JP5013407B2 - レーザ発振器 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ発振器に関する。特に本発明は、光により励起される光ファイバを利得媒質として用いたレーザ発振器に関する。
従来より、光により励起される光増幅ファイバを利得媒質として用いた光ファイバレーザ発振器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
図１１は、従来の光ファイバレーザ発振器７００の構成を示す。光ファイバレーザ発振器７００は、第１ポート７１１から入射される光を第２ポート７１２から出射し、第２ポート７１２から入射される光を第３ポート７１３から出射する光サーキュレータ７１０と、エルビウム（Ｅｒ）が添加された光ファイバであるＥＤＦ７２０と、第２ポート７１２から出射された光のうち所定の波長の光を反射して第２ポート７１２へ再び入射させるファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）７３０と、ＥＤＦ７２０を励起する励起光を発生する励起光源７４０と、光カプラ７５０とを備える。
図１１は、従来の光ファイバレーザ発振器７００の構成を示す。光ファイバレーザ発振器７００は、第１ポート７１１から入射される光を第２ポート７１２から出射し、第２ポート７１２から入射される光を第３ポート７１３から出射する光サーキュレータ７１０と、エルビウム（Ｅｒ）が添加された光ファイバであるＥＤＦ７２０と、第２ポート７１２から出射された光のうち所定の波長の光を反射して第２ポート７１２へ再び入射させるファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）７３０と、ＥＤＦ７２０を励起する励起光を発生する励起光源７４０と、光カプラ７５０とを備える。
ＥＤＦ７２０は、光サーキュレータ７１０の第３ポート７１３から出射された光を増幅して第１ポート７１１に入射させる。光カプラ７５０は、光サーキュレータ７１０の第３ポート７１３と第１ポート７１１との間の経路中に挿入され、励起光源７４０から出力された励起光をＥＤＦ７２０に注入する。
このような従来の光ファイバレーザ発振器７００においては、光サーキュレータ７１０、ＥＤＦ７２０、ＦＢＧ７３０及び光カプラ７５０により形成されているループ光路が、レーザの発振のための共振器を構成している。これにより、光ファイバレーザ発振器７００は、レーザ発振された光を、ＦＢＧ７３０から出力することができる。
このような従来の光ファイバレーザ発振器７００においては、光サーキュレータ７１０、ＥＤＦ７２０、ＦＢＧ７３０及び光カプラ７５０により形成されているループ光路が、レーザの発振のための共振器を構成している。これにより、光ファイバレーザ発振器７００は、レーザ発振された光を、ＦＢＧ７３０から出力することができる。
ところで、本レーザを光通信用の光源等に使用する場合、レーザは単一モードで発振し、さらにモードホップしないことが要求されるが、光ファイバレーザ発振器７００は、温度変化等の影響により、レーザ発振モードが推移する、いわゆるモードホッピングが生じやすい。リング型ファイバレーザの場合、単一モードで発振するレーザは、下記式（１１）を満たすモードの中で、共振器内の利得が一番高くなるモード（ｍ）で発振する。
ｆ＝ｍ・ＦＳＲ （ｍ：整数） …（１１）
ＦＳＲ（フリースペクトラムレンジ：縦モード間隔）＝ｃ／ｎＬ
（ｃ：光速、ｎ：光ファイバの屈折率、Ｌ：共振器長）
ｆ＝ｍ・ＦＳＲ （ｍ：整数） …（１１）
ＦＳＲ（フリースペクトラムレンジ：縦モード間隔）＝ｃ／ｎＬ
（ｃ：光速、ｎ：光ファイバの屈折率、Ｌ：共振器長）
レーザの発振周波数は、温度変化（δＴ）によって変化し、その変化量δｆは、下記式（１２）で与えられる。
δｆ＝（α＋β）δＴ×ｆ …（１２）
α：光ファイバの線熱膨張係数
β：屈折率の温度依存性
δｆ＝（α＋β）δＴ×ｆ …（１２）
α：光ファイバの線熱膨張係数
β：屈折率の温度依存性
発振周波数は温度変化により（１２）式で変化していくが、レーザの発振周波数がある場所まで（ＦＳＲ分）動くと利得最大となるモードが変わり、モードがホップする。
ここで、レーザの共振器長が長いと、縦モード間隔ＦＳＲが狭くなる。縦モード間隔ＦＳＲが狭くなると、小さい温度変化でレーザの発振周波数がＦＳＲ分動いてしまう（モードホップする）。従来構成では共振器長が数メートルになるため、０．０１℃程度の温度変動でモードホップしてしまい、温度変動に対して不安定である。
