JPH1022560A - Ｑ−スイッチ光ファイバレーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ共振器を構成する素子間の結合損失が
小さく、構造が簡易で、空間光学系のアライメントが不
要なＱ−スイッチ光ファイバレーザを構成する。 【解決手段】 励起光源１によって励起される希土類添
加ファイバ２と光ファイバグレーティング反射鏡１０お
よび１１からなるレーザ共振器において、光ファイバグ
レーティング反射鏡１１は、振動子１２により応力を与
えられ、長手方向に伸縮する。このため、光ファイバの
コア中の屈折率変化の周期が伸縮し、光ファイバグレー
ティング反射鏡１１の反射波長が変化する。この反射波
長の変化は高周波電源３と直流バイアス電源１３によっ
て、光ファイバグレーティング反射鏡１１の反射波長帯
域が光ファイバグレーティング反射鏡１０の反射波長帯
域と周期的に重なるように設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバレーザに
関し、特にレーザ共振器のＱ値を急速に増加させること
によりパルス発振を行うＱ−スイッチ光ファイバレーザ
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来のＱ−スイッチ光ファイバレ
ーザの構成の一例を示した図であり、１は励起光源、２
は希土類元素をコアに添加した光ファイバ（以下、希土
類添加ファイバと称する）、３は高周波電源、４ａおよ
び４ｂは反射鏡、５ａおよび５ｂは集光レンズ、６は光
バンドパスフィルタ、７は音響光学素子、８は希土類添
加ファイバ２から出射した光の音響光学素子７による１
次の回折光、９は希土類添加ファイバ２から出射した光
の音響光学素子７による０次の回折光を表す。

【０００３】前記構成において励起光源１から出射した
励起光は集光レンズ５によって反射鏡４ａ，４ｂと希土
類添加フィアバ２からなるレーザ共振器に入射する。集
光レンズ５ａによって導かれた励起光は反射鏡４ａを介
して希土類添加ファイバ２に入射し、希土類添加ファイ
バ２を励起する。励起された希土類添加ファイバ２から
出射した光は集光レンズ５ｂを介して音響光学素子７に
入射する。音響光学素子７は、高周波電源３によって印
加された電圧に応じて回折効率が変化する回折格子であ
る。音響光学素子７による１次の回折光８の強度は、音
響光学素子７に印加された電圧によって決定される。反
射鏡４ｂは、１次の回折光８を反射し希土類添加ファイ
バ２にフィードバックする。０次の回折光９がこのレー
ザからの出力である。

【０００４】音響光学素子７によって回折された１次の
回折光８の強度が小さいときには、希土類添加ファイバ
２にフィードバックされる光の強度が小さいので、レー
ザ共振器のフィネス、すなわちＱ値は低い状態にある。
また、回折光８の強度が大きいときには、希土類添加フ
ァイバ２にフィードバックされる光の強度も大きく、レ
ーザ共振器のＱ値は高い状態にある。

【０００５】高周波電源３によって音響光学素子７に印
加される電圧を高速に変化させることにより、音響光学
素子７によって回折された１次の回折光８の強度を小さ
い状態から大きい状態に急速に変化させることで、Ｑ−
スイッチングが行われレーザ共振器のＱ値は急速に増加
し、光パルスが発生する。また、発生する光パルスの波
長の調整は、光バンドパスフィルタ６によって行われ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
共振器を構成する反射鏡や希土類を添加したファイバお
よびレーザ共振器中にあってＱ−スイッチングを行う音
響光学素子などが空間光学系を用いて結合されており、
このためレーザの構造と空間光学系のアライメントが複
雑になり、また、各素子間に大きな結合損失を持つとい
う問題があった。

【０００７】本発明の目的はレーザ共振器を構成する素
子間の結合損失の小さい、構造が簡易で、空間光学系の
アライメントが不要なＱ−スイッチ光ファイバレーザを
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明によるＱ−スイッチ光ファイバレーザ
は、希土類元素をコアに添加した光ファイバを利得媒質
とし、レーザ共振器のＱ値を急速に増加させることによ
りパルス発振を行うＱ−スイッチ光ファイバレーザにお
いて、前記レーザ共振器は前記希土類元素をコアに添加
した光ファイバの入射側および出射側にそれぞれ光ファ
イバグレーティング反射鏡を設けてなり、前記光ファイ
バグレーティング反射鏡の少なくとも一方には、電圧を
印加することによって伸縮して当該光ファイバグレーテ
ィング反射鏡に応力を与え、当該光ファイバグレーティ
ング反射鏡の反射波長を変化させるための素子が設けら
れていることを特徴とする。

