JPH0864893A - 受動型調和分割モードロックレーザー - Google Patents
受動型調和分割モードロックレーザーInfo
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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- H01S3/1106—Mode locking
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- H01S3/1115—Passive mode locking using intracavity saturable absorbers
- H01S3/1118—Semiconductor saturable absorbers, e.g. semiconductor saturable absorber mirrors [SESAMs]; Solid-state saturable absorbers, e.g. carbon nanotube [CNT] based
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- H01S2301/085—Generation of pulses with special temporal shape or frequency spectrum solitons
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Abstract
(57)【要約】
【目的】受動型調和分割モードロックレーザーにおい
て、付加キャビティを用いた場合のような不安定さを排
除し、安定したモードロックを達成することを課題とす
る。 【構成】本発明は、受動型調和分割モードロックレーザ
ー１００において、レーザーエネルギーを発生するため
のレーザーエネルギー発生手段と、前記レーザーエネル
ギー発生手段に接続された調和分割キャビティ２００
と、前記レーザーエネルギーを前記キャビティ２００内
に注入するためのポンピング手段３００と、前記キャビ
ティ内でエネルギーを増幅する利得媒体２０２と、前記
利得媒体２０２を通りぬける縦軸２０４上に設けられた
エネルギー反射手段２０６と、前記光軸上に設けられ、
前記縦軸を第二の距離Ｌ、および、第二の距離Ｌよりも
長い第一の距離ｎＬに分割し、受動型モードロックを発
生させる飽和吸収体４００と、前記キャビティ内に発生
したレーザーエネルギーを出力するための出力手段２１
６とを含むものである。
て、付加キャビティを用いた場合のような不安定さを排
除し、安定したモードロックを達成することを課題とす
る。 【構成】本発明は、受動型調和分割モードロックレーザ
ー１００において、レーザーエネルギーを発生するため
のレーザーエネルギー発生手段と、前記レーザーエネル
ギー発生手段に接続された調和分割キャビティ２００
と、前記レーザーエネルギーを前記キャビティ２００内
に注入するためのポンピング手段３００と、前記キャビ
ティ内でエネルギーを増幅する利得媒体２０２と、前記
利得媒体２０２を通りぬける縦軸２０４上に設けられた
エネルギー反射手段２０６と、前記光軸上に設けられ、
前記縦軸を第二の距離Ｌ、および、第二の距離Ｌよりも
長い第一の距離ｎＬに分割し、受動型モードロックを発
生させる飽和吸収体４００と、前記キャビティ内に発生
したレーザーエネルギーを出力するための出力手段２１
６とを含むものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーザーエネルギー発生
のための装置と方法に関係するものであり、特に超短パ
ルスの供給が可能な受動型モードロックレーザーに関連
するものである。
のための装置と方法に関係するものであり、特に超短パ
ルスの供給が可能な受動型モードロックレーザーに関連
するものである。
【０００２】
【従来の技術】レーザー技術の分野において、従来より
能動型モードロックレーザーと受動型モードロックレー
ザーが知られている。しかし、従来の受動型モードロッ
クレーザーでは低反復率（Repetition Rate ）の動作し
か期待できなかったので、超高速ビット率が望まれる通
信などの用途においては、超短パルスを得るために能動
型モードロックレーザーが使用されている。
能動型モードロックレーザーと受動型モードロックレー
ザーが知られている。しかし、従来の受動型モードロッ
クレーザーでは低反復率（Repetition Rate ）の動作し
か期待できなかったので、超高速ビット率が望まれる通
信などの用途においては、超短パルスを得るために能動
型モードロックレーザーが使用されている。
【０００３】受動型モードロックレーザー、特に受動型
モードロック・ファイバーレーザーは低反復率での動作
しか達成できなかった。その理由は、希土類元素をドー
ピングさせたファイバーが低利得の断面積であるため、
および、高いドーピングレベルでの交差緩和（Cross Re
laxations ）により生じるファイバーのエネルギー損失
傾向のためである。この結果、典型的なファイバーの長
さはエルビウム（Erbium）イオンを用いた場合１メート
ル程度よりも短くできない。ネオジミウム（Neodymium
）ファイバならば１メートル以下の長さにすることも
可能だが、そのようなファイバーの長さは製造・処理過
程で実用的でないために一般的ではない。
モードロック・ファイバーレーザーは低反復率での動作
しか達成できなかった。その理由は、希土類元素をドー
ピングさせたファイバーが低利得の断面積であるため、
および、高いドーピングレベルでの交差緩和（Cross Re
laxations ）により生じるファイバーのエネルギー損失
傾向のためである。この結果、典型的なファイバーの長
さはエルビウム（Erbium）イオンを用いた場合１メート
ル程度よりも短くできない。ネオジミウム（Neodymium
）ファイバならば１メートル以下の長さにすることも
可能だが、そのようなファイバーの長さは製造・処理過
程で実用的でないために一般的ではない。
【０００４】この結果、受動型モードロックファイバー
レーザーのキャビティにおける基本周波数は通常１００
メガヘルツ程度に制限されている。受動型モードロック
・ファイバーレーザーのキャビティに付加キャビティを
補足することによって高反復率を得ることができるが、
これでは様々なキャビティ間の位相変動に敏感なレーザ
ーになってしまい、安定な動作が期待できなくなる。
レーザーのキャビティにおける基本周波数は通常１００
メガヘルツ程度に制限されている。受動型モードロック
・ファイバーレーザーのキャビティに付加キャビティを
補足することによって高反復率を得ることができるが、
これでは様々なキャビティ間の位相変動に敏感なレーザ
ーになってしまい、安定な動作が期待できなくなる。
【０００５】この結果、現在では能動型変調技術を用い
てより高い調和モードロックを達成する能動型モードロ
ックファイバーレーザーの開発が注目されている。この
ような能動型変調技術は位相変動の影響を受けにくく、
数ギガヘルツ（Several GHz）程度の反復率で比較的安
定したパルストレインを発生できる。より高い調和モー
ドロックを達成するためには能動型モードロックレーザ
ーが適しているが、その場合、電子回路などを用いた能
動型の変調が必要になる。このような背景から、能動型
の変調を必要とせず、より高い調和モードロックを達成
できる受動型モードロックレーザーの開発が望まれてい
る。受動型モードロック技術では変調用の電子回路が不
要なので、低コストで効率的なレーザーが提供できる。
てより高い調和モードロックを達成する能動型モードロ
ックファイバーレーザーの開発が注目されている。この
ような能動型変調技術は位相変動の影響を受けにくく、
数ギガヘルツ（Several GHz）程度の反復率で比較的安
