JP5306684B2 - Optical fiber type mode-locked laser and method for controlling mode lock of optical fiber type mode-locked laser - Google Patents

Optical fiber type mode-locked laser and method for controlling mode lock of optical fiber type mode-locked laser Download PDF

Info

Publication number
JP5306684B2
JP5306684B2 JP2008087870A JP2008087870A JP5306684B2 JP 5306684 B2 JP5306684 B2 JP 5306684B2 JP 2008087870 A JP2008087870 A JP 2008087870A JP 2008087870 A JP2008087870 A JP 2008087870A JP 5306684 B2 JP5306684 B2 JP 5306684B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
modulator
pulse
mode
optical fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2008087870A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009245994A (en
Inventor
俊一 松下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Original Assignee
THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD. filed Critical THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority to JP2008087870A priority Critical patent/JP5306684B2/en
Publication of JP2009245994A publication Critical patent/JP2009245994A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5306684B2 publication Critical patent/JP5306684B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、光ファイバー型モードロックレーザー及び光ファイバー型モードロックレーザーのモードロック制御方法に関する   The present invention relates to an optical fiber type mode-locked laser and a mode lock control method for an optical fiber type mode-locked laser.

従来から、計測用光源(例えば、顕微鏡の多光子励起用光源、長さ測定用の光源)として、ピコ秒、フェムト秒の短パルスの光を出力する光ファイバー型モードロックレーザーが用いられている。   Conventionally, as a measurement light source (for example, a light source for multiphoton excitation of a microscope, a light source for length measurement), an optical fiber type mode-locked laser that outputs light of a short pulse of picosecond and femtosecond is used.

光ファイバー型モードロックレーザーでは、安定に短パルスを発生させることが要求される。安定に短パルスを発生させる技術としては、能動モードロック方法と受動モードロック方法とが知られている。能動モードロック方法は、変調器を用いてレーザー発振の種となる種パルスを成長させて短パルスを発生させる技術である。受動モードロック方法は、変調器を用いず、光の非線形応答を利用して短パルスを発生させる技術である。
上述したモードロック方法により安定に短パルスを発生させる技術としては、例えば、特許文献1〜3の技術が知られている。
特開平5−283771号公報 特表平10−504659号公報 特表2001−506016号公報
Optical fiber mode-locked lasers are required to generate short pulses stably. As a technique for stably generating a short pulse, an active mode lock method and a passive mode lock method are known. The active mode-locking method is a technique for generating a short pulse by growing a seed pulse that becomes a seed of laser oscillation using a modulator. The passive mode-lock method is a technique for generating a short pulse by using a nonlinear response of light without using a modulator.
As a technique for stably generating a short pulse by the above-described mode lock method, for example, techniques of Patent Documents 1 to 3 are known.
Japanese Patent Laid-Open No. 5-283377 Japanese National Patent Publication No. 10-504659 JP-T-2001-506016

しかしながら、従来のモードロック方法では、変調器を駆動する高精度の電気信号発生器やその同期回路を必要としていた。
例えば、能動モードロック方法では、変調器により光パルスを成長させる機構のため、変調器の繰り返し周波数をレーザーの共振器周波数に高精度に同期させる必要がある。また、能動モードロック方法では、モードロック開始後についても、変調器の繰り返し周波数を高精度に維持させる必要がある。
このため、ピエゾ素子などを利用してレーザーの共振器長を微妙に調整し、共振器周波数を変調器の繰り返し周波数に同期させる技術を用いていた。また、共振器周波数を周波数モニターでモニターし、PLL(Phase Locked Loop)により変調器にフィードバックすることで、変調器の繰り返し周波数を共振器周波数に同期させる技術を用いていた。これらの技術を用いる場合、変調器を駆動する高精度の周波数分解能を有する電気信号発生器やその同期回路(周波数モニター、PLL等)が必要であった。
一方、受動モードロック方法では、光学カー効果や非線形偏波回転などの光学非線形成を用いる。この方法では、モードロックを開始するために強度変調器や位相変調器などの種パルスを生成する機構が必要な場合が多い。特に、ファイバー型で非線形偏波回転を利用するモードロックレーザーでは、安定にモードロック動作を行うために、強度変調器や位相変調器を用いて能動的に種パルスの生成を行い続ける必要がある。このため、高精度の同期回路が必要であった。
すなわち、高精度の電気信号発生器や同期回路を必要とせずにモードロックを実現させる要請があった。
However, the conventional mode-lock method requires a high-precision electric signal generator for driving the modulator and its synchronizing circuit.
For example, in the active mode lock method, since the optical pulse is grown by the modulator, it is necessary to synchronize the repetition frequency of the modulator with the laser resonator frequency with high accuracy. In the active mode lock method, it is necessary to maintain the repetition frequency of the modulator with high accuracy even after the mode lock is started.
For this reason, a technique is used in which the resonator length of the laser is finely adjusted using a piezo element or the like to synchronize the resonator frequency with the repetition frequency of the modulator. Further, a technique is used in which the resonator frequency is monitored by a frequency monitor and fed back to the modulator by a PLL (Phase Locked Loop) to synchronize the repetition frequency of the modulator with the resonator frequency. When these techniques are used, an electric signal generator having a high-accuracy frequency resolution for driving the modulator and a synchronizing circuit (frequency monitor, PLL, etc.) are required.
On the other hand, the passive mode lock method uses optical nonlinearity such as optical Kerr effect and nonlinear polarization rotation. This method often requires a mechanism for generating a seed pulse such as an intensity modulator or a phase modulator in order to start mode locking. In particular, in a mode-locked laser that uses nonlinear polarization rotation in a fiber type, it is necessary to continue to generate seed pulses actively using an intensity modulator or a phase modulator in order to perform a mode-locking operation stably. . For this reason, a highly accurate synchronization circuit was required.
That is, there has been a demand for realizing mode lock without requiring a high-precision electric signal generator or a synchronization circuit.

