JPH09167869A - モードロック・レーザー装置 - Google Patents
モードロック・レーザー装置Info
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- JPH09167869A JPH09167869A JP8235356A JP23535696A JPH09167869A JP H09167869 A JPH09167869 A JP H09167869A JP 8235356 A JP8235356 A JP 8235356A JP 23535696 A JP23535696 A JP 23535696A JP H09167869 A JPH09167869 A JP H09167869A
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- cavity
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
- H01S3/09415—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode the pumping beam being parallel to the lasing mode of the pumped medium, e.g. end-pumping
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- H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
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- 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
- H01S3/1106—Mode locking
- H01S3/1112—Passive mode locking
- H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
- H01S3/1118—Semiconductor saturable absorbers, e.g. semiconductor saturable absorber mirrors [SESAMs]; Solid-state saturable absorbers, e.g. carbon nanotube [CNT] based
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 広帯域ダイオード・レーザー・アレイで励起
されたモードロック二重クラッド・ファイバー・レーザ
ーから、ピコ秒台やフェムト秒台のパルスを発生する技
術を提供すること。 【解決手段】 Ｅｒ／Ｙｂファイバー発振器１０１によ
って、最高４０ｐＪの５６０ｆｓｅｃパルスを１５６０
ｎｍの波長で発生する。分散が補償されたキャビティー
では、５０ｐＪの１７０ｆｓｅｃパルスを発生すること
ができる。キャビティー内の分散制御性を高めるために
陰性チャープ・ファイバー・ブラッグ格子１０５を付加
することによって、最高１ｎＪの３ｐｓｅｃパルス幅の
パルスが発生する。パルス発生を開始させるために飽和
吸収体１１８が使用され、定常状態のパルス整形には非
線形の偏光展開が利用されている。
されたモードロック二重クラッド・ファイバー・レーザ
ーから、ピコ秒台やフェムト秒台のパルスを発生する技
術を提供すること。 【解決手段】 Ｅｒ／Ｙｂファイバー発振器１０１によ
って、最高４０ｐＪの５６０ｆｓｅｃパルスを１５６０
ｎｍの波長で発生する。分散が補償されたキャビティー
では、５０ｐＪの１７０ｆｓｅｃパルスを発生すること
ができる。キャビティー内の分散制御性を高めるために
陰性チャープ・ファイバー・ブラッグ格子１０５を付加
することによって、最高１ｎＪの３ｐｓｅｃパルス幅の
パルスが発生する。パルス発生を開始させるために飽和
吸収体１１８が使用され、定常状態のパルス整形には非
線形の偏光展開が利用されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はフェムト秒および
ピコ秒台のパルスを発生するためのモードロック・ファ
イバー・レーザー装置（以下、「レーザー装置」を「レ
ーザー」と略記）に関し、さらに詳しくは、ダイオード
・レーザー・アレイでエネルギー供給（ポンピング）さ
れた二重クラッド・ファイバー（ｄｏｕｂｌｅ−ｃｌａ
ｄ ｆｉｂｅｒｓ）を雇用したモードロックファイバー
・レーザーに関するものである。すなわち本発明は、モ
ードロック・レーザーの技術分野に属する。
ピコ秒台のパルスを発生するためのモードロック・ファ
イバー・レーザー装置（以下、「レーザー装置」を「レ
ーザー」と略記）に関し、さらに詳しくは、ダイオード
・レーザー・アレイでエネルギー供給（ポンピング）さ
れた二重クラッド・ファイバー（ｄｏｕｂｌｅ−ｃｌａ
ｄ ｆｉｂｅｒｓ）を雇用したモードロックファイバー
・レーザーに関するものである。すなわち本発明は、モ
ードロック・レーザーの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】モードロック・ファイバー・レーザーは
通常、フェムト秒（ｆｓｅｃ）およびピコ秒（ｐｓｅ
ｃ）パルスの小型発生源の最有力候補とされている。し
かし、ファイバー・レーザー技術に基づく超高速技術の
商業的的成功は、代替技術に対して低コストでかつ簡素
なレーザーシステムが設計されないかぎり難しい。この
ため、動作中に高価な変調装置を必要としない受動的モ
ードロックファイバー・レーザーは大変魅力的である。
通常、フェムト秒（ｆｓｅｃ）およびピコ秒（ｐｓｅ
ｃ）パルスの小型発生源の最有力候補とされている。し
かし、ファイバー・レーザー技術に基づく超高速技術の
商業的的成功は、代替技術に対して低コストでかつ簡素
なレーザーシステムが設計されないかぎり難しい。この
ため、動作中に高価な変調装置を必要としない受動的モ
ードロックファイバー・レーザーは大変魅力的である。
【０００３】受動的にモードロックされたファイバー・
レーザーは、Ｍ．Ｅ．Ｆｅｒｍａｎｎ， Ｍ．Ｈｏｆｅ
ｒ， Ｆ．Ｈａｂｅｒｌ， Ａ．Ｊ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，
Ｌ．Ｔｕｒｉ著による『Ａｄｄｉｔｉｖｅ−ｐｕｌｓ
ｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅ ｌｏｃｋｉｎｇ
ｏｆ ａ ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ ｆｉｂｅｒ ｌａｓ
ｅｒ』、 Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．
１６， Ｎｏ．４（１９９１）に初めて報告された。以
来、商業的使用への可能性が高い二種類のフェムト秒パ
ルスを発生し得る受動的モードロックファイバー・レー
ザーシステムが開発されている。本明細書においては、
Ｍ．Ｅ．Ｆｅｒｍａｎｎ， Ｌ．Ｍ．Ｙａｎｇ， Ｍ．
Ｌ．Ｓｔｏｃｋ ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ａｎｄｒｅｊｃｏ著
による『Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ ｓｔａｂｌ
ｅ Ｋｅｒｒ−ｔｙｐｅ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｅ
ｒｂｉｕｍ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｐｒｏｄｕｃｉ
ｎｇ ３６０−ｆｓ ｐｕｌｓｅｓ』、 Ｏｐｔｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１９， Ｎｏ．１ （１９
９４）に開示されたシステムを、第一システムと称する
ことにする。また、Ｅ．Ａ．ＤｅＳｏｕｚａ他著による
『Ｓａｔｕｒａｂｌｅ Ａｂｓｏｒｂｅｒ Ｍｏｄｅｌ
ｏｃｋｅｄ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａ
ｉｎｉｎｇ Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｒｅ
Ｌａｓｅｒ』、 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ， Ｖｏｌ．２９， Ｎｏ．５ （１９９３）に開
示されたシステムを、第二システムと称することにす
る。
レーザーは、Ｍ．Ｅ．Ｆｅｒｍａｎｎ， Ｍ．Ｈｏｆｅ
ｒ， Ｆ．Ｈａｂｅｒｌ， Ａ．Ｊ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，
Ｌ．Ｔｕｒｉ著による『Ａｄｄｉｔｉｖｅ−ｐｕｌｓ
ｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｍｏｄｅ ｌｏｃｋｉｎｇ
ｏｆ ａ ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ ｆｉｂｅｒ ｌａｓ
ｅｒ』、 Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．
１６， Ｎｏ．４（１９９１）に初めて報告された。以
来、商業的使用への可能性が高い二種類のフェムト秒パ
ルスを発生し得る受動的モードロックファイバー・レー
ザーシステムが開発されている。本明細書においては、
Ｍ．Ｅ．Ｆｅｒｍａｎｎ， Ｌ．Ｍ．Ｙａｎｇ， Ｍ．
Ｌ．Ｓｔｏｃｋ ａｎｄ Ｍ．Ｊ．Ａｎｄｒｅｊｃｏ著
による『Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ ｓｔａｂｌ
ｅ Ｋｅｒｒ−ｔｙｐｅ ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ ｅ
ｒｂｉｕｍ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｐｒｏｄｕｃｉ
ｎｇ ３６０−ｆｓ ｐｕｌｓｅｓ』、 Ｏｐｔｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１９， Ｎｏ．１ （１９
９４）に開示されたシステムを、第一システムと称する
ことにする。また、Ｅ．Ａ．ＤｅＳｏｕｚａ他著による
『Ｓａｔｕｒａｂｌｅ Ａｂｓｏｒｂｅｒ Ｍｏｄｅｌ
ｏｃｋｅｄ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａ
ｉｎｉｎｇ Ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｒｅ
Ｌａｓｅｒ』、 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ， Ｖｏｌ．２９， Ｎｏ．５ （１９９３）に開
示されたシステムを、第二システムと称することにす
る。
【０００４】この他に、ピコ秒パルスを発生し得るレー
ザーとして、商業的使用に適した二つのシステムが開発
されている。本明細書においては、Ｍ．Ｅ．Ｆｅｒｍａ
ｎｎ， Ｋ．Ｓｕｇｄｅｎ， Ｉ．Ｂｅｎｎｉｏｎ著に
よる『Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒｓｏｌｉｔｏｎ ｆｉｂｅ
ｒ ｌａｓｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｕｌｓｅｗｉｄ
ｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ｃｈｉｒｐｅｄ ｆ
ｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ』、 Ｏｐｔ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．２０， Ｎｏ．２
（１９９５）に開示されたシステムを、第三システム
と称することにする。また、Ｂ．Ｃ．Ｂａｒｎｅｔｔ他
著による『Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐ
ｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｍｏｄｅ ｌｏｃｋｅ
ｄｂｙ ａ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓａｔｕｒ
ａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ』、 Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．２０， Ｎｏ．５ （１９９
５）に開示されたシステムを、第四システムと称するこ
とにする。
ザーとして、商業的使用に適した二つのシステムが開発
されている。本明細書においては、Ｍ．Ｅ．Ｆｅｒｍａ
ｎｎ， Ｋ．Ｓｕｇｄｅｎ， Ｉ．Ｂｅｎｎｉｏｎ著に
よる『Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒｓｏｌｉｔｏｎ ｆｉｂｅ
ｒ ｌａｓｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｕｌｓｅｗｉｄ
ｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ｃｈｉｒｐｅｄ ｆ
ｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ』、 Ｏｐｔ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．２０， Ｎｏ．２
（１９９５）に開示されたシステムを、第三システム
と称することにする。また、Ｂ．Ｃ．Ｂａｒｎｅｔｔ他
著による『Ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐ
ｅｄ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ ｍｏｄｅ ｌｏｃｋｅ
ｄｂｙ ａ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓａｔｕｒ
ａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ』、 Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．２０， Ｎｏ．５ （１９９
５）に開示されたシステムを、第四システムと称するこ
とにする。
【０００５】第二および第四システムの場合、モードロ
ックの開始と定常状態のパルス整形には飽和吸収体（ｓ
ａｔｕｒａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ）が必要とされ
る。対照的に、第一および第三システムの場合は、モー
ドロックの開始時のみに飽和吸収体が使用され、定常状
態のパルス整形はファイバー内における非線形の偏光発
生（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）によって達成されている。さらに
有利なことに、第一および第三システムには二つのファ
ラデー回転子を使用した補償技術が含まれており、線形
および非線形の偏光変動が強く抑制される。
ックの開始と定常状態のパルス整形には飽和吸収体（ｓ
ａｔｕｒａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ）が必要とされ
る。対照的に、第一および第三システムの場合は、モー
ドロックの開始時のみに飽和吸収体が使用され、定常状
態のパルス整形はファイバー内における非線形の偏光発
生（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）によって達成されている。さらに
有利なことに、第一および第三システムには二つのファ
ラデー回転子を使用した補償技術が含まれており、線形
および非線形の偏光変動が強く抑制される。
【０００６】一方、ピコ秒の範囲において、第三システ
ムでは、チャープ・ファイバー・ブラッグ格子を用いて
キャビティー内の分散を変化させるだけでパルス幅を広
範囲にわたり調整できるようになる。Ｍ．Ｃ．Ｆａｒｒ
ｌｅｓ， Ｋ．Ｓｕｇｄｅｎ， Ｄ．Ｃ．Ｊ．Ｒｅｉ
ｄ， Ｉ．Ｂｅｎｎｉｏｎ， Ａ．Ｍａｏｎｙ，
Ｍ．Ｊ．Ｇｏｏｄｗｉｎ著による『Ｖｅｒｙ ｂｒｏ
ａｄ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ
（４４ｎｍ） ｃｈｉｒｐｅｄ ｆｉｂｒｅ ｒａｔｉ
ｎｇｓ ａｎｄ ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄｐａｓｓ ｆ
ｉｌｔｅｒｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｕｓ
ｅ ｏｆ ａｎ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍａｓｓ』、
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．
３０， Ｎｏ．１１ （１９９４） を参照されたい。
ムでは、チャープ・ファイバー・ブラッグ格子を用いて
キャビティー内の分散を変化させるだけでパルス幅を広
範囲にわたり調整できるようになる。Ｍ．Ｃ．Ｆａｒｒ
ｌｅｓ， Ｋ．Ｓｕｇｄｅｎ， Ｄ．Ｃ．Ｊ．Ｒｅｉ
ｄ， Ｉ．Ｂｅｎｎｉｏｎ， Ａ．Ｍａｏｎｙ，
Ｍ．Ｊ．Ｇｏｏｄｗｉｎ著による『Ｖｅｒｙ ｂｒｏ
ａｄ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ
（４４ｎｍ） ｃｈｉｒｐｅｄ ｆｉｂｒｅ ｒａｔｉ
ｎｇｓ ａｎｄ ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄｐａｓｓ ｆ
ｉｌｔｅｒｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｕｓ
ｅ ｏｆ ａｎ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｍａｓｓ』、
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．
３０， Ｎｏ．１１ （１９９４） を参照されたい。
【０００７】これらのシステムは実験室内では完全な動
作を達成しているが、これらのシステムにはイオン、固
体レーザー、主発振出力増幅レーザーダイオード、また
は、大出力ピグテール・ダイオード・レーザー等の高価
なポンプ源が必要になるため、これらのシステムに対す
る商業的関心は未だに薄い。対照的に、ほぼ同等のパル
ス幅を発生し得る受動的にモードロックされた固体レー
ザーは、低価格で広帯域のマルチストライプ・ダイオー
ド・レーザー・アレイをポンプ源として使用し得る。一
例として、Ｋ．Ｊ．Ｗｅｉｎｇａｒｔｅｎ， Ｕ．Ｋｅ
ｌｌｅｒ， Ｔ．Ｈ．Ｃｈｉｕ， Ｊ．Ｆ．Ｆｅｒｇｕ
ｓｏｎ著による『Ｐａｓｓｉｖｅｌｙｍｏｄｅ−ｌｏｃ
ｋｅｄ ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ ｓｏｌｉｄ−ｓｔ
ａｔｅｌａｓｅｒｓ ｔｈａｔ ｕｓｅ ａｎ ａｎｔ
ｉｒｅｓｏｎａｎｔ Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ ｓａｔ
ｕｒａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ』、 ＯｐｔｉｃｓＬ
ｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．８ （１９９３）
およびＤ．Ｋｏｐｆ， Ｋ．Ｊ．Ｗｅｉｎｇａｒｔｅ
ｎ， Ｌ．Ｒ．Ｂｒｏｖｅｌｌｉ， Ｍ．Ｋａｍｐ ａ
ｎｄ Ｕ．Ｋｅｌｌｅｒ著による『Ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍ
ｐｅｄ １０−ｆｓ ｐａｓｓｉｖｅｌｙ ｍｏｄｅ−
ｌｏｃｋｅｄ Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ ｌａｓｅｒ ｗｉｔ
ｈ ａｎ ａｎｔｉｒｅｓｏｎａｎｔ Ｆａｂｒｙ−Ｐ
ｅｒｏｔｓａｔｕｒａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ』、
Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．９， Ｎ
ｏ．２４ （１９９４）を参照されたい。受動的にモー
ドロックされた固定レーザーは、ダイオード・レーザー
・アレイによるポンピングが可能なため、大型であるに
も関わらず非常に魅力的である。
作を達成しているが、これらのシステムにはイオン、固
体レーザー、主発振出力増幅レーザーダイオード、また
は、大出力ピグテール・ダイオード・レーザー等の高価
なポンプ源が必要になるため、これらのシステムに対す
る商業的関心は未だに薄い。対照的に、ほぼ同等のパル
ス幅を発生し得る受動的にモードロックされた固体レー
ザーは、低価格で広帯域のマルチストライプ・ダイオー
ド・レーザー・アレイをポンプ源として使用し得る。一
例として、Ｋ．Ｊ．Ｗｅｉｎｇａｒｔｅｎ， Ｕ．Ｋｅ
ｌｌｅｒ， Ｔ．Ｈ．Ｃｈｉｕ， Ｊ．Ｆ．Ｆｅｒｇｕ
ｓｏｎ著による『Ｐａｓｓｉｖｅｌｙｍｏｄｅ−ｌｏｃ
ｋｅｄ ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍｐｅｄ ｓｏｌｉｄ−ｓｔ
ａｔｅｌａｓｅｒｓ ｔｈａｔ ｕｓｅ ａｎ ａｎｔ
ｉｒｅｓｏｎａｎｔ Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ ｓａｔ
ｕｒａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ』、 ＯｐｔｉｃｓＬ
ｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．８ （１９９３）
およびＤ．Ｋｏｐｆ， Ｋ．Ｊ．Ｗｅｉｎｇａｒｔｅ
ｎ， Ｌ．Ｒ．Ｂｒｏｖｅｌｌｉ， Ｍ．Ｋａｍｐ ａ
ｎｄ Ｕ．Ｋｅｌｌｅｒ著による『Ｄｉｏｄｅ−ｐｕｍ
ｐｅｄ １０−ｆｓ ｐａｓｓｉｖｅｌｙ ｍｏｄｅ−
ｌｏｃｋｅｄ Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ ｌａｓｅｒ ｗｉｔ
ｈ ａｎ ａｎｔｉｒｅｓｏｎａｎｔ Ｆａｂｒｙ−Ｐ
ｅｒｏｔｓａｔｕｒａｂｌｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ』、
Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．９， Ｎ
ｏ．２４ （１９９４）を参照されたい。受動的にモー
ドロックされた固定レーザーは、ダイオード・レーザー
・アレイによるポンピングが可能なため、大型であるに
も関わらず非常に魅力的である。
【０００８】コストを最低限に抑えるためにモードロッ
クされたファイバー・レーザーには、ダイオード・レー
ザー・アレイを使用し得る。実際に、ファイバーを二重
クラッド構造に設計すれば、連続波型ファイバー・レー
