JPS63260189A - 光ソリトンフアイバレ−ザ - Google Patents
光ソリトンフアイバレ−ザInfo
- Publication number
- JPS63260189A JPS63260189A JP9327987A JP9327987A JPS63260189A JP S63260189 A JPS63260189 A JP S63260189A JP 9327987 A JP9327987 A JP 9327987A JP 9327987 A JP9327987 A JP 9327987A JP S63260189 A JPS63260189 A JP S63260189A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- laser
- fiber
- soliton
- band
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 47
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 5
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical group OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 9
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N erbium(III) oxide Inorganic materials O=[Er]O[Er]=O VQCBHWLJZDBHOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- FIXNOXLJNSSSLJ-UHFFFAOYSA-N ytterbium(III) oxide Inorganic materials O=[Yb]O[Yb]=O FIXNOXLJNSSSLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は光フアイバ中にＥｒ”元素をドープして、１．
５μｍ帯においてパルス発振させるファイバレーザに関
し、特にファイバ中の自己位相変調効果と群速度分散と
を釣り合せ名ことにより光ソリトンを形成させ波長１．
５μｍ帯での極超短光パルスを得る装置に関するもので
ある。 （従来の技術） 光フアイバ中のソリトンは１９７３年Ｂａ１ｌ研のＡ、
ＨａｓｅｇａｗａおよびＦ、Ｔａｐｐｅｒｔ （Ａｐｐ
ｌ、 Ｐｈｙｓ。 Ｌｅｔｔ、、ｖｏｌ、 ２３． ｐ、１４２−Ｔｒａｎ
ｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｎｏｎ
ｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓｅｓ １ｎｄ
ｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｂｅ
ｒｓ”）によりその存在が指摘された。１９８０年には
り、Ｍｏ１ｊｅｎａｕｅｒ等により実験的にソリトンの
存在が確認され （Ｌ、Ｆ、Ｍｏ１ｌｅｎａｕｅｒ、 Ｒ，Ｈ，５ｔｏｌ
ｅｎ、 Ｊ、Ｐ、Ｇｏｒｄｅｎ ：Ｐｈｙｓ、 Ｒｅｖ
、 Ｌｅｔｔ、、 ｖｏｌ、４５． ｐ、１０９５”Ｅ
ｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏ
ｆ ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄｐｕｌｓｅ ｎａｒｒｏｗｉ
ｎｇ ａｎｄ ５ｏｌｉｔｏｎｓ ｉｎ ｏｐｔｉｃａ
ｌｆｉｂｅｒｓ”）、以後、飛躍的にその研究が進んで
いる。今日ではこのソリトンを発振できるレーザが実現
されておりその方法には２通りある。１つはり、Ｍｏ１
ｌｅｎａｕｅｒ等によって提案された方法である。この
方法は第７図に示すように、Ｆセンタ結晶ｘ１ミラーＭ
、、Ｍ、、複屈折フィルターｆ１などからなるモード同
期Ｆセンタレーザ部と、偏波保持単一モード・ファイバ
Ｆｂ、レンズＬ、、Ｌ２、ミラー閘５、ビーム・スプリ
ッタＢＳなどからなる光ソリトン形成部から構成されて
おり、モード同期ＹＡＧ レーザのパルスによって励起
されたＦセンターレーザの一部にソリトン効果を発生さ
せるための単一モードファイバを挿入した複合共振器形
ソリトンレーザである（Ｌ、Ｆ、 Ｍｏ１ｌｅｎａｕｅ
ｒ ａｎｄ ＲｏＨ，５ｔｏｌｅｎ；０ｐｔｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ、９ ｐ、１３ ”Ｔｈｅ ５ｏ
ｌｉｔｏｎＬａｓｅｒ“１９８４）。他は第８図に示す
ように、ラマン励起光源Ｓからの光をダイクロイックミ
ラー〇Ｍを介して光ファイバＦに入射し、誘導ラマン散
乱を用いてストークスパルスをソリトンにする方法であ
る（中沢正隆 応用物理、ｖｏｌ、５６．第２号、９．
２４１“ソリトンレーザ）。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の方法においては、いずれの場合にもソリトンを形