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできるレーザ発振器を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
本発明の第１の形態によると、第１ポートから入射される光を第２ポートから出射し、第２ポートから入射される光を第３ポートから出射する光サーキュレータと、励起光により励起されることにより第３ポートから出射された光を増幅して、第１ポートに入射させる第１光増幅ファイバと、第２ポートから出射された光のうち、予め定められた波長の光を反射して第２ポートへ再び入射させる反射型光フィルタと、第１光増幅ファイバを励起させる励起光を発生する励起光源と、励起光を供給する励起光供給部とを備え、励起光供給部は、リング型共振器の外部から反射型光フィルタを介してリング型共振器内に励起光を入射するレーザ発振器を提供する。
光サーキュレータの第２ポートおよび反射型光フィルタの間に設けられ、第２ポートおよび反射型光フィルタの間を伝播する光を増幅する第２光増幅ファイバを更に備えてよい。
反射型光フィルタは、内部を伝播する光を増幅する光増幅ファイバを有してよい。
反射型光フィルタは、内部を伝播する光を増幅する光増幅ファイバを有してよい。
本発明の第２の形態によると、第１ポートから入射される光を第２ポートから出射し、第２ポートから入射される光を第３ポートから出射し、第４ポートから入射される光を第１ポートから出射する光サーキュレータと、励起光により励起されることにより第３ポートから出射された光を増幅して、第１ポートに入射させる第１光増幅ファイバと、第２ポートから出射された光のうち、予め定められた波長の光を反射して第２ポートへ再び入射させる反射型光フィルタと、第１光増幅ファイバを励起させる励起光を発生する励起光源とを備え、励起光源は、第４ポートからリング型共振器内に励起光を入射するレーザ発振器を提供する。
本発明の第３の形態によると、第１ポートから入射される光を第２ポートから出射し、第２ポートから入射される光を第３ポートから出射し、第４ポートから入射される光を第１ポートから出射する光サーキュレータと、励起光により励起されることにより第３ポートから出射された光を増幅して、第１ポートに入射させる第１光増幅ファイバと、第２ポートから出射された光の光強度に応じて反射率を変化させて第２ポートへ再び入射させる可飽和吸収ミラーと、第１光増幅ファイバを励起させる励起光を発生する励起光源とを備え、励起光源は、第４ポートからリング型共振器内に励起光を入射するレーザ発振器を提供する。
本発明の第４の形態によると、第１ポートから入射される光を第２ポートから出射し、第２ポートから入射される光を第３ポートから出射する光サーキュレータと、励起光により励起されることにより第３ポートから出射された光を増幅して、第１ポートに入射させる第１光増幅ファイバと、第２ポートから出射された光の光強度に応じて反射率を変化させて第２ポートへ再び入射させる可飽和吸収ミラーと、第１光増幅ファイバを励起させる励起光を発生する励起光源と、励起光を供給する励起光供給部とを備え、励起光供給部は、リング型共振器の外部から可飽和吸収ミラーを介してリング型共振器内に励起光を入射するレーザ発振器を提供する。
本発明の第５の形態によると、第１ポートから入射される光を第２ポートから出射し、第２ポートから入射される光を第３ポートから出射し、第４ポートから入射される光を第１ポートから出射する光サーキュレータと、励起光により励起されることにより第３ポートから出射された光を増幅して、第１ポートに入射させる第１光増幅ファイバと、第１光増幅ファイバを伝播する光の強度を周波数基準に基づいて変調させる光変調器と、第２ポートから出射された光のうち、予め定められた波長の光を反射して第２ポートへ再び入射させる反射型光フィルタと、第１光増幅ファイバを励起させる励起光を発生する励起光源とを備え、励起光源は、第４ポートからリング型共振器内に励起光を入射するレーザ発振器を提供する。
本発明の第６の形態によると、第１ポートから入射される光を第２ポートから出射し、第２ポートから入射される光を第３ポートから出射する光サーキュレータと、励起光により励起されることにより第３ポートから出射された光を増幅して、第１ポートに入射させる第１光増幅ファイバと、第１光増幅ファイバを伝播する光の強度を周波数基準に基づいて変調させる光変調器と、第２ポートから出射された光のうち、予め定められた波長の光を反射して第２ポートへ再び入射させる反射型光フィルタと、第１光増幅ファイバを励起させる励起光を発生する励起光源と、励起光を供給する励起光供給部とを備え、励起光供給部は、リング型共振器の外部から反射型光フィルタを介してリング型共振器内に励起光を入射するレーザ発振器を提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