ザーをダイオード・レーザー・アレイによりポンピング
し得るということはかなり以前より知られていた。一例
として、Ｓｎｉｔｚｅｒ他による米国特許第４，８１
５，０７９号明細書を参照されたい。Ｓｎｉｔｚｅｒ他
の米国特許によれば、ファイバーは二重のクラッドを持
つように設計されており、外側クラッドは低い屈折率
を、内側クラッドは非常に高い屈折率を有し、内側クラ
ッドによる光捕捉のための典型的な開口数は０．２０と
０．６０の間であった。内側のクラッド内には、さらに
高い屈折率を有するファイバー・コアが内側クラッドの
中心からかなり偏った位置に配設されていた。
クされたファイバー・レーザーには、ダイオード・レー
ザー・アレイを使用し得る。実際に、ファイバーを二重
クラッド構造に設計すれば、連続波型ファイバー・レー
ザーをダイオード・レーザー・アレイによりポンピング
し得るということはかなり以前より知られていた。一例
として、Ｓｎｉｔｚｅｒ他による米国特許第４，８１
５，０７９号明細書を参照されたい。Ｓｎｉｔｚｅｒ他
の米国特許によれば、ファイバーは二重のクラッドを持
つように設計されており、外側クラッドは低い屈折率
を、内側クラッドは非常に高い屈折率を有し、内側クラ
ッドによる光捕捉のための典型的な開口数は０．２０と
０．６０の間であった。内側のクラッド内には、さらに
高い屈折率を有するファイバー・コアが内側クラッドの
中心からかなり偏った位置に配設されていた。
【０００９】Ｓｎｉｔｚｅｒ他の米国特許には、別の実
施例として内側クラッドが長方形に近い形のものも開示
している。これら二つのデザインにより、内側のクラッ
ド内に放出された光がファイバー・コアとできる限り多
く交差し、希土類の利得物質でドープ処理されたコアに
光が最も効率的に吸収され得る。また、ファイバー・コ
アは単一モードになるように設計されており、この結
果、ファイバーが共振器内に配置されると単一モードの
レーザー信号出力を得ることができる。なお、最近にな
って、軸対称（ｃｅｎｔｒｏ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）フ
ァイバー構造を有する二重クラッド・ファイバー（即ち
内側クラッドの中心にファイバー・コアが配置されたフ
ァイバー）から完全に意にかなう成果が達成されたこと
にも注目されたい。この点については、Ｈ．Ｚｅｌｍｅ
ｒ， Ｕ．Ｗｉｌｌｉａｍｋｏｗｓｋｉ， Ａ．Ｔｕｎ
ｎｅｒｍａｎ， Ｈ．Ｗｅｌｌｉｎｇ著による『Ｈｉｇ
ｈ−ｐｏｗｅｒ ｃｗ ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−ｄｏｐｅ
ｄ ｄｏｕｂｌｅ−ｃｌａｄｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ
ｓ』、 ＣＬＥＯ ９５， ｐａｐｅｒ ＣＭＢ４を参
照されたい。このような励起技術は、Ｍａｕｒｅｒに賦
与された米国特許第３，８０８，５４９号明細書に開示
されているように、以前から予言されていた。この結
果、ファイバー構造は、アクリラート・コーティング
（ａｃｒｙｌａｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ）の出現以前にフ
ァイバー実用化のための事実上の業界標準だった低屈折
率コーティング（シリコンゴム等）を用いた標準的な単
一モードファイバーの構造で実施し得ることになった。
施例として内側クラッドが長方形に近い形のものも開示
している。これら二つのデザインにより、内側のクラッ
ド内に放出された光がファイバー・コアとできる限り多
く交差し、希土類の利得物質でドープ処理されたコアに
光が最も効率的に吸収され得る。また、ファイバー・コ
アは単一モードになるように設計されており、この結
果、ファイバーが共振器内に配置されると単一モードの
レーザー信号出力を得ることができる。なお、最近にな
って、軸対称（ｃｅｎｔｒｏ−ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）フ
ァイバー構造を有する二重クラッド・ファイバー（即ち
内側クラッドの中心にファイバー・コアが配置されたフ
ァイバー）から完全に意にかなう成果が達成されたこと
にも注目されたい。この点については、Ｈ．Ｚｅｌｍｅ
ｒ， Ｕ．Ｗｉｌｌｉａｍｋｏｗｓｋｉ， Ａ．Ｔｕｎ
ｎｅｒｍａｎ， Ｈ．Ｗｅｌｌｉｎｇ著による『Ｈｉｇ
ｈ−ｐｏｗｅｒ ｃｗ ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ−ｄｏｐｅ
ｄ ｄｏｕｂｌｅ−ｃｌａｄｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ
ｓ』、 ＣＬＥＯ ９５， ｐａｐｅｒ ＣＭＢ４を参
照されたい。このような励起技術は、Ｍａｕｒｅｒに賦
与された米国特許第３，８０８，５４９号明細書に開示
されているように、以前から予言されていた。この結
果、ファイバー構造は、アクリラート・コーティング
（ａｃｒｙｌａｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ）の出現以前にフ
ァイバー実用化のための事実上の業界標準だった低屈折
率コーティング（シリコンゴム等）を用いた標準的な単
一モードファイバーの構造で実施し得ることになった。
【００１０】最近になって、受動的なモードロックは、
マルチ・ストライプ・ダイオード・レーザー・アレイに
よってクラッドが励起された軸対称二重クラッド・ネオ
ジム・コーティング処理ファイバー内で達成されてい
る。一例として、Ｍ．Ｍｉｎｄｅｎ他著による『Ｌｏｎ
ｇ−ｐｕｌｓｅ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ
ｓ ｆｒｏｍ ａ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ』、 ＣＬ
ＥＯ ９５， ｐａｐｅｒ ＣＴｕＲ２を参照された
い。具体的には、発生されるパルスの帯域幅を限定する
ために非チャープ（ｕｎｃｈａｒｐ）の狭帯域幅ファイ
バー格子が使用され、パルス発生の開始と定常状態のパ
ルス整形のために飽和吸収体が使用された。しかし、キ
ャビティー内での線形および非線形の偏光変動を補償す
るための技術は使用されておらず、また、発生させるこ
とができたパルス幅は全て５００ｐｓｅｃ程度またはそ
れ以上であった。さらに、キャビティー内での分散の制
御手段やクラッディング・モード（ｃｌａｄｄｉｎｇ
ｍｏｄｅ）を抑制する手段などが含まれていなかった。
それゆえに、従来技術ではフェムト秒またはピコ秒台の
パルスを発生するクラッドポンプ式ファイバー・レーザ
ーを設計することは不可能であった。
マルチ・ストライプ・ダイオード・レーザー・アレイに
よってクラッドが励起された軸対称二重クラッド・ネオ
ジム・コーティング処理ファイバー内で達成されてい
る。一例として、Ｍ．Ｍｉｎｄｅｎ他著による『Ｌｏｎ
ｇ−ｐｕｌｓｅ ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ
ｓ ｆｒｏｍ ａ ｆｉｂｅｒ ｌａｓｅｒ』、 ＣＬ
ＥＯ ９５， ｐａｐｅｒ ＣＴｕＲ２を参照された
い。具体的には、発生されるパルスの帯域幅を限定する
ために非チャープ（ｕｎｃｈａｒｐ）の狭帯域幅ファイ
バー格子が使用され、パルス発生の開始と定常状態のパ
ルス整形のために飽和吸収体が使用された。しかし、キ
ャビティー内での線形および非線形の偏光変動を補償す
るための技術は使用されておらず、また、発生させるこ
とができたパルス幅は全て５００ｐｓｅｃ程度またはそ
れ以上であった。さらに、キャビティー内での分散の制
御手段やクラッディング・モード（ｃｌａｄｄｉｎｇ
ｍｏｄｅ）を抑制する手段などが含まれていなかった。
それゆえに、従来技術ではフェムト秒またはピコ秒台の
パルスを発生するクラッドポンプ式ファイバー・レーザ
ーを設計することは不可能であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、広帯
域ダイオード・アレイによってポンピングされた二重ク
ラッド・ファイバー・レーザーからフェムト秒およびピ
コ秒台のパルスを発生させるモードロック・レーザー装
置を提供することである。
域ダイオード・アレイによってポンピングされた二重ク
ラッド・ファイバー・レーザーからフェムト秒およびピ
コ秒台のパルスを発生させるモードロック・レーザー装
置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明のモードロック・レーザー装置では、二重クラッド
・ファイバーを使用することにより、高出力なファイバ
ー発振器を構築するオプションを堅持しながらファイバ
ー・コアとポンプ出力の結合（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を簡
素化できる。ここに公開され、特許請求の範囲に記載さ
れた新システムは、二重クラッド・ファイバーの線形の
複屈折特性を補償し、そのことによりファイバー内の線
形および非線形の偏光変動を補償し得る。
発明のモードロック・レーザー装置では、二重クラッド
・ファイバーを使用することにより、高出力なファイバ
ー発振器を構築するオプションを堅持しながらファイバ
ー・コアとポンプ出力の結合（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を簡
素化できる。ここに公開され、特許請求の範囲に記載さ
れた新システムは、二重クラッド・ファイバーの線形の
複屈折特性を補償し、そのことによりファイバー内の線
形および非線形の偏光変動を補償し得る。
【００１３】我々の実験結果は、モード・ストリッパー
（ｍｏｄｅ−ｓｔｒｉｐｐｅｒｓ）が使用された場合で
も、ファイバー内の被きょう導クラッド・モード（ｇｕ
ｉｄｅｄ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｍｏｄｅｓ）が純粋な受
動的カー型モードロック（飽和吸収体を使用しない場合
の受動的なモードロック）を妨げることを示している。
本発明の好ましい実施例には、モード・ストリッパーを
含む場合の最適位置が開示されている。キャビティー内
に適量の分散を使用し、さらに、非線形の偏光展開（ｐ
ｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）により
引き起こされるパルス整形と飽和吸収体を使用すること
とによって、本発明の発振器はフェムト秒台およびピコ
秒台のソリトンパルスを確実に発振させ得る。本発明の
実施例には、能動的にモードロックされたファイバー・
レーザーやファイバーリング・レーザー、および、より
一般的なキャビティー構造が含まれ得る。
（ｍｏｄｅ−ｓｔｒｉｐｐｅｒｓ）が使用された場合で
も、ファイバー内の被きょう導クラッド・モード（ｇｕ
ｉｄｅｄ ｃｌａｄｄｉｎｇ ｍｏｄｅｓ）が純粋な受
動的カー型モードロック（飽和吸収体を使用しない場合
の受動的なモードロック）を妨げることを示している。
本発明の好ましい実施例には、モード・ストリッパーを
含む場合の最適位置が開示されている。キャビティー内
に適量の分散を使用し、さらに、非線形の偏光展開（ｐ
ｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）により
引き起こされるパルス整形と飽和吸収体を使用すること
とによって、本発明の発振器はフェムト秒台およびピコ
秒台のソリトンパルスを確実に発振させ得る。本発明の
実施例には、能動的にモードロックされたファイバー・
レーザーやファイバーリング・レーザー、および、より
一般的なキャビティー構造が含まれ得る。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明のモードロック・レーザー