成する単一モードファイバーには手を加えていないため
、第７図の装置では非常に大がかりな装置となっている
こと、また第８図においては誘導ラマン散乱という３次
の非線形効果を用いるため高出力の励起光を用いる必要
があること、また非線形効果でソリトンを発生させるた
め相互作用が複雑になる欠点があった。 特に従来１．５μｍＶでの高出力光源が少なく、唯−第
７図に示したＦセンターレーザが用いられていた。Ｆセ
ンターレーザはピーク出力１００Ｗ程度、幅８ｐｓ、複
屈折フィルタを用いることにより１．４８〜１．６０μ
ｍにて波長可変な特性をもつ。しかし、レーザ結晶を絶
えず液体窒素温度に冷却しておかなければならないこと
、パルスの繰り返しがＹＡＧレーザの周期に固定される
こと、結晶の寿命が短いこと、パルス幅が可変でないこ
と等の欠点があった。このためソリトンの研究はごく一
部のＦセンタレーザ保有グループによりその成果が発表
されてきた。また、Ｆセンタレーザはファイバ端面から
の反射もしくは光学系からの反射が帰還されるとその発
振特性が著しく劣化するため、ソリトンの制御性に欠け
る点があった。本発明はこのような従来の欠点を解決し
、簡便な励起光源により容易にソリトン発振をするファ
イバレーザを提供することを目的とする。
５μｍ帯においてパルス発振させるファイバレーザに関
し、特にファイバ中の自己位相変調効果と群速度分散と
を釣り合せ名ことにより光ソリトンを形成させ波長１．
５μｍ帯での極超短光パルスを得る装置に関するもので
ある。 （従来の技術） 光フアイバ中のソリトンは１９７３年Ｂａ１ｌ研のＡ、
ＨａｓｅｇａｗａおよびＦ、Ｔａｐｐｅｒｔ （Ａｐｐ
ｌ、 Ｐｈｙｓ。 Ｌｅｔｔ、、ｖｏｌ、 ２３． ｐ、１４２−Ｔｒａｎ
ｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｎｏｎ
ｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓｅｓ １ｎｄ
ｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｂｅ
ｒｓ”）によりその存在が指摘された。１９８０年には
り、Ｍｏ１ｊｅｎａｕｅｒ等により実験的にソリトンの
存在が確認され （Ｌ、Ｆ、Ｍｏ１ｌｅｎａｕｅｒ、 Ｒ，Ｈ，５ｔｏｌ
ｅｎ、 Ｊ、Ｐ、Ｇｏｒｄｅｎ ：Ｐｈｙｓ、 Ｒｅｖ
、 Ｌｅｔｔ、、 ｖｏｌ、４５． ｐ、１０９５”Ｅ
ｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏ
ｆ ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄｐｕｌｓｅ ｎａｒｒｏｗｉ
ｎｇ ａｎｄ ５ｏｌｉｔｏｎｓ ｉｎ ｏｐｔｉｃａ
ｌｆｉｂｅｒｓ”）、以後、飛躍的にその研究が進んで
いる。今日ではこのソリトンを発振できるレーザが実現
されておりその方法には２通りある。１つはり、Ｍｏ１
ｌｅｎａｕｅｒ等によって提案された方法である。この
方法は第７図に示すように、Ｆセンタ結晶ｘ１ミラーＭ
、、Ｍ、、複屈折フィルターｆ１などからなるモード同
期Ｆセンタレーザ部と、偏波保持単一モード・ファイバ
Ｆｂ、レンズＬ、、Ｌ２、ミラー閘５、ビーム・スプリ
ッタＢＳなどからなる光ソリトン形成部から構成されて
おり、モード同期ＹＡＧ レーザのパルスによって励起
されたＦセンターレーザの一部にソリトン効果を発生さ
せるための単一モードファイバを挿入した複合共振器形
ソリトンレーザである（Ｌ、Ｆ、 Ｍｏ１ｌｅｎａｕｅ
ｒ ａｎｄ ＲｏＨ，５ｔｏｌｅｎ；０ｐｔｉｃｓ Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ ｖｏｌ、９ ｐ、１３ ”Ｔｈｅ ５ｏ
ｌｉｔｏｎＬａｓｅｒ“１９８４）。他は第８図に示す
ように、ラマン励起光源Ｓからの光をダイクロイックミ
ラー〇Ｍを介して光ファイバＦに入射し、誘導ラマン散
乱を用いてストークスパルスをソリトンにする方法であ
る（中沢正隆 応用物理、ｖｏｌ、５６．第２号、９．
２４１“ソリトンレーザ）。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の方法においては、いずれの場合にもソリトンを形
成する単一モードファイバーには手を加えていないため
、第７図の装置では非常に大がかりな装置となっている
こと、また第８図においては誘導ラマン散乱という３次
の非線形効果を用いるため高出力の励起光を用いる必要
があること、また非線形効果でソリトンを発生させるた
め相互作用が複雑になる欠点があった。 特に従来１．５μｍＶでの高出力光源が少なく、唯−第
７図に示したＦセンターレーザが用いられていた。Ｆセ
ンターレーザはピーク出力１００Ｗ程度、幅８ｐｓ、複
屈折フィルタを用いることにより１．４８〜１．６０μ
ｍにて波長可変な特性をもつ。しかし、レーザ結晶を絶
えず液体窒素温度に冷却しておかなければならないこと
、パルスの繰り返しがＹＡＧレーザの周期に固定される
こと、結晶の寿命が短いこと、パルス幅が可変でないこ
と等の欠点があった。このためソリトンの研究はごく一
