(57)【要約】本発明によれば、ファイバレーザにおいて、安定したレーザ発振が簡易に実現される。ファイバレーザ１が、第一の端部１０ａと第二の端部１０ｂとを有し、励起光を受けて第一の端部１０ａから自然放出光を放出し、第二の端部１０ｂで自然放出光を受けて第一の端部１０ａから誘導放出光を放出する光増幅部１０と、第一の端部１０ａと第二の端部１０ｂとを接続し、自然放出光および誘導放出光が通過する光通過部（ＰＭファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、シングルモードファイバ２４）とを備える。しかも、光通過部が、通過する光の偏波面の変化が小さいＰＭファイバ（偏波面保持部）２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆと、通過する光の偏波面の変化が大きいシングルモードファイバ（偏波面変化部）２４とを有する。
2010044486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の端部と第二の端部とを有し、励起光を受けて前記第一の端部から自然放出光を放出し、前記第二の端部で前記自然放出光を受けて前記第一の端部から誘導放出光を放出する光増幅部と、
前記第一の端部と前記第二の端部とを接続し、前記自然放出光および前記誘導放出光が通過する光通過部と、
を備え、
前記光通過部が、
通過する光の波長の変化に対して、通過する光の偏波面の変化が小さい偏波面保持部と、
通過する光の波長の変化に対して、通過する光の偏波面の変化が大きい偏波面変化部と、
を有するファイバレーザ。
【請求項２】
請求項１に記載のファイバレーザであって、
前記偏波面保持部は、第一の偏波面保持ファイバである、
ファイバレーザ。
【請求項３】
請求項１に記載のファイバレーザであって、
前記偏波面変化部は、所定長さの半径で周回する第一周回部を有する光ファイバである、
ファイバレーザ。
【請求項４】
請求項３に記載のファイバレーザであって、
前記偏波面変化部は、前記所定長さよりも短い半径で周回する第二周回部をさらに有する光ファイバである、
ファイバレーザ。
【請求項５】
請求項１に記載のファイバレーザであって、
前記偏波面変化部は、複屈折材料である、
ファイバレーザ。
【請求項６】
請求項２に記載のファイバレーザであって、
前記偏波面変化部は、前記第一の偏波面保持ファイバの偏波軸とは異なる偏波軸を有する第二の偏波面保持ファイバを有する、
ファイバレーザ。
【請求項７】
請求項６に記載のファイバレーザであって、
前記偏波面変化部は、前記第一の偏波面保持ファイバおよび前記第二の偏波面保持ファイバの偏波軸とは異なる偏波軸を有する第三の偏波面保持ファイバをさらに有する、
ファイバレーザ。
【請求項８】
請求項１に記載のファイバレーザであって、
所定の偏波面の光のみが通過する検光子を備え、
前記偏波面変化部が、前記検光子の偏波軸とは異なる偏波軸を有する第四の偏波面保持ファイバを有する、
ファイバレーザ。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか一項に記載のファイバレーザであって、
前記光増幅部と、前記偏波面変化部とが一体である、
ファイバレーザ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載のファイバレーザであって、
前記励起光を出射する励起光源と、
前記励起光が前記第一の端部に向けて通過し、かつ、前記第一の端部から放出された光が前記第二の端部に向けて通過する第一カップラと、
前記偏波面保持部を通過する光を、前記第二の端部および外部に向けて分岐する第二カップラと、
所定の偏波面の光のみが通過する検光子と、
を備え、
前記偏波面保持部が、
前記第一の端部から放出された光を前記第二の端部に向けて通過させ、前記第二の端部から放出された光を前記第一の端部に向けて通過させないアイソレータを有する、
ファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ファイバレーザが知られている。ファイバレーザにおいては、例えば、共振器内のＥＤＦ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ：エルビウム添加ファイバ）に、励起光が与えられる。すると、ＥＤＦの一端から自然放出光が放出される。ＥＤＦの一端と他端とは光ファイバで接続されリング共振器を構成しており、ＥＤＦの他端に自然放出光が戻され共振器内を周回することにより、ＥＤＦの正帰還が行われ、レーザ発振が行われる。また、レーザ発振光の偏波面を一定に保つために共振器内に検光子が挿入される。
