと、光フィルタと、偏光保持光ファイバと、通常の光ファイバと、光アイソレータとが、ここに示した順番で、必要に応じてコネクタなどを用いて、レーザ光線を導くことができるように接続されて構成される。
この実施形態で用いられる光フィルタは、張力を変更することにより、通過帯域を変更可能なＦＢＧを用いることによりバンドパスフィルタとしての機能と、入射したパルスの光電力の一部を反射する機能とを兼ね備えている。
半導体レーザ素子を駆動する駆動回路は、半導体レーザ素子に時間幅が狭いパルスを発生させ、偏光保持光ファイバに出射させる。
半導体レーザ素子から出射したパルスは、偏光保持光ファイバに接続された光ファイバを介して、光フィルタに導かれる。
光フィルタは、パルスをフィルタリングし、その一部を半導体レーザ素子に帰還し、その他を、偏光保持光ファイバ、通常の光ファイバおよび光アイソレータを介して外部に出力する。
このような構成によっても、本願にかかるレーザパルス発生装置の上記一実施形態と同様な品質のレーザ光線のパルスが得られる。

本願特許請求の範囲にかかる発明の技術的利点およびその他の技術的利点は、図面に示される実施形態の詳細な説明を読みことにより、当業者に明らかとされるであろう。
添付図面は、本願明細書に組み込まれて、その一部をなし、本願特許請求の範囲にかかる発明の実施形態を図示しており、その説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
本願明細書中で参照される図面は、特に断らない限り、一定の縮尺で描かれているわけではないと解されるべきである。

本願特許請求の範囲にかかる発明の実施形態は、その構成および動作に関して、以下の説明を、図面とともに参照することにより、最もよく理解されるであろう。
図１は、半導体レーザ素子に対するレーザ光線のパルスの帰還を例示する図であって、（Ａ）は、単位時間あたりのパルス発生の繰り返し回数が比較的少ない場合を示し、（Ｂ）は、単位時間あたりのパルス発生の繰り返し回数が比較的多い場合を示す。 半導体レーザ素子へのレーザ光線のパルスの帰還の有無に応じて得られるパルス波形を例示する図であって、（Ａ）は、半導体レーザ素子へのレーザ光線のパルスの帰還がないときに得られるパルス波形を示し、（Ｂ）は、半導体レーザ素子へのレーザ光線のパルスの帰還があるときに得られるパルス波形を示す。 半導体レーザ素子から出力されるパルスの発生の１秒あたりの繰り返し回数と、ジッタ値との関係を示す図表であって、図中の複数の四角で示す点が、ある一定の光帰還ファイバ長において、パルスの品質が好適になる条件下のジッタ値と周波数の群を示し、図中に複数の星印が示す点が、それよりわずかに長い帰還ファイバ長において、パルスの品質が好適になる条件下のジッタ値と周波数の群を示す。 レーザ光線のパルスの所望の波形の概容（実線）と、図１〜図３を参照して説明したパルスの帰還を行って得られる実際のパルスの波形の概容（破線）とを例示する図である。 半導体レーザ素子に帰還されるレーザ光線のパルスの波長スペクトルの概容を示す図であって、（Ａ）は、帯域制限がなされていないパルスに含まれる波長スペクトルを示し、（Ｂ）は、帯域制限がなされた帰還パルスに含まれる波長スペクトルを示す。 本発明の実施形態を示す第１の図であって、第１のレーザパルス発生装置の構成を示す。 図６に示した第１のレーザパルス発生装置の動作を示す図である。 本発明の実施形態を示す第２の図であって、第２のレーザパルス発生装置の構成を示す。 （Ａ）は、図８に示したタイミング調整部の断面図を例示する図であり、図９（Ｂ）は、ＦＢＧフィルタの構成を例示する図である。 図８に示した第２のレーザパルス発生装置の調整方法を示す図である。

以下、本願特許請求の範囲にかかる発明の実施形態が、詳細に説明される。
本願特許請求の範囲にかかる発明の実施形態は、添付図面に例示されている。
本願特許請求の範囲にかかる発明は、実施形態に関連して説明されるが、この実施形態は、本願特許請求の範囲にかかる発明を、その開示内容に限定することを意図しないことが、当業者に理解されよう。
逆に、本願特許請求の範囲にかかる発明は、本願特許請求の範囲によって規定される発明の精神、および、本願特許請求の範囲内に含まれ得る代替物、変更および均等物を包含することを意図している。

また、本願特許請求の範囲にかかる発明の説明は、本願特許請求の範囲にかかる発明を充分に理解可能なように、具体的に、また、詳細になされる。
しかしながら、当業者に明らかなように、本願特許請求の範囲にかかる発明は、これら具体的に、また、詳細に説明された事項の全てを用いなくては、実施され得ないということはない。
なお、既知のコンポーネントおよび回路は、本発明の態様を不必要に分かりにくくすることがないように、詳細には記載されていないことがある。
しかし、留意すべきであるが、これらおよび類似のすべての用語は適当な物理量に関連づけられるべきものであり、これらの量に付けられた単に便宜的なラベルである。

［本願発明の実施形態がなされるに至った経緯］
まず、本願発明の実施形態の理解を助けるために、それがなされるに至った経緯を説明する。
図１は、半導体レーザ素子に対するレーザ光線のパルスの帰還を例示する図であって、（Ａ）は、単位時間あたりのパルス発生の繰り返し回数が比較的少ない場合を示し、（Ｂ）は、単位時間あたりのパルス発生の繰り返し回数が比較的多い場合を示す。
図２は、半導体レーザ素子へのレーザ光線のパルスの帰還の有無に応じて得られるパルス波形を例示する図であって、（Ａ）は、半導体レーザ素子へのレーザ光線のパルスの帰還がないときに得られるパルス波形を示し、（Ｂ）は、半導体レーザ素子へのレーザ光線のパルスの帰還があるときに得られるパルス波形を示す。