定したパルストレインを発生できる。より高い調和モー
ドロックを達成するためには能動型モードロックレーザ
ーが適しているが、その場合、電子回路などを用いた能
動型の変調が必要になる。このような背景から、能動型
の変調を必要とせず、より高い調和モードロックを達成
できる受動型モードロックレーザーの開発が望まれてい
る。受動型モードロック技術では変調用の電子回路が不
要なので、低コストで効率的なレーザーが提供できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、受動型調和
分割モードロックレーザーにおいて、付加キャビティを
用いた場合のような不安定さを排除し、安定したモード
ロックを達成することを課題とする。
分割モードロックレーザーにおいて、付加キャビティを
用いた場合のような不安定さを排除し、安定したモード
ロックを達成することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本第１発明は、受動型調
和分割モードロックレーザーにおいて、レーザーエネル
ギーを発生するためのレーザーエネルギー発生手段と、
前記レーザーエネルギー発生手段に接続された調和分割
キャビティと、前記レーザーエネルギーを前記キャビテ
ィ内に注入するためのポンピング手段と、前記キャビテ
ィ内でエネルギーを増幅する利得媒体と、前記利得媒体
を通りぬける縦軸上に設けられたエネルギー反射手段
と、前記光軸上に設けられ、前記縦軸を第二の距離、お
よび、第二の距離よりも長い第一の距離に分割し、受動
型モードロックを発生させる飽和吸収体と、前記キャビ
ティ内に発生したレーザーエネルギーを出力するための
出力手段とを含むものである。
和分割モードロックレーザーにおいて、レーザーエネル
ギーを発生するためのレーザーエネルギー発生手段と、
前記レーザーエネルギー発生手段に接続された調和分割
キャビティと、前記レーザーエネルギーを前記キャビテ
ィ内に注入するためのポンピング手段と、前記キャビテ
ィ内でエネルギーを増幅する利得媒体と、前記利得媒体
を通りぬける縦軸上に設けられたエネルギー反射手段
と、前記光軸上に設けられ、前記縦軸を第二の距離、お
よび、第二の距離よりも長い第一の距離に分割し、受動
型モードロックを発生させる飽和吸収体と、前記キャビ
ティ内に発生したレーザーエネルギーを出力するための
出力手段とを含むものである。
【０００８】本第２発明は、受動型調和分割モードロッ
クレーザーにおいて、飽和吸収体により第一、第二の距
離に調和区分されたキャビティを有し、レーザーエネル
ギーを発生させるエネルギー発生手段と、前記エネルギ
ー発生手段が発生したレーザーエネルギーを前記キャビ
ティに注入するための注入手段とを含み、前記第一の距
離が前記第二の距離よりも長いものである。
クレーザーにおいて、飽和吸収体により第一、第二の距
離に調和区分されたキャビティを有し、レーザーエネル
ギーを発生させるエネルギー発生手段と、前記エネルギ
ー発生手段が発生したレーザーエネルギーを前記キャビ
ティに注入するための注入手段とを含み、前記第一の距
離が前記第二の距離よりも長いものである。
【０００９】
【作用】飽和吸収体は入射するレーザーエネルギーのレ
ベルが高い時にはレーザーエネルギーを通過させるが、
入射するレーザーエネルギーのレベルが低い時にはレー
ザーエネルギーの通過を阻む特性を有する。第１および
第２発明では、利得媒体から第二キャビティミラーに向
かって移動する複数のパルスと第二キャビティミラーか
ら利得媒体に向かって移動する複数のパルスが飽和吸収
体内で衝突し、飽和吸収体に入射するエネルギーが高く
なった時にのみパルスが飽和吸収体を通過し得る。キャ
ビティ内の飽和吸収体の位置において常時パルスが衝突
するモードでのみパルスが飽和吸収体を通過し得るの
で、安定したモードロックが得られる。
ベルが高い時にはレーザーエネルギーを通過させるが、
入射するレーザーエネルギーのレベルが低い時にはレー
ザーエネルギーの通過を阻む特性を有する。第１および
第２発明では、利得媒体から第二キャビティミラーに向
かって移動する複数のパルスと第二キャビティミラーか
ら利得媒体に向かって移動する複数のパルスが飽和吸収
体内で衝突し、飽和吸収体に入射するエネルギーが高く
なった時にのみパルスが飽和吸収体を通過し得る。キャ
ビティ内の飽和吸収体の位置において常時パルスが衝突
するモードでのみパルスが飽和吸収体を通過し得るの
で、安定したモードロックが得られる。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、位相変化に敏感な、い
かなる付加キャビティをも用いることなく、安定した受
動型モードロックが得られる。また、本発明では変調の
ための電子回路を用いることなく、高い反復率で安定し
たパルストレインが発生できる。
かなる付加キャビティをも用いることなく、安定した受
動型モードロックが得られる。また、本発明では変調の
ための電子回路を用いることなく、高い反復率で安定し
たパルストレインが発生できる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の実施例の基本構成を示すブロ
ック図である。受動型モードロックレーザー１００はレ
ーザーキャビティ２００として設計されたレーザーエネ
ルギー発生手段を含む。本発明の特徴として、レーザー
エネルギー発生手段は、例えばFabry-Perot キャビティ
のような調和分割キャビティである。受動型モードロッ
クレーザー１００はさらにレーザーエネルギーをレーザ
ーキャビティー２００に注入するためのポンピング手段
３００を含んでいる。
ック図である。受動型モードロックレーザー１００はレ
ーザーキャビティ２００として設計されたレーザーエネ
ルギー発生手段を含む。本発明の特徴として、レーザー
エネルギー発生手段は、例えばFabry-Perot キャビティ
のような調和分割キャビティである。受動型モードロッ
クレーザー１００はさらにレーザーエネルギーをレーザ
ーキャビティー２００に注入するためのポンピング手段
３００を含んでいる。
【００１２】図１の実施例に示されているように、調和
分割されたキャビティ２００は、キャビティ２００の中
にエネルギーを増幅するための利得媒体２０２を含む。
利得媒体２０２は、軽い増幅作用がある（すなわち、利
得がある）いかなる希土ドープファイバーとなりうる。
理解を容易にするため、以後は利得媒体２０２としてエ
ルビウムイオンでドーピングされたファイバーを持つレ
ーザーを例にとって説明する。しかしながら、エルビウ
ムイオンでドーピングされたファイバーの代わりに、ネ
オジウムイオン等でドーピングされたその他の希土ドー
プファイバーが使用可能であることは言うまでもない。
分割されたキャビティ２００は、キャビティ２００の中
にエネルギーを増幅するための利得媒体２０２を含む。
利得媒体２０２は、軽い増幅作用がある（すなわち、利
得がある）いかなる希土ドープファイバーとなりうる。
理解を容易にするため、以後は利得媒体２０２としてエ
ルビウムイオンでドーピングされたファイバーを持つレ
ーザーを例にとって説明する。しかしながら、エルビウ
ムイオンでドーピングされたファイバーの代わりに、ネ
オジウムイオン等でドーピングされたその他の希土ドー
プファイバーが使用可能であることは言うまでもない。
【００１３】更に、本発明はファイバーレーザーだけに
限定されず、バルク半導体を利得媒体として用いたバル
ク（Bulk）固体レーザーや半導体レーザー等、他のレー
ザーにも利用できる。また、キャビティ２００にレーザ
ーエネルギーを注入する際には光学的または電気的なポ
ンピング方法を使用することが可能であるが、一般的に
光学的な方法はバルク固体レーザーと共に使用されるこ
とが好ましく、電気的な方法は半導体レーザーと共に使
用されることが好ましい。
