JP6849616B2 - モード同期の超短パルスファイバレーザによる光パワーおよび放射スペクトル線の安定化のための方法およびデバイス - Google Patents
モード同期の超短パルスファイバレーザによる光パワーおよび放射スペクトル線の安定化のための方法およびデバイス Download PDFInfo
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Description
本願は、2015年6月30日にロシアの経済省外国投資促進センター(FIPC: Foreign Investment Promotion Center)に出願したロシア特許出願第2015125953号の継続出願である。
構造が比較的簡単であり、
合計の空洞分散、共振器長およびファイバタイプに依拠して様々な動作様式があり、
約100フェムト秒の超短広帯域パルスが生成され、中心波長が、イッテルビウム(Yb)の発光ピークに相当する1.06nm、エルビウム(Er)の発光ピークに相当する1.55nm、およびツリウム(Tm)の発光ピークに相当する1.9nmと短く、
しかも自己始動である、といった利点がある。
中心波長が1550nmの狭いスペクトル線放射によって特徴づけられた、空洞の連続した動作モードに対応する、(パルス生成様式における連続パルスの中間の)直流(DC)成分と、
スペクトル線幅が約20nmであってパルス持続時間が約200フェムト秒である、20〜100MHzの範囲のパルス繰返し率(光がリング共振器を1往復する時間をτとしたとき、1/τに等しい)のモード同期の動作に関連づけられた交番する高周波成分と、
モード同期状態の安定性に関連した緩和低周波数成分であって、50〜100kHzの周波数範囲で検知され、DC成分にも依拠する緩和低周波数成分とを含む、周波数依存の信号成分にさらに変換される。
2 レーザ媒体
3 ダイオードレーザ
4 偏光コントローラ
5 偏光コントローラ
6 CPU
7 全スペクトル帯域幅
8 連続発生の中心周波数を含まない範囲
9 単一モードファイバ
10 リング発振器
11 電気的チャネル
11' 電気的チャネル
12 駆動回路
12' 駆動回路
13 入力ファイバカプラ
14 光チャネル
15 光チャネル
16 光チャネル
17 ファイバスプリッ
18 出力カプラ
19 光スペクトルアナライザ
19' フィードバックループのチャネル
20 光電子コンバータ
21 フィードバックループのチャネル
22 アナログ-デジタルコンバータ
23 帯域通過フィルタ
24 光電子コンバータ
25 アナログ-デジタルコンバータ
Claims (15)
- 光の非線形偏光回転(NPR)に基づく、モード同期の広帯域超短光パルスファイバ発振器であって、
それぞれが広範囲の周波数を有する超短光パルス列を生成するように動作し、少なくとも1つの光偏光コントローラユニットを含む単方向ファイバリング共振器と、
前記リング共振器から取り出された光の一部分を受け取る光電子制御フィードバックループであって、広範囲の周波数を有する前記取り出された部分の第1のフィルタリングされていない部分を受け取る第1の制御チャネルと、前記広範囲の周波数内からフィルタリングされた狭い範囲の周波数を有する前記取り出された部分の第2のフィルタリングされた部分を受け取る第2の制御チャネルとの少なくとも2つの制御チャネルを有し、前記制御フィードバックループが、前記受け取った第1のフィルタリングされていない部分と第2のフィルタリングされた部分とを評価して、所定の基準が満たされない場合には制御信号を出力するように構成され、前記少なくとも1つの光偏光コントローラユニットが、前記制御信号を受け取り、それに応答して、前記基準が満たされるように、前記ファイバリング共振器の内部を循環する前記超短光パルスの偏光状態を変化させるように動作する制御フィードバックループとを備える、モード同期の広帯域超短光パルスファイバ発振器。 - 前記光電子制御フィードバックループが、前記第1および第2の制御されたチャネルに対して並列の、前記取り出された部分の第3のフィルタリングされていない部分を受け取る第3の制御チャネルを用いて構成されており、前記第3のチャネルが光スペクトルアナライザを含み、前記光スペクトルアナライザが、前記受け取られた第3の部分を処理して、前記第3のフィルタリングされていない部分の、DC成分と、パルス繰返し率に対応し、モード同期様式を示す高周波成分との、それぞれの相対的強弱度を判定するように動作する、請求項1に記載のモード同期の超短パルスファイバ発振器。
- 前記光電子制御フィードバックループが、
前記取り出された光部分の前記第1のフィルタリングされていない部分をDC電圧信号に変換するように構成されて第1の制御チャネルに結合された第1の光電子コンバータ、および前記取り出された光部分の前記第2のフィルタリングされた部分をDC電圧信号に変換するように構成されて第2の制御チャネルに結合された第2の光電子コンバータと、
前記DC電圧信号を受け取って、それらをそれぞれの基準値と比較するように動作する中央処理装置(CPU)であって、前記比較によって前記所定の基準が満たされない場合、前記ファイバリング共振器の内部を循環する前記光の前記偏光状態を前記所定の基準が満たされるまで動的に変化させる前記少なくとも1つの光偏光コントローラユニットに結合される制御信号を出力するCPUと、
