JPH0815739A - 非線形効果を用いたレーザー放射波長制御方法と装置 - Google Patents
非線形効果を用いたレーザー放射波長制御方法と装置Info
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
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- H01S2301/00—Functional characteristics
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- H01S2301/085—Generation of pulses with special temporal shape or frequency spectrum solitons
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Abstract
(57)【要約】
【目的】非線形効果を用いたレーザー放射波長制御方法
と装置を提供する。 【構成】 ソリトンファイバーレーザーのような非線形
効果によって制御された放射波長を持つレーザーに関す
る。レーザーの放射波長は一般に利得プロファイルの中
心に限定されたものであるが、非線形効果を用いた利得
引き寄せを発生させることにより比較的広い帯域幅の制
御が可能になる。たとえばソリトン自己周波数変動と交
差位相変調等の、レーザーキャビティー内の全ての非線
形効果が、顕著な利得引き寄せと広帯域の波長調節領域
を確保するために利用し得る。結果として、非線形の調
整が達成される。
と装置を提供する。 【構成】 ソリトンファイバーレーザーのような非線形
効果によって制御された放射波長を持つレーザーに関す
る。レーザーの放射波長は一般に利得プロファイルの中
心に限定されたものであるが、非線形効果を用いた利得
引き寄せを発生させることにより比較的広い帯域幅の制
御が可能になる。たとえばソリトン自己周波数変動と交
差位相変調等の、レーザーキャビティー内の全ての非線
形効果が、顕著な利得引き寄せと広帯域の波長調節領域
を確保するために利用し得る。結果として、非線形の調
整が達成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光エネルギ−を発生さ
せるための装置と方法に関するもので、より具体的に
は、非線形効果を調整することによって放射波長を制御
する受動型モードロック・レーザーに関連するものであ
る。
せるための装置と方法に関するもので、より具体的に
は、非線形効果を調整することによって放射波長を制御
する受動型モードロック・レーザーに関連するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】１ピコ秒以下のパルスの遅延を伴うパル
スを放つことができる超短パルス源が実用的であるため
には、小型で環境的に安定していて消費エネルギ−が比
較的に小さいことが要求される。１９９１年２月１５日
発行の「オプティクスレター（Optics Letter 、Vol.１
６、Ｎｏ．４）」の２４４〜２４６ページに掲載された
マーティン・ファーマン他による「ネオジウム・ファイ
バー・レーザーの加法的パルス圧縮モ−ドロッキング
（Additive-Pulse-Compression of a Neodymium Fiber
Laser)」という文献に、希土ドープ類処理ファイバーを
用いた超短パルス発生のための受動型モードロック・フ
ァイバー・レーザーが開示されている。
スを放つことができる超短パルス源が実用的であるため
には、小型で環境的に安定していて消費エネルギ−が比
較的に小さいことが要求される。１９９１年２月１５日
発行の「オプティクスレター（Optics Letter 、Vol.１
６、Ｎｏ．４）」の２４４〜２４６ページに掲載された
マーティン・ファーマン他による「ネオジウム・ファイ
バー・レーザーの加法的パルス圧縮モ−ドロッキング
（Additive-Pulse-Compression of a Neodymium Fiber
Laser)」という文献に、希土ドープ類処理ファイバーを
用いた超短パルス発生のための受動型モードロック・フ
ァイバー・レーザーが開示されている。
【０００３】環境変化に対して安定な受動型モードロッ
ク・レーザーは、マーティン・ファーマンとドナルド・
ハーターによって発明され、１９９３年１２月２０日に
米国特許商標局に提出された「環境変化に対して安定な
受動型モードロック・レーザー」という名称の特許出願
（米国特許出願番号０８／１６９，７０７）に述べられ
ている。そこで述べられているように、「環境変化に対
して安定」という言葉は、温度変化等の環境変化の影響
を受けてもパルス発生が途切れることがなく、最悪の場
合でも、圧力変化に対して無視し得る程度のごく僅かな
感度を有する程度のパルス源を示している。
ク・レーザーは、マーティン・ファーマンとドナルド・
ハーターによって発明され、１９９３年１２月２０日に
米国特許商標局に提出された「環境変化に対して安定な
受動型モードロック・レーザー」という名称の特許出願
（米国特許出願番号０８／１６９，７０７）に述べられ
ている。そこで述べられているように、「環境変化に対
して安定」という言葉は、温度変化等の環境変化の影響
を受けてもパルス発生が途切れることがなく、最悪の場
合でも、圧力変化に対して無視し得る程度のごく僅かな
感度を有する程度のパルス源を示している。
【０００４】環境変化に対して安定な超短パルス源の模
範実施例は、差動的に励起された二つの線形偏光した高
複屈折ファイバー（Highly-Birefringent Fiber ）の固
有モ−ドにより、特定の伝搬距離を経た後の非線形位相
遅れの差分を蓄積することにより実現される。偏光子に
おける固有モ−ドの干渉により、非線形の位相遅れは振
幅変調に変換され、レーザー光がキャビティー内を一往
復するごとに十分にパルスを短縮して安定した受動型モ
ードロックが達成できる。振幅変調の量は二つの干渉し
合う固有モ−ドの間の線形位相遅れにより決定される。
範実施例は、差動的に励起された二つの線形偏光した高
複屈折ファイバー（Highly-Birefringent Fiber ）の固
有モ−ドにより、特定の伝搬距離を経た後の非線形位相
遅れの差分を蓄積することにより実現される。偏光子に
おける固有モ−ドの干渉により、非線形の位相遅れは振
幅変調に変換され、レーザー光がキャビティー内を一往
復するごとに十分にパルスを短縮して安定した受動型モ
ードロックが達成できる。振幅変調の量は二つの干渉し
合う固有モ−ドの間の線形位相遅れにより決定される。
【０００５】前述した特許出願（米国特許出願番号０８
／１６９，７０７）にも開示されているように、キャビ
ティー内の二つの偏光固有モ−ド間の線形位相変動は、
キャビティー・ミラーの一つとしてねじ曲げファラデー
回転ミラー（Pigtailed Faraday Rotator Mirror）を用
いることによって排除し得る。Duling三世らによる「単
一偏光ファイバー増幅器（"Single-Polarization Fibre
Amplifier" 、Electronic Letters、Vol.２８．Ｎｏ．
１２、１９９２年６月４日発行）」という文献の１１２
８〜１１２８ページに、エンドミラーとしてファラデー
回転ミラーを使用することが開示されている。ファラデ
ー回転ミラーを使用することにより、増幅器を環境変化
に対して安定に動作させ得る。
／１６９，７０７）にも開示されているように、キャビ
ティー内の二つの偏光固有モ−ド間の線形位相変動は、
キャビティー・ミラーの一つとしてねじ曲げファラデー
回転ミラー（Pigtailed Faraday Rotator Mirror）を用
いることによって排除し得る。Duling三世らによる「単
一偏光ファイバー増幅器（"Single-Polarization Fibre
Amplifier" 、Electronic Letters、Vol.２８．Ｎｏ．
１２、１９９２年６月４日発行）」という文献の１１２
８〜１１２８ページに、エンドミラーとしてファラデー
回転ミラーを使用することが開示されている。ファラデ
ー回転ミラーを使用することにより、増幅器を環境変化
に対して安定に動作させ得る。
【０００６】受動型モードロック・レーザーの出力パル
スは一般的に様々なプロセスの影響を受ける。例えば、
Brabecらによる「ソリトンレーザーのモードロック（”
ModeLocking In Solitary Lasers"、Optics Letters、V
ol.１６、Ｎｏ．２４、１９９１年１２月１５日発
行）」という文献の１９６１〜１９６３ページにモード
ロックレーザーにおけるパルス性が開示されており、絶
縁された（即ち、離散的な）キャビティー要素が不安定
さを発させると報告されている。安定性に関する注目す
べき効果は第３次分散（Third-Order Dispersion）から
の結果を生じ、その不安定さはスペクトルの測波帯を生
じさせる結果となる。この現象は、例えば、Kelly らに
よる「周期的に増幅される平均ソリトンの測波帯の不安
定性に関する特徴（"Characteristic Sideband Instabi