限定されず、バルク半導体を利得媒体として用いたバル
ク（Bulk）固体レーザーや半導体レーザー等、他のレー
ザーにも利用できる。また、キャビティ２００にレーザ
ーエネルギーを注入する際には光学的または電気的なポ
ンピング方法を使用することが可能であるが、一般的に
光学的な方法はバルク固体レーザーと共に使用されるこ
とが好ましく、電気的な方法は半導体レーザーと共に使
用されることが好ましい。
【００１４】調和分割キャビティ２００は、また、利得
媒体２０２を通過して、矢印２０４により示された縦軸
に沿った方向にエネルギーを反射するための反射手段を
含む。図１に示されているように、エネルギー反射手段
はキャビティ２００の第一端に位置する第一キャビティ
ミラー２０６を含む。第一キャビティミラー２０６は部
分的な反射鏡で、キャビティ２００中のレーザーエネル
ギーの一部を漏洩させる。
媒体２０２を通過して、矢印２０４により示された縦軸
に沿った方向にエネルギーを反射するための反射手段を
含む。図１に示されているように、エネルギー反射手段
はキャビティ２００の第一端に位置する第一キャビティ
ミラー２０６を含む。第一キャビティミラー２０６は部
分的な反射鏡で、キャビティ２００中のレーザーエネル
ギーの一部を漏洩させる。
【００１５】更に、エネルギー反射手段はキャビティ２
００の第二端に位置する第二キャビティミラー２０８を
含んでいる。第二端は第一端の反対側に位置しており、
第一キャビティミラー２０６と第二キャビティミラー２
０８の間がキャビティ２００となる。第二キャビティミ
ラー２０８はキャビティ２００中のレーザーエネルギー
を全て反射する全反射鏡である。第一キャビティミラー
２０６および第二キャビティミラー２０８は当業者が使
用している公知の鏡体であるので、鏡体に関する詳細な
説明は省略する。
００の第二端に位置する第二キャビティミラー２０８を
含んでいる。第二端は第一端の反対側に位置しており、
第一キャビティミラー２０６と第二キャビティミラー２
０８の間がキャビティ２００となる。第二キャビティミ
ラー２０８はキャビティ２００中のレーザーエネルギー
を全て反射する全反射鏡である。第一キャビティミラー
２０６および第二キャビティミラー２０８は当業者が使
用している公知の鏡体であるので、鏡体に関する詳細な
説明は省略する。
【００１６】調和分割されたキャビティ２００は、縦軸
２０４に沿って位置する飽和吸収体２１０を含む。飽和
吸収体２１０はキャビティ２００の縦軸２０４を第一と
第二の距離に分割する。飽和吸収体２１０はキャビティ
に発生するレーザー波長の周辺にバンド端を有する半導
体の飽和吸収体であり得る。しかしながら、理解を容易
にするために以下の説明では多重量子ウェル（Multiple
Quantum Well ）飽和吸収体を使用した例を用いて説明
する。
２０４に沿って位置する飽和吸収体２１０を含む。飽和
吸収体２１０はキャビティ２００の縦軸２０４を第一と
第二の距離に分割する。飽和吸収体２１０はキャビティ
に発生するレーザー波長の周辺にバンド端を有する半導
体の飽和吸収体であり得る。しかしながら、理解を容易
にするために以下の説明では多重量子ウェル（Multiple
Quantum Well ）飽和吸収体を使用した例を用いて説明
する。
【００１７】多重量子ウェル飽和吸収体は、例えばAlIn
As障壁（Barriers）とGaInAsウェルに基づいて形成され
得る。飽和吸収体２１０は第一キャビティミラー２０６
と第二キャビティミラー２０８の間に位置している。第
一キャビティミラー２０６と飽和吸収体２１０の間の距
離が第一の距離ｎＬを、飽和吸収体２１０と第二キャビ
ティミラー２０８の間の距離が第二の距離Ｌを構成す
る。第一の距離ｎＬが第二の距離Ｌと異なるため、飽和
吸収体２１０はキャビティ２００の中の非対称な位置に
配置されており、飽和吸収体２１０の非対称な配置が調
和分割を形成する。
As障壁（Barriers）とGaInAsウェルに基づいて形成され
得る。飽和吸収体２１０は第一キャビティミラー２０６
と第二キャビティミラー２０８の間に位置している。第
一キャビティミラー２０６と飽和吸収体２１０の間の距
離が第一の距離ｎＬを、飽和吸収体２１０と第二キャビ
ティミラー２０８の間の距離が第二の距離Ｌを構成す
る。第一の距離ｎＬが第二の距離Ｌと異なるため、飽和
吸収体２１０はキャビティ２００の中の非対称な位置に
配置されており、飽和吸収体２１０の非対称な配置が調
和分割を形成する。
【００１８】当業者であれば、受動型モードロックレー
ザー１００の中において、レーザービームが通過する媒
体の違いによりレーザービームの波長が一定でないこと
は容易に理解し得るであろう。すなわち、キャビティ２
００の中を移動するレーザービームの周波数は常に一定
であるが、大気やファイバーといった媒体の相違により
レーザービームに波長の変化が発生する。本発明では前
述した第一の距離ｎＬが第二の距離Ｌのｎ倍（ｎは整
数、すなわち、ｎ＝1 、2 、3 、4 ・・・）として定義
されるが、媒体の相違による波長の変化を考慮するた
め、以後の説明において距離Ｌは往復経路の光学的な長
さと定義する。距離Ｌを光学的な長さとして定義するこ
とにより、媒体の相違による波長の変化が考慮される。
ザー１００の中において、レーザービームが通過する媒
体の違いによりレーザービームの波長が一定でないこと
は容易に理解し得るであろう。すなわち、キャビティ２
００の中を移動するレーザービームの周波数は常に一定
であるが、大気やファイバーといった媒体の相違により
レーザービームに波長の変化が発生する。本発明では前
述した第一の距離ｎＬが第二の距離Ｌのｎ倍（ｎは整
数、すなわち、ｎ＝1 、2 、3 、4 ・・・）として定義
されるが、媒体の相違による波長の変化を考慮するた
め、以後の説明において距離Ｌは往復経路の光学的な長
さと定義する。距離Ｌを光学的な長さとして定義するこ
とにより、媒体の相違による波長の変化が考慮される。
【００１９】レーザーエネルギー発生手段２００はさら
にレーザーエネルギー出力手段２１６を含む。本実施例
においてレーザーエネルギー出力手段２１６は第一キャ
ビティミラー２０６である。本実施例においては第一キ
ャビティミラー２０６が二つの機能を果たしている。す
なわち、第一キャビティミラー２０６は入射するレーザ
ーエネルギーの一部をキャビティ２００へ反射し、残り
を通過させて出力エネルギーとする。図１において、第
一キャビティミラー２０６は出力カップラ２１８を含
む。
にレーザーエネルギー出力手段２１６を含む。本実施例
においてレーザーエネルギー出力手段２１６は第一キャ
ビティミラー２０６である。本実施例においては第一キ
ャビティミラー２０６が二つの機能を果たしている。す
なわち、第一キャビティミラー２０６は入射するレーザ
ーエネルギーの一部をキャビティ２００へ反射し、残り
を通過させて出力エネルギーとする。図１において、第
一キャビティミラー２０６は出力カップラ２１８を含
む。
【００２０】第一キャビティミラー２０６が出力エネル
ギーを出し得るように、第一キャビティミラー２０６は
位置決め手段２２０に搭載される。位置決め手段２２０
は第一キャビティミラー２０６の出力カップラ２１８を
調整し、キャビティ２００の往復経路長を調節する。こ
の位置決め調整によりトライ・アンド・エラーで調和分
割を最適化し得る。第一キャビティミラー２０６の最適
位置が決定した後に、もし必要であれば、位置決め手段
２０６を取り外して第一キャビティミラー２０６を固定
しても良い。
ギーを出し得るように、第一キャビティミラー２０６は
位置決め手段２２０に搭載される。位置決め手段２２０
は第一キャビティミラー２０６の出力カップラ２１８を
調整し、キャビティ２００の往復経路長を調節する。こ
の位置決め調整によりトライ・アンド・エラーで調和分
割を最適化し得る。第一キャビティミラー２０６の最適