本発明によれば、リング型共振器の外部から励起光を入射するので、リング型共振器内の損失を低減できる。また、本発明によれば、レーザ発振閾値が低減され、レーザ発振に必要なＥＤＦ等の光増幅ファイバの長さを短尺化できる。また、本発明によれば、励起光源及び出力カプラ等の物理的な長さ分だけ、共振器を短尺化できる。
以上のように、本発明によれば、共振器長を短くすることができるので、モードホップしない安定動作温度範囲が拡大できる。
以上のように、本発明によれば、共振器長を短くすることができるので、モードホップしない安定動作温度範囲が拡大できる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、実施形態に係る第１レーザ発振器１００の構成を示す。第１レーザ発振器１００は、光により励起される光ファイバを利得媒質として用いたレーザ発振器において、損失を抑え及び経路を短くすること等により、安定したレーザ光を出力する。
第１レーザ発振器１００は、光サーキュレータ２０と、希土類添加光ファイバ３０と、反射型光フィルタ４０と、励起光源５０と、励起／出力光入出射部６０とを備える。
光サーキュレータ２０は、それぞれが光の入出射ポートである、第１ポート２１と、第２ポート２２と、第３ポート２３とを有する。光サーキュレータ２０は、第１ポート２１から入射される光を第２ポート２２から出射し、第２ポート２２から入射される光を第３ポート２３から出射する。光サーキュレータ２０は、方向性結合器の一例である。
第１レーザ発振器１００は、光サーキュレータ２０と、希土類添加光ファイバ３０と、反射型光フィルタ４０と、励起光源５０と、励起／出力光入出射部６０とを備える。
光サーキュレータ２０は、それぞれが光の入出射ポートである、第１ポート２１と、第２ポート２２と、第３ポート２３とを有する。光サーキュレータ２０は、第１ポート２１から入射される光を第２ポート２２から出射し、第２ポート２２から入射される光を第３ポート２３から出射する。光サーキュレータ２０は、方向性結合器の一例である。
希土類添加光ファイバ３０は、エルビウム（Ｅｒ）又はネオジウム（Ｎｄ）等の希土類イオンが添加された光ファイバであり、励起光により励起されることにより内部を伝播する光を増幅する。より具体的には、希土類添加光ファイバ３０内に励起光が注入された場合、希土類添加光ファイバ３０に添加された希土類イオンは、励起光のエネルギーを吸収して、活性化する。希土類添加光ファイバ３０は、希土類イオンが活性化している時に信号光が通過すると、その活性化した希土類元素が共鳴して、当該信号光と同じ光を出す。この結果、希土類添加光ファイバ３０は、通過する信号光を増幅して出力することができる。希土類添加光ファイバ３０は、本発明に係る第１光増幅ファイバの一例である。
希土類添加光ファイバ３０は、一端が光サーキュレータ２０の第１ポート２１に接続され、他端が第３ポート２３との間に接続されている。従って、希土類添加光ファイバ３０は、第３ポート２３から出射された光を増幅して第１ポート２１に入射させる。なお、希土類添加光ファイバ３０は、第３ポート２３から第１ポート２１までの光路の全てで光増幅をしてもよいし、光路の一部分でのみ光増幅してもよい。
反射型光フィルタ４０は、第２ポート２２から出射された光のうち予め定められた波長の光を反射して第２ポート２２へ再び入射させ、それ以外の波長の光を透過する。さらに、反射型光フィルタ４０は、予め定められた波長の光が発振により一定の強度を超えると、その超えた強度の光を透過する。反射型光フィルタ４０は、例えばファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）及び誘電体多層膜光フィルタ等により構成される。
励起光源５０は、希土類添加光ファイバ３０を励起させる励起光を発生する。すなわち、励起光源５０は、希土類添加光ファイバ３０に添加されている希土類イオンを活性化させる所定の波長の光を発生する。励起光源５０は、例えばレーザダイオード等により構成される。
