JP3331554B2 - レーザパルス発振器 - Google Patents
レーザパルス発振器Info
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Description
テムを構築するために必要となる、高繰り返し光パルス
を安定に発生するレーザパルス発振器に関するものであ
る。
イバレーザにより、高繰り返し光パルスを発生させる研
究が盛んに行なわれている。
示すものである。図1において、1は希土類元素を添加
した光ファイバ(以下、希土類添加光ファイバと称
す。)、2は希土類添加光ファイバ1を励起するための
励起光源、3は励起光を希土類添加光ファイバ1に結合
させる光結合器、4はレーザ出力を取り出す光分岐器、
5は光の進行方向を一方向に限定する光アイソレータ、
6は光変調器、7は光フィルタ、8はシンセサイザ、9
は電気信号の増幅器である。
ルスは次のようにして発生する。希土類添加光ファイバ
1を光結合器3を通して励起光源2で励起すると、光フ
ィルタ7の透過帯域内で光アイソレータ5の順方向に連
続光の発振が起こる。次に、シンセサイザ8から出力さ
れる電気信号を増幅器9を通して光変調器6に印加す
る。
率をn、光速をcとしたとき、共振器長で決まる周波数
f0 =c/nLで変調を加えると、基本波でのモード同
期が実現され、安定な光パルス列が発生できる。
共振器長で決まる基本周波数のq倍、qf0 =qc/n
L(qは整数)に設定すると、基本波のq倍の周波数で
発振する高調波の強制モード同期が実現できる。即ち、
レーザの共振器内にq個の光パルスが等間隔に作られ、
高次の変調周波数に一致した繰り返しをもつ光パルス列
が発生する。この光パルス列は、光分岐器4を通して出
力される。
とき、共振器長で決まる基本周波数は10MHzである
が、変調周波数を、q=1000とし、10GHzに設
定すると、10GHzの繰り返しをもつ光パルス列が発
生できる。
ード同期レーザパルス発振器においては、共振器長で決
まる基本周波数f0 (縦モード)のq倍で変調をかけて
いるため、モード間隔がqf0 づつ離れた縦モード間の
位相が固定されることになる。
れた縦モードの組合わせはq通り存在し、互いに独立し
たスーパモードを形成する。q=3としたときのスーパ
モードの例を図2に示す。
が並んでおり、q=3で変調をかけたとき、3個おきに
位相が固定されている縦モードの組が存在する。実線で
示した縦モードの組(ω1 ,ω4 ,ω7 ,……
ω3k+1)、点線で示した縦モードの組(ω2 ,ω5 ,ω
8 ,……ω3k+2)、及び一点斜線で示した縦モードの組
(ω3,ω6 ,ω9 ,……ω3k+3)がスーパモードとな
る。
モードの数は光フィルタの帯域によって制限される。こ
れらのスーパモードは個々に発振し、スーパモード間で
互いに競合する。このとき、ある1つのスーパモードが
他のスーパモードを完全に抑えて1つだけで発振すれ
ば、共振器内にエネルギが等しいq個のパルスが等間隔
でつくられ、安定な高調波モード同期が実現される。し
かしながら、いくつかのスーパモードが同時に発振すれ
ばパルス間にエネルギの変動が起こり、パルスは不安定
になり、スーパモード雑音となる。
zとし、従来のレーザパルス発振器で高調波モード同期
を行なった場合のスーパモード雑音の発生の様子を図3
に示す。図3は電気スペクトルであり、強度が最も強い
10GHzの成分以外に、縦モード間隔で弱いスペクト
ル成分が並んでいる。この状態では個々のパルスのエネ
ルギは固定されておらず、パルスとパルスとの間にエネ
ルギのばらつきが存在している。
パルス発振器では、高繰り返しの光パルスは発生するも
のの、スーパモード雑音を制御する手段がないため、個
々のパルスのエネルギが一定である安定な光パルス列を
発生させることが困難であった。
定に発生することのできるレーザパルス発振器を提供す
ることにある。
め、本発明では、レーザの共振器長で決まる基本周波数
の高次の整数倍に相当する周波数でレーザの共振器内に
設置された光変調器を駆動して高調波モード同期による
光パルスの発振を行うレーザパルス発振器において、共
振器内に、自己位相変調効果による非線形な位相変化を
発生させる手段と、光パルスのスペクトル幅を制限する
帯域制限手段とを設けた。
パルスは自己位相変調効果によって非線形な位相変化が
与えられ、スペクトル幅が広がるが、この広がったスペ
クトル幅が帯域制限手段によって削られるため、共振器
内の利得より大きな損失を受けてエネルギが減少する。
一方、ピーク強度の小さい光パルスは自己位相変調効果
によって与えられる非線形な位相変化量が小さく、スペ
クトル幅の広がりも少ないため、帯域制限手段によって
削られるスペクトル幅も少なく、低損失で帯域制限手段
を通過するため、共振器内の利得より小さい損失を受
け、エネルギが増加する。その結果、個々の光パルスに
はピーク強度に依存した損失が与えられてエネルギが一
定となり、スーパモード雑音が完全に抑制される。
は、共振器外部のシンセサイザで発生した正弦波信号、
またはレーザ出力の一部から抽出した正弦波のクロック
信号を用いることができる。
としては、光パルスにπ/30程度以上の非線形な位相
変化量を与え得る長さの光ファイバを用いることができ
る。また、この光ファイバとして、石英系の光ファイバ
より非線形屈折率の大きな材料からなる光ファイバを用
いれば、共振器長をより短くできる。
細に説明する。
の実施の形態を示すもので、図中、従来例と同一構成部
分は同一符号をもって表す。即ち、1は希土類添加光フ