部のＦセンタレーザ保有グループによりその成果が発表
されてきた。また、Ｆセンタレーザはファイバ端面から
の反射もしくは光学系からの反射が帰還されるとその発
振特性が著しく劣化するため、ソリトンの制御性に欠け
る点があった。本発明はこのような従来の欠点を解決し
、簡便な励起光源により容易にソリトン発振をするファ
イバレーザを提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために本発明は
０．５μｍｘ１．１μｍの間の特定波長を有する励起用
光パルス光源と、励起用光パルス光源からの励起用光パ
ルスを′入射するＥ「３０をドープした単一モードファ
イバレーザを含む１．５μｍ帯レーザ共振器とを具備す
る光ソリトンファイバレーザであって、レーザ共振器中
で励起された１、５μｍ帯光パルスのレーザ共振器中の
伝搬時間と励起用光パルスのくり返し周期とを同期させ
、１．５μｍ帯光パルスの自己位相変調効果と車−モー
ドファイバの負の群速度分散とが釣り合うことにより光
ソリトンパルスを発生させることを特徴とする。 〔作用） 本発明はシリカ系ファイバもしくはリン酸系ファイバに
希土類元素Ｅｒ３＋をドープし、波長５１４ｎｍのＡ「
レーザ、５８５ｎｍ色素レーザ、１．（１６μｍＹＡＧ
レーザ、もしくは５３２ｎｍ ＹＡＧレーザの第２高調
波励起により、容易に光ソリトンを発振できる。従来法
においてソリトン形成のためファイバーは通常の１．３
μｍ；分散単一モードファイバーが用いられているのと
異なり、本発明では光フアイバ自体が１．５μｍ帯での
レーザ増幅器として働くため、Ｆセンタレーザ等の大が
かりな装置は必要でなく、従来世界各国で数多く用いら
れている各種レーザを励起光源として用いることができ
る。 〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明の実施例を具体的に説明す
る。 第１図は本発明の第１の実施例を説明する図であって、
１は０．５μｍ〜１．１ μｍの間の特定波長を有する
超短パルスを発生する励起用光パルス光源であって、波
長５１４ｒ＋ｍ Ａｒレーザ、５３２ｎｍ ＹＡＧ第２
高調波、５８５ｎｍ ８６Ｇ色素レーザ、もしくは１．
０６μｍ ＹＡＧレーザのモード同期パルスを用いる
。２はダイクロイックレーザミラーであり、励起用光パ
ルスを透過し、波長１．５μｍ帯の光は反射する。光源
１とレーザミラー２の間には両者の結合に伴う光源１の
不安定性を除去するために光アイソレータを入れてもよ
い。３は長さしのＥ「３＋ドープフアイバ、４は波長１
．５μｍ光を反射するダイクロイックレーザミラーであ
り移動することができる。ダイクロイックミラー２．４
およびＥｒドープファイバー３で１．５μｍ帯のレーザ
共振器を構成しいる。Ｌｓはレンズである。ここでファ
イバ出射端と可動鏡との距離を２とする。これを動作す
るには、まず光源１からの光パルス列をレーザミラー２
を通してＥ「ファイバ３に導く。ここで、光パルスの繰
り返しは第２図に示すようにΔｔ（秒）である。希土類
元素Ｅｒのエネルギー準位は第３図（Ａ）に示すように
３準系を構成しており、Ｅｒ３＋ドープフアイバはＳＯ
Ｏ〜６００μ■の光に対して準位’ Ｉ ｌ ３／２と
’ Ｉ Ｉ ５／２との間で反転分布が形成される。ま
たこのファイバにさらに増感材として可視域に吸収線を
もつＮｄとｙｂをドープすると、第３図（Ｂ） に示
すようにＮｄの’Ｆ３／２からＹｂの’ Ｆ５／２を経
てＥｒの’Ｉ１１／２に移り’ Ｉ Ｉ ３／２に到達
する経路が構成できる。このようにして得られるＮｄ。 ｙｂをドープしたＥｒファイバレーザの吸収特性を第４
図に示す。Ｅｒ２０ｓの吸収は５２Ｏｎｍ付近に、Ｎｄ
２Ｏ３の吸収は５８Ｏｎｍ付近に、Ｙｂ２Ｏ３の吸収は
９２Ｏｎｓ付近にあることが判かる。従って前述した波
長５１４ｎ＠＾「レーザおよび５３２ｎｍ ＹＡＧ第２
高調波はＥｒ２Ｏ３の吸収線を、５８５ｎｍのＲＡＧ色
素レーザはＮｄ１０３の吸収線を、また１、０６μｔａ
ＹＡＧレーザはＹｂ２０ｓの僅かな吸収線を、励起す
ることになる。 このように様々な波長のモード同期パルス列でＥｒファ
イバレーザを励起することができる。 ＥｒファイバレーザのＥｒドープ量は５０ｐｐｍ程度の
濃度においては４ｄＢ７３ｍ程度、また３００ｐｐｎ＋
程度の濃度においては２５ｄＢ／３ｍ程度の利得が容易
に得られることが判かっている。従って３００ｐｐｍド
ープした長さ５ｍのＥｒファイバを用いると、ｌｄの入
力に対してＩＷの出力が得られるため光ソリトンが形成
され始める。濃度が５０ｐｐｍ以下の場合でもその単位
長さ当りの利得は小さくなるが、ファイバ長を長くする
ことにより増幅度は大きくなる。しかしその濃度が１０
００ｐｐ■以上になると光損失が大きくなりレーザ用媒
質としては適さない。車−モードファイバでＮ−１のソ
リトン発生に必要なパワーＰ Ｈｍ １はコア断面積を
＾ｅｆｆ、パルス幅をτ５、群速度分散をＤ、非線形屈
折率を０２、波長をλＳとすると、で与えられる（中沢
正隆、固体物理 第２１巻、９ ｐ、４７、“ソリト
ンレーザー″１９８６）、ソリトン発生の原理は、光パ
ルスの自己位相変調効果（屈折率が光強度に比例して変