励起／出力光入出射部６０は、それぞれが光の入出射ポートである、励起光入射ポート６１と、共通ポート６２と、出力光出射ポート６３とを有する。励起光入射ポート６１は、励起光源５０から発生された励起光を入射する。共通ポート６２は、反射型光フィルタ４０から出力された光を入射すると共に、励起光入射ポート６１から入射された励起光を出射し、出射した当該励起光を反射型光フィルタ４０を介して光サーキュレータ２０の第２ポート２２へ入射させる。出力光出射ポート６３は、共通ポート６２から入射された光を出射する。励起／出力光入出射部６０は、本発明に係る励起光供給部の一例である。
以上のような第１レーザ発振器１００は、光サーキュレータ２０、希土類添加光ファイバ３０及び反射型光フィルタ４０により形成されているループ光路が、レーザ発振のための基本構成要素となる共振器を構成している。より具体的には、反射型光フィルタ４０により反射された光が、光サーキュレータ２０の第２ポート２２、第３ポート２３、希土類添加光ファイバ３０、第１ポート２１、第２ポート２２を順番に通過して、再び反射型光フィルタ４０に戻るループ光路が、リング型共振器を構成している。さらに、第１レーザ発振器１００は、希土類添加光ファイバ３０がレーザ発振のための基本構成要素となる利得媒質を構成し、励起光源５０がレーザ発振のための基本構成要素となる励起源を構成する。
このように、第１レーザ発振器１００によれば、レーザ発振のための基本構成要素である利得媒質、共振器及び励起源を全て有するので、共振器内でレーザ発振させることができる。そして、第１レーザ発振器１００は、共振器内でレーザ発振されたレーザ光を、反射型光フィルタ４０を通過させて出力光として出力する。
ここで、励起／出力光入出射部６０は、光サーキュレータ２０の第１ポート２１及び第３ポート２３以外のポートから、励起光を希土類添加光ファイバ３０へ入射させる。すなわち、第１レーザ発振器１００においては、リング型共振器の経路外に、本発明に係る励起光供給部の一例としての励起／出力光入出射部６０が設けられている。具体的には、励起／出力光入出射部６０は、反射型光フィルタ４０の出力端側から励起光を光サーキュレータ２０の第２ポート２２へ入射することにより、当該励起光を第３ポート２３を介して希土類添加光ファイバ３０へ入射させる。
このように、第１レーザ発振器１００では、リング型共振器の経路外に励起光供給部が設けられているので、共振器内での部品数が少なくし、共振器内での光損失を低減できる。従って、第１レーザ発振器１００によれば、レーザ発振閾値が低下され、発振に必要となる希土類添加光ファイバ３０の長さを短くすることができる。また、第１レーザ発振器１００によれば、共振器内から励起光を入射するための光カプラ等が除かれるので、その分だけ共振器の光路を短くできる。そして、このような効果が得られることにより、第１レーザ発振器１００によれば、縦モード間隔が広がり、モードホッピングが抑制され、安定したレーザ光を出力することができる。
なお、光サーキュレータ２０、希土類添加光ファイバ３０、反射型光フィルタ４０、励起／出力光入出射部６０等の共振器を構成する部材は、偏波保持型であることが望ましい。偏波保持型の光サーキュレータ２０及び励起／出力光入出射部６０を用いることにより、１つの偏波の光を出力するので、単一の偏波モードで発振し、さらに、出力強度も安定する。
図２は、本実施形態の変形例に係る第１レーザ発振器１０１の構成を示す。
第１レーザ発振器１０１は、光サーキュレータ２０の第２ポート２２および反射型光フィルタ４０の間に設けられ、第２ポート２２および反射型光フィルタ４０の間を伝播する光を増幅する第２希土類添加光ファイバ３２を更に備えてよい。第２希土類添加光ファイバ３２は、本発明に係る第２光増幅ファイバの一例である。光サーキュレータ２０の第２ポート２２および反射型光フィルタ４０の間の光路は、励起光の通過経路となっているとともに共振器の経路にも含まれる。つまり、第２希土類添加光ファイバ３２は、レーザ発振の増幅に寄与する。従って、第１レーザ発振器１０１は、第２希土類添加光ファイバ３２を更に備えることにより、レーザ発振のための利得媒体による増幅度を高くすることができる。
第１レーザ発振器１０１は、光サーキュレータ２０の第２ポート２２および反射型光フィルタ４０の間に設けられ、第２ポート２２および反射型光フィルタ４０の間を伝播する光を増幅する第２希土類添加光ファイバ３２を更に備えてよい。第２希土類添加光ファイバ３２は、本発明に係る第２光増幅ファイバの一例である。光サーキュレータ２０の第２ポート２２および反射型光フィルタ４０の間の光路は、励起光の通過経路となっているとともに共振器の経路にも含まれる。つまり、第２希土類添加光ファイバ３２は、レーザ発振の増幅に寄与する。従って、第１レーザ発振器１０１は、第２希土類添加光ファイバ３２を更に備えることにより、レーザ発振のための利得媒体による増幅度を高くすることができる。
