WO2022038858A1 - ファイバレーザ装置 - Google Patents

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WO2022038858A1
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fiber
axis
bridge
angle
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方俊 佐藤
大岳 福岡
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浜松ホトニクス株式会社
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    • 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

Definitions

  • One aspect of this disclosure relates to a fiber laser device.
  • a fiber laser device As a fiber laser device, a device that generates an ultrashort pulse laser by causing a mode lock by using a non-linear effect of an optical fiber is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the fiber laser device As described above, it is necessary to use an optical fiber having a certain length or longer in order to generate a sufficient non-linear effect. Therefore, the length of the resonator becomes long, and it is difficult to increase the frequency of the output light (high repetition). In addition, it is necessary to sufficiently increase the internal power density of the resonator in order to self-start the mode lock. However, when the optical fiber is short, the internal power for obtaining a sufficient nonlinear effect as compared with the case where the optical fiber is long is obtained. It becomes denser and requires higher excitation power. Further, the fiber laser device is required to output light having a good waveform.
  • One aspect of the present disclosure is to provide a fiber laser apparatus capable of outputting light having a good waveform and achieving high repetition rate and low excitation power.
  • the fiber laser apparatus includes a first optical fiber composed of a polarization-retaining fiber, a second optical fiber composed of a polarization-retaining fiber and connected to one end of the first optical fiber. It comprises a third optical fiber configured by a polarization retaining fiber and connected to the other end of the first optical fiber, the first optical fiber being staggered with at least one first portion and the first portion. It has at least two second parts, and the adjacent first and second parts are connected to each other so that the speed axis of the first part coincides with the slow axis of the second part at the connection point.
  • the length of the first part is equal to the total length of the second part, and the mode field diameter of the first optical fiber is larger than the mode field diameter of the second optical fiber and the mode field diameter of the third optical fiber. small.
  • the first optical fiber has at least one first portion and at least two second portions alternately arranged with the first portion.
  • the adjacent first portion and the second portion are connected to each other so that the speed axis of the first portion coincides with the slow axis of the second portion at the connection point.
  • Mode lock can be generated by passing light through such a first optical fiber.
  • the total length of the first portion is equal to the total length of the second portion. This makes it possible to compensate for the difference in propagation velocity between the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis.
  • the first optical fiber has at least one first portion and at least two second portions.
  • the first optical fiber can be shortened, and high repetition rate and low excitation power can be achieved.
  • this fiber laser apparatus it is possible to output light having a good waveform, and it is possible to achieve high repetition rate and low excitation power.
  • At least one of the second optical fiber and the third optical fiber may be connected to the first optical fiber by fusion splicing. In this case, the number of parts can be reduced and the manufacturing can be facilitated.
  • the second optical fiber has a first portion and a second portion, and in the first portion of the second optical fiber, the speed axis of the first portion of the second optical fiber is the first optical fiber at the connection point. It is connected to one end of the first optical fiber so as to coincide with the slow axis, and the second part of the second optical fiber is connected to the speed axis of the second part of the second optical fiber and the second optical fiber at the connection point. It may be connected to the first portion of the second optical fiber so that the angle between the first portion and the speed axis is an angle other than 0 degrees or 90 degrees.
  • the first optical fiber and the second optical fiber having different mode field diameters are aligned with each other's fast axis and slow axis (the angle between the fast axes is 90). (To be connected). As a result, the connection between the first optical fiber and the second optical fiber can be facilitated, and the yield can be improved.
  • the third optical fiber has a first portion and a second portion, and in the first portion of the third optical fiber, the speed axis of the first portion of the third optical fiber is the first optical fiber at the connection point. It is connected to the other end of the first optical fiber so as to coincide with the speed axis, and the second part of the third optical fiber is the speed axis and the third optical fiber of the second part of the third optical fiber at the connection point. It may be connected to the first portion of the third optical fiber so that the angle between the first portion and the speed axis of the third optical fiber is an angle other than 0 degrees or 90 degrees. In this case, the connection between the first optical fiber and the third optical fiber can be facilitated, and the yield can be further improved.
  • the length of the first portion of the second optical fiber may be equal to the length of the first portion of the third optical fiber.
  • the difference in propagation speed between the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis is compensated. can do.
  • the second optical fiber has a first portion, and the first portion of the second optical fiber has a speed axis of the first portion of the second optical fiber at the connection point so as to coincide with the slow axis of the first optical fiber.
  • the third optical fiber is connected to one end of the first optical fiber, the third optical fiber has the first part, and the first part of the third optical fiber is the speed axis of the first part of the third optical fiber at the connection point. Is connected to the other end of the first optical fiber so that May be equal to. In this case, the connection between the first optical fiber and the second optical fiber and the connection between the first optical fiber and the third optical fiber can be facilitated. Further, for the first part of the second optical fiber and the first part of the third optical fiber, the difference in propagation speed between the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis is compensated. be able to.
  • the fiber laser apparatus comprises a polarization holding fiber, further comprising a first bridge fiber connected between the first optical fiber and the second optical fiber, and a mode of the first bridge fiber.
  • the field diameter may be larger than the mode field diameter of the first optical fiber and smaller than the mode field diameter of the second optical fiber.
  • the fiber laser apparatus comprises a polarization holding fiber, further includes a second bridge fiber connected between the first optical fiber and the third optical fiber, and a mode of the second bridge fiber.
  • the field diameter may be larger than the mode field diameter of the first optical fiber and smaller than the mode field diameter of the third optical fiber. In this case, the loss at the connection point can be further reduced.
  • the first optical fiber has an even number of first and second portions in total, and the angle between the speed axis of the first bridge fiber and the speed axis of the first optical fiber at the connection point and the first at the connection point.
  • the difference between the angle between the speed axis of the two-bridge fiber and the speed axis of the first optical fiber may be 90 degrees.
  • the first optical fiber has an odd number of first and second parts in total, and the angle between the speed axis of the first bridge fiber and the speed axis of the first optical fiber at the connection point and the first at the connection point.
  • the difference between the speed axis of the two-bridge fiber and the speed axis of the first optical fiber may be 0 degrees. In this case, for the first bridge fiber and the second bridge fiber, it is possible to compensate for the difference in propagation speed between the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis.
  • the difference may be 0 degrees.
  • the length of the first bridge fiber may be equal to the length of the second bridge fiber. In this case, for the first bridge fiber and the second bridge fiber, it is possible to compensate for the difference in propagation speed between the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis.
  • the fiber laser apparatus further includes a light source that outputs excitation light and an optical fiber that absorbs excitation light and emits laser light, and the laser light is a first optical fiber and a second optical fiber. It may be guided by an optical fiber and a third optical fiber. In this case, it is possible to output light having a good waveform, and it is possible to achieve high repetition rate and low excitation power.
  • a fiber laser device capable of outputting light having a good waveform and achieving high repetition rate and low excitation power.
  • FIG. 7 is a block diagram of the fiber laser apparatus of the comparative example. It is a graph which shows the spectral waveform acquired by the structure of FIG. (A) and (b) are graphs showing the frequency spectrum acquired by the configuration of FIG. It is a block diagram of the fiber laser apparatus of the 2nd modification. It is a graph which shows the spectral waveform acquired by the structure of FIG. It is a graph which shows the pulse waveform and the instantaneous wavelength acquired by the structure of FIG. It is a figure which shows the angle region where the mode lock occurred in the configuration of FIG. It is a block diagram of the fiber laser apparatus of the 3rd modification. It is a graph which shows the spectral waveform acquired by the structure of FIG. (A) and (b) are graphs showing the frequency spectrum acquired by the configuration of FIG.
  • the fiber laser apparatus 1 includes a light source 11, a WDM (Wavelength Division Multiplexing) coupler 12, a doped fiber 13, an isolator 14, a mode lock unit 15, and a polarization. It includes a controller 16, a polarizing element 17, an output coupler 18, and an ASE (Amplified Spontaneous Emission) filter 19. Further, the fiber laser apparatus 1 further includes a plurality of optical fibers 21 to 28 for connecting those elements to each other.
  • the mode lock unit 15 includes a first optical fiber 30, a second optical fiber 40, and a third optical fiber 50.
  • Each of the dope fiber 13, the optical fibers 21 to 28, the first optical fiber 30, the second optical fiber 40, and the third optical fiber 50 is composed of a polarization maintaining (PM) fiber.
  • the polarization holding fiber is an optical fiber in which the polarization plane holding characteristic of the transmitted light is enhanced by making the refractive index different between the fast axis and the slow axis orthogonal to each other.
  • each of the doped fiber 13, the optical fibers 21 to 28, the first optical fiber 30, the second optical fiber 40, and the third optical fiber 50 is made of a stress-applied polarization-retaining fiber using a photoelastic effect.
  • it may be configured by a structural type polarization-retaining fiber having a core shape that is non-axially symmetric.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the first optical fiber 30.
  • the first optical fiber 30 has a fast axis X1 and a slow axis X2 orthogonal to each other.
  • the first optical fiber 30 includes a core 30a, a clad 30b, and a pair of stress applying materials 30c.
  • the core 30a is located at the center of 31 of the first optical fiber.
  • the refractive index of the core 30a is higher than that of the clad 30b.
  • the clad 30b surrounds the core 30a.
  • the pair of stress applying materials 30c are arranged in the clad 30b so as to be located on both sides of the core 30a on the slow axis X2.
  • the core 30a has birefringence by applying a tensile stress to the core 30a by utilizing the fact that the heat shrinkage of the stress applying material 30c is larger than the heat shrinkage of the clad 30b. I'm letting you.
  • the component propagating along the fast axis X1 propagates faster than the component propagating along the slow axis X2.
  • the doped fiber 13, the optical fibers 21 to 28, the second optical fiber 40, and the third optical fiber 50 also have the same cross-sectional structure as the first optical fiber 30.
  • the light source 11 outputs the excitation light L1.
  • the light source 11 is, for example, a laser diode that outputs a laser beam having a wavelength of 979 nm.
  • the WDM coupler 12 reflects the excitation light L1 input from the light source 11 via the optical fiber 21 and outputs it to the optical fiber 22, and also transmits the signal light L2 input via the optical fiber 28 to the optical fiber. Output to 22.
  • the doped fiber 13 absorbs the excitation light L1 input via the optical fiber 22 and emits the laser light (signal light L2).
  • the signal light L2 emitted from the doped fiber 13 is input to the isolator 14 via the optical fiber 23.
  • the doped fiber 13 is, for example, an erbium-added fiber (EDF: Erbium-Doped Fiber) in which erbium (Er) is added to the core, and emits laser light having a wavelength in the 1.5 ⁇ m band.
  • EDF Erbium-Doped Fiber
  • the dope fiber 13 may be a ytterbium-added fiber to which ytterbium (Yb) is added to the core. In this case, the doped fiber 13 emits a laser beam having a wavelength in the 1.0 ⁇ m band.
  • the isolator 14 propagates light in the forward direction from the doped fiber 13 toward the mode lock portion 15, but does not propagate light in the direction opposite to the forward direction.
  • the mode lock unit 15 has a second optical fiber 40, a first optical fiber 30, and a third optical fiber 50 in this order from the upstream side in the light propagation direction, and guides the signal light L2 by these optical fibers. .. The details of the mode lock unit 15 will be described later.
  • the polarization controller 16 has a mechanism for adjusting the polarization state of the signal light L2 output from the mode lock unit 15.
  • the polarization controller 16 is configured to include, for example, a rotatably held ⁇ / 4 wave plate 16a and a ⁇ / 2 wave plate 16b.
  • the signal light L2 output from the polarization controller 16 is input to the polarizing element 17 via the optical fiber 24.
  • the splitter 17 transmits the component propagating along the slow axis of the signal light L2 propagating in the optical fiber 24, while reflecting the component propagating along the fast axis.
  • the output coupler 18 divides the signal light L2 input from the polarizing element 17 via the optical fiber 25 at a predetermined ratio, outputs a part of the signal light L2 to the optical fiber 26, and outputs the rest to the optical fiber 27. do. For example, the output coupler 18 outputs 25% of the signal light L2 to the optical fiber 26 and outputs the remaining 75% to the optical fiber 27.
  • the signal light L2 output to the optical fiber 26 is, for example, output to the outside as output light.