図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、ある時点で半導体レーザ素子（例えば、利得スイッチングによる直接変調が可能な半導体レーザダイオード；gain switched laser diode）により発生され、出射されたレーザ光線のパルスの一部を反射して、その後のパルスの発生の直前に、半導体レーザ素子に戻すことにより、半導体レーザ素子へのパルスの帰還が実現される。
なお、図１（Ａ），（Ｂ）を参照すると分かるように、いずれの場合であっても同じ光帰還光路長で好適な条件が満たされる。
この帰還により、図２（Ａ）に示すように、半導体レーザ素子へのレーザ光線のパルスの帰還がないときに得られるパルスに生じていた時間変動ジッタ(Time Jitter；以下、ジッタと記す)を大幅に減らすことができ、図２（Ｂ）に示すように、繰り返し発生するパルスのタイミングや波形にばらつきがない、きれいな波形の高品位なパルスを得ることができる。

帰還のための外部から半導体レーザ素子への光の注入は、注入される光の波長が、半導体レーザ共振器それぞれが有するモードに共鳴する波長の範囲内でないと、効率的に行われ得ないが、半導体レーザ素子自体が発生したパルスを帰還することにより、おおむねこの条件は満たされる。
なお、上記帰還においては、半導体レーザ素子へ帰還されるレーザ光線のパルスの光電力は、数マイクロワット程度とすべきであり、レーザ光線の偏光は、ＴＥモードに保持されなければならない。
これらの条件を満たすことにより、半導体レーザ素子へのレーザ光線のパルスの帰還は、非常に簡単に、しかも、非常に安価に実現され、しかも、レーザ光線のパルスの品質を大幅に高めることができる。

半導体レーザ素子から出力されるパルスの発生の１秒あたりの繰り返し回数（単位ＧＨｚ；以下、パルス周波数と記す）と、ジッタ値（単位ｐｓ）との関係を示す図表であって、図中の複数の四角で示す点が、ある一定の光帰還ファイバ長において、パルスの品質が好適になる条件下のジッタ値と周波数の群を示し、図中に複数の星印が示す点が、それよりわずかに長い帰還ファイバ長において、パルスの品質が好適になる条件下のジッタ値と周波数の群を示す。
上記帰還においては、レーザ光線を反射して半導体レーザ素子に帰還する反射部分と半導体レーザ素子との間の光路長が長いときには、ある時点で発生されたパルス列は、この時点から長い時間が経過した後に発生されるパルス列に対して帰還され、影響を与えることになる。
従って、図１（Ａ），（Ｂ）に示したように、パルスのパルス周波数が変わっても、図３に示すように、上記光路長を少し変更するだけで、上記ジッタを軽減するために適合した条件が、パルスのパルス周波数の変更前と同様に得られる。

このことについて、具体例を挙げてさらに説明する。
例えば、パルスのパルス周波数が１ＧＨｚであり、上記光路として、ループに巻かれた１０ｍの偏光保持（ＰＭ）光ファイバ（fiber-pigtail-code；光路長１００ｍ）が用いられたときには、あるパルスは、１００個後のパルスに対して帰還される。
同様に、パルスのパルス周波数が１．０１ＧＨｚであり、上記光路として、１０ｍのＰＭ光ファイバが用いられたときには、あるパルスは、１０１個後のパルスに対して帰還されるので、パルスのパルス周波数を１ＧＨｚから１．０１ＧＨｚに変更しても、パルスの帰還によるジッタの軽減効果が得られる。
ここで、長い光ファイバのループの直径を少し変化させて張力（テンション）を変え、張力の変化に応じて光路長を少し変更することにより、パルスを半導体レーザ素子に帰還するタイミングを調整することにより、パルス周波数を、１ＧＨｚよりもわずかに高い周波数に調整することも、１．０１ＧＨｚよりわずかに低い周波数に調整することもできる。

この調整により、必要とするさまざまなパルス周波数のパルスのジッタおよび強度変化(intensity fluctuation)が軽減されうる。
図３において、四角印を付して示される点は、光ファイバの長さ１ｍでのテンションを与えない場合に好適な条件群を示し、星印を付して示される点は、光ファイバの長さをわずかにテンションを与えて伸張させた場合に好適な条件群を示す。
図３に示すように、光ファイバにテンションを与えるか否かにより現れる好適条件群は、互いにわずかに異なり、繰り返し現れる。
従って、使用者は、実際に用いるパルス周波数において好適な条件が得られるように、光ファイバに与えるテンションを変えることにより、簡単に調整を行うことができる。

また、ジッタを軽減する帰還の条件を調節することにより、半導体レーザ素子における電荷濃度、および、半導体レーザ素子に対する直接変調による屈折率の変化に起因する動的なチャーピング(dynamic chirping)をも、多少、抑制することができる。
半導体レーザ素子に帰還されるパルスが、発振キャビティ(cavity)において選択される波長のレーザ光線の光子の数を増やし、他の波長のレーザ光線の発振の種および他の波長の誘導放出のための電荷の変動が抑えられるからである。