本発明の目的は、高精度の電気信号発生器や同期回路を必要とせずにモードロック開始する技術を提供することである。   An object of the present invention is to provide a technique for initiating mode-locking without requiring a high-precision electric signal generator or a synchronization circuit.

上記目的を達成するために、本発明に係る光ファイバー型モードロックレーザーは、
レーザー共振器を構成する光ファイバー型モードロックレーザーにおいて、
前記レーザー共振器内部に発生している連続波の光を変調する変調器と、
前記変調器により変調された光から種パルスを生成する生成部と、
前記連続波の光及び種パルスを通過させる偏波保持光ファイバーと、
前記連続波の光及び種パルスを増幅する光増幅部と、
前記連続波の光及び種パルスを分散制御する分散制御部と、
前記連続波の光及び種パルスの光強度の弱い成分を減衰させる可飽和吸収部と、
前記連続波の光及び種パルスの光強度を検出する検出器と、
前記変調器に印加する高周波信号を発生するVCOと、
前記検出器により検出された種パルスの光強度に基づいて、前記高周波信号を制御し、前記変調器の繰り返し周波数と前記レーザー共振器の共振周波数とを同期させ、光パルスを生成させ、当該生成された光パルスを確認して前記変調器の動作を停止させる制御部と、
を備えて構成されている。
In order to achieve the above object, an optical fiber type mode-locked laser according to the present invention comprises:
In the optical fiber type mode-locked laser that constitutes the laser resonator,
A modulator that modulates continuous wave light generated inside the laser resonator;
A generator for generating a seed pulse from the light modulated by the modulator;
A polarization-maintaining optical fiber that passes the continuous wave light and seed pulse;
An optical amplifier for amplifying the continuous wave light and seed pulse;
A dispersion controller for controlling dispersion of the continuous wave light and the seed pulse;
A saturable absorber that attenuates the light component of the continuous wave and the light intensity of the seed pulse; and
A detector for detecting the light intensity of the continuous wave light and the seed pulse;
A VCO that generates a high-frequency signal to be applied to the modulator;
Based on the light intensity of the seed pulse detected by the detector, the high-frequency signal is controlled, the repetition frequency of the modulator and the resonance frequency of the laser resonator are synchronized, and an optical pulse is generated. A control unit for confirming the generated optical pulse and stopping the operation of the modulator;
It is configured with.

好ましくは、前記制御部は、前記検出部により検出された光強度に基づいて、前記光パルスの生成を確認することを特徴とする。
好ましくは、前記制御部は、前記高周波信号をFM変調させることを特徴とする。
Preferably, the control unit confirms the generation of the light pulse based on the light intensity detected by the detection unit.
Preferably, the control unit performs FM modulation on the high-frequency signal .

また、レーザー共振器を構成する光ファイバ型モードロックレーザーのモードロック制御方法において、
前記レーザー共振器内部に発生している連続波の光を変調器により変調する工程と、
前記変調器により変調された光から種パルスを生成部により生成する工程と、
前記連続波の光及び種パルスを偏波保持光ファイバーにより通過させる工程と、
前記連続波の光及び種パルスを光増幅部により増幅する工程と、
前記連続波の光及び種パルスを分散制御部により分散制御する工程と、
前記連続波の光及び種パルスの光強度の弱い成分を減衰させる可飽和吸収部により生成する工程と、
前記連続波の光及び種パルスの光強度を検出器により検出する工程と、
前記変調器に印加する高周波信号をVCOにより発生する工程と、
前記検出器により検出された種パルスの光強度に基づいて、前記高周波信号を制御し、前記変調器の繰り返し周波数と前記レーザー共振器の共振周波数とを同期させ、光パルスを生成させ、当該生成された光パルスを確認して前記変調器の動作を停止させる制御工程と、
を含む。
Further, in the mode lock control method of the optical fiber type mode lock laser constituting the laser resonator,
Modulating a continuous wave light generated inside the laser resonator with a modulator;
Generating a seed pulse from the light modulated by the modulator by a generator;
Passing the continuous wave light and seed pulse through a polarization maintaining optical fiber;
Amplifying the continuous wave light and seed pulse by an optical amplifier;
Dispersion control of the continuous wave light and seed pulse by a dispersion controller;
Generating by the saturable absorber that attenuates the weak component of the light of the continuous wave and the seed pulse; and
Detecting the continuous wave light and the light intensity of the seed pulse with a detector;
Generating a high frequency signal to be applied to the modulator by a VCO ;
Based on the light intensity of the seed pulse detected by the detector, the high-frequency signal is controlled, the repetition frequency of the modulator and the resonance frequency of the laser resonator are synchronized, and an optical pulse is generated. A control step of confirming the generated light pulse and stopping the operation of the modulator;
including.

好ましくは、前記制御工程は、前記検出部により検出された光強度に基づいて、前記光パルスの生成を確認することを特徴とする。
好ましくは、前記制御工程は、前記高周波信号をFM変調させることを特徴とする。
Preferably, the control step confirms the generation of the light pulse based on the light intensity detected by the detection unit.
Preferably, the control step performs FM modulation on the high-frequency signal .

本発明によれば、高精度の電気信号発生器や同期回路を必要とせずにモードロックを実現する技術を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which implement | achieves a mode lock | rock can be provided, without requiring a highly accurate electrical signal generator and a synchronous circuit.

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the invention is not limited to the illustrated examples.