図３は、本実施形態の他の変形例に係る第１レーザ発振器１０２の構成を示す。
第１レーザ発振器１０２は、反射型光フィルタ４０および励起／出力光入出射部６０の共通ポート６２の間に設けられ、反射型光フィルタ４０から共通ポート６２へ伝播する出力光を増幅する第３希土類添加光ファイバ３４を更に備えてよい。第３希土類添加光ファイバ３４は、本発明に係る第３光増幅ファイバの一例である。反射型光フィルタ４０および励起／出力光入出射部６０の共通ポート６２の間の光路は、励起光の通過経路となっているとともに出力光の出力経路にも含まれる。つまり、第３希土類添加光ファイバ３４は、出力光の増幅に寄与する。従って、第１レーザ発振器１００は、第３希土類添加光ファイバ３４を備えることにより、出力光をより増幅して出力することができる。
第１レーザ発振器１０２は、反射型光フィルタ４０および励起／出力光入出射部６０の共通ポート６２の間に設けられ、反射型光フィルタ４０から共通ポート６２へ伝播する出力光を増幅する第３希土類添加光ファイバ３４を更に備えてよい。第３希土類添加光ファイバ３４は、本発明に係る第３光増幅ファイバの一例である。反射型光フィルタ４０および励起／出力光入出射部６０の共通ポート６２の間の光路は、励起光の通過経路となっているとともに出力光の出力経路にも含まれる。つまり、第３希土類添加光ファイバ３４は、出力光の増幅に寄与する。従って、第１レーザ発振器１００は、第３希土類添加光ファイバ３４を備えることにより、出力光をより増幅して出力することができる。
また、第１レーザ発振器１００は、希土類添加光ファイバにより構成された反射型光フィルタ４０を用いてもよい。希土類添加光ファイバを有する反射型光フィルタ４０を備えることにより、第１レーザ発振器１００は、レーザ発振のための利得媒体による増幅度を高くすること及びレーザ発振した出力光の増幅等ができる。
図４は、実施形態に係る第２レーザ発振器２００の構成を示す。第２レーザ発振器２００は、光により励起される光ファイバを利得媒質として用いたレーザ発振器において、安定したレーザ光を出力する。なお、本実施形態に係る第２レーザ発振器２００は、図１に示した第１レーザ発振器１００と略同一の構成及び機能を採るので、以下相違点を除き説明を省略する。
第２レーザ発振器２００は、光サーキュレータ２０と、希土類添加光ファイバ３０と、反射型光フィルタ４０と、励起光源５０とを備える。
光サーキュレータ２０は、第１ポート２１、第２ポート２２及び第３ポート２３に加えて、さらに、光の入出射ポートである第４ポート２４を有する。光サーキュレータ２０は、第４ポート２４から入射される光を第１ポート２１から出射する。また、光サーキュレータ２０は、励起光源５０から発生された励起光を第４ポート２４へ入射することにより、当該励起光を第１ポート２１を介して希土類添加光ファイバ３０へ入射させる。本実施形態において、この光サーキュレータ２０の第４ポート２４は、本発明に係る励起光供給部の一例である。
光サーキュレータ２０は、第１ポート２１、第２ポート２２及び第３ポート２３に加えて、さらに、光の入出射ポートである第４ポート２４を有する。光サーキュレータ２０は、第４ポート２４から入射される光を第１ポート２１から出射する。また、光サーキュレータ２０は、励起光源５０から発生された励起光を第４ポート２４へ入射することにより、当該励起光を第１ポート２１を介して希土類添加光ファイバ３０へ入射させる。本実施形態において、この光サーキュレータ２０の第４ポート２４は、本発明に係る励起光供給部の一例である。
このように、光サーキュレータ２０は、第１ポート２１及び第３ポート２３以外のポートから、励起光を希土類添加光ファイバ３０へ入射させる。すなわち、第２レーザ発振器２００においては、共振器の経路外から励起光を入射する。これにより、本実施形態の第２レーザ発振器２００によれば、共振器内での部品数を少なくし、共振器内での光損失を低減でき、第１レーザ発振器１００と同様の効果を得ることができる。
なお、図１の第１レーザ発振器１００では第２ポートから励起光を入射し、図４の第２レーザ発振器２００では第４ポートから励起光を入射しているが、第２ポート及び第４ポートの両者から同時に励起光を入射する構成としてよい。
