JPH06252476A - モード同期リングレーザ装置 - Google Patents

モード同期リングレーザ装置

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JPH06252476A
JPH06252476A JP3556493A JP3556493A JPH06252476A JP H06252476 A JPH06252476 A JP H06252476A JP 3556493 A JP3556493 A JP 3556493A JP 3556493 A JP3556493 A JP 3556493A JP H06252476 A JPH06252476 A JP H06252476A
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JP
Japan
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optical
amplifier
polarization
mode
modulator
Prior art date
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Pending
Application number
JP3556493A
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English (en)
Inventor
Satoki Kawanishi
悟基 川西
Hidehiko Takara
秀彦 高良
Masatoshi Saruwatari
正俊 猿渡
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光短パルス列を発生させ、光通信や光計測を
行う装置の高速パルスレーザ装置に使用されるモード同
期リングレーザ装置に関し、簡単な構成で安定して光短
パルスを発生させることを目的とする。 【構成】 リング共振器を構成する要素のすべてを偏光
依存性のあるものとして各光学主軸を合わせて結合し、
さらにモードロッカとして進行波型半導体レーザ増幅器
を用いるか、構成要素のすべてを偏光依存性のないもの
とし、さらにモードロッカとして進行波型半導体レーザ
増幅器を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光短パルス列を発生さ
せ、光通信や光計測を行う装置の高速パルスレーザ装置
に使用されるモード同期リングレーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】モード同期リングレーザ装置は、レーザ
共振器の縦モード間隔と等しい周波数間隔で変調するこ
とにより、位相の揃った多数の発振モードを発生させる
ものであり、時間軸上ではこの発振スペクトルのフーリ
エ逆変換に相当する光短パルス列を発生させることがで
きる。このモード同期法では、レーザ共振器の縦モード
間隔に等しい発振モードを発生させるモードロッカとし
て、光変調器を用いて共振器中を伝播する光の強度を変
調する方法が用いられている。また、この光変調器とし
ては、LiNbO3などの誘電体を材料とし、電気光学効果に
よって光強度の変調を行うデバイスが主として用いられ
ている。
【0003】図4は、LiNbO3光変調器を用いた従来のモ
ード同期リングレーザ装置の構成および動作原理につい
て説明する図であり、(a) はその基本構成を示し、(b)
はモード同期で得られる代表的なスペクトル特性を示
し、(c) はその時間波形特性を示す。
【0004】図4(a) において、所定の発振周波数を有
する発振器41の出力は、電力増幅器42を介して増幅
されて光変調器43に印加され、電気光学効果により光
の損失あるいは位相をその周波数で変調する。この光変
調器43と、変調された光パルスを増幅する光増幅器4
4と、光パルスの進行方向を規定し、反射戻り光を遮断
する光アイソレータ45と、増幅された光パルスを外部
に取り出す光カップラ46が、光ファイバ47を介して
リング状に結合され、リング共振器が構成される。符号
48は光出力ポートである。
【0005】ここで、モード同期リングレーザ装置の動
作原理について説明する。リング共振器の光路長Lは、
リング共振器を構成する各媒質の物理長をh、屈折率を
nとすると、それぞれの物理長hi にそれぞれの屈折率
i を乗じた値(それぞれの光路長)の和であり、L=