lity of the Periodically AmplifiedAverage Soliton"
、Electronics Letters 、Vol.２８、１９９２年発
行）」という文献の８０６ページに報告されている。ま
た、Spielmann による「超広帯域幅フェムト秒レーザー
（”Ultrabroad-Band Femtosecond Lasers" 、Journal
ofQuantum Electronics）」に、第３次分散による不安
定性が報告されている。非対称パルス・スペクトル上昇
させる第３次分散のばつきによる不安定性が説明されて
いる。
スは一般的に様々なプロセスの影響を受ける。例えば、
Brabecらによる「ソリトンレーザーのモードロック（”
ModeLocking In Solitary Lasers"、Optics Letters、V
ol.１６、Ｎｏ．２４、１９９１年１２月１５日発
行）」という文献の１９６１〜１９６３ページにモード
ロックレーザーにおけるパルス性が開示されており、絶
縁された（即ち、離散的な）キャビティー要素が不安定
さを発させると報告されている。安定性に関する注目す
べき効果は第３次分散（Third-Order Dispersion）から
の結果を生じ、その不安定さはスペクトルの測波帯を生
じさせる結果となる。この現象は、例えば、Kelly らに
よる「周期的に増幅される平均ソリトンの測波帯の不安
定性に関する特徴（"Characteristic Sideband Instabi
lity of the Periodically AmplifiedAverage Soliton"
、Electronics Letters 、Vol.２８、１９９２年発
行）」という文献の８０６ページに報告されている。ま
た、Spielmann による「超広帯域幅フェムト秒レーザー
（”Ultrabroad-Band Femtosecond Lasers" 、Journal
ofQuantum Electronics）」に、第３次分散による不安
定性が報告されている。非対称パルス・スペクトル上昇
させる第３次分散のばつきによる不安定性が説明されて
いる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の受
動型モードロック・レーザーは、様々なプロセスの影響
を受けて出力パルス（即ち、放射波長等）に不安定さを
生じ得るものであり、これらの不安さにより生じる利得
引き寄せ（Gain Pulling）はモードロックパルスのスペ
クトルが利得プロファイル（Gain-Profile）のピーク付
近に留まるように最小となっている。特に、標準的なモ
ードロック・レーザーの調整範囲は主に有限利得帯域幅
（Finite Gain Bandwidth ）によって支配されており、
非線形のプロセスにより延長されたり、制御されること
はない。
動型モードロック・レーザーは、様々なプロセスの影響
を受けて出力パルス（即ち、放射波長等）に不安定さを
生じ得るものであり、これらの不安さにより生じる利得
引き寄せ（Gain Pulling）はモードロックパルスのスペ
クトルが利得プロファイル（Gain-Profile）のピーク付
近に留まるように最小となっている。特に、標準的なモ
ードロック・レーザーの調整範囲は主に有限利得帯域幅
（Finite Gain Bandwidth ）によって支配されており、
非線形のプロセスにより延長されたり、制御されること
はない。
【０００８】標準的なモードロックレーザーの調節範囲
が主に有限利得帯域幅で調節されているので、モードロ
ックレーザーの特定の放射波長の選択を制御する能力は
実質的に制限されている。従って、調整可能レーザー
（Tunable Laser ）には比較的広い帯域幅にわたって放
射波長を調整し得ることが望まれる。
が主に有限利得帯域幅で調節されているので、モードロ
ックレーザーの特定の放射波長の選択を制御する能力は
実質的に制限されている。従って、調整可能レーザー
（Tunable Laser ）には比較的広い帯域幅にわたって放
射波長を調整し得ることが望まれる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、一般的に非線
形効果により放射波長を制御し得るレーザーに関するも
のであり、その一例としてのソリトン・ファイバー・レ
ーザーに関するものである。このようなレーザーの放射
波長は一般的に利得プロファイルの中心に限られている
が、本発明の実施例は非形効果を利用した顕著な利得引
き寄せを発生させることにより比較的広い帯域幅制御を
実現できる。レーザーキャビティの中のあらゆる非線形
効果が、顕著な利得引き寄せと広帯域幅の調整範囲を達
成するために利用できる。このような非線形効果とし
て、例えば、ソリトン自己周波数変動（Soliton Self-F
requency Shift）や交差位相変調（Cross-Phase Modula
tion）等を利用することができる。この結果、非線形の
調整が達成される。実施例は、モードロック・ファイバ
ー・レーザーのピーク放射波長（即ち、モードロック放
射波長またはModelocked Emission Wavelength）と非モ
ードロックレーザーの放射波長（即ち、連続放射波長ま
たはContinuous Wave Emission Wavelength ）の間で誘
導される顕著な分離（Separation）を可能にする利得引
き寄せを実現し得る。
形効果により放射波長を制御し得るレーザーに関するも
のであり、その一例としてのソリトン・ファイバー・レ
ーザーに関するものである。このようなレーザーの放射
波長は一般的に利得プロファイルの中心に限られている
が、本発明の実施例は非形効果を利用した顕著な利得引
き寄せを発生させることにより比較的広い帯域幅制御を
実現できる。レーザーキャビティの中のあらゆる非線形
効果が、顕著な利得引き寄せと広帯域幅の調整範囲を達
成するために利用できる。このような非線形効果とし
て、例えば、ソリトン自己周波数変動（Soliton Self-F
requency Shift）や交差位相変調（Cross-Phase Modula
tion）等を利用することができる。この結果、非線形の
調整が達成される。実施例は、モードロック・ファイバ
ー・レーザーのピーク放射波長（即ち、モードロック放
射波長またはModelocked Emission Wavelength）と非モ
ードロックレーザーの放射波長（即ち、連続放射波長ま
たはContinuous Wave Emission Wavelength ）の間で誘
導される顕著な分離（Separation）を可能にする利得引
き寄せを実現し得る。
【００１０】本発明の実施例は、光エネルギーの移動に
沿った軸を持つキャビティー、キャビティーの連続波放
射に対してキャビティーのモードロック放射波長の所定
の波長変動を誘導するために非線形の屈折率（Refracti
ve Index）を持つ媒体、および、キャビティー内で発生
したエネルギ−を出力するための手段を含む。
沿った軸を持つキャビティー、キャビティーの連続波放
射に対してキャビティーのモードロック放射波長の所定
の波長変動を誘導するために非線形の屈折率（Refracti
ve Index）を持つ媒体、および、キャビティー内で発生
したエネルギ−を出力するための手段を含む。
【００１１】
【実施例】図１は、光エネルギーを増幅するための装置
を示している。受動型モードロックソリトンファイバー
・レーザー１００はレーザーエネルギー発生手段であ
る。図１の実施例に示されているように、受動型モード
ロックレーザー１００は光エネルギーの移動経路に沿っ
た光軸を有するキャビティー２００を含む。本実施例装
置ではキャビティー２００は図１に描かれたファブリー
ベローキャビティー（Fabry-Perot Cavity）になり得
る。
を示している。受動型モードロックソリトンファイバー
・レーザー１００はレーザーエネルギー発生手段であ
る。図１の実施例に示されているように、受動型モード
ロックレーザー１００は光エネルギーの移動経路に沿っ
た光軸を有するキャビティー２００を含む。本実施例装
置ではキャビティー２００は図１に描かれたファブリー
ベローキャビティー（Fabry-Perot Cavity）になり得
る。
【００１２】受動型モードロックレーザー１００は、さ
らに、レーザーエネルギー発生手段のポンピング手段３
００を含むものである。ポンピング手段３００はエネル
ギー源（即ち、電気的または光学的エネルギー源、レー
ザのタイプによる）を含み、一般にポンプ３０２として
示されている。低複屈折ファイバー用いて構成された波
長分割多量カップラ（Wavelength-Division Multiplexi
ng Coupler）３０４がキャビティー２００にポンピング
手段を結合するために使用されている。本実施例におい
て、ポンプ３０２は、９８０ナノメートル程度のエネル
ギーを発生することができ、波長分割多量カップラ３０
４は９８０ナノメートポンプ３０２と１５５０ナノメー
トル信号のマッチングを取ることができるアスター社製
波長分割多重カップラＷＤＭ１５５０／９８０を利用し
得る。しかしながら、当業者であれば、波長分割多重カ