図1〜図3を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。先ず、図1を参照して本実施の形態の光ファイバー型モードロックレーザー1の構成を説明する。光ファイバー型モードロックレーザー1は、光増幅部11と、光アイソレータ12と、光アッテネータ13と、光フィルタ14と、分散制御部15と、過飽和吸収部16と、変調器17と、タップカプラ18と、アウトプットカプラ19と、偏波保持光ファイバー20と、制御回路21と、を備えて構成される。過飽和吸収部16及び変調器17は、モードロッカー部161を構成する。また、図1に示すの各部の構成により光ファイバー型モードロックレーザー1のレーザー共振器が構成される。また、図1の各部の順序は任意に変更可能とする。 Embodiments according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the optical fiber type mode-locked laser 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The optical fiber mode-locked laser 1 includes an optical amplifying unit 11, an optical isolator 12, an optical attenuator 13, an optical filter 14, a dispersion control unit 15, a supersaturated absorption unit 16, a modulator 17, and a tap coupler 18. And an output coupler 19, a polarization maintaining optical fiber 20, and a control circuit 21. The supersaturated absorber 16 and the modulator 17 constitute a mode locker 161. Further, a laser resonator of the optical fiber type mode-locked laser 1 is configured by the configuration of each part shown in FIG. In addition, the order of the units in FIG. 1 can be arbitrarily changed.

光増幅部11は、偏波保持エルビウム添加ファイバー11Aにより構成される。
偏波保持エルビウム添加ファイバー11Aは、連続波の光及び種パルスを増幅する。また、偏波保持エルビウム添加ファイバー11Aは、モードロックが開始された後は、光パルスを増幅する。連続波の光とはモードロック発振開始前におけるレーザー共振器内部に発生する光スペクトル(例えば、1558.2nmにピーク構造を持つスペクトル)のことをいう。種パルスとは、短パルス光を生成するための種となる光パルスのことをいう。光パルスとは、種パルスから生成された短パルス光のことをいう。モードロックとは、短パルス光である光パルスを生成することをいう。以下、モードロックが開始されるまでのパルスを種パルス、モードロック開始後のパルスを光パルスと定義する。
The optical amplifying unit 11 includes a polarization maintaining erbium doped fiber 11A.
The polarization-maintaining erbium-doped fiber 11A amplifies continuous wave light and seed pulses. Further, the polarization maintaining erbium-doped fiber 11A amplifies the optical pulse after the mode lock is started. The continuous wave light means a light spectrum (for example, a spectrum having a peak structure at 1558.2 nm) generated inside the laser resonator before the start of mode-lock oscillation. The seed pulse refers to an optical pulse that serves as a seed for generating short pulse light. An optical pulse refers to short pulse light generated from a seed pulse. Mode locking refers to generating an optical pulse that is a short pulse light. Hereinafter, a pulse until mode locking is started is defined as a seed pulse, and a pulse after mode locking starts is defined as an optical pulse.

光アイソレータ12は、特定方向のみ種パルスを通す。また、光アイソレータ12は、モードロックが開始された後は、特定方向のみ光パルスを通す。   The optical isolator 12 passes the seed pulse only in a specific direction. Further, the optical isolator 12 passes the optical pulse only in a specific direction after the mode lock is started.

光アッテネータ13は、種パルスを適切な信号レベルに減衰させる。また、光アッテネータ13は、モードロックが開始された後は、光パルスを通す。   The optical attenuator 13 attenuates the seed pulse to an appropriate signal level. The optical attenuator 13 passes an optical pulse after the mode lock is started.

光フィルタ14は、種パルスのある特定方向の偏波面を持つ光だけを取り出す。また、光フィルタ14は、モードロックが開始された後は、光パルスのある特定方向の偏波面を持つ光だけを取り出す。   The optical filter 14 extracts only light having a polarization plane in a specific direction with a seed pulse. In addition, after the mode lock is started, the optical filter 14 extracts only light having a polarization plane in a specific direction with an optical pulse.

分散制御部15は、連続波の光及び種パルスに分散を与え、種パルスのパルス幅の圧縮を行う。また、分散制御部15は、種パルスを生成するため位相変調された連続波の光から分散を補償し種パルスを生成する。また、分散制御部15は、モードロックが開始された後は、光パルスに分散を与え、光パルスのパルス幅の圧縮を行う。   The dispersion controller 15 disperses the continuous wave light and the seed pulse, and compresses the pulse width of the seed pulse. Further, the dispersion control unit 15 generates a seed pulse by compensating dispersion from phase-modulated continuous wave light to generate a seed pulse. In addition, after the mode lock is started, the dispersion control unit 15 applies dispersion to the optical pulse and compresses the pulse width of the optical pulse.

過飽和吸収部16は、連続波の光や種パルスの強度の大きい部分をより透過させ、強度の低い部分をより減衰させる。したがって、連続波の光や種パルスが光増幅器を通って増幅を繰り返しながら過飽和吸収部16を通過することで、種パルスの強度の大きい部分のみが成長し光パルスとなる。また、過飽和吸収部16は、モードロックが開始された後、光パルスの生成作用を繰り返すことにより、モードロックを維持する。すなわち、過飽和吸収部16は、光パルスを生成するモードロック機構に該当する。   The supersaturated absorber 16 transmits a portion of continuous wave light or a high intensity of the seed pulse, and attenuates a portion of low intensity. Therefore, when the continuous wave light or the seed pulse passes through the saturable absorber 16 while repeating amplification through the optical amplifier, only the portion where the intensity of the seed pulse is high grows to become an optical pulse. The supersaturated absorber 16 maintains the mode lock by repeating the action of generating the optical pulse after the mode lock is started. That is, the supersaturated absorber 16 corresponds to a mode lock mechanism that generates an optical pulse.