装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解
がえらえるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明す
る。 ［実施例１］ （実施例１の構成および作用効果）図１は、本発明の実
施例１のフェムト秒またはピコ秒台のパルスを発生する
クラッドポンプ式受動的モードロックファイバー発振器
を描いたものである。実施例１のシステムでは、利得フ
ァイバーの分散を補償する試みはされていない。分散補
償式のキャビティーは、図４を参照して後程詳しく説明
する。図１の構造では、Ｅｒ３＋でコーティングされ、
Ｙｂ3+で増感された一本のファイバー１０１が利得媒体
として使用され、Ｙｂ3+からのエネルギー転送を通じて
Ｅｒ3+を励起させることを可能にしている。この点に関
しては、Ｊ．Ｄ．Ｍｉｎｅｌｌｙ他著によるＩＥＥＥ
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ， 『Ｄｉｏｄｅ−Ａｒｒａｙ Ｐｕｍｐｉｎｇ
ｏｆ Ｅｒ3+／Ｙｂ3+ Ｃｏ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅ
ｒ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ』，
Ｖｏｌ．５， Ｎｏ．３ （１９９３）を参照された
い。
装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解
がえらえるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明す
る。 ［実施例１］ （実施例１の構成および作用効果）図１は、本発明の実
施例１のフェムト秒またはピコ秒台のパルスを発生する
クラッドポンプ式受動的モードロックファイバー発振器
を描いたものである。実施例１のシステムでは、利得フ
ァイバーの分散を補償する試みはされていない。分散補
償式のキャビティーは、図４を参照して後程詳しく説明
する。図１の構造では、Ｅｒ３＋でコーティングされ、
Ｙｂ3+で増感された一本のファイバー１０１が利得媒体
として使用され、Ｙｂ3+からのエネルギー転送を通じて
Ｅｒ3+を励起させることを可能にしている。この点に関
しては、Ｊ．Ｄ．Ｍｉｎｅｌｌｙ他著によるＩＥＥＥ
Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ， 『Ｄｉｏｄｅ−Ａｒｒａｙ Ｐｕｍｐｉｎｇ
ｏｆ Ｅｒ3+／Ｙｂ3+ Ｃｏ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅ
ｒ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ』，
Ｖｏｌ．５， Ｎｏ．３ （１９９３）を参照された
い。
【００１５】好ましいファイバー１０１の一つは、ホス
ホケイ酸アルミニウムのガラスホスト内にＥｒ3+を８０
０ｐｐｍ、Ｙｂ3+８０００ｐｐｍのレベルでドーピング
させたものである。ファイバー１０１のコア直径は６μ
ｍであり、その開口数は０．１６である。また、内側ク
ラッドの直径は１００μｍでシリコンゴムでコーティン
グがされており、有効開口数（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｎ
ｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）は０．４であ
る。このファイバー１０１では、ファイバー・コアがフ
ァイバー１０１の中心部に配置されているため、二重ク
ラッド・ファイバー１０１を低損失で接続し得る。ファ
イバー１０１を直径３．５ｃｍのドラムに巻き付けるこ
とによりポンプレーザーからのスキュー光線（ｓｋｅｗ
ｒａｙｓ）を効率的に吸収することができ、この結
果、発振器内のファイバー長を７．７ｍまで短縮し得
る。ここで、本発明の発明者らは利得ファイバーの長さ
が５〜１０ｍの間で良い性能が得られることを実験的に
発見した。ファイバー・コアの扁平率が小さいというこ
と、および、発生過程で生じたファイバー・コアとクラ
ッド間の残留ストレスのため、このようなファイバーか
らΔｎ≒１．５×１０-6の複屈折特性が得られることが
発見された。この複屈折特性のため、１．５６μｍの信
号波長では約１０ｃｍ程度のうなり波長（ｂｅａｔ ｌ
ｅｎｇｔｈ）が生じる。
ホケイ酸アルミニウムのガラスホスト内にＥｒ3+を８０
０ｐｐｍ、Ｙｂ3+８０００ｐｐｍのレベルでドーピング
させたものである。ファイバー１０１のコア直径は６μ
ｍであり、その開口数は０．１６である。また、内側ク
ラッドの直径は１００μｍでシリコンゴムでコーティン
グがされており、有効開口数（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｎ
ｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）は０．４であ
る。このファイバー１０１では、ファイバー・コアがフ
ァイバー１０１の中心部に配置されているため、二重ク
ラッド・ファイバー１０１を低損失で接続し得る。ファ
イバー１０１を直径３．５ｃｍのドラムに巻き付けるこ
とによりポンプレーザーからのスキュー光線（ｓｋｅｗ
ｒａｙｓ）を効率的に吸収することができ、この結
果、発振器内のファイバー長を７．７ｍまで短縮し得
る。ここで、本発明の発明者らは利得ファイバーの長さ
が５〜１０ｍの間で良い性能が得られることを実験的に
発見した。ファイバー・コアの扁平率が小さいというこ
と、および、発生過程で生じたファイバー・コアとクラ
ッド間の残留ストレスのため、このようなファイバーか
らΔｎ≒１．５×１０-6の複屈折特性が得られることが
発見された。この複屈折特性のため、１．５６μｍの信
号波長では約１０ｃｍ程度のうなり波長（ｂｅａｔ ｌ
ｅｎｇｔｈ）が生じる。
【００１６】引き続き図１を参照すると、ファイバー１
０１は、９７６ｎｍの波長で動作する標準出力１Ｗ、１
００×１μｍの広帯域ダイオード・レーザー・アレイ１
０３によって、レンズ１０８および１０９、および二色
鏡１０２を通してポンピングされる。二色鏡１０２は、
例えば、ポンプ光の送信を可能にするために９７６ｎｍ
の波長で８０％を越える光を透過させることができ、フ
ァイバー１０１から放射される信号光および鏡１０６か
ら反射した信号光を反射するために、１．５６μｍの信
号波長で９８％以上の反射率を有するものとなり得る。
倍率が１の映像システム（即ちレンズ１０８と１０９）
を使用することにより、アクティブ・ファイバー１０１
の内側クラッドへ最高６０％の結合率（ｃｏｕｐｌｉｎ
ｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が得られる。鏡１０２およ
び１０６の曲率とレンズ１０８および１０９の焦点距離
は、ダイオード・アレイ１０３から二重クラッド・ファ
イバー１０１へのポンプ光の結合が最適になるように選
択されている。
０１は、９７６ｎｍの波長で動作する標準出力１Ｗ、１
００×１μｍの広帯域ダイオード・レーザー・アレイ１
０３によって、レンズ１０８および１０９、および二色
鏡１０２を通してポンピングされる。二色鏡１０２は、
例えば、ポンプ光の送信を可能にするために９７６ｎｍ
の波長で８０％を越える光を透過させることができ、フ
ァイバー１０１から放射される信号光および鏡１０６か
ら反射した信号光を反射するために、１．５６μｍの信
号波長で９８％以上の反射率を有するものとなり得る。
倍率が１の映像システム（即ちレンズ１０８と１０９）
を使用することにより、アクティブ・ファイバー１０１
の内側クラッドへ最高６０％の結合率（ｃｏｕｐｌｉｎ
ｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が得られる。鏡１０２およ
び１０６の曲率とレンズ１０８および１０９の焦点距離
は、ダイオード・アレイ１０３から二重クラッド・ファ
イバー１０１へのポンプ光の結合が最適になるように選
択されている。
【００１７】図１に示すとおり、シリコンゴムのコーテ
ィングをアクリラートまたは内側クラッドよりも高い屈
折率を有する液体に置換することにより、モード・スト
リッパー１０４がファイバー１０１の一端に形成されて
いる。モード・ストリッパー１０４は発振器内のクラッ
ド・モードを強く減衰させる。ダイオード・レーザー・
アレイ１０３へのフィードバックを防ぎ、また二重クラ
ッド・ファイバー１０１への不必要なフィードバックを
削減するために、二重クラッド・ファイバー１０１の両
端部は約１０°の角度で裂かれている。
ィングをアクリラートまたは内側クラッドよりも高い屈
折率を有する液体に置換することにより、モード・スト
リッパー１０４がファイバー１０１の一端に形成されて
いる。モード・ストリッパー１０４は発振器内のクラッ
ド・モードを強く減衰させる。ダイオード・レーザー・
アレイ１０３へのフィードバックを防ぎ、また二重クラ
ッド・ファイバー１０１への不必要なフィードバックを
削減するために、二重クラッド・ファイバー１０１の両
端部は約１０°の角度で裂かれている。
【００１８】チャープ・ファイバー・ブラッグ格子１０
５は、図１のキャビティーの一端に配置されている。レ
ンズ１１２の焦点距離は、チャープ・ファイバー・ブラ
ッグ格子１０５へ入射する信号光の結合が最適になるよ
うに選択されている。なお、チャープ・ファイバー・ブ
ラッグ格子１０５の代わりに、鏡（図示せず）を使用す
ることもできる。この場合、鏡の曲率はレンズ１１２の
焦点距離と共に、鏡から反射した信号光が二重クラッド
・ファイバー１０１のコアへ最適に入射するように選択
される。
５は、図１のキャビティーの一端に配置されている。レ
ンズ１１２の焦点距離は、チャープ・ファイバー・ブラ
ッグ格子１０５へ入射する信号光の結合が最適になるよ
うに選択されている。なお、チャープ・ファイバー・ブ
ラッグ格子１０５の代わりに、鏡（図示せず）を使用す
ることもできる。この場合、鏡の曲率はレンズ１１２の
焦点距離と共に、鏡から反射した信号光が二重クラッド
・ファイバー１０１のコアへ最適に入射するように選択
される。
【００１９】図１に示した実施例１のモードロック・レ
ーザー装置では、ファイバー・キャビティー内における
線形の偏光変動を補償するために、キャビティー内に二
つのファラデー回転子１１３および１１４が挿入されて
いる。また、ファイバー１０１は低複屈折特性であるに
も関わらず、ファイバー１０１が一度コイル状態にされ
ると、環境変化の影響により発生する非線形の偏光変化
がファイバー１０１内で減少することが発見された。こ
れらのことから、環境的に安定したキャビティーを維持
しつつ、定常状態のモードロック機構（第一システムを
参照）として非線形の偏光展開を使用することが可能に
なった。実施例１のモードロック・レーザー装置の通
り、１／４波長板１１５および１／２波長板１１６を図
のように配置し、さらに１／４波長板１１５および１／
２波長板１１６を適切な角度へ回転させることにより、
ファイバーの二つの偏光固有モードの間に必要な位相バ
イアスが達成される。
ーザー装置では、ファイバー・キャビティー内における
線形の偏光変動を補償するために、キャビティー内に二
つのファラデー回転子１１３および１１４が挿入されて
いる。また、ファイバー１０１は低複屈折特性であるに
も関わらず、ファイバー１０１が一度コイル状態にされ
ると、環境変化の影響により発生する非線形の偏光変化
がファイバー１０１内で減少することが発見された。こ
れらのことから、環境的に安定したキャビティーを維持
しつつ、定常状態のモードロック機構（第一システムを
参照）として非線形の偏光展開を使用することが可能に