ここで、レーザ発振が安定するためには、検光子を透過するレーザ発振光の偏波面が検光子の偏波面と一致することが必要である。しかし、外乱（例えば、環境温度の変動）により、検光子の偏波面とレーザ発振光の偏波面とが一致しない場合が生じる。
そこで、ＥＤＦの一端と他端とを接続する光ファイバに、偏波コントローラ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｏｒｏｌｌｅｒ）を挿入し、偏波面を一致するように調整し、安定動作させるようにすることが知られている（例えば、非特許文献１のＦｉｇ．２、非特許文献２のＦｉｇ．１を参照）。
【非特許文献１】Ｅｉｊｉ  Ｙｏｓｈｉｄａ  ｅｔ．ａｌ．，“Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ  Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｔｓ  Ｓｏｌｉｔｏｎ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ．５７７９−５７８３
【非特許文献２】Ｋ．Ｔａｍｕｒａ  ｅｔ．ａｌ．，“７７−ｆｓ  ｐｕｌｓｅ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ａ  ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ−ｐｕｌｓｅ  ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ａｌｌ−ｆｉｂｅｒ  ｒｉｎｇ  ｌａｓｅｒ”，ＯＰＴＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１３，Ｊｕｌｙ  １，１９９３  しかしながら、上記のような従来技術によれば、偏波コントローラによる偏波面の微調整が必要であり、この微調整に多大な労力を要する。  そこで、本発明は、ファイバレーザにおいて、安定したレーザ発振を簡易に実現することを課題とする。
【発明の開示】
【０００３】
本発明にかかるファイバレーザは、第一の端部と第二の端部とを有し、励起光を受けて前記第一の端部から自然放出光を放出し、前記第二の端部で前記自然放出光を受けて前記第一の端部から誘導放出光を放出する光増幅部と、前記第一の端部と前記第二の端部とを接続し、前記自然放出光および前記誘導放出光が通過する光通過部と、を備え、前記光通過部が、通過する光の偏波面の変化が小さい偏波面保持部と、通過する光の偏波面の変化が大きい偏波面変化部とを有するように構成される。
上記のように構成されたファイバレーザによれば、光増幅部が、第一の端部と第二の端部とを有し、励起光を受けて前記第一の端部から自然放出光を放出し、前記第二の端部で前記自然放出光を受けて前記第一の端部から誘導放出光を放出する。光通過部が、前記第一の端部と前記第二の端部とを接続し、前記自然放出光および前記誘導放出光が通過する。前記光通過部が、通過する光の偏波面の変化が小さい偏波面保持部と、通過する光の偏波面の変化が大きい偏波面変化部とを有する。
なお、本発明にかかるファイバレーザは、前記偏波面保持部が、第一の偏波面保持ファイバであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかるファイバレーザは、前記偏波面変化部が、所定長さの半径で周回する第一周回部を有する光ファイバであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかるファイバレーザは、前記偏波面変化部が、前記所定長さよりも短い半径で周回する第二周回部をさらに有する光ファイバであるようにしてもよい。
なお、本発明にかかるファイバレーザは、前記偏波面変化部が、複屈折材料であるようにしてもよい。
なお、本発明にかかるファイバレーザは、前記偏波面変化部が、前記第一の偏波面保持ファイバの偏波軸とは異なる偏波軸を有する第二の偏波面保持ファイバを有するようにしてもよい。
なお、本発明にかかるファイバレーザは、前記偏波面変化部が、前記第一の偏波面保持ファイバおよび前記第二の偏波面保持ファイバの偏波軸とは異なる偏波軸を有する第三の偏波面保持ファイバをさらに有するようにしてもよい。
なお、本発明にかかるファイバレーザは、所定の偏波面の光のみが通過する検光子を備え、前記偏波面変化部が、前記検光子の偏波軸とは異なる偏波軸を有する第四の偏波面保持ファイバを有するようにしてもよい。