位置が決定した後に、もし必要であれば、位置決め手段
２０６を取り外して第一キャビティミラー２０６を固定
しても良い。
【００２１】詳細な説明は省略するが、本実施例では第
一キャビティミラー２０６の位置だけではなく、第二キ
ャビティミラー２０８の位置や飽和吸収体２１０の位
置、あるいは、それらの組み合わせを調節できる。当業
者であれば、これらの位置決め調整を行うための手段は
容易に考えられるであろう。また、レーザーエネルギー
出力手段２１６は利得媒体２０２から放射されたレーザ
ーエネルギーを第一キャビティミラー２０６上に集中さ
せるための第三レンズ２２２を含む。第三レンズ２２２
は利得媒体２０２と出力カップラ２１８の間で伝達され
るレーザーエネルギーの損失を最少にする。
一キャビティミラー２０６の位置だけではなく、第二キ
ャビティミラー２０８の位置や飽和吸収体２１０の位
置、あるいは、それらの組み合わせを調節できる。当業
者であれば、これらの位置決め調整を行うための手段は
容易に考えられるであろう。また、レーザーエネルギー
出力手段２１６は利得媒体２０２から放射されたレーザ
ーエネルギーを第一キャビティミラー２０６上に集中さ
せるための第三レンズ２２２を含む。第三レンズ２２２
は利得媒体２０２と出力カップラ２１８の間で伝達され
るレーザーエネルギーの損失を最少にする。
【００２２】本実施例において、第一キャビティミラー
２０６から飽和吸収体２１０への距離は、飽和吸収体２
１０から第二キャビティミラー２０８への距離のｎ倍に
なるように選ばれている。この結果、飽和吸収体２１０
にポンプ３０２からの短いパルスが入射した際、入射し
たパルスが飽和吸収体２１０を通過するためには飽和吸
収体２１０に逆伝搬パルスが入射する必要がある。言い
換えると、利得媒体２０２から第二キャビティミラー２
０８に向かって移動するパルスと第二キャビティミラー
２０８から利得媒体２０２に向かって移動する逆伝搬パ
ルスが飽和吸収体２１０において衝突した時にのみパル
スが飽和吸収体２１０を通過し、モードロック作用が発
生する。
２０６から飽和吸収体２１０への距離は、飽和吸収体２
１０から第二キャビティミラー２０８への距離のｎ倍に
なるように選ばれている。この結果、飽和吸収体２１０
にポンプ３０２からの短いパルスが入射した際、入射し
たパルスが飽和吸収体２１０を通過するためには飽和吸
収体２１０に逆伝搬パルスが入射する必要がある。言い
換えると、利得媒体２０２から第二キャビティミラー２
０８に向かって移動するパルスと第二キャビティミラー
２０８から利得媒体２０２に向かって移動する逆伝搬パ
ルスが飽和吸収体２１０において衝突した時にのみパル
スが飽和吸収体２１０を通過し、モードロック作用が発
生する。
【００２３】第一キャビティミラー２０６および第二キ
ャビティミラー２０８に対する飽和吸収体２１０の位置
により、（ｎ＋１）番目のパルスがキャビティ２００の
中で同時に振動する時、飽和吸収体２１０は理想的に飽
和し、安定した高調和モードロックが得られる。例え
ば、キャビティ２００の基本振動数の第17次高調波でモ
ードロックが発生し、利得媒体２０２の中に安定したパ
ルストレインが発生し得る。この場合、本実施例では２
６０メガヘルツの反復率が得られる。この際、飽和吸収
体２１０の領域内におけるパルスの衝突を確実にするた
めに飽和吸収体２１０の位置を調整する必要があり、要
求される飽和吸収体２１０の位置決め精度は１パルス幅
程度になる。この要求精度はフィードバック制御無しで
簡単に達成できる。
ャビティミラー２０８に対する飽和吸収体２１０の位置
により、（ｎ＋１）番目のパルスがキャビティ２００の
中で同時に振動する時、飽和吸収体２１０は理想的に飽
和し、安定した高調和モードロックが得られる。例え
ば、キャビティ２００の基本振動数の第17次高調波でモ
ードロックが発生し、利得媒体２０２の中に安定したパ
ルストレインが発生し得る。この場合、本実施例では２
６０メガヘルツの反復率が得られる。この際、飽和吸収
体２１０の領域内におけるパルスの衝突を確実にするた
めに飽和吸収体２１０の位置を調整する必要があり、要
求される飽和吸収体２１０の位置決め精度は１パルス幅
程度になる。この要求精度はフィードバック制御無しで
簡単に達成できる。
【００２４】飽和吸収体２１０と衝突するエネルギー密
度は、トライ・アンド・エラーで飽和吸収体２１０の飽
和特性に整合させるために、および、パルス・バンチン
グ（Pulse-Bunching）または不安定な反復率を避けるた
めに高精度で制御されなければならない。さらに、飽和
吸収体２１０の飽和エネルギーはファイバー・レーザー
のソリトン・エネルギーと整合していなければならず、
キャビティ２００の全長は無調整で高品質のパルスを確
実に発生させるためにソリトン周期と整合していなけれ
ばならない。
度は、トライ・アンド・エラーで飽和吸収体２１０の飽
和特性に整合させるために、および、パルス・バンチン
グ（Pulse-Bunching）または不安定な反復率を避けるた
めに高精度で制御されなければならない。さらに、飽和
吸収体２１０の飽和エネルギーはファイバー・レーザー
のソリトン・エネルギーと整合していなければならず、
キャビティ２００の全長は無調整で高品質のパルスを確
実に発生させるためにソリトン周期と整合していなけれ
ばならない。
【００２５】図１に示した実施例では飽和吸収体２１０
が第一キャビティミラー２０６と第二キャビティミラー
２０８の間の非対称な位置に配置されているが、調和分
割を達成するためには他の実施例も考えられる。例え
ば、図４に示されているように、飽和吸収体４００は積
層ミラー構造体４０４に形成された多重量子ウェル４０
２として構成し得る。
が第一キャビティミラー２０６と第二キャビティミラー
２０８の間の非対称な位置に配置されているが、調和分
割を達成するためには他の実施例も考えられる。例え
ば、図４に示されているように、飽和吸収体４００は積
層ミラー構造体４０４に形成された多重量子ウェル４０
２として構成し得る。
【００２６】利得媒体２０２から放射されたレーザーエ
ネルギーは偏光子４０８と四分の一波長板４０６を通過
して飽和吸収ミラー４０４へ入射する。飽和吸収ミラー
４０４により反射されたレーザーエネルギーは四分の一
波長板４０６で偏光面が回転し、偏光子４０８により縦
軸２０４に対して９０度ずれた方向に配置されたキャビ
ティミラー２０８へ導かれる。キャビティミラー２０８
で反射されたレーザーエネルギーは偏光子４０８および
四分の一波長板４０６を通過して飽和吸収ミラー４０４
へ入射し、飽和吸収ミラー４０４で反射して、再び四分
の一波長板４０６へ入射する。
ネルギーは偏光子４０８と四分の一波長板４０６を通過
して飽和吸収ミラー４０４へ入射する。飽和吸収ミラー
４０４により反射されたレーザーエネルギーは四分の一
波長板４０６で偏光面が回転し、偏光子４０８により縦
軸２０４に対して９０度ずれた方向に配置されたキャビ
ティミラー２０８へ導かれる。キャビティミラー２０８
で反射されたレーザーエネルギーは偏光子４０８および
四分の一波長板４０６を通過して飽和吸収ミラー４０４
へ入射し、飽和吸収ミラー４０４で反射して、再び四分
の一波長板４０６へ入射する。
【００２７】四分の一波長板４０６を通過する過程でレ
ーザーエネルギーの偏光面が元の状態に復帰し、レーザ
ーエネルギーは偏光子４０８を通過して利得媒体２０２
へ戻る。この実施例では、飽和吸収体４００が四重パル
ス衝突により飽和する。図４に示された実施例で、第二
キャビティミラー２０８は第一キャビティミラー２０６
の移動方向２０４に対して垂直な方向４０４に移動し得
る。第一キャビティミラー２０６と第二キャビティミラ
ー２０８を移動するための位置決め制御は図４に示され
ていないが、当業者であれば図１の位置決め手段２２０
がこの目的に利用できることは容易に理解できるであろ
う。
ーザーエネルギーの偏光面が元の状態に復帰し、レーザ