ップラは、信号光の大きな損失がなくレーザーキャビテ
ィー２００へのポンピングが可能なもの、即ちポンプ３
０２と信号光の差動結合ができるものであれば、どのよ
うなものであっても良いということを容易に理解し得る
であろう。
らに、レーザーエネルギー発生手段のポンピング手段３
００を含むものである。ポンピング手段３００はエネル
ギー源（即ち、電気的または光学的エネルギー源、レー
ザのタイプによる）を含み、一般にポンプ３０２として
示されている。低複屈折ファイバー用いて構成された波
長分割多量カップラ（Wavelength-Division Multiplexi
ng Coupler）３０４がキャビティー２００にポンピング
手段を結合するために使用されている。本実施例におい
て、ポンプ３０２は、９８０ナノメートル程度のエネル
ギーを発生することができ、波長分割多量カップラ３０
４は９８０ナノメートポンプ３０２と１５５０ナノメー
トル信号のマッチングを取ることができるアスター社製
波長分割多重カップラＷＤＭ１５５０／９８０を利用し
得る。しかしながら、当業者であれば、波長分割多重カ
ップラは、信号光の大きな損失がなくレーザーキャビテ
ィー２００へのポンピングが可能なもの、即ちポンプ３
０２と信号光の差動結合ができるものであれば、どのよ
うなものであっても良いということを容易に理解し得る
であろう。
【００１３】図１に示した実施例において、キャビティ
ー２００はキャビティー２００内でエネルギーを増幅す
る利得媒体２０２を含む。利得媒体２０２は光を増幅し
得るあらゆる希土ドープファイバーになり得る。本実施
例では利得媒体２０２としてエルビエムイオンでドープ
処理されたアクティブファイバーを用いている。しかし
ながら、当業者であれば他の希土類元素がドープ処理さ
れたファイバー、たとえばネオジウムイオンで処理され
たファイバーが利得媒体２０２として利用できることは
容易に理解し得るであろう。さらに、本発明はファイバ
ーレーザーだけに限定されず、たとえばバルク固体材料
（Bulk Solid-Staterb Materials）を使用した利得媒体
を備えるバルク固体レーザー（Bulk Solid-State Laser
s ）のような他のタイプのレーザーや半導体レーザーと
共に使用することができる。光学ポンピングは一般的に
バルク固体レーザーとの使用に適しており、電子ポンピ
ングは一般的に半導体レーザーとの使用に適している
が、本発明では光学的または電気的なポンピングが使用
できる。
ー２００はキャビティー２００内でエネルギーを増幅す
る利得媒体２０２を含む。利得媒体２０２は光を増幅し
得るあらゆる希土ドープファイバーになり得る。本実施
例では利得媒体２０２としてエルビエムイオンでドープ
処理されたアクティブファイバーを用いている。しかし
ながら、当業者であれば他の希土類元素がドープ処理さ
れたファイバー、たとえばネオジウムイオンで処理され
たファイバーが利得媒体２０２として利用できることは
容易に理解し得るであろう。さらに、本発明はファイバ
ーレーザーだけに限定されず、たとえばバルク固体材料
（Bulk Solid-Staterb Materials）を使用した利得媒体
を備えるバルク固体レーザー（Bulk Solid-State Laser
s ）のような他のタイプのレーザーや半導体レーザーと
共に使用することができる。光学ポンピングは一般的に
バルク固体レーザーとの使用に適しており、電子ポンピ
ングは一般的に半導体レーザーとの使用に適している
が、本発明では光学的または電気的なポンピングが使用
できる。
【００１４】本発明によれば、利得媒体２０２はキャビ
ティー２００の軸に沿ってエネルギーを増幅する。ま
た、利得媒体２０２は非線形の屈折率を有する媒体とな
り得る。また、非線形の屈折率を有する媒体を、利得媒
体２０２とは別に設けても良い。非線形の屈折率を有す
る媒体を使用することにより、キャビティー２００のモ
−ドロック放射波長の所定の変動がキャビティー２００
の連続波放射波長に対して誘発される。
ティー２００の軸に沿ってエネルギーを増幅する。ま
た、利得媒体２０２は非線形の屈折率を有する媒体とな
り得る。また、非線形の屈折率を有する媒体を、利得媒
体２０２とは別に設けても良い。非線形の屈折率を有す
る媒体を使用することにより、キャビティー２００のモ
−ドロック放射波長の所定の変動がキャビティー２００
の連続波放射波長に対して誘発される。
【００１５】レーザー１００の連続波放射波長は、スペ
クトル利得帯域のピークに位置している。モ−ドロック
放射波長の位置は、例えば、レーザー１００の連続波放
射波長から最高１４ナノメートル（エルビウムの利得帯
域幅の３０％近くまで）変動させることが可能である。
モ−ドロック放射波長が変動する位置は出力に依存し、
ファイバー内の適切な偏光状態を選択することにより抑
制し得る。
クトル利得帯域のピークに位置している。モ−ドロック
放射波長の位置は、例えば、レーザー１００の連続波放
射波長から最高１４ナノメートル（エルビウムの利得帯
域幅の３０％近くまで）変動させることが可能である。
モ−ドロック放射波長が変動する位置は出力に依存し、
ファイバー内の適切な偏光状態を選択することにより抑
制し得る。
【００１６】レーザーキャビティー２００はさらに、利
得媒体を通過するキャビティー２００内の光軸に沿って
エネルギーを反射する手段を含んでおり、その光軸は一
般的に矢印２０４で示してある。エネルギー反射手段
は、キャビティー２００内で信号光を反射するためのキ
ャビティー２００の第一端に位置した第一キャビティー
ミラー２０６を含む。第一キャビティーミラー２０６は
容易に入手可能で当業者の間では良く知られた標準的な
レーザーミラーを利用できる。図１の実施例において。
キャビティーミラー２０６はキャビティー２００内に発
生したエネルギーを出力するためのレーザーエネルギー
出力手段としても機能する。図１の実施例のキャビティ
ーミラー２０６は二つの役割を果たしている。即ち、キ
ャビティーミラー２０６はレーザーキャビティー２００
に入射するエネルギーの一部を反射してレーザーキャビ
ティー２００に戻し、エネルギーの残部をキャビティー
ミラー２０６から漏洩させて出力エネルギーをキャビテ
ィー２００から取り出す。しかしながら、第一キャビテ
ィーミラー２０６がレーザーエネルギー出力手段を兼ね
る必要はなく、第一キャビティーミラー２０６とは別の
レーザーエネルギー出力手段を設けてもよい。
得媒体を通過するキャビティー２００内の光軸に沿って
エネルギーを反射する手段を含んでおり、その光軸は一
般的に矢印２０４で示してある。エネルギー反射手段
は、キャビティー２００内で信号光を反射するためのキ
ャビティー２００の第一端に位置した第一キャビティー
ミラー２０６を含む。第一キャビティーミラー２０６は
容易に入手可能で当業者の間では良く知られた標準的な
レーザーミラーを利用できる。図１の実施例において。
キャビティーミラー２０６はキャビティー２００内に発
生したエネルギーを出力するためのレーザーエネルギー
出力手段としても機能する。図１の実施例のキャビティ
ーミラー２０６は二つの役割を果たしている。即ち、キ
ャビティーミラー２０６はレーザーキャビティー２００
に入射するエネルギーの一部を反射してレーザーキャビ
ティー２００に戻し、エネルギーの残部をキャビティー
ミラー２０６から漏洩させて出力エネルギーをキャビテ
ィー２００から取り出す。しかしながら、第一キャビテ
ィーミラー２０６がレーザーエネルギー出力手段を兼ね
る必要はなく、第一キャビティーミラー２０６とは別の
レーザーエネルギー出力手段を設けてもよい。
【００１７】図１に示した実施例は、二つの干渉しあう
偏光方向を有するカー式モ−ドロックファイバーレーザ
ーである。これらの干渉しあう偏光方向は高複屈折ファ
イバーの二つの線形偏光された固有モ−ドを含む。図１
に示した実施例において、利得媒体２０２として使用さ
れたエルビウムドープ処理ファイバーが高複屈折ファイ
バーとなり得る。
偏光方向を有するカー式モ−ドロックファイバーレーザ
ーである。これらの干渉しあう偏光方向は高複屈折ファ
イバーの二つの線形偏光された固有モ−ドを含む。図１
に示した実施例において、利得媒体２０２として使用さ
れたエルビウムドープ処理ファイバーが高複屈折ファイ
バーとなり得る。
【００１８】本発明において、図１のキャビティー２０
０は低複屈折ファイバーを含み得る。実施例において、
低複屈折ファイバーの長さは高複屈折ファイバーの長さ
に比べて比較的短い（８〜１０倍短い）。本実施例で
は、高複屈折ファイバーが、それ自身で非線形のパルス
整形作用を支配しており、この整形作用のみで低複屈折
ファイバーを無視し得る。
０は低複屈折ファイバーを含み得る。実施例において、
低複屈折ファイバーの長さは高複屈折ファイバーの長さ
に比べて比較的短い（８〜１０倍短い）。本実施例で
は、高複屈折ファイバーが、それ自身で非線形のパルス
整形作用を支配しており、この整形作用のみで低複屈折
ファイバーを無視し得る。
【００１９】本実施例のキャビティー２００には、２．
６メートルの高複屈折ファイバーと０．６メートルの標
準的な通信用低複屈折ファイバーが使用されている、高
複屈折ファイバーは、１．５６７ミクロンのレーザー波