Σhi i で定義される。
【0006】リング共振器では、fr =c/L(ただ
し、cは光速度)で与えられる周波数間隔をもつ多数の
縦モードが存在する。ここで、リング共振器内の光変調
器43で繰り返し周波数fm =N・fr(Nは1以上の整
数)の光変調を加えると、図4(b) に示すように、周波
数間隔N・fr のすべての縦モードの位相が揃うモード
同期発振状態となり、図4(c) に示すように繰り返し周
期1/(N・fr) の光パルス列が得られる。このパルス
幅は、多数の縦モードスペクトルの包絡線で定まる発振
スペクトル幅δνの逆数に対応し、このスペクトル包絡
線の中心が中心波長(周波数ν0 )となる。
【0007】なお、光増幅器44としては、主にエルビ
ウム(Er)やネオジウム(Nd)などの希土類を添加した
希土類ドープ光ファイバ増幅器や、半導体レーザ増幅器
が用いられる。
【0008】希土類ドープ光ファイバ増幅器は、図5
(a) に示す後方励起構成、または図5(b) に示す前方励
起構成、または図5(c) に示す双方向励起構成をとる。
いずれの構成においても、光パルスは、希土類ドープ光
ファイバ51の一端から入射され、他端から出射され
る。励起光は、希土類ドープ光ファイバ51の光パルス
の出射端,入射端,あるいはその両端に接続された合波
器52を介して、励起光源53から希土類ドープ光ファ
イバ51に入射される。希土類ドープ光ファイバ51で
は、この励起光によって光パルスを増幅する。
【0009】半導体レーザ増幅器は、図6に示す構成を
とる。すなわち、半導体レーザ増幅器61は、入力され
る光パルスを電流源62から注入される電流に応じて増
幅する構成になっている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のモー
ド同期リングレーザ装置に用いられる光変調器を駆動す
るために必要な電圧(半波長電圧)は、波長1.55μm帯
において約5Vであり、必要とされる電力は50Ω系で
0.625Wとなる。したがって、この光変調器を駆動する
ためには、図4に示すように別に電力増幅器が必要とな
る。
【0011】また、発生させる光パルス列の繰り返し周
波数を高めようとすると、光変調器を高周波で駆動する
必要がある。しかし、光変調器の変調度は周波数特性を
有しており、高周波領域では変調効率が低下するため
に、その分だけ駆動電圧を上げなければならない。した
がって、高周波領域で光変調器を駆動する場合には、さ
らに大出力の電力増幅器が必要であった。ところが、大
出力の電力増幅器は、システムが大がかりになるだけで
なく、発熱によってリング共振器長が変化して共振条件
を崩す問題点があった。
【0012】また、モードロッカとして通常用いられる
強誘電体(例えばLiNbO3)の光変調器には温度ドリフト
があり、安定動作のためには別に安定化回路が必要にな
る問題点があった。さらに、光変調器は受動光部品であ
るので光損失が存在し、リング内光強度および出力光強
度の低下を招く要因になっていた。
【0013】本発明は、簡単な構成で安定して光短パル
スを発生させることができるモード同期リングレーザ装
置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明の
モード同期リングレーザ装置は、構成要素のすべてを偏
光依存性のあるものとして各光学主軸を合わせて結合
し、さらにモードロッカとして外部光変調器の代わりに
進行波型半導体レーザ増幅器を用いることを特徴とす
る。
【0015】請求項2に記載の発明のモード同期リング
レーザ装置は、構成要素のすべてを偏光依存性のないも
のとし、さらにモードロッカとして外部光変調器の代わ
りに進行波型半導体レーザ増幅器を用いることを特徴と
する。
【0016】なお、進行波型半導体レーザ増幅器は、励
起電流を変調することにより、光の利得を変調してモー
ド同期光パルスを発生させるモードロッカとして機能さ
せることができる。
【0017】
【作用】請求項1に記載の発明は、装置のすべての構成
要素を偏光依存型とし、外部変動による偏光状態の変化
を防ぐことによって動作の安定性を向上させる。
【0018】請求項2に記載の発明は、装置のすべての
構成要素を偏光無依存型とし、外部変動による偏光状態
が変化した場合でもその影響を除去することによって動
作の安定性を向上させる。
【0019】さらに、いずれの発明においても、進行波
型半導体レーザ増幅器をモードロッカとして使用するこ
とにより、温度ドリフトの影響を受けず、かつ駆動用の