【０００９】ここで、前記素子がピエゾ電気トランスデ
ューサ、ソレノイドまたは磁歪素子であると好適であ
る。

【００１０】前記素子が前記光ファイバグレーティング
反射鏡の双方に設けられていてもよく、前記素子が前記
光ファイバグレーティング反射鏡の一方に設けられ、他
方の光ファイバグレーティング反射鏡には金属棒が熱収
縮テープによって一体化されていてもよい。

【００１１】前記光ファイバグレーティング反射鏡が前
記希土類元素をコアに添加した光ファイバ入射側端部お
よび出射側端部に融着接続されていてもよく、さらに前
記光ファイバグレーティング反射鏡のそれぞれが前記希
土類元素をコアに添加した光ファイバに形成されている
ことが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明においては希土類元素をコ
アに添加した光ファイバを利得媒質とし、その両端にそ
れぞれ光ファイバグレーティング反射鏡を設けてレーザ
共振器を構成する。両端の光ファイバグレーティング反
射鏡の少なくとも一方は電圧を印加することによって伸
縮する素子によって応力を与えられ、それによって反射
波長が変化する。このような構成によってレーザ共振器
のＱ値を急速に変化でき、Ｑ−スイッチングを行うこと
ができる。

【００１３】本発明によれば、空間光学系を用いないた
め、レーザ共振器を構成する素子間の結合損失が小さ
く、構造が簡易で空間光学系のアライメントが不要なＱ
−スイッチ光ファイバレーザが実現できる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明のＱ−スイッチ光ファイバレ
ーザの第１の実施例を示すもので、図中、従来例と同一
構成部分は同一符号をもって示す。すなわち、１は励起
光源、２は希土類添加ファイバ、３は高周波電源、１０
および１１は光ファイバグレーティング反射鏡、１２は
電圧を印加することにより伸縮する素子（以下、振動子
と称する）、１３は直流バイアス電源、１４は可撓性の
金属棒、１５は熱収縮チューブ、１６はレーザ共振器中
の光ファイバの融着接続点、１７はこのレーザの出射端
を示す。

【００１５】光ファイバグレーティング反射鏡１０は、
励起光源１から出射される励起光が入射するように設置
される。光ファイバグレーティング反射鏡１０および１
１は光ファイバのコア中に、光ファイバ長手方向に対し
て形成された周期的な屈折率変化を持ち、屈折率変化の
周期のピッチに応じた波長の光をある波長帯域をもって
反射するもので、希土類添加ファイバ２の両端に融着接
続される。このような光ファイバグレーティング反射鏡
は光ファイバのコアに紫外線をコアの長さ方向に周期的
に照射することによって得られる。光ファイバグレーテ
ィング反射鏡１０および１１の反射波長は希土類添加フ
ァイバ２が増幅特性を持つ波長帯域内に設定されてい
る。希土類添加ファイバ２に添加する希土類元素とし
て、例えば波長１μｍ帯に増幅特性を持つネオジミウム
やイットリビウム、１．５５μｍ帯に増幅特性を持つエ
ルビウム、１．９μｍから２μｍ帯に増幅特性を持つツ
リウムやホロビウムなどの使用が可能である。光ファイ
バグレーティング反射鏡１０および１１と希土類添加フ
ァイバ２でこのレーザの共振器を構成する。振動子１２
は光ファイバグレーティング反射鏡１１の長手方向に伸
縮を与えるよう設置されている。振動子１２は高周波電
源３により駆動される。振動子１２としては、例えばピ
エゾ電気トランスデューサ、ソレノイド、π型磁歪素子
などの使用が可能である。金属棒１４は光ファイバグレ
ーティング１１に熱収縮チューブ１５を用いて密着さ
れ、一体となって挙動する。