なった。実施例１のモードロック・レーザー装置の通
り、１／４波長板１１５および１／２波長板１１６を図
のように配置し、さらに１／４波長板１１５および１／
２波長板１１６を適切な角度へ回転させることにより、
ファイバーの二つの偏光固有モードの間に必要な位相バ
イアスが達成される。
【００２０】チャープ・ファイバー・ブラッグ格子１０
５を使用しない場合には、キャビティーの分散はファイ
バーの分散によって支配され、分散はＤ２≒０．２ｐｓ
ｅｃ 2と推定される。すなわち、ファイバーはソリトン
・サポート（ｓｏｌｉｔｏｎｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）で
ある。キャビティー内の分散を減少させるには、図１の
ように５ｍｍの長さの陰性チャープ・ファイバー・ブラ
ッグ格子１０５を挿入すればよい。好ましいチャープ・
ファイバー・ブラッグ格子１０５は、約１７ｎｍ程度の
の帯域幅で、約１．５６μｍ程度の中心を有し、−３．
４０ｐｓｅｃ 2の分散と約９０％のピーク反射率を有す
る。キャビティー内の偏光子１１７によって拒絶された
光は信号出力として使用し得る。図示していないが、回
転可能な１／４波長板を、偏光子１１７とチャープ・フ
ァイバー・ブラッグ格子１０５（または鏡）との間に挿
入することにより、図１とは反対方向へ結合する出力を
得ることもできる。この場合、出力を調整可能にし得
る。
５を使用しない場合には、キャビティーの分散はファイ
バーの分散によって支配され、分散はＤ２≒０．２ｐｓ
ｅｃ 2と推定される。すなわち、ファイバーはソリトン
・サポート（ｓｏｌｉｔｏｎｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）で
ある。キャビティー内の分散を減少させるには、図１の
ように５ｍｍの長さの陰性チャープ・ファイバー・ブラ
ッグ格子１０５を挿入すればよい。好ましいチャープ・
ファイバー・ブラッグ格子１０５は、約１７ｎｍ程度の
の帯域幅で、約１．５６μｍ程度の中心を有し、−３．
４０ｐｓｅｃ 2の分散と約９０％のピーク反射率を有す
る。キャビティー内の偏光子１１７によって拒絶された
光は信号出力として使用し得る。図示していないが、回
転可能な１／４波長板を、偏光子１１７とチャープ・フ
ァイバー・ブラッグ格子１０５（または鏡）との間に挿
入することにより、図１とは反対方向へ結合する出力を
得ることもできる。この場合、出力を調整可能にし得
る。
【００２１】チャープ・ファイバー・ブラッグ格子１０
５を使用せず、代わりに鏡を使用する場合、ファイバー
・レーザーは最高６０ｍＷの連続波出力を発生すること
が発見された。ここでファイバーよりの出力の回析がほ
とんど（９９％以上）制限されていた。しかし、二重ク
ラッド構造の場合、クラッド・モードが完全に抑制され
ることは通常あり得ない。これは、モード・ストリッパ
ー１０４が存在する場合でも同様である。さらに、ファ
イバー・コアから分散された光は、ファイバーの不均一
性とファイバー１０１に強くかけられた屈曲のためにク
ラッドに捕捉され、ファイバー出力地点にてかなり低い
レベルの非干渉性のバックグラウンド光（ｉｎｃｏｈｅ
ｒｅｎｔ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）へと変化する。しか
し、ファイバーの断絶点（即ちファイバーの継ぎ目等）
において１／Ｎ（Ｎはクラッド内のモードの総数）に比
例するバックグラウンド光の一部が、基本モードに再結
合し得る。
５を使用せず、代わりに鏡を使用する場合、ファイバー
・レーザーは最高６０ｍＷの連続波出力を発生すること
が発見された。ここでファイバーよりの出力の回析がほ
とんど（９９％以上）制限されていた。しかし、二重ク
ラッド構造の場合、クラッド・モードが完全に抑制され
ることは通常あり得ない。これは、モード・ストリッパ
ー１０４が存在する場合でも同様である。さらに、ファ
イバー・コアから分散された光は、ファイバーの不均一
性とファイバー１０１に強くかけられた屈曲のためにク
ラッドに捕捉され、ファイバー出力地点にてかなり低い
レベルの非干渉性のバックグラウンド光（ｉｎｃｏｈｅ
ｒｅｎｔ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）へと変化する。しか
し、ファイバーの断絶点（即ちファイバーの継ぎ目等）
において１／Ｎ（Ｎはクラッド内のモードの総数）に比
例するバックグラウンド光の一部が、基本モードに再結
合し得る。
【００２２】低レベルの非干渉性のバックグラウンド光
は、レーザーの連続波発振のための強い注入信号となる
ため、通常、このような状況においてのモードロックの
開始は難しいとされている（Ｈ．Ａ．Ｈａｕｓ ａｎｄ
Ｅ．Ｐ．Ｉｐｐｅｎ， Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒ
ｓ， Ｖｏｌ．１６， ｐ．１３３１ （１９９１）を
参照されたい）。実際に発明者らは、キャビティー内に
挿入された鏡の一枚を振動させることによって、キャビ
ティー内にカー型モードロックを開始させようと試みた
が、その試みは全て失敗に終わった。
は、レーザーの連続波発振のための強い注入信号となる
ため、通常、このような状況においてのモードロックの
開始は難しいとされている（Ｈ．Ａ．Ｈａｕｓ ａｎｄ
Ｅ．Ｐ．Ｉｐｐｅｎ， Ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｔｔｅｒ
ｓ， Ｖｏｌ．１６， ｐ．１３３１ （１９９１）を
参照されたい）。実際に発明者らは、キャビティー内に
挿入された鏡の一枚を振動させることによって、キャビ
ティー内にカー型モードロックを開始させようと試みた
が、その試みは全て失敗に終わった。
【００２３】本発明においては、図１に示したように、
キャビティーの一端に飽和吸収体１１８を配置すること
によってモードロックを開始させ得る。飽和吸収体１１
８は、後述の実施例２および実施例４に示すようにＩｎ
ＧａＡｓＰを基にしたものでもよい（Ｈ．Ｌｉｎ他著、
ＣＬＥＯ ９５， Ｐａｐｅｒ ＪＴｕＥ１を参照され
たい）。飽和吸収体のキャリア寿命を減少させるため
に、放射能処理が必要になる。発明者らは、最適な飽和
吸収体のキャリア寿命は一般的に、キャビティー内での
レーザーの往復時間の約１／１０であるということを発
見した。
キャビティーの一端に飽和吸収体１１８を配置すること
によってモードロックを開始させ得る。飽和吸収体１１
８は、後述の実施例２および実施例４に示すようにＩｎ
ＧａＡｓＰを基にしたものでもよい（Ｈ．Ｌｉｎ他著、
ＣＬＥＯ ９５， Ｐａｐｅｒ ＪＴｕＥ１を参照され
たい）。飽和吸収体のキャリア寿命を減少させるため
に、放射能処理が必要になる。発明者らは、最適な飽和
吸収体のキャリア寿命は一般的に、キャビティー内での
レーザーの往復時間の約１／１０であるということを発
見した。
【００２４】信号光を飽和吸収体１１８に集中させるた
めに、レンズ１１０および１１１を使用し得る。このシ
ステムの場合、飽和吸収体１１８上に集光された信号光
のスポットの直径は、２〜３０μｍの間が好ましい。飽
和吸収体１１８が存在する場合、レーザーは偏光状態の
影響を受ける（即ち、１／４波長板１１５および１／２
波長板１１６の設定の影響を受ける）が、モードロック
動作を確実に自己開始（ｓｅｌｆ−ｓｔａｒｔｉｎｇ）
する。これは、飽和吸収体１１８がモードロック開始過
程の起動特性を支配しており、非線形の偏光展開が定常
状態におけるパルス整形を顕著に支配していることを示
している。ここで、非線形の偏光展開および飽和吸収体
１１８がパルス発生過程で大きな役目を果たしているこ
とに注目されたい。
めに、レンズ１１０および１１１を使用し得る。このシ
ステムの場合、飽和吸収体１１８上に集光された信号光
のスポットの直径は、２〜３０μｍの間が好ましい。飽
和吸収体１１８が存在する場合、レーザーは偏光状態の
影響を受ける（即ち、１／４波長板１１５および１／２
波長板１１６の設定の影響を受ける）が、モードロック
動作を確実に自己開始（ｓｅｌｆ−ｓｔａｒｔｉｎｇ）
する。これは、飽和吸収体１１８がモードロック開始過
程の起動特性を支配しており、非線形の偏光展開が定常
状態におけるパルス整形を顕著に支配していることを示
している。ここで、非線形の偏光展開および飽和吸収体
１１８がパルス発生過程で大きな役目を果たしているこ
とに注目されたい。
【００２５】飽和吸収体１１８上に集光された信号光の
スポットの直径を縮小することにより、システムの偏光
感度を減少させることもできる。しかし、これは飽和吸
収体１１８の崩壊閾値（ｄａｍａｇｅ ｔｈｒｅｓｈｏ
ｌｄ）を低下させる副作用をもたらす。それゆえに、あ
る特定のシステムにおいて偏光感度と崩壊閾値のどちら
を重要と考えるかにより、飽和吸収体１１８上に集光さ
れた信号光のスポットの直径は２〜３０μｍの範囲のど
こかで最適になり得る。
スポットの直径を縮小することにより、システムの偏光
感度を減少させることもできる。しかし、これは飽和吸
収体１１８の崩壊閾値（ｄａｍａｇｅ ｔｈｒｅｓｈｏ
ｌｄ）を低下させる副作用をもたらす。それゆえに、あ
る特定のシステムにおいて偏光感度と崩壊閾値のどちら
を重要と考えるかにより、飽和吸収体１１８上に集光さ
れた信号光のスポットの直径は２〜３０μｍの範囲のど
こかで最適になり得る。
【００２６】同様に、ファラデー回転子１１３および１
１４を取り除くと、レーザーの安定性が著しく失われ
る。これは、ファイバー１０１が高い複屈折特性を持っ
ているため、非線形の偏光展開による安定したパルス整
形を妨げるからである。この場合に発生され得る定常パ
ルスは数十ピコ秒台のパルス幅を有する。これはパルス
が主に飽和吸収体１１８によって整形され、非線形の偏
光展開の影響はほとんど無いということを示す。
１４を取り除くと、レーザーの安定性が著しく失われ
る。これは、ファイバー１０１が高い複屈折特性を持っ
ているため、非線形の偏光展開による安定したパルス整
形を妨げるからである。この場合に発生され得る定常パ
ルスは数十ピコ秒台のパルス幅を有する。これはパルス
が主に飽和吸収体１１８によって整形され、非線形の偏
光展開の影響はほとんど無いということを示す。
【００２７】図２（ａ）には、図１に示した実施例１の
モードロック・レーザー装置からチャープ・ファイバー
・ブラッグ格子１０５を取り除いたキャビティーによっ
て整形されたパルスの自己相関軌跡が描かれ、図２
（ｂ）には図２（ａ）に相当するスペクトルが描かれて
いる。パルス波形がｓｅｃｈ2形であると仮定すると、
パルス幅は５６０ｆｓｅｃで時間−帯域幅の積は０．３
２である。パルスのエネルギーは４０ｐＪである。反復
率１３ＭＨｚにおいて、これは平均出力５００μＷに相
当する。この構造においては、ダイオード・レーザーの
ポンプ出力が約１５０ｍＷ程度でも、確実な単一パルス
動作が達成される。この場合、単一パルス動作のための
最安定域は、ポンプ出力を１４８〜１５１ｍＷの間に設
定することによって確保することができる。言い換える
と、ポンプ出力は±１％以内に制御されなければならな
い。
モードロック・レーザー装置からチャープ・ファイバー
・ブラッグ格子１０５を取り除いたキャビティーによっ
て整形されたパルスの自己相関軌跡が描かれ、図２
（ｂ）には図２（ａ）に相当するスペクトルが描かれて
いる。パルス波形がｓｅｃｈ2形であると仮定すると、
パルス幅は５６０ｆｓｅｃで時間−帯域幅の積は０．３
２である。パルスのエネルギーは４０ｐＪである。反復
率１３ＭＨｚにおいて、これは平均出力５００μＷに相
当する。この構造においては、ダイオード・レーザーの
ポンプ出力が約１５０ｍＷ程度でも、確実な単一パルス
動作が達成される。この場合、単一パルス動作のための
最安定域は、ポンプ出力を１４８〜１５１ｍＷの間に設
