JPH05506964A - 光導波体レーザ - Google Patents

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】 先導波体レーザ 本発明は、先導波体レーザ、特にソリトンレーザに関するものである。

超高速光パルス源は将来の高ビツト速度電気通信システムの重要な構成素子であ り、特にソリトンパルス源は長距離高ビツト速度システムに役立つと認識されて いる。現在、１゜５５μｍのシリカ光フアイバ伝送窓におけるソリトンの伝播に 対してピコ秒の光パルスおよび十分なビークパワーを有するソリトンの発生が必 要とされている。

ソリトンパルスはチャーブおよび位相の両雑音のかなり大きい影響に対して強い が、そのようなパルスの発展は連続的に広がる背景成分に重畳されたエネルギの 小さいソリトンを残すような放射を伴う。この分散放射はソリトンビット間の相 互作用を上昇することが可能なので、システムの情報容量を制限できる。したが って、理想的なソリトンソースは伝送ファイバの基本ソリトンパルスと適応する 時間、スペクトル、およびパワー特性を有するピコ秒期間パルスを与える。　′ ピコ秒パルスを発生する１つの方法は文献（“Ｍａｄξ−１ｏｃｋ−ｅｄ　ｅｒ ｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ　ｆｉｂｅｒ　１ａｓｅｒ　ｗＮｈ　５ｏｌｉｔｏｏ　ｐ ｕｌｓｅ　５ｈａｐｉＢ”Ｊ、　Ｄ、　Ｋａｆｋａ氏、Ｔ、Ｂａｅｒ氏、および り、Ｗ、ＨｇＩ２氏、０ｐｔｉｃｓ　Ｌｅｊ−１ｅｒ５　１４　Ｎ’　２２　（ １９８９年１１月）　、１２６９乃至１２７１頁）に記載されている。モード固 定エルビウムドープファイバレーザは利得ファイバ、集積変調器、および長さ２ ｋｍの電気通信ファイバのような長さが７０ｍのエルビウムドープファイバを備 えているリングレーザの形態をとる。電気通信ファイバはレーザによって生成さ れたパルスに対しである程度のソリトンパルスの成形を与える。

本発明によると、レーザは導波体に伝播するソリトンがレーザの増幅期間よりも 長いソリトン期間を有するように動作された光利得を与えることが可能な材料に よってドープされたソリトン支持導波体を含む。

グループ遅延分散（正でも負でもよい）の影響、すなわち光強度による導波体の 屈折率の変化をパルスが相殺できるように十分でなければならない。これはソリ トン形成の基本的メカニズムである。

パルスは１００％および４％の反射率の反射体を有するレーザによってピークパ ワーの大きいエクスカーションを経験するが、例えば、レーザが本発明にしたが って動作されるときソリトン特徴の安定した解決法が設けられる。

レーザは所定の時間で且つパルスが基本的にモード固定されるようなパルス繰返 し速度でレーザ中を伝播する最大で５つのパルスが設けられるように動作される ことが好ましい。

ポンプパワーを調節することにより所定の光導波体レーザに対して調節可能なパ ルスエネルギの値は臨界的でない。以下説明するように、低レベルのペデスタル 成分はエネルギが高過ぎる場合に導入される。

レーザはリングレーザとして構成されることが好ましい。

通常、レーザは初期パルスを形成するモード固定レーザであり、初期パルスはそ れから真のソリトンパルスになる。パルスをシードする方法は本発明の必須の要 素でなく、自己のシードも含めて他の方法も使用できる。

本発明は一般に先導波体に適用可能であり、その場合光”は一般に可視領域とし て知られている電磁スペクトル部分以外にも、並びに光ファイバのような誘電体 先導波体により伝送可能な可視領域の各端部における赤外線および紫外線領域部 分も含むことを意味する。

本発明は一般にシリカ光ファイバの１８５μｍの伝送窓を使用する長距離光通信 システムに特に適用される。したがって、先導波体は１．５２乃至１．５８μｍ の波長範囲にわたって非常に効率的な動作を有するエルビウムドープ光ファイバ を含み、光フアイバネットワークに容易に結合されることが好ましい。

