JPH11261141A

JPH11261141A - モード同期ファイバリングレーザ

Info

Publication number: JPH11261141A
Application number: JP10063077A
Authority: JP
Inventors: Shin Arataira; 慎荒平; Hiroshi Ogawa; 洋小川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】光ファイバの群速度分散にパルス幅が制限さ
れず、モードロッカの駆動周波数によらずにパルス繰り
返し周波数の増加が実現できる構成とする。【解決手段】モード同期ファイバリングレーザは、光
出力を外部に取り出すための光ファイバカプラ１０と、
能動モード同期を起こさせるモードロッカ１２と、光ア
イソレータ１４と、エルビウム添加光ファイバ１６と、
ＷＤＭカプラ１８とによりリング共振器を構成する。エ
ルビウム添加光ファイバは、リング共振器中での非線形
光学効果が群速度分散に対して非影響的となるように、
光の発生および増幅を行う。そして、リング共振器長
は、発生する光パルス列の繰り返し周波数および中心波
長と、リング共振器の群速度分散の平均値とから決ま
る。すなわち、リング共振器長は、下式（１）により決
まる距離ｚ_periの整数倍に一致している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、大容量光通信な
どに用いて好適な超高速および超短光パルス列を発生す
るモード同期ファイバリングレーザに関する。

【０００２】

【従来の技術】大容量光ファイバ通信において信号源と
なる超高速・超短光パルスの発生装置として、現在まで
にさまざまな方式のものが提案されている。その中で
も、半導体レーザを用いたものやエルビウム添加光ファ
イバを組み込んだファイバリングレーザは、系がコンパ
クトであり、低消費電力であり、長期の信頼性が優れて
いるなど、実用的である。上述の半導体レーザを用いた
光パルス発生装置では、共振器長が短いため、数十ＧＨ
ｚからＴＨｚにおよぶ繰り返し周波数の超高速光パルス
列の発生に適している。一方、ファイバリングレーザで
は、共振器の構成部品が主として光ファイバであるから
光損失が少なく、また、発生させた光パルスの伝送路と
なる外部光ファイバへの光出力の取り出しが、容易かつ
高効率に行えるという利点がある。

【０００３】ファイバリングレーザから光パルスを発生
させる方法として主として用いられているのはモード同
期法である。文献１「Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，
ｖｏｌ．２６，ｐｐ．２１６−２１７，１９９０」に開
示されている例では、ＬｉＮｂＯ₃ 変調器をモードロッ
カとして用いて能動モード同期エルビウム添加光ファイ
バ（ＥＤＦ）リングレーザを構成している。そして、リ
ング共振器の周回周波数の整数倍の周波数の正弦波電圧
でＬｉＮｂＯ₃ 変調器を駆動することにより高次のモー
ド同期を生じさせ、３０ＧＨｚの繰り返し周波数で７．
６ｐｓのパルス幅の光パルス列を得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ファイバリングレーザ
を用いて光パルス列を発生させる場合に問題となるの
は、光ファイバの群速度分散（以下、単に分散と略称す
る。）である。分散があると光パルスがリング共振器内
を伝送されるときにパルス幅が拡がってしまうので、例
え非常に急峻な透過特性を示すモードロッカを用いて
も、実際にファイバリングレーザから得られる光パルス
幅はそれほど狭くはならない。パルス幅が２倍になるフ
ァイバ長は分散長と呼ばれるが、これは分散および初期
パルス幅の２乗にそれぞれ反比例する。すなわち、パル
ス幅が短くなるほど、分散がパルスの拡がりに与える影
響は大きくなる。このように、ファイバの持つ分散は、
実際にファイバレーザから得られる光パルスのパルス幅
を制限する要素となる。

【０００５】この問題を克服する手段として、ファイバ
の持つ分散を光ファイバ中での光カー効果で補償するソ
リトンファイバレーザが提案されている（文献２「Ｏｐ
ｔ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．１７，ｐｐ．４１７−４１
９，１９９２」）。しかしながら、ソリトンファイバレ
ーザの問題点は、ファイバ中で光ソリトンを形成するた
め、すなわち、ファイバの分散と光カー効果による自己
位相変調効果とを釣り合わせるために、光パルスに高い
ピークパワーが要求されることである。そして、このピ
ークパワーはパルス幅の２乗に反比例するため、パルス
幅の短縮化には非常に大きなパルスピークパワーが必要
とされる。さらに、ファイバの分散の効果と光カー効果
による自己位相変調効果とが互いに逆符号であることが
必要なため、通常のシリカ系光ファイバを用いた場合、
レーザ発振波長が光ファイバの異常分散領域に必ずなけ
ればならないという制約がある。

