JPH03229478A - モード同期レーザ装置 - Google Patents

モード同期レーザ装置

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JPH03229478A
JPH03229478A JP2024416A JP2441690A JPH03229478A JP H03229478 A JPH03229478 A JP H03229478A JP 2024416 A JP2024416 A JP 2024416A JP 2441690 A JP2441690 A JP 2441690A JP H03229478 A JPH03229478 A JP H03229478A
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篤 高田
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由明 山林
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    • H01S3/11Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超高速光伝送あるいは超高速光信号処理にお
いて必要とされる高繰り返しの超短光パルスを発生する
モード同期レーザ装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、光パルスの発生法として、(1)Qスイッチ法、
(2)半導体レーザ(LD)のゲインスイッチ法、(3
)モード同期法等が用いられてきた。
Qスイッチ法では、レーザ共振器内に音響光学変調素子
、電気光学変調素子等の光変調素子を挿入し、その光損
失が大きい状態から小さい状態に急速にスイッチするこ
とにより、ピークパワーの大きい光パルスを得る方法で
ある。発生された光パルスのパルス幅はレーザ共振器の
光周回時間の逆数程度に制限され、繰り返し周波数はレ
ーザ媒質の利得回復時間で制限される。したがって、N
d・YAGレーザ等の固体レーザではパルス幅数十ns
、繰り返し周波数、数十kHzに制限される。また、L
DのQスイッチ法においても、パルス幅10ps、繰り
返し周波数、数GHzに制限される。したがって、将来
の超高速光伝送、光信号処理において必要とされる、パ
ルス幅数ps、繰り返し周波数、数十GHzの光パルス
は発生できない。
ゲインスイッチ法では、半導体レーザにステップ電流を
注入したときに生ずる緩和振動の第1ピークのみを取り
出すために、幅Loops程度の短電流パルス、あるい
は数GHz以上の周波数の正弦波電流をLDに注入し、
光パルスを得る方法である。この方法においても、発生
されるパルス幅は10ps以上であり、繰り返し周波数
の上限も、LDの緩和振動周波数により決定され15G
Hz程度であるため上記の分野へは適用できない。
モード同期法では、レーザ共振器の縦モード間隔と等し
い周波数間隔で、かつ位相も等しい多数の発振モードを
発生させることによりそのフーリエ変換である光パルス
を得る方法である。周波数間隔が等しく同位相の縦モー
ドを発生させるために、能動モード同期法ではレーザ共
振器の縦モード間隔にほぼ等しい周波数にて共振器内に
挿入された光変調器を駆動し、受動モード同期法では、
レーザ共振器内に挿入された可飽和吸収体の光非線形効
果を用いる。モード同期法により発生される光パルスの
パルス幅は、レーザ媒質の利得帯域幅と光変調素子また
は可飽和吸収体の光応答速度等により決定され、光変調
素子または可飽和吸収体の応答速度が十分早ければ、レ
ーザ媒質の利得帯域幅のほぼ逆数となる。したがって、
Nd:YAG等の希土類を添加した結晶を増幅媒質とす
るレーザ等でパルス幅数子ps、 Ndニガラス、Er
添加ファイバ等の希土類添加アモルファスのレーザでパ
ルス幅数pS+色素レーザで数十fs、半導体レーザで
0.1ps程度の光パルスを発生させることができる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、モード同期法による光パルスの繰り返し
周波数はレーザ共振器の光周回時間のほぼ逆数に決まる
ため、色素レーザ、固体レーザ等では高々数100MH
zに留まる。半導体レーザのモード同期では活性媒質長
が短いためレーザ共振器長を短(できるが、高周波変調
に必要な光変調器をレーザ共振器中に挿入すると、共振
器長はおよそ5cm以上となり、繰り返し周波数は高々