定することによって確保することができる。言い換える
と、ポンプ出力は±１％以内に制御されなければならな
い。
【００２８】図３（ａ）には、チャープ・ファイバー・
ブラッグ格子１０５を使用したキャビティー（即ち図１
に示した実施例１の装置）によって発生されたパルスの
自己相関軌跡が描かれ、図３（ｂ）には図３（ａ）に対
応するスペクトルが描かれている。パルス波形がｓｅｃ
ｈ2形であると仮定すると、パルス幅は３ｐｓｅｃで、
時間−帯域幅の積は０．３２である。パルスのエネルギ
ーは１ｎＪである。これは反復率１３ＭＨｚにおいて平
均出力１３ｍＷに相当する。この構造においては、ダイ
オード・レーザーのポンプ出力が約８００ｍＷ程度で
も、確実な単一パルス動作が達成される。この場合、単
一パルス動作を確実にするためには、ポンプ出力は±１
０％以内（即ち７３０〜８８０ｍＷ）に制御されなけれ
ばならない。チャープ・ファイバー・ブラッグ格子１０
５が存在する場合には、モード・ストリッパー１０４が
取り除かれた状態でも、本発明のレーザー装置の動作は
十分満足し得るものとなる。これは、チャープ・ファイ
バー・ブラッグ格子１０５の前に置かれた単一モードフ
ァイバー１２１が、効率良くモード・ストリッピング
（ｍｏｄｅ−ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）を行うからである。
ブラッグ格子１０５を使用したキャビティー（即ち図１
に示した実施例１の装置）によって発生されたパルスの
自己相関軌跡が描かれ、図３（ｂ）には図３（ａ）に対
応するスペクトルが描かれている。パルス波形がｓｅｃ
ｈ2形であると仮定すると、パルス幅は３ｐｓｅｃで、
時間−帯域幅の積は０．３２である。パルスのエネルギ
ーは１ｎＪである。これは反復率１３ＭＨｚにおいて平
均出力１３ｍＷに相当する。この構造においては、ダイ
オード・レーザーのポンプ出力が約８００ｍＷ程度で
も、確実な単一パルス動作が達成される。この場合、単
一パルス動作を確実にするためには、ポンプ出力は±１
０％以内（即ち７３０〜８８０ｍＷ）に制御されなけれ
ばならない。チャープ・ファイバー・ブラッグ格子１０
５が存在する場合には、モード・ストリッパー１０４が
取り除かれた状態でも、本発明のレーザー装置の動作は
十分満足し得るものとなる。これは、チャープ・ファイ
バー・ブラッグ格子１０５の前に置かれた単一モードフ
ァイバー１２１が、効率良くモード・ストリッピング
（ｍｏｄｅ−ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ）を行うからである。
【００２９】（実施例１の各種変形態様）実施例１のモ
ードロック・レーザー装置の構造は、フェムト秒台およ
びピコ秒台のパルスの発生を可能にするキャビティー設
計の一例であるが、他の希土類元素がドーピングされた
二重クラッド・ファイバーを利得媒体として使用するこ
ともでき、この場合でも受動的モードロックによりピコ
秒台およびフェムト秒台のパルスを発生させ得る。ソリ
トン域での動作を確実にするために、陰性のチャープ・
ファイバー・ブラッグ格子１０５を加えてもよい。さら
に、波長チューニング素子を偏光子１１７とレンズ１１
２の間に配置し、レーザーの放射波長を調整することも
できる。全く同様に、波長チューニング素子は、本明細
書および図面に開示された全ての実施例装置に組み込み
得る。波長チューニング素子は、多くの適切なデバイス
の中から選択することができるが、その一例としては、
エタロン、光学フィルター、複屈折チューニング板、バ
ルク格子などが使用できる。一つ（または複数）の波長
チューニング素子と第二（またはそれ以上）のブラッグ
格子とを組合わせることによって、二つ（またはそれ以
上）の異なる波長のパルスを発生させることもできる。
図４に、二つのチャープ・ファイバー・ブラッグ格子１
０５および１１９と、波長チューニング素子１２０とを
組込んだキャビティー設計の一例を示す。なお、波長調
節が可能な単一波長レーザーが必要な場合には、二つ目
のチャープ・ファイバー・ブラッグ格子を省略し得るこ
とに注意されたい。
ードロック・レーザー装置の構造は、フェムト秒台およ
びピコ秒台のパルスの発生を可能にするキャビティー設
計の一例であるが、他の希土類元素がドーピングされた
二重クラッド・ファイバーを利得媒体として使用するこ
ともでき、この場合でも受動的モードロックによりピコ
秒台およびフェムト秒台のパルスを発生させ得る。ソリ
トン域での動作を確実にするために、陰性のチャープ・
ファイバー・ブラッグ格子１０５を加えてもよい。さら
に、波長チューニング素子を偏光子１１７とレンズ１１
２の間に配置し、レーザーの放射波長を調整することも
できる。全く同様に、波長チューニング素子は、本明細
書および図面に開示された全ての実施例装置に組み込み
得る。波長チューニング素子は、多くの適切なデバイス
の中から選択することができるが、その一例としては、
エタロン、光学フィルター、複屈折チューニング板、バ
ルク格子などが使用できる。一つ（または複数）の波長
チューニング素子と第二（またはそれ以上）のブラッグ
格子とを組合わせることによって、二つ（またはそれ以
上）の異なる波長のパルスを発生させることもできる。
図４に、二つのチャープ・ファイバー・ブラッグ格子１
０５および１１９と、波長チューニング素子１２０とを
組込んだキャビティー設計の一例を示す。なお、波長調
節が可能な単一波長レーザーが必要な場合には、二つ目
のチャープ・ファイバー・ブラッグ格子を省略し得るこ
とに注意されたい。
【００３０】［実施例２］図５に、本発明の実施例２と
してのモードロック・レーザー装置を示す。図５から図
１１に描かれた要素のうち、前述した実施例１の装置の
要素と類似のものには同じ符号を用いた。第５図に示し
た実施例２の装置では、フェムト秒台のパルスを発生さ
せるために、飽和吸収体１１８を偏光子１１７の後方側
のキャビティーの一端に配置し、また、鏡とファラデー
回転子とを一体化したファラデー回転子鏡２０２をキャ
ビティーの他端に配置して、システムの簡素化を図って
いる。利得媒体（即ちファイバー１０１）の帯域幅によ
って制限が加えられたパルスを得るために、所定長の陰
性（または陽性）分散クラッド・ポンプ・ファイバー
（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｌａｄ
ｄｉｎｇ ｐｕｍｐｅｄｆｉｂｅｒ）とドーピングされ
ていない所定長の陽性（または陰性）標準単一モードフ
ァイバー２０１とを組合わせ、キャビティー内の分散が
ゼロになっている。この構成では、非複屈折ファイバー
がファラデー回転子鏡２０２の直前に配置されるので、
キャビティーの環境感度を最小限に抑えることができ、
大変有利である。一例として、５ｍのＥｒ／Ｙｂファイ
バー１０１（図１の説明を参照されたい）と０．８０ｍ
の高陽性分散ファイバー２０１を使用することによっ
て、キャビティー内の分散をほとんどゼロにすることが
できる。実施例２の装置では、パルス幅が１７０ｆｓｅ
ｃ程度、パルス・エネルギーが５０ｐＪ程度の帯域幅が
限定されたガウス形パルス（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ−ｌｉ
ｍｉｔｅｄ Ｇａｕｓｓｉａｎ−ｓｈａｐｅｄ ｐｕｌ
ｓｅｓ）が得られた。
してのモードロック・レーザー装置を示す。図５から図
１１に描かれた要素のうち、前述した実施例１の装置の
要素と類似のものには同じ符号を用いた。第５図に示し
た実施例２の装置では、フェムト秒台のパルスを発生さ
せるために、飽和吸収体１１８を偏光子１１７の後方側
のキャビティーの一端に配置し、また、鏡とファラデー
回転子とを一体化したファラデー回転子鏡２０２をキャ
ビティーの他端に配置して、システムの簡素化を図って
いる。利得媒体（即ちファイバー１０１）の帯域幅によ
って制限が加えられたパルスを得るために、所定長の陰
性（または陽性）分散クラッド・ポンプ・ファイバー
（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｃｌａｄ
ｄｉｎｇ ｐｕｍｐｅｄｆｉｂｅｒ）とドーピングされ
ていない所定長の陽性（または陰性）標準単一モードフ
ァイバー２０１とを組合わせ、キャビティー内の分散が
ゼロになっている。この構成では、非複屈折ファイバー
がファラデー回転子鏡２０２の直前に配置されるので、
キャビティーの環境感度を最小限に抑えることができ、
大変有利である。一例として、５ｍのＥｒ／Ｙｂファイ
バー１０１（図１の説明を参照されたい）と０．８０ｍ
の高陽性分散ファイバー２０１を使用することによっ
て、キャビティー内の分散をほとんどゼロにすることが
できる。実施例２の装置では、パルス幅が１７０ｆｓｅ
ｃ程度、パルス・エネルギーが５０ｐＪ程度の帯域幅が
限定されたガウス形パルス（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ−ｌｉ
ｍｉｔｅｄ Ｇａｕｓｓｉａｎ−ｓｈａｐｅｄ ｐｕｌ
ｓｅｓ）が得られた。
【００３１】［実施例３］図６には、実施例３としての
モードロック・レーザー装置が示されている。キャビテ
ィー内に音響光学的または電気光学的な変調器を加える
ことによって、能動的にモードロックされたクラッドポ
ンプ式ファイバー・レーザーを構築することが可能とな
る。図６に示したように、変調器３０１および３０２は
キャビティーの右端または左端に配置すると良い。シス
テムの大きさを小型に保つためには、ピグテール型ファ
イバー変調器（ｆｉｂｅｒ ｐｉｇ−ｔａｉｌｅｄ ｍ
ｏｄｕｌａｔｏｒ）をキャビティーの左側のみに挿入す
ることが好ましい。また、鏡３０３を信号光を部分的に
反射するタイプにすれば、鏡３０３を出力カプラとして
使用し、鏡３０３より出力光が得られる。
モードロック・レーザー装置が示されている。キャビテ
ィー内に音響光学的または電気光学的な変調器を加える
ことによって、能動的にモードロックされたクラッドポ
ンプ式ファイバー・レーザーを構築することが可能とな
る。図６に示したように、変調器３０１および３０２は
キャビティーの右端または左端に配置すると良い。シス
テムの大きさを小型に保つためには、ピグテール型ファ
イバー変調器（ｆｉｂｅｒ ｐｉｇ−ｔａｉｌｅｄ ｍ
ｏｄｕｌａｔｏｒ）をキャビティーの左側のみに挿入す
ることが好ましい。また、鏡３０３を信号光を部分的に
反射するタイプにすれば、鏡３０３を出力カプラとして
使用し、鏡３０３より出力光が得られる。
【００３２】［実施例４］図７は、実施例４としてのモ
ードロック・レーザー装置を示している。図７に示した
ように、モードロック・リング・レーザーを構成するた
めに、二重クラッド・ファイバー１０１はリング・キャ
ビティーの一部となり得る。原理的に、衝突パルス式モ
ードロック動作は、この場合、飽和吸収体１１８をレン
ズ１１０とレンズ１１１との間に配置することによって
達成し得る。しかし、このキャビティー内では線形の偏
光変動が補償されていないため、このキャビティーにお
ける長期安定性（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ−ｓｔａｂｉｌｉ
ｔｙ）は限定されたものとなる。ただし、このタイプの
キャビティーでは、信号光が通過する位置であればリン
グ内のどこにでも変調装置３０１を配置することができ
る。全キャビティーを光複屈折ファイバーで構成すれ
ば、リング・キャビティーの環境的安定性はより高いも
のとなる。偏光子（図示せず）を挿入してファイバーの
光軸と偏光子の光軸を調整することにより、より確実に
単一の偏光状態でレーザーを発振させ得る。レーザー光
の出力を得るには、鏡１０２および鏡１０６のうちどち
らか一方を部分反射鏡にするか、または、ファイバー２
０１にファイバー・カプラーを接続する。