他のホストおよびドーパントが他のネットワークの異なる伝送窓内で使用され、 または実験のためのソリトンパルスの発生に対して使用されることができること が認識される。

１４８０ｎｍまたは９８０ｎｍのエルビウムファイバレーザの半導体ダイオード ポンプはダイオードポンプ周波数２重ＹＡＧレーザによってポンプすると共に行 われる可能性がある。

本発明の実施例を添付図面を参照して例示としてのみ以下説明する。

図１は本発明のエルビウムファイバソリトンレーザの概略図である。

図２および図３は図１のレーザの入射ポンプパワーおよび出力パワーのグラフで ある。

図４乃至図６は異なる動作条件における図１のレーザの出力の自動相関トレース のオシログラフである。

図７は１／１２　（ｐｓ’）の関数として短いパルス成分のＰ　（Ｗ）のグラフ である。

ｅａｋ 図８は入力エネルギに対して正規化された１４ｄＢの出力結合に対する増幅期間 のソリトンパルスのエネルギプロファイルのグラフである。

図９は（ａ）３ｄＢ、（ｂ）６ｄＢ、および（Ｃ）　１４ｄＢの出力結合に対す るＬ　／　Ｚ　ｏの関数として単一の増幅期間後にＮ−１のソリトンに対するパ ルス領域δＳの変化のグラフである。

図１０　（ａ）および図１０（ｂ）は２０ｋｍ　（１０００増幅期間）の距離に わたって伝播するＬ／Ｚｏ−０，０２６およびｌｋｍの距離にわたって伝播する Ｌ／Ｚｏ−１，９３の数値シミュレーションの結果のグラフである。

図１１は本発明を用いるファイバリングレーザの概略図である。

図１２（ａ）および図１２（ｂ）は図１１のレーザの出力の自動相関トレースの グラフである。

図１を参照すると、ソリトンレーザは２．５μｍのコア半径および０．０１５の コアクラッド屈折率差を有する１１０ＯｐｐｍのＥｒ３＋ドーピングレベルを有 する長さ１０ｍの５ｉＯ２−Ａ１２０３−Ｐ２０５光ファイバ母体２を具備する 。

ダイクロイックビームスプリッタ４はモード固定ｃｗＮｄ：ＹＡＧレーザ６の周 波数２倍出力からの５３２ｎｍのポンプ放射をファイバ２の端部１０に隣接する 覆われていない顕微鏡対物レンズ８を経て１．５５μｍのエルビウムレーザ出力 の高い（〜９０％）処理出力と結合することを許容する。

ファイバ２の端部ｌＯは、約４％の出力反射体を形成するために研磨され、一方 公称１００％反射鏡１２はレーザ共振器を形成する。

１．５５μｍにおける伝送に適したファイバ２の端部１６に隣接する別の顕微鏡 対物レンズ１４は、厚さが１ｍｍのシリコンフィルタ１８および反射鏡１２に接 近して配置されたニオブ酸リチウムモード固定器２０にファイバ端部１６に存在 する光を集束して導くために使用された。フィルタ１８はモード固定器２０に対 する光屈折損傷を阻止するために残留ポンプ光を遮断する。

反射鏡１２は帯域幅制限および同調性を与える格子と交換されることができる。

ファイバ２の端部１６からの反射は研磨された５°の角度の表面を形成すること によって実効的に抑制された。ブロックとファイバの境界をブリッジする屈折率 整合ゲル１９と共にファイバ端部１６に近接するシリカブロック１７を配置する ことによってさらに抑制が行われた。レーザ空洞長の精密な調節は反射鏡１２を 正確な変換段２２上に取付けることによって行われた。