化するため、強力なパルスが入射すると時間とともにパ
ルスの位相が変化する）とファイバ内の負の群速度分散
（異常分散）とが釣り合うことである。Ｅｒをドープし
たシリカ系のファイバの場合ｌ Ｄ ｌ ＝ １６ ｐ
ｓ／ｋｍ−ｍｍ、τｇ＝７ｐｓ、λｓ ＝１．５５μｍ
、 Ａｅｆｆ＝５〜ＩＱＸ１０−’ｃｍ’ とすると
ＰＮ＝ １はＰＮＩＩ＋ 鴛 ０．５〜１．０Ｗ
（２）となる。前述のように１Ｗ程度のファ
イバ内人力は充分実現できるので、Ｅｒファイバレーザ
は最終的にはファイバソリトンレーザとなる。励起光と
ストークス光とが非線形な結合をしているファイバラマ
ンソリトンレーザと比べると、その動作はレーザの動作
原理そのものであり、安定なソリトンとなりつる。 次に本Ｅｒファイバツレトンレーザの波長可変性につい
て述べる。第２図に示したように光フアイバ中にパルス
が入射し、レーザ増幅が発生して１．５３μｍ付近の光
パルスが生じ、やがて可動鏡で反射され光フアイバ入射
端近傍のレーザミラー２に戻ってくる。このとき再び励
起パルスと重なり伝搬するならば、このファイバ中の光
パルスはさらに増幅されて同期発振を開始する。ファイ
バ中の群速度をＶ、（λ３）、光速をＣ１とすると同期
条件により、下式を得る Ｔ＝ｍΔｔ （ｍは整数）（４）可動鏡をΔ
１だけ動かした場合を考えると、周期Ｔは変化しないの
でレーザ発振が起こるためには群速度分散ｖ５が変化す
る必要がある。このためにはλ８が変化する。この結果
波長はΔλたけ変化して を満たすことになる。但しΔλの変化はＥ「レーザの利
得帯域内での変化である。式（３）と（５） よりとな
り全分散をＯｔとすると式（６）の左辺はａｔ・Δλで
表わすことができるので となる。 このようにしてΔＬとΔλとの関係が求められるが、こ
のレーザのファイバ内でのピークパワーがＩＷ以上にな
るとその強力なパワー密度によ自己位相変調効果が発生
し、それがファイバの負の群速度分散と釣り合うことに
より最終的に光ソリトンが形成でき、 Ｅｒソリトンレ
ーザとなる。式（６）はΔにの変化に比例して波長変化
Δλが発生することを意味しており、Ｅｒレーザの利得
帯域は３０ｎｍ程度（１，５３〜１．５６μｍ）である
から末男式により波長可変なＥｒファイバソリトンレー
ザーが実現できることが判かる。 励起光と１．５μｍ光との間では大きな波長の差がある
ためｖ５が大きく異なる。従って同時に同波長のパルス
が存在してもすぐに分離してゆく。この効果をウオーク
オフ（Ｗａｌｋ−ｏｆｆ）と呼びレーザ媒質としての有
効相互作用長が決定できる。シリカ系ファイバでは波長
！、５５と０．６μｍの間で１ｍ当たり５０ｐｓの遅延
が生ずる。従って、５０ｐｓのパルスが相互作用する場
合には１ｍ以上Ｅｒファイバを長くとっても大きなレー
ザ利得は得られない。従ってファイバレーザとして第５
図に示すようにＥｒファイバと通常の単一モードファイ
バ５とを接続して用いるならば、さらに高効率なＥｒフ
ァイバソリトンレーザができる。通常の単一モードファ
イバ内では光ソリトンはさらに波形成形され理想的なＮ
−１ソリトンとなるので、このように２つのファイバを
増幅部３と導波路部５に分離して設計することが重要で
ある。 第６図はＥ「リングファイバソリトンレーザーの実施例
であり、Ｅ「ファイバと通常のファイバとを直接接続し
た（Ａ）タイプと、Ｅｒファイバ３と通常のファイバ７
とで光増幅形結合器８を構成し、励起光はボート１から
入射され、１．５ μｍ光と相互作用が終了した後はボ
ート３からリング外に放出される方式の（Ｂ）タイプと
がある。（Ｂ）タイプのボート２は通常の牟−モードフ
ァイバに接続されており１．５μｍ帯のソリトンが通過
し、−周してボート４と接続される。第６図（＾）の場
合は、ダイクロイックミーラ−６は励起光を反射し、１
．５μｍ帯の光を透過する働きをしている。第６図（＾
）。 （Ｂ）いずれのタイプにおいても１．５μｍ帯の光はリ
ング内を周回できるようになっている。したがってリン
グファイバが１．５μｍ帯のレーザ共振器を形成してい
る。 。 第１図、第５図および第６図に示したＥ「ファイバソリ
トンレーザは、励起が弱い場合にはファイバの長手方向
に沿って波形の変化しないＮ−１５ｅｃｈソリトンが得
られる。さらに励起を強くするとＮ−２、Ｎ−３の極短
パルスが発生できる。 （発明の効果〕 以上説明したように、Ｅｒ２０．を５０〜３００ｐｐｍ
通常のシリカ系隼−モードファイバにドープすることに
より、数多くの励起波長により簡便に励起することによ
り、Ｅｒファイバソリトンレーザできるため、ソリトン
の特徴である細いパルスにより大容量通信用光源とでき
る利点がある。また、励起光源は通常のモード同期レー
ザもしくは半導体レーザでよいため、極めて低コストの
ソリトンレーザとなる利点がある。また幅が３０ｎｏ＋
程度の波長可変性が実現できるため大容量波長多重通信
が可能となる。
光パルス光源と、励起用光パルス光源からの励起用光パ
ルスを′入射するＥ「３０をドープした単一モードファ
イバレーザを含む１．５μｍ帯レーザ共振器とを具備す
る光ソリトンファイバレーザであって、レーザ共振器中
で励起された１、５μｍ帯光パルスのレーザ共振器中の
伝搬時間と励起用光パルスのくり返し周期とを同期させ