  • the output coupler 18 may be provided with an isolator so as not to return the return light from the outside that has entered through the optical fiber 26 into the resonator. In this case, it is possible to prevent the oscillation in the resonator from becoming unstable due to the return light.
  • the ASE filter 19 transmits only a component in a predetermined wavelength range of the signal light L2 propagating in the optical fiber 27 and outputs the signal light to the optical fiber 28.
  • the ASE filter 19 transmits only light having a wavelength of 1545 nm or more. This makes it possible to suppress oscillation in the wavelength region near 1530 nm.
  • the fiber laser apparatus 1 includes a fully polarized wave holding fiber resonator (oscillator) which is a ring-shaped resonator composed of a polarization holding fiber.
  • a fully polarized wave holding fiber resonator oscillator
  • the mode lock unit 15 by causing the mode lock in the mode lock unit 15, for example, an ultrashort pulse laser having a pulse width of 50 femtoseconds to 10 picoseconds is output.
  • the mode lock unit 15 includes a first optical fiber 30, a second optical fiber 40 connected to one end of the first optical fiber 30, and the other end of the first optical fiber 30. It has a third optical fiber 50 connected to the.
  • the mode lock unit 15 shown in FIG. 1 and the mode lock unit 15 shown in FIG. 3 have slightly different configurations.
  • the first optical fiber 30 has a first portion 31 and two second portions 32.
  • Each of the first portion 31 and the two second portions 32 is composed of a polarization-retaining fiber.
  • the first portion 31 and the two second portions 32 are staggered.
  • the two second portions 32 are connected to both ends of the first portion 31, respectively.
  • Each second portion 32 is connected to the first portion 31 so that the speed axis 32X1 of the second portion 32 coincides with the slow axis 31X2 of the first portion 31 at the connection point C1.
  • the angle between the speed axis 32X1 of the second part 32 and the speed axis 31X1 of the first part 31 at the connection point C1 between each second part 32 and the first part 31 is 90 degrees.
  • Each second portion 32 is directly connected to the first portion 31, for example by fusion. Although it is drawn as if there is a gap between the fibers in FIG. 3, the fibers are actually connected to each other without a gap.
  • the fast axis coincides with the slow axis (or the fast axis) means that the fast axis coincides with the slow axis (along the slow axis) when viewed from the light propagation direction (the extending direction of the fiber). Meaning.
  • the total length L31 of the first part 31 is equal to the total length L32 of the second part 32.
  • the total lengths L31 and L32 are lengths along the extending direction (light propagation direction) of the first optical fiber 30.
  • the total length L32 of the second portion 32 is the sum of the lengths L32a of each second portion 32.
  • the total length L31 of the first portion 31 is equal to the total length L32 of the second portion 32" includes the case where there is an acceptable slight error between the total length L31 and the total length L32.
  • the amount of error that can be tolerated is set, for example, depending on whether or not a mode lock occurs.
  • the permissible error is, for example, a beat length (about 2 mm) or less.
  • the beat length is an index of the magnitude of birefringence, and is a distance at which the phase difference between the light propagating on the fast axis and the light propagating on the slow axis is 2 ⁇ .
  • the acceptable error is 5 mm or less.
  • This point includes the length L41 of the first portion 41 of the second optical fiber 40 and the length L51 of the first portion 51 of the third optical fiber 50, and the length L60 and the second of the first bridge fiber 60, which will be described later. The same applies to the length L70 of the bridge fiber 70.
  • the second optical fiber 40 has a first portion 41 and a second portion 42.
  • the first portion 41 is connected to the second portion 32 of the first optical fiber 30 so that the speed axis 41X1 of the first portion 41 coincides with the slow axis 32X2 of the second portion 32 at the connection point C2.
  • the angle between the speed axis 41X1 of the first part 41 and the speed axis 32X1 of the second part 32 at the connection point C2 between the first part 41 and the second part 32 is 90 degrees.
  • the first portion 41 is directly connected to the second portion 32, for example by fusion.
  • the second portion 42 is the first portion so that the angle between the speed axis 42X1 of the second part 42 and the speed axis 41X1 of the first part 41 at the connection point C3 is an angle ⁇ 1 other than 0 degrees or 90 degrees. It is connected to one end of 41. That is, the angle ⁇ 1 is neither 0 degrees nor 90 degrees. The angle ⁇ 1 is an angle other than 45 degrees. The angle ⁇ 1 can be set, for example, experimentally so that mode lock occurs, as will be described later. The angle ⁇ 1 is an angle when viewed from the light propagation direction (the extending direction of the first optical fiber 30 and the second optical fiber 40). This point is the same for the angle ⁇ 2 described later.
  • the second portion 42 is directly connected to the first portion 41, for example by fusion. The other end of the second portion 42 is connected to the isolator 14 described above.
  • the third optical fiber 50 has a first portion 51 and a second portion 52.
  • the first portion 51 is connected to the second portion 32 of the first optical fiber 30 so that the speed axis 51X1 of the first portion 51 coincides with the speed shaft 32X1 of the second portion 32 at the connection point C4.
  • the angle between the speed axis 51X1 of the first portion 51 and the speed axis 32X1 of the second portion 32 at the connection point C4 between the first portion 51 and the second portion 32 is 0 degrees.
  • the angle between the speed axis 51X1 of the first portion 51 and the speed axis 32X1 of the second portion 32 at the connection point C4 is the speed axis 41X1 and the second part of the first part 41 of the second optical fiber 40 at the connection point C2. It differs by 90 degrees from the angle between the 32 speed axes 32X1.
  • the first portion 51 is directly connected to the second portion 32, for example by fusion.
  • the second portion 52 is the first portion so that the angle between the speed axis 52X1 of the second part 52 and the speed axis 51X1 of the first part 51 at the connection point C5 is an angle ⁇ 2 other than 0 degrees or 90 degrees. It is connected to one end of 51. That is, the angle ⁇ 2 is neither 0 degrees nor 90 degrees. The angle ⁇ 2 is an angle other than 45 degrees, for example, an angle obtained by adding 90 degrees to the angle ⁇ 1.
  • One end of the second portion 52 is directly connected to the first portion 51, for example by fusion.
  • the other end of the second portion 52 is connected to the above-mentioned polarizing element 17.
  • the length L41 of the first portion 41 of the second optical fiber 40 is equal to the length L51 of the first portion 51 of the third optical fiber 50.
  • the lengths L41 and L51 are lengths along the extending direction (light propagation direction) of the second optical fiber 40 and the third optical fiber 50.
  • the third optical fiber 50 has only the first portion 51.
  • One end of the first portion 51 is connected to the second portion 32, and the other end of the first portion 51 is connected to the polarization controller 16 described above.
  • the angle between the speed axis 51X1 of the first portion 51 and the speed axis 52X1 of the second portion 52 at the connection portion C5 is an angle ⁇ 2, so that the polarization state of light is changed. It will be adjusted.
  • the polarization state of light is adjusted by the polarization controller 16 provided with a rotatable wave plate, similarly to the mode lock unit 15 shown in FIG. In this way, the second portion 52 of the third optical fiber 50 may be replaced with an adjustment mechanism using a wave plate.
  • the mode field diameter (MFD) of the first optical fiber 30 is smaller than each of the MFD of the second optical fiber 40 and the MFD of the third optical fiber 50.
  • the mode field diameter is an index indicating the degree to which light propagating in the optical fiber leaks from the core to the cladding.
  • the mode field diameter can be measured by incidenting light on one end of the fiber and acquiring an image of the light emitted from the other end.
  • the MFD of the first optical fiber 30 is, for example, 2 ⁇ m to 4 ⁇ m.
  • the MFD of the second optical fiber 40 and the third optical fiber 50 is, for example, 4 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the MFD is uniform throughout the first optical fiber 30. This point is the same for the second optical fiber 40 and the third optical fiber 50.
  • the first optical fiber 30 is composed of a highly non-linear fiber having a higher non-linear effect than the polarization holding fiber constituting the second optical fiber 40 and the third optical fiber 50.
  • the core diameter of the first optical fiber 30 may be smaller than or larger than the core diameter of the second optical fiber 40 and the core diameter of the third optical fiber 50, respectively.
  • the core diameter of the first optical fiber 30 is the diameter D of the core 30a of the polarization-retaining fiber constituting the first optical fiber 30.
  • the core diameter of the second optical fiber 40 and the third optical fiber 50 is the diameter D of the core 30a of the polarization holding fiber constituting them.
  • the first optical fiber 30 has a first portion 31 and two second portions 32 arranged alternately with the first portion 31.
  • the adjacent first portion 31 and second portion 32 are connected to each other so that the speed axis 31X1 of the first portion 31 coincides with the slow axis 32X2 of the second portion 32 at the connection point C1.
  • Mode lock can be generated by passing light through such a first optical fiber 30 and providing a necessary optical element (for example, a splitter 17) in a subsequent stage.
  • the angle between the speed axis 42X1 of the second portion 42 of the second optical fiber 40 and the speed axis 41X1 of the first portion 41 of the second optical fiber 40 at the connection point C3 is an angle other than 0 degrees or 90 degrees. It is ⁇ 1.
  • the light propagating in the second portion 42 propagates along the speed axis 41X1 of the first portion 41 and along the slow axis 41X2 of the first portion 41 when incident on the first portion 41. It is divided into propagating components. Since the angle ⁇ 1 is set to an angle other than 45 degrees, the intensity of the component propagating along the fast axis 41X1 and the intensity of the component propagating along the slow axis 41X2 are different from each other.
  • the light output from the first portion 41 is guided by the first optical fiber 30 and the first portion 51 of the third optical fiber 50, and reaches the second portion 52 of the third optical fiber 50.
  • the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis are subjected to different magnitudes of non-linear effects as in the case of propagating in the first portion 41.
  • the angle between the speed axis 51X1 of the first portion 51 and the speed axis 52X1 of the second portion 52 at the connection point C5 is an angle ⁇ 2 other than 0 degrees or 90 degrees.
  • the polarization state of light is similarly adjusted by the polarization controller 16.
  • the components propagating on each axis are combined with each other, and a phase difference is generated due to the difference in the non-linear effect. Since the phase difference differs depending on the intensity, mode lock can be generated by increasing the transmittance of high-intensity light and decreasing the transmittance of low-intensity light.
  • the total length L31 of the first portion 31 is equal to the total length L32 of the second portion 32. That is, the lengths of the first portion 31 and the second portion 32 are set so that the distance propagating along the fast axis and the length propagating along the slow axis are equal. This makes it possible to compensate for the difference in propagation velocity between the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis.
  • the first optical fiber 30 has a first portion 31 and two second portions 32.
  • the waveform of the output light is due to the interaction between the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis. Can be suppressed from being disturbed. As a result, it is possible to output light having a good waveform.
  • the first optical fiber 30 consists of only two fiber elements connected so that the angle between the speed axes of each other is 90 degrees, mode lock can occur.
  • the waveform of the output light is disturbed due to the interaction between the posterior portion of the component that propagates earlier in the fiber element and the front portion of the component that propagates later in the fiber element (mutual phase modulation). It may end up.
  • the first optical fiber 30 has a first portion 31 and two second portions 32. As a result, the distance at which the difference in propagation speed occurs can be shortened, and the disturbance of the waveform due to the difference in propagation speed can be suppressed.
  • the time difference generated in the second portion 32 on the upstream side is compensated by the front portion of the first portion 31, and the time difference generated in the rear portion of the first portion 31 is compensated by the second portion 32 on the downstream side.
  • the second portion 32 on the downstream side it is possible to suppress the waveform of the output light from being disturbed, and it is possible to output light having a good waveform (cross-splashing method).
  • the MFD of the first optical fiber 30 is smaller than each of the MFD of the second optical fiber 40 and the MFD of the third optical fiber 50, and the non-linear effect of the first optical fiber 30 is exhibited. It has been enhanced. As a result, the first optical fiber 30 can be shortened, and high repetition rate can be achieved. In addition, the excitation power required to self-initiate the mode lock can be reduced. From the above, according to the fiber laser apparatus 1, it is possible to output light having a good waveform, and it is possible to achieve high repetition rate and low excitation power.
  • the semiconductor saturable absorption mirror is easily damaged by light and the life of the fiber laser may vary widely, which may cause a problem. Since the device 1 does not use the semiconductor saturable absorption mirror, such a situation can be avoided.