【０００６】また、文献１に開示のモード同期ファイバ
リングレーザにおいて、パルス繰り返し周波数を高める
ためにはモードロッカの駆動周波数を高める必要があ
る。モードロッカに用いられる強度／位相変調器として
は、上述したＬｉＮｂＯ₃ 変調器の他に、半導体電界吸
収型変調器や変調電流を印加した半導体光増幅器などが
用いられる。しかしながら、それらの駆動周波数の上限
は用いる電気的ドライバの帯域や素子自体の電気的帯域
または高速応答特性などによって制限されてしまい、現
状では４０ＧＨｚ程度が最速であるという技術的な問題
がある。

【０００７】従って、従来より、光ファイバの群速度分
散にパルス幅が制限されず、正常分散および異常分散の
いずれの光ファイバを用いても実施が可能であり、ま
た、モードロッカの駆動周波数によらずにパルス繰り返
し周波数の増加が実現できる構成のモード同期ファイバ
リングレーザの出現が望まれていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明のモー
ド同期ファイバリングレーザによれば、光出力を外部に
取り出すための光カプラと、能動モード同期を起こすた
めのモードロッカと、光アイソレータと、光の発生およ
び増幅に寄与する利得媒体とを具えていて、これら各光
学部品の間を光ファイバにより結合してリング共振器を
構成しており、利得媒体は、リング共振器中での非線形
光学効果が当該リング共振器の群速度分散に対して非影
響的となるように、光の発生および増幅を行うものであ
り、リング共振器長は、発生する光パルス列の繰り返し
周波数および中心波長と、リング共振器の群速度分散の
平均値とから決まる長さにしてあることを特徴とする。

【０００９】また、この発明のモード同期ファイバリン
グレーザにおいて、好ましくは、リング共振器長が下式
（１）により決まる距離ｚ_periの整数倍に一致している
と良い。

【００１０】ｚ_peri＝２ｃ／（λ² ｜Ｄ｜ｆ² ）・・・（１）但し、（１）式中において、ｃは真空中での光速であ
り、λは上述した中心波長であり、｜Ｄ｜は上述した群
速度分散の平均値の絶対値であり、ｆは上述した繰り返
し周波数である。

【００１１】上式（１）が成り立つとき、文献３「信学
技報，ＬＱＥ９７−８，ｐｐ．４３−４８，１９９７」
によれば、群速度分散により生じた各モードの位相シフ
トが等価的にゼロになる。その結果、モードロッカから
出力された光パルスは、リング共振器を周回後、元の波
形に戻って再びモードロッカに入力する。すなわち、モ
ードロッカの出力波形はモードロッカ通過前と同じにな
る。このため、モードロッカによるパルス急峻化がより
効果的に生じるとともに、群速度分散によるチャーピン
グの効果を相殺することができる。従って、モードロッ
カのすぐ近くでは、チャープの無い繰り返し周波数ｆの
超短光パルスの発生が可能となる。

【００１２】このように、光ファイバの群速度分散によ
り各モード間の相対的な位相関係を変化させて光パルス
列を得る際に、群速度分散に起因して生じるパルス幅の
拡がりを効果的に抑制できる。また、ソリトンファイバ
レーザと異なり、ファイバの群速度分散値の符号の制限
もなく、正常分散および異常分散のいずれのファイバを
用いても実施が可能である。

【００１３】また、この発明のモード同期ファイバリン
グレーザにおいて、好ましくは、繰り返し周波数ｆが下
式（２）により決まる値であると良い。

【００１４】ｆ＝ｃＮ／（ｎＬ）・・・（２）但し、（２）式中において、Ｎはモード同期の次数であ
り、ｎはリング共振器の平均群屈折率であり、Ｌはリン
グ共振器長である。

【００１５】また、この発明のモード同期ファイバリン
グレーザにおいて、好ましくは、光カプラとモードロッ
カとの間を結合する光ファイバの長さは、当該光ファイ
バ中を伝播する光パルスのパルス幅が拡がらない程度に
比較的短くしてあると良い。

【００１６】さらに、この発明のモード同期ファイバリ
ングレーザにおいて、好ましくは、リング共振器を構成
する光ファイバの一部をファイバブラッググレーティン
グにしてあると良い。