ァイバ、2は励起光源、3は光結合器、4は光分岐器、
5は光アイソレータ、6は光変調器、7は光フィルタ、
8はシンセサイザ、9は増幅器、10は光ファイバであ
る。
してエルビウム添加光ファイバを用いると、レーザの発
振波長は1.5μm帯となる。励起光源2としては、半
導体レーザを用いることができる。光変調器6として
は、例えばニオブ酸リチウム製のマッハツェンダ型強度
変調器、電界吸収型変調器、半導体レーザ変調器などを
用いることができる。
類添加光ファイバ1を光結合器3を通して励起光源2で
励起すると、光フィルタ7の透過帯域内で光アイソレー
タ5の順方向に連続光の発振が起こる。次に、シンセサ
イザ8から出力されるqf0の変調周波数を増幅器9を
通して光変調器6に印加すると、高調波モード同期によ
り繰り返しqf0 の光パルス列が作られる。
のピーク強度が強くなれば、光ファイバ10中で非線形
光学効果が誘起され、特に自己位相変調効果は入射する
光強度に比例して容易に発生する。自己位相変調効果に
よる非線形な位相変化量φNLは、 φNL=2πn2 PLeff /λAeff ……(1) で与えられる(G.P.Agrawal “Nonlinear Fiber Optic
s”Academic Press,1989参照)。ここで、n2 は光フ
ァイバ10の非線形屈折率、Pは共振器内の光パルスの
ピーク強度、Leff は光ファイバ10の有効長、λは波
長、Aeff は光ファイバ10の有効断面積である。
は次のようにして求める。即ち、光分岐器4から取り出
されるレーザ出力の平均強度PAVとパルス幅τを測定す
れば、光パルスの繰り返しをfとした時の光パルスのピ
ーク強度はPAV/(τf)で与えられるから、これに光
分岐器4の分岐率の逆数を掛ければ、共振器内の光パル
スのピーク強度Pが得られる。また、Leff はαを光フ
ァイバ10の損失とすると、Leff =(1−e -αL )
/αで与えられる。
10の損失が小さい場合、ピーク強度が強く、光ファイ
バ10の有効長が長いほどφNL、即ち非線形性は大きく
なる。自己位相変調効果が起こると、光パルスは周波数
変調(チャープ)を受け、スペクトルが広がる。
ィルタとの組み合わせによるスーパモード雑音の抑制に
ついて説明するが、ここでは強度変調によって光パルス
列が形成された後の状況を考える。
自己位相変調効果によりスペクトルが広がるが、帯域が
固定されている狭帯域光フィルタ(バンドパスフィル
タ)を通過するときスペクトルの両端がけずられ、より
大きな損失を受ける。その結果、共振器内の利得は一定
であるので、その光パルスのエネルギは減少する。
ると、自己位相変調効果によるスペクトルの広がりが小
さくなり、スペクトルの裾野がより低い損失で光フィル
タを通過できる。その結果、その光パルスのエネルギは
増加する。
失を共振器内で受け、あるピーク強度より強度が小さい
とエネルギが増加し、あるピーク強度より強度が大きい
とエネルギが減少する。この作用により光パルスはある
ピーク強度でエネルギが固定される。
相変調効果がフェムト秒で起こるため、超高速な反応速
度をもち、数10GHzの高繰り返しの個々の光パルス
に十分応答できる。従って、自己位相変調効果による非
線形性と帯域通過型光フィルタを組み合わせることによ
って、個々のパルスのエネルギは常に一定になり、スー
パモード雑音が完全に抑制される。
NLがπ/100と小さいため、自己位相変調効果が十分
に得られず、個々の光パルスのエネルギを一定にする作
用が働かないため、図3に示したようなスーパモード雑
音が発生していた。本発明のレーザ発振器においてはL
=200mの光ファイバ10を用い、φNLがπ/10に
なる程度に十分に自己位相変調効果を起こさせると、自
己位相変調効果による非線形性と光フィルタの組み合わ
せにより、個々の光パルスのエネルギが均等になり、ス
ーパモード雑音が完全に抑制される。そのようすを図5
に示す。
己位相変調効果による非線形性はπ/30以上である。
光ファイバ10として石英系の光ファイバを使用する場
合、10GHzの繰り返しでパルス幅7psの光パルス
列を安定に発生させるには、実用的な励起光源の光ファ
イバに結合する光強度を考慮すると、共振器長を40m
以上にする必要がある。
大きな材料として、例えばカルコゲナイドファイバを用
いると、自己位相変調効果による非線形性が起こりやす
いため、共振器長を短くできる。
の実施の形態を示すもので、図中、第1の実施の形態と
同一構成部分は同一符号をもって表す。即ち、1は希土
類添加光ファイバ、2は励起光源、3は光結合器、4,
11は光分岐器、5は光アイソレータ、6は光変調器、
7は光フィルタ、9は増幅器、10は光ファイバ、12
はクロック抽出器、13は移相器である。
し、さらに光分岐器11で分け、その一部を受光素子、
電気信号の狭帯域フィルタ及び電気信号の増幅器からな
るクロック抽出器12に入力する。次に、クロック抽出
器12によってレーザ出力から特定の周波数の正弦波の
クロック信号を抜き出し、移相器13で位相を調整し、
増幅器9でクロック信号を増幅した後、光変調器6に印
加する。共振器内ではクロック信号に同期した周波数で
光が強度変調されるが、もともとこの光は共振器内で放
出された信号なのでいつも最適に変調されることにな
る。
いる場合を考える。基本周波数の整数倍に一致しない1
0GHz付近のクロック信号は、安定なパルス列を発生
できないため、クロック抽出過程において消滅するが、
基本周波数の整数倍に一致したクロック信号は、変調周
波数と光パルスの繰り返しが完全に一致するため、安定