図４は、レーザ光線のパルスの所望の波形の概容と、図１〜図３を参照して説明したパルスの帰還を行って得られる実際のパルスの波形の概容とを例示する図である。
例えば、高速光通信装置用の光測定装置の光源としては、図４に実線で示すような、立ち上がり部分の波形と立ち下がり部分の波形とが対称なレーザ光線のパルスが望ましい。
なお、図４などに示された波形の概容と、図２などに示された実測波形とは反転した関係にあるが、以下の説明におけるパルス波形の立ち上がりおよび立ち下がりは、図４に示されたパルス波形が基準とされる。
しかしながら、従来のレーザ光線のパルスは、図４に点線で示すように、キャリア密度の変動と共振器長の変動の組み合わせによる動的波長のチャーピングシフトを含んでおり、パルスの前半の波長（λ１）と後半の波長（λ２〜λ４）とは、少し異なっている。

さらに、図４に点線で示すパルスの波形の後半は、パルスの波形の前半の立ち上がり(turn on)部分と対称ではなく、その立ち下がり(turn off)の傾斜が緩くなったサイドローブ(side robe)およびペデスタル（台；pedestal）を含んでいる。
このチャーピング、それに起因するパルス後半でのサイドローブ、ペデスタルは、そのままでは元のパルス幅や立ち上がりたち下がりに比較してさほど大きな比率で影響を与えない。
しかしながら、これらは、光パルスを波長分散補正による線形圧縮やスペクトル拡張による非線形圧縮でさらに短パルス化する波形処理を行うときに、理想的圧縮過程に従わないので、波形整形の品質に大きな悪影響を与えてしまう。
つまり、半導体レーザ素子に帰還されるレーザ光線のパルスもまた、図４に示したパルスの前半と後半での波長の差、および、波形のサイドローブおよびペデスタルを含んでいるので、半導体レーザ素子に帰還されるパルスもまた、半導体レーザ素子が発生するパルスの後半の波長の変動および波形に影響を与えてしまう。

つまり、図１〜図３を参照して説明したパルスの半導体レーザ素子への直接的帰還を行っただけでは、所望の波形は得られない。
以下に説明する本願発明の実施形態は、以上説明したような経緯でなされ、半導体レーザ素子に帰還されるパルスの波長を選択することにより、図４に示した半導体レーザ素子が発生するパルスの後半の波長および波形の変動を抑えることができるように工夫されている。

図５は、半導体レーザ素子に帰還されるレーザ光線のパルスの波長スペクトルの概容を示す図であって、（Ａ）は、帯域制限がなされていないパルスに含まれる波長スペクトルを示し、（Ｂ）は、帯域制限がなされた帰還パルスに含まれる波長スペクトルを示す。
以下に説明するように、具体的には、本願発明の実施形態は、図５（Ａ）に示すように、波長スペクトルλ１〜λ４を含むレーザ光線のパルスから、図５（Ｂ）パルスの波形の前半の部分の波長スペクトルλ１のみを選択し、半導体レーザ素子に帰還するように構成されている。
このように、レーザ光線のパルスの波形の前半部分の波長スペクトルλ１のみを選択的に、タイミングを調整して半導体レーザ素子に帰還することにより、パルスの波形の立ち上がり及び立ち下がりがより急峻となり、図４に示したパルスの前半と後半での波長の差、および、波形のサイドローブおよびペデスタルが改善される（よりトランスフォームリミットに近い光パルスとなる）。

［本願発明の実施形態］
以下、本願発明の実施形態を説明する。
図６は、本発明の実施形態を示す第１の図であって、第１のレーザパルス発生装置１の構成を示す。
図６に示すように、第１のレーザパルス発生装置１は、発信器１０（駆動装置）、レーザダイオードモジュール（ＬＤモジュール；レーザ光線発生装置）１２、ＰＭ光ファイバ１４−１〜１４−３（第１〜第５の導光路）、コネクタ１６−１，１６−２、任意・通常の光ファイバ１８−１，１８−２、光フィルタ２０、部分反射器２２（反射装置）および光アイソレータ２４から構成される。
なお、以下、光ファイバ１８−１，１８−２など、複数ある構成部分を総称して、単に光ファイバ１８などと記すことがある。
また、以下の各図において、実質的に同じ構成部分には、同じ符号が付される。

発信器１０は、ＬＤモジュール１２を駆動して、レーザ光線のパルスを発生させる。
ＬＤモジュール１２は、例えば、利得のスイッチング法による直接変調が可能なバタフライ型レーザーダイオードモジュール、より安価で単純なＴＯＳＡ型モジュール、あるいは、半導体励起固体レーザ（ＤＰＳＳ）であって、発信器１０により駆動されてレーザ光線のパルスを発生し、ＰＭ光ファイバ１４に対して出射する。
また、ＬＤモジュール１２は、ＰＭ光ファイバ１４−１〜１４−３および光フィルタ２０を介して帰還されるパルスを受け入れる。
ＰＭ光ファイバ１４−１は、ＰＭ光ファイバ１４−２とコネクタ１６−１により接続され、ＬＤモジュール１２とコネクタ１６−１との間で、パルスを、その偏光を保持して導く。

なお、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−３は、ＬＤモジュール１２がパルスを発生する直前に、先のパルスがＬＤモジュール１２に帰還されるようにタイミングを合わせるために、適切な長さとされる。
なお、パルス周波数が連続的に変更されるときには、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−３の長さをわずかずつ、精密に調整する必要がある。
このような調整は、ＰＭファイバ１４−１，１４−３を、与えられたテンションに応じて伸縮させることにより可能とされる。