【００１７】ファイバブラッググレーティングは回折格
子を作り込んだファイバであり、回折の影響で侵入長が
波長によって変化するため、わずか数メートルの長さの
ファイバブラッググレーティングで、通常の光ファイバ
の数十ｋｍ以上の長さに相当する総分散量が得られる。
従って、リング共振器の長さが短く構成でき、動作の安
定化が図れる。

【００１８】また、この発明のモード同期ファイバリン
グレーザにおいて、好ましくは、光カプラとモードロッ
カとの間を結合する光ファイバの長さｚ_local が下式
（３）で与えられると良い。

【００１９】ｚ_local ＝｜Ｄ｜ｚ_peri／（２Ｎ｜Ｄ_local ｜）・・・（３）但し、（３）式中において、Ｎは正の整数であり、｜Ｄ
_local ｜は光カプラとモードロッカとの間を結合する光
ファイバの群速度分散の平均値の絶対値である。

【００２０】文献３によれば、モードロッカから（３）
式で与えられる距離ｚ_local だけ離間した位置における
光パルス形状は、モードロッカ近傍でのパルス形状に比
べて、パルス幅をほぼ保ったままで、パルス繰り返し周
波数がＮ倍されている。従って、この位置に光カプラを
設けて光出力を外部に取り出すようにすれば、繰り返し
周波数Ｎｆの超高速光パルスが得られる。よって、モー
ドロッカの駆動周波数制限を越えた超高速光パルスの発
生が可能となる。

【００２１】また、この発明のモード同期ファイバリン
グレーザにおいて、好ましくは、複数個の光カプラを具
えており、各光カプラをそれぞれリング共振器中のＸ
（Ｎ）の位置（ＮはＮ＞０を満たす整数）に配置し、モ
ードロッカをリング共振器中のＸ（０）の位置に配置す
るとき、光カプラとモードロッカとの間のリング共振器
に沿った距離Ｘ（０）Ｘ（Ｎ）が次式（４）で与えられ
ると良い。

【００２２】Ｘ（０）Ｘ（Ｎ）＝｜Ｄ｜ｚ_peri／（２Ｎ｜Ｄ_local ｜）・・・（４）但し、（４）式中において、Ｎは正の整数であり、｜Ｄ
_local ｜は光カプラとモードロッカとの間におけるリン
グ共振器の群速度分散の平均値の絶対値である。

【００２３】このように、（４）式で決まる位置にそれ
ぞれ光カプラを設けることにより、同等なパルス幅を有
し、繰り返し周波数がｆ、２ｆ、３ｆなどの光パルスを
同時に、ただ一つのレーザ光源から得ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明が理解
できる程度に構成、大きさおよび配置関係が示されてい
るに過ぎない。また、以下に記載する数値等の条件や材
料は単なる一例に過ぎない。従って、この発明は、この
実施の形態に何ら限定されるものではない。

【００２５】〔第１の実施の形態〕この発明のモード同
期ファイバリングレーザの第１構成につき、図１を参照
して説明する。図１は、モード同期ファイバリングレー
ザの第１構成を示すブロック図である。図１に示すよう
に、モード同期ファイバリングレーザは、光ファイバカ
プラ１０と、モードロッカ１２と、光アイソレータ１４
と、エルビウム添加光ファイバ１６と、ＷＤＭカプラ１
８とを具えている。これら各光学部品の間を光ファイバ
２０によりリング状に結合して、リング共振器を構成し
ている。また、モードロッカ１２を駆動するために変調
電圧（電流）源２２を具えており、ＷＤＭカプラ１８を
介してエルビウム添加光ファイバ１６にレーザ光を入射
するためのエルビム添加ファイバ励起用レーザ２４を具
えている。そして、リング共振器長は、発生する光パル
ス列の繰り返し周波数および中心波長と、リング共振器
の群速度分散の平均値とから決まる長さにしてある。リ
ング共振器の群速度分散の平均値とは、リング共振器を
構成する光学部品および光ファイバの各群速度分散の平
均値である。