ーエネルギーは偏光子４０８を通過して利得媒体２０２
へ戻る。この実施例では、飽和吸収体４００が四重パル
ス衝突により飽和する。図４に示された実施例で、第二
キャビティミラー２０８は第一キャビティミラー２０６
の移動方向２０４に対して垂直な方向４０４に移動し得
る。第一キャビティミラー２０６と第二キャビティミラ
ー２０８を移動するための位置決め制御は図４に示され
ていないが、当業者であれば図１の位置決め手段２２０
がこの目的に利用できることは容易に理解できるであろ
う。
【００２８】本実施例において利得媒体２０２はエルビ
ウムなどをドーピングしたファイバーであり得る。本実
施例のキャビティ２００では、ファイバーの全長（tota
l Single-Pass Fiber Length）が５メートルで、そのう
ち３メートルが約５×１０18エルビウムイオン／ｃｍ3
でドーピングされている。エルビウムファイバーのコア
半径は２．５マイクロメートルで、遮断波長は１．１マ
イクロメートルである。しかしながら、当業者であれ
ば、図１に示したようにキャビティー２００を1メート
ルのファイバーで構成し得ることは容易に理解できるで
あろう。ファイバーの長さを適宜選択することにより所
望の反復率を有する安定したパルストレインが得られ
る。
ウムなどをドーピングしたファイバーであり得る。本実
施例のキャビティ２００では、ファイバーの全長（tota
l Single-Pass Fiber Length）が５メートルで、そのう
ち３メートルが約５×１０18エルビウムイオン／ｃｍ3
でドーピングされている。エルビウムファイバーのコア
半径は２．５マイクロメートルで、遮断波長は１．１マ
イクロメートルである。しかしながら、当業者であれ
ば、図１に示したようにキャビティー２００を1メート
ルのファイバーで構成し得ることは容易に理解できるで
あろう。ファイバーの長さを適宜選択することにより所
望の反復率を有する安定したパルストレインが得られ
る。
【００２９】再び図１を参照すると、受動型モードロッ
クレーザー１００はさらに、縦軸２０４にそって発生す
るレーザーエネルギーを飽和吸収体２１０上に集中させ
るエネルギー集中手段を含むことがわかる。図１のエネ
ルギー集中手段は利得媒体２０２から放射されたエネル
ギーを飽和吸収体２１０上に集中させるための第一レン
ズ２１２、および、第二キャビティミラー２０８から反
射されたエネルギーを飽和吸収体２１０上に集中させる
ための第二レンズ２１４を含む。飽和吸収体２１０上の
パワー密度が最大になり、飽和吸収体２１０が最適に飽
和するように、第一レンズ２１２および第二レンズ２１
４の焦点の位置が飽和吸収体２１０の位置と一致するよ
うに第一レンズ２１２および第二レンズ２１４を選択す
ることが重要である。
クレーザー１００はさらに、縦軸２０４にそって発生す
るレーザーエネルギーを飽和吸収体２１０上に集中させ
るエネルギー集中手段を含むことがわかる。図１のエネ
ルギー集中手段は利得媒体２０２から放射されたエネル
ギーを飽和吸収体２１０上に集中させるための第一レン
ズ２１２、および、第二キャビティミラー２０８から反
射されたエネルギーを飽和吸収体２１０上に集中させる
ための第二レンズ２１４を含む。飽和吸収体２１０上の
パワー密度が最大になり、飽和吸収体２１０が最適に飽
和するように、第一レンズ２１２および第二レンズ２１
４の焦点の位置が飽和吸収体２１０の位置と一致するよ
うに第一レンズ２１２および第二レンズ２１４を選択す
ることが重要である。
【００３０】前述のように、図１の実施例に示されてい
る受動型モードロックレーザー１００はレーザーエネル
ギー注入手段３００を含む。レーザーエネルギー注入手
段３００は、ポンプ３０２として図示されたエネルギー
源を含む。ポンプ３０２として、電気的または光学的な
エネルギー源を含む様々なタイプのレーザーが使用でき
る。図１の実施例では利得媒体２０２としてエルビウム
ファイバーを使用し、ポンプ３０２として光学ポンプを
使用した。
る受動型モードロックレーザー１００はレーザーエネル
ギー注入手段３００を含む。レーザーエネルギー注入手
段３００は、ポンプ３０２として図示されたエネルギー
源を含む。ポンプ３０２として、電気的または光学的な
エネルギー源を含む様々なタイプのレーザーが使用でき
る。図１の実施例では利得媒体２０２としてエルビウム
ファイバーを使用し、ポンプ３０２として光学ポンプを
使用した。
【００３１】波長区分マルチプレックス・カップラ（Wa
velength-Division Multiplexing Coupler）３０４はポ
ンプ３０２をキャビティ２００に接続する。第四レンズ
３０６として示されている焦点合わせ手段はポンプ３０
２と波長区分マルチプレックス・カップラ３０４の間の
接続部（Interface ）として利用できる。波長区分マル
チプレックス・カップラ３０４は、損失無くキャビティ
２００にレーザーエネルギーを注入できるもの、すなわ
ち、ポンプ３０２とキャビティ２００内のレーザーエネ
ルギーを差動結合（Differential Coupling ）できるも
のであれば、どのようなマルチプレクサ（Multiplexer
）であっても良い。
velength-Division Multiplexing Coupler）３０４はポ
ンプ３０２をキャビティ２００に接続する。第四レンズ
３０６として示されている焦点合わせ手段はポンプ３０
２と波長区分マルチプレックス・カップラ３０４の間の
接続部（Interface ）として利用できる。波長区分マル
チプレックス・カップラ３０４は、損失無くキャビティ
２００にレーザーエネルギーを注入できるもの、すなわ
ち、ポンプ３０２とキャビティ２００内のレーザーエネ
ルギーを差動結合（Differential Coupling ）できるも
のであれば、どのようなマルチプレクサ（Multiplexer
）であっても良い。
【００３２】本実施例においては、９８０ナノメートル
の波長幅の中でエネルギーを発生させることができるポ
ンプ３０２を使用し、波長区分マルチプレックス・カッ
プラ３０４は９８０ナノメートル・ポンプを１５５０ナ
ノメートルのレーザーエネルギーで満たされたキャビテ
ィ２００に結合できるAster WDM 1550/980を使用した。
の波長幅の中でエネルギーを発生させることができるポ
ンプ３０２を使用し、波長区分マルチプレックス・カッ
プラ３０４は９８０ナノメートル・ポンプを１５５０ナ
ノメートルのレーザーエネルギーで満たされたキャビテ
ィ２００に結合できるAster WDM 1550/980を使用した。
【００３３】ところで、図１の実施例に示されている個
々のレンズはレーザーエネルギーを一点に、すなわち１
０マイクロメートル程度以下のビーム径に集中させ得
る。言い換えれば、第一レンズ２１２と第二レンズ２１
４は飽和吸収体２１０内においてレーザーエネルギーの
経路を１０マイクロメートル以下のビーム幅（直径）へ
集中させ得る。しかしながら、個々のレンズ選択は極め
て設計的な事項である。さらに、図１の実施例ではレン
ズ２２２とレンズ３０６が波長区分マルチプレックス・
カップラ３０４と共に利得媒体２０２やその他の構成要
素に接続されているが、利得媒体２０２への直接接続す
ることによりレンズ２２２とレンズ３０６を省略するこ
とが可能である。
々のレンズはレーザーエネルギーを一点に、すなわち１
０マイクロメートル程度以下のビーム径に集中させ得
る。言い換えれば、第一レンズ２１２と第二レンズ２１
４は飽和吸収体２１０内においてレーザーエネルギーの
経路を１０マイクロメートル以下のビーム幅（直径）へ
集中させ得る。しかしながら、個々のレンズ選択は極め
て設計的な事項である。さらに、図１の実施例ではレン
ズ２２２とレンズ３０６が波長区分マルチプレックス・
カップラ３０４と共に利得媒体２０２やその他の構成要
素に接続されているが、利得媒体２０２への直接接続す