  • the second optical fiber 40 and the third optical fiber 50 are connected to the first optical fiber 30 by fusion splicing.
  • the number of parts can be reduced and the manufacturing can be facilitated as compared with the case of coupling using an optical element (lens or the like) in space.
  • an optical element lens or the like
  • a loss is likely to occur at the connection point due to the difference in MFD and the difference in susceptibility to deformation during heating. Such a loss can lead to instability such as noise and distortion in the light circulating in the resonator.
  • the second optical fiber 40 and the third optical fiber 50 are connected to the first optical fiber 30 by fusion splicing to reduce the number of parts and facilitate manufacturing. I'm trying.
  • the first optical fiber 40 has the first optical fiber 40 so that the speed axis 41X1 of the first portion 41 coincides with the slow axis 32X2 of the second portion 32 at the connection point C2. It is connected to the second portion 32 of the fiber 30, and the second portion 42 of the second optical fiber 40 is located between the speed shaft 42X1 of the second portion 42 and the speed shaft 41X1 of the first portion 41 at the connection point C3. It is connected to the first portion 41 so that the angle ⁇ 1 is an angle other than 0 degrees or 90 degrees. It is difficult to connect polarization-retaining fibers having different MFDs so that the angle between the speed axes of each fiber is other than 0 degrees or 90 degrees, and the yield may decrease.
  • the first optical fiber 30 and the second optical fiber 40 having different MFDs are aligned with each other's fast axes and slow axes (angles between the fast axes of each other). Is connected (so that it is 90 degrees).
  • the connection between the first optical fiber 30 and the second optical fiber 40 can be facilitated, and the yield can be improved.
  • the effect of improving the yield becomes particularly remarkable when the first optical fiber 30 and the second optical fiber 40 are connected by fusion as in the present embodiment.
  • the polarization holding fibers having the same MFD are connected to each other like the connection points C3 and C5
  • the success probability is high even if the angle between the speed axes is an angle other than 0 degrees or 90 degrees.
  • the yield is almost 100%.
  • the first portion 51 of the third optical fiber 50 is connected to the second portion 32 of the first optical fiber 30 so that the speed axis 51X1 of the first portion 51 coincides with the speed shaft 32X1 of the second portion 32 at the connection point C4.
  • the second portion 52 of the third optical fiber 50 is connected, and the angle ⁇ 2 between the speed shaft 52X1 of the second portion 52 and the speed shaft 51X1 of the first portion 51 at the connection point C5 is 0 degrees or 90 degrees. It is connected to the first portion 51 so as to have an angle other than the above.
  • the connection between the first optical fiber 30 and the third optical fiber 50 can be facilitated, and the yield can be further improved.
  • the effect of improving the yield becomes particularly remarkable when the first optical fiber 30 and the third optical fiber 50 are connected by fusion as in the present embodiment.
  • the length L41 of the first portion 41 of the second optical fiber 40 is equal to the length L51 of the first portion 51 of the third optical fiber 50. This makes it possible to compensate for the difference in propagation speed between the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis for the first portion 41 and the first portion 51.
  • Mode lock oscillation was performed by the fiber laser apparatus 1 shown in FIG.
  • the fiber laser device 1 was configured so that a laser beam having a wavelength in the 1.5 ⁇ m band was output.
  • the MFD of the first optical fiber 30 was set to about 4.9 ⁇ m.
  • the length of the first optical fiber 30 was set to about 2 m.
  • the MFD of the second optical fiber 40 and the third optical fiber 50 was set to about 10.1 ⁇ m.
  • the dispersion value of the entire resonator was ⁇ 0.014 ps 2 .
  • the excitation power (output power of the light source 11) at the time of self-start of the mode lock was about 105 mW.
  • FIG. 4 is a graph showing a pulse waveform and an instantaneous wavelength.
  • FIG. 5 is a graph showing a spectral waveform and a phase. As shown in FIG. 4, an ultrashort pulse wave having a good waveform was output. The pulse width was 127 fs. As shown in FIG. 5, the spectral width was 32 nm, and a sufficient spectral width was obtained. Since the phase is low in the wavelength region where the peaks of the spectrum are formed, it can be seen that the pulse width is well compressed.
  • FROG Frequency-Resolved Optical Gating
  • the frequency spectrum of the output light was measured using a high frequency spectrum analyzer.
  • 6 (a) and 6 (b) are graphs showing frequency spectra.
  • the scale interval on the horizontal axis is 100 kHz
  • the scale interval on the horizontal axis is 100 MHz.
  • the vertical axis spacing is 10 dB.
  • 6 (a) and 6 (b) are graphs showing frequency spectra.
  • the repetition frequency of the output light was 40.6 MHz.
  • the S / N ratio of the frequency spectrum of the output light was 70 dB or more.
  • the peak heights were uniform even when the band was expanded to 1 GHz, and sufficient frequency stability was obtained.
  • the mode lock unit 15 further includes a first bridge fiber 60 and a second bridge fiber 70.
  • the first bridge fiber 60 is composed of a polarization-retaining fiber and is connected between the second portion 32 of the first optical fiber 30 and the first portion 41 of the second optical fiber 40.
  • One end of the first bridge fiber 60 is connected to the second portion 32 so that the speed axis 60X1 of the first bridge fiber 60 coincides with the slow axis 32X2 of the second portion 32 at the connection point C6.
  • the other end of the first bridge fiber 60 is connected to the first portion 41 so that the speed shaft 60X1 of the first bridge fiber 60 coincides with the speed shaft 41X1 of the first portion 41 at the connection point C7.
  • the first bridge fiber 60 is directly connected to the second portion 32 and the first portion 41, for example by fusion.
  • the second bridge fiber 70 is composed of a polarization-retaining fiber and is connected between the second portion 32 of the first optical fiber 30 and the first portion 51 of the third optical fiber 50.
  • One end of the second bridge fiber 70 is connected to the second portion 32 so that the speed axis 70X1 of the second bridge fiber 70 coincides with the speed axis 32X1 of the second portion 32 at the connection point C8.
  • the other end of the second bridge fiber 70 is connected to the first portion 51 so that the speed shaft 70X1 of the second bridge fiber 70 coincides with the speed shaft 51X1 of the first portion 51 at the connection point C9.
  • the second bridge fiber 70 is directly connected to the second portion 32 and the first portion 51, for example by fusion.
  • the length L60 of the first bridge fiber 60 is equal to the length L70 of the second bridge fiber 70.
  • the lengths L60 and L70 are lengths along the extending direction (light propagation direction) of the first bridge fiber 60 and the second bridge fiber 70.
  • the MFD of the first bridge fiber 60 is larger than the MFD of the first optical fiber 30 and smaller than the MFD of the second optical fiber 40.
  • the MFD of the second bridge fiber 70 is larger than the MFD of the first optical fiber 30 and smaller than the MFD of the third optical fiber 50.
  • the MFD of the first bridge fiber 60 is equal to, for example, the MFD of the second bridge fiber 70.
  • the MFD of the first bridge fiber 60 and the second bridge fiber 70 is, for example, 4 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the polarization controller 90 is provided between the isolator 14 and the mode lock unit 15.
  • the polarization controller 90 has a mechanism for adjusting the polarization state of the signal light L2 input to the mode lock unit 15.
  • the polarization controller 90 is configured to include, for example, a rotatably held ⁇ / 4 wave plate 90a and a ⁇ / 2 wave plate 90b.
  • the polarization controller 16 and the polarizing element 17 are integrally configured as one element.
  • the polarization controller 16 includes only the ⁇ / 2 wave plate 16b.
  • the first bridge fiber 60 having an MFD larger than the MFD of the first optical fiber 30 and smaller than the MFD of the second optical fiber 40 is the first optical fiber 30 and the second optical fiber 40. Is connected to. Thereby, the loss at the connection point between the first optical fiber 30 and the second optical fiber 40 can be reduced.
  • a second bridge fiber 70 having an MFD larger than the MFD of the first optical fiber 30 and smaller than the MFD of the third optical fiber 50 is connected between the first optical fiber 30 and the third optical fiber 50. .. This makes it possible to further reduce the loss at the connection point.
  • the first bridge fiber 60 is connected to the second portion 32 of the first optical fiber 30 so that the speed axis 60X1 of the first bridge fiber 60 coincides with the slow axis 32X2 of the second portion 32 at the connection point C6.
  • the second bridge fiber 70 is connected to the second portion 32 so that the speed axis 70X1 of the second bridge fiber 70 coincides with the speed shaft 32X1 of the second portion 32 at the connection point C8.
  • the length L60 of the first bridge fiber 60 is equal to the length L70 of the second bridge fiber 70. This makes it possible to compensate for the difference in propagation speed between the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis for the first bridge fiber 60 and the second bridge fiber 70.
  • the first modification may be configured as shown in FIG.
  • the speed axis 60X1 of the first bridge fiber 60 coincides with the speed axis 32X1 of the second portion 32 at the connection point C6, and the speed axis 60X1 of the first bridge fiber 60 coincides with the speed axis 32X1 of the first portion 41 at the connection point C7. It corresponds to the axis 41X2.
  • the speed axis 70X1 of the second bridge fiber 70 coincides with the slow axis 32X2 of the second portion 32, and at the connection point C9, the speed axis 70X1 of the second bridge fiber 70 coincides with the slow axis 51X2 of the first part 51. I am doing it.
  • the first optical fiber 30 has an odd number of first portions 31 and second portions 32 in total as shown in FIG. 9 (for example, when it has one first portion 31 and two second portions 32).
  • the difference from the angle to 32X1 is 90 degrees, then for the first bridge fiber 60 and the second bridge fiber 70, the component propagating along the fast axis and the component propagating along the slow axis
  • the difference in propagation velocity between them can be compensated.
  • the difference between the angles of the portion 51 with the speed axis 51X1 is 0 degrees, then for the first portion 41 and the first portion 51, a component propagating along the speed axis and a component propagating along the slow axis.
  • the first optical fiber 30 has an even number of the first portion 31 and the second portion 32 in total (for example, when the first optical fiber 30 has two first portions 31 and two second portions 32).
  • Mode lock oscillation was performed by the fiber laser device 1A shown in FIG. 7.
  • the fiber laser device 1A was configured so that a laser beam having a wavelength in the 1.5 ⁇ m band was output.
  • the MFD of the first optical fiber 30 was set to about 4 ⁇ m.
  • the length of the first optical fiber 30 was set to about 1.5 m.
  • the MFD of the second optical fiber 40 and the third optical fiber 50 was set to about 10.1 ⁇ m.
  • the dispersion value of the entire resonator was ⁇ 0.081 ps 2 .
  • the loss at the connection point was 0.8 dB.
  • the first bridge fiber 60 was connected between the first optical fiber 30 and the second optical fiber 40, the loss was 0.4 dB. From this, it can be seen that the loss at the connection point can be reduced by providing the first bridge fiber 60.
  • FIG. 10 is a graph showing a spectral shape
  • FIGS. 11 (a) and 11 (b) are graphs showing a frequency spectrum.
  • the scale interval on the horizontal axis is 200 kHz
  • the scale interval on the horizontal axis is 100 MHz.
  • the vertical axis spacing is 10 dB.
  • the spectral width was 6.9 nm, and a sufficient spectral width was obtained.
  • the repetition frequency of the output light was 36.1 MHz.
  • the S / N ratio of the frequency spectrum of the output light was 70 dB or more.
  • the peak heights were uniform even when the band was expanded to 1 GHz, and sufficient frequency stability was obtained. [Comparison example]
  • the mode lock unit 115 is composed of three fiber elements 115a composed of polarization-holding fibers having the same MFD.
  • a polarization controller 116 is connected to one end of the mode lock unit 115, and a polarization controller 117 is connected to the other end of the mode lock unit 115.
  • the fiber laser device 100 of such a comparative example is configured so that laser light having a wavelength in the 1.5 ⁇ m band is output at a repeating frequency of about 40 MHz.
  • the MFD of the fiber element 115a was set to about 10.1 ⁇ m.
  • the total length of the mode lock portion 115 was set to about 2 m.
  • the dispersion value of the entire resonator was ⁇ 0.110 ps 2 .