【００２６】上述した光ファイバカプラ１０は、光出力
を外部に取り出すためのものである。また、上述のモー
ドロッカ１２は、基本次あるいは高次の能動モード同期
を起こさせるＬｉＮｂＯ₃ 変調器である。このモードロ
ッカ１２を駆動する変調電圧（電流）源２２として正弦
波発振器を用いている。光アイソレータ１４は、リング
共振器中で光を一方向のみに伝播させるように働く。エ
ルビウム添加光ファイバ１６は、光の発生および増幅に
寄与する利得媒体として機能する。上述したエルビウム
添加ファイバ励起用レーザ２４は半導体レーザなどの光
源である。これにより、ＷＤＭカプラ１８を介してエル
ビウム添加光ファイバ１６にレーザ光を入射する。そし
て、エルビウム添加光ファイバ１６を励起して反転分布
を形成し、利得媒体として機能させる。光ファイバ２０
としては、通常のシリカ系のものを用いている。

【００２７】また、エルビウム添加光ファイバ１６は、
リング共振器中での非線形光学効果が群速度分散に対し
て非影響的となるように、光の発生および増幅を行うも
のである。つまり、エルビウム添加光ファイバ１６は、
リングレーザがレーザ発振する程度には励起されるが、
リング共振器内での光パルス強度がリング共振器を構成
する光ファイバ中で非線形光学効果を起こさない程度に
励起される。

【００２８】また、上述したように、リング共振器長す
なわちリング共振器を構成する光学部品および光ファイ
バの光伝播方向に沿った全長は、発生する光パルスの繰
り返し周波数および中心波長と、リング共振器を構成す
る光ファイバおよびその他の光学部品の平均分散値で決
まる。すなわち、リング共振器長は、下式（１）により
決まる距離ｚ_periの整数倍に一致している。

【００２９】ｚ_peri＝２ｃ／（λ² ｜Ｄ｜ｆ² ）・・・（１）但し、（１）式中において、ｃは真空中での光速であ
り、λは中心波長であり、｜Ｄ｜は群速度分散の平均値
の絶対値であり、ｆは繰り返し周波数である。以下、こ
の実施の形態のモード同期ファイバリングレーザにおけ
る光パルス列の発生原理につき説明する。

【００３０】図１に示すモード同期ファイバリングレー
ザでは、リング共振器長で決まる周回周波数（基本モー
ド同期）あるいはその整数倍の周波数（高次モード同
期）でモードロッカに強度／位相変調を行わせて、能動
モード同期を起こし、光パルス列を発生させる。このと
き得られる光パルス列の繰り返し周波数ｆは次式（２）
で与えられる。

【００３１】ｆ＝ｃＮ／（ｎＬ）・・・（２）但し、（２）式中において、ｎはリング共振器の平均群
屈折率、すなわち、光パルスがリング共振器内の光ファ
イバおよびその他の光学部品中を伝播するときの平均群
屈折率である。また、Ｌはリング共振器長である。従っ
て、リング共振器の光路長はｎＬで表される。また、記
号Ｎはモード同期の次数を表す。Ｎは正の整数であり、
Ｎ＝１のときに基本モード同期動作となり、Ｎ＞１のと
きに高次モード同期動作となる。尚、一般的にパルス繰
り返し周波数ｆはモードロッカの駆動周波数と一致する
が、モードロッカの駆動状態によってはモードロッカ駆
動周波数の整数倍の場合もあり得る。

【００３２】次に、このモード同期パルスがリング共振
器内を伝播するときのパルス波形の挙動について説明す
る。モード同期レーザにおいては、発生する光パルスは
等周波数間隔で並んでおり、かつ、それらの位相が固定
されている複数の共振器モードの重ね合わせによって生
じる。この周波数間隔はパルス繰り返し周波数と一致す
る。いま、モードロッカからの出力パルスに注目する
と、その複素振幅Ｅ（ｔ，０）は次式（３）により与え
られる。

【００３３】

【数１】

【００３４】ここで、記号ｆ₀ はｆ₀ ＝ｃ／λで与えら
れるキャリア周波数を表している。また、Ｅ_n はｎ番目
のモードの振幅を表す。また、Φ_n は、中心モード（ｎ
＝０）に対するｎ番目のモードの相対位相である。理想
的なＡＭモード同期の場合、各モードは同相で発振する
ため、この場合はΦ_n ＝０とおける。ここでは、簡単の
ために理想的なＡＭモードの場合につき説明する。

【００３５】このモードロッカ出力パルスを、群速度分
散値がＤで長さがｚのファイバか、あるいは、それと等
価なＤ×ｚの総分散量を持つ光学部品に伝送させたと
き、ファイバ中での非線形光学効果が無視できる場合、
各モードはファイバあるいは光学部品の群速度分散によ
ってΨ_n の位相変化を受ける。従って、このような光フ
ァイバあるいは光学部品を伝播後の光パルスの複素振幅
Ｅ（ｔ，ｚ）は次式（４）のようになる。