【００１６】図３に振動子１２の一例を示す。１８はピ
エゾ電気トランスデューサ、１９は光ファイバグレーテ
ィング反射鏡保持用ホルダ、２０は接着剤を示す。

【００１７】ここで、振動子１２はピエゾ電気トランス
デューサ１８と光ファイバグレーティング反射鏡保持用
ホルダ１９から構成される。

【００１８】光ファイバグレーティング反射鏡保持用ホ
ルダ１９はピエゾ電気トランスデューサ１８の両端に接
着剤２０を用いて固定されている。光ファイバグレーテ
ィング反射鏡１１は保持用ホルダ間にのみ存在する構成
になっており、その両側は光ファイバグレーティング反
射鏡保持用ホルダ１９に接着剤２０を用いて固定されて
いる。このため、ピエゾ電気トランスデューサ１８の伸
縮とともに光ファイバグレーティング反射鏡１１が伸縮
する。

【００１９】このレーザを動作させるには、まず、励起
光源１より励起光を希土類添加ファイバ２と光ファイバ
グレーティング反射鏡１０および１１からなるレーザ共
振器に導く。希土類添加ファイバ２はこの励起光により
励起される。

【００２０】光ファイバグレーティング反射鏡１１は、
振動子１２により応力を与えられ、長手方向に伸縮す
る。このため、光ファイバのコア中の屈折率変化の周期
が伸縮し、光ファイバグレーティング反射鏡１１の反射
波長が変化する。この反射波長の変化は高周波電源３と
直流バイアス電源１３によって、光ファイバグレーティ
ング反射鏡１１の反射波長帯域が光ファイバグレーティ
ング反射鏡１０の反射波長帯域と周期的に重なるように
設定される。

【００２１】ここで、光ファイバグレーティング反射鏡
１０および１１の反射帯域が重なり合わないときには、
このレーザ共振器のＱ値は低く、光ファイバグレーティ
ング反射鏡１０および１１の反射帯域が重なり合うとき
にはこのレーザ共振器のＱ値は高い。光ファイバグレー
ティング１１の反射波長の変化が十分に早ければ、Ｑ−
スイッチングが行われ、光パルスが発生する。発生した
光パルスの波長は光ファイバグレーティング反射鏡１０
および１１の反射帯域が重なり合う部分の波長である。

【００２２】光ファイバグレーティング反射鏡１０の反
射波長は金属棒１４に曲げを与えることで長手方向に対
し応力を与えることで調整できるため、発生した光パル
スの波長も調整できる。

【００２３】また、ここでレーザ共振器を構成する素子
である希土類添加ファイバ２と光ファイバグレーティン
グ反射鏡１０および１１との間の結合損失は、たかだか
融着接続による程度である。

【００２４】図４に、励起光源１として波長１．４８μ
ｍ帯の半導体レーザ、希土類添加ファイバ２に添加する
希土類元素としてエルビウムを用い、周波数１ｋＨｚの
三角波で振動子１２を駆動したときの、このレーザから
出射した光パルスの形状を示す。光パルスの半値幅は
２．４６μｓ、繰り返しは１ｋＨｚ、発振波長は１．５
５２μｍであった。

【００２５】図５に、上記条件において、光ファイバグ
レーティング１０の波長を１．５５２μｍから１．５５
６μｍまで１ｎｍおきに調整したときのレーザから出射
した光のスペクトルを示す。

【００２６】（実施例２）図６は本発明のＱ−スイッチ
光ファイバレーザの第２の実施例を示すもので、ここで
は、第１の実施例における光ファイバグレーティング反
射鏡１０および１１を、希土類添加ファイバ２の中に形
成した例を示す。すなわち、２ａが希土類添加ファイバ
のうちレーザ共振器を構成する部分、２ｂが希土類添加
ファイバのうちレーザ共振器を構成しない部分を表す。
本実施例ではレーザ共振器中に融着接続点を持たない。
その他の構成は実施例１と同様である。

【００２７】これの動作はファイバグレーティング反射
鏡１１からの出射光が希土類添加ファイバ２ｂを通過す
ること以外、実施例１と同様である。すなわち、励起光
源１より励起光は希土類添加ファイバ２ａと光ファイバ
グレーティング反射鏡１０および１１からなるレーザ共
振器に導かれ、希土類添加ファイバ２ａはこの励起光に
より励起される。このとき、励起光が十分に大きけれ
ば、希土類添加ファイバのうちレーザ共振器を構成しな
い部分２ｂも、光ファイバグレーティング反射鏡１１を
透過した励起光により励起される。すなわち、希土類添
加ファイバ２ｂは光ファイバグレーティング反射鏡１１
から出射する光パルスに対して増幅作用をもつ。これ
は、実施例１のレーザの出射端に光増幅器を接続したの
と同様である。