ードロック・レーザー装置を示している。図７に示した
ように、モードロック・リング・レーザーを構成するた
めに、二重クラッド・ファイバー１０１はリング・キャ
ビティーの一部となり得る。原理的に、衝突パルス式モ
ードロック動作は、この場合、飽和吸収体１１８をレン
ズ１１０とレンズ１１１との間に配置することによって
達成し得る。しかし、このキャビティー内では線形の偏
光変動が補償されていないため、このキャビティーにお
ける長期安定性（ｌｏｎｇ−ｔｅｒｍ−ｓｔａｂｉｌｉ
ｔｙ）は限定されたものとなる。ただし、このタイプの
キャビティーでは、信号光が通過する位置であればリン
グ内のどこにでも変調装置３０１を配置することができ
る。全キャビティーを光複屈折ファイバーで構成すれ
ば、リング・キャビティーの環境的安定性はより高いも
のとなる。偏光子（図示せず）を挿入してファイバーの
光軸と偏光子の光軸を調整することにより、より確実に
単一の偏光状態でレーザーを発振させ得る。レーザー光
の出力を得るには、鏡１０２および鏡１０６のうちどち
らか一方を部分反射鏡にするか、または、ファイバー２
０１にファイバー・カプラーを接続する。
【００３３】［実施例５］次に、実施例５では、二重ク
ラッド・ファイバー１０１が様々なキャビティー設計に
取り入れられており、二重クラッド・ファイバー１０１
は、キャビティー内の偏光変動を補償するためのファラ
デー回転子と共に、二重パス構造のキャビティーで使用
されている。このようなキャビティーの包括的デザイン
を、図８に示す。鏡１０２と鏡１０６との間に配置され
たモードロック機構５０１としては、例えば、全光スイ
ッチ（ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈ）、外部
の光パルス源により制御される位相変調素子または振幅
変調素子、音響光学変調素子または電子光学変調素子、
または飽和吸収体が使用し得る。なお、任意長の単一モ
ード・ファイバー（図示せず）が、スプライスを通して
二重クラッド・ファイバー１０１に接続できることに注
意されたい。ここに、信号光の伝達のために二色性ポン
プ鏡５０２を使用したキャビティー設計を示す。二色性
ポンプ鏡５０２は、ポンプ光を反射し信号光を透過させ
るタイプだが、信号光を反射しポンプ光を透過させる別
タイプの二色性ポンプ鏡を使用することも可能である。
レーザー出力を得るには、鏡１０２または１０６のどち
らか一方を部分的反射鏡にしてもよい。
ラッド・ファイバー１０１が様々なキャビティー設計に
取り入れられており、二重クラッド・ファイバー１０１
は、キャビティー内の偏光変動を補償するためのファラ
デー回転子と共に、二重パス構造のキャビティーで使用
されている。このようなキャビティーの包括的デザイン
を、図８に示す。鏡１０２と鏡１０６との間に配置され
たモードロック機構５０１としては、例えば、全光スイ
ッチ（ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ ｓｗｉｔｃｈ）、外部
の光パルス源により制御される位相変調素子または振幅
変調素子、音響光学変調素子または電子光学変調素子、
または飽和吸収体が使用し得る。なお、任意長の単一モ
ード・ファイバー（図示せず）が、スプライスを通して
二重クラッド・ファイバー１０１に接続できることに注
意されたい。ここに、信号光の伝達のために二色性ポン
プ鏡５０２を使用したキャビティー設計を示す。二色性
ポンプ鏡５０２は、ポンプ光を反射し信号光を透過させ
るタイプだが、信号光を反射しポンプ光を透過させる別
タイプの二色性ポンプ鏡を使用することも可能である。
レーザー出力を得るには、鏡１０２または１０６のどち
らか一方を部分的反射鏡にしてもよい。
【００３４】［実施例６］実施例６としてのモードロッ
ク・レーザー装置では、図９に示したように、低複屈折
二重クラッド・ファイバーを使用して、ファラデー回転
子を使用せずにフェムト秒レーザーシステムを構成し
た。ファイバーと飽和吸収体の配置を最適化できるの
で、飽和吸収体１１８は鏡６０１に接触させても良い。
この場合でも、鏡１０７に飽和吸収体１１８は含まれな
い。また、原理的には鏡５０２を取り除き、ポンプ光を
単一の二色性偏光子（図示せず）を使用してキャビティ
ーへ結合させることもできる。
ク・レーザー装置では、図９に示したように、低複屈折
二重クラッド・ファイバーを使用して、ファラデー回転
子を使用せずにフェムト秒レーザーシステムを構成し
た。ファイバーと飽和吸収体の配置を最適化できるの
で、飽和吸収体１１８は鏡６０１に接触させても良い。
この場合でも、鏡１０７に飽和吸収体１１８は含まれな
い。また、原理的には鏡５０２を取り除き、ポンプ光を
単一の二色性偏光子（図示せず）を使用してキャビティ
ーへ結合させることもできる。
【００３５】図１０に示したように、ファラデー回転子
を取り除いた場合、チャープ・ファイバー・ブラッグ格
子１０５を二重クラッド・ファイバー１０１に接続し得
る。チャープ・ファイバー・ブラッグ格子１０５の分散
を非常に低いレベルに抑えることによって、フェムト秒
レーザーを形成し得ることに注目されたい。このレーザ
ーの出力は偏光子１１７より得ることができる。この構
成では所望の出力を得るために偏光子１１７において全
ファイバーの偏光制御が行えるので非常に好ましい。し
かし、リング・キャビティーの場合と同様に、線形の偏
光変化がファイバー・キャビティー内で補償されないの
で、システムの長期安定性は限定されたものとなる。こ
のような安定性の問題は、短い（１００ｐｓｅｃ未満）
キャリア寿命の飽和吸収体を使用することによって解決
し得る。また、キャビティー全体を高複屈折ファイバー
で制作することによっても、安定性の問題を解決でき
る。リング・キャビティーの場合と同様に、全ファイバ
ーの偏光軸が調整され、偏光子がファイバーの偏光軸の
一つに対して調整されなければならない。レーザー光の
出力は偏光保持カプラとして動作する偏光子１１７から
取り出すことができる。
を取り除いた場合、チャープ・ファイバー・ブラッグ格
子１０５を二重クラッド・ファイバー１０１に接続し得
る。チャープ・ファイバー・ブラッグ格子１０５の分散
を非常に低いレベルに抑えることによって、フェムト秒
レーザーを形成し得ることに注目されたい。このレーザ
ーの出力は偏光子１１７より得ることができる。この構
成では所望の出力を得るために偏光子１１７において全
ファイバーの偏光制御が行えるので非常に好ましい。し
かし、リング・キャビティーの場合と同様に、線形の偏
光変化がファイバー・キャビティー内で補償されないの
で、システムの長期安定性は限定されたものとなる。こ
のような安定性の問題は、短い（１００ｐｓｅｃ未満）
キャリア寿命の飽和吸収体を使用することによって解決
し得る。また、キャビティー全体を高複屈折ファイバー
で制作することによっても、安定性の問題を解決でき
る。リング・キャビティーの場合と同様に、全ファイバ
ーの偏光軸が調整され、偏光子がファイバーの偏光軸の
一つに対して調整されなければならない。レーザー光の
出力は偏光保持カプラとして動作する偏光子１１７から
取り出すことができる。
【００３６】［実施例７］図１１に示した実施例７とし
てのモードロック・レーザー装置のように、ピコ秒台
（またはフェムト秒台）のレーザーシステムを構成する
ためには、ファラデー回転子を取り除いて、チャープ・
ファイバー・ブラッグ格子７０１をファイバー１０１に
直接形成し得る。飽和吸収体１１８をキャビティーの一
端（ミラー１０７）に接触させることで、システムの寸
法を縮小させることができる。レーザー光の出力を取り
出すために、鏡１０７と飽和吸収体１１８には部分的な
反射性を与え得る。それとは別に、レーザー光の出力を
取り出すために、ファイバー・カプラーを鏡１０７の前
に挿入しても良い。
てのモードロック・レーザー装置のように、ピコ秒台
（またはフェムト秒台）のレーザーシステムを構成する
ためには、ファラデー回転子を取り除いて、チャープ・
ファイバー・ブラッグ格子７０１をファイバー１０１に
直接形成し得る。飽和吸収体１１８をキャビティーの一
端（ミラー１０７）に接触させることで、システムの寸
法を縮小させることができる。レーザー光の出力を取り
出すために、鏡１０７と飽和吸収体１１８には部分的な
反射性を与え得る。それとは別に、レーザー光の出力を
取り出すために、ファイバー・カプラーを鏡１０７の前
に挿入しても良い。
【００３７】［本発明の効果］最後にまとめると、広帯
域ダイオード・レーザー・アレイによって励起された二
重クラッド希土類コーティング・ファイバー内における
フェムト秒台およびピコ秒台パルスの発生が、今回初め
て実現された。低価格なキャビティー部品を使用するこ
とによって、技術の優位性を大いに高めることができ
た。ここに幾つかの好ましい実施例を開示して説明した
が、当業者であればそれ以外にも様々な実施態様が可能
であることを容易に理解できるであろう。
域ダイオード・レーザー・アレイによって励起された二
重クラッド希土類コーティング・ファイバー内における
フェムト秒台およびピコ秒台パルスの発生が、今回初め
て実現された。低価格なキャビティー部品を使用するこ
とによって、技術の優位性を大いに高めることができ
た。ここに幾つかの好ましい実施例を開示して説明した
が、当業者であればそれ以外にも様々な実施態様が可能
であることを容易に理解できるであろう。
【図１】 実施例１のクラッドポンプ式受動的モードロ
ック・ファイバー・レーザーシステム（モードロック・
レーザー装置）の構造を示すブロック図
ック・ファイバー・レーザーシステム（モードロック・
レーザー装置）の構造を示すブロック図
【図２】 実施例１で発生するレーザパルスの特性を示
す組図 （ａ）半値全幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌ
ｆ ｍａｘｉｍｕｍ）が５６０ｆｓｅｃのパルスの自己
相関軌跡を示すグラフ （ｂ）半値全幅が５６０ｆｓｅｃのパルスのスペクトル
を示すグラフ
す組図 （ａ）半値全幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌ
ｆ ｍａｘｉｍｕｍ）が５６０ｆｓｅｃのパルスの自己
相関軌跡を示すグラフ （ｂ）半値全幅が５６０ｆｓｅｃのパルスのスペクトル
を示すグラフ
【図３】 実施例１で発生する他のレーザパルスの特性
を示す組図 （ａ）半値全幅が３ｐｓｅｃのパルスの自己相関軌跡を
示すグラフ （ｂ）半値全幅が３ｐｓｅｃのパルスのスペクトルを示
すグラフ
を示す組図 （ａ）半値全幅が３ｐｓｅｃのパルスの自己相関軌跡を
示すグラフ （ｂ）半値全幅が３ｐｓｅｃのパルスのスペクトルを示
すグラフ
【図４】 実施例１にチューニング素子と第二ブラッグ
格子とを加えたクラッドポンプ式受動的モードロックフ
ァイバー・レーザーシステムの構造を示すブロック図
格子とを加えたクラッドポンプ式受動的モードロックフ
ァイバー・レーザーシステムの構造を示すブロック図
【図５】 実施例２の分散補償型キャビティーを有する
クラッドポンプ式受動的モードロックファイバー・レー
ザーシステムの構造を示すブロック図
クラッドポンプ式受動的モードロックファイバー・レー
ザーシステムの構造を示すブロック図
【図６】 実施例３のクラッドポンプ式能動的モードロ
ックファイバー・レーザーシステムの構造を示すブロッ
ク図
ックファイバー・レーザーシステムの構造を示すブロッ
ク図
【図７】 実施例４のリング・キャビティーを有するク
ラッドポンプ式能動的モードロックファイバー・レーザ
ーシステムの構造を示すブロック図
ラッドポンプ式能動的モードロックファイバー・レーザ
ーシステムの構造を示すブロック図
【図８】 実施例５の二重パス構造を有するクラッドポ
ンプ式モードロックファイバー・レーザーシステムを示
すブロック図