モード固定器２０は４２０ＭＨｚに同調された共振ＬＣ回路内に取付けられたブ ルースター角度の３Ｘ３Ｘ１０ｍｍのニオブ酸リチウムスラブを具備し、２０ｐ ｓ程度の短いパルスを発生するためにＮｄ＋３フアイバレーザによって使用され た文献（“ＬＡＳＥＲ５”　、Ａ、　Ｅ、　Ｓｉｅｇｍａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉ ｔ７５ｃｉｅｎｃｅＢｏｏｋｓＩＳＢＮ　０−９３５−７０２−１１−５　）に 記載された位相変調方式によってレーザをモード固定するために使用する。

ファイバ偏光制御装置２４は変調器に入射された光の偏光を最適にするために含 まれている。

モード固定されたレーザの出力パルス期間は標準の共通な直線ではない第２高調 波自動相関技術を使用して記録された。

スペクトルデータは走査格子分光光度計（図示せず）を使用して記録された。出 力パワーはサイエンチク（Ｓｃｉｅｎｔｅｃｈ　）３６２パワー計によって測定 され、レンズ８およびビームスプリッタ４の結合の既知の伝送特性に対して補正 された。

Ｅｒ＋３イオンの上部状態寿命は長い（９，８ｍ５）ので、ポンプパルス列Ｃ７ ６ＭＨｚの反復周波数で期間中〜−５０ｐｓ）は集積され、本質的にＣＷ水ポン プ同様である。

５３２ｎｍのポンプＣＷエルビウムレーザの性能は図２および図３のグラフに示 されている。これらの２つのグラフに示されたデータが得られた実験に対して、 １２００ライン２／ｍｍの金被覆された格子は図１の反射鏡１２およびモード固 定器２０と交換された。１００ｍＷを越えるパワーは図２に示されたように６０ ０ｍＷの推定入射ポンプパワーに対して１゜５２乃至１．５８μｍの範囲にわた って利用できた。約１゜５６μｍの同調曲線のピークにおいて、約１４０ｍＷの 出力は図３に示されているように得られた。格子に対して７０％の屈折率である とすると、予想最大勾配効率は約２６％である。これは図２から推測された２４ ％の勾配効率と良好に一致しており、５３２ｎｍにおける低い励起状態吸収の結 果である。

図１のエルビウムファイバレーザのモード固定動作が図４乃至図６に示され、こ の場合種々の条件下でのレーザ出力の巡の長さは２０ｍであるので、常に空洞中 に４０個未満のレーザパルスが存在する。レーザ共振器の内部に適切な帯域幅制 限素子、例えば複屈折同調器プレートを備えることによって、４０ｐｓから１５ ｐｓに低下するパルス期間範囲（ｓｅＣｈ２パルス形状であると仮定すると）は ０．５乃至１．０の時間帯域幅積ΔｔΔνによって生成された。短いパルスの高 い積はパルス成形過程における非線形現象の増加の役割を示す。

図４は０．５ｍｍの厚さの水晶複屈折同調器プレートによって得られた１７．３ ｐｓのパルス（ΔｔΔν）の自動相関トレースを示す。レーザの平均出力パワー は図２に示された特性によって保持されている。位相変調モード固定に対して予 想されるように、２組の４２０ＭＨｚのパルス列は位相変調のいずれかの端部に 対応して観察された。一方の組がエタロン同調によって（フィルタ１８を介して ）およびレンズ１４の焦点の精密な調節によって選択されることができる。さら に、これらの調節はレーザ帯域幅、すなわちパルス幅の制御を容易にした。

レーザ帯域幅制限が解除されるとき、さらにパルス圧縮が観察された。低出力パ ルス（５Ｗピーク以下）に対して、３乃至５ｐｓ範囲の期間は〜０．４の時間帯 域幅積によって記録された。しかしながら、ポンプパワーを増加することによっ て、２乃至３ｐｓのパルス期間は０，３乃至０，３５の範囲の時間帯域幅積によ って発生された。