図５は、他の実施形態に係る第１モードロックレーザ発振器３００の構造を示す。なお、図１に示した第１レーザ発振器１００と共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
同図に示すように、図５に示した第１モードロックレーザ発振器３００は、図１に示したレーザ発振器１００の第１希土類添加光ファイバ３０に、光変調器８０を挿入した構造を有する。光変調器８０は、周波数基準８２の発生する所定の基準周波数に基づいて、第１希土類添加光ファイバ３０を伝播する光を、強度変調または位相変調する。この変調周波数を適切に選択することにより、共振器内で多モード発振した伝播光においてモード間の波長間隔を一定にして、位相の揃った鋭いパルスピークを発生させることができる。
このように、第１モードロックレーザ発振器４００は、共振器長を短く形成することができるのでモードホップの発生を抑制できる。従って、簡潔な構造でありながらモードロックレーザ光を安定に出力できる。
図６は、ひとつの変形例に係る第１モードロックレーザ発振器３０１の構造を示す。なお、図５と共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。同図に示すように、第１モードロックレーザ発振器３０１は、光サーキュレータ２０の第２ポート２２および反射型光フィルタ４０の間に設けられ、第２ポート２２および反射型光フィルタ４０の間を伝播する光を増幅する第２希土類添加光ファイバ３２を更に備える。
第２希土類添加光ファイバ３２は、第２光増幅ファイバの一例である。光サーキュレータ２０の第２ポート２２および反射型光フィルタ４０の間の光路は、励起光の通過経路であると共に共振器の経路にも含まれる。従って、第２希土類添加光ファイバ３２も、伝播光の増幅に寄与する。これにより、利得媒質による増幅度を高くして、共振器長を一層短縮できる。
図７は、他の変形例に係る第１モードロックレーザ発振器３０２の構造を示す。なお、図５および図６と共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。同図に示すように、第１レーザ発振器１０２は、反射型光フィルタ４０および励起／出力光入出射部６０の共通ポート６２の間に設けられ、反射型光フィルタ４０から共通ポート６２へ伝播する出力光を増幅する第３希土類添加光ファイバ３４を更に備えてよい。第３希土類添加光ファイバ３４は、第３光増幅ファイバの一例である。
反射型光フィルタ４０および励起／出力光入出射部６０の共通ポート６２の間の光路は、励起光の通過経路となっているとともに出力光の出力経路にも含まれる。つまり、第３希土類添加光ファイバ３４は、出力光の増幅に寄与する。従って、第１レーザ発振器１０２においては、出力光をより増幅して出力できる。
更に、第１レーザ発振器１０２において、反射型光フィルタ４０自体を希土類添加光ファイバに形成したＦＢＧで形成することもできる。これにより、第１レーザ発振器１０１は、伝播光の増幅度を一層高くすること及びレーザ発振した出力光を増幅すること等ができる。また、共振器長を一層短縮できる。
図８は、他の実施形態に係る第２モードロックレーザ発振器４００の構造を示す図である。なお、図８においても、他の図と共通の構成要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省く。
同図に示すように、第２モードロックレーザ発振器４００は、図１に示したレーザ発振器１００において、反射型光フィルタ４０に換えて可飽和吸収ミラー７０を配置した構造を有する。可飽和吸収ミラー７０は、光サーキュレータ２０の第２ポート２２から入射された光を反射し、その反射時において入射光の強度に応じて光の吸収率が変化する。具体的には、可飽和吸収ミラー７０は、入射光の強度が大きいほど吸収率が低くなる。すなわち、可飽和吸収ミラー７０は、いわゆる可飽和吸収特性を有するミラーである。さらに、可飽和吸収ミラー７０は、発振により入射光の強度が一定の値を超えると、その超えた強度の波長の光を透過する。
このような可飽和吸収ミラー７０は、強度が大きい入射光より強め、強度が小さい入射光をより弱くするように作用する。これにより、第１希土類添加光ファイバ３０を含む共振器において生じた多モードのレーザ光に対して、あるタイミングで位相が揃って高い強度で入射された光を光ファイバ３３に伝播させる。こうして、非常に急峻なピークを有する光パルスを発生させることができる。従って、第１希土類添加光ファイバ３０を含む共振器の両端を形成すると共に、共振器内を伝播する多数のモードの光に対して、位相が一定間隔で揃ったパルスを、光ファイバ３３を介して出射させる。