電力増幅器も不要となるので、簡単な構成で安定したモ
ード同期リングレーザ装置を実現することができる。
【0020】
【実施例】図1は、請求項1に記載のモード同期リング
レーザ装置の実施例構成を示すブロック図である。
【0021】図において、発振器10,直流電源11,
バイアス電流変調器12および進行波型半導体レーザ増
幅器13により光変調手段を構成する。この進行波型半
導体レーザ増幅器13と、偏光依存型の光増幅器14,
光アイソレータ15および光カップラ16は、偏光依存
型の光ファイバ17を介して光学主軸を合わせて結合さ
れ、リング共振器を形成する。符号48は光出力ポート
である。
【0022】進行波型半導体レーザ増幅器13は、バイ
アス電流変調器12から供給される変調された順方向バ
イアス電流により光の利得を変調し、モード同期光パル
スを発生させる。図2は、進行波型半導体レーザ増幅器
13の印加電流−利得特性の一例である。この例では、
バイアス電流を50mA、変調信号の振幅を50mAo-p
することにより、消光比30dB以上、利得10dBの変調を行
うことが可能である。このときに必要とされる変調信号
の電力は、50Ω系で62.5mW(18dBm)である。この値
は、従来の光変調器を駆動する電力の1/10であり、発
振器10の出力を増幅しなくても進行波型半導体レーザ
増幅器13を直接駆動することができる。
【0023】なお、偏光依存型の光増幅器14は、図5
に示す希土類ドープ光ファイバ増幅器51および合波器
52に偏光依存性をもたせるか、図6に示す従来の半導
体レーザ増幅器61を用いることにより実現できる。こ
の偏光依存性を有する希土類ドープ光ファイバ増幅器お
よび合波器、さらに光カップラ16および光ファイバ1
7は、PANDAファイバや楕円コアファイバなどの偏
光保持光ファイバを用いることにより実現することがで
きる。また、偏光依存型の光アイソレータ15は市販の
ものを用いることができる。
【0024】このように、すべての構成要素を偏光依存
型とし、かつそれらの光学主軸を合わせて結合すること
により、共振器内の光パルスの偏光方向を一定にするこ
とができる。すなわち、光パルスは同一偏光方向に保持
されて各構成要素を導波するので、不安定動作をもたら
す偏光状態の変化を防ぐことができる。
【0025】図3は、請求項2に記載のモード同期リン
グレーザ装置の実施例構成を示すブロック図である。図
において、発振器10,直流電源11,バイアス電流変
調器12および偏光無依存型の進行波型半導体レーザ増
幅器33により光変調手段を構成する。この進行波型半
導体レーザ増幅器33と、従来と同様の偏光無依存型の
光増幅器44,光アイソレータ45および光カップラ4
6は、偏光無依存型の光ファイバ47を介して結合さ
れ、リング共振器を形成する。符号48は光出力ポート
である。
【0026】なお、偏光無依存型の進行波型半導体レー
ザ増幅器33は、半導体レーザ増幅器の増幅に寄与する
光学遷移の制御または半導体レーザ増幅器内の光導波路
中の光波の伝搬モードの制御により、TEモードの光と
TMモードの光に対する利得を等しくすることにより実
現できる。その具体例としては、上條 他,「偏波無依
存半導体光増幅器」、電子情報通信学会光・量子エレク
トロニクス研究会OQE91-93,pp.31-36 (1991) の文献
にある。
【0027】このように、すべての構成要素を偏光無依
存型とすることにより、共振器内の光パルスの偏光方向
が外部変動により変化した場合でも、すべての構成要素
がその影響を回避することができる。すなわち、偏光状
態が外部変動によって変化しても、その影響を除去して
安定な動作を維持することができる。
【0028】また、従来必要としていた偏光状態の調整
が不要となるので、操作が簡便となるとともに、偏光制
御器による損失も解消することができる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、レーザ装
置の構成要素をすべて偏光依存型とすることにより、共
振器内の光パルスの偏光状態の変化を抑えて動作の安定
性を向上させることができる。また、レーザ装置の構成
要素をすべて偏光無依存型とすることにより、共振器内
の光パルスの偏光状態が外部変動によって変化しても、
その影響を回避して動作の安定性を向上させることがで
きる。
【0030】また、モード同期リングレーザ装置のモー
ドロッカとして進行波型半導体レーザ増幅器を用いるこ
とにより、駆動信号の電力を大幅に低減できるととも