【００３６】

【数２】

【００３７】ここで、ｖ_g は光パルスのファイバ中での
群速度分散であり、真空中での光速度ｃおよび媒質の屈
折率ｎを用いて、ｖ_g ＝ｃ／ｎで与えられる。また、フ
ァイバ分散による位相変化量Ψ_n は次式（５）で与えら
れる（詳しくは、例えば、文献４「Ａ．Ｙａｒｉｖ著
光エレクトロニクスの基礎原書３版，ｐ．４５，丸善
発行」参照）。

【００３８】 Ψ_n ＝πλ² Ｄｚ（ｎｆ）² ／ｃ・・・（５）上式（５）から分かるように、Ψ_n は周波数離調の２乗
に比例し、また、Ψ_n＝Ψ_-nの関係が成り立つ。

【００３９】一般に、このようなファイバや光学部品の
持つ群速度分散による各モードの位相シフトは、光パル
スにチャーピングをもたらし、パルス幅を拡げたり、ま
た、パルス波形をひずませたりする。そのため、式
（３）で与えられるモードロッカ出力パルスは、リング
共振器を構成する光ファイバや光学部品を伝播後、再
び、モードロッカに入力するときに、ファイバや光学部
品の持つ群速度分散のために、元の波形より拡がった
り、歪んだりしてしまう。そのため、モードロッカによ
るパルス急峻化が効果的に生じず、実際にリングレーザ
から得られる光パルス波形がそれほど狭くならない。上
述したソリトンファイバレーザは、この群速度分散によ
る位相シフトを、光カー効果による自己位相変調効果で
補償することで、チャーピングによるパルス拡がりを抑
えるものである。

【００４０】しかしながら、リング共振器が上式（１）
で与えられる距離ｚ_periの整数倍と一致する場合、すな
わちＬ＝Ｍｚ_peri（Ｍは正の整数）の場合を考えてみ
る。このとき、文献３に開示されているように、群速度
分散による各モードの位相シフトが等価的にゼロにな
る。その結果、モードロッカから出力された光パルス
は、リング共振器を周回後、元の波形に戻って再びモー
ドロッカに入力する。そのため、モードロッカによるパ
ルス急峻化がより効果的に生じるとともに、群速度分散
によるチャーピングの効果を相殺することができる。従
って、モードロッカのすぐ近くでは、チャープの無い繰
り返し周波数ｆの超短光パルスの発生が可能となる。よ
って、図１において、光ファイバカプラ１０とモードロ
ッカ１２との間を結合する光ファイバ２０ａの長さは、
当該光ファイバ２０ａ中を伝播する光パルスのパルス幅
が拡がらない程度に比較的短くしてあると良い。このよ
うに構成すれば、チャープの無い超短光パルスの発生が
可能となる。

【００４１】一方、このような条件が成り立つために
は、式（１）と式（２）との両方が成立しなければなら
ない。この要求は、パルス繰り返し周波数が次式（６）
で表されるときに満たされる。

【００４２】ｆ＝２ｎ／（λ² ｜Ｄ｜Ｎ）・・・（６）ここで、通常の部品を用いて構成した場合の数値例を挙
げる。例えば、パルス繰り返し周波数ｆ＝４０ＧＨｚ、
平均群屈折率ｎ＝１．５、平均群速度分散｜Ｄ｜＝１６
ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、発振波長λ＝１．５５とする。この
とき、Ｎ≒１９５１０９２であり、リング共振器長Ｌ＝
９．７６ｋｍとなる。

【００４３】以上説明したように、この実施の形態のモ
ード同期ファイバリングレーザによれば、リング共振器
を構成する光ファイバの全長を、発生する光パルスの繰
り返し周波数および中心波長と、リング共振器を構成す
る光ファイバおよび光学部品の平均群速度分散値とで決
まる所定の長さに一致させている。このように構成した
ので、チャーピングの無い超短光パルスの発生が可能と
なる。また、ソリトンファイバレーザと異なり、ファイ
バの群速度分散値の符号の制限も無く、正常分散および
異常分散のいずれのファイバを用いても実施が可能であ
る。また、その群速度分散値の絶対値に対する要求も強
くないため、安価な光ファイバの使用により、系のコス
トダウンの効果も期待される。また、非線形光学効果を
用いていないので、高い光強度も必要とされず、さらに
はレーザ出力パルス幅に応じて光強度やファイバ長を調
整する必要もない。また、主として光ファイバで構成さ
れるため、系がコンパクトになり、光損失も小さく、光
出力を取り出して外部光ファイバに結合することも容易
である。