、１．５μｍ帯光パルスの自己位相変調効果と車−モー
ドファイバの負の群速度分散とが釣り合うことにより光
ソリトンパルスを発生させることを特徴とする。 〔作用） 本発明はシリカ系ファイバもしくはリン酸系ファイバに
希土類元素Ｅｒ３＋をドープし、波長５１４ｎｍのＡ「
レーザ、５８５ｎｍ色素レーザ、１．（１６μｍＹＡＧ
レーザ、もしくは５３２ｎｍ ＹＡＧレーザの第２高調
波励起により、容易に光ソリトンを発振できる。従来法
においてソリトン形成のためファイバーは通常の１．３
μｍ；分散単一モードファイバーが用いられているのと
異なり、本発明では光フアイバ自体が１．５μｍ帯での
レーザ増幅器として働くため、Ｆセンタレーザ等の大が
かりな装置は必要でなく、従来世界各国で数多く用いら
れている各種レーザを励起光源として用いることができ
る。 〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明の実施例を具体的に説明す
る。 第１図は本発明の第１の実施例を説明する図であって、
１は０．５μｍ〜１．１ μｍの間の特定波長を有する
超短パルスを発生する励起用光パルス光源であって、波
長５１４ｒ＋ｍ Ａｒレーザ、５３２ｎｍ ＹＡＧ第２
高調波、５８５ｎｍ ８６Ｇ色素レーザ、もしくは１．
０６μｍ ＹＡＧレーザのモード同期パルスを用いる
。２はダイクロイックレーザミラーであり、励起用光パ
ルスを透過し、波長１．５μｍ帯の光は反射する。光源
１とレーザミラー２の間には両者の結合に伴う光源１の
不安定性を除去するために光アイソレータを入れてもよ
い。３は長さしのＥ「３＋ドープフアイバ、４は波長１
．５μｍ光を反射するダイクロイックレーザミラーであ
り移動することができる。ダイクロイックミラー２．４
およびＥｒドープファイバー３で１．５μｍ帯のレーザ
共振器を構成しいる。Ｌｓはレンズである。ここでファ
イバ出射端と可動鏡との距離を２とする。これを動作す
るには、まず光源１からの光パルス列をレーザミラー２
を通してＥ「ファイバ３に導く。ここで、光パルスの繰
り返しは第２図に示すようにΔｔ（秒）である。希土類
元素Ｅｒのエネルギー準位は第３図（Ａ）に示すように
３準系を構成しており、Ｅｒ３＋ドープフアイバはＳＯ
Ｏ〜６００μ■の光に対して準位’ Ｉ ｌ ３／２と
’ Ｉ Ｉ ５／２との間で反転分布が形成される。ま
たこのファイバにさらに増感材として可視域に吸収線を
もつＮｄとｙｂをドープすると、第３図（Ｂ） に示
すようにＮｄの’Ｆ３／２からＹｂの’ Ｆ５／２を経
てＥｒの’Ｉ１１／２に移り’ Ｉ Ｉ ３／２に到達
する経路が構成できる。このようにして得られるＮｄ。 ｙｂをドープしたＥｒファイバレーザの吸収特性を第４
図に示す。Ｅｒ２０ｓの吸収は５２Ｏｎｍ付近に、Ｎｄ
２Ｏ３の吸収は５８Ｏｎｍ付近に、Ｙｂ２Ｏ３の吸収は
９２Ｏｎｓ付近にあることが判かる。従って前述した波
長５１４ｎ＠＾「レーザおよび５３２ｎｍ ＹＡＧ第２
高調波はＥｒ２Ｏ３の吸収線を、５８５ｎｍのＲＡＧ色
素レーザはＮｄ１０３の吸収線を、また１、０６μｔａ
ＹＡＧレーザはＹｂ２０ｓの僅かな吸収線を、励起す
ることになる。 このように様々な波長のモード同期パルス列でＥｒファ
イバレーザを励起することができる。 ＥｒファイバレーザのＥｒドープ量は５０ｐｐｍ程度の
濃度においては４ｄＢ７３ｍ程度、また３００ｐｐｎ＋
程度の濃度においては２５ｄＢ／３ｍ程度の利得が容易
に得られることが判かっている。従って３００ｐｐｍド
ープした長さ５ｍのＥｒファイバを用いると、ｌｄの入
力に対してＩＷの出力が得られるため光ソリトンが形成
され始める。濃度が５０ｐｐｍ以下の場合でもその単位
長さ当りの利得は小さくなるが、ファイバ長を長くする
ことにより増幅度は大きくなる。しかしその濃度が１０
００ｐｐ■以上になると光損失が大きくなりレーザ用媒
質としては適さない。車−モードファイバでＮ−１のソ
リトン発生に必要なパワーＰ Ｈｍ １はコア断面積を
＾ｅｆｆ、パルス幅をτ５、群速度分散をＤ、非線形屈
折率を０２、波長をλＳとすると、で与えられる（中沢
正隆、固体物理 第２１巻、９ ｐ、４７、“ソリト
ンレーザー″１９８６）、ソリトン発生の原理は、光パ
ルスの自己位相変調効果（屈折率が光強度に比例して変
化するため、強力なパルスが入射すると時間とともにパ
ルスの位相が変化する）とファイバ内の負の群速度分散
（異常分散）とが釣り合うことである。Ｅｒをドープし
たシリカ系のファイバの場合ｌ Ｄ ｌ ＝ １６ ｐ
ｓ／ｋｍ−ｍｍ、τｇ＝７ｐｓ、λｓ ＝１．５５μｍ
、 Ａｅｆｆ＝５〜ＩＱＸ１０−’ｃｍ’ とすると
ＰＮ＝ １はＰＮＩＩ＋ 鴛 ０．５〜１．０Ｗ
（２）となる。前述のように１Ｗ程度のファ
イバ内人力は充分実現できるので、Ｅｒファイバレーザ
は最終的にはファイバソリトンレーザとなる。励起光と
ストークス光とが非線形な結合をしているファイバラマ
ンソリトンレーザと比べると、その動作はレーザの動作
原理そのものであり、安定なソリトンとなりつる。 次に本Ｅｒファイバツレトンレーザの波長可変性につい
て述べる。第２図に示したように光フアイバ中にパルス
が入射し、レーザ増幅が発生して１．５３μｍ付近の光