なお、本発明にかかるファイバレーザは、前記光増幅部と、前記偏波面変化部とが一体であるようにしてもよい。
なお、本発明にかかるファイバレーザは、前記励起光を出射する励起光源と、前記励起光が前記第一の端部に向けて通過し、かつ、前記第一の端部から放出された光が前記第二の端部に向けて通過する第一カップラと、前記偏波面保持部を通過する光を、前記第二の端部および外部に向けて分岐する第二カップラと、所定の偏波面の光のみが通過する検光子と、を備え、前記偏波面保持部が、前記第一の端部から放出された光を前記第二の端部に向けて通過させ、前記第二の端部から放出された光を前記第一の端部に向けて通過させないアイソレータを有するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明の第一の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第２図は、シングルモードファイバ（偏波面変化部）２４の作用を説明するための図である。
第３図は、本発明の第二の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第４図は、本発明の第三の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第５図は、本発明の第四の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第６図は、本発明の第五の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第７図は、本発明の第六の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第８図は、本発明の第七の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第９図は、安定動作の原理を説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
第一の実施形態
第１図は、本発明の第一の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。第一の実施形態にかかるファイバレーザ１は、ＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）（光増幅部）１０、ＰＭファイバ（偏波面保持部）２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ、シングルモードファイバ（偏波面変化部）２４、ポンプレーザ（励起光源）３２、ＷＤＭカップラ（第一カップラ）３４、検光子３５、アイソレータ３６、アウトプットカップラ（第二カップラ）３８を備える。
ＥＤＦ（エルビウム添加光ファイバ）（光増幅部）１０は、第一の端部１０ａと第二の端部１０ｂを有する。第１図においては、第一の端部１０ａはＥＤＦ１０の左端であり、第二の端部１０ｂはＥＤＦ１０の右端である。
ＰＭファイバ（偏波面保持部）２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆは、それらを通過する光の波長の変化に対して、それらを通過する光の偏波面の変化が小さい（好ましくは、変化が無視できる程度に小さい）。なお、これらのＰＭファイバは、第一の偏波面保持ファイバである。
シングルモードファイバ（偏波面変化部）２４は、ＰＭファイバに比べて、それらを通過する光の波長の変化に対して、通過する光の偏波面の変化が大きい。なお、ＥＤＦ１０とシングルモードファイバ２４とを一体にすることも考えられる。
なお、ＰＭファイバ（偏波面保持部）２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆおよびシングルモードファイバ（偏波面変化部）２４が、光通過部に相当し、ＥＤＦ１０の第一の端部１０ａと第二の端部１０ｂとを接続する。ＰＭファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆおよびシングルモードファイバ（偏波面変化部）２４を、ＥＤＦ１０が放出する自然放出光および誘導放出光が通過する。ただし、ＰＭファイバ２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆの間には、ＷＤＭカップラ３４、検光子３５、アイソレータ３６、アウトプットカップラ３８が挿入されている。