【００４４】〔第２の実施の形態〕次に、モード同期フ
ァイバリングレーザの第２構成につき、図２を参照して
説明する。図２は、モード同期ファイバリングレーザの
第２構成を示すブロック図である。第２構成では、リン
グ共振器を構成する光ファイバ２０の一部をファイバブ
ラッググレーティング２６にしてある。その他の構成は
第１構成の場合と同じである。このように、高分散のフ
ァイバブラッググレーティング２６を組み込んで平均分
散値を増加させ、リング共振器長を短くしている。

【００４５】このようにファイバブラッググレーティン
グ２６を組み込む理由は、以下に説明する通りである。
第１構成では、リング共振器が主として通常のシリカ系
光ファイバで構成されている。問題となるのは、通常の
シリカ系光ファイバの分散値がせいぜい数十ｐｓ／ｋｍ
／ｎｍと小さいため、必要なリング共振器長が長くなっ
てしまうことである。リング共振器長が長くなると、温
度や振動などの外部からの擾乱に弱くなる。

【００４６】これに対して、ファイバに回折格子を作り
込んだファイバブラッググレーティングの場合、回折の
影響で侵入長が波長によって変化する。このため、わず
か数メートルの長さのファイバブラッググレーティング
により、通常の光ファイバの数十ｋｍ以上に相当する総
分散量が得られる。従って、リング共振器長を短くする
ことができ、系の安定化が期待される。

【００４７】以上説明したように、この第２構成によれ
ば、リング共振器長が短くなるため、系がよりコンパク
トになり、動作の安定化が図れる。

【００４８】〔第３の実施の形態〕次に、モード同期フ
ァイバリングレーザの第３構成につき、図１を参照して
説明する。第３構成では、光ファイバカプラ１０とモー
ドロッカ１２との間を結合する光ファイバ２０ａの長さ
ｚ_local を、下式（７）で与えられる値に設定したとこ
ろに特色を有する。従って、その他の構成は第１構成と
同様であるので、重複する説明を省略する。

【００４９】ｚ_local ＝｜Ｄ｜ｚ_peri／（２Ｎ｜Ｄ_local ｜）・・・（７）但し、（７）式中において、Ｎは正の整数であり、｜Ｄ
_local ｜は光ファイバカプラ１０とモードロッカ１２と
の間を結合する光ファイバ２０ａの群速度分散の平均値
の絶対値である。

【００５０】このように光ファイバ２０ａの長さｚ
_local を設定すると、文献３に開示されているように光
ファイバカプラ１０の位置では、光パルス形状がモード
ロッカ１２近傍でのパルス形状に比べて、パルス幅はほ
ぼ保ったままで、パルス繰り返し周波数がＮ倍される。
従って、光ファイバカプラ１０からは、繰り返し周波数
Ｎｆの超高速光パルスが外部に取り出される。すなわ
ち、モードロッカ駆動周波数のＮ倍の繰り返し周波数の
光パルスが得られるため、モードロッカ１２の駆動周波
数制限を越えた超高速光パルスの発生が可能である。

【００５１】〔第４の実施の形態〕次に、モード同期フ
ァイバリングレーザの第４構成につき、図３を参照して
説明する。図３は、モード同期ファイバリングレーザの
第４構成を示すブロック図である。第４構成では、１個
の光ファイバカプラ１０の代わりに、複数個ここでは４
個の光ファイバカプラ１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよび１
０ｄを具えている。そして、各光ファイバカプラ１０ａ
〜１０ｄを、それぞれリング共振器中のＸ（Ｎ）の位置
（ＮはＮ＞０を満たす整数）に配置している。また、モ
ードロッカ１２が配置されているリング共振器中の位置
を記号Ｘ（０）で表すことにする。図３に示す通り、モ
ードロッカ１２から近い順に光ファイバカプラ１０ｄ、
１０ｃ、１０ｂ、１０ａが配置し、それぞれを光ファイ
バにより連結してある。