それぞれ第2の制御チャネルおよび追加の制御チャネルに結合された少なくとも1つまたは複数の帯域通過光フィルタとをさらに備える、請求項1に記載のモード同期の超短パルスファイバ発振器。 - 前記所定の基準が、前記取り出された部分の前記第1のフィルタリングされていない部分のパワーに比例する前記受け取られたDC電圧信号の大きさと、前記取り出された部分の前記第2のフィルタリングされた部分のパワーに比例する前記受け取られたDC電圧信号の大きさとの間の、事前設定の差と、所望のスペクトル帯域幅を表すそれぞれの基準値とを含む、請求項3に記載のモード同期の超短パルスファイバ発振器。
- 前記第1の光電子コンバータおよび前記第2の光電子コンバータの少なくとも一方または両方がそれぞれの比較器を含み、前記比較器が、前記CPUに結合される離散的電気信号を生成するように動作し、前記CPUが前記結合された電気信号をカウントするように動作する、請求項3に記載のモード同期の超短パルスファイバ発振器。
- 前記ファイバリング共振器が、前記少なくとも1つの光偏光コントローラユニットと直列に光学的に結合されたアクティブな単一モードファイバおよびパッシブな単一モードファイバと、前記少なくとも1つの光偏光コントローラユニットと直列に結合された単方向光アイソレータと、前記アクティブなファイバに対して光学的に結合された入力ファイバの波長分割マルチプレクサ(WDM)と、前記ファイバリング共振器から光の一部分を取り出す出力ファイバカプラであって、前記光の一部分が前記制御チャネルの間で分割される出力ファイバカプラとを用いてさらに構成されている、請求項1に記載のモード同期の超短パルスファイバ発振器。
- 前記アクティブなファイバに結合されるポンプ光を生成する光ポンプをさらに備え、前記光ファイバが、希土類金属、遷移金属およびこれらの金属の組合せから選択されたイオンでドープされている、請求項6に記載のモード同期の超短パルスファイバ発振器。
- 前記光電子制御フィードバックループが、前記制御信号を受け取って前記少なくとも1つの光偏光コントローラユニットに結合される複数の電流信号を出力するように動作する、前記少なくとも1つの光偏光コントローラユニットの駆動回路をさらに備える、請求項1に記載のモード同期の超短パルスファイバ発振器。
- 前記光電子制御フィードバックループは、それぞれが追加の帯域通過スペクトルフィルタを含む多数の追加的制御チャネルを用いてさらに構成されており、前記追加の帯域通過スペクトルフィルタが、前記広範囲の周波数内から、前記第2の制御チャネルで抽出されるのとは異なる別の狭い範囲を抽出するように動作し、前記帯域通過フィルタのそれぞれが2〜3nmの通過帯域を有し、所望の中心波長における前記超短光パルスのそれぞれが、10〜30nmの範囲のスペクトル帯域幅を有する、請求項3に記載のモード同期の超短パルスファイバ発振器。
- 前記ファイバリング共振器が、前記ファイバリング共振器における偏光の状態を楕円に変換するための第2の偏光コントローラユニットまたは特別に配向された偏光保持ファイバ、および前記第2の偏光コントローラユニット用の追加の駆動回路をさらに備える全PMファイバリング共振器である、請求項1に記載のモード同期の超短パルスファイバ発振器。
- NPRに基づくファイバリング発振器のモード同期様式を安定させる方法であって、
広いスペクトル帯域幅を規定する広範囲の周波数を有する光の一部分を、ファイバリング共振器から、第1および第2の制御チャネルへ取り出すステップであって、前記第1および第2の制御チャネルが前記取り出された部分のそれぞれの部分を導く、ステップと、
前記第1の制御チャネルにおいて導かれた前記部分の前記スペクトル帯域幅からある範囲を抽出し、前記第2の制御チャネルに沿ってフィルタリングされていない他の部分を導き続けるステップと、
前記フィルタリングされた部分と前記フィルタリングされていない部分とを評価するステップと、
前記評価が所定の基準を満たさなければ制御信号を生成するステップと、
前記フィルタリングされた部分と前記フィルタリングされていない部分の評価が、出力超短パルスの所望の均一なパワーおよび広いスペクトル帯域幅を示す所定の基準を満たすまで、前記制御信号に応答して前記ファイバリング共振器における偏光状態を動的に調整するステップとを含む、方法。 - 前記取り出すステップが、前記取り出された部分を、第3の制御チャネル以上の制御チャネルに沿って導かれる少なくとも1つの追加の部分へと分割するステップと、
前記第3の制御チャネルにおける前記光の取り出された部分のDC成分および高周波成分の強度を判定するステップであって、前記高周波成分がパルス繰返し率を表し、前記ファイバリング共振器の様式がパルス様式に切り換わったとき、前記パルス繰返し率が増加して前記DC成分が減少するステップとを含む、請求項11に記載のモード同期様式を安定させる方法。 - フィルタリングされていない部分とフィルタリングされた部分のそれぞれのスペクトルの帯域幅を測定するステップと、前記測定の結果をそれぞれのDC電圧に変換するステップとをさらに含む、請求項11に記載のモード同期様式を安定させる方法。
- 前記評価が、前記フィルタリングされた部分と前記フィルタリングされていない部分を、それぞれの基準値と、前記それぞれの基準値との差が所定の範囲内に入るように比較するステップを含む、請求項11に記載のモード同期様式を安定させる方法。
- 前記ファイバリング共振器が、複数の偏光保持ファイバ要素を用いて構成されており、単一の偏光保持ユニットを含む、請求項11に記載のモード同期様式を安定させる方法。
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