  • FIG. 13 is a graph showing a spectral shape
  • FIGS. 14 (a) and 14 (b) are graphs showing a frequency spectrum.
  • the scale interval on the horizontal axis is 200 kHz
  • the scale interval on the horizontal axis is 100 MHz.
  • the vertical axis spacing is 10 dB.
  • the spectral width was 5.8 nm.
  • the repetition frequency of the output light was 40.9 MHz.
  • the S / N ratio of the frequency spectrum of the output light was 70 dB or more.
  • the peak heights were uniform even when the band was expanded to 1 GHz, and sufficient frequency stability was obtained.
  • the excitation power at the time of self-start of the mode lock was about 105 mW.
  • the excitation power at the time of self-start of the mode lock was about 225 mW.
  • the fiber laser device 1 shown in FIG. 1 is the fiber laser device 100 of the comparative example shown in FIG. It was possible to oscillate an ultrashort pulse laser with about half the excitation power.
  • a polarization controller 90 is provided between the isolator 14 and the mode lock unit 15 as in the first modification.
  • the polarization controller 16 and the polarizing element 17 are integrally configured as one element.
  • the second optical fiber 40 has only the first portion 41. One end of the first portion 41 is connected to the second portion 32 of the first optical fiber 30, and the other end of the first portion 41 is connected to the polarization controller 90. Even with such a second modification, it is possible to output light having a good waveform, and to achieve high repetition rate and low excitation power, as in the above embodiment. [Mode lock condition]
  • the polarization controller 90 is used to adjust the polarization state of the light input to the second optical fiber 40 (hereinafter, also referred to as “inlet side fiber”) located on the most upstream side, and the polarization controller 16 is used to obtain the most. While adjusting the polarization state of light at the output end of the third optical fiber 50 (hereinafter, also referred to as “outlet side fiber”) located on the downstream side, the angular region where mode lock occurs was confirmed. It should be noted that the excitation power is increased and confirmed in order to make the angle region easy to understand, and the angle may shift during actual operation.
  • FIG. 16 is a graph showing a spectral shape
  • FIG. 17 is a graph showing a pulse waveform and an instantaneous wavelength. 16 and 17 show the results when the rotation angle of the inlet fiber (the angle between the fast axis and the slow axis) is 12 degrees (192 degrees) and the rotation angle of the outlet fiber is 100 degrees. Has been done.
  • the spectral width was 50 nm.
  • the pulse width was 635 fs.
  • the scale interval on the horizontal axis is 200 fs.
  • FIG. 18 is a diagram showing an angular region where mode lock occurs.
  • the scale interval on the vertical axis is 10 degrees
  • the scale interval on the horizontal axis is 2 degrees.
  • the colored areas indicate that mode lock has occurred at the combination of angles corresponding to the area. From FIG. 18, it can be seen that there is a region where mode lock occurs in the vicinity of the angle region where the angle obtained by adding 90 degrees to the rotation angle of the inlet side fiber and the rotation angle of the outlet side fiber are equal. Based on such experimental results, the rotation angles of the inlet side fiber and the outlet side fiber can be set. Further, by using the experimental result, the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 at the connection points C3 and C4 described above can be set so that the mode lock occurs. [Third modification example]
  • the fiber laser apparatus 1C of the third modification shown in FIG. 19 is configured to output a laser beam having a wavelength in the 1.0 ⁇ m band.
  • the MFD of the first optical fiber 30 was set to about 3.5 ⁇ m.
  • the length of the first optical fiber 30 was set to about 6 m.
  • the MFD of the second optical fiber 40 and the third optical fiber 50 was set to about 6.9 ⁇ m.
  • the dispersion value of the entire resonator was 0.304 ps 2 .
  • a bandpass filter BF is provided instead of the ASE filter 19.
  • the dispersion value becomes normal dispersion and the pulse continues to spread. Therefore, it is necessary to limit the spread of the pulse by the bandpass filter BF.
  • Even with such a third modification it is possible to output light having a good waveform, and to achieve high repetition rate and low excitation power, as in the above embodiment.
  • FIG. 20 is a graph showing a spectral shape
  • FIGS. 21 (a) and 21 (b) are graphs showing a frequency spectrum.
  • the spectral width was 10.9 nm, and a sufficient spectral width was obtained.
  • the repetition frequency of the output light was 19.9 MHz.
  • the S / N ratio of the frequency spectrum of the output light was 70 dB or more.
  • the peak heights were uniform even when the band was expanded to 1 GHz, and sufficient frequency stability was obtained.
  • the second optical fiber 40 has only the second portion 42, and the angle of the second portion 42 between the speed shaft 42X1 of the second portion 42 and the speed shaft 32X1 of the second portion 32 is 0. It may be connected to the second portion 32 of the first optical fiber 30 so as to have an angle ⁇ 1 other than degrees or 90 degrees.
  • the third optical fiber 50 has only the second portion 52, and the second portion 52 has an angle of 0 degrees between the speed axis 52X1 of the second portion 52 and the speed axis 32X1 of the second portion 32. It may be connected to the second portion 32 so as to have an angle ⁇ 2 other than 90 degrees.
  • the angle (first angle) between the speed axis 41X1 of the first portion 41 and the speed axis 32X1 of the second portion 32 at the connection portion C2 is 90 degrees, and the first portion 51 at the connection portion C4.
  • the angle (second angle) between the speed axis 51X1 and the speed axis 32X1 of the second portion 32 was 0 degrees, but conversely, the first angle was 0 degrees and the second angle was 0 degrees. It may be 90 degrees. That is, the first angle and the second angle may differ by 90 degrees. Even in this case, as in the above embodiment, it is possible to output light having a good waveform, and it is possible to achieve high repetition rate and low excitation power.
  • the second optical fiber 40 can be regarded as the third optical fiber
  • the third optical fiber 50 can be regarded as the second optical fiber.
  • the second optical fiber 40 is regarded as the third optical fiber
  • the third optical fiber 50 is regarded as the second optical fiber
  • the first bridge fiber 60 is regarded as the second bridge fiber
  • the second The bridge fiber 70 can also be regarded as the first bridge fiber.
  • the first optical fiber 30 may have two or more first portions 31.
  • the plurality of first portions 31 and the plurality of second portions 32 are arranged alternately (alternately). Also in this case, the adjacent first portion 31 and the second portion 32 are connected to each other so that the speed axis 32X1 of the second portion 32 coincides with the slow axis 31X2 of the first portion 31 at the connection point.