変調器17は、レーザー共振器内部に発生している連続波の光や種パルス及び光パルスを変調する。変調器17が強度変調器の場合、強度変調器は、共振器内部に発生している連続波の光を変調し、種パルスを生成する。この場合、変調器17は、種パルスを生成する生成部に該当する。
また、変調器17が位相変調器の場合、レーザー共振器内部に発生している連続波の光や種パルス及び光パルスを変調する。そして、位相変調された連続波の光が分散制御部15の分散媒質を通ることにより種パルスが生成される。この場合、変調器17及び分散制御部15は、種パルスを生成する生成部に該当する。また、変調器17は、モードロックを開始させるためのモードロック開始機構に該当する。
The modulator 17 modulates continuous wave light, a seed pulse and an optical pulse generated in the laser resonator. When the modulator 17 is an intensity modulator, the intensity modulator modulates continuous wave light generated inside the resonator to generate a seed pulse. In this case, the modulator 17 corresponds to a generation unit that generates a seed pulse.
Further, when the modulator 17 is a phase modulator, it modulates continuous wave light, seed pulses and optical pulses generated in the laser resonator. The phase-modulated continuous wave light passes through the dispersion medium of the dispersion controller 15 to generate a seed pulse. In this case, the modulator 17 and the dispersion control unit 15 correspond to a generation unit that generates a seed pulse. The modulator 17 corresponds to a mode lock starting mechanism for starting mode lock.

タップカプラ18は、PD(photo diode)22で検出するための種パルスを分岐する。また、アウトプットカプラ19は、レーザー出力する光パルスを分岐する。   The tap coupler 18 branches a seed pulse for detection by a PD (photo diode) 22. The output coupler 19 branches the optical pulse output from the laser.

偏波保持光ファイバー20は、連続波の光や種パルスを通過させる。また、モードロック動作が開始された後は、光パルスを通過させる。   The polarization-maintaining optical fiber 20 allows continuous wave light and seed pulses to pass therethrough. Further, after the mode lock operation is started, the optical pulse is allowed to pass.

制御回路21は、検出器としてのPD22と、制御部23と、電気信号発生器としてのVCO(Voltage Controlled Oscillator)24と、電気アンプ25と、を備えて構成される。   The control circuit 21 includes a PD 22 as a detector, a control unit 23, a VCO (Voltage Controlled Oscillator) 24 as an electric signal generator, and an electric amplifier 25.

PD22は、レーザー共振器内の連続波の光及び種パルスの一部を分岐し光電変換し、光強度(パワー)を検出する。また、PD22は、モードロックが開始された後は、光パルスのパワーを検出する。   The PD 22 branches and photoelectrically converts part of the continuous wave light and seed pulse in the laser resonator, and detects the light intensity (power). The PD 22 detects the power of the optical pulse after the mode lock is started.

制御部23は、PDにより検出されたパワーに基づいて、VCO24の電気信号(高周波信号)を制御する。具体的には、制御部23は、変調器17の繰り返し周波数とレーザー共振器の繰り返し周波数とが同期して光パルスが生成されるように、VCO24の高周波信号を制御する。 The control unit 23 controls the electrical signal ( high frequency signal ) of the VCO 24 based on the power detected by the PD. Specifically, the control unit 23 controls the high frequency signal of the VCO 24 so that the optical pulse is generated in synchronization with the repetition frequency of the modulator 17 and the repetition frequency of the laser resonator.

VCO24は、制御部23の指示に基づいて、変調器17に印加する高周波信号を出力する。 The VCO 24 outputs a high frequency signal to be applied to the modulator 17 based on an instruction from the control unit 23.

電気アンプ25は、VCO24から出力された高周波信号を増幅し、増幅した高周波信号を変調器17に出力する。そして、変調器17は、高周波信号が入力されると、入力された高周波信号に基づいて光信号を変調する。 The electric amplifier 25 amplifies the high frequency signal output from the VCO 24 and outputs the amplified high frequency signal to the modulator 17. When a high frequency signal is input, the modulator 17 modulates the optical signal based on the input high frequency signal .

次に、図2を参照して、動作を説明する。
前提条件として、レーザー共振器内部に連続波の光が発生しているものとする。また、レーザー共振器の共振周波数は30MHzであるとする。
Next, the operation will be described with reference to FIG.
As a precondition, it is assumed that continuous wave light is generated inside the laser resonator. The resonance frequency of the laser resonator is assumed to be 30 MHz.

先ず、変調器17によりレーザー共振器内部に発生している連続波の光が変調を受ける。ここで、変調器17が強度変調器の場合は、強度変調器により連続波の光から種パルスが生成される。また、変調器17が位相変調器の場合は、位相変調器により連続波の光が位相変調され、位相変調された光が分散制御部の分散媒質を通過することにより種パルスが生成される。そして、生成された種パルスが過飽和吸収部16を通過することにより、種パルスが急峻となる。   First, the continuous wave light generated inside the laser resonator is modulated by the modulator 17. Here, when the modulator 17 is an intensity modulator, a seed pulse is generated from continuous wave light by the intensity modulator. When the modulator 17 is a phase modulator, the continuous wave light is phase-modulated by the phase modulator, and a seed pulse is generated by passing the phase-modulated light through the dispersion medium of the dispersion controller. Then, the generated seed pulse passes through the supersaturated absorber 16 so that the seed pulse becomes steep.

具体的には、種パルスは、図1に示す偏波保持光ファイバー20のループを繰り返し通過する。すなわち、種パルスは光増幅部11を通って増幅を繰り返しながら過飽和吸収部16を通過することで、強度の大きい部分が成長し、光パルスとなる。   Specifically, the seed pulse repeatedly passes through the loop of the polarization maintaining optical fiber 20 shown in FIG. That is, the seed pulse passes through the saturable absorber 16 while repeating amplification through the optical amplifying unit 11, so that a portion with high intensity grows and becomes an optical pulse.

この際、変調器17により出力された種パルスは、タップカプラ18により分岐される。そして、分岐された種パルスは、PD22に入力され、PD22により種パルスのパワーが検出される。そして、PD22により検出されたパワーが制御部23に出力される。   At this time, the seed pulse output from the modulator 17 is branched by the tap coupler 18. The branched seed pulse is input to the PD 22, and the power of the seed pulse is detected by the PD 22. Then, the power detected by the PD 22 is output to the control unit 23.