ることによりレンズ２２２とレンズ３０６を省略するこ
とが可能である。
【００３４】逆に、もし必要ならば、さらにレンズを追
加することもできる。レーザーエネルギーを飽和吸収体
２１０上に集中させるために二つのレンズに追加のレン
ズを加えて、例えば四つのレンズを用いることができ
る。さらに、図１の実施例では単一の飽和吸収体２１０
のみが示されているが、複数の飽和吸収体を利用するこ
ともできる。
加することもできる。レーザーエネルギーを飽和吸収体
２１０上に集中させるために二つのレンズに追加のレン
ズを加えて、例えば四つのレンズを用いることができ
る。さらに、図１の実施例では単一の飽和吸収体２１０
のみが示されているが、複数の飽和吸収体を利用するこ
ともできる。
【００３５】本発明は、一つまたは複数の飽和吸収体の
中で同時にパルス衝突が起きるように、一つまたは複数
の飽和吸収体を配置する点に特徴がある。例えば、二つ
の飽和吸収体を使用するときには、図１に示したキャビ
ティ２００の図示左右方向に対して対称な位置に配置す
ればよい。また、三つの飽和吸収体を使用するときに
は、図１に示したキャビティ２００の図示左右方向に対
称な位置に二つの飽和吸収体を配置し、さらにキャビテ
ィ２００の中央に三つ目の飽和吸収体を配置すればよ
い。
中で同時にパルス衝突が起きるように、一つまたは複数
の飽和吸収体を配置する点に特徴がある。例えば、二つ
の飽和吸収体を使用するときには、図１に示したキャビ
ティ２００の図示左右方向に対して対称な位置に配置す
ればよい。また、三つの飽和吸収体を使用するときに
は、図１に示したキャビティ２００の図示左右方向に対
称な位置に二つの飽和吸収体を配置し、さらにキャビテ
ィ２００の中央に三つ目の飽和吸収体を配置すればよ
い。
【００３６】図１の実施例では線形のキャビティ２００
が示されているが、線形以外のキャビティを用いること
もできる。その一例として、環状キャビティ５００を用
いた実施例を図５に示す。環状キャビティ５００には、
二つの飽和吸収体５０２と５０４が挿入されており、二
つの飽和吸収体５０２と５０４により環状キャビティ５
００が調和分割されている。この場合、環状キャビティ
５００の円周長は（ｎ＋１）Ｌの光学経路長を有し、飽
和吸収体５０２と５０４が環状キャビティ５００の円周
長の１／（ｎ＋１）に相当する距離Ｌだけ離して配置さ
れる。さらに、環状キャビティ５００はドーピングされ
ていないファイバー５０６、エルビウム・ファイバーを
用いた利得媒体５１２、および、ファイバー５０６を利
得媒体５１２に接続するための二つのスプライス（Spli
ces ）５０８を含む。
が示されているが、線形以外のキャビティを用いること
もできる。その一例として、環状キャビティ５００を用
いた実施例を図５に示す。環状キャビティ５００には、
二つの飽和吸収体５０２と５０４が挿入されており、二
つの飽和吸収体５０２と５０４により環状キャビティ５
００が調和分割されている。この場合、環状キャビティ
５００の円周長は（ｎ＋１）Ｌの光学経路長を有し、飽
和吸収体５０２と５０４が環状キャビティ５００の円周
長の１／（ｎ＋１）に相当する距離Ｌだけ離して配置さ
れる。さらに、環状キャビティ５００はドーピングされ
ていないファイバー５０６、エルビウム・ファイバーを
用いた利得媒体５１２、および、ファイバー５０６を利
得媒体５１２に接続するための二つのスプライス（Spli
ces ）５０８を含む。
【００３７】図１に示した実施例において、ポンプ３０
２の出力は４００ミリワット程度か、それ以上にするこ
とが可能であるが、通常は１ワット以下の用途が多いも
のと推定される。使用可能なポンプの一例として、１．
５５マイクロメートルの単一波長を発生する９８０ナノ
メートル・チタニウム−サファイヤ・レーザーが上げら
れる。波長区分マルチプレックス・カップラ３０４の入
出力リードには「１」、「２」、「３」および「４」と
書かれたラベルが付いている。「１」と書かれたラベル
が付いているリードはポンプ３０２に接続されている。
「２」と書かれたラベルが付いているリードは５０％出
力カプラーをかねるキャビティミラー２０６に接続され
ている。「３」と書かれたラベルが付いているリードは
無用な反射が最小限になるように切断されている。
「４」と書かれたラベルが付いているリードは利得媒体
２０２に接続されている。
２の出力は４００ミリワット程度か、それ以上にするこ
とが可能であるが、通常は１ワット以下の用途が多いも
のと推定される。使用可能なポンプの一例として、１．
５５マイクロメートルの単一波長を発生する９８０ナノ
メートル・チタニウム−サファイヤ・レーザーが上げら
れる。波長区分マルチプレックス・カップラ３０４の入
出力リードには「１」、「２」、「３」および「４」と
書かれたラベルが付いている。「１」と書かれたラベル
が付いているリードはポンプ３０２に接続されている。
「２」と書かれたラベルが付いているリードは５０％出
力カプラーをかねるキャビティミラー２０６に接続され
ている。「３」と書かれたラベルが付いているリードは
無用な反射が最小限になるように切断されている。
「４」と書かれたラベルが付いているリードは利得媒体
２０２に接続されている。
【００３８】波長区分マルチプレックス・カップラ３０
４は、例えば二つの入力ポートと二つの出力ポートを有
するAster WDM を使用し得る。ポンプ３０２が発生した
レーザーエネルギーは、波長区分マルチプレックス・カ
ップラ３０４の「１」と書かれたラベルが付いているリ
ードから入力され、利得媒体２０２を経由して飽和吸収
体２１０に導かれる。エルビウム・ファイバーなどの利
得媒体２０２から第二キャビティミラー２０８へ向かっ
たレーザーエネルギーは第二キャビティミラー２０８で
反射された後、波長区分マルチプレックス・カップラ３
０４へ入射し、波長区分マルチプレックス・カップラ３
０４の「２」と書かれたラベルが付いているリードへ導
かれる。
４は、例えば二つの入力ポートと二つの出力ポートを有
するAster WDM を使用し得る。ポンプ３０２が発生した
レーザーエネルギーは、波長区分マルチプレックス・カ
ップラ３０４の「１」と書かれたラベルが付いているリ
ードから入力され、利得媒体２０２を経由して飽和吸収
体２１０に導かれる。エルビウム・ファイバーなどの利
得媒体２０２から第二キャビティミラー２０８へ向かっ
たレーザーエネルギーは第二キャビティミラー２０８で
反射された後、波長区分マルチプレックス・カップラ３
０４へ入射し、波長区分マルチプレックス・カップラ３
０４の「２」と書かれたラベルが付いているリードへ導
かれる。
【００３９】図１の受動型モードロックレーザー１００
は連続モードで動作することもできるし、パルス発振モ
ードで動作することもできる。しかしながら、本実施例
ではレーザーエネルギーのレベル（Intensity ）を高く
することにより飽和吸収体２１０における損失が減少す
るので、パルス発振モード、特に短パルス発振モードで
の使用が好ましい。短パルス発振モードでは、飽和吸収
体２１０での損失を著しく減少させることができる。
は連続モードで動作することもできるし、パルス発振モ
ードで動作することもできる。しかしながら、本実施例
ではレーザーエネルギーのレベル（Intensity ）を高く
することにより飽和吸収体２１０における損失が減少す
るので、パルス発振モード、特に短パルス発振モードで
の使用が好ましい。短パルス発振モードでは、飽和吸収
体２１０での損失を著しく減少させることができる。
【００４０】以下、図２および図３を参照して図１の実
施例の動作を説明する。本実施例では自然に（Self-Sta
rting ）モードロックが発生し、１０ミリワットのモー
ドロック出力が得られる。しかしながら、使用するレー
ザーの種類により出力が適宜選択できることは言うまで
もない。典型的なファイバー・レーザーの出力は入力が