このように、第２モードロックレーザ発振器４００は、共振器長が短いのでモードホップの発生を抑制できる。従って、コンパクトな構造でありながらモードロックレーザ光を安定に出力できる。
図９は、他の実施形態に係る第３モードロックレーザ発振器５００の構造を示す図である。なお、第３モードロックレーザ発振器６００は、図４に示した第２レーザ発振器２００と略同一の構成及び機能を採るので、以下相違点を除き説明を省略する。
同図に示すように、第３モードロックレーザ発振器５００は、図４に示した第２レーザ発振器２００の第１希土類添加光ファイバ３０に、光変調器８０を挿入した構造を有する。光変調器８０は、周波数基準８２の発生する所定の基準周波数に基づいて、第１希土類添加光ファイバ３０を伝播する光を、強度変調または位相変調する。この変調周波数を適切に選択することにより、共振器内で多モード発振した伝播光においてモード間の波長間隔を一定にして、位相の揃った鋭いパルスピークを発生させることができる。
このように、第３モードロックレーザ発振器５００は、簡潔な構造により、内部損失を低減でき、レーザ光を効率よく発生できる。また、共振器長を短縮することによりモードホップの発生を抑制できる。従って、コンパクトな構造でありながらモードロックレーザ光を安定に出力できる。
図１０は、他の実施形態に係る第４モードロックレーザ発振器６００の構成を示す。第４モードロックレーザ発振器６００は、光により励起される光ファイバを利得媒質として用いた発振器であって、安定したモードロックレーザ光を出力する。なお、本実施形態に係るモードロックレーザ発振器６００は、図４に示した第２レーザ発振器２００と略同一の構成及び機能を採るので、以下相違点を除き説明を省略する。
第４モードロックレーザ発振器６００は、図４の反射型光フィルタ４０に代えて、可飽和吸収ミラー７０を備える。可飽和吸収ミラー７０は、光サーキュレータ２０の第２ポート２２から入射された光を反射し、その反射時において入射光の強度に応じて光の吸収率が変化する。具体的には、可飽和吸収ミラー７０は、入射光の強度が大きいほど吸収率が低くなる。すなわち、可飽和吸収ミラー７０は、いわゆる可飽和吸収特性を有するミラーである。さらに、可飽和吸収ミラー７０は、発振により入射光の強度が一定の値を超えると、その超えた強度の波長の光を透過する。
このような可飽和吸収ミラー７０は、強度が大きい入射光より強め、強度が小さい入射光をより弱くするように作用する。従って、可飽和吸収ミラー７０は、共振器内を伝播する多数のモードの光に対して、位相が揃って入射されるタイミングの光の強度をより強め、それ以外のタイミングで入射される光の強度を弱める。この結果、位相が一定間隔で揃った複数のモードの光が発振して、可飽和吸収ミラー７０から出射される。
このように、第４モードロックレーザ発振器６００によれば、モード相互間に一定の位相関係が生じたマルチモードのレーザ光であるモードロックレーザ光を出力することができる。さらに、第４モードロックレーザ発振器６００においては、第２レーザ発振器２００と同様に共振器の経路外の第４ポート２４から、励起光が入射される。これにより、第４モードロックレーザ発振器６００においては、共振器内での部品数を少なくし、共振器内での光損失を低減でき、第２レーザ発振器２００と同様の効果を得ることができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１００、１０１、１０２ 第１レーザ発振器
２００ 第２レーザ発振器
３００、３０１、３０２ 第１モードロックレーザ発振器
４００ 第２モードロックレーザ発振器
５００ 第３モードロックレーザ発振器
６００ 第４モードロックレーザ発振器
７００ 光ファイバレーザ発振器
２０、７１０ 光サーキュレータ、
２１、７１１ 第１ポート、
２２、７１２ 第２ポート、
２３、７１３ 第３ポート、
２４ 第４ポート、
３０ 希土類添加光ファイバ、
３１、３３ 光ファイバ、
３２ 第２希土類添加光ファイバ、
３４ 第３希土類添加光ファイバ、
４０ 反射型光フィルタ、
５０、７４０ 励起光源、
６０ 励起／出力光入出射部、
６１ 励起光入射ポート、
６２ 共通ポート、
６３ 出力光出射ポート、
７０ 可飽和吸収ミラー
２００ 第２レーザ発振器
３００、３０１、３０２ 第１モードロックレーザ発振器