図７は、図６に示した第１のレーザパルス発生装置１の動作を示す図である。
ＰＭ光ファイバ１４−２は、ＰＭ光ファイバ１４−１と光フィルタ２０とに接続され、これらの間でパルスを導く。
光フィルタ２０は、例えば、通過帯域を調整可能な狭帯域のバンドパス特性を示すＦＰ(Fabry-Perot)フィルタであって、ＰＭ光ファイバ１４−２から入射するパルスの波長スペクトルの内、図４などに示したパルスの前半の波長スペクトル（発振波長の短波長部分）のみを通過させてＰＭ光ファイバ１４−３に出射する。
また、光フィルタ２０は、ＰＭ光ファイバ１４−３から入射するパルスの波長スペクトルの内、図４などに示したパルスの前半の波長スペクトルのみを通過させてＰＭ光ファイバ１４−２に出射する。
なお、光フィルタ２０が出力するパルスは、図７（ｂ−１）に示すＬＤモジュール１２が出射するレーザ光線の波長スペクトルと、図７（ｂ−３）に示す光フィルタ２０の特性とを乗算した波長スペクトルを含む。

なお、光フィルタ２０は、図７（ｂ−３）に示すように、狭帯域を実現するために同じフィネス（finess；ピーク間隔あたりの透過帯域の急峻さ）で通過帯域幅を狭くするために用いられるエタロン(Etalon)型フィルターの特性であっても、通過波長のピークが１つの特性であってもよい。
このように櫛形の特定を示すエタロン型光フィルタは、作成が難しいが、エタロン型光フィルタの採用は、その櫛型特性をわずかにシフトさせることにより、ＬＤモジュール１２の異なる発振波長の他のＬＤモジュールへの変更に対応できるという利点をもたらす。
ＰＭ光ファイバ１４−３は、光フィルタ２０と接続され、光ファイバ１８−１と、コネクタ１６−２内に収容された部分反射器２２を介して接続され、光フィルタ２０と光ファイバ１８−１との間でパルスを導く。

部分反射器２２は、コネクタ１６−２において、ＰＭ光ファイバ１４−３と光ファイバ１８−１の端面の間に挟まれるように配設される。
部分反射器２２は、例えば、コネクタ１６−２に収容可能な形状のガラス板に、高屈折率素材を蒸着させた薄膜（ＤＬＣ膜）により、図７（ｂ−２）に示す特性で、ＰＭ光ファイバ１４−３から入射したパルスの９５〜９９．５％（特定的には、例えば９８％）を通過させて光ファイバ１８−１に出射する。
また、部分反射器２２は、通過させたパルス以外を反射して、ＰＭ光ファイバ１４−３に対して出射する。

光ファイバ１８−１は、ＰＭ光ファイバ１４−３と光アイソレータ２４とを接続し、光アイソレータ２４とＰＭ光ファイバ１４−３との間でパルスを導く。
光アイソレータ２４は、光ファイバ１８−１から入射したパルスを、光ファイバ１８−２に対して出射し、光ファイバ１８−２から入射した光が、ＰＭ光ファイバ１４−３側に入射することを防ぎ、光ファイバ１８−１から出射したパルスが、ＬＤモジュール１２から部分反射装置２２までのレーザパルス発生装置１の構成部分に反射して戻らないようにする（隔離する）。
光ファイバ１８−２に入射したパルスは、例えば、光測定装置に導かれ、測定のための光源として用いられる。

［第１のレーザパルス発生装置１の全体動作］
以下、図６に示した第１のレーザパルス発生装置１の全体的な動作を説明する。
図７（ａ）に示すように、発信器１０は、ＬＤモジュール１２を駆動して、０．６〜０．７ｎｍ程度の波長スペクトル幅のレーザ光線のパルスを発生させ、ＰＭ光ファイバ１４−１に出射する。
図７（ｂ−１）に示すように、ＰＭ光ファイバ１４−１は、コネクタ１６−１を介してＰＭ光ファイバ１４−２に、入射したパルスの偏光を保持して出射する。
また、ＰＭ光ファイバ１４−１は、ＬＤモジュール１２へのパルスの帰還のタイミングを調整する。

光フィルタ２０は、入射したパルスを、図７（ｂ−３）に示したような特性でフィルタリングし、パルスの前半の波長スペクトル（λ１；図４など）を通過させ、ＰＭ光ファイバ１４−３に対して出射する。
ＰＭ光ファイバ１４−３は、光フィルタ２０から入射したパルスを、コネクタ１６−２に内蔵された部分反射器２２に出射する。
部分反射器２２は、図７（ｂ−２）に示したような特性で、ＰＭ光ファイバ１４−３から入射したパルスの例えば９８％を通過させて光ファイバ１８−１に出射し、残りを反射してＰＭ光ファイバ１４−３に戻す。

光ファイバ１８−１は、光アイソレータ２４および光ファイバ１８−２を介して、入射したパルスを外部に対して出力する。
一方、部分反射器２２により反射されたパルスは、ＰＭ光ファイバ１４−３、光フィルタ２０、ＰＭ光ファイバ１４−２およびＰＭ光ファイバ１４−１を介して、ＬＤモジュール１２がパルスを発生する直前にＬＤモジュール１２に帰還される。
以上説明したＬＤモジュール１２へのパルスの帰還により、パルスの波長スペクトル幅は、図７（ａ）に示した０．６〜０．７ｎｍ程度から、図７（ｃ）に示す０．３〜０．４ｎｍ程度に狭められて、レーザパルス発生装置１から出力される。