具体的には、ＰＭファイバ２２ａは、ＥＤＦ１０の第一の端部１０ａとシングルモードファイバ２４とを接続する。ＰＭファイバ２２ｂは、シングルモードファイバ２４とＷＤＭカップラ３４とを接続する。ＰＭファイバ２２ｃは、ＷＤＭカップラ３４と検光子３５とを接続する。ＰＭファイバ２２ｄは、検光子３５とアイソレータ３６とを接続する。ＰＭファイバ２２ｅは、アイソレータ３６とアウトプットカップラ３８とを接続する。ＰＭファイバ２２ｆは、アウトプットカップラ３８とＥＤＦ１０の第二の端部１０ｂとを接続する。
ポンプレーザ（励起光源）３２は、励起光を出射する。
ＷＤＭカップラ（第一カップラ）３４は、励起光が第一の端部１０ａに向けて通過し、かつ、第一の端部１０ａから放出された光（自然放出光および誘導放出光）が第二の端部１０ｂに向けて通過する。
検光子３５は、所定の偏波面の光のみが通過する。
アイソレータ３６は、第一の端部１０ａから放出された光を第二の端部１０ｂに向けて通過させる。しかし、アイソレータ３６は、第二の端部１０ｂから放出された光（自然放出光および誘導放出光）を第一の端部１０ａに向けて通過させない。これにより、自然放出光および誘導放出光のファイバレーザ１における周回方向が規定される。
アウトプットカップラ（第二カップラ）３８は、ＰＭファイバ（偏波面保持部）２２ｅを通過する光（自然放出光および誘導放出光）を、第二の端部１０ｂおよび外部（光出力）に向けて分岐する。
次に、第一の実施形態の動作を説明する。
ポンプレーザ３２は、励起光を出力する。励起光は、ＷＤＭカップラ３４、ＰＭファイバ２２ｂ、シングルモードファイバ２４、ＰＭファイバ２２ａを通過して、ＥＤＦ１０に与えられる。
ＥＤＦ１０は、第一の端部１０ａにおいて、励起光を受ける。ＥＤＦ１０のエルビウムは、励起光により励起されるが、後に基底状態に戻る。この際に、ＥＤＦ１０からは自然放出光が放出される。自然放出光は、第一の端部１０ａおよび第二の端部１０ｂから放出される。しかし、第二の端部１０ｂから放出された自然放出光は、アイソレータ３６を通過できないので、無視する。
第一の端部１０ａから放出された自然放出光は、ＰＭファイバ２２ａ、シングルモードファイバ２４、ＰＭファイバ２２ｂ、ＷＤＭカップラ３４、ＰＭファイバ２２ｃを通過し、検光子３５に与えられる。検光子３５は、所定の偏波面の光のみが通過する。検光子３５は、ＰＭファイバ２２ｃを通過した光が、所定の偏波面を有するか否かを検査する役割を持っている。ＰＭファイバ２２ｃを通過した光が、検光子３５を通過すると、ＰＭファイバ２２ｄ、アイソレータ３６、ＰＭファイバ２２ｅを通過し、アウトプットカップラ３８に与えられる。ＰＭファイバ２２ｅを通過した光は、アウトプットカップラ３８により、第二の端部１０ｂに向かう光および外部（光出力）に向けて分岐される。第二の端部１０ｂに向かう自然放出光は、ＰＭファイバ２２ｆを通過して、第二の端部１０ｂに与えられる。第二の端部１０ｂで自然放出光を受けることになる。
ここで、ＥＤＦ１０に励起光が与えられ続けているとする。すると、第二の端部１０ｂにＥＤＦ１０の自然放出光が与えられることにより、誘導放出が生じ、第一の端部１０ａから誘導放出光が生ずる。誘導放出光のパワーは、第二の端部１０ｂに与えられた自然放出光のパワーよりも大きい。ＥＤＦ１０は、増幅機能を果たすことになる。
第一の端部１０ａから放出された誘導放出光は、上記と同様にして、第二の端部１０ｂに与えられる。これにより、ＥＤＦ１０に誘導放出が生じ、第一の端部１０ａから、さらなる誘導放出光が生ずる。さらなる誘導放出光のパワーは、第二の端部１０ｂに与えられた誘導放出光のパワーよりも大きい。このようにして、正帰還が実行され、ＥＤＦ１０が放出する誘導放出光のパワーが大きくなる。このようにして、レーザ発振が生じる。
なお、ＥＤＦ１０により放出される誘導放出光（レーザ発振光）は、その一部がアウトプットカップラ３８から外部（光出力）に出力される。
ここで、共振器内を周回するレーザ発振光の偏波面と、共振器内に挿入した検光子の偏波方向とが一致しないと、レーザ発振が安定しない。
このため、誘導放出光（レーザ発振光）が、ＰＭファイバ（偏波面保持部）２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆを通過するようにして、偏波面を変化させないようにしている。
しかし、外乱（例えば、環境温度の変動）により、たとえＰＭファイバを用いたとしても、偏波面が変化し、第一の端部１０ａから放出された誘導放出光（レーザ発振光）の偏波面と、第二の端部１０ｂに与えられる誘導放出光の偏波面とが一致しない場合がある。
これに対応するため、シングルモードファイバ２４が配置されている。