長において１０センチメートルの偏光唸り長（Polariza
tion Beat Length）、２８ミクロンの有効コア領域（Ef
fective Core Area ）、および、０．１９の開口数（Nu
merical Aperture）を有し得る。さらに高複屈折ファイ
バーは．たとえば、１立方センチメートルあたり、およ
そ５×１０18エルビウムイオン（５×１０18erbium ion
s/centimeter3）でドープ処理できる。
６メートルの高複屈折ファイバーと０．６メートルの標
準的な通信用低複屈折ファイバーが使用されている、高
複屈折ファイバーは、１．５６７ミクロンのレーザー波
長において１０センチメートルの偏光唸り長（Polariza
tion Beat Length）、２８ミクロンの有効コア領域（Ef
fective Core Area ）、および、０．１９の開口数（Nu
merical Aperture）を有し得る。さらに高複屈折ファイ
バーは．たとえば、１立方センチメートルあたり、およ
そ５×１０18エルビウムイオン（５×１０18erbium ion
s/centimeter3）でドープ処理できる。
【００２０】キャビティー２００内に高複屈折ファイバ
ーと低複屈折ファイバーを用いることによって、偏光を
保持しないカップラ３０４がキャビティー２００の入出
力レーザー光の結合に使用でき、レーザーのアッセンブ
リとパッケージングを単純化し、全体のコストを下げる
ことができる。しかしながら飽和吸収体（SaturableAbs
orber）により短パルス発振が誘発される場合にはキャ
ビティー２００は低複屈折ファイバーのみとすることが
できる。同様に、正負両方の群速度のばらつき（Group
Velocity Dispersion ）を伴うファイバーの断面をキャ
ビティー２００に含むことができる。
ーと低複屈折ファイバーを用いることによって、偏光を
保持しないカップラ３０４がキャビティー２００の入出
力レーザー光の結合に使用でき、レーザーのアッセンブ
リとパッケージングを単純化し、全体のコストを下げる
ことができる。しかしながら飽和吸収体（SaturableAbs
orber）により短パルス発振が誘発される場合にはキャ
ビティー２００は低複屈折ファイバーのみとすることが
できる。同様に、正負両方の群速度のばらつき（Group
Velocity Dispersion ）を伴うファイバーの断面をキャ
ビティー２００に含むことができる。
【００２１】本実施例において、レーザーキャビティー
２００は、利得媒体２０２の線形位相変動を補償する手
段を含む。位相変動補償手段は、たとえば低複屈折ファ
イバーで形成されたねじ曲げファラデー回転ミラー２１
０といったような、少なくとも一つのファラデー回転子
を用いてキャビティー２００内に発生した偏光した光を
制御するために設けられる。ファラデー回転ミラー２１
０は公知のデバイスで、入手する光の偏光状態を、たと
えば９０度回転させ得る。したがって、少なくとも一つ
のファラデー回転ミラー２１０は利得媒体２０２の偏光
固有モ−ド間の線形位相変動を補償できる。ねじ曲げフ
ァラデー回転ミラー２１０は、キャビティー２００の第
一端の反対側に位置した第二のキャビティーミラーとし
て機能し、キャビティー２００の領域を決定する。たと
えば、ねじ曲げファラデー回転ミラー２１０は４５度の
回転子で、入射光に対する反射光の偏光を９０度回転さ
せ得る。このことにより、反射光は直交した偏光状態で
利得媒体２０２を伝播し返すことになる。
２００は、利得媒体２０２の線形位相変動を補償する手
段を含む。位相変動補償手段は、たとえば低複屈折ファ
イバーで形成されたねじ曲げファラデー回転ミラー２１
０といったような、少なくとも一つのファラデー回転子
を用いてキャビティー２００内に発生した偏光した光を
制御するために設けられる。ファラデー回転ミラー２１
０は公知のデバイスで、入手する光の偏光状態を、たと
えば９０度回転させ得る。したがって、少なくとも一つ
のファラデー回転ミラー２１０は利得媒体２０２の偏光
固有モ−ド間の線形位相変動を補償できる。ねじ曲げフ
ァラデー回転ミラー２１０は、キャビティー２００の第
一端の反対側に位置した第二のキャビティーミラーとし
て機能し、キャビティー２００の領域を決定する。たと
えば、ねじ曲げファラデー回転ミラー２１０は４５度の
回転子で、入射光に対する反射光の偏光を９０度回転さ
せ得る。このことにより、反射光は直交した偏光状態で
利得媒体２０２を伝播し返すことになる。
【００２２】ファラデー回転ミラー２１０を使用してい
るため、ファイバーの偏光固有モ−ド間の線形位相遅れ
の合計は一往復後、ちようどゼロになる。ファラデー回
転ミラー２１０により反射された後も、非線形位相の遅
れは補償されないまま残り、高複屈折ファイバーの偏光
固有モ−ドに沿って蓄積される。高複屈折ファイバーは
ランダムなモ−ド結合を除去するので、また、低複屈折
ファイバーの長さは比較的短いので、非線形位相の変化
は偏光固有モ−ド間の相対的なパワーによって決定さ
れ、環境変化の影響を受けにくくなる。キャビティー２
００内では低複屈折ファイバーが飽和吸収体と共に使用
されるときには、短パルス発振が飽和吸収体によって支
配されるため、偏光固有モ−ド間の位相遅れの差がほと
んど影響の無いレベルまで削減される。このように、フ
ァラデー回転子はキャビティー２００内の線形偏光状態
を安定させる。
るため、ファイバーの偏光固有モ−ド間の線形位相遅れ
の合計は一往復後、ちようどゼロになる。ファラデー回
転ミラー２１０により反射された後も、非線形位相の遅
れは補償されないまま残り、高複屈折ファイバーの偏光
固有モ−ドに沿って蓄積される。高複屈折ファイバーは
ランダムなモ−ド結合を除去するので、また、低複屈折
ファイバーの長さは比較的短いので、非線形位相の変化
は偏光固有モ−ド間の相対的なパワーによって決定さ
れ、環境変化の影響を受けにくくなる。キャビティー２
００内では低複屈折ファイバーが飽和吸収体と共に使用
されるときには、短パルス発振が飽和吸収体によって支
配されるため、偏光固有モ−ド間の位相遅れの差がほと
んど影響の無いレベルまで削減される。このように、フ
ァラデー回転子はキャビティー２００内の線形偏光状態
を安定させる。
【００２３】ファラデー回転ミラー２１０は、キャビテ
ィー２００内のファイバー端部（即ち、利得媒体２０２
を含むファイバーの端部）からのスプリーアス背景反射
（Spurious Back-Reflections ）を抑圧し、連続波レー
ザーの背景（Continuous Wavelasing Background）を排
除する。たとえば、ファラデー回転ミラー２１０へ戻っ
てきた拡散光はファラデー回転ミラー２１０の中で再度
偏光方向が回転され、偏光子２１６等の光学的偏光素子
により吸収される。
ィー２００内のファイバー端部（即ち、利得媒体２０２
を含むファイバーの端部）からのスプリーアス背景反射
（Spurious Back-Reflections ）を抑圧し、連続波レー
ザーの背景（Continuous Wavelasing Background）を排
除する。たとえば、ファラデー回転ミラー２１０へ戻っ
てきた拡散光はファラデー回転ミラー２１０の中で再度
偏光方向が回転され、偏光子２１６等の光学的偏光素子
により吸収される。
【００２４】ファラデー回転ミラー２１０はキャビティ
ー２００の中の偏光固有モ−ド間の群速度の外れが最大
になる位置に設置することができる。このように、低複
屈折ファイバーの望ましくない非線形特性を最小にする
ために、キャビティ２００の光軸に沿ってファラデー回
転ミラー２１０の前に配置されたファイバー部品の非線
形特性は低減され得る。このように、環境変化に対して
安定した動作は必要に応じて、比較的長い低複屈折ファ
イバーを利用することにより達成される。
ー２００の中の偏光固有モ−ド間の群速度の外れが最大
になる位置に設置することができる。このように、低複
屈折ファイバーの望ましくない非線形特性を最小にする
ために、キャビティ２００の光軸に沿ってファラデー回
転ミラー２１０の前に配置されたファイバー部品の非線
形特性は低減され得る。このように、環境変化に対して
安定した動作は必要に応じて、比較的長い低複屈折ファ
イバーを利用することにより達成される。
【００２５】位相変動補償手段はさらに第二ファラデー
回転子２１２を含み得る。第二ファラデー回転子２１２
は、ファラデー回転ミラー２１０の偏光回転を補償する
ためにキャビティー２００の中央部に配置された４５度
のファラデー回転子となり得る。図１の実施例装置は、
また、光軸２０４に沿って発生したエネルギーを集中さ
せる手段を含んでいる。エネルギー集中手段は少なくと
も利得媒体２０２から受け取ったエネルギーを第一キャ
ビティーミラー２０６上に集中させ、第一キャビティー
ミラー２０６から利得媒体２０２へエネルギーを導くた
めの第一レンズ２２８を含む。高複屈折ファイバーの偏
光固有モ−ドが確実に一定値になるように高複屈折ファ
イバーの一端は第一レンズ２２８にできるだけ近い位置
まで延長される。そのために、第一ファラデー回転ミラ
ー２１０、波長分割多重化カップラ３０４、および、高
複屈折ファイバー２１８を融合スプライス（Fusion Spl
ices）を用いて接続し得る。