そして、入力されたパワーに基づいて、制御部23によりVCO24の電気信号(高周波信号)が制御される。ここで、レーザー共振器の共振周波数と変調器の繰り返し周波数とが異なる場合、レーザー共振器内を何度も伝播している種パルスは異なるタイミングで変調器17からの変調を受けるため、種パルスは成長しなくなる(すなわち、種パルスが急峻とならない)。したがって、レーザー共振器の共振周波数と変調器17の繰り返し周波数とは高精度に同期する必要がある。このため、制御部23により変調器17の繰り返し周波数とレーザー共振器の共振周波数とが同期して光パルスが生成されるように、VCO24の出力である高周波信号が制御される。例えば、レーザー共振器の共振周波数が30MHzの場合、変調器17の繰り返し周波数が30MHzに同期するように、VCO24の出力である高周波信号が制御される。 Based on the input power, the control unit 23 controls the electrical signal ( high frequency signal ) of the VCO 24. Here, when the resonance frequency of the laser resonator is different from the repetition frequency of the modulator, the seed pulse propagating many times in the laser resonator receives modulation from the modulator 17 at different timings. Will not grow (ie the seed pulse will not be steep). Therefore, it is necessary to synchronize the resonance frequency of the laser resonator and the repetition frequency of the modulator 17 with high accuracy. For this reason, the high frequency signal that is the output of the VCO 24 is controlled by the control unit 23 so that an optical pulse is generated in synchronization with the repetition frequency of the modulator 17 and the resonance frequency of the laser resonator. For example, when the resonance frequency of the laser resonator is 30 MHz , the high-frequency signal that is the output of the VCO 24 is controlled so that the repetition frequency of the modulator 17 is synchronized with 30 MHz.

そして、変調器17の繰り返し周波数が30MHzとなると(すなわち、変調器17の繰り返し周波数とレーザー共振器の共振周波数とが同期すると)モードロックが開始される。このとき、PD22により検出されるパワーは増加する。   Then, when the repetition frequency of the modulator 17 reaches 30 MHz (that is, when the repetition frequency of the modulator 17 and the resonance frequency of the laser resonator are synchronized), mode locking is started. At this time, the power detected by the PD 22 increases.

PD22により検出されるパワーは、発振条件や出力にもよるが、約3dB増加する。本構成の偏波保持光ファイバーで構成されるモードロックレーザー共振器の場合、モードロック発振後に変調器の駆動を停止させてもモードロック発振は維持される。本構成のモードロック発振開始時において、パワーの増加(3dBの増加)がPD22により検知されると、制御部23により光パルスの生成が確認され(すなわち、モードロックの開始が確認され)、VCO24及び変調器17の動作が停止される。具体的には、制御部23によりVCO24から出力される高周波信号がOFFになるように(VCO24から高周波信号が出力されないように)に制御される。 The power detected by the PD 22 increases by about 3 dB depending on the oscillation condition and output. In the case of a mode-locked laser resonator composed of a polarization-maintaining optical fiber having this configuration, mode-locked oscillation is maintained even if the drive of the modulator is stopped after mode-locked oscillation. When a power increase (3 dB increase) is detected by the PD 22 at the start of mode-lock oscillation in this configuration, the control unit 23 confirms the generation of an optical pulse (that is, confirms the start of mode lock), and the VCO 24 Then, the operation of the modulator 17 is stopped. Specifically, it is controlled so that the high-frequency signal output by the control unit 23 from the VCO 24 becomes OFF (as the high-frequency signal is not output from the VCO 24).

モードロックが開始されると、光パルスは、依然として過飽和吸収部16と光増幅器11とを繰り返し通過する。このとき光パルスは、過飽和吸収部16の過飽和吸収特性(光パルスの強度の大きい部分をより透過させ、強度の低い部分をより減衰させる特性)によりモードロックが維持される。
一連のモードロック発振開始過程の例を図2〜図7において説明する。図2(A)(B)はモードロック発振前の光出力をPDにより電気変換した際に測定されるRFスペクトルを示し、図3は光スペクトルを示す。図2において、位相変調器を駆動する電気信号の繰返し周波数は36.00MHzである。このとき、図2(A)において、高調波の成分はランダムに変動する。また、図3において、光スペクトルは、1558.2nmに鋭いピーク構造をもつ連続波発振であることを示している。続いて、位相変調器を駆動する電気信号の繰返し周波数をレーザーの共振器周波数の38.62MHzに一致させるとモードロック発振を開始する。図4(A)(B)にRFスペクトルを、図5に光スペクトルを示す。図4(A)において、モードロック発振開始前にランダムに変動していた高調波成分はモードロック開始後に安定する。また、光スペクトルは図5に示すように、スペクトル帯域が拡大する。光スペクトルの拡大に伴い、出力が増加する。安定なモードロック発振を維持するために、励起光の出力を調整する場合がある。この例では、励起光の出力を約半分に低下させている。安定なモードロック発振は、RFスペクトルのエンベロープが平坦に近づくことで判定する。続いて、位相変調器を駆動する電気信号を停止させた時のRFスペクトルと光スペクトルをそれぞれ図6(A)(B)、図7に示す。安定なモードロック発振の場合、図6(A)に示すように、RFスペクトルのエンベロープが平坦になる。図6、図7をもって、位相変調器を駆動する電気信号を停止させても、安定な発振が確認された。
When mode locking is started, the optical pulse still passes through the saturable absorber 16 and the optical amplifier 11 repeatedly. At this time, the mode lock of the optical pulse is maintained by the supersaturated absorption characteristic of the supersaturated absorption unit 16 (characteristic that transmits a part with a high intensity of the optical pulse and attenuates a part with a low intensity more).
An example of a series of mode-lock oscillation start processes will be described with reference to FIGS. 2A and 2B show the RF spectrum measured when the optical output before the mode-lock oscillation is electrically converted by the PD, and FIG. 3 shows the optical spectrum. In FIG. 2, the repetition frequency of the electrical signal that drives the phase modulator is 36.00 MHz. At this time, in FIG. 2A, the harmonic component fluctuates randomly. In FIG. 3, the optical spectrum indicates continuous wave oscillation having a sharp peak structure at 1558.2 nm. Subsequently, when the repetition frequency of the electric signal for driving the phase modulator is matched with the laser resonator frequency of 38.62 MHz, mode-lock oscillation is started. 4A and 4B show the RF spectrum, and FIG. 5 shows the optical spectrum. In FIG. 4A, harmonic components that fluctuated randomly before the start of mode-lock oscillation become stable after the start of mode-lock. Further, as shown in FIG. 5, the spectrum band of the optical spectrum is expanded. As the optical spectrum expands, the output increases. In order to maintain stable mode-locked oscillation, the output of the excitation light may be adjusted. In this example, the output of the excitation light is reduced to about half. Stable mode-locked oscillation is determined by the RF spectrum envelope approaching flat. Subsequently, the RF spectrum and the optical spectrum when the electric signal for driving the phase modulator is stopped are shown in FIGS. In the case of stable mode-lock oscillation, the envelope of the RF spectrum becomes flat as shown in FIG. 6 and 7, stable oscillation was confirmed even when the electric signal for driving the phase modulator was stopped.