パルスが生じ、やがて可動鏡で反射され光フアイバ入射
端近傍のレーザミラー２に戻ってくる。このとき再び励
起パルスと重なり伝搬するならば、このファイバ中の光
パルスはさらに増幅されて同期発振を開始する。ファイ
バ中の群速度をＶ、（λ３）、光速をＣ１とすると同期
条件により、下式を得る Ｔ＝ｍΔｔ （ｍは整数）（４）可動鏡をΔ
１だけ動かした場合を考えると、周期Ｔは変化しないの
でレーザ発振が起こるためには群速度分散ｖ５が変化す
る必要がある。このためにはλ８が変化する。この結果
波長はΔλたけ変化して を満たすことになる。但しΔλの変化はＥ「レーザの利
得帯域内での変化である。式（３）と（５） よりとな
り全分散をＯｔとすると式（６）の左辺はａｔ・Δλで
表わすことができるので となる。 このようにしてΔＬとΔλとの関係が求められるが、こ
のレーザのファイバ内でのピークパワーがＩＷ以上にな
るとその強力なパワー密度によ自己位相変調効果が発生
し、それがファイバの負の群速度分散と釣り合うことに
より最終的に光ソリトンが形成でき、 Ｅｒソリトンレ
ーザとなる。式（６）はΔにの変化に比例して波長変化
Δλが発生することを意味しており、Ｅｒレーザの利得
帯域は３０ｎｍ程度（１，５３〜１．５６μｍ）である
から末男式により波長可変なＥｒファイバソリトンレー
ザーが実現できることが判かる。 励起光と１．５μｍ光との間では大きな波長の差がある
ためｖ５が大きく異なる。従って同時に同波長のパルス
が存在してもすぐに分離してゆく。この効果をウオーク
オフ（Ｗａｌｋ−ｏｆｆ）と呼びレーザ媒質としての有
効相互作用長が決定できる。シリカ系ファイバでは波長
！、５５と０．６μｍの間で１ｍ当たり５０ｐｓの遅延
が生ずる。従って、５０ｐｓのパルスが相互作用する場
合には１ｍ以上Ｅｒファイバを長くとっても大きなレー
ザ利得は得られない。従ってファイバレーザとして第５
図に示すようにＥｒファイバと通常の単一モードファイ
バ５とを接続して用いるならば、さらに高効率なＥｒフ
ァイバソリトンレーザができる。通常の単一モードファ
イバ内では光ソリトンはさらに波形成形され理想的なＮ
−１ソリトンとなるので、このように２つのファイバを
増幅部３と導波路部５に分離して設計することが重要で
ある。 第６図はＥ「リングファイバソリトンレーザーの実施例
であり、Ｅ「ファイバと通常のファイバとを直接接続し
た（Ａ）タイプと、Ｅｒファイバ３と通常のファイバ７
とで光増幅形結合器８を構成し、励起光はボート１から
入射され、１．５ μｍ光と相互作用が終了した後はボ
ート３からリング外に放出される方式の（Ｂ）タイプと
がある。（Ｂ）タイプのボート２は通常の牟−モードフ
ァイバに接続されており１．５μｍ帯のソリトンが通過
し、−周してボート４と接続される。第６図（＾）の場
合は、ダイクロイックミーラ−６は励起光を反射し、１
．５μｍ帯の光を透過する働きをしている。第６図（＾
）。 （Ｂ）いずれのタイプにおいても１．５μｍ帯の光はリ
ング内を周回できるようになっている。したがってリン
グファイバが１．５μｍ帯のレーザ共振器を形成してい
る。 。 第１図、第５図および第６図に示したＥ「ファイバソリ
トンレーザは、励起が弱い場合にはファイバの長手方向
に沿って波形の変化しないＮ−１５ｅｃｈソリトンが得
られる。さらに励起を強くするとＮ−２、Ｎ−３の極短
パルスが発生できる。 （発明の効果〕 以上説明したように、Ｅｒ２０．を５０〜３００ｐｐｍ
通常のシリカ系隼−モードファイバにドープすることに
より、数多くの励起波長により簡便に励起することによ
り、Ｅｒファイバソリトンレーザできるため、ソリトン
の特徴である細いパルスにより大容量通信用光源とでき
る利点がある。また、励起光源は通常のモード同期レー
ザもしくは半導体レーザでよいため、極めて低コストの
ソリトンレーザとなる利点がある。また幅が３０ｎｏ＋
程度の波長可変性が実現できるため大容量波長多重通信
が可能となる。
第１図は本発明の実施例の構成図、
第２図は第１図の同期条件の物理的説明図、第３図（八
）はＥｒファイバーのエネルギレベルの図、同図（Ｂ）
はＥ「にＮＴｏＯ２およびＹｂ２０２を増感材としてさ
らにドープした場合のエネルギレベルの図、 第４図は第３図（Ｂ）の吸収スペクトルを示す図、 第５図は本発明の第２の実施例の構成図、第６図（Ａ）
、 （Ｂ）はＥｒリングファイバソリトンレーザの構
成図、 第７図は従来のＦセンサレーザ励起のソリトンレーザの
装置図、 第８図は光フアイバ中の誘導レマン散乱を用いた従来の
ラマンソリトンレーザの装置図である。 １・・・励起用光パルス光源、 ２・・・ダイクロイックレーザミラー、３・・・Ｅｒフ
ァイバ、 ４・・・ダイクロイックレーザミラー、５・・・通常の
単一モードファイバ（ソリトン整形用）、 ６・・・ダイクロイックレーザミラー、８・・・光増幅
形結合器。
）はＥｒファイバーのエネルギレベルの図、同図（Ｂ）
はＥ「にＮＴｏＯ２およびＹｂ２０２を増感材としてさ
らにドープした場合のエネルギレベルの図、 第４図は第３図（Ｂ）の吸収スペクトルを示す図、 第５図は本発明の第２の実施例の構成図、第６図（Ａ）
、 （Ｂ）はＥｒリングファイバソリトンレーザの構