回転子２１２を含み得る。第二ファラデー回転子２１２
は、ファラデー回転ミラー２１０の偏光回転を補償する
ためにキャビティー２００の中央部に配置された４５度
のファラデー回転子となり得る。図１の実施例装置は、
また、光軸２０４に沿って発生したエネルギーを集中さ
せる手段を含んでいる。エネルギー集中手段は少なくと
も利得媒体２０２から受け取ったエネルギーを第一キャ
ビティーミラー２０６上に集中させ、第一キャビティー
ミラー２０６から利得媒体２０２へエネルギーを導くた
めの第一レンズ２２８を含む。高複屈折ファイバーの偏
光固有モ−ドが確実に一定値になるように高複屈折ファ
イバーの一端は第一レンズ２２８にできるだけ近い位置
まで延長される。そのために、第一ファラデー回転ミラ
ー２１０、波長分割多重化カップラ３０４、および、高
複屈折ファイバー２１８を融合スプライス（Fusion Spl
ices）を用いて接続し得る。
【００２６】第一レンズ２２８は利得媒体２０２からの
光を集中させることができるものであれば、あらゆる光
学要素となり得る。本実施例において、第一レンズ２２
８の焦点は、第一キャビティミラー２０６上のエネルギ
ー密度が最大になるように、第一キャビティミラー２０
６に一致するように選択される。同様に、第一レンズ２
２８の焦点は利得媒体２０２上のエネルギー密度が最大
になるように、利得媒体２０２上に選択される。
光を集中させることができるものであれば、あらゆる光
学要素となり得る。本実施例において、第一レンズ２２
８の焦点は、第一キャビティミラー２０６上のエネルギ
ー密度が最大になるように、第一キャビティミラー２０
６に一致するように選択される。同様に、第一レンズ２
２８の焦点は利得媒体２０２上のエネルギー密度が最大
になるように、利得媒体２０２上に選択される。
【００２７】位相変動補償手段は環境変化に対する安定
性を与えるが、エネルギーの線形偏光変換手段が、モ−
ドロックに関する非線形偏光の縮閉（Evolution ）を最
適化するために使用できる。線形偏光変換手段は、偏光
子２１６において偏光固有モ−ド間の干渉を引き起こ
し、線形位相遅れを誘発するために、レーザーキャビテ
ィ２００の中に設けられた一つまたは複数の波長板２１
４、２１５を含み得る。
性を与えるが、エネルギーの線形偏光変換手段が、モ−
ドロックに関する非線形偏光の縮閉（Evolution ）を最
適化するために使用できる。線形偏光変換手段は、偏光
子２１６において偏光固有モ−ド間の干渉を引き起こ
し、線形位相遅れを誘発するために、レーザーキャビテ
ィ２００の中に設けられた一つまたは複数の波長板２１
４、２１５を含み得る。
【００２８】図１の実施例において、波長板２１４、２
１５はλ／４波長板とλ／２波長板としてそれぞれ示さ
れている。線形偏光変換手段はキャビティー２００内の
偏光子２１６からファイバーへ特有の変換を提供する。
この変換は、公知のポアンカレ球上に（Ｏ、Ｏ）→（２
ψ、２α）として定義されている。即ち、偏光子２１６
から出力された線形偏光した光が楕円形ψ（往復の線形
偏光状態とキャビティ損失により定まる値）を有する楕
円偏光た光に変換される。ここにおいて、楕円はファイ
バーのＸ軸に対して角度ａだけ回転され、また、楕円率
ψの正接（Tangent ）はｂ／ａで示され、ここでｂとａ
はそれぞれ、偏光楕円の長軸および短軸である。
１５はλ／４波長板とλ／２波長板としてそれぞれ示さ
れている。線形偏光変換手段はキャビティー２００内の
偏光子２１６からファイバーへ特有の変換を提供する。
この変換は、公知のポアンカレ球上に（Ｏ、Ｏ）→（２
ψ、２α）として定義されている。即ち、偏光子２１６
から出力された線形偏光した光が楕円形ψ（往復の線形
偏光状態とキャビティ損失により定まる値）を有する楕
円偏光た光に変換される。ここにおいて、楕円はファイ
バーのＸ軸に対して角度ａだけ回転され、また、楕円率
ψの正接（Tangent ）はｂ／ａで示され、ここでｂとａ
はそれぞれ、偏光楕円の長軸および短軸である。
【００２９】偏光変換の計算において、キャビティー２
００内のファラデー回転子２１２の作用は無視すること
ができる。キャビティー２００内の偏光子２１６におけ
る偏光状態は（Ｏ、Ｏ）で、偏光子２１６に最も近いフ
ァイバー端部における偏光は（２ψ、２α）である。こ
こにおいて、αはファイバーの低速軸に対する連続波の
偏光楕円の角度である。キャビティー２００の連続波損
失はｓｉｎ2 ２ψで与えられる点に注意願いたい。
００内のファラデー回転子２１２の作用は無視すること
ができる。キャビティー２００内の偏光子２１６におけ
る偏光状態は（Ｏ、Ｏ）で、偏光子２１６に最も近いフ
ァイバー端部における偏光は（２ψ、２α）である。こ
こにおいて、αはファイバーの低速軸に対する連続波の
偏光楕円の角度である。キャビティー２００の連続波損
失はｓｉｎ2 ２ψで与えられる点に注意願いたい。
【００３０】一般的にλ／４波長板２１４の光軸が偏光
子２１６に対して４５度の角度となるようにλ／４波長
板２１４が設置されたと仮定すると、偏光変換に物理学
的な意味がつけられる。λ／４波長板２１４を傾けるこ
とによって、δ＝２ψの位相遅れが光軸に沿って誘発さ
れる。このように、２枚の波長板２１４、２１５によっ
て誘発される偏光変換は楕円率ψを定数として保持し、
角度αを変化させることにより調節し得る。このことは
λ／４波長板２１４に触れることなく、λ／２波長板２
１５を回転することで達成される。結果として得られる
作用がキャビティー２００の連続波の損失を変えること
はない。即ち、その作用はキャビティー２００の線形
（往復）偏光状態に実質的な影響を与えない。
子２１６に対して４５度の角度となるようにλ／４波長
板２１４が設置されたと仮定すると、偏光変換に物理学
的な意味がつけられる。λ／４波長板２１４を傾けるこ
とによって、δ＝２ψの位相遅れが光軸に沿って誘発さ
れる。このように、２枚の波長板２１４、２１５によっ
て誘発される偏光変換は楕円率ψを定数として保持し、
角度αを変化させることにより調節し得る。このことは
λ／４波長板２１４に触れることなく、λ／２波長板２
１５を回転することで達成される。結果として得られる
作用がキャビティー２００の連続波の損失を変えること
はない。即ち、その作用はキャビティー２００の線形
（往復）偏光状態に実質的な影響を与えない。
【００３１】一方、角度αを変更することは、ファイバ
ーの光軸の出力分配を変化させ、キャビティー２００の
非線形偏光状態を変化させる。この特定の制御を行うこ
とにより、キャビティー２００の非線形偏光状態は、キ
ャビティー２００内の（往復）線形偏光に影響すること
なく、独立して変更することができる。本実施例によれ
ば、キャビティー２００におけるモ−ドロックプロセス
の開始手段として、例えば、飽和吸収体、振動キャビテ
ィーミラー（Vibrating CavityMirror ）、ファイバー
・ストレッチャー（Fiber Stretcher ）、または、光学
変調器（Optical Modulator ）等が使用できる。モ−ド
ロックプロセスは、カー式非線形特性を有するキャビテ
ィー２００に飽和吸収体を設けることによりキャビティ
ー２００内で維持される。飽和吸収体として、ファイバ
ーレーザーのレーザー波長付近に帯域のエッジを有する
半導体物質等が使用できる。
ーの光軸の出力分配を変化させ、キャビティー２００の
非線形偏光状態を変化させる。この特定の制御を行うこ
とにより、キャビティー２００の非線形偏光状態は、キ
ャビティー２００内の（往復）線形偏光に影響すること
なく、独立して変更することができる。本実施例によれ
ば、キャビティー２００におけるモ−ドロックプロセス
の開始手段として、例えば、飽和吸収体、振動キャビテ
ィーミラー（Vibrating CavityMirror ）、ファイバー
・ストレッチャー（Fiber Stretcher ）、または、光学
変調器（Optical Modulator ）等が使用できる。モ−ド
ロックプロセスは、カー式非線形特性を有するキャビテ
ィー２００に飽和吸収体を設けることによりキャビティ
ー２００内で維持される。飽和吸収体として、ファイバ
ーレーザーのレーザー波長付近に帯域のエッジを有する
半導体物質等が使用できる。
【００３２】当業者であれば、図１に示されたレーザー
システムは本発明の一実施例にすぎず、本発明を用いた
様々な実施例が考えられること容易に理解できるであろ
う。たとえば、図１のシステムは、キャビティー２００
内にあらゆる種類のファイバーを用いることができる。
また、図１に示したファブリーベロー構成は、ファラデ
ー回転ミラー２１６がキャビティー２００の左側に、キ
ャビティーミラー２０６がキャビティー２００の右側に
なるように、反転させることができる。
システムは本発明の一実施例にすぎず、本発明を用いた
様々な実施例が考えられること容易に理解できるであろ
う。たとえば、図１のシステムは、キャビティー２００
内にあらゆる種類のファイバーを用いることができる。
また、図１に示したファブリーベロー構成は、ファラデ
ー回転ミラー２１６がキャビティー２００の左側に、キ
ャビティーミラー２０６がキャビティー２００の右側に
なるように、反転させることができる。
【００３３】ファラデー回転ミラー２１０とファラデー