ンプ式モードロックファイバー・レーザーシステムを示
すブロック図
【図９】 実施例６のクラッドポンプ式受動的モードロ
ックファイバー・レーザーシステムの構造を示すブロッ
ク図
ックファイバー・レーザーシステムの構造を示すブロッ
ク図
【図１０】実施例６を改変したクラッドポンプ式受動的
モードロックファイバー・レーザーシステムの代案構造
を示すブロック図
モードロックファイバー・レーザーシステムの代案構造
を示すブロック図
【図１１】実施例７のクラッドポンプ式受動的モードロ
ックファイバー・レーザーシステムの構造を示すブロッ
ク図
ックファイバー・レーザーシステムの構造を示すブロッ
ク図
１０１：二重クラッドＥｒ／Ｙｂファイバー（アクティ
ブ・ファイバー） １０２：二色鏡 １０３：ダイオード・レーザー・ア
レイ １０４：モード・ストリッパー １０５：チャープ・ファイバー・ブラッグ格子（ＣＦＢ
Ｇ，ＣＦＢＧ１） １０６，１０７：鏡 １０８，１０９，１１０，１１
１，１１２：レンズ １１３，１１４：ファラデー回転子（ＦＲＭ） １１
５：１／４波長板 １１６：１／２波長板 １１７：偏光子 １１８：
飽和吸収体 １１９：第２チャープ・ファイバー・ブラッグ格子（Ｃ
ＦＢＧ２） １２０：チューニング素子 ２０１：標準単一モードファイバー、高陽性分散補償フ
ァイバー ２０２：ファラデー回転子（ＦＲＭ） ３０１，３０２：変調器 ３０３：鏡（出力カプラ） ５０２：二色性ポンプ鏡 ６０１：鏡 ７０１：チャープ・ファイバー・ブラッグ格子（ＣＦＢ
Ｇ）
ブ・ファイバー） １０２：二色鏡 １０３：ダイオード・レーザー・ア
レイ １０４：モード・ストリッパー １０５：チャープ・ファイバー・ブラッグ格子（ＣＦＢ
Ｇ，ＣＦＢＧ１） １０６，１０７：鏡 １０８，１０９，１１０，１１
１，１１２：レンズ １１３，１１４：ファラデー回転子（ＦＲＭ） １１
５：１／４波長板 １１６：１／２波長板 １１７：偏光子 １１８：
飽和吸収体 １１９：第２チャープ・ファイバー・ブラッグ格子（Ｃ
ＦＢＧ２） １２０：チューニング素子 ２０１：標準単一モードファイバー、高陽性分散補償フ
ァイバー ２０２：ファラデー回転子（ＦＲＭ） ３０１，３０２：変調器 ３０３：鏡（出力カプラ） ５０２：二色性ポンプ鏡 ６０１：鏡 ７０１：チャープ・ファイバー・ブラッグ格子（ＣＦＢ
Ｇ）
Claims (25)
- 【請求項１】キャビティー内に配置され、利得媒体とし
て作用し、１００ｐｓｅｃ以下のパルス・レーザー・エ
ネルギーを発生し得る二重クラッド・ファイバーと、 該二重クラッド・ファイバーの一端に結合され、該二重
クラッド・ファイバーにポンプ光を供給するダイオード
・レーザー・アレイと、 該キャビティー内に配置され、前記二重クラッド・ファ
イバーを通過する光軸に沿ってエネルギーを反射させる
反射体と、 該キャビティー内で発生されたレーザーエネルギーを受
け取り、該レーザーエネルギーの一部を出力するための
出力手段と、 該キャビティー内に短パルスの発生を開始させるための
モードロック開始手段と、 前記二重クラッド・ファイバー内でクラッド・モードを
抑制するクラッド・モード抑制手段と、 前記キャビティー内での分散を制御する分散制御手段
と、を備えているモードロック・レーザー装置。 - 【請求項２】前記モードロック開始手段は、半導体飽和
吸収体を含む、請求項１記載のモードロック・レーザー
装置。 - 【請求項３】前記半導体飽和吸収体は、前記キャビティ
ーの一端に配置され、レーザーエネルギーの一部を出力
するために部分的な反射性を有する、請求項２記載のモ
ードロック・レーザー装置。 - 【請求項４】前記キャビティーに含まれるファイバーは
５×１０-7以下の複屈折特性を有し、前記半導体飽和吸
収体のキャリア寿命は１００ピコ秒未満である、請求項
２記載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項５】前記モードロック開始手段は、音響光学変
調素子または電子光学変調素子であり、外部の光学パル
ス源により振幅変調または相位変調を引き起こす、請求
項１記載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項６】さらに、前記二重クラッド・ファイバー内
の線形の位相変動を補償するための位相変動補償手段を
備えている、請求項１記載のモードロック・レーザー装
置。 - 【請求項７】非線形の偏光展開によって引き起こされる
非線形のパルス整形を安定化させるために、前記二重ク
ラッド・ファイバーは１×１０-7よりも大きい複屈折特
性を有する、請求項６記載のロードロック・レーザー装
置。 - 【請求項８】さらに、前記二重クラッド・ファイバーの
二つの偏光固有モードの間での線形の位相遅れを制御す
るために、１／４波長板および１／２波長板が使用され
ている、請求項７記載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項９】前記位相変動補償手段は、さらに、 前記キャビティーの一端側に配置された第一ファラデー
回転子と、 該キャビティーの他端側に配置された第二ファラデー回
転子と、 該第一ファラデー回転子と該キャビティーの該一端の間
に配置された偏光子と、を備えている、請求項６記載の
モードロック・レーザー装置。 - 【請求項１０】前記二重クラッド・ファイバーの二つの
偏光固有モードの間における線形の位相遅れを制御する
ために、１／４波長板および１／２波長板をさらに備え
ている、請求項９記載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項１１】前記偏光子と前記キャビティーの一端と
の間に、出力結合を調整するための１／２波長板を備え
ている、請求項９記載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項１２】前記線形相位変動補償手段は、さらに、 前記キャビティーの一端側に配置された第一ファラデー
回転子と、 該キャビティーの他端側に配置されたファラデー回転子
鏡と、 該第一ファラデー回転子と該キャビティーの一端との間
に配置されている偏光子と、を備えている、請求項６記
載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項１３】さらに、１×１０-7未満の複屈折特性を
有し、前記ファラデー回転子鏡の前に配置された低複屈
折ファイバーを備えている、請求項１２記載のモードロ
ック・レーザー装置。 - 【請求項１４】前記分散制御手段は、分散補償ファイバ
ーである、請求項１記載のモードロック・レーザー装
置。 - 【請求項１５】前記分散補償ファイバーは、前記キャビ
ティーの一端で接続されている、請求項１４記載のモー
ドロック・レーザー装置。 - 【請求項１６】前記分散制御手段は、チャープ・ファイ
バー・ブラッグ格子である、請求項１記載のモードロッ
ク・レーザー装置。 - 【請求項１７】前記チャープ・ファイバー・ブラッグ格
子は前記二重クラッド・ファイバーに直接形成され、前
記二重クラッド・ファイバーは前記チャープ・ファイバ
ー・ブラッグ格子を通じて励起されるようになってい
る、請求項１６記載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項１８】前記チャープ・ファイバー・ブラッグ格
子は前記キャビティーの一端で接続されている、請求項
１６記載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項１９】さらに、前記キャビティー内に配置され
た第二のチャープ・ファイバー・ブラッグ格子を備えて
いる、請求項１６記載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項２０】前記二重クラッド・ファイバーは、希土
物質がドーピングされたガラスファイバーである、請求
項１記載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項２１】前記出力手段は、出力結合に使用される
ファイバー・カプラーである、請求項１記載のモードロ
ック・レーザー装置。 - 【請求項２２】前記キャビティー内に、さらに、 ５×１０-7より大きな線形複屈折を有し、二つの偏光軸
を備えた偏光保持ファイバーと、 前記偏光保持ファイバーの一方の偏光軸に対して偏光軸
が調整された偏光子と、を備えている、請求項１記載の
モードロック・レーザー装置。 - 【請求項２３】前記キャビティーはリング・キャビティ
ーであり、該リングキャビティー内に単一モードファイ
バーおよびモードロック機構を備えている、請求項１記
載のモードロック・レーザー装置。 - 【請求項２４】前記二重クラッド・ファイバー内の線形
の位相変動を補償するためのファラデー回転子鏡と、 該ファラデー回転子鏡により引き起こされる９０°の偏
光回転のずれを補償するための偏光子および１／２波長
板と、をさらに備えている、請求項１記載のモードロッ
ク・レーザー装置。 - 【請求項２５】前記出力の出力波長を調整するためのチ
ューニング機構を備え、該チューニング機構は、エタロ
ン、光学フィルター、複屈折チューニング板およびバル
ク格子のうち少なくとも一つを備えている、請求項１記
載のモードロック・レーザー装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/523,808 US5627848A (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Apparatus for producing femtosecond and picosecond pulses from modelocked fiber lasers cladding pumped with broad area diode laser arrays |
| US08/523808 | 1995-09-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09167869A true JPH09167869A (ja) | 1997-06-24 |
| JP3479795B2 JP3479795B2 (ja) | 2003-12-15 |
Family
ID=24086543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23535696A Expired - Fee Related JP3479795B2 (ja) | 1995-09-05 | 1996-09-05 | モードロック・レーザー装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5627848A (ja) |
| JP (1) | JP3479795B2 (ja) |
| DE (1) | DE19635919B4 (ja) |
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| WO2015064957A1 (en) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | Korea Research Institute Of Standards And Science | Dual optical-comb femtosecond optical fiber laser |
| WO2015167092A1 (ko) * | 2014-04-30 | 2015-11-05 | 한국과학기술원 | 처프 광섬유 브래그 격자 쌍을 이용한 광대역 고속 반복률 주사 광섬유 펨토초 레이저 공진기 |
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