［第２のレーザパルス発生装置２］
以下、本発明の他の実施形態として、第２のレーザパルス発生装置２を説明する。
図８は、本発明の実施形態を示す第２の図であって、第２のレーザパルス発生装置２の構成を示す。
図９（Ａ）は、図８に示したタイミング調整部３２，３４の断面図を例示する図であり、図９（Ｂ）は、ＦＢＧフィルタ３０の構成を例示する図である。
図８に示すように、第２のレーザパルス発生装置２は、第１のレーザパルス発生装置１に、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−２に、コイル状の第１および第２のタイミング調整部３２，３４を付加した構成をとる。
また、第２のレーザパルス発生装置２においては、第１のレーザパルス発生装置１における光フィルタ２０および部分反射装置２２が、これらの機能を兼ね備えたＦＢＧを用いて、偏光保持および反射光に対するバンドパス特性を実現した反射型のＦＢＧフィルタ３０（光反射フィルタ）で置換されている。

図９（Ａ）に示すように、タイミング調整部３２，３４は、中央に間隔を変更可能な間隙が設けられたドラム３２０，３４０に、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−２が巻き付けられた構成をとる。
タイミング３２，３４においては、ドラム３２０，３４０の間隙の間隔を広くすることにより、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−２にかけられるテンションが強くなり、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−３が引き延ばされ、長くなる。
反対に、ドラム３２０，３４０の間隙の間隔を狭くすることにより、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−２にかけられるテンションが弱くなり、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−３が元の長さに戻り、短くなる。
例えば、ドラム３２０，３４０に巻かれるＰＭファイバ１４−１，１４−２の長さを１０ｍ程度とすると、ドラム３２０，３４０の間隙の間隔の調整により、光路長を数ｃｍ〜十数ｃｍ程度、調整することができる。

また、図９（Ｂ）に示すように、ＦＢＧフィルタ３０は、ＦＢＧ３００が、中央に間隙を空けて配置された基板３０２−１，３０２−２に貼り付けられ、基板３０２−１，３０２−２の間は、形状記憶合金を材料とするアクチュエータ３０４−１，３０４−２で固定される。
アクチュエータ３０４−１，３０４−２の近傍には、ヒータ３０６−１，３０６−２が配設される。
ヒータ３０６−１，３０６−２によりアクチュエータ３０４−１，３０４−２を加熱したり、加熱を止めたりすることにより、アクチュエータ３０４−１，３０４−２の形状が変化し、基板３０２−１，３０２−２の間隙の間隔が変化し、ＦＧＢ３００に与えられるテンションが調整される。

なお、図９（Ａ）に示したように、第１および第２のタイミング調整部３２，３４のドラム３２０，３４０の間隙の間隔を広くすると、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−２が伸びて、パルスに与えられる遅延が大きくなる。
この反対に、ドラム３２０，３４０の間隙を短くすると、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−２が縮んで、パルスに与えられる遅延が小さくなる。
このように、タイミング調整部３２，３４によりＰＭ光ファイバ１４−１，１４−２の長さを調節することにより、ＬＤモジュール１２へのパルスの帰還のタイミングが調整すされる。
また、ＦＢＧフィルタ３０は、図９（Ｂ）に示した構成により、ＦＢＧ３００の長軸方向に加えられる張力を１％以下、変更することにより、通過帯域を変更することができる。
つまり、ＦＢＧ３００の長軸方向に与えられる張力を強くすることにより、通過帯域が長波長側に移され、弱くすることにより、通過帯域が短波長側に移される。

［第２のレーザパルス発生装置２の調整方法］
以下、レーザパルス発生装置２の調整方法を説明する。
図１０は、図８に示した第２のレーザパルス発生装置２の調整方法を示す図である。
なお、図１０において、（ａ−１）は、ＬＤモジュール１２が発生したパルスの波長スペクトルを示し、（ａ−２）は、パルスの光電力の一部を、ＦＢＧフィルタ３０による反射光に対するフィルタリングなしでＬＤモジュール１２に帰還することにより得られるパルスの波長スペクトルを示す。
また、図１０においてし、（ｂ−１）は、パルスの光電力の一部を、ＦＢＧフィルタ３０により反射光をフィルタリングしてＬＤモジュール１２に帰還することにより得られるパルスの波形を示し、（ｂ−２）は、パルスの光電力の一部を、ＦＢＧフィルタ３０による反射光に対するフィルタリングなしでＬＤモジュール１２に帰還することにより得られるパルスの波形を示す。
また、図１０において、（ｃ）は、パルスの光電力の一部を、ＦＢＧフィルタ３０により反射光をフィルタリングしてＬＤモジュール１２に帰還することにより得られるパルスの波長スペクトルを示す。
まず、レーザパルス発生装置２から出力されるパルスを、５ＧＨｚ程度の周波数の光信号の波形観測が可能なオシロスコープおよびスペクトルアナライザで観測する。
図２（Ａ）に示したようにパルスに生じる時間変動が、図２（Ａ），（Ｂ）および図１０（ｃ）に示すように軽減されるように、図９（Ａ）に示したタイミング調整部３２，３４のドラム３２０，３４０の間隙の間隔が調整される。