数GHzに留まる。この点を解決するため、従来、高調
波モード同期法が考えられている。これは、基本縦モー
ド間隔(レーザ共振器内光周回時間の逆数)の自然数倍
の周波数(高調波)でレーザ共振器内の光変調を行う方
法である。この方法では、光変調さえ行うことができれ
ば、原理的には繰り返し周波数の上限はパルス幅の逆数
程度である。ところが、この方法では、レーザ共振器内
に複数の光パルスが存在するため、光増幅媒質内での光
パルスの衝突が起こり、パルス間の相互作用によるモー
ド競合が生じる。これにより、出力光パルスのビークパ
ワー変動等の不安定性が強まるといった問題点がある。
しかもまた、各パルス間の位相の相関がないため、コヒ
ーレンス長が短くなるという問題もある。
本発明は、上述の問題点を鑑みてなされたものであり、
その目的とするところは、前述のような光パルス発生法
における光パルスのピーク値変動を回避して、幅数ps
以下で、かつ繰り返し周波数数十GHz以上の光パルス
を安定に発生させるモード同期レーザ装置を提供するこ
とにある。
[課題を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明は、光増幅媒
質と光変調手段とを含むレーザ共振器を有し、該レーザ
共振器における光周回時間の逆数の自然数倍にほぼ等し
い繰り返し周波数で前記光変調手段を駆動するモード同
期レーザ装置において、前記レーザ共振器内の光周回通
路に、前記光変調手段の駆動周波数と等しい周期の透過
特性を有する周期透過形光フィルタを配置したことを特
徴とする特 〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第1図および第2図は、それぞれ、レーザ共振器が線形
の場合、およびリング型の場合の本発明実施例の構成を
示す。第1図において、1は光増幅媒質、2は光変調手
段、3は光変調手段2の駆動源、4および5はミラー 
6は光増幅媒質1と光変調手段2との間のレーザ共振器
光路内に配置した周期透過形光フィルタである。ここで
、光増幅媒質1からの出射レーザ光をフィルタ6を介し
て光変調手段2により変調し、その変調出力光をミラー
5で反射させ、再び逆の経路を経て光増幅媒質1に入射
して光増幅し、さらに他方のミラー4で反射させ、以て
光をミラー4と5との間で周回させ、最終的に出力パル
ス光をミラー5より取り出すようにして、線形のレーザ
共振器を構成する。
駆動源3は、レーザ共振器における光周回時間tの逆数
(+/llの自然数(N1倍にほぼ等しい繰り返し周波
数f =N/l LHz]で光変調手段2を駆動する。
フィルタ6は、第3図(B)に示すように、上記繰り返
し周波数fに等しい周期の透過特性をもつ。
第2図において、第1図に対応する部分には第1図と同
一符号を付す。ここでは、リング型レーザ共振器を構成
しており、光増幅媒質lと光変調手段2と周期透過形フ
ィルタ6との間で光を周回させるために、ミラー7.8
および9をこれら各部1と2,2と6および6と1の各
間に配置し、出力パルス光をミラー7より取り出す。
第1図および第2図に示した本発明モード同期レーザ装
置の動作を第3図(A)、(B)および(C)を参照し
て説明する。
第3図(Alは、従来の高調波モード同期による光パル
スのパワースペクトルを示したものである。レーザ共振
器の光周回時間をt、光変調手段の駆動周波数fを3/
l、すなわち、基本周波数の3倍高調波の周波数にて駆
動しているとした。このとき、3個おきの各縦モードの
グループA、 B、 Cは、変調器による相互注入効果
により、位相の同期がとれている。したがって、図示し
ているように、各縦モードは互いに位相相関の無い3つ
のグループA、 B、 Cに分類される。このとき、光
増幅媒質のレーザ共振器内での位置や空間的占有率、利
得飽和のパラメータ等により、各グループが同時に位相
の相関なく発振したり、あるいは競合したりする。した
がって、そのフーリエ変換である出射パルスに、ランダ
ムなピーク値変動が生じる。
これに対して、本発明では、第3図CB)に示すような
透過特性を有し、駆動周波数と等しい周期fの周期透過
形光フィルタ6をレーザ共振器内に挿入するので、ただ
1つの位相同期した縦モードのグループのみがこのフィ
ルタ6による損失を生じることなく出力され、他の2つ
のグループは強い損失を被り、はとんど出力されない。
したがって、本発明では、周期fの間隔で、位相が同期
したモードのみが選択的に発振するため、安定な光パル
スを得ることができる。
第4図は、本発明のさらに詳細な実施例の構成を示す。