  • the total length L31 of the first portions 31 is the sum of the lengths of the first portions 31.
  • the first optical fiber 30 may have three or more second portions 32.

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Abstract

ファイバレーザ装置は、偏波保持ファイバにより構成された第１光ファイバ（３０）、第２光ファイバ（４０）及び第３光ファイバ（５０）を備える。第１光ファイバ（３０）は、少なくとも１つの第１部分（３１）と、第１部分（３１）と互い違いに配置された少なくとも２つの第２部分（３２）と、を有する。隣り合う第１部分（３１）と第２部分（３２）とは、接続箇所において第１部分（３１）の速軸（３１Ｘ１）が第２部分（３２）の遅軸（３２Ｘ２）に一致するように、互いに接続されている。第１部分（３１）の総長さは、第２部分（３２）の総長さと等しい。第１光ファイバ（３０）のモードフィールド径は、第２光ファイバ（４０）のモードフィールド径及び第３光ファイバ（５０）のモードフィールド径の各々よりも小さい。

Description

ファイバレーザ装置
　本開示の一側面は、ファイバレーザ装置に関する。
　ファイバレーザ装置として、光ファイバの非線形効果を用いてモードロックを生じさせることにより、超短パルスレーザを発生させるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
欧州特許出願公開第３３００１９１号
　上述したようなファイバレーザ装置では、十分な非線形効果を生じさせるために、ある程度以上の長さの光ファイバを用いる必要がある。そのため、共振器長が長くなり、出力光の周波数を高めること（高繰り返し化）が難しい。また、モードロックを自己開始させるためには共振器の内部パワー密度を十分に高める必要があるが、光ファイバが短いと、光ファイバが長い場合と比べて十分な非線形効果を得るための内部パワー密度が高くなり、高い励起パワーが必要となる。また、ファイバレーザ装置には、良好な波形の光を出力することが求められる。
　本開示の一側面は、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化や低励起パワー化を図ることができるファイバレーザ装置を提供することを目的とする。
　本開示の一側面に係るファイバレーザ装置は、偏波保持ファイバにより構成された第１光ファイバと、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバの一端に接続された第２光ファイバと、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバの他端に接続された第３光ファイバと、を備え、第１光ファイバは、少なくとも１つの第１部分と、第１部分と互い違いに配置された少なくとも２つの第２部分と、を有し、隣り合う第１部分と第２部分とは、接続箇所において第１部分の速軸が第２部分の遅軸に一致するように、互いに接続されており、第１部分の長さは、第２部分の総長さと等しく、第１光ファイバのモードフィールド径は、第２光ファイバのモードフィールド径及び第３光ファイバのモードフィールド径の各々よりも小さい。
　このファイバレーザ装置では、第１光ファイバが、少なくとも１つの第１部分と、第１部分と互い違いに配置された少なくとも２つの第２部分と、を有している。隣り合う第１部分と第２部分とは、接続箇所において第１部分の速軸が第２部分の遅軸に一致するように、互いに接続されている。このような第１光ファイバに光を通すことにより、モードロックを生じさせることできる。また、第１部分の総長さが、第２部分の総長さと等しくなっている。これにより、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。また、第１光ファイバが、少なくとも１つの第１部分及び少なくとも２つの第２部分を有している。これにより、例えば第１光ファイバが２つのファイバ要素のみからなる場合と比べて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の相互作用により出力光の波形が乱れるのを抑制することができる。その結果、良好な波形の光を出力することができる。また、第１光ファイバのモードフィールド径が、第２光ファイバのモードフィールド径及び第３光ファイバのモードフィールド径の各々よりも小さくなっており、第１光ファイバの非線形効果が高められている。これにより、第１光ファイバを短くすることができ、高繰り返し化や低励起パワー化を図ることが可能となる。このように、このファイバレーザ装置によれば、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化や低励起パワー化を図ることができる。
　第２光ファイバ及び第３光ファイバの少なくとも一方は、融着により第１光ファイバに接続されていてもよい。この場合、部品点数を削減すると共に、製造を容易化することができる。
　第２光ファイバは、第１部分と、第２部分と、を有し、第２光ファイバの第１部分は、接続箇所において第２光ファイバの第１部分の速軸が第１光ファイバの遅軸に一致するように、第１光ファイバの一端に接続されており、第２光ファイバの第２部分は、接続箇所において第２光ファイバの第２部分の速軸と第２光ファイバの第１部分の速軸との間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように、第２光ファイバの第１部分に接続されていてもよい。互いに異なるモードフィールド径を有する偏波保持ファイバ同士を互いの速軸間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように接続することは難しく、歩留まりが低下するおそれがある。これに対し、この構成では、互いに異なるモードフィールド径を有する第１光ファイバと第２光ファイバとが、互いの速軸と遅軸とが一致するように（互いの速軸間の角度が９０度となるように）接続される。これにより、第１光ファイバと第２光ファイバとの間の接続を容易化することができ、歩留まりを向上することができる。
　第３光ファイバは、第１部分と、第２部分と、を有し、第３光ファイバの第１部分は、接続箇所において第３光ファイバの第１部分の速軸が第１光ファイバの速軸に一致するように、第１光ファイバの他端に接続されており、第３光ファイバの第２部分は、接続箇所において第３光ファイバの第２部分の速軸と第３光ファイバの第１部分の速軸との間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように、第３光ファイバの第１部分に接続されていてもよい。この場合、第１光ファイバと第３光ファイバとの間の接続を容易化することができ、歩留まりを一層向上することができる。
　第２光ファイバの第１部分の長さは、第３光ファイバの第１部分の長さと等しくてもよい。この場合、第２光ファイバの第１部分、及び第３光ファイバの第１部分について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
　第２光ファイバは、第１部分を有し、第２光ファイバの第１部分は、接続箇所において第２光ファイバの第１部分の速軸が第１光ファイバの遅軸に一致するように、第１光ファイバの一端に接続されており、第３光ファイバは、第１部分を有し、第３光ファイバの第１部分は、接続箇所において第３光ファイバの第１部分の速軸が第１光ファイバの速軸に一致するように、第１光ファイバの他端に接続されており、第２光ファイバの第１部分の長さは、第３光ファイバの第１部分の長さと等しくてもよい。この場合、第１光ファイバと第２光ファイバとの間の接続、及び第１光ファイバと第３光ファイバとの間の接続を容易化することができる。また、第２光ファイバの第１部分、及び第３光ファイバの第１部分について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
　本開示の一側面に係るファイバレーザ装置は、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバと第２光ファイバとの間に接続された第１ブリッジファイバを更に備え、第１ブリッジファイバのモードフィールド径は、第１光ファイバのモードフィールド径よりも大きく、且つ第２光ファイバのモードフィールド径よりも小さくてもよい。互いに異なるモードフィールド径を有する偏波保持ファイバ同士を接続すると、接続箇所において損失が発生し易い。これに対し、この構成では、第１光ファイバと第２光ファイバとの間に、第１光ファイバのモードフィールド径よりも大きく且つ第２光ファイバのモードフィールド径よりも小さいモードフィールド径を有する第１ブリッジファイバが接続されている。これにより、接続箇所における損失を低減することができる。
　本開示の一側面に係るファイバレーザ装置は、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバと第３光ファイバとの間に接続された第２ブリッジファイバを更に備え、第２ブリッジファイバのモードフィールド径は、第１光ファイバのモードフィールド径よりも大きく、且つ第３光ファイバのモードフィールド径よりも小さくてもよい。この場合、接続箇所における損失を一層低減することができる。
　第１光ファイバは、第１部分及び第２部分を合計で偶数個有し、接続箇所における第１ブリッジファイバの速軸と第１光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における第２ブリッジファイバの速軸と第１光ファイバの速軸との間の角度との差が９０度であってもよい。この場合、第１ブリッジファイバ及び第２ブリッジファイバについて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
　第１光ファイバは、第１部分及び第２部分を合計で奇数個有し、接続箇所における第１ブリッジファイバの速軸と第１光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における第２ブリッジファイバの速軸と第１光ファイバの速軸との間の角度との差が０度であってもよい。この場合、第１ブリッジファイバ及び第２ブリッジファイバについて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
　接続箇所における第１ブリッジファイバの速軸と第２光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における第２ブリッジファイバの速軸と第３光ファイバの速軸との間の角度との差が０度であってもよい。この場合、第２光ファイバ及び第３光ファイバについて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
　第１ブリッジファイバの長さは、第２ブリッジファイバの長さと等しくてもよい。この場合、第１ブリッジファイバ及び第２ブリッジファイバについて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
　本開示の一側面に係るファイバレーザ装置は、励起光を出力する光源と、励起光を吸収し、レーザ光を放出する光ファイバと、を更に備え、レーザ光は、第１光ファイバ、第２光ファイバ及び第３光ファイバによって導光されてもよい。この場合、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。
　本本開示の一側面によれば、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化や低励起パワー化を図ることができるファイバレーザ装置を提供することが可能となる。
[規則91に基づく訂正 09.06.2021]　
実施形態に係るファイバレーザ装置の構成図である。 第１光ファイバの断面図である。 モードロック部の模式図である。 パルス波形及び瞬時波長を示すグラフである。 スペクトル波形及び位相を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。 第１変形例のファイバレーザ装置の構成図である。 第１変形例のモードロック部の模式図である。 ブリッジファイバの接続態様を説明するための図である。 図７の構成により取得されたスペクトル波形を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、図７の構成により取得された周波数スペクトルを示すグラフである。 比較例のファイバレーザ装置の構成図である。 図１２の構成により取得されたスペクトル波形を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、図１２の構成により取得された周波数スペクトルを示すグラフである。 第２変形例のファイバレーザ装置の構成図である。 図１５の構成により取得されたスペクトル波形を示すグラフである。 図１５の構成により取得されたパルス波形及び瞬時波長を示すグラフである。 図１５の構成においてモードロックが生じた角度領域を示す図である。 第３変形例のファイバレーザ装置の構成図である。 図１９の構成により取得されたスペクトル波形を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は、図１９の構成により取得された周波数スペクトルを示すグラフである。
　以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
［ファイバレーザ装置］
　図１に示されるように、ファイバレーザ装置１は、光源１１と、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）（波長分割多重）カプラ１２と、ドープファイバ１３と、アイソレータ１４と、モードロック部１５と、偏波コントローラ１６と、偏光子１７と、出力カプラ１８と、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission)（自然放射増幅光）フィルタ１９と、を備えている。また、ファイバレーザ装置１は、それらの要素同士を接続するための複数の光ファイバ２１～２８を更に備えている。モードロック部１５は、第１光ファイバ３０と、第２光ファイバ４０と、第３光ファイバ５０と、を有している。
　ドープファイバ１３、光ファイバ２１～２８、第１光ファイバ３０、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０の各々は、偏波保持（ＰＭ：Polarization Maintaining）ファイバにより構成されている。偏波保持ファイバは、互いに直交する速軸と遅軸との間で屈折率を異ならせることにより、伝送する光の偏波面保持特性が高められた光ファイバである。この例では、ドープファイバ１３、光ファイバ２１～２８、第１光ファイバ３０、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０の各々は、光弾性効果を用いた応力付与型の偏波保持ファイバにより構成されているが、非軸対称なコア形状を有する構造型の偏波保持ファイバにより構成されてもよい。
　図２は、第１光ファイバ３０の断面図である。第１光ファイバ３０は、互いに直交する速軸Ｘ１及び遅軸Ｘ２を有している。第１光ファイバ３０は、コア３０ａと、クラッド３０ｂと、一対の応力付与材３０ｃと、を備えている。コア３０ａは、第１光ファイバの３１の中心に位置している。コア３０ａの屈折率は、クラッド３０ｂの屈折率よりも高い。クラッド３０ｂは、コア３０ａを囲んでいる。一対の応力付与材３０ｃは、遅軸Ｘ２上におけるコア３０ａの両側に位置するように、クラッド３０ｂ内に配置されている。