次に、図8を参照して、VCO24に入力される電圧と変調器17の繰り返し周波数との関係について説明する。図8の縦軸は、変調器17の繰り返し周波数を表している。図8の横軸は、VCO24に入力される電圧を表している。図8に示すように、VCO24に入力される電圧が上昇するにしたがって、変調器17の繰り返し周波数も上昇する。これにより、例えば、レーザー共振器の共振周波数30MHzに変調器17の繰り返し周波数を同期させる場合、制御部23によりVCO24に入力される電圧が制御され、変調器17の繰り返し周波数が30MHzとなる。 Next, the relationship between the voltage input to the VCO 24 and the repetition frequency of the modulator 17 will be described with reference to FIG. The vertical axis in FIG. 8 represents the repetition frequency of the modulator 17. The horizontal axis in FIG. 8 represents the voltage input to the VCO 24. As shown in FIG. 8, as the voltage input to the VCO 24 increases, the repetition frequency of the modulator 17 also increases. Thereby, for example, when synchronizing the repetition frequency of the modulator 17 with the resonance frequency 30 MHz of the laser resonator, the voltage input to the VCO 24 is controlled by the control unit 23, and the repetition frequency of the modulator 17 becomes 30 MHz.

以上、本実施の形態によれば、種パルスの光強度に基づいて、電気信号を制御し、変調器17の繰り返し周波数とレーザー共振器の共振周波数とを同期させ、光パルスを生成させ、光パルスの生成を確認して変調器17の動作を停止させる。これにより、光パルスの生成を確認した後(モードロックの開始が確認された後)は、変調器17は動作しないので、変調器17を駆動する高精度の電気信号発生器やその同期回路(PLL、周波数モニター)を必要とせずにモードロックを実現する技術を提供することができる。したがって、光ファイバー型モードロックレーザー1の小型化やコストの削減を行うことが可能となる。また、偏波保持光ファイバー20を用いているので、偏波の変化によりモードロックの条件が変わることを防ぐことができる。 As described above, according to the present embodiment, the electric signal is controlled based on the light intensity of the seed pulse, the repetition frequency of the modulator 17 and the resonance frequency of the laser resonator are synchronized, and an optical pulse is generated. After confirming the generation of the pulse, the operation of the modulator 17 is stopped. Thereby, after confirming the generation of the optical pulse (after confirming the start of the mode lock), the modulator 17 does not operate, so a high-precision electric signal generator for driving the modulator 17 and its synchronizing circuit ( It is possible to provide a technique for realizing mode lock without requiring a PLL or frequency monitor. Therefore, the optical fiber type mode-locked laser 1 can be reduced in size and cost. Further, since the polarization maintaining optical fiber 20 is used, it is possible to prevent the mode lock condition from being changed due to the change of the polarization.

また、PD22により検出された光強度(パワー)に基づいて、光パルスの生成を確認することができる。   Moreover, generation of an optical pulse can be confirmed based on the light intensity (power) detected by the PD 22.

(変形例)
発明に係る実施の形態の変形例を説明する。以下、光ファイバー型モードロックレーザー1と同様な部分には同一の符号を付し、その詳細な説明を援用し、異なる部分について説明する。
(Modification)
A modification of the embodiment according to the present invention will be described. In the following, the same parts as those of the optical fiber type mode-locked laser 1 are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof is used to explain the different parts.

御部23によりVCO24から出力される高周波信号がFM変調されると、FM変調されなかった場合よりも高周波信号のスペクトル幅が広くなる。これにより、レーザー共振器の共振周波数(30MHz)に変調器17の繰り返し周波数を同期させる際、高周波信号のスペクトル幅が広いので、レーザー共振器の共振周波数を見つけやすくなる。したがって、変調器17の繰り返し周波数の掃引分解能を下げることができる。 When the high-frequency signal output from the control by the control unit 23 VCO 24 is FM modulated, the spectrum width of the high-frequency signal is wider than if it is not FM-modulated. Thereby, when synchronizing the repetition frequency of the modulator 17 with the resonance frequency (30 MHz) of the laser resonator, the spectrum width of the high-frequency signal is wide, so that the resonance frequency of the laser resonator can be easily found. Therefore, the sweep resolution of the repetition frequency of the modulator 17 can be lowered.

以上、本変形例によれば、電気信号(高周波信号)をFM変調させることにより、変調器17の繰り返し周波数の掃引分解能を下げることができる。 As described above, according to the present modification, the sweep resolution of the repetition frequency of the modulator 17 can be lowered by FM-modulating the electric signal ( high-frequency signal ).