【００２８】また、レーザ共振器中に融着接続点を持た
ないので、レーザ共振器を構成する素子間の結合損失は
ない。

【００２９】実施例２の構成によれば、実施例１の場合
に比べて尖頭値の大きな光パルスを得ることができる。

【００３０】（実施例３）図７は本発明によるＱ−スイ
ッチ光ファイバレーザの第３の実施例を示すもので、こ
こでは、第１の実施例における光ファイバグレーティン
グ反射鏡１０も振動子で駆動した例を示す。すなわち、
１２ａおよび１２ｂは振動子、１３ａおよび１３ｂは直
流バイアス電源、２１は移相器を表す。その他の構成は
実施例１と同様である。

【００３１】これの動作は光ファイバグレーティング反
射鏡１０を、振動子１２ａ、直流バイアス電源１３ａお
よび移相器２１を用いて、光ファイバグレーティング反
射鏡１１の伸縮と逆相に駆動した以外、実施例１と同様
である。すなわち、光ファイバグレーティング反射鏡１
０および１１は、それぞれ振動子１２ａおよび１２ｂに
より応力を与えられ、長手方向に伸縮する。このため、
光ファイバのコア中の屈折率変化の周期が伸縮し、光フ
ァイバグレーティング反射鏡１０および１１の反射波長
が変化する。この反射波長の変化は高周波電源３と直流
バイアス電源１３ａおよび１３ｂによって、光ファイバ
グレーティング反射鏡１０および１１の反射波長帯域と
周期的に重なるように設定される。このとき、光ファイ
バグレーティング反射鏡１０および１１の反射帯域が重
なり合わない状態から重なり合う状態への移行の早さ
は、光ファイバグレーティング反射鏡１０および１１が
逆相に駆動されているため実施例１の場合より早くな
る。すなわち、実施例１の場合に比べて高速なＱ−スイ
ッチングが実現される。

【００３２】また、発生する光パルスの波長は直流バイ
アス電源１３ａおよび１３ｂによって調整される。

【００３３】実施例３の構成によれば、実施例１の場合
に比べて半値幅の小さな光パルスを得ることができる。

【００３４】（実施例４）図８は本発明によるＱ−スイ
ッチ光ファイバレーザの第４の実施例を示すもので、こ
こでは、第１の実施例における光ファイバグレーティン
グ反射鏡１０を反射波長の異なる複数個の光ファイバグ
レーティング反射鏡に置き換えた例を示す。すなわち、
１０ａおよび１０ｂは光ファイバグレーティング反射鏡
を表す。その他の構成は実施例１と同様である。

【００３５】これの動作は光ファイバグレーティング反
射鏡１０を反射波長の異なる複数個の光ファイバグレー
ティングに置き換えたこと以外実施例１と同じである。
すなわち、励起光を励起光源１から、希土類添加ファイ
バ２と反射波長を希土類添加ファイバ２が増幅特性を持
つ波長帯域内に持ち、かつ反射波長の異なる光ファイバ
グレーティング反射鏡１０ａ，１０ｂおよび光ファイバ
グレーティング反射鏡１１からなるレーザ共振器に導
く。希土類添加ファイバ２はこの励起光により励起され
る。光ファイバグレーティング反射鏡１１は、振動子１
２により応力を与えられ、長手方向に伸縮する。このた
め、光ファイバのコア中の屈折率変化の周期が伸縮し、
光ファイバグレーティング反射鏡１１の反射波長が変化
する。この反射波長の変化は高周波電源３と直流バイア
ス電源１３によって、光ファイバグレーティング反射鏡
１１の反射波長帯域が光ファイバグレーティング反射鏡
１０ａおよび１０ｂの反射波長帯域と交互に、時間差を
持って重なるように設定される。このとき、発生した光
パルスの波長は光ファイバグレーティング反射鏡１０ａ
もしくは１０ｂと光ファイバグレーティング反射鏡１１
の反射帯域が重なり合う部分の波長であるので、本光フ
ァイバレーザからは波長の異なる光パルスが交互に出射
する。