　第１光ファイバ３０では、応力付与材３０ｃの熱収縮率がクラッド３０ｂの熱収縮率よりも大きいことを利用してコア３０ａに引張応力を作用させることにより、コア３０ａに複屈折率性を持たせている。この屈折率差により、第１光ファイバ３０内を光が伝搬する場合、速軸Ｘ１に沿って伝搬する成分は、遅軸Ｘ２に沿って伝搬する成分よりも速く伝搬する。ドープファイバ１３、光ファイバ２１～２８、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０についても第１光ファイバ３０と同様の断面構造を有している。
　再び図１を参照して、光源１１は、励起光Ｌ１を出力する。光源１１は、例えば、９７９ｎｍの波長のレーザ光を出力するレーザダイオードである。ＷＤＭカプラ１２は、光源１１から光ファイバ２１を介して入力された励起光Ｌ１を反射して光ファイバ２２に出力すると共に、光ファイバ２８を介して入力された信号光Ｌ２を透過させて光ファイバ２２に出力する。
　ドープファイバ１３は、光ファイバ２２を介して入力された励起光Ｌ１を吸収し、レーザ光（信号光Ｌ２）を放出する。ドープファイバ１３において放出された信号光Ｌ２は、光ファイバ２３を介してアイソレータ１４に入力される。ドープファイバ１３は、例えば、エルビウム（Ｅｒ）がコアに添加されたエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ：Erbium-Doped Fiber）であり、１．５μｍ帯の波長のレーザ光を放出する。ドープファイバ１３は、イッテルビウム（Ｙｂ）がコアに添加されたイッテルビウム添加ファイバであってもよい。この場合、ドープファイバ１３は１．０μｍ帯の波長のレーザ光を放出する。
　アイソレータ１４は、ドープファイバ１３からモードロック部１５に向かう順方向には光を伝搬させる一方、順方向とは逆の方向には光を伝搬させない。モードロック部１５は、光の伝搬方向における上流側から、第２光ファイバ４０、第１光ファイバ３０、第３光ファイバ５０をこの順に有し、これらの光ファイバによって信号光Ｌ２を導光する。モードロック部１５の詳細については後述する。
　偏波コントローラ１６は、モードロック部１５から出力された信号光Ｌ２の偏光状態を調整するための機構を有している。偏波コントローラ１６は、例えば、回転可能に保持されたλ／４波長板１６ａ及びλ／２波長板１６ｂを含んで構成されている。偏波コントローラ１６から出力された信号光Ｌ２は、光ファイバ２４を介して偏光子１７に入力される。偏光子１７は、光ファイバ２４内を伝搬する信号光Ｌ２のうち、遅軸に沿って伝搬する成分を透過させる一方、速軸に沿って伝搬する成分を反射させる。
　出力カプラ１８は、偏光子１７から光ファイバ２５を介して入力された信号光Ｌ２を所定の比率で分割し、信号光Ｌ２の一部を光ファイバ２６に出力し、残りを光ファイバ２７に出力する。例えば、出力カプラ１８は、信号光Ｌ２の２５％を光ファイバ２６に出力し、残りの７５％を光ファイバ２７に出力する。光ファイバ２６に出力された信号光Ｌ２は、例えば、出力光として外部に出力される。出力カプラ１８には、光ファイバ２６を介して進入した外部からの戻り光を共振器内に戻さないように、アイソレータが設けられていてもよい。この場合、戻り光に起因して共振器における発振が不安定になるのを抑制することができる。
　ＡＳＥフィルタ１９は、光ファイバ２７を伝搬する信号光Ｌ２のうち所定の波長範囲の成分のみを透過させて光ファイバ２８に出力する。この例では、ＡＳＥフィルタ１９は、１５４５ｎｍ以上の波長の光のみを透過させる。これにより、１５３０ｎｍ付近の波長領域での発振を抑制することができる。
　以上のとおり、ファイバレーザ装置１は、偏波保持ファイバにより構成されたリング状の共振器である全偏波保持ファイバ共振器（発振器）を備えている。ファイバレーザ装置１においては、モードロック部１５においてモードロックを生じさせることにより、例えばパルス幅が５０フェムト秒から１０ピコ秒である超短パルスレーザが出力される。
［モードロック部］
　図１及び図３に示されるように、モードロック部１５は、第１光ファイバ３０と、第１光ファイバ３０の一端に接続された第２光ファイバ４０と、第１光ファイバ３０の他端に接続された第３光ファイバ５０と、を有している。後述するように、図１に示されるモードロック部１５と図３に示されるモードロック部１５とでは、構成が少し異なっている。
　第１光ファイバ３０は、第１部分３１及び２つの第２部分３２を有している。第１部分３１及び２つの第２部分３２の各々は、偏波保持ファイバにより構成されている。第１部分３１及び２つの第２部分３２は、互い違いに配置されている。２つの第２部分３２は、第１部分３１の両端にそれぞれ接続されている。
　各第２部分３２は、接続箇所Ｃ１において第２部分３２の速軸３２Ｘ１が第１部分３１の遅軸３１Ｘ２に一致するように、第１部分３１に接続されている。換言すれば、各第２部分３２と第１部分３１との間の接続箇所Ｃ１における第２部分３２の速軸３２Ｘ１と第１部分３１の速軸３１Ｘ１との間の角度は、９０度となっている。各第２部分３２は、例えば融着により、第１部分３１に直接に接続されている。なお、図３ではファイバ同士の間に隙間が空いているように描かれているが、実際にはファイバ同士は隙間無く接続されている。「速軸が遅軸（又は速軸）に一致する」とは、光の伝搬方向（ファイバの延在方向）から見た場合に速軸が遅軸に一致する（遅軸に沿う）との意味である。
　第１部分３１の総長さＬ３１は、第２部分３２の総長さＬ３２と等しい。総長さＬ３１，Ｌ３２は、第１光ファイバ３０の延在方向（光の伝搬方向）に沿っての長さである。第２部分３２の総長さＬ３２は、各第２部分３２の長さＬ３２ａを足し合わせた長さである。「第１部分３１の総長さＬ３１が第２部分３２の総長さＬ３２と等しい」ことには、総長さＬ３１と総長さＬ３２との間に許容可能な僅かな誤差が存在する場合が含まれる。許容可能な誤差の大きさは、例えばモードロックが生じるかどうかに応じて設定される。許容可能な誤差は、例えばビート長（２ｍｍ程度）以下である。ビート長とは、複屈折の大きさの指標であり、速軸を伝搬する光と遅軸を伝搬する光の位相差が２πとなる距離である。或いは、許容可能な誤差は５ｍｍ以下である。この点は、後述する第２光ファイバ４０の第１部分４１の長さＬ４１及び第３光ファイバ５０の第１部分５１の長さＬ５１、並びに、第１ブリッジファイバ６０の長さＬ６０及び第２ブリッジファイバ７０の長さＬ７０についても同様である。
　第２光ファイバ４０は、第１部分４１及び第２部分４２を有している。第１部分４１は、接続箇所Ｃ２において第１部分４１の速軸４１Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されている。換言すれば、第１部分４１と第２部分３２との間の接続箇所Ｃ２における第１部分４１の速軸４１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度は、９０度となっている。第１部分４１は、例えば融着により、第２部分３２に直接に接続されている。
　第２部分４２は、接続箇所Ｃ３において第２部分４２の速軸４２Ｘ１と第１部分４１の速軸４１Ｘ１との間の角度が０度又は９０度以外の角度θ１となるように、第１部分４１の一端に接続されている。すなわち、角度θ１は０度ではなく９０度でもない。角度θ１は、４５度以外の角度である。角度θ１は、後述するように、モードロックが生じるように、例えば実験的に設定され得る。角度θ１は、光の伝搬方向（第１光ファイバ３０及び第２光ファイバ４０の延在方向）から見た場合の角度である。この点は後述する角度θ２についても同様である。第２部分４２は、例えば融着により、第１部分４１に直接に接続されている。第２部分４２の他端は、上述したアイソレータ１４に接続されている。
　図３に示されるモードロック部１５では、第３光ファイバ５０は、第１部分５１及び第２部分５２を有している。第１部分５１は、接続箇所Ｃ４において第１部分５１の速軸５１Ｘ１が第２部分３２の速軸３２Ｘ１に一致するように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されている。換言すれば、第１部分５１と第２部分３２との間の接続箇所Ｃ４における第１部分５１の速軸５１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度は、０度となっている。接続箇所Ｃ４における第１部分５１の速軸５１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度は、接続箇所Ｃ２における第２光ファイバ４０の第１部分４１の速軸４１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度から、９０度異なっている。第１部分５１は、例えば融着により、第２部分３２に直接に接続されている。
　第２部分５２は、接続箇所Ｃ５において第２部分５２の速軸５２Ｘ１と第１部分５１の速軸５１Ｘ１との間の角度が０度又は９０度以外の角度θ２となるように、第１部分５１の一端に接続されている。すなわち、角度θ２は０度ではなく９０度でもない。角度θ２は、４５度以外の角度であり、例えば角度θ１に９０度を加算した角度である。第２部分５２の一端は、例えば融着により、第１部分５１に直接に接続されている。第２部分５２の他端は、上述した偏光子１７に接続されている。
　第２光ファイバ４０の第１部分４１の長さＬ４１は、第３光ファイバ５０の第１部分５１の長さＬ５１と等しい。長さＬ４１，Ｌ５１は、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０の延在方向（光の伝搬方向）に沿っての長さである。
　図１に示されるモードロック部１５では、第３光ファイバ５０は、第１部分５１のみを有している。第１部分５１の一端は第２部分３２に接続されており、第１部分５１の他端は上述した偏波コントローラ１６に接続されている。図３に示されるモードロック部１５では、接続箇所Ｃ５における第１部分５１の速軸５１Ｘ１と第２部分５２の速軸５２Ｘ１との間の角度が角度θ２であることにより、光の偏光状態が調整される。これに対し、図１に示されるモードロック部１５では、回転可能な波長板を備える偏波コントローラ１６により、図３に示されるモードロック部１５と同様に、光の偏光状態が調整される。このように、第３光ファイバ５０の第２部分５２は、波長板を用いた調整機構に置き換えられてもよい。
　第１光ファイバ３０のモードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）は、第２光ファイバ４０のＭＦＤ及び第３光ファイバ５０のＭＦＤの各々よりも小さい。モードフィールド径とは、光ファイバ内を伝搬する光がコアからクラッドへ漏れ出す程度を表す指標である。例えば、ファイバの一端に光を入射させて他端から出射する光の像を取得することで、モードフィールド径を計測することができる。第１光ファイバ３０のＭＦＤは、例えば２μｍ～４μｍである。第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０のＭＦＤは、例えば４μｍ～１０μｍである。第１光ファイバ３０の全体にわたってＭＦＤは一様である。この点は第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０についても同様である。偏波保持ファイバにおいては、ＭＦＤが小さいほど、非線形効果が大きくなる。すなわち、第１光ファイバ３０は、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０を構成する偏波保持ファイバよりも非線形効果が高められた高非線形ファイバにより構成されている。なお、第１光ファイバ３０のコア径は、第２光ファイバ４０のコア径及び第３光ファイバ５０のコア径の各々よりも小さくてもよいが、それら以上であってもよい。第１光ファイバ３０のコア径とは、図２に示されるように、第１光ファイバ３０を構成する偏波保持ファイバのコア３０ａの直径Ｄである。第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０のコア径とは、それらを構成する偏波保持ファイバのコア３０ａの直径Ｄである。
［作用及び効果］
　以上説明したとおり、ファイバレーザ装置１では、第１光ファイバ３０が、第１部分３１と、第１部分３１と互い違いに配置された２つの第２部分３２と、を有している。隣り合う第１部分３１と第２部分３２とは、接続箇所Ｃ１において第１部分３１の速軸３１Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、互いに接続されている。このような第１光ファイバ３０に光を通すと共に、必要な光学要素（例えば偏光子１７）を後段に設けることにより、モードロックを生じさせることできる。
　すなわち、接続箇所Ｃ３における第２光ファイバ４０の第２部分４２の速軸４２Ｘ１と第２光ファイバ４０の第１部分４１の速軸４１Ｘ１との間の角度は、０度又は９０度以外の角度θ１となっている。これにより、第２部分４２を伝搬する光は、第１部分４１に入射する際に、第１部分４１の速軸４１Ｘ１に沿って伝搬する成分と、第１部分４１の遅軸４１Ｘ２に沿って伝搬する成分とに分かれる。角度θ１は４５度以外の角度に設定されているため、速軸４１Ｘ１に沿って伝搬する成分の強度と、遅軸４１Ｘ２に沿って伝搬する成分の強度とは、互いに異なる。偏波保持ファイバ内を伝搬する光は、強度が高いほど、より大きな非線形効果を受ける。そのため、速軸４１Ｘ１に沿って伝搬する成分と遅軸４１Ｘ２に沿って伝搬する成分との間には、異なる大きさの非線形効果が生じる。第１部分４１から出力された光は、第１光ファイバ３０、及び第３光ファイバ５０の第１部分５１により導光され、第３光ファイバ５０の第２部分５２に至る。この導光の間にも、第１部分４１内を伝搬する際と同様に、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分では異なる大きさの非線形効果を受ける。接続箇所Ｃ５における第１部分５１の速軸５１Ｘ１と第２部分５２の速軸５２Ｘ１との間の角度は、０度又は９０度以外の角度θ２となっている。或いは、図１に示されるモードロック部１５では、偏波コントローラ１６により光の偏光状態が同様に調整される。これにより、第１部分５１から第２部分５２に光が入射する際に、各軸を伝搬していた成分が互いに合成され、非線形効果の差により位相差が生じる。強度の高低により位相差が異なることから、高強度の光の透過率を高くすると共に低強度の光の透過率を低くすることでモードロックを生じさせることができる。
　ここで、偏波保持ファイバ内を光が伝搬する場合、屈折率差により、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間に伝搬速度の差が生じる。この点、ファイバレーザ装置１では、第１部分３１の総長さＬ３１が、第２部分３２の総長さＬ３２と等しくなっている。すなわち、速軸に沿って伝搬する距離と遅軸に沿って伝搬する長さとが等しくなるように第１部分３１及び第２部分３２の長さが設定されている。これにより、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
　また、ファイバレーザ装置１では、第１光ファイバ３０が、第１部分３１及び２つの第２部分３２を有している。これにより、例えば第１光ファイバ３０が２つのファイバ要素のみからなる場合と比べて、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の相互作用により出力光の波形が乱れるのを抑制することができる。その結果、良好な波形の光を出力することができる。
　すなわち、第１光ファイバ３０が、互いの速軸間の角度が９０度となるように接続された２つのファイバ要素のみからなる場合でも、モードロックを生じさせ得る。しかしながら、ファイバ要素内を先行して伝搬する成分の後側部分と、ファイバ要素内を遅れて伝搬する成分の前側部分とが互いに相互作用すること（相互位相変調）により、出力光の波形が乱れてしまうことがある。これに対し、ファイバレーザ装置１では、第１光ファイバ３０が、第１部分３１及び２つの第２部分３２を有している。これにより、伝搬速度に差が生じる距離を短くすることができ、伝搬速度差による波形の乱れを抑制することができる。すなわち、上流側の第２部分３２で生じた時間差を第１部分３１の前側部分で補償し、第１部分３１の後側部分で生じた時間差を下流側の第２部分３２で補償する。これにより、出力光の波形が乱れるのを抑制することができ、良好な波形の光を出力することができる（クロススプライジング法）。