ここで、光増幅媒質1としてはエルビウム(Er″′″
)を濃度300ppmにて添加した長さ9mの偏波面保
存シングルモード光ファイバ(EDF) 、光変調手段
2としては、Ti拡拡散LiNbO3結晶マツハツエン
ダ型電気光学光強度変調器EOM) 、周期透過形光フ
ィルタ6としてはファブリベロー干渉計を利用し、偏波
面保存シングルモードファイバを用いたリングレーザ共
振器を構成した。さらに、11は光ファイバ1を励起す
るための半導体レーザであり、この半導体レーザ11か
らの出力光をダイクロイックミラー12からさらに光ア
イソレータ13を介して光ファイバ1に導(。光ファイ
バ1からの出射光を光アイソレータ14を経てファブリ
ペロ干渉計6から光強度変調器にて導く。変調器2から
の出力光を分岐比1対5の出力用ファイバカップラ15
を経てダイクロイックミラー12に戻すと共に、このカ
ップラ15から比力パルス光を取り出す。16.17゜
18.19は、各部14と6.6と22と15.15と
12との間にそれぞれ配置した光ファイバである。
ここで、右回り発振光と左回り発振光のレーザ媒質中で
の相互作用による不安定性を取り除くために、レーザ共
振器中に光アイソレータ13および14を挿入し、単方
向発振を得ている。発振波長は、1.553μmである
。リング長は、EDFIの長さにEOM2、フィルタ6
、アイソレータ13.14等の光構成部品の長さが加わ
るため10mとなる。したがって、光周回時間は50n
s、基本縦モード間隔は20MHzである。励起光は半
導体レーザ11からの発振波長0.98μm、出力パワ
ー50mWの半導体レーザ光であり、波長分割多重形光
ファイバカップラを用いて、EDFIに結合している。
このとき、EDFIの、波長1゜552μmの信号光に
対する単一通過利得は25dB、3dB飽和出力パワー
は10mWである。EOM2の変調帯域幅は、現状でも
進行波形電極構成でDCから20GHz、共振電極を利
用した狭帯域形変調器では光応答周波数60GHz程度
のものが可能である。ここでは、中心周波数20GHz
、長さ20mmのストリップ線路形共振電極を装荷した
半波長電圧10VのEOMを用いた。駆動正弦波電圧の
振幅値(peak to peaklを20■とするこ
とにより、40GHzの光応答周波数を得ることができ
る。基本周波数が20MHzであるため、2000倍高
調波にてモード同期を行う。したがって、互いに位相同
期した縦モードのグループが2000個独立に発振する
。このうち1つのグループのみを選択的に発振させるた
めには、フィネス2000、キャビティ長3.75mm
、フリースベクトル幅40GHzのファブリベロー干渉
計を用いればよい。
その結果、繰り返し周波数40GHz、パルス幅5ps
、平均出力2mW程度の光パルスが得られる。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、レーザ共振器内
に光変調手段の駆動周波数と等しい同期の透過特性をも
つ周期透過形光フィルタ配置することによって、繰り返
し周波数数十GHz以上の超短光パルスをレーザ共振器
長の制限なく発生させることができる。したがって、本
発明は、超高速光伝送、光信号処理等へ応用してきわめ
て有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図、 第2図は本発明の他の実施例を示す図、第3図(A)、
 (B)および(C)は本発明の詳細な説明するための
パワースペクトル図、 第4図は本発明のさらに他の実施例を示す図である。 l・・・光増幅手段、 2・・・光変調手段、 3・・・駆動源、 4.5・・・ミラー 6・・・周期透過形光フィルタ、 7.8.9・・・ミラー 11・・・励起用半導体レーザ、 12・・・グイクロイックミラー 13、14・・・光アイソレータ、 15・・・出力用ファイバカップラ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)光増幅媒質と光変調手段とを含むレーザ共振器を有
    し、該レーザ共振器における光周回時間の逆数の自然数
    倍にほぼ等しい繰り返し周波数で前記光変調手段を駆動
    するモード同期レーザ装置において、前記レーザ共振器
    内の光周回通路に、前記光変調手段の駆動周波数と等し
    い周期の透過特性を有する周期透過形光フィルタを配置
    したことを特徴とするモード同期レーザ装置。
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