その他、本実施の形態及び変形例における、光ファイバー型モードロックレーザー1の細部構造及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   In addition, the detailed structure and detailed operation of the optical fiber type mode-locked laser 1 in the present embodiment and modifications can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

本発明に係る実施の形態の光ファイバー型モードロックレーザーの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the optical fiber type mode lock laser of embodiment which concerns on this invention. (A)(B)は、モードロック発振開始前のレーザー出力をPDにより検出したRFスペクトルを示す図である。(A) (B) is a figure which shows the RF spectrum which detected the laser output before mode-lock oscillation start by PD. モードロック発振開始前のレーザー出力の光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the optical spectrum of the laser output before a mode-lock oscillation start. (A)(B)は、モードロック発振開始時のレーザー出力をPDにより検出したRFスペクトルを示す図である。(A) (B) is a figure which shows the RF spectrum which detected the laser output at the time of the mode-lock oscillation start by PD. モードロック発振開始時レーザー出力の光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the optical spectrum of the laser output at the time of mode-lock oscillation start. (A)(B)は、モードロック発振が開始され、位相変調器を駆動する電気信号を停止させた後、レーザー出力をPDにより検出したRFスペクトルを示す図である。(A) and (B) are diagrams showing an RF spectrum in which laser output is detected by a PD after mode lock oscillation is started and an electric signal for driving the phase modulator is stopped. モードロック発振が開始され、位相変調器を駆動する電気信号を停止させた後のレーザー出力の光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the optical spectrum of the laser output after mode-lock oscillation is started and the electric signal which drives a phase modulator is stopped. VCOに入力される電圧と変調器の繰り返し周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the voltage input into VCO, and the repetition frequency of a modulator.

符号の説明Explanation of symbols

1 光ファイバ型モードロックレーザー
11 光増幅器
11A 偏波保持エルビウム添加ファイバー
12 光アイソレータ
13 光アッテネータ
14 光フィルタ
15 分散制御部
16 過飽和吸収部
17 変調器
18 タップカプラ
19 アウトプットカプラ
20 偏波保持光ファイバー
21 制御回路
22 PD
23 制御部
24 VCO
25 電気アンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical fiber type mode lock laser 11 Optical amplifier 11A Polarization maintenance erbium addition fiber 12 Optical isolator 13 Optical attenuator 14 Optical filter 15 Dispersion control part 16 Saturation absorption part 17 Modulator 18 Tap coupler 19 Output coupler 20 Polarization maintenance optical fiber 21 Control circuit 22 PD
23 Control unit 24 VCO
25 Electric amplifier

Claims (6)

レーザー共振器を構成する光ファイバー型モードロックレーザーにおいて、
前記レーザー共振器内部に発生している連続波の光を変調する変調器と、
前記変調器により変調された光から種パルスを生成する生成部と、
前記連続波の光及び種パルスを通過させる偏波保持光ファイバーと、
前記連続波の光及び種パルスを増幅する光増幅部と、
前記連続波の光及び種パルスを分散制御する分散制御部と、
前記連続波の光及び種パルスの光強度の弱い成分を減衰させる可飽和吸収部と、
前記連続波の光及び種パルスの光強度を検出する検出器と、
前記変調器に印加する高周波信号を発生するVCOと、
前記検出器により検出された光強度に基づいて、前記高周波信号を制御し、前記変調器の繰り返し周波数と前記レーザー共振器の共振周波数とを同期させ、光パルスを生成させ、当該生成された光パルスを確認して前記変調器の動作を停止させる制御部と、
を備える光ファイバー型モードロックレーザー。
In the optical fiber type mode-locked laser that constitutes the laser resonator,
A modulator that modulates continuous wave light generated inside the laser resonator;
A generator for generating a seed pulse from the light modulated by the modulator;
A polarization-maintaining optical fiber that passes the continuous wave light and seed pulse;
An optical amplifier for amplifying the continuous wave light and seed pulse;
A dispersion controller for controlling dispersion of the continuous wave light and the seed pulse;
A saturable absorber that attenuates the light component of the continuous wave and the light intensity of the seed pulse; and
A detector for detecting the light intensity of the continuous wave light and the seed pulse;
A VCO that generates a high-frequency signal to be applied to the modulator;
Based on the light intensity detected by the detector, the high-frequency signal is controlled, the repetition frequency of the modulator and the resonance frequency of the laser resonator are synchronized , an optical pulse is generated, and the generated light A control unit for confirming a pulse and stopping the operation of the modulator;
An optical fiber type mode-locked laser.
前記制御部は、
前記検出部により検出された光強度に基づいて、前記光パルスの生成を確認する請求項1に記載の光ファイバー型モードロックレーザー。
The controller is
The optical fiber type mode-locked laser according to claim 1, wherein the generation of the light pulse is confirmed based on the light intensity detected by the detection unit.
前記制御部は、
前記高周波信号をFM変調させる請求項1又は2に記載の光ファイバー型モードロックレーザー。
The controller is
The optical fiber mode-locked laser according to claim 1 or 2, wherein the high-frequency signal is FM-modulated.
レーザー共振器を構成する光ファイバ型モードロックレーザーのモードロック制御方法において、
前記レーザー共振器内部に発生している連続波の光を変調器により変調する工程と、
前記変調器により変調された光から種パルスを生成部により生成する工程と、
前記連続波の光及び種パルスを偏波保持光ファイバーにより通過させる工程と、
前記連続波の光及び種パルスを光増幅部により増幅する工程と、
前記連続波の光及び種パルスを分散制御部により分散制御する工程と、
前記連続波の光及び種パルスの光強度の弱い成分を減衰させる可飽和吸収部により生成する工程と、
前記連続波の光及び種パルスの光強度を検出器により検出する工程と、
前記変調器に印加する高周波信号をVCOにより発生する工程と、
前記検出器により検出された種パルスの光強度に基づいて、前記高周波信号を制御し、前記変調器の繰り返し周波数と前記レーザー共振器の共振周波数とを同期させ、光パルスを生成させ、当該生成された光パルスを確認して前記変調器の動作を停止させる制御工程と、
を含む光ファイバー型モードロックレーザーのモードロック制御方法。
In a mode-locking control method of an optical fiber type mode-locked laser constituting a laser resonator,
Modulating a continuous wave light generated inside the laser resonator with a modulator;
Generating a seed pulse from the light modulated by the modulator by a generator;
Passing the continuous wave light and seed pulse through a polarization maintaining optical fiber;
Amplifying the continuous wave light and seed pulse by an optical amplifier;
Dispersion control of the continuous wave light and seed pulse by a dispersion controller;
Generating by the saturable absorber that attenuates the weak component of the light of the continuous wave and the seed pulse; and
Detecting the continuous wave light and the light intensity of the seed pulse with a detector;
Generating a high frequency signal to be applied to the modulator by a VCO ;
Based on the light intensity of the seed pulse detected by the detector, the high-frequency signal is controlled, the repetition frequency of the modulator and the resonance frequency of the laser resonator are synchronized, and an optical pulse is generated. A control step of confirming the generated light pulse and stopping the operation of the modulator;
A mode-locking control method for an optical fiber type mode-locking laser.
前記制御工程は、
前記検出部により検出された光強度に基づいて、前記光パルスの生成を確認する請求項4に記載の光ファイバー型モードロックレーザーのモードロック制御方法。
The control step includes
5. The mode lock control method for an optical fiber type mode-locked laser according to claim 4, wherein the generation of the light pulse is confirmed based on the light intensity detected by the detection unit.
前記制御工程は、
前記高周波信号をFM変調させる請求項4又は5に記載の光ファイバー型モードロックレーザーのモードロック制御方法。
The control step includes
6. The mode lock control method for an optical fiber mode-locked laser according to claim 4, wherein the high-frequency signal is FM-modulated.
JP2008087870A 2008-03-28 2008-03-28 Optical fiber type mode-locked laser and method for controlling mode lock of optical fiber type mode-locked laser Active JP5306684B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008087870A JP5306684B2 (en) 2008-03-28 2008-03-28 Optical fiber type mode-locked laser and method for controlling mode lock of optical fiber type mode-locked laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008087870A JP5306684B2 (en) 2008-03-28 2008-03-28 Optical fiber type mode-locked laser and method for controlling mode lock of optical fiber type mode-locked laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009245994A JP2009245994A (en) 2009-10-22
JP5306684B2 true JP5306684B2 (en) 2013-10-02