次に、図１０（ｂ−２）に示すレーザパルス発生装置２から出力されるパルス波形の立ち下がりが、図１０（ｂ−１）に示すように、最も急峻になるように、図９（Ｂ）に示したＦＢＧフィルタ３０のＦＢＧ３００に与えられる張力が調整される。
パルス波形の立ち下がりを最も急峻とし、チャーピングおよびペデスタルを最少とするためには、通常、ＦＢＧフィルタ３０の反射光の通過帯域の中心は、発振波長ピークから半値幅で５０〜７０％短波長部分（なにも処理を施さないパルスの波長のピークから０．１〜０．１５ｎｍ短い波長）となる。
光電力の一部を、ＦＢＧフィルタ３０で反射光をフィルタリングしてＬＤモジュール１２に帰還することにより得られたパルスの波形（図１０（ｂ−１））と、パルスの光電力の一部を、ＦＢＧフィルタ３０による反射光に対するフィルタリングなしでＬＤモジュール１２に帰還することにより得られたパルスの波形（図１０（ｂ−２））とを比較すると分かるように、以上の調整により、パルスの波形の立ち下がりが改善される。

このチャーピング、それに起因するパルス後半でのサイドローブ、ペデスタルは、そのままでは、元のパルス幅や立ち上がりたち下がりに比較して、さほど大きな比率で影響を与えていないように見えるが、これらは、理想的圧縮過程に従わないので、光パルスを、波長分散補正による線形圧縮やスペクトル拡張による非線形圧縮でさらに短パルス化する波形処理を行うときに、波形整形の品質に大きな悪影響を与えてしまう。
従って、図１０（ｂ−１）に示す波形における改善により、光パルスの活用における大きく重要な問題が解決される。

このように適切に調整されたレーザパルス発生装置２は、レーザパルス発生装置１（図６）と同様に、ＬＤモジュール１２で発生されたレーザー光線のパルスの波形を改善し、波長スペクトラムも狭まり出力される。
このように適切に調整されたレーザパルス発生装置２により、レーザパルス発生装置１（図６）よってと同様に、ＬＤモジュール１２で発生されたレーザ光線のパルスの波形が改善され、波長スペクトルを狭まって出力される。

図１０（ａ）に示された無帰還時のＬＤモジュール１２が発生するパルスの周波数成分と、図１０（ｃ）に示されたＦＢＧフィルタ３０を用いた帰還が行われたときのパルスの波長スペクトルとを参照すると容易に理解できるように、部分反射器２２のみを用いてパルスをＬＤモジュール１２に帰還した場合（図１０（ａ））のパルスの波長スペクトル幅が、０．７ｎｍ程度から０．５２ｎｍ程度に改善されるに過ぎない。
これに対して、第１および第２のレーザパルス発生装置１，２（図６，図８）において、光フィルタ２０および部分反射器２２が併用されると（図１０（ｃ））、パルスの波長スペクトル幅が、０．７ｎｍ程度から０．３６ｎｍ程度に、大幅に改善される。
また、同様に、部分反射器２２のみが用いられた場合と、光フィルタ２０および部分反射器２２が併用された場合とを比較すると、図１０（ｂ）に示すように、パルスの立ち下がりの波形が大幅に改善され、発振スペクトル広がりも大幅に狭くなっている

また、第１のレーザパルス発生装置１において用いられた光フィルタ２０（ＦＰフィルタ）と部分反射装置２２に比べて、第２のレーザパルス発生装置２において用いられたＦＢＧフィルタ３０によれば、２つの異なる構成部分の機能が、単一の構成部分で実現されるので、調整が容易となり、第２のレーザパルス発生装置２の装置規模が小さくなる。
また、第1のレーザパルス発生装置１においては、帰還のタイミング調整のために、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−３の長さの変更を要するが、第２のレーザパルス発生装置２においては、パルスをＬＤモジュール１２に帰還するタイミングの調整に用いる長尺の光ファイバーの光路長の調整が、コンパクトなタイミング調整部３２，３４の直径変更のみ実現される。
従って、帰還のタイミング調整のために、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−３の長さを細かく変更しなければならない第１のレーザパルス発生装置１におけるパルス帰還のタイミング調整に比べて、第２のレーザパルス発生装置２においては、精密で連続的なパルス帰還のタイミング調整が実現される。

［第２のレーザパルス発生装置２の全体動作］
以下、第２のレーザパルス発生装置２の全体的な動作を説明する。
図７（ａ）に示したように、第２のレーザパルス発生装置２においても、発信器１０は、ＬＤモジュール１２を駆動して、０．６〜０．７ｎｍ程度の波長スペクトル幅のレーザ光線のパルスを発生させ、ＰＭ光ファイバ１４−１に出射する。
図７（ｂ−１）に示したように、ＰＭ光ファイバ１４−１は、コネクタ１６−１を介してＰＭ光ファイバ１４−２に、入射したパルスの偏光を保持して出射する。

ＰＭ光ファイバ１４−２は、入射したパルスの変更を保持してＦＢＧフィルタ３０に対して出射する。
ＦＢＧフィルタ３０は、ＦＢＧフィルタ３０は、ＰＭ光ファイバ１４−２から入射したパルスの例えば９８％を通過させて光ファイバ１８−１に出射し、残りを反射する。
また、ＦＢＧフィルタ３０は、図７（ｂ−３）に示したような特性で、ＰＭ光ファイバ１４−２から入射したパルスの反射光をフィルタリングし、パルスの前半の短波長スペクトルを通過させ、ＰＭ光ファイバ１４−３に対して出射する。
なお、ＦＢＧフィルタ３０は、反射したパルスに対してのみバンドパス特性を示し、通過させたパルスに対しては、ほとんどバンドパス特性を示さない。
ＰＭ光ファイバ１４−３は、光フィルタ２０から入射したパルスを、コネクタ１６−２を介して接続された光ファイバ１８−１に出射する。