１ワット以下の場合、１〜５０ミリワット程度である。
施例の動作を説明する。本実施例では自然に（Self-Sta
rting ）モードロックが発生し、１０ミリワットのモー
ドロック出力が得られる。しかしながら、使用するレー
ザーの種類により出力が適宜選択できることは言うまで
もない。典型的なファイバー・レーザーの出力は入力が
１ワット以下の場合、１〜５０ミリワット程度である。
【００４１】安定した高調和モードロックは、飽和吸収
体２１０へレーザーエネルギーを集中させること、およ
び、第一キャビティミラー２０６を調整してキャビティ
２００の全長を制御することによって得られる。ファイ
バーの適切な長さがドーピングされた最適な利得媒体２
０２を使用することによって、キャビティ２００の中に
１７個のパルスが同時発生した状態（ｎ＝１７）に相当
する、２１６メガヘルツのパルストレイン反復率が達成
できた。図２に（ｎ＋１）×Ｌの全長を有するキャビテ
ィ２００に発生した１７個のパルスが描かれている。図
２において、個々のパルス間の分離距離は距離Ｌによっ
て表される。
体２１０へレーザーエネルギーを集中させること、およ
び、第一キャビティミラー２０６を調整してキャビティ
２００の全長を制御することによって得られる。ファイ
バーの適切な長さがドーピングされた最適な利得媒体２
０２を使用することによって、キャビティ２００の中に
１７個のパルスが同時発生した状態（ｎ＝１７）に相当
する、２１６メガヘルツのパルストレイン反復率が達成
できた。図２に（ｎ＋１）×Ｌの全長を有するキャビテ
ィ２００に発生した１７個のパルスが描かれている。図
２において、個々のパルス間の分離距離は距離Ｌによっ
て表される。
【００４２】最適の状態においても、パルストレイン
は、電気変調なしでキャビティ２００の基本周波数の約
１０％まで変調され得る。この変調はキャビティ２００
からの漏洩や、あるいはキャビティ２００の不均整に起
因するものと考えられる。しかしながら、このような漏
洩や不均整はキャビティの設計を最適化することにより
最小限に抑えることができる。調和モードロックを失う
ことなくキャビティ２００の長さを±３００マイクロメ
ータ程度まで調整できる。このことはモードロックの過
程が飽和吸収体２１０の位置の影響を受けにくいことを
示している。
は、電気変調なしでキャビティ２００の基本周波数の約
１０％まで変調され得る。この変調はキャビティ２００
からの漏洩や、あるいはキャビティ２００の不均整に起
因するものと考えられる。しかしながら、このような漏
洩や不均整はキャビティの設計を最適化することにより
最小限に抑えることができる。調和モードロックを失う
ことなくキャビティ２００の長さを±３００マイクロメ
ータ程度まで調整できる。このことはモードロックの過
程が飽和吸収体２１０の位置の影響を受けにくいことを
示している。
【００４３】調和モードロックの損失は、許容範囲を越
えてキャビティ２００の長さを変える時、又は、飽和吸
収体２１０への焦点合わせを変える時に起こり得る。こ
の場合、図３に示されているように、不安定な反復率ま
たはパルスのバンチング（Pulse Bunches ）が発生し得
る。以上に説明した本実施例では、位相変化に敏感な付
加キャビティを用いずに安定した受動型モードロックが
得られ、キャビティ２００の基本周波数の第１７次の高
調波から２６０メガヘルツのパルス反復率が得られた。
また、本実施例では変調のための電子回路を用いること
なく、高い反復率で安定したパルストレインを発生でき
た。
えてキャビティ２００の長さを変える時、又は、飽和吸
収体２１０への焦点合わせを変える時に起こり得る。こ
の場合、図３に示されているように、不安定な反復率ま
たはパルスのバンチング（Pulse Bunches ）が発生し得
る。以上に説明した本実施例では、位相変化に敏感な付
加キャビティを用いずに安定した受動型モードロックが
得られ、キャビティ２００の基本周波数の第１７次の高
調波から２６０メガヘルツのパルス反復率が得られた。
また、本実施例では変調のための電子回路を用いること
なく、高い反復率で安定したパルストレインを発生でき
た。
【００４４】以上本発明の好ましい実施例を紹介した
が、本発明は様々な態様で実施可能であり、本発明が実
施例に限定されないことは言うまでもない。
が、本発明は様々な態様で実施可能であり、本発明が実
施例に限定されないことは言うまでもない。
【図１】 本発明の実施例の基本構成を示すブロック図
である。
である。
【図２】 本発明の実施例から得られる典型的パルスト
レインを描いたグラフである。
レインを描いたグラフである。
【図３】 受動型モードロックファイバーレーザーにお
いて調和モードロックが失われた状態における不安定な
反復率又はパルストレインを描いたグラフである。
いて調和モードロックが失われた状態における不安定な
反復率又はパルストレインを描いたグラフである。
【図４】 本発明の第二実施例の基本構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図５】 本発明の第三実施例の基本構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
１００：受動型モードロックレーザー ２００：レーザ
ーキャビティ ３００：ポンピング手段 ２０２：利得媒
体 ２０６：第一キャビティミラー ２０８：第二キ
ャビティミラー ２１０：飽和吸収体 ２１２：第一レ
ンズ ２１４：第二レンズ ２１６：出力手
段 ２１８：出力カップラ ２２０：位置決
め手段 ３０２：ポンプ ４００：飽和吸
収体 ４０２：多重量子ウェル ４０４：積層ミ
ラー構造体 ４０６：四分の一波長板
ーキャビティ ３００：ポンピング手段 ２０２：利得媒
体 ２０６：第一キャビティミラー ２０８：第二キ
ャビティミラー ２１０：飽和吸収体 ２１２：第一レ
ンズ ２１４：第二レンズ ２１６：出力手
段 ２１８：出力カップラ ２２０：位置決
め手段 ３０２：ポンプ ４００：飽和吸
収体 ４０２：多重量子ウェル ４０４：積層ミ
ラー構造体 ４０６：四分の一波長板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドナルド・ジェイ・ハーター アメリカ合衆国 ミシガン州48105 アン アーバー サルグレイブ・プレイス3535
Claims (21)
- 【請求項１】 レーザーエネルギーを発生するためのレ
ーザーエネルギー発生手段、 前記レーザーエネルギー発生手段に接続された調和分割
キャビティ、 前記レーザーエネルギーを前記キャビティ内に注入する
ためのポンピング手段、 前記キャビティ内でエネルギーを増幅する利得媒体、 前記利得媒体を通りぬける縦軸上に設けられたエネルギ
ー反射手段、 前記縦軸上に設けられ、前記縦軸を第二の距離、およ
び、第二の距離よりも長い第一の距離に分割し、受動型
モードロックを発生させる飽和吸収体、および、 前記キャビティ内に発生したレーザーエネルギーを出力
するための出力手段、とを含む受動型調和分割モードロ
ックレーザー。 - 【請求項２】 前記エネルギー反射手段は、さらに、前
記キャビティの第一端に位置する第一キャビティミラ
ー、および、前記第一端の反対側に位置し、前記キャビ
ティの第二端に位置する第二キャビティミラーを有し、 前記第一キャビティミラーと前記飽和吸収体の間の距離
が前記第一の距離を構成し、前記飽和吸収体と前記第二
キャビティミラーの間の距離が前記第二の距離を構成す
る請求項１記載の受動型調和分割モードロックレーザ
ー。 - 【請求項３】 前記キャビティは、さらに、前記縦軸に
沿って発生するエネルギーを前記飽和吸収体に集中させ
るためのエネルギー集中手段を含む請求項２記載の受動
型調和分割モードロックレーザー。 - 【請求項４】 前記エネルギー集中手段は、さらに、前
記利得媒体から放射されたエネルギーを前記飽和吸収体