【００５２】そして、光ファイバカプラ１０ａ〜１０ｄ
とモードロッカ１２との間のリング共振器に沿った距離
Ｘ（０）Ｘ（Ｎ）が、次式（８）で決まる値に設定され
ている。

【００５３】Ｘ（０）Ｘ（Ｎ）＝｜Ｄ｜ｚ_peri／（２Ｎ｜Ｄ_local ｜）・・・（８）但し、（８）式中において、Ｎは正の整数であり、｜Ｄ
_local ｜は光ファイバカプラ１０ａ〜１０ｄとモードロ
ッカ１２との間におけるリング共振器の群速度分散の平
均値の絶対値である。

【００５４】従って、第３の実施の形態でも説明したよ
うに、この第４構成では、Ｘ（Ｎ）の位置に配置された
光ファイバカプラから、パルス幅がモードロッカ１２近
傍での光パルスと同等であり、繰り返し周波数がＮｆの
光パルスが出力される。つまり、Ｘ（１）の位置に配置
された光ファイバカプラ１０ａからは繰り返し周波数ｆ
の光パルスが取り出され、Ｘ（２）の位置に配置された
光ファイバカプラ１０ｂからは繰り返し周波数２ｆの光
パルスが取り出され、Ｘ（３）の位置に配置された光フ
ァイバカプラ１０ｃからは繰り返し周波数３ｆの光パル
スが取り出され、Ｘ（４）の位置に配置された光ファイ
バカプラ１０ｄからは繰り返し周波数４ｆの光パルスが
取り出される。このように、第４構成によれば、ｆ、２
ｆ、３ｆといった繰り返し周波数の光パルスを、同時
に、ただ一つのレーザ光源を用いて得ることができる。
しかも、各光ファイバカプラから得られる光パルスは、
ほぼ同等のパルス幅を有している。

【００５５】尚、この発明のモード同期ファイバリング
レーザは、以上説明した各実施の形態の構成に限定され
るものではない。以下に説明する例のように他の光学部
品を加えた構成であっても、同様の効果が期待される。
例えば、リング共振器内に偏波面コントローラを組み込
み、光ファイバのねじれや微小な複屈折などによる偏波
面回転を補償することで、常に一定偏波でレーザ発振さ
せることができ、それにより動作の安定化が図れる。ま
た、リング共振器全体を偏波面保存ファイバで構成すれ
ば、このような偏波面コントローラを使わなくても常に
一定偏波でレーザ発振させることができる。また、各実
施の形態では、光の取り出しとモードロッカとを別の光
学部品で構成したが、２：２のマッハツェンダー型変調
器などの方向性結合器を用いれば、これらを一つの部品
で置き換えることができる。また、共振器内に光フィル
タを挿入すれば、レーザ発振バンド幅を制限でき、それ
によって光パルス幅をコントロールすることができる。
また、光フィルタとして中心波長可変型のものを用いれ
ば、発生光パルスの波長可変性も得られる。また、各実
施の形態では１．５５μｍの発振波長帯を想定したため
に、光増幅器としてエルビウム添加光ファイバを用いた
が、他の光ファイバ増幅器、例えば、プラセオシウム添
加光ファイバ（発振波長１．３μｍ帯）などを用いても
構成することができる。

【００５６】

【発明の効果】この発明のモード同期ファイバリングレ
ーザによれば、利得媒体は、リング共振器中での非線形
光学効果が当該リング共振器の群速度分散に対して非影
響的となるように、光の発生および増幅を行うものであ
り、リング共振器長は、発生する光パルス列の繰り返し
周波数および中心波長と、リング共振器の群速度分散の
平均値とから決まる長さにしてある。また、リング共振
器長が下式（１）により決まる距離ｚ_periの整数倍に一
致している。

【００５７】ｚ_peri＝２ｃ／（λ² ｜Ｄ｜ｆ² ）・・・（１）このため、モードロッカによるパルス急峻化がより効果
的に生じるとともに、群速度分散によるチャーピングの
効果を相殺することができる。従って、モードロッカの
すぐ近くでは、チャープの無い繰り返し周波数ｆの超短
光パルスの発生が可能となる。このように、光ファイバ
の群速度分散により各モード間の相対的な位相関係を変
化させて光パルス列を得る際に、群速度分散に起因して
生じるパルス幅の拡がりを効果的に抑制できる。また、
ソリトンファイバレーザと異なり、ファイバの群速度分
散値の符号の制限もなく、正常分散および異常分散のい
ずれのファイバを用いても実施が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】モード同期ファイバリングレーザの第１構成を
示す図である。