に、温度ドリフトの影響が少なく安定した動作が可能と
なる。
【0031】さらに、進行波型半導体レーザ増幅器を用
いることにより、同時に光パワーの増幅も行うことがで
きるので、モード同期リングレーザ装置の出力パワーを
増大させることができる。また、それにより光増幅手段
の利得を下げることが可能となる。したがって、光増幅
手段として希土類ドープ光ファイバ増幅器を用いた場合
には、励起光源のパワーを下げることができるので、光
ファイバの発熱抑制および励起光源のパワーの安定化を
図ることができ、動作の安定性を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載の発明の実施例構成を示すブロ
ック図。
【図2】進行波型半導体レーザ増幅器の印加電流−利得
特性の一例を示す図。
【図3】請求項2に記載の発明の実施例構成を示すブロ
ック図。
【図4】従来のモード同期リングレーザ装置の構成およ
び動作原理について説明する図。
【図5】希土類ドープ光ファイバ増幅器の構成例を示す
図。
【図6】半導体レーザ増幅器の構成例を示す図。
【符号の説明】
10 発振器 11 直流電源 12 バイアス電流変調器 13 進行波型半導体レーザ増幅器(偏光依存型) 14 光増幅器(偏光依存型) 15 光アイソレータ(偏光依存型) 16 光カップラ(偏光依存型) 17 光ファイバ(偏光依存型) 33 進行波型半導体レーザ増幅器(偏光無依存型) 41 発振器 42 電力増幅器 43 光変調器(偏光無依存型) 44 光増幅器(偏光無依存型) 45 光アイソレータ(偏光無依存型) 46 光カップラ(偏光無依存型) 47 光ファイバ(偏光無依存型) 48 光出力ポート(偏光無依存型) 51 希土類ドープ光ファイバ 52 合波器 53 励起光源 61 半導体レーザ増幅器 62 電流源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光の損失あるいは位相を所定の周波数で
    変調する光変調手段と、 変調された光パルスを増幅する光増幅手段と、 前記光パルスを外部に取り出す光分岐手段と、 前記各手段を互いに光学的に結合してリング共振器を形
    成する光ファイバとを備えたモード同期リングレーザ装
    置において、 前記光変調手段,光増幅手段,光分岐手段および光ファ
    イバとして偏光依存性を有するものを用い、かつ各手段
    の光学主軸を合わせて結合し、 さらに、光変調手段として進行波型半導体レーザ増幅器
    を用いたことを特徴とするモード同期リングレーザ装
    置。
  2. 【請求項2】 光の損失あるいは位相を所定の周波数で
    変調する光変調手段と、 変調された光パルスを増幅する光増幅手段と、 前記光パルスを外部に取り出す光分岐手段と、 前記各手段を互いに光学的に結合してリング共振器を形
    成する光ファイバとを備えたモード同期リングレーザ装
    置において、 前記光変調手段,光増幅手段,光分岐手段および光ファ
    イバとして偏光依存性を有しないものを用い、 さらに、光変調手段として進行波型半導体レーザ増幅器
    を用いたことを特徴とするモード同期リングレーザ装
    置。
JP3556493A 1993-02-24 1993-02-24 モード同期リングレーザ装置 Pending JPH06252476A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0745889A (ja) * 1993-07-30 1995-02-14 Anritsu Corp モードロックリングレーザ
JPH08122703A (ja) * 1994-10-24 1996-05-17 Kyocera Corp 光アイソレータ
KR100285009B1 (ko) * 1999-04-20 2001-03-15 박호군 반도체 광증폭기를 이득매체로 하는 능동형 모드 록킹된 고리형 반도체-광섬유 레이저
US8385698B2 (en) 2007-12-12 2013-02-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Controllable optical ring resonator having periodically spaced control electrodes

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