光ファイバ１８−１は、光アイソレータ２４および光ファイバ１８−２を介して、入射したパルスを外部に対して出力する。
一方、ＦＢＧフィルタ３０により反射されたパルスは、ＰＭ光ファイバ１４−２，１４−１を介して、ＬＤモジュール１２がパルスを発生する直前にＬＤモジュール１２に帰還される。
以上説明したＬＤモジュール１２へのパルスの帰還により、パルスの波長スペクトル幅は、図７（ａ）に示した０．６〜０．７ｎｍ程度から、図７（ｃ）に示す０．３〜０．４ｎｍ程度に狭められて、レーザパルス発生装置２から出力される。

上記実施形態は、例示および説明のために提示されたものであって、本願特許請求の範囲にかかる発明の実施形態の全てを網羅していない。
また、上記実施形態は、本願特許請求の範囲にかかる発明の技術的範囲を、その開示内容に限定することを意図しておらず、その開示内容に照らして、様々に変更され、変形されうる。
また、上記実施形態は、本願特許請求の範囲にかかる発明の原理およびその実際的な応用を最もよく説明できるように選択され、記載されているので、当業者は、上記実施形態の開示内容に基づいて、本願特許請求の範囲にかかる発明およびその実施形態を、ありうべき全ての実際の用途に最適とするための種々の変更を加えて利用することができる。
また、本願特許請求の範囲にかかる発明の技術的範囲は、その記載および均等物によって画定されるように意図されている。

例えば、ＰＭ光ファイバ１４および光ファイバ１８は、第１および第２のレーザパルス発生装置１，２が、同等の性能を発揮できる限りにおいて、ガラス板あるいはプラスティックの導光手段に置換されうる。
また、第１および第２のレーザパルス発生装置１，２において、光フィルタ２０およびＦＢＧフィルタ３０は、第１および第２のレーザパルス発生装置１，２が、同等の正方を発揮できる限りにおいて、ＤＬＣ、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、オールパスフィルタおよびこれらの２つ以上の組み合わせに置換されうる。

また、第１のレーザパルス発生装置１は、第２のレーザパルス発生装置２と同様に、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−２，１４−３の内の１つ以上にタイミング調整部３２を備えうる。
また、第２のレーザパルス発生装置２においては、ＰＭ光ファイバ１４−３は、通常の光ファイバ１８に置換されうる。
また、第２のレーザパルス発生装置２においては、ＰＭ光ファイバ１４−１，１４−２は、単一のＰＭ光ファイバ１４に置換されうる。
また、第２のレーザパルス発生装置２は、タイミング調整部３２，３４のいずれかのみを備えてもよい。

本願特許請求の範囲にかかる発明は、幅が狭いレーザ光線のパルスを発生するために利用されうる。

符号の説明

１，２・・・レーザパルス発生装置，
１０・・・発信器，
１２・・・ＬＤモジュール，
１４・・・ＰＭ光ファイバ，
１６・・・コネクタ，
３２，３４・・・タイミング調整部，
３２０，３４０・・・ドラム，
１８・・・光ファイバ，
２０・・・光フィルタ，
２２・・・部分反射器，
２４・・・光アイソレータ，
３０・・・ＦＢＧフィルタ，
３００・・・ＦＢＧ，
３０２・・・基板，
３０４・・・アクチュエータ，
３０６・・・ヒータ，

Claims (18)