図５は８．５ｍＷ　（６，９Ｗ）の平均（ピーク）パワーで記録された２、９ｐ ｓのパルスの自動相関を示す。５ｅｃｈ２パルス形状は自動相関に非常に良く適 合され、さらに測定されたΔｔΔシー０．３と調和している。これらのペデスタ ルのないパルスは基本のソリトンに対する適切な時間およびスペクトル特性を有 する。上述のファイバに対して同様のドーパントレベルおよびコア幾何学形状を 有するエルビウムファイバのフェムト秒の増幅の従来の作業は低い正のグループ 遅延分散と調和している。Ｄ−５ｐｓ／ｎｍ／ｋｒｎおよびＡ　−３０μｍ２と すると、３ｐＳのパルス幅に対して最ｆｆ 終ソリトンパワーｐｌ−ｏ、５Ｗが計算される。

これは測定された出力よりもかなり低いが、レーザ出力が分布された増幅内に生 じるエネルギ変化のピークに対応することが考えられるとき、差異は驚くべきこ とではない。

高出力パワーにおいて、パルス幅の十分な圧縮が観察されたが、低レベルのペデ スタル成分がはっきりと表れた。図６は４８ｍＷの平均パワーでのレーザの出力 を示す。自動相関およびスペクトル測定の両者から、〜５３％の出力エネルギは ペデスタル中にあると推測され、短い１．２ｐｓの成分に対して４４Ｗのビーク パワーを示した。ペデスタル領域においてでさえ、短い成分の自動相関およびス ペクトル測定は今もなお５ｅＣｈ２パルス形状と一致していることを注目すべき である。

図７において、ポンプパワーがペデスタル領域において増加されるにつれて出力 パワーの範囲にわたって記録されたデータのグラフが示されている。短い成分の ピークパワーは１／１２に直接比例することが示されている。これらの結果によ ってソリトン形成の概念にさらに重要性が付加される。

これらの結果と均質的広帯域レーザ媒体に対する標準の。

ＫｕｉｘｅｎｇａおよびＳｉｅｇｍａｎ　Ｆ　Ｍモード固定モデルの予想とを比 較することは有効である。ゼロ周波数の離調の場合において、依存するガウスパ ルス幅に導かれ、ここでｆ　は変調周波数ならば、〜５０ｐ　ｓの期間を有する チャーブな（ΔｔΔシ＝ｘＯ，４４）パルスが予想される。駆動周波数を離調す ることによって、モード固定されたパルスは圧縮され（〜３５ｐＳに）、ΔｔΔ シー０．４４になるようにチャーブでなくされることができる。モデルはこの実 験において観察されたパルス形状および期間の両者を不正確に予想することが明 らかである。

この観察を十分に説明するために、ファイバの非線形と分散の間の相互作用が行 われなければならないと思われる。グループ遅延分散が正である場合において、 ピコ秒期間５ｅｃｈ２パルス形状に対するソリトン状圧縮が生じることが予想さ れる。実際、実験のサンプルに類似するドーパントレベルとコア幾何学形状を有 するエルビウムファイバのフェムト秒パルス増幅は低い、正のグループ遅延分散 （λ０〜１．５μｍ）と調和している。

ここに示されているモデルにおいて、周期的に変化するパルスエネルギに関して 非線形シュレーディンガ一方程式（ＮＬＳＥ）を数値で解いた。レーザ形態に対 する粗近似値に関して、共振器に対する大きい集中損失出力結合（９６％の伝送 率）を正確に消去する分布利得（Ｇ〜１４　ｄ　Ｂ）が用いられた。２０ｍの増 幅期間Ｌ、すなわち共振器の周遊ファイバ長が選択された。さらに、エルビウム ファイバの分散シフト特性によって保持される低い正のグループ遅延分散Ｄ−５ ｐ　ｓ／ｎｍ／ｋｍが得られる。単純な均一の振幅利得係数Ｇはパルスエネルギ Ｅ−Ｅ、ｅ２Ｇｚになるように増幅期ｌ１ 間中仮定される。ここで、Ｅ　は入力エネルギであり、Ｚは１■ パルスがファイバに沿って伝播された距離である。