　また、ファイバレーザ装置１では、第１光ファイバ３０のＭＦＤが、第２光ファイバ４０のＭＦＤ及び第３光ファイバ５０のＭＦＤの各々よりも小さくなっており、第１光ファイバ３０の非線形効果が高められている。これにより、第１光ファイバ３０を短くすることができ、高繰り返し化を図ることが可能となる。また、モードロックを自己開始させるために必要な励起パワーを低減することが可能となる。以上より、ファイバレーザ装置１によれば、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。また、半導体可飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ：Semiconductor Saturable Absorber Mirror）を用いたファイバレーザ装置では、半導体可飽和吸収ミラーが光損傷を受け易く、また寿命のばらつきが大きいため問題が生じ得るが、ファイバレーザ装置１では、半導体可飽和吸収ミラーを用いないため、そのような事態を回避することができる。
　第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０が、融着により第１光ファイバ３０に接続されている。これにより、空間上で光学素子（レンズ等）を用いて結合する場合と比較して、部品点数を削減できると共に、製造を容易化することができる。通常、互いに異なるＭＦＤを有する偏波保持ファイバ同士を融着により接続すると、ＭＦＤの違い及び加熱時の変形し易さの違いに起因して、接続箇所において損失が発生し易い。このような損失は、共振器内を周回する光にノイズ、歪みが生じる等の不安定性に繋がり得る。ファイバレーザ装置１では、そのような点を考慮した上で、第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０を融着により第１光ファイバ３０に接続し、部品点数の削減及び製造の容易化を図っている。
　また、ファイバレーザ装置１では、第２光ファイバ４０の第１部分４１が、接続箇所Ｃ２において第１部分４１の速軸４１Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されており、第２光ファイバ４０の第２部分４２が、接続箇所Ｃ３において第２部分４２の速軸４２Ｘ１と第１部分４１の速軸４１Ｘ１との間の角度θ１が０度又は９０度以外の角度となるように、第１部分４１に接続されている。互いに異なるＭＦＤを有する偏波保持ファイバ同士を互いの速軸間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように接続することは難しく、歩留まりが低下するおそれがある。この点は、互いに異なるＭＦＤを有する偏波保持ファイバ同士を融着により接続する場合に特に顕著となる。これは、速軸間の角度が０度又は９０度以外の角度である場合、応力の対称性が取れない状態で融着する必要があると共に、ドーパント及び構造が異なるため加熱時の変形の仕方が異なるためである。例えば、速軸間の角度が０度又は９０度以外の角度である場合、速軸間の角度が０度又は９０度である場合と比べて成功確率が低く、歩留まりが５０％以下となる。これに対し、ファイバレーザ装置１では、互いに異なるＭＦＤを有する第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０とが、互いの速軸と遅軸とが一致するように（互いの速軸間の角度が９０度となるように）接続される。これにより、第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間の接続を容易化することができ、歩留まりを向上することができる。この歩留まりを向上できるとの作用効果は、本実施形態のように第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０とが融着により接続される場合に、特に顕著となる。なお、接続箇所Ｃ３，Ｃ５のように同一のＭＦＤを有する偏波保持ファイバ同士を接続する場合には、速軸間の角度が０度又は９０度以外の角度であっても成功確率は高く、歩留まりはほぼ１００％となる。
　第３光ファイバ５０の第１部分５１が、接続箇所Ｃ４において第１部分５１の速軸５１Ｘ１が第２部分３２の速軸３２Ｘ１に一致するように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されており、第３光ファイバ５０の第２部分５２が、接続箇所Ｃ５において第２部分５２の速軸５２Ｘ１と第１部分５１の速軸５１Ｘ１との間の角度θ２が０度又は９０度以外の角度となるように、第１部分５１に接続されている。これにより、第１光ファイバ３０と第３光ファイバ５０との間の接続を容易化することができ、歩留まりを一層向上することができる。この歩留まりを向上できるとの作用効果は、本実施形態のように第１光ファイバ３０と第３光ファイバ５０とが融着により接続される場合に、特に顕著となる。
　第２光ファイバ４０の第１部分４１の長さＬ４１が、第３光ファイバ５０の第１部分５１の長さＬ５１と等しい。これにより、第１部分４１及び第１部分５１について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
［実施例］
　図１に示されるファイバレーザ装置１によりモードロック発振を行った。１．５μｍ帯の波長のレーザ光が出力されるようにファイバレーザ装置１を構成した。第１光ファイバ３０のＭＦＤは４．９μｍ程度とした。第１光ファイバ３０の長さは２ｍ程度とした。第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０のＭＦＤは１０．１μｍ程度とした。共振器全体の分散値は、－０．０１４ｐｓ２であった。モードロックの自己開始時の励起パワー（光源１１の出力パワー）は、１０５ｍＷ程度であった。
　周波数分解光ゲート法（ＦＲＯＧ：Frequency-Resolved Optical Gating）により出力光のパルス幅を測定した。図４は、パルス波形及び瞬時波長を示すグラフである。図５は、スペクトル波形及び位相を示すグラフである。図４に示されるように、良好な波形を有する超短パルス波が出力された。パルス幅は１２７ｆｓであった。図５に示されるように、スペクトル幅は３２ｎｍであり、十分なスペクトル幅が得られた。スペクトルの山が形成されている波長領域において位相が低くなっていることから、パルス幅が良好に圧縮されていることが分かる。
　高周波スペクトルアナライザを用いて出力光の周波数スペクトルを測定した。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。図６（ａ）では、横軸の目盛り間隔が１００ｋＨｚであり、図６（ｂ）では、横軸の目盛り間隔が１００ＭＨｚである。両方のグラフにおいて、縦軸の目盛り間隔は１０ｄＢである。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。出力光の繰り返し周波数は４０．６ＭＨｚであった。図６（ａ）に示されるように、出力光の周波数スペクトルのＳ／Ｎ比は７０ｄＢ以上となっていた。図６（ｂ）に示されるように、１ＧＨｚまで帯域を広げてもピークの高さが揃っており、十分な周波数安定性が得られていた。
［第１変形例］
　図７及び図８に示される第１変形例のファイバレーザ装置１Ａでは、モードロック部１５が、第１ブリッジファイバ６０と、第２ブリッジファイバ７０と、を更に備えている。
　第１ブリッジファイバ６０は、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバ３０の第２部分３２と第２光ファイバ４０の第１部分４１との間に接続されている。第１ブリッジファイバ６０の一端は、接続箇所Ｃ６において第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、第２部分３２に接続されている。第１ブリッジファイバ６０の他端は、接続箇所Ｃ７において第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１が第１部分４１の速軸４１Ｘ１に一致するように、第１部分４１に接続されている。第１ブリッジファイバ６０は、例えば融着により、第２部分３２及び第１部分４１に直接に接続されている。
　第２ブリッジファイバ７０は、偏波保持ファイバにより構成され、第１光ファイバ３０の第２部分３２と第３光ファイバ５０の第１部分５１との間に接続されている。第２ブリッジファイバ７０の一端は、接続箇所Ｃ８において第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１が第２部分３２の速軸３２Ｘ１に一致するように、第２部分３２に接続されている。第２ブリッジファイバ７０の他端は、接続箇所Ｃ９において第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１が第１部分５１の速軸５１Ｘ１に一致するように、第１部分５１に接続されている。第２ブリッジファイバ７０は、例えば融着により、第２部分３２及び第１部分５１に直接に接続されている。
　第１ブリッジファイバ６０の長さＬ６０は、第２ブリッジファイバ７０の長さＬ７０と等しい。長さＬ６０，Ｌ７０は、第１ブリッジファイバ６０及び第２ブリッジファイバ７０の延在方向（光の伝搬方向）に沿っての長さである。
　第１ブリッジファイバ６０のＭＦＤは、第１光ファイバ３０のＭＦＤよりも大きく、且つ第２光ファイバ４０のＭＦＤよりも小さい。第２ブリッジファイバ７０のＭＦＤは、第１光ファイバ３０のＭＦＤよりも大きく、且つ第３光ファイバ５０のＭＦＤよりも小さい。第１ブリッジファイバ６０のＭＦＤは、例えば第２ブリッジファイバ７０のＭＦＤと等しい。第１ブリッジファイバ６０及び第２ブリッジファイバ７０のＭＦＤは、例えば４μｍ～５μｍである。
　第１変形例では、アイソレータ１４とモードロック部１５との間に偏波コントローラ９０が設けられている。偏波コントローラ９０は、モードロック部１５に入力される信号光Ｌ２の偏光状態を調整するための機構を有している。偏波コントローラ９０は、例えば、回転可能に保持されたλ／４波長板９０ａ及びλ／２波長板９０ｂを含んで構成されている。図７に示される例では、偏波コントローラ１６と偏光子１７とが１つの要素として一体的に構成されている。偏波コントローラ１６は、λ／２波長板１６ｂのみを含んでいる。
　第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。また、第１変形例では、第１光ファイバ３０のＭＦＤよりも大きく且つ第２光ファイバ４０のＭＦＤよりも小さいＭＦＤを有する第１ブリッジファイバ６０が、第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間に接続されている。これにより、第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間の接続箇所における損失を低減することができる。
　第１光ファイバ３０のＭＦＤよりも大きく且つ第３光ファイバ５０のＭＦＤよりも小さいＭＦＤを有する第２ブリッジファイバ７０が、第１光ファイバ３０と第３光ファイバ５０との間に接続されている。これにより、接続箇所における損失を一層低減することができる。
　第１ブリッジファイバ６０が、接続箇所Ｃ６において第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致するように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されており、第２ブリッジファイバ７０が、接続箇所Ｃ８において第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１が第２部分３２の速軸３２Ｘ１に一致するように、第２部分３２に接続されている。第１ブリッジファイバ６０の長さＬ６０が、第２ブリッジファイバ７０の長さＬ７０と等しい。これにより、第１ブリッジファイバ６０及び第２ブリッジファイバ７０について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
第１変形例は、図９に示されるように構成されてもよい。この例では、接続箇所Ｃ６において第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１が第２部分３２の速軸３２Ｘ１に一致し、接続箇所Ｃ７において第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１が第１部分４１の遅軸４１Ｘ２に一致している。接続箇所Ｃ８において第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１が第２部分３２の遅軸３２Ｘ２に一致し、接続箇所Ｃ９において第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１が第１部分５１の遅軸５１Ｘ２に一致している。この場合でも、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。すなわち、図９のように第１光ファイバ３０が第１部分３１及び第２部分３２を合計で奇数個有する場合（例えば、１つの第１部分３１及び２つの第２部分３２を有する場合）、接続箇所Ｃ６における第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度と、接続箇所Ｃ８における第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度との間の差が９０度であれば、第１ブリッジファイバ６０及び第２ブリッジファイバ７０について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。また、その場合、接続箇所Ｃ７における第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１と第１部分４１の速軸４１Ｘ１との間の角度と、接続箇所Ｃ９における第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１と第１部分５１の速軸５１Ｘ１との間の角度の間の差が０度であれば、第１部分４１及び第１部分５１について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。一方、図９とは異なり、第１光ファイバ３０が第１部分３１及び第２部分３２を合計で偶数個有する場合（例えば、２つの第１部分３１及び２つの第２部分３２を有する場合）、接続箇所Ｃ６における第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度と、接続箇所Ｃ８における第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度との間の差が０度であれば、第１ブリッジファイバ６０及び第２ブリッジファイバ７０について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。その場合にも、接続箇所Ｃ７における第１ブリッジファイバ６０の速軸６０Ｘ１と第１部分４１の速軸４１Ｘ１との間の角度と、接続箇所Ｃ９における第２ブリッジファイバ７０の速軸７０Ｘ１と第１部分５１の速軸５１Ｘ１との間の角度の間の差が０度であれば、第１部分４１及び第１部分５１について、速軸に沿って伝搬する成分と遅軸に沿って伝搬する成分との間の伝搬速度の差を補償することができる。