回転子２１２の正確な位置は、当業者であれば容易に決
定できる。本実施例では、利得媒体２０２が位置するキ
ャビティー２００の内部がファラデー回転ミラー２１０
とファラデー回転子２１２により定義される。さらに当
業者であれば、非偏光保持、低複屈折ファイバーの選択
と配置は極めて設計的な事項であり、特定の製品の設計
条件を満たすために大きく変化し得ることを容易に理解
できるであろう。また、本実施例装置では、高複屈折フ
ァイバーをキャビティー２００全体に使用することもで
きる。
回転子２１２の正確な位置は、当業者であれば容易に決
定できる。本実施例では、利得媒体２０２が位置するキ
ャビティー２００の内部がファラデー回転ミラー２１０
とファラデー回転子２１２により定義される。さらに当
業者であれば、非偏光保持、低複屈折ファイバーの選択
と配置は極めて設計的な事項であり、特定の製品の設計
条件を満たすために大きく変化し得ることを容易に理解
できるであろう。また、本実施例装置では、高複屈折フ
ァイバーをキャビティー２００全体に使用することもで
きる。
【００３４】本発明の他の実施例では、そのようなファ
イバーの２．３メートルを約５×１０18エルビウムイオ
ン／ｃｍ3 でドープ処理し得る。この場合、コアの直径
が５ミクロン、偏光唸り長が１０センチメートル、およ
び、群速度の分散はマイナス１３，０００フェムト秒2
／メートル（Negative 13,000 Femtoseconds2 /Meter）
となり得る。このような実施例において、典型的な安定
性領域は次のように定義される。
イバーの２．３メートルを約５×１０18エルビウムイオ
ン／ｃｍ3 でドープ処理し得る。この場合、コアの直径
が５ミクロン、偏光唸り長が１０センチメートル、およ
び、群速度の分散はマイナス１３，０００フェムト秒2
／メートル（Negative 13,000 Femtoseconds2 /Meter）
となり得る。このような実施例において、典型的な安定
性領域は次のように定義される。
【００３５】５５度＜楕円率ψ＜７７度 ９度＜角度α＜３２度 このように、モ−ドロックは２０〜９０％の間の連続波
キャビティー内損失のために維持される。モ−ドロック
は、安定範囲の３０％以上の領域で開始される。この
際、モ−ドロックはキャビティー端ミラーの一つを振動
させるか、または、キャビティ一の中に飽和吸収体を設
ける方法によって開始される。安定範囲の中にあるパル
ス幅は、５０〜１５０ピコジュール以上の内部キャビテ
ィーパルスエネルギーが維持されている間、２００〜４
００フェムト秒またはそれ以上に変化させることが可能
である。偏光変換手段が固定された状態で、ポンプの出
力が±２０％以上変動しても、連続波の背景を伴わない
安定したモ−ドロックが得られた。
キャビティー内損失のために維持される。モ−ドロック
は、安定範囲の３０％以上の領域で開始される。この
際、モ−ドロックはキャビティー端ミラーの一つを振動
させるか、または、キャビティ一の中に飽和吸収体を設
ける方法によって開始される。安定範囲の中にあるパル
ス幅は、５０〜１５０ピコジュール以上の内部キャビテ
ィーパルスエネルギーが維持されている間、２００〜４
００フェムト秒またはそれ以上に変化させることが可能
である。偏光変換手段が固定された状態で、ポンプの出
力が±２０％以上変動しても、連続波の背景を伴わない
安定したモ−ドロックが得られた。
【００３６】利得引き寄せが補償されていない状態、お
よび補償された状態において内部キャビティーパルスエ
ネルギーを増加させたときのパルス・スペクトルが図２
と図３に示されている。図４は内部キャビティパルスエ
ネルギーとパルス幅の関係を示している。図４のパルス
・スペクトルは偏光変換手段α＝１０度に設定した際に
得られる。なお、図２と図３に示したグラフはψ＝５７
度、図４に示したグラフはψ＝７５度で得られた。
よび補償された状態において内部キャビティーパルスエ
ネルギーを増加させたときのパルス・スペクトルが図２
と図３に示されている。図４は内部キャビティパルスエ
ネルギーとパルス幅の関係を示している。図４のパルス
・スペクトルは偏光変換手段α＝１０度に設定した際に
得られる。なお、図２と図３に示したグラフはψ＝５７
度、図４に示したグラフはψ＝７５度で得られた。
【００３７】図４において、実線３０２は図１の内部キ
ャビティー偏光子２１６に対して平行な長さ方向に計測
した結果を示す。図４の点線３０４は図１の内部キャビ
ティー偏光子２１６に対して直交した方向に計測した結
果を示す。図２のパルス・スペクトルは大規模な出力依
存型波長変動を示しており、パルススペクトルが利得プ
ロファイルピークの赤色側に向かって１４ナノメートル
まで（１５７０ナノメートル付近の連続波放射のマーク
位置によって示された位置まで）存在し得ることを示
す。１０ナノメートルより大きな赤方偏移に関しては、
連続波の不安定性がスペクトル利得のピークにおいて上
昇することに注目いただきたい。連続波の不安定性は連
続波放射波長付近で発生し、この結果、大規模な赤方偏
移はさらに明らかなものとなる。赤方偏移はファイバー
レーザーの調節可能領域を拡大することを可能にする。
さらに、赤方偏移は前述したモ−ドロック放射波長から
連続波放射波長を分離することを可能にする。
ャビティー偏光子２１６に対して平行な長さ方向に計測
した結果を示す。図４の点線３０４は図１の内部キャビ
ティー偏光子２１６に対して直交した方向に計測した結
果を示す。図２のパルス・スペクトルは大規模な出力依
存型波長変動を示しており、パルススペクトルが利得プ
ロファイルピークの赤色側に向かって１４ナノメートル
まで（１５７０ナノメートル付近の連続波放射のマーク
位置によって示された位置まで）存在し得ることを示
す。１０ナノメートルより大きな赤方偏移に関しては、
連続波の不安定性がスペクトル利得のピークにおいて上
昇することに注目いただきたい。連続波の不安定性は連
続波放射波長付近で発生し、この結果、大規模な赤方偏
移はさらに明らかなものとなる。赤方偏移はファイバー
レーザーの調節可能領域を拡大することを可能にする。
さらに、赤方偏移は前述したモ−ドロック放射波長から
連続波放射波長を分離することを可能にする。
【００３８】一方、図３において、パルス・スペクトル
の位置は出力の大きさに殆ど影響されず、スペクトル利
得ピーク付近に位置している。図２と図３のスペクトル
の顕著な図２と図３でそれぞれ２５％と８３％であるキ
ャビティー内部損失である。キャビティー内部損失が増
加するにつれて、利得プロファイルからの引き寄せ力が
増加し、利得プロファイルのピーク付近にパルスを集中
させる傾向がある。
の位置は出力の大きさに殆ど影響されず、スペクトル利
得ピーク付近に位置している。図２と図３のスペクトル
の顕著な図２と図３でそれぞれ２５％と８３％であるキ
ャビティー内部損失である。キャビティー内部損失が増
加するにつれて、利得プロファイルからの引き寄せ力が
増加し、利得プロファイルのピーク付近にパルスを集中
させる傾向がある。
【００３９】楕円率ψを維持することにより、往復線形
偏光状態とキャビティーの損失は一定で、角度αを変化
させ、角度αが大きな値になった時、大規模なスペクト
ル赤方偏移が得られ、そのことは内部キャビティーパル
スエネルギーを最大化し、パルス幅を最小化する。特
に、偏光変換手段λ／２波長板２１５を単純に回転させ
ることにより、ファイバーレーザーの波長調整が単一の
制御項目で達成できる。
偏光状態とキャビティーの損失は一定で、角度αを変化
させ、角度αが大きな値になった時、大規模なスペクト
ル赤方偏移が得られ、そのことは内部キャビティーパル
スエネルギーを最大化し、パルス幅を最小化する。特
に、偏光変換手段λ／２波長板２１５を単純に回転させ
ることにより、ファイバーレーザーの波長調整が単一の
制御項目で達成できる。
【００４０】大規模な赤方偏移は主にソリトン自己周波
数変動（Soliton Self-Frequency Shift）と交差位相変
換（Cross-Phase Modulation）に起因すると思われる。
ソリトン自己周波数変動はソリトン・コミュニケーショ
ン（Soliton Communication）からよく知られており、
ソリトン伝播を赤方偏移へ導くことができる。交差位相
変調からの周波数変動は、いわゆるベクトル・ソリトン
の研究、即ち、複屈折ファイバー中におけるリトンの伝
搬の研究から知られている。本発明では、ファイバーキ
ャビティーの中に連続波放射波長とモ−ドロック放射波
長の間を分離させる何かの線形または非線形の効果があ
る時はついも、利得引き寄せがファイバーレーザーの調
整範囲を拡大するために利用し得る。
数変動（Soliton Self-Frequency Shift）と交差位相変
換（Cross-Phase Modulation）に起因すると思われる。
ソリトン自己周波数変動はソリトン・コミュニケーショ
ン（Soliton Communication）からよく知られており、
ソリトン伝播を赤方偏移へ導くことができる。交差位相
変調からの周波数変動は、いわゆるベクトル・ソリトン
の研究、即ち、複屈折ファイバー中におけるリトンの伝
搬の研究から知られている。本発明では、ファイバーキ
ャビティーの中に連続波放射波長とモ−ドロック放射波