成図、 第７図は従来のＦセンサレーザ励起のソリトンレーザの
装置図、 第８図は光フアイバ中の誘導レマン散乱を用いた従来の
ラマンソリトンレーザの装置図である。 １・・・励起用光パルス光源、 ２・・・ダイクロイックレーザミラー、３・・・Ｅｒフ
ァイバ、 ４・・・ダイクロイックレーザミラー、５・・・通常の
単一モードファイバ（ソリトン整形用）、 ６・・・ダイクロイックレーザミラー、８・・・光増幅
形結合器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）０．５μｍ〜１．１μｍの間の特定波長を有する励
起用光パルス光源と、該励起用光パルス光源からの励起
用光パルスを入射するＥｒ＾３＾＋をドープした単一モ
ードファイバを含む１．５μｍ帯レーザ共振器とを具備
する光ソリトンファイバレーザであって、 前記レーザ共振器中で励起された１．５μｍ帯光パルス
のレーザ共振器中の伝搬時間と前記励起用光パルスのく
り返し周期とを同期させ、前記１．５μｍ帯光パルスの
自己位相変調効果と前記単一モードファイバの負の群速
度分散とが釣り合うことにより光ソリトンパルスを発生
させることを特徴とする光ソリトンファイバレーザ。 ２）前記Ｅｒ＾３＾＋をドープした単一モードファイバ
がＥｒ＾３＾＋の他にＹｂ＿２Ｏ＿３および／またはＮ
ｄ＿２Ｏ＿３をドープしていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の光ソリトンファイバレーザ。 ３）前記１．５μｍ帯レーザ共振器がＥｒ＾３＾＋をド
ープした単一モード光ファイバとそれに接続された通常
の１．３μｍ零分散単一モードファイバとを含むことを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の光
ソリトンファイバレーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9327987A JPS63260189A (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 光ソリトンフアイバレ−ザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9327987A JPS63260189A (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 光ソリトンフアイバレ−ザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63260189A true JPS63260189A (ja) | 1988-10-27 |
Family
ID=14077996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9327987A Pending JPS63260189A (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 光ソリトンフアイバレ−ザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63260189A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02168688A (ja) * | 1988-12-22 | 1990-06-28 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | Ｅｒドープ光ファイバレーザ素子 |
| JPH02306676A (ja) * | 1989-05-22 | 1990-12-20 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 光能動性デバイス |
| JPH0328830A (ja) * | 1988-12-07 | 1991-02-07 | Univ Leland Stanford Jr | ファイバオプティックシステムおよび低い時間コヒーレンスを有する光を発生する方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60186085A (ja) * | 1984-03-05 | 1985-09-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光ソリトンレ−ザの発振方法および装置 |
-
1987
- 1987-04-17 JP JP9327987A patent/JPS63260189A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60186085A (ja) * | 1984-03-05 | 1985-09-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光ソリトンレ−ザの発振方法および装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0328830A (ja) * | 1988-12-07 | 1991-02-07 | Univ Leland Stanford Jr | ファイバオプティックシステムおよび低い時間コヒーレンスを有する光を発生する方法 |