４００ 第２モードロックレーザ発振器
５００ 第３モードロックレーザ発振器
６００ 第４モードロックレーザ発振器
７００ 光ファイバレーザ発振器
２０、７１０ 光サーキュレータ、
２１、７１１ 第１ポート、
２２、７１２ 第２ポート、
２３、７１３ 第３ポート、
２４ 第４ポート、
３０ 希土類添加光ファイバ、
３１、３３ 光ファイバ、
３２ 第２希土類添加光ファイバ、
３４ 第３希土類添加光ファイバ、
４０ 反射型光フィルタ、
５０、７４０ 励起光源、
６０ 励起／出力光入出射部、
６１ 励起光入射ポート、
６２ 共通ポート、
６３ 出力光出射ポート、
７０ 可飽和吸収ミラー
Claims (8)
- 第１ポートから入射される光を第２ポートから出射し、前記第２ポートから入射される光を第３ポートから出射する光サーキュレータと、
励起光により励起されることにより前記第３ポートから出射された光を増幅して、前記第１ポートに入射させる第１光増幅ファイバと、
前記第２ポートから出射された光のうち、予め定められた波長の光を反射して前記第２ポートへ再び入射させる反射型光フィルタと、
前記第１光増幅ファイバを励起させる励起光を発生する励起光源と、
前記励起光が入射される励起光入射ポート、前記反射型光フィルタから出力された光が入射されるとともに前記励起光入射ポートに入射された前記励起光を前記反射型光フィルタを介して前記光サーキュレータの前記第２ポートへ入射させる共通ポート、および、前記共通ポートへ入射された光を外部へ出射する励起光供給部と、
を備えるレーザ発振器。 - 前記光サーキュレータの前記第２ポートおよび前記反射型光フィルタの間に設けられ、前記第２ポートおよび前記反射型光フィルタの間を伝播する光を増幅する第２光増幅ファイバを更に備える請求項１に記載のレーザ発振器。
- 前記反射型光フィルタは、内部を伝播する光を増幅する光増幅ファイバを有する請求項１または２に記載のレーザ発振器。
- 第１ポートから入射される光を第２ポートから出射し、前記第２ポートから入射される光を第３ポートから出射する光サーキュレータと、
励起光により励起されることにより前記第３ポートから出射された光を増幅して、前記第１ポートに入射させる第１光増幅ファイバと、
前記第２ポートから出射された光の光強度に応じて反射率を変化させて前記第２ポートへ再び入射させる可飽和吸収ミラーと、
前記第１光増幅ファイバを励起させる励起光を発生する励起光源と、
前記励起光が入射される励起光入射ポート、前記可飽和吸収ミラーから出力された光が入射されるとともに前記励起光入射ポートに入射された前記励起光を前記可飽和吸収ミラーを介して前記光サーキュレータの前記第２ポートへ入射させる共通ポート、および、前記共通ポートへ入射された光を外部へ出射する励起光供給部と、
を備えるレーザ発振器。 - 前記光サーキュレータの前記第２ポートおよび前記可飽和吸収ミラーの間に設けられ、前記第２ポートおよび前記可飽和吸収ミラーの間を伝播する光を増幅する第２光増幅ファイバを更に備える請求項４に記載のレーザ発振器。
- 第１ポートから入射される光を第２ポートから出射し、前記第２ポートから入射される光を第３ポートから出射する光サーキュレータと、
励起光により励起されることにより前記第３ポートから出射された光を増幅して、前記第１ポートに入射させる第１光増幅ファイバと、
前記第１光増幅ファイバを伝播する光の強度を周波数基準に基づいて変調させる光変調器と、
前記第２ポートから出射された光のうち、予め定められた波長の光を反射して前記第２ポートへ再び入射させる反射型光フィルタと、
前記第１光増幅ファイバを励起させる励起光を発生する励起光源と、
前記励起光が入射される励起光入射ポート、前記反射型光フィルタから出力された光が入射されるとともに前記励起光入射ポートに入射された前記励起光を前記反射型光フィルタを介して前記光サーキュレータの前記第２ポートへ入射させる共通ポート、および、前記共通ポートへ入射された光を外部へ出射する励起光供給部と、
を備えるレーザ発振器。 - 前記光サーキュレータの前記第２ポートおよび前記反射型光フィルタの間に設けられ、前記第２ポートおよび前記反射型光フィルタの間を伝播する光を増幅する第２光増幅ファイバを更に備える請求項６に記載のレーザ発振器。
- 前記反射型光フィルタは、内部を伝播する光を増幅する光増幅ファイバを有する請求項６または７に記載のレーザ発振器。
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