長の間を分離させる何かの線形または非線形の効果があ
る時はついも、利得引き寄せがファイバーレーザーの調
整範囲を拡大するために利用し得る。
【００４１】ソリトン自己周波数変動と交差位相変調か
ら予測される赤方偏移の正確な大きさは大規模な赤方偏
移に関する連続波の不安定性の開始と同様に、数値的に
シミュレーションできる。数値的シミュレーションのた
めに、公知の非線形シュレーディンガー方程式がステッ
プ分割フーリエ変換法（Split-Step Fourier Transform
Method ）で解かれる。レーザーを正確に設計するため
に、交差位相変調とファイバーの二つの軸を表わす群速
度の外れ期間を有する二つの非線形シュレーディンガー
方程式が時間遅れの非線形応答（ソリトン自己周波数変
動を表わす）と共に使用され得る。さらに、キャビティ
ー２００の利得と周期的損失は、エルビウムファイバー
の利得プロファイルを表わす期間と共に数値的シミュレ
ーションに含まれる。
ら予測される赤方偏移の正確な大きさは大規模な赤方偏
移に関する連続波の不安定性の開始と同様に、数値的に
シミュレーションできる。数値的シミュレーションのた
めに、公知の非線形シュレーディンガー方程式がステッ
プ分割フーリエ変換法（Split-Step Fourier Transform
Method ）で解かれる。レーザーを正確に設計するため
に、交差位相変調とファイバーの二つの軸を表わす群速
度の外れ期間を有する二つの非線形シュレーディンガー
方程式が時間遅れの非線形応答（ソリトン自己周波数変
動を表わす）と共に使用され得る。さらに、キャビティ
ー２００の利得と周期的損失は、エルビウムファイバー
の利得プロファイルを表わす期間と共に数値的シミュレ
ーションに含まれる。
【００４２】ソリトン自己周波数変動とは対照的に、交
差位相変調は、偏光変換手段の楕円率ψと角度αの正確
な設定により、スペクトルの青方偏移をも引き起こすこ
とができる。図３は、パルス出力が増大するに従ってパ
ルススペクトルがわずかな青方偏移を示していることを
明らかにしており、このことは交差位相変調からの引き
寄せ力がラマン自己散乱（Raman Self-Scattering ）に
抵抗することを示している。実際に偏光変換手段は２ナ
ノメートル程度の青方偏移を引き起こすように調整する
ことができる。特に、キャビティー２００内の一つまた
は複数の効果にともない発生する利得引き寄せは、その
キャビティー２００の一つまたは複数の効果によって補
償され得る。当業者であれば、キャビティー２００内の
一つまたは複数の効果からの強い利得引き寄せを十分に
補償することにより、連続波放射波長はモ−ドロック放
射波長に近づく。それゆえに、本実施例では、キャビテ
ィー２００内の非線形効果のバランスを利得引き寄せの
制御に利用することができ、そのことにより広帯域の放
射波長制御を達成し得る。
差位相変調は、偏光変換手段の楕円率ψと角度αの正確
な設定により、スペクトルの青方偏移をも引き起こすこ
とができる。図３は、パルス出力が増大するに従ってパ
ルススペクトルがわずかな青方偏移を示していることを
明らかにしており、このことは交差位相変調からの引き
寄せ力がラマン自己散乱（Raman Self-Scattering ）に
抵抗することを示している。実際に偏光変換手段は２ナ
ノメートル程度の青方偏移を引き起こすように調整する
ことができる。特に、キャビティー２００内の一つまた
は複数の効果にともない発生する利得引き寄せは、その
キャビティー２００の一つまたは複数の効果によって補
償され得る。当業者であれば、キャビティー２００内の
一つまたは複数の効果からの強い利得引き寄せを十分に
補償することにより、連続波放射波長はモ−ドロック放
射波長に近づく。それゆえに、本実施例では、キャビテ
ィー２００内の非線形効果のバランスを利得引き寄せの
制御に利用することができ、そのことにより広帯域の放
射波長制御を達成し得る。
【００４３】このように、利得引き寄せは受動型モード
ロックファイバーレーザーの調節領域を拡大するために
利用し得る。また、利得引き寄せがモ−ドロック放射波
長から連続波放射波長を分離するために利用し得るよう
に、ファイバーレーザーキャビティー２００の（往復）
線形偏光状態の制御がキャビティー２００の非線形偏光
状態の制御から分離することができる。この分離はモ−
ドロックパルスの質を改善するために利用でき、また、
大きな分離を与えるように偏光変換手段を設定すること
により、またモ−ドロックパルスが発生した際に少量の
連続波放射を許容することにより達成され得る。連続波
成分をフィルターで取り除くことにより。キャビティー
２００内で増幅された自然放射が減少し、および／また
は、モ−ドロックパルスのノイズが減少する。連続波放
射波長は光学的フィルター技術で取り除くことが可能で
ある。当業者であれば、本発明の実施例中に説明されて
いる利得引き寄せが、あらゆる種類のモ−ドロックファ
イバーレーザー、半導体レーザー、または、その他の導
波路レーザーまたはバルクレーザー等にも適用し得こと
は容易に考えられるであろう。さらに、当業者であれ
ば、モ−ドロック放射波長から連続波放射波長の分離で
利得引き寄せが顕在化する時いつも、連続波放射波長を
光学フィルターを用いて取り除くことができ、この結
果、レーザーや増幅された自然放射ノイズ抑制といった
ような特徴が得られることを理解し得るであろう。
ロックファイバーレーザーの調節領域を拡大するために
利用し得る。また、利得引き寄せがモ−ドロック放射波
長から連続波放射波長を分離するために利用し得るよう
に、ファイバーレーザーキャビティー２００の（往復）
線形偏光状態の制御がキャビティー２００の非線形偏光
状態の制御から分離することができる。この分離はモ−
ドロックパルスの質を改善するために利用でき、また、
大きな分離を与えるように偏光変換手段を設定すること
により、またモ−ドロックパルスが発生した際に少量の
連続波放射を許容することにより達成され得る。連続波
成分をフィルターで取り除くことにより。キャビティー
２００内で増幅された自然放射が減少し、および／また
は、モ−ドロックパルスのノイズが減少する。連続波放
射波長は光学的フィルター技術で取り除くことが可能で
ある。当業者であれば、本発明の実施例中に説明されて
いる利得引き寄せが、あらゆる種類のモ−ドロックファ
イバーレーザー、半導体レーザー、または、その他の導
波路レーザーまたはバルクレーザー等にも適用し得こと
は容易に考えられるであろう。さらに、当業者であれ
ば、モ−ドロック放射波長から連続波放射波長の分離で
利得引き寄せが顕在化する時いつも、連続波放射波長を
光学フィルターを用いて取り除くことができ、この結
果、レーザーや増幅された自然放射ノイズ抑制といった
ような特徴が得られることを理解し得るであろう。
【００４４】以上、本発明を適用した好ましい実施例に
ついて説明したが、本発明が開示された実施例に限定さ
れていないことは言うまでもない。
ついて説明したが、本発明が開示された実施例に限定さ
れていないことは言うまでもない。
【図１】環境変化に対して安定なカー式（Kerr Type ）
のモードロックファイバーレーザーの実施例を示すブロ
ック図である。
のモードロックファイバーレーザーの実施例を示すブロ
ック図である。
【図２】補償なしでキャビティー内のエネルギーを増加
させたときのパルス・スペクトルを描いたグラフであ
る。
させたときのパルス・スペクトルを描いたグラフであ
る。
【図３】利得引き寄せを補償しながらキャビティー内の
エネルギーを増加させたときのパルス・スペクトルを描
いたグラフである。
エネルギーを増加させたときのパルス・スペクトルを描
いたグラフである。
【図４】キャビティー内エネルギーを増加させたときの
パルス幅を描いたグラフであり、実線はキャビティー内
の偏光子に対して並列に計測した結果を、点線はキャビ
ティー内の偏光子に対して直角に計測した結果を示して
いる。
パルス幅を描いたグラフであり、実線はキャビティー内
の偏光子に対して並列に計測した結果を、点線はキャビ
ティー内の偏光子に対して直角に計測した結果を示して
いる。
１００─レーザー ２００─キャビティ
ー ２０２─利得媒体 ２０６─第一キャビ
ティーミラー ２１０─ファラデー回転ミラー ２１２─ファラデー
回転子 ２１４、２１５─波長板 ２１６─偏光子 ２２８─第一レンズ ３００─ポンピング
手段 ３０２─ポンプ ３０４─波長分割多
量カップラ
ー ２０２─利得媒体 ２０６─第一キャビ
ティーミラー ２１０─ファラデー回転ミラー ２１２─ファラデー
回転子 ２１４、２１５─波長板 ２１６─偏光子 ２２８─第一レンズ ３００─ポンピング
手段 ３０２─ポンプ ３０４─波長分割多
量カップラ
Claims (24)
- 【請求項１】光エネルギーが通過する光軸を有するキャ
ビティーと、 前記光エネルギーを受け、前記キャビティーの連続波放
射波長に対して前記キャビティーのモ−ドロック放射波
長の所定の波長変動を引き起こすための非線形の屈折率
を有する媒体と、 前記キャビティーから光エネルギーを出力する手段と、 を備える光エネルギー増幅装置。 - 【請求項２】前記媒体は前記キャビティーの前記光軸に
沿ったエネルギーを増幅する利得媒体である請求項１記