| JPH02168688A (ja) * | 1988-12-22 | 1990-06-28 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | Ｅｒドープ光ファイバレーザ素子 |
| JPH02306676A (ja) * | 1989-05-22 | 1990-12-20 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 光能動性デバイス |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6813429B2 (en) | Sources of, and methods for generating, optical pulses | |
| US5323404A (en) | Optical fiber laser or amplifier including high reflectivity gratings | |
| US9246296B2 (en) | Laser or amplifier optical device seeded with nonlinearly generated light | |
| Dvoyrin et al. | Efficient bismuth-doped fiber lasers | |
| US7136559B2 (en) | Optical fibre-based devices utilising the Raman effect | |
| US20090046746A1 (en) | Pulsed fiber laser | |
| JP5198292B2 (ja) | 反射光耐性の優れたファイバレーザ | |
| JP2014515175A (ja) | 中赤外線および遠赤外線のための小型でコヒーレントで高輝度の光源 | |
| JP2004227011A (ja) | 高出力光パルスの発生装置および発生方法 | |
| US20080151945A1 (en) | Ultrashort stable mode locked fiber laser at one micron by using polarization maintaining (PM) fiber and photonic bandgap fiber (PBF) | |
| US20160231640A1 (en) | High efficiency fiber optical parametric oscillator | |
| JP2753539B2 (ja) | 光ファイバ増幅器 | |
| Vazquez-Zuniga et al. | Adaptive broadband continuum source at 1200–1400 nm based on an all-fiber dual-wavelength master-oscillator power amplifier and a high-birefringence fiber | |
| JPS63260189A (ja) | 光ソリトンフアイバレ−ザ | |
| Harvey et al. | Reduced repetition rate Yb 3+ mode-locked picosecond fiber laser with hollow core fiber | |
| JP5182867B2 (ja) | 超短光パルスの増幅方法及び超短光パルス増幅装置、並びに広帯域コム発生装置 | |
| Ma | Nonlinear effects-based 1.7 μm fiber lasers: A review and prospect | |
| JPS63220586A (ja) | Ｎｄ添加フアイバレ−ザ装置 | |
| JPS63125919A (ja) | 光ソリトン発生方法 | |
| Chamorovskiy et al. | Raman fiber oscillators and amplifiers pumped by semiconductor disk lasers | |
| US20230094403A1 (en) | A method and system for generation of optical pulses of light | |
| Abbouab et al. | 40 W of supercontinuum generated by a self-pulsed pump-sharing oscillator-amplifier | |
| Liang | High power pulsed thulium doped fibre lasers and their applications | |
| Chen | Thulium doped fiber based lasers and amplifiers | |
| JPH0654827B2 (ja) | ソリトンレーザ発振方法および装置 |