【００３６】実施例４の構成によれば、実施例１の場合
に比べて多数の波長の光パルスを得ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば空間
光学系を用いないためレーザ共振器を構成する素子間の
結合損失が小さい、構造が簡易で空間光学系のアライメ
ントが不要なＱ−スイッチ光ファイバレーザを実現する
ことができる。

【００３８】また、本発明によるＱ−スイッチ光ファイ
バレーザはその光学系の大部分が光ファイバからなるた
め、製作と実装が容易であり、かつ光ファイバ通信シス
テムや光ファイバセンサシステムとの整合がとりやすい
ため、ＯＴＤＲなどの光計測技術や光信号処理技術への
応用が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＱ−スイッチ光ファイバレーザの第１
の実施例の構成を示す図である。

【図２】従来のＱ−スイッチ光ファイバレーザの一例の
構成を示す図である。

【図３】本発明のＱ−スイッチ光ファイバレーザにおけ
る、素子１２の構成の一例を示す斜視図である。

【図４】第１の実施例による光パルスの波形測定結果の
一例を示す図である。

【図５】第１の実施例による出射レーザ光のスペクトル
の一例を示す図である。

【図６】本発明のＱ−スイッチ光ファイバレーザの第２
の実施例の構成を示す図である。

【図７】本発明のＱ−スイッチ光ファイバレーザの第３
の実施例の構成を示す図である。

【図８】本発明のＱ−スイッチ光ファイバレーザの第４
の実施例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 励起光源 ２ 希土類元素をコアに添加した光ファイバ ３ 高周波電源 ４ 反射鏡 ５ 集光レンズ ６ 光バンドパスフィルタ ７ 音響光学素子 ８ 音響光学素子による１次の回折光 ９ 音響光学素子による０次の回折光 １０，１１ 光ファイバグレーティング反射鏡 １２ 電圧を印加することにより伸縮する素子 １３ 直流バイアス電源 １４ 金属棒 １５ 熱収縮チューブ １６ 融着接続点 １７ 出射端 １８ ピエゾ電気トランスデューサ １９ 光ファイバグレーティング反射鏡保持用ホルダ ２０ 接着剤 ２１ 移相器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 希土類元素をコアに添加した光ファイバ
   を利得媒質とし、レーザ共振器のＱ値を急速に増加させ
   ることによりパルス発振を行うＱ−スイッチ光ファイバ
   レーザにおいて、 前記レーザ共振器は前記希土類元素をコアに添加した光
   ファイバの入射側および出射側にそれぞれ光ファイバグ
   レーティング反射鏡を設けてなり、 前記光ファイバグレーティング反射鏡の少なくとも一方
   には、電圧を印加することによって伸縮して当該光ファ
   イバグレーティング反射鏡に応力を与え、当該光ファイ
   バグレーティング反射鏡の反射波長を変化させるための
   素子が設けられていることを特徴とするＱ−スイッチ光
   ファイバレーザ。
2. 【請求項２】 前記素子がピエゾ電気トランスデュー
   サ、ソレノイドまたは磁歪素子であることを特徴とする
   請求項１に記載のＱ−スイッチ光ファイバレーザ。
3. 【請求項３】 前記素子が前記光ファイバグレーティン
   グ反射鏡の双方に設けられていることを特徴とする請求
   項１または２に記載のＱ−スイッチ光ファイバレーザ。
4. 【請求項４】 前記素子が前記光ファイバグレーティン
   グ反射鏡の一方に設けられ、他方の光ファイバグレーテ
   ィング反射鏡には金属棒が熱収縮テープによって一体化
   されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
   Ｑ−スイッチ光ファイバレーザ。
5. 【請求項５】 前記光ファイバグレーティング反射鏡が
   前記希土類元素をコアに添加した光ファイバ入射側端部
   および出射側端部に融着接続されていることを特徴とす
   る請求項１から４のいずれかに記載のＱ−スイッチ光フ
   ァイバレーザ。
6. 【請求項６】 前記光ファイバグレーティング反射鏡の
   それぞれが前記希土類元素をコアに添加した光ファイバ
   に形成されていることを特徴とする請求項１から４のい
   ずれかに記載のＱ−スイッチ光ファイバレーザ。