図８はコンピュータシミュレーションにおいて仮定されたパルスエネルギプロフ ァイルを示す。破線は平均エネルギＥに、パルス中の利得飽和の効果は無視され る。（ピコ秒パルスに対して、計算された飽和エネルギは　、２０μＪであり、 すなわち典型的な出力パルスエネルギよりも６桁大きい。）数値シミュレーショ ンの主な結果は次の通りである：安定した基本ソリトン伝播は増幅期間中の平均 エネルギＥ　が基ｖ 本ソリトンエネルギＥｌに等しく設定されるとき“長い”ソリトン期間（すなわ ちＺｏ＞＞Ｌ）の限界において達成される。したがって、入力パルスエネルギは 次の式によって設定２５）　、Ｅ、−０，１３４Ｅｌである。

ｎ 図９、図１０（ａ）および図１０（ｂ）はシミュレーションの本質的な結果を示 す。図９はＬ／Ｚｏの関数として単一の増幅期間後の基本ソリトン（上述のよう に計算されたＥｌｎ を有する）に対してパルス区域ＬＳにおける変化（均一に正規化された）を示す 。パルス領域（パルス振幅の絶対値の時間積分として限定された）は一般に真の ソリトンからの歪みの高感度指示として利用されている。明らかに、“長い”Ｚ 。

限界において、計算されたパルス歪みは無視できる程度に僅かである。これはま た図１０（ａ）に示されており、この場合２０ｋｍの全距離（，２６ソリトン期 間）にわたるシミュレーションはＬ／Ｚｏ−０，０２６および１４ｄＢの出力損 失（ｔ−，３ｐｓ）を示している。図９において、３ｄＢおよび６ｄＢの出力損 失に対して計算されたパルス歪みが示されている。予想の通りに、エネルギ偏差 の大きさを減少する（したがって、理想的な損失のない限界に接近する）ことに よって、パルス歪みは十分に減少されることができる。

長いソリトン限界における動作が好ましいが本発明の動作方式は以下説明するよ うにＺｏ＞Ｌに発展することに注目することは重要である。

レーザによって発生されたパルスに関連するソリトンパラメータを計算すること は有効である。３ｐｓのパルス、５ｐｓ　／　ｎ　ｍ　／　ｋ　ｍの分散および Ａ　−３０μｍ２の実効領域ｆｆ に対して、Ｚｏ−７０５ｍおよび基本ソリトンパワーＰｔ〜０．５Ｗが得られる 。明らかに、長いソリトン期間基準はＬ／　Ｚ　ｏ〜０．０３によって容易に満 たされる。しかしながら、計算された値Ｐｌは５Ｗの測定された出力パワーより もかなり少ない。これは図８により理解することができる。重要なソリトンパラ メータが図８の破線で示された経路平均値Ｅ！ｖであることを忘れてはならない 。簡単にされたエネルギモデルの場合において、プロのピークにおけるエネルギ （９６％の結合率）は約３ＸＥ　である。実際、例えばポンプ吸収おｌｖ よび付加的な空洞中の損失の影響を含むエネルギプロファイルのより正確なモデ ルの形成は適切の乗算係数の増加を予想される。

本発明によって理解可能なレーザの別の特性は図７に示されたＰ　対１／１２特 性である。パルス領域Ｓが伝播中にｅａｋ 保持されるらば、ＥはＤ／ｌに関して計量し、或いは等価的て、エネルギ変更の 割合が小さい、すなわち断熱性あるならば、Ｓは十分に保持される。これは条件 αＺｏくく１によって表され、ここで、αは平均利得係数（全ファイバ光路に関 して平均された）である。図１のレーザにおいて、ソリトンパルスエネルギが増 加すると、数秒の期間にわたる２の係数（〜１１０６ｋの全ファイバ光路長に対 応する）はα〜が限はソリトン期間（Ｚｏはｔ２に比例する）の圧縮である。