載の光エネルギー増幅装置。 - 【請求項３】前記キャビティーの前記光軸に沿ったエネ
ルギーを増幅するための利得媒体を備える請求項１記載
の光エネルギー増幅装置。 - 【請求項４】少なくとも第一ファラデー回転子と第二フ
ァラデー回転子を用いて前記キャビティー内に発生した
偏光した光を制御することにより利得媒体の線形位相変
動を補償するための手段を備え、前記第一、第二のファ
ラデー回転子は前記キャビティーの内部に位置し、キャ
ビティー内領域定義する、請求項１記載の光エネルギー
増幅装置。 - 【請求項５】前記キャビティー内の前記光軸に沿って前
記光エネルギーを反射する手段を備え、前記エネルギー
反射手段が前記キャビティーの第一端に位置する第一キ
ャビティーミラーと、前記キャビティーの前記第一端の
反対側の第二端に位置する第二キャビティーミラーを備
え、前記第二キャビティーミラーはさらにファラデー回
転子を含む、請求項１記載の光エネルギー増幅装置。 - 【請求項６】前記キャビティーが、前記キャビティー中
のエネルギーの偏光を変換する手段を備え、前記偏光変
換手段は前記キャビティーの偏光状態を変化させるため
に前記光軸に沿って配置された少なくとも一つの波長板
を含む、請求項１記載の光エネルギー増幅装置。 - 【請求項７】前記偏光変換手段は、さらに、前記光軸に
沿って配置された少なくとも第一、第二の波長板を備
え、前記第一の波長板は第一の線形位相遅れを発生さ
せ、前記第二の波長板は第二の線形位相遅れを発生さ
せ、前記第一の位相遅れと前記第二の位相遅れの値が異
なっている、請求項６記載の光エネルギー増幅装置。 - 【請求項８】前記キャビティーは、さらに、前記キャビ
ティー内の前記光軸に沿って発生したエネルギーを集中
させる手段を含む、請求項１記載の光エネルギー増幅装
置。 - 【請求項９】前記エネルギー出力手段は、さらに、前記
キャビティーから放射されるエネルギーのための出力カ
ップラを備える、請求項１記載の光エネルギー増幅装
置。 - 【請求項１０】エネルギー源を用いて請求エネルギー発
生手段をポンピングするための手段と、前記ポンピング
手段を前記キャビティーに結合するための波長分割多重
量カップラを備える、請求項１記載の光エネルギー増幅
装置。 - 【請求項１１】前記第一および第二のファラデー回転子
の少なくとも一つは前記エネルギー出力手段の出力カッ
プラを含む、請求項４記載の光エネルギー増幅装置。 - 【請求項１２】前記媒体は、非線形の屈折率を有する希
土ドープファイバーを含む、請求項１記載の光エネルギ
ー増幅装置。 - 【請求項１３】飽和吸収体、振動キャビティーミラー、
ファイバーストレッチャー、または、光学変調器を用い
て前記キャビティーのモ−ドロックプロセスを開始する
手段を備える、請求項１記載の光エネルギー増幅装置。 - 【請求項１４】カー式非線形キャビティーと共に飽和吸
収体を用いてキャビティー内のモ−ドロックプロセスを
維持するための手段を備える、請求項１記載の光エネル
ギー増幅装置。 - 【請求項１５】光エネルギーの移動に沿った光軸を有す
るキャビティーと、前記キャビティーの連続波放射波長
に対して前記キャビティーのモ−ドロック放射波長の所
定の波長変動を引き起こすために少なくとも一部が非線
形の屈折率を有し、前記光エネルギーを受け取る媒体
と、 少なくとも一つの波長板を用いて前記キャビティーの中
のエネルギーの偏光を変換するための手段と、 を備える光エネルギー増幅装置。 - 【請求項１６】前記キャビティーの前記光軸に沿ってエ
ネルギーを増幅するための利得媒体と、 前記キャビティーの内部に設けられ、前記キャビティー
の内部ファイバー領域を定義し、線形位相変動を補償す
るための第一および第二のファラデー回転子とを備え
る、請求項１５記載の光エネルギー増幅装置。 - 【請求項１７】前記キャビティーの第一端に位置する第
一キャビティーミラーと、 前記第一端の反対側にある前記キャビティーの第二端に
位置する第二キャビティーミラーと、 を備える、請求項１５記載の光エネルギー増幅装置。 - 【請求項１８】前記キャビティーは、さらに、前記キャ
ビティーからの出力から前記連続波放射波長を取り除く
ための光学フィルターを備える、請求項１５記載の光エ
ネルギー増幅装置。 - 【請求項１９】前記偏光変換手段は、さらに、前記光軸
に沿って配置された少なくとも第一と第二の波長板を備
え、前記第一の波長板は第一の線形位相遅れを引き起こ
し、前記第二の波長板は第二の線形位相遅れを引き起こ
し、前記第一の位相遅れは前記第二の位相遅れと異なる
値を有する、請求項１５記載の光エネルギー増幅装置。 - 【請求項２０】前記キャビティーは、さらに、前記キャ
ビティー内の前記光軸に沿って発生したエネルギーを集
中させる手段を備える、請求項１５記載の光エネルギー
増幅装置。 - 【請求項２１】前記エネルギー出力手段は、さらに、前
記キャビティーからのエネルギーを放射するための出力
カップラを備える、請求項１５記載の光エネルギー増幅
装置。 - 【請求項２２】非線形の屈折率を有する媒体を含むレー
ザーキャビティーの中の連続波放射波長に対してモ−ド
ロック放射波長の所定の波長変動を引き起こすことによ
り増幅された光エネルギーを発生させる段階と、 少なくとも一つの波長板を用いてキャビティー内のエネ
ルギーの偏光を変換する段階と、 を備える光エネルギーの増幅方法。 - 【請求項２３】前記キャビティーからのエネルギー出力
からの連続波放射波長をフィルターで取り除く段階を備
える請求項２２記載の光エネルギーの増幅方法。 - 【請求項２４】前記キャビティーの非線形の偏光状態を
変えるために前記少なくとも一つの波長板を回転させる
段階とを備える請求項２２記載の光エネルギーの増幅方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/215,579 US5440573A (en) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | Method and apparatus for controlling laser emmision wavelength using non-linear effects |
| US08/215579 | 1994-03-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0815739A true JPH0815739A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=22803537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7063139A Pending JPH0815739A (ja) | 1994-03-22 | 1995-03-22 | 非線形効果を用いたレーザー放射波長制御方法と装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5440573A (ja) |
| JP (1) | JPH0815739A (ja) |
| DE (1) | DE19510432A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002368313A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-20 | Aisin Seiki Co Ltd | 受動型モードロック・ファイバーレーザー |
| JP2008172166A (ja) * | 2007-01-15 | 2008-07-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ノイズライクレーザ光源および広帯域光源 |
| WO2019245027A1 (ja) * | 2018-06-21 | 2019-12-26 | 学校法人近畿大学 | 光ファイバ出力光源装置 |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5574739A (en) * | 1995-05-12 | 1996-11-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Polarization-stable pulsed laser |
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| US5880877A (en) * | 1997-01-28 | 1999-03-09 | Imra America, Inc. | Apparatus and method for the generation of high-power femtosecond pulses from a fiber amplifier |
| US6097741A (en) * | 1998-02-17 | 2000-08-01 | Calmar Optcom, Inc. | Passively mode-locked fiber lasers |
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