第２図は、シングルモードファイバ（偏波面変化部）２４の作用を説明するための図である。シングルモードファイバ２４による偏波面の変化（リタデーションΔ）は、シングルモードファイバ２４の長さをＬ、ｘ軸方向の屈折率をｎｘ、ｙ軸方向の屈折率をｎｙ、シングルモードファイバ２４を通過する偏光の波長をλとすると、以下の式のように表される。ただし、ｘ軸およびｙ軸は互いに直交する、複屈折の主軸である。
Δ＝２πＬ（ｎｘ−ｎｙ）／λ
なお、シングルモードファイバ２４のリタデーションΔは、シングルモードファイバ２４を偏光が通過することにより生じる、偏光のｘ軸成分およびｙ軸成分の位相の差である。
第２図（ａ）は、シングルモードファイバ２４によるリタデーションΔと、シングルモードファイバ２４を通過する偏光の波長λとの関係を示すグラフである。ただし、グラフＰが、シングルモードファイバ２４を用いた場合に対応する。グラフＱが、シングルモードファイバ２４に代えて、ＰＭファイバを用いたと仮定した場合に対応する。ただし、シングルモードファイバ２４もＰＭファイバも同じ長さであるとする。
前述のように、シングルモードファイバ２４は、ＰＭファイバに比べて、通過する光の偏波面の変化が大きい。これは、シングルモードファイバ２４が、ＰＭファイバよりも、ｎｘ−ｎｙが大きいことを意味する。
すると、グラフＰ、Ｑは一般的な反比例のグラフとなる。また、ファイバレーザ１においてレーザ発振が生じた場合、誘導放出光の波長はλｍｉｎ以上λｍａｘ以下の値をとる。λｍｉｎ以上λｍａｘ以下の範囲において、グラフＰは、グラフＱよりも上に位置する。
第２図（ｂ）は、波長λｍｉｎ以上λｍａｘ以下におけるグラフＰ、Ｑの拡大図である。ただし、グラフＰ、Ｑは本来は曲線であるが、図示の便宜上直線にして図示している。なお、誘導放出光（レーザ発振光）の波長はλｍｉｎ以上λｍａｘ以下の範囲で離散的に変化する。そこで、グラフＰ、Ｑを点線とし、誘導放出光の波長がとる可能性のある値に対応する点を黒点で図示した。第２図（ｂ）に示すように、波長λｍｉｎ以上λｍａｘ以下におけるリタデーションΔの最大値と最小値との差Δｄ１（グラフＰ）、Δｄ２（グラフＱ）は、Δｄ１＞Δｄ２の関係がある。
ある時点で、波長λ０（λｍｉｎとλｍａｘとの平均）の誘導放出光がＥＤＦ１０から出射されて、レーザ発振が安定しているとする。ここで、外乱の影響により、波長λ０の誘導放出光がＥＤＦ１０から出射された場合、ＰＭファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆにより誘導放出光のｘ成分とｙ成分の位相差が変動してしまったとする（例えば、Ｄ［ｄｅｇ］だけ増えたとする）。これは、偏波面の変動を意味しているので、このままでは、レーザ発振が安定しなくなってしまう。
誘導放出光のｘ成分とｙ成分の位相差がＤ［ｄｅｇ］だけ増えても、偏光の波長λがλ０よりも大きくなれば、誘導放出光のｘ成分とｙ成分の位相差が減少する。よって、誘導放出光のｘ成分とｙ成分の位相差が、偏光の波長がλ０である場合よりもＤ［ｄｅｇ］だけ減少するような波長で（この場合、偏波のｘ成分とｙ成分の位相差の変動が打ち消される）、レーザ発振が安定する。
ここで、第２図（ｂ）において、グラフＰ、Ｑを直線と近似した場合、ＰＭファイバ（グラフＱ）では、誘導放出光の波長がλ０からλｍａｘに変化しても、Δｄ２／２しか、誘導放出光のｘ成分とｙ成分の位相差が小さくならない。もし、Δｄ２／２＜Ｄであれば、誘導放出光の波長がλ０からλｍａｘに変化しても、誘導放出光のｘ成分とｙ成分の位相差の変動が打ち消されない。よって、レーザ発振が安定しない。
ここで、シングルモードファイバ２４（グラフＰ）では、誘導放出光の波長がλ０からλｍａｘに変化すると、Δｄ１／２（＞Δｄ２／２）だけ、偏波のｘ成分とｙ成分の位相差が小さくなる。もし、Δｄ２／２＜Ｄ＜Δｄ１／２であれば、誘導放出光（レーザ発振光）の波長がλ０から大きくなれば（ただし、λｍａｘ未満）に変化すれば、偏波のｘ成分とｙ成分の位相差の変動が打ち消され、レーザ発振が安定する。
よって、シングルモードファイバ２４を使うことにより、レーザ発振が安定しやすくなる。
第一の実施形態によれば、ＥＤＦ１０の第一の端部１０ａから放出された自然放出光および誘導放出光（レーザ発振光）を、ＰＭファイバ（偏波面保持部）２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆを通過させて、ＥＤＦ１０の第二の端部１０ｂに入射させることにより、自然放出光および誘導放出光の偏波面の変化を小さくしている。