したがって、パルス圧縮に関して、ＺｏはＬに匹敵するようになり、パルス領域 は歪みを受ける。Ｌ／Ｚ−１，９３および１４ｄＢの損失に対するシミュレーシ ョンが図１０（ｂ）に示され、広がっている放射素子と共にソリトンパルスの展 開を示す。図１０（ｂ）はかなり極端な場合（ΔＳ〜０．３）であるが、パルス がエネルギを連続的に放ち、最後に安定した幾分広いソリトンパルスに放出する 点を示すように作用する。パルス歪みのこのメカニズムは実験において観察され た低レベルのペデスタルの原点であることが可能である。

ここに示されたモデルはエルビウムソリトンレーザの観察された特性を説明する のに非常に成功的である。これはパルス成形での非線形および分散の主要な役割 の結果である。このモデルは完全な説明であることを意図されず、厳密に言えば 、パルス放出形態雑音に追従すべきである。明らかに、変調器２０の重要な役割 はＳＰＭおよび分散の圧縮結合が機能するシード変調を与えることである。概括 的に説明すると、この展開は高いオーダのソリトン圧縮の形態を取らなければな らない。安定状態において、変調器は測定不可能なチャーブな周波数をソリトン パルスに強いるが、位相変調がパルスペデスタルを成形すること、すなわち広が る放射波をトラップすることにおいて主な役割を果たすことは非常にあり得るこ とである。さらに、増幅過程において必要なさらに複雑な利得ダイナミックスを モデル化するのに効果がない。実際、長いＺｏ限界において、ソリトンパルスは エネルギプロファイルの正確な細部に感受性がないことがわかった。ここに示さ れたシミュレーションにおいてＤに対して一定値を仮定する。

さらに、全体に一体にされたソリトンレーザ形態をモデル化した。この場合種々 の分散成分が結合される。ここで、Ｚ。

＞＞Ｌに関して、適切な分散は増幅期間中平均値を与える。

実験的および仮定的研究は、ファイバの非線形と分散の間の相互作用がパルス成 形に重要である考えを強く支持している。事実、レーザ出力の時間、スペクトル 、およびパワー特性は基本ソリトンパルスに適している。この仮定的研究から、 限界Ｚ　＞Ｌにおいて、レーザはＥ　ｆｉｖ−Ｅ　１を用いて単純なＮＬＳＥモ デルによって十分に説明される。特に、ソリトンエネルギＥはＤ／ｌにしたがっ て変化することが観察された。

このスケール関係は提案された適用に特に関連する。例えば、非線形の全光学的 切換えの場合において、サブピコ秒期間パルスはスイッチ源からの平均パワー要 求を減少するために望ましい。ｔは所定のパルスエネルギに対してＤに比例する ので、低分散エルビウムファイバは最短パルスに必要である。

さらに、パルス圧縮のときに生じるパルス歪みを最小にするために、低損失の短 い共振器は有利である（図９参照）。他方では、ソリトン通信システムに関して 、数十ピコ秒の期間のパルスが必要である。これは例えば空洞中の格子のような 集中した高分散素子を設けることによって達成できる。このモデルによって、長 いＺＯ限界において、ソリトンは空洞分散の平均値を採用する。さらに、パルス のチャープを除去するために純粋なＡＭ変調方式がモード固定プロセスを開始す るのに適している。

図１１は２００乃至３００ｐｐｍのエルビウムドーピングレベル、２．５μｍの コア半径、および０．０１の屈折率差を有する１３ｍの長さのＡ１２０３−Ｇｅ Ｏ２−８ｉ０２母体ファイバ４２を備えるリングレーザを示す。レーザ４０はま た集積光学ニオブ酸リチウム位相変調器４４および“Ｘ”でマークされた点にお いて共にスプライス融着された光フアイバ結合器４６．４８を含む。

ファイバ偏光制御装置５０．５２．５４は位相変調器４４に入射した光の正確な 偏光を保証するために図１１のリングレーザのオーダに設けられている。

位相変調器４４は３ＧＨｚの電気帯域幅、約６ｄＢの挿入損失、および約１０ｖ のスイッチング電圧を有する。約マの位相変化に必要な低変調電圧並びにギガヘ ルツ変調帯域幅は集積ファイバレーザのモード固定のためにこれらの装置を非常 に魅力的にさせる。