に集中するための第一レンズ、および、前記第二キャビ
ティミラーで反射されたエネルギーを前記飽和吸収体に
集中するための第２レンズ、 を含む請求項３記載の受動型調和分割モードロックレー
ザー。 - 【請求項５】 前記第二の距離は前記第一の長さの整数
倍である、請求項１記載の受動型調和分割モードロック
レーザー。 - 【請求項６】 前記飽和吸収体は前記キャビティ内に前
記縦軸に沿って位置し、前記飽和吸収体の境界において
パルスの衝突を発生させて衝突パルスのモードロック動
作を引き起こす、請求項１記載の受動型調和分割モード
ロックレーザー。 - 【請求項７】 前記飽和吸収体の飽和エネルギーは前記
受動型モードロックレーザーのソリトンエネルギーに整
合し、前記キャビティの全長はソリトン周期に整合して
いる、請求項１記載の受動型調和分割モードロックレー
ザー。 - 【請求項８】 前記飽和吸収体は多重量子ウェル飽和吸
収体である、請求項１記載の受動型調和分割モードロッ
クレーザー。 - 【請求項９】 前記レーザーエネルギー出力手段は、さ
らに、前記キャビティからレーザーエネルギーを放射さ
せるための出力カプラ、前記利得媒体から放射されたレ
ーザーエネルギーを前記飽和吸収体に集中させるエネル
ギー集中手段、および、前記キャビティの全長を調節す
るために前記出力カプラの位置を調整する位置調整手
段、とを含む請求項１記載の受動型調和分割モードロッ
クレーザー。 - 【請求項１０】 前記エネルギー注入手段は、さらに、
エネルギー源、および、前記エネルギー注入手段を前記
キャビティに接続する波長区分マルチプレックス・カプ
ラ、とを含む請求項１記載の受動型調和分割モードロッ
クレーザー。 - 【請求項１１】 前記利得媒体はエルビウム・ファイバ
ーである、請求項１記載の受動型調和分割モードロック
レーザー。 - 【請求項１２】 前記キャビティの基本周波数の任意の
高調波で受動モードロックが達成される、請求項１記載
の受動型調和分割モードロックレーザー。 - 【請求項１３】 前記利得媒体は任意の長さを有するフ
ァイバーである、請求項１記載の受動型調和分割モード
ロックレーザー。 - 【請求項１４】 前記調和区分されたキャビティは線形
のキャビティである、請求項１記載の受動型調和分割モ
ードロックレーザー。 - 【請求項１５】 前記調和区分されたキャビティは複数
の飽和吸収体を有する環状のキャビティである、請求項
１記載の受動型調和分割モードロックレーザー。 - 【請求項１６】 前記飽和吸収体は前記第二キャビティ
ミラー上に形成された多重量子ウェルである、請求項１
記載の受動型調和分割モードロックレーザー。 - 【請求項１７】 飽和吸収体により第一の距離、第二の
距離に調和区分されたキャビティを有し、レーザーエネ
ルギーを発生させるエネルギー発生手段、および、 前記エネルギー発生手段が発生したレーザーエネルギー
を前記キャビティに注入するための注入手段、 とを含み、前記第一の距離が前記第二の距離よりも長い
受動型調和分割モードロックレーザー。 - 【請求項１８】 前記エネルギー発生手段がファイバー
・レーザーである、請求項１７記載の受動型調和分割モ
ードロックレーザー。 - 【請求項１９】 前記キャビティは、さらに、前記キャ
ビティ内でエネルギーを増幅する利得媒体を含み、前記
利得媒体は任意の長さを有するファイバーである、請求
項１７記載の受動型調和分割モードロックレーザー。 - 【請求項２０】 前記注入手段は光学的なポンプであ
る、請求項１７記載の受動型調和分割モードロックレー
ザー。 - 【請求項２１】 前記注入手段は電気的なポンプであ
る、請求項１７記載の受動型調和分割モードロックレー
ザー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/101,049 US5414725A (en) | 1993-08-03 | 1993-08-03 | Harmonic partitioning of a passively mode-locked laser |
| US08/101049 | 1993-08-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864893A true JPH0864893A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=22282854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6182558A Pending JPH0864893A (ja) | 1993-08-03 | 1994-08-03 | 受動型調和分割モードロックレーザー |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5414725A (ja) |
| JP (1) | JPH0864893A (ja) |
| DE (1) | DE4427005A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002368313A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-20 | Aisin Seiki Co Ltd | 受動型モードロック・ファイバーレーザー |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5689519A (en) * | 1993-12-20 | 1997-11-18 | Imra America, Inc. | Environmentally stable passively modelocked fiber laser pulse source |
| US5627848A (en) * | 1995-09-05 | 1997-05-06 | Imra America, Inc. | Apparatus for producing femtosecond and picosecond pulses from modelocked fiber lasers cladding pumped with broad area diode laser arrays |
| US5701319A (en) * | 1995-10-20 | 1997-12-23 | Imra America, Inc. | Method and apparatus for generating ultrashort pulses with adjustable repetition rates from passively modelocked fiber lasers |
| DE19636236B4 (de) * | 1996-09-06 | 2004-09-16 | Evotec Technologies Gmbh | Diodenlasergepumpter Vielmoden-Wellenleiterlaser, insbesondere Faserlaser |
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-
1993
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-
1994
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- 1994-08-03 JP JP6182558A patent/JPH0864893A/ja active Pending
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Also Published As
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