1. レーザ光線発生装置と、
   駆動装置と、
   第１の導光路と、
   光フィルタと、
   第２の導光路と、
   反射装置と
   を有するレーザパルス発生装置であって、
   前記レーザ光線発生装置は、駆動されて、所定の波長スペクトルを示すレーザ光線を発生して、前記レーザ光線発生装置に対して予め決められた方向に設けられた前記第１の導光路に出射し、
   前記駆動装置は、レーザ光線発生装置を駆動してレーザ光線のパルスを発生させ、
   前記第１の導光路は、前記レーザ光線発生装置から前記方向から入射した前記パルスを前記光フィルタに導き、前記レーザ光線発生装置に帰還される前記パルスの光電力の一部を、前記方向と逆の方向に、前記レーザ光線発生装置に導き、
   前記光フィルタは、前記レーザ光線の短波長部分の波長スペクトルを通過させるバンドパスフィルタであって、前記第１の導光路から入射した前記パルスの前記短波長部分の波長スペクトルを通過させて前記第２の導光路に出射し、前記第２の導光路から入射した前記パルスの前記短波長部分の波長スペクトルを通過させて前記第１の導光路に出射し、
   前記第２の導光路は、前記光フィルタと反射装置との間で前記パルスを導き、
   前記反射装置は、前記第２の導光路により導かれたパルスの光電力の一部のみを反射して、前記第２の導光路、前記光フィルタおよび前記第１の導光路を介して、前記レーザ光線発生装置に帰還させる
   レーザパルス発生装置。
2. 前記反射装置を通過したパルスを導く第３の導光路
   をさらに有する請求項１に記載のレーザパルス発生装置。
3. 前記第１の導光路は、
   第４の導光路と、
   第５の導光路と
   を有し、
   前記第４の導光路は、前記レーザ光線発生装置と前記第５の導光路との間で、偏光を保持して前記パルスを導き、
   前記光フィルタと前記第４の導光路との間で、パルスを導く第５の導光路と
   を有する
   請求項１に記載のレーザパルス発生装置。
4. 前記パルスの前記レーザ光線発生装置への帰還のタイミングは、前記パルスが、その後の前記パルスが発生される直前に、前記レーザ光線発生装置へ帰還されるように調整される
   請求項３に記載のレーザパルス発生装置。
5. 前記反射装置は、入射されたパルス光電力の０．５〜５％を反射する
   請求項１に記載のレーザパルス発生装置。
6. 前記レーザ光線発生装置は、半導体レーザ素子または半導体励起固体レーザである
   請求項１に記載のレーザパルス発生装置。
7. レーザ光線発生装置と、
   駆動装置と、
   第１の導光路と、
   光反射フィルタと
   を有するレーザパルス発生装置であって、
   前記レーザ光線発生装置は、駆動されて、所定の波長スペクトルを示すレーザ光線を発生して、前記レーザ光線発生装置に対して予め決められた方向に設けられた前記第１の導光路に出射し、
   前記駆動装置は、レーザ光線発生装置を駆動してレーザ光線のパルスを発生させ、
   前記第１の導光路は、前記レーザ光線発生装置から前記方向から入射した前記パルスを光反射フィルタに導き、前記レーザ光線発生装置に帰還される前記パルスの光電力の一部を、前記方向と逆の方向に、前記レーザ光線発生装置に導き、
   前記光反射フィルタは、バンドパス特性を示し、前記第１の導光路から入射した前記パルスの所定の波長スペクトルの光電力の短波長部分の波長の成分のみを反射して、前記第１の導光路を介して、前記レーザ光線発生装置に帰還させる
   レーザパルス発生装置。
8. 前記光反射フィルタを通過したパルスを導く第３の導光路
   をさらに有する請求項７に記載のレーザパルス発生装置。
9. 前記光反射フィルタは、前記第１の導光路と前記第３の導光路との間で前記パルスを導くＦＢＧを用いて実現される
   請求項８に記載のレーザパルス発生装置。
10. 前記光反射フィルタが通過させる波長の成分は、前記ＦＢＧに対して加えられる張力の変更により変更されうる
    請求項９に記載のレーザパルス発生装置。
11. 前記ＦＢＧは、入射された前記パルスの偏光を保持する
    請求項９に記載のレーザパルス発生装置。
12. 前記第１の導光路は、
    第４の導光路と、
    第５の導光路と
    を有し、
    前記第４の導光路は、前記レーザ光線発生装置と前記第５の導光路との間で、偏光を保持して前記パルスを導き、
    前記光反射フィルタと前記第４の導光路との間で、パルスを導く第５の導光路と
    を有する
    請求項９に記載のレーザパルス発生装置。
13. ）
    前記第４の導光路および前記第５の導光路またはこれらのいずれかは、光ファイバであって、保持部材の周囲に巻かれ、保持部材から光ファイバに与えられる張力の変更に応じて長さが変化し、前記パルスの前記レーザ光線発生装置への帰還のタイミングを調整する
    請求項１２に記載のレーザパルス発生装置。
14. 前記パルスの前記レーザ光線発生装置への帰還のタイミングは、前記パルスが、その後の前記パルスが発生される直前に、前記レーザ光線発生装置へ帰還されるように調整される
    請求項１３に記載のレーザパルス発生装置。
15. 前記反射装置は、入射されたパルス光電力の０．５〜５％を反射する
    請求項７に記載のレーザパルス発生装置。
16. 前記レーザ光線発生装置は、半導体レーザ素子または半導体励起固体レーザである
    請求項７に記載のレーザパルス発生装置。
17. レーザ光線発生装置を駆動して、所定の波長スペクトルを示すレーザ光線のパルスを発生させて、前記レーザ光線発生装置に対して予め決められた方向に設けられた第１の導光路に出射させ、
    前記第１の導光路により、前記レーザ光線発生装置から前記方向から入射した前記パルスを、前記レーザ光線の短波長部分の波長スペクトルを通過させるバンドパス特性を示す光フィルタに導き、前記レーザ光線発生装置に帰還される前記パルスの光電力の一部を、前記方向と逆の方向に、前記レーザ光線発生装置に導き、
    前記光フィルタにより、前記第１の導光路から入射した前記パルスの前記短波長部分の波長スペクトルを通過させて第２の導光路に出射し、前記第２の導光路から入射した前記パルスの前記短波長部分の波長スペクトルを通過させて前記第１の導光路に出射し、
    前記第２の導光路により、前記光フィルタと反射装置との間で前記パルスを導き、
    前記反射装置により、前記第２の導光路により導かれたパルスの一部のみを反射して、前記第２の導光路、前記光フィルタおよび前記第１の導光路を介して、前記レーザ光線発生装置に帰還する
    レーザパルス発生方法。
18. レーザ光線発生装置を駆動して、所定の波長スペクトルを示すレーザ光線を発生して、前記レーザ光線発生装置に対して予め決められた方向に設けられた第１の導光路に出射させ、
    前記第１の導光路により、前記レーザ光線発生装置から前記方向から入射した前記パルスを、バンドパス特性を示す光反射フィルタに導き、前記レーザ光線発生装置に帰還される前記パルスの光電力の一部を、前記方向と逆の方向に、前記レーザ光線発生装置に導き、
    前記光反射フィルタは、前記第１の導光路から入射した前記パルスの所定の波長スペクトルの光電力の短波長部分の波長の成分のみを反射して、前記第１の導光路を介して、前記レーザ光線発生装置に帰還させる
    レーザパルス発生装置。

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