図１を参照して前述された線形空洞レーザと異なり、モード固定器は端面反射鏡 に接近して位置されなければならない場合、リングレーザにおいて変調の位置に 関する等測的な制限はない。したがって、図１１のリング形態の選択は高速度ピ グテールニオブ酸リチウム技術の使用を容易にする。出力ピグテール５６を有す るパッケージされ、或いはピグテールを有するＧＲＩＮＳＣＨ（勾配屈折率分離 制限へテロ構造）ＩｎＧａＡｓＰ　ＭＱＷ半導体レーザ５４はリングレーザ４０ 用のポンプ源を提供する。１０００μｍの長いレーザ５４用のしきい値電流は〜 ２５ｍＡであった。そのパワー出力は電流と共に線形的に増加し、４５０ｍＡで ３６ｍＷの出力は１．４７３μｍを中心とする７ｎｍのスペクトル幅（ＦＷＨＭ ）を有する。ＭＱＷ装置５４のファイバピグテール５６はポンプ光をエルビウム ファイバ４２に有効に結合することができるファイバ結合器４８にスプライスさ れる。同時に、光結合器４６はエルビウム放射を結合器４８に直接結合すること ができ、空洞に対して３ｄＢの出力結合を与える。

高い空洞損失にもかかわらず、レーザ作用は結合器４８への入力においてわずか １５ｍＷ未満のポンプパワーで行われた。

このしきい値パワーはＭＱＷ装置５４に典型的に供給された２００ｍＡの電流か ら推定された。リングレーザ４０の２つの逆方向の伝播光ビーム、すなわち３ｃ ｉＢの結合器４６からの２つの可能な出力が存在する。レーザ５４への駆動電流 が増加すると、これらの両出力のＣＷ出力パワーは直線的に増加する。

反時計回りのビームに対して、〜２ｍＷのＣＷ小出力典型的に４５０ｍＡの電流 で記録された。時計回りの出力ビームは出力結合の直前に変調器を通過すること によりパワーがかなり低かった（〜６ｄＢだけ）。

モード固定された動作は変調器４４の駆動周波数を基本空洞周波数の高調波に同 調することによって簡単に達成された。

周波数合成装置５８の増幅された正弦波出力が使用された。駆動周波数は以下報 告される結果に対して合成装置と増幅器の組合わせによってＩＧＨｚより小さい ように制限された。ファイバ空洞の全長は１３ｍ未満であるので、６０個より少 ないパルスは常に空洞中にあることが推測される。典型的に、ペデスタルのない パルスは０．５乃至１．．２ｍＷまたは０゜２乃至０．５Ｗの範囲における３ｐ ｓ未満の期間および平均（ピーク）パワー（反時計回りの出力）によって得られ た。

このリング形態において、結合器４６．４８および変調器４４のピグテールに関 連する標準電気通信ファイバはソリトン成形に必須ではなく、実際全体にソリト ンなしに支持することができる。なぜなら利得をレーザ４０に与えるエルビーム ドープされた導波体はソリトンパルスの発生を保証するために全体の正のグルー プ遅延分散を行うように選択されるからである。

図１２（ａ）は０．６ｍＷの平均パワーおよび８１０．６ＭＨｚの反復周波数で 記録されたリングレーザ４０の出力の自動相関トレースを示す。２．８ｐ　ｓ　 （ＦＷＨＭ）　ｓ　ｅ　ｃ　ｈ２強度利得の自動相関関数は実験データに優れて 適合し、理論的な点によって明確に示されている。対応するスペクトルが図１２ （ｂ）に示され、そこから０，９ｎｍのスペクトル幅（ＦＷＨＭ）が測定される 。０．３１の時間帯域幅積（ΔｔΔν）はまた５ｅＣｈ２パルス形状とよく一致 している。