Family

ID=41307594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008087870A Active JP5306684B2 (en) 2008-03-28 2008-03-28 Optical fiber type mode-locked laser and method for controlling mode lock of optical fiber type mode-locked laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5306684B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108539570A (en) * 2017-03-01 2018-09-14 中兴通讯股份有限公司 A kind of generation method and device of light pulse signal
KR102536662B1 (en) * 2022-11-23 2023-05-26 국방과학연구소 High repetition laser pulse train generating device and phase modulator comprising the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3191843B2 (en) * 1994-06-29 2001-07-23 日本電信電話株式会社 Laser pulse oscillator
US5450427A (en) * 1994-10-21 1995-09-12 Imra America, Inc. Technique for the generation of optical pulses in modelocked lasers by dispersive control of the oscillation pulse width
JP3089253B2 (en) * 1999-02-18 2000-09-18 郵政省通信総合研究所長 Regeneration mode-locked laser using Fabry-Perot filter
JP2004356367A (en) * 2003-05-29 2004-12-16 Aisin Seiki Co Ltd Method and apparatus for mode lock detection
JP2006324613A (en) * 2005-05-17 2006-11-30 Alnair Labs:Kk Passive mode-locking short pulsed light fiber laser and scanning pulsed laser

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009245994A (en) 2009-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3430471B1 (en) Optical comb carrier envelope-offset frequency control using intensity modulation
US7602825B1 (en) Tunable passively mode-locked lasers with phase-lock feedback for low timing jitters
GB2369486A (en) A mode locked laser
CA2574111A1 (en) Generation of radiation with stabilized frequency
US6957019B2 (en) Stabilized optical pulse generator
GB2307591A (en) Mode-locked laser
JP2008251723A (en) Pulse laser light source
JP3441938B2 (en) Optical pulse generator
JPWO2005083502A1 (en) Optical clock extraction apparatus and method
US20030016347A1 (en) Optical sampling waveform measuring apparatus
WO2015049106A2 (en) Laser source
JP5306684B2 (en) Optical fiber type mode-locked laser and method for controlling mode lock of optical fiber type mode-locked laser
JP4782889B1 (en) Repeat frequency control device
JP6021134B2 (en) Optical resonator system
KR100545778B1 (en) Apparatus and method for equalizing pulse amplitude in rational aberration harmonic mode-locked semiconductor fiber laser
JP2006179779A (en) Double frequency stabilization mode synchronization laser light source
KR102603290B1 (en) Generation system of light-modulated laser pulse
Bekal et al. Characterization of regenerative stabilized actively mode-locked fiber laser incorporating a saturated amplifier in feed-back chain
US20240120698A1 (en) System and method for generating a light pulse with sub-picosecond duration that is duration and/or repetition frequency adjustable
Yu et al. Photonic microwave oscillator using mode-locked laser as the high Q resonator
Yan et al. Stretched-pulse mode-locking synchronously triggered by a femtosecond master laser at sub-megahertz repetition rate
JPH11121845A (en) Mode locking laser beam source
Togashi et al. Stable operation of all polarization maintaining optical frequency comb based on Er-doped fiber laser with carbon nanotube
He et al. High-repetition-rate optical pulses generation using a phase-modulator-based optoelectronic oscillator
Yu et al. Frequency stabilization of the coupled opto-electronic oscillator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110301

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121003

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121009

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121210

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130305

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130507

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130626

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5306684

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350