　第１変形例の実施例について説明する。図７に示されるファイバレーザ装置１Ａによりモードロック発振を行った。１．５μｍ帯の波長のレーザ光が出力されるようにファイバレーザ装置１Ａを構成した。第１光ファイバ３０のＭＦＤは４μｍ程度とした。第１光ファイバ３０の長さは１．５ｍ程度とした。第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０のＭＦＤは１０．１μｍ程度とした。共振器全体の分散値は、－０．０８１ｐｓ２であった。第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０とを融着により直接に接続した場合、接続箇所における損失は０．８ｄＢであった。第１光ファイバ３０と第２光ファイバ４０との間に第１ブリッジファイバ６０を接続した場合、損失は０．４ｄＢであった。このことから、第１ブリッジファイバ６０を設けることによって接続箇所における損失を低減できることが分かる。
　図１０は、スペクトル形状を示すグラフであり、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。図１１（ａ）では、横軸の目盛り間隔が２００ｋＨｚであり、図１１（ｂ）では、横軸の目盛り間隔が１００ＭＨｚである。両方のグラフにおいて、縦軸の目盛り間隔は１０ｄＢである。図１０に示されるように、スペクトル幅は６．９ｎｍであり、十分なスペクトル幅が得られた。図１１（ａ）において、出力光の繰り返し周波数は３６．１ＭＨｚであった。出力光の周波数スペクトルのＳ／Ｎ比は７０ｄＢ以上となっていた。図１１（ｂ）に示されるように、１ＧＨｚまで帯域を広げてもピークの高さが揃っており、十分な周波数安定性が得られていた。
［比較例］
　図１２に示される比較例のファイバレーザ装置１００では、モードロック部１１５が、同一のＭＦＤを有する偏波保持ファイバにより構成された３つのファイバ要素１１５ａからなる。モードロック部１１５の一端には偏波コントローラ１１６が接続され、モードロック部１１５の他端には偏波コントローラ１１７が接続されている。このような比較例のファイバレーザ装置１００を、実施形態のファイバレーザ装置１と同様に、１．５μｍ帯の波長のレーザ光が４０ＭＨｚ程度の繰り返し周波数で出力されるように構成した。ファイバ要素１１５ａのＭＦＤは１０．１μｍ程度とした。モードロック部１１５の総長さは２ｍ程度とした。共振器全体の分散値は、－０．１１０ｐｓ２であった。
　図１３は、スペクトル形状を示すグラフであり、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。図１４（ａ）では、横軸の目盛り間隔が２００ｋＨｚであり、図１４（ｂ）では、横軸の目盛り間隔が１００ＭＨｚである。両方のグラフにおいて、縦軸の目盛り間隔は１０ｄＢである。図１３に示されるように、スペクトル幅は５．８ｎｍであった。図１４（ａ）において、出力光の繰り返し周波数は４０．９ＭＨｚであった。出力光の周波数スペクトルのＳ／Ｎ比は７０ｄＢ以上となっていた。図１４（ｂ）に示されるように、１ＧＨｚまで帯域を広げてもピークの高さが揃っており、十分な周波数安定性が得られていた。
　上述したように、図１に示されるファイバレーザ装置１では、モードロックの自己開始時の励起パワーは１０５ｍＷ程度であった。一方、図１２に示される比較例のファイバレーザ装置１００では、モードロックの自己開始時の励起パワーは２２５ｍＷ程度であった。このように、両者の条件を揃え、ファイバ長さを２ｍとし、繰り返し周波数を４０ＭＨｚ程度とした場合、図１に示されるファイバレーザ装置１では、図１２に示される比較例のファイバレーザ装置１００の約半分の励起パワーで超短パルスレーザを発振させることができた。
［第２変形例］
　図１５に示される第２変形例のファイバレーザ装置１Ｂでは、第１変形例と同様に、アイソレータ１４とモードロック部１５との間に偏波コントローラ９０が設けられている。偏波コントローラ１６と偏光子１７とが１つの要素として一体的に構成されている。第２光ファイバ４０は、第１部分４１のみを有している。第１部分４１の一端は第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されており、第１部分４１の他端は偏波コントローラ９０に接続されている。このような第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。
［モードロック条件］
　図１５に示される構成を用いてモードロックが生じる条件を確認した。偏波コントローラ９０を用いて最も上流側に位置する第２光ファイバ４０（以下、「入口側ファイバ」ともいう）に入力される光の偏光状態を調整すると共に、偏波コントローラ１６を用いて最も下流側に位置する第３光ファイバ５０（以下、「出口側ファイバ」ともいう）の出力端における光の偏光状態を調整しつつ、モードロックが生じる角度領域を確認した。なお、角度領域を分かり易くするために励起パワーを高めて確認しており、実際の動作時には角度がずれる可能性がある。
　図１６は、スペクトル形状を示すグラフであり、図１７は、パルス波形及び瞬時波長を示すグラフである。図１６及び図１７では、入口側ファイバの回転角度（速軸と遅軸との間の角度）を１２度（１９２度）とし、出口側ファイバの回転角度を１００度とした場合の結果が示されている。図１６に示されるように、スペクトル幅は５０ｎｍであった。図１７に示されるように、パルス幅は６３５ｆｓであった。図１７では、横軸の目盛り間隔は２００ｆｓである。
　図１８は、モードロックが生じた角度領域を示す図である。図１８において、縦軸の目盛り間隔は１０度であり、横軸の目盛り間隔は２度である。着色された領域は、当該領域に対応する角度の組み合わせにおいてモードロックが生じたことを示している。図１８から、入口側ファイバの回転角度に９０度を加算した角度と出口側ファイバの回転角度とが等しくなる角度領域の近傍に、モードロックが生じる領域が存在していることが分かる。このような実験結果に基づいて、入口側ファイバ及び出口側ファイバの回転角度を設定することができる。また、当該実験結果を用いることで、上述した接続箇所Ｃ３，Ｃ４における角度θ１，θ２をモードロックが生じるように設定することができる。
［第３変形例］
　図１９に示される第３変形例のファイバレーザ装置１Ｃは、１．０μｍ帯の波長のレーザ光が出力されるように構成されている。第１光ファイバ３０のＭＦＤは３．５μｍ程度とした。第１光ファイバ３０の長さは６ｍ程度とした。第２光ファイバ４０及び第３光ファイバ５０のＭＦＤは６．９μｍ程度とした。共振器全体の分散値は、０．３０４ｐｓ２であった。ファイバレーザ装置１Ｃでは、ＡＳＥフィルタ１９に代えて、バンドパスフィルタＢＦが設けられている。１．０μｍ帯のレーザ光を出力する場合、分散値が正常分散となりパルスが広がり続けてしまうため、バンドパスフィルタＢＦによりパルスの広がりを制限する必要がある。このような第３変形例によっても、上記実施形態と同様に、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。
　図２０は、スペクトル形状を示すグラフであり、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、周波数スペクトルを示すグラフである。図２０に示されるように、スペクトル幅は１０．９ｎｍであり、十分なスペクトル幅が得られた。図２１（ａ）において、出力光の繰り返し周波数は１９．９ＭＨｚであった。出力光の周波数スペクトルのＳ／Ｎ比は７０ｄＢ以上となっていた。図２１（ｂ）に示されるように、１ＧＨｚまで帯域を広げてもピークの高さが揃っており、十分な周波数安定性が得られていた。
　本開示は、上述した実施形態及び変形例に限られない。上記実施形態において、第２光ファイバ４０が第２部分４２のみを有し、第２部分４２が、第２部分４２の速軸４２Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度が０度又は９０度以外の角度θ１となるように、第１光ファイバ３０の第２部分３２に接続されていてもよい。同様に、第３光ファイバ５０が第２部分５２のみを有し、第２部分５２が、第２部分５２の速軸５２Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度が０度又は９０度以外の角度θ２となるように、第２部分３２に接続されていてもよい。
　上記実施形態では、接続箇所Ｃ２における第１部分４１の速軸４１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度（第１角度）が９０度であり、接続箇所Ｃ４における第１部分５１の速軸５１Ｘ１と第２部分３２の速軸３２Ｘ１との間の角度（第２角度）が０度であったが、これとは逆に、第１角度が０度であり、第２角度が９０度であってもよい。すなわち、第１角度と第２角度とが９０度異なっていればよい。この場合でも、上記実施形態と同様に、良好な波形の光を出力することができると共に、高繰り返し化及び低励起パワー化を図ることができる。換言すれば、上記実施形態では、第２光ファイバ４０を第３光ファイバとみなし、第３光ファイバ５０を第２光ファイバとみなすこともできる。同様に、第１変形例では、第２光ファイバ４０を第３光ファイバとみなし、第３光ファイバ５０を第２光ファイバとみなし、第１ブリッジファイバ６０を第２ブリッジファイバとみなし、第２ブリッジファイバ７０を第１ブリッジファイバとみなすこともできる。
　第１光ファイバ３０は、２つ以上の第１部分３１を有していてもよい。この場合、複数の第１部分３１及び複数の第２部分３２が互い違いに（交互に）配置される。この場合にも、隣り合う第１部分３１と第２部分３２とは、接続箇所において第２部分３２の速軸３２Ｘ１が第１部分３１の遅軸３１Ｘ２に一致するように、互いに接続される。第１光ファイバ３０が２つ以上の第１部分３１を有する場合、第１部分３１の総長さＬ３１は、各第１部分３１の長さを足し合わせた長さである。第１光ファイバ３０は、３つ以上の第２部分３２を有していてもよい。
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…ファイバレーザ装置、１１…光源、３０…第１光ファイバ、３１…第１部分、３２…第２部分、４０…第２光ファイバ、４１…第１部分、４２…第２部分、５０…第３光ファイバ、５１…第１部分、５２…第２部分、６０…第１ブリッジファイバ、７０…第２ブリッジファイバ、Ｌ１…励起光、３１Ｘ１，３２Ｘ１，４１Ｘ１，４２Ｘ１，５１Ｘ１，５２Ｘ１，６０Ｘ１，７０Ｘ１，Ｘ１…速軸，３２Ｘ２，Ｘ２…遅軸、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ６，Ｃ８…接続箇所、θ１，θ２…角度。

Claims (13)

  1. 　偏波保持ファイバにより構成された第１光ファイバと、
    　偏波保持ファイバにより構成され、前記第１光ファイバの一端に接続された第２光ファイバと、
    　偏波保持ファイバにより構成され、前記第１光ファイバの他端に接続された第３光ファイバと、を備え、
    　前記第１光ファイバは、少なくとも１つの第１部分と、前記第１部分と互い違いに配置された少なくとも２つの第２部分と、を有し、
    　隣り合う前記第１部分と前記第２部分とは、接続箇所において前記第１部分の速軸が前記第２部分の遅軸に一致するように、互いに接続されており、
    　前記第１部分の総長さは、前記第２部分の総長さと等しく、
    　前記第１光ファイバのモードフィールド径は、前記第２光ファイバのモードフィールド径及び前記第３光ファイバのモードフィールド径の各々よりも小さい、ファイバレーザ装置。
  2. 　前記第２光ファイバ及び前記第３光ファイバの少なくとも一方は、融着により前記第１光ファイバに接続されている、請求項１に記載のファイバレーザ装置。
  3. 　前記第２光ファイバは、第１部分と、第２部分と、を有し、
    　前記第２光ファイバの前記第１部分は、接続箇所において前記第２光ファイバの前記第１部分の速軸が前記第１光ファイバの遅軸に一致するように、前記第１光ファイバの前記一端に接続されており、
    　前記第２光ファイバの前記第２部分は、接続箇所において前記第２光ファイバの前記第２部分の速軸と前記第２光ファイバの前記第１部分の速軸との間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように、前記第２光ファイバの前記第１部分に接続されている、請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
  4. 　前記第３光ファイバは、第１部分と、第２部分と、を有し、
    　前記第３光ファイバの前記第１部分は、接続箇所において前記第３光ファイバの前記第１部分の速軸が前記第１光ファイバの速軸に一致するように、前記第１光ファイバの前記他端に接続されており、
    　前記第３光ファイバの前記第２部分は、接続箇所において前記第３光ファイバの前記第２部分の速軸と前記第３光ファイバの前記第１部分の速軸との間の角度が０度又は９０度以外の角度となるように、前記第３光ファイバの前記第１部分に接続されている、請求項３に記載のファイバレーザ装置。
  5. 　前記第２光ファイバの前記第１部分の長さは、前記第３光ファイバの前記第１部分の長さと等しい、請求項４に記載のファイバレーザ装置。
  6. 　前記第２光ファイバは、第１部分を有し、
    　前記第２光ファイバの前記第１部分は、接続箇所において前記第２光ファイバの前記第１部分の速軸が前記第１光ファイバの遅軸に一致するように、前記第１光ファイバの前記一端に接続されており、
    　前記第３光ファイバは、第１部分を有し、
    　前記第３光ファイバの前記第１部分は、接続箇所において前記第３光ファイバの前記第１部分の速軸が前記第１光ファイバの速軸に一致するように、前記第１光ファイバの前記他端に接続されており、
    　前記第２光ファイバの前記第１部分の長さは、前記第３光ファイバの前記第１部分の長さと等しい、請求項１又は２に記載のファイバレーザ装置。
  7. 　偏波保持ファイバにより構成され、前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの間に接続された第１ブリッジファイバを更に備え、
    　前記第１ブリッジファイバのモードフィールド径は、前記第１光ファイバのモードフィールド径よりも大きく、且つ前記第２光ファイバのモードフィールド径よりも小さい、請求項１に記載のファイバレーザ装置。
  8. 　偏波保持ファイバにより構成され、前記第１光ファイバと前記第３光ファイバとの間に接続された第２ブリッジファイバを更に備え、
    　前記第２ブリッジファイバのモードフィールド径は、前記第１光ファイバのモードフィールド径よりも大きく、且つ前記第３光ファイバのモードフィールド径よりも小さい、請求項７に記載のファイバレーザ装置。
  9. 　前記第１光ファイバは、前記第１部分及び前記第２部分を合計で偶数個有し、
    　接続箇所における前記第１ブリッジファイバの速軸と前記第１光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における前記第２ブリッジファイバの速軸と前記第１光ファイバの速軸との間の角度との差が９０度である、請求項８に記載のファイバレーザ装置。
  10. 　前記第１光ファイバは、前記第１部分及び前記第２部分を合計で奇数個有し、
    　接続箇所における前記第１ブリッジファイバの速軸と前記第１光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における前記第２ブリッジファイバの速軸と前記第１光ファイバの速軸との間の角度との差が０度である、請求項８に記載のファイバレーザ装置。
  11. 　接続箇所における前記第１ブリッジファイバの速軸と前記第２光ファイバの速軸との間の角度と、接続箇所における前記第２ブリッジファイバの速軸と前記第３光ファイバの速軸との間の角度との差が０度である、請求項９又は１０に記載のファイバレーザ装置。
  12. 　前記第１ブリッジファイバの長さは、前記第２ブリッジファイバの長さと等しい、請求項８～１１のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
  13. 　励起光を出力する光源と、
    　前記励起光を吸収し、レーザ光を放出する光ファイバと、を更に備え、
    　前記レーザ光は、前記第１光ファイバ、前記第２光ファイバ及び前記第３光ファイバによって導光される、請求項１～１２のいずれか一項に記載のファイバレーザ装置。
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