【図２】モード同期ファイバリングレーザの第２構成を
示す図である。

【図３】モード同期ファイバリングレーザの第４構成を
示す図である。

【符号の説明】

１０：光ファイバカプラ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：光ファイバカプラ１２：モードロッカ１４：光アイソレータ１６：エルビウム添加光ファイバ１８：ＷＤＭカプラ２０，２０ａ：光ファイバ２２：変調電圧（電流）源２４：エルビウム添加ファイバ励起用レーザ２６：ファイバブラッググレーティング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光出力を外部に取り出すための光カプラ
と、能動モード同期を起こすためのモードロッカと、光
アイソレータと、光の発生および増幅に寄与する利得媒
体とを具えていて、これら各光学部品の間を光ファイバ
により結合してリング共振器を構成しており、前記利得媒体は、前記リング共振器中での非線形光学効
果が当該リング共振器の群速度分散に対して非影響的と
なるように、前記光の発生および増幅を行うものであ
り、前記リング共振器長は、発生する光パルス列の繰り返し
周波数および中心波長と、前記リング共振器の群速度分
散の平均値とから決まる長さにしてあることを特徴とす
るモード同期ファイバリングレーザ。
【請求項２】請求項１に記載のモード同期ファイバリ
ングレーザにおいて、前記リング共振器長が下式（１）により決まる距離ｚ
_periの整数倍に一致していることを特徴とするモード同
期ファイバリングレーザ。ｚ_peri＝２ｃ／（λ² ｜Ｄ｜ｆ² ）・・・（１）但し、（１）式中において、ｃは真空中での光速であ
り、λは前記中心波長であり、｜Ｄ｜は前記群速度分散
の平均値の絶対値であり、ｆは前記繰り返し周波数であ
る。
【請求項３】請求項２に記載のモード同期ファイバリ
ングレーザにおいて、前記繰り返し周波数ｆが下式（２）により決まる値であ
ることを特徴とするモード同期ファイバリングレーザ。ｆ＝ｃＮ／（ｎＬ）・・・（２）但し、（２）式中において、Ｎはモード同期の次数であ
り、ｎは前記リング共振器の平均群屈折率であり、Ｌは
前記リング共振器長である。
【請求項４】請求項１に記載のモード同期ファイバリ
ングレーザにおいて、前記光カプラと前記モードロッカとの間を結合する前記
光ファイバの長さは、当該光ファイバ中を伝播する光パ
ルスのパルス幅が拡がらない程度に比較的短くしてある
ことを特徴とするモード同期ファイバリングレーザ。
【請求項５】請求項１に記載のモード同期ファイバリ
ングレーザにおいて、前記リング共振器を構成する光ファイバの一部をファイ
バブラッググレーティングにしてあることを特徴とする
モード同期ファイバリングレーザ。
【請求項６】請求項２に記載のモード同期ファイバリ
ングレーザにおいて、前記光カプラと前記モードロッカとの間を結合する前記
光ファイバの長さｚ_local が下式（３）で与えられるこ
とを特徴とするモード同期ファイバリングレーザ。ｚ_local ＝｜Ｄ｜ｚ_peri／（２Ｎ｜Ｄ_local ｜）・・・（３）但し、（３）式中において、Ｎは正の整数であり、｜Ｄ
_local ｜は前記光カプラと前記モードロッカとの間を結
合する前記光ファイバの群速度分散の平均値の絶対値で
ある。
【請求項７】請求項２に記載のモード同期ファイバリ
ングレーザにおいて、複数個の前記光カプラを具えており、各光カプラをそれ
ぞれ前記リング共振器中のＸ（Ｎ）の位置（ＮはＮ＞０
を満たす整数）に配置し、前記モードロッカを前記リン
グ共振器中のＸ（０）の位置に配置するとき、前記光カプラと前記モードロッカとの間のリング共振器
に沿った距離Ｘ（０）Ｘ（Ｎ）が次式（４）で与えられ
ることを特徴とするモード同期ファイバリングレーザ。Ｘ（０）Ｘ（Ｎ）＝｜Ｄ｜ｚ_peri／（２Ｎ｜Ｄ_local ｜）・・・（４）但し、（４）式中において、Ｎは正の整数であり、｜Ｄ
_local ｜は前記光カプラと前記モードロッカとの間にお
ける前記リング共振器の群速度分散の平均値の絶対値で
ある。