上記測定されたパワーは基本ソリトンパルスに予想された値に一致する。“長い ”ソリトン期間（Ｚｏ）において、方式（すなわちＺ。〉〉Ｌ）または適切なソ リトン量（例えばエネルギおよび分散）は増幅期間にわたって簡単に平均にされ る。長さが１３ｍのエルビウムファイバ４２に対して、低い正のグループ遅延分 散が予想される。さらに、リング形態は結合器４６．４８およびピグテール変調 器４４に関連する約２ｍの標準電気通信ファイバを含む。例えば、分散パラメー タがＤ−＋２であり、エルビウムファイバおよび標準ファイバがそれぞれ＋１５ ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるならば、平均分散は３．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ未満である ように計算されることができる。３ｐｓのパルスに対して、Ｚｏ＞＞Ｌ基準を容 易に満たす゛バトン期間Ｚｏ　＝　９５０ｍを計算する。さらに、ムの測定され た出力パワーと良好に一致し、それは空洞内の通路平均ソリトンパワーの合理的 な推定である。ここで用いられた進行波変調器４４に対して、逆方向の伝播光ビ ームは駆動周波数がＩＧＨｚよりも少ないならば等測的な位相変調深度を経験す る。時計回りの出力はパワー中でかなり低いが、測定された時間およびスペクト ル特性は他のアームと類似している。これは２方向の通路平均パワーが本質的に 等しいので保持されている。　高いポンプパワーにおいて、出力パルスのわずか な圧縮は低レベルペデスタル成分（〜３０ｐ　ｓＦＷＨＭ）と共に観察された（ 〜２．４ｐｓ）。対応するスペクトル測定は広い（〜ｌｎｍ）ソリトンスペクト ルのピークに近似する狭い（〜０．ｌｎｍ　ＦＷＨＭ）スパイクの外観を明らか にした。図１１の形態において、ポンプパワーが増加すると、図１の実施例に関 して前述された１／１２スケールに比例するＰＩは生成されない。これは残留エ タロン効果によるレーザ帯域幅の制限またはニオブ酸リチウム位相変調器４４の 複屈折の制限に影響される。この概念に一致し、ＣＷおよびＣＷモード固定動作 の両者に対して、変調器４４が含まれると〜０．７ｎｍだけ離れた波長に制限さ れたレーザ４０の出力の強い波長識別に影響を与えることが観察された。

要約書 ｐｓ ｍ 国静爆審鱗牛 レーザは１ｌ１００ｐｐのエルビウムドーピングレベルを有するＳｉＯ−Ａ１２ ０３−Ｐ２Ｏ３のソリトン支持導波体を含む。ファイバは２．５μｍのコア半径 および０．０１５のコアクラッド屈折率差を有し、導波体中を伝播するソリトン がレーザの増幅期間よりも大きいソリトン期間を有するように動作される。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．導波体中を伝播するソリトンがレーザの増幅期間よりも大きいソリトン期間 を有するように動作された光学利得を与えることが可能な材料によってドープさ れたソリトン支持導波体を含んでいるレーザ。
2. ２．レーザはモード固定されたレーザである請求項１記載のレーザ。
3. ３．レーザは帯域幅制限素子を含んでいる請求項１または２記載のレーザ。
4. ４．帯域幅制限素子は集中された高分散素子である請求項３記載のレーザ。
5. ５．高分散素子は回折格子から構成されている請求項４記載のレーザ。
6. ６．同調フィルタを含んでいる請求項１乃至５のいずれか１項記載のレーザ。
7. ７．任意の所定の時間においてレーザに伝播する多くても５つのパルスが存在す るように動作される請求項１乃至６のいずれか１項記載のレーザ。
8. ８．パルスが基本的にモード固定されるようなパルス繰返し速度を有するように 動作される請求項１乃至７のいずれか１項記載のレーザ。
9. ９．光導波体はエルビウムドープされたシリカベースの光ファイバである請求項 １乃至８のいずれか１項記載のレーザ。
10. １０．光ファイバは１１００ｐｐｍのエルビウムドーピングレベルを有するＳｉ Ｏ２−Ａｌ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５から構成され、２．５μｍのコア半径および０．０ １５のコアクラッド屈折率差を有している請求項９記載のレーザ。