なパルス発振が徐々に強められる。これが繰り返される
と、最初は雑音的であつた、基本周波数の整数倍に一致
したある1つの10GHz付近のクロック信号で光変調
器6を駆動するようになり、10GHzの高調波モード
同期が達成される。
器長が変化し、光パルスの繰り返しが変化しても、光パ
ルスの繰り返しに同期したクロック信号で変調を行なう
ため、変調周波数と光パルスの繰り返しの間にずれが生
じない。従って、温度変動によって光パルスの波形が劣
化することなく、長時間に亘って安定にパルス発振が継
続する特長がある。
自己位相変調効果と帯域通過型光フィルタを組み合わせ
て用いたことにより、第1の実施の形態の場合と同じよ
うに、個々の光パルスのエネルギが均等化され、スーパ
モード雑音が完全に抑制できる。
高調波モード同期レーザパルス発振器において、自己位
相変調効果を発生させる手段と帯域制限手段との組み合
わせによって作り出される光強度に依存した超高速で応
答する損失を個々の光パルスに与えることができ、これ
によって個々の光パルスのエネルギを均等にでき、スー
パモード雑音を完全に抑制して安定な高繰り返し光パル
ス列を発生することができる。
の一例を示す図
態を示す構成図
ルの一例を示す説明図
態を示す図
器、4,11…光分岐器、5…光アイソレータ、6…光
変調器、7…光フィルタ、8…シンセサイザ、9…増幅
器、10…光ファイバ、12…クロック抽出器、13…
移相器。
Claims (3)
- 【請求項1】 レーザの共振器長で決まる基本周波数の
高次の整数倍に相当する周波数でレーザの共振器内に設
置された光変調器を駆動して高調波モード同期による光
パルスの発振を行うレーザパルス発振器において、 共振器内に、 自己位相変調効果による非線形な位相変化を発生させる
手段と、 光パルスのスペクトル幅を制限する帯域制限手段とを設
けたレーザパルス発振器であって、 自己位相変調効果を発生させる手段として、光パルスに
非線形な位相変化量を与える光ファイバで、かつ石英系
の光ファイバより非線形屈折率の大きな材料からなる光
ファイバを用いたことを特徴とするレーザパルス発振
器。 - 【請求項2】 光変調器を駆動する変調信号として、共
振器外部のシンセサイザで発生した正弦波信号を用いた
ことを特徴とする請求項1記載のレーザパルス発振器。 - 【請求項3】 光変調器を駆動する変調信号として、レ
ーザ出力の一部から抽出した正弦波のクロック信号を用
いたことを特徴とする請求項1記載のレーザパルス発振
器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02545296A JP3331554B2 (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | レーザパルス発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02545296A JP3331554B2 (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | レーザパルス発振器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09219550A JPH09219550A (ja) | 1997-08-19 |
JP3331554B2 true JP3331554B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=12166425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP02545296A Expired - Lifetime JP3331554B2 (ja) | 1996-02-13 | 1996-02-13 | レーザパルス発振器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3331554B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1790997B1 (en) * | 2004-09-15 | 2014-01-15 | Mitsubishi Electric Corporation | Lightwave radar apparatus |
KR101317957B1 (ko) * | 2011-11-16 | 2013-10-16 | 한국과학기술원 | 펄스형 광섬유 레이저 |
CN104833422A (zh) * | 2014-02-10 | 2015-08-12 | 杭州轻通博科自动化技术有限公司 | 色度仪及其信号接收装置 |
JP6711600B2 (ja) * | 2015-12-09 | 2020-06-17 | キヤノン株式会社 | 光源装置及び情報取得装置 |
-
1996
- 1996-02-13 JP JP02545296A patent/JP3331554B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Nakazawa,M.et al.,Electronics Letters,1994年 9月15日,Vol.30 No.19,pp.1603 −1605. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09219550A (ja) | 1997-08-19 |
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