しかも、外乱の影響により、ＰＭファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆによる偏波面の変化が、レーザ発振が安定しない程大きくなっても、レーザ発振が安定しやすい。すなわち、自然放出光および誘導放出光の波長が変化することで、シングルモードファイバ２４におけるリタデーションΔが変化して、ＰＭファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆによる偏波面の変化を打ち消すので、レーザ発振が安定する。
ここで、自然放出光および誘導放出光の波長に対する、シングルモードファイバ２４におけるリタデーションΔの変化は、ＰＭファイバにおけるリタデーションΔの変化よりも大きいので、シングルモードファイバ２４をファイバレーザ１に備えることで、ＰＭファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆによる偏波面の変化を打ち消すことができる可能性が大きくなる。
なお、安定動作の原理について、補足説明する。レーザ共振器内に偏波特性が波長に対して大きく分散する素子を挿入し、共振器の位相変化よりも十分大きな位相変化を与えられるようにする。レーザ発振時の共振器内を周回する光がより安定な発振状態となるように、発振波長を変化することにより共振器内の偏波状態とゲインが自動的に補償され安定な発振状態が保たれる。発振波長Ｆは、Ｆ＝Ｎ（ｃ／ｎＬ）で与えられている。ここで、Ｎは整数、ｃは光速、ｎは共振器を構成する媒質の屈折率、Ｌは共振器長であり、屈折率ｎは共振器内の光パワー密度で変化する。ループゲインが１以上のΔλの範囲で位相発振条件を満たし、且つループゲインが最も大きな波長で発振する（第９図の点Ａ参照）。なお、第９図は、安定動作の原理を説明するための図である。環境温度変動が生じた場合において、第９図に示すような、共振器内に大きな偏波特性が波長に対して大きく分散する媒質の効果により、大きな波長分散素子が挿入されていない共振器と比較して、より小さな発振波長の変化で共振器内の光の偏波状態を大きく変化させることが可能であることから、周回偏波面が常に０になるように、発振波長をより安定な波長へシフトし共振器内の偏波状態を自動的に補償し、安定な発振状態を持続することが可能になる。また、温度に対して逆特性を持つ温度に対する偏波分散素子で補償する方法も考えられるが、本発明は温度に限らずあらゆる外乱（外乱に対する偏波分散特性が不明な場合でも）に対しても有効である。
次に、過飽和吸収体をモードロッカとして共振器に挿入しモードロック発振を得る場合は、本発明によりさらに大きな発振の安定効果を得ることができる。
モードロック発振の原理について簡単に述べる。発振開始時において、各モードの位相がばらばらの状態の時は、光パワーが小さく過飽和吸収体に吸収されてしまいパルス発振は起こらない。徐々に位相がそろい始めるとパルスピークパワーが大きくなり、共振器の損失が小さくなり過飽和吸収体を透過するようになるモードロック機構が生じパルス発振を得ることができる。すなわちモード間の位相のばらつきが減少するにしたがって、ピーク強度が大きくなり共振器の損失が減少するので、位相のばらつきの少ないパルスが発振しやすくなる。しかし、安定なパルス発振を得るためには、共振器内の偏波状態を一定に保つため必要があるだけではなく、パルス発振時における大きな光パワーにより誘起される、光ファイバの非線形複屈折による偏波状態の変化により安定な発振が妨げられる。モードロック発振時には、位相のばらつきが少ないモードを選択し発振する機構が自動的に働くが、外部温度変動により共振器長が変化したり、偏波が回転したりした場合、従来構成の場合は、この非線形複屈折の変化を補償することができず、周回する光パルスの偏光状態は、共振器内に挿入されている検光子の偏光方向とずれていき共振器内の損失が増加するためモードロック発振は不安定となり、さらに、ついにはパルス発振が停止することが一般的に起こる。
しかし、本発明において共振器内に、透過する光の偏波面の変化が波長に対して大きい偏波面変化部を有しているため、連続発振時と同様に、共振器内に偏波特性が波長に対して大きく分散する素子を挿入することにより、発振波長の小さな波長変化で大きく共振器内の位相を変化させることができることから、モードロック機構により自動的にモード間の位相ばらつきの少なくなる状態へと自動的に発振波長を変えて発振する。結果として共振器内の偏波状態は一定状態に維持され、安定動作が可能となる。さらに、共振器内に透過する光の偏波面の変化が波長に対して大きい偏波面変化部を有しているために、パルス発振時に特有の非線形複屈折による共振器内の偏波面の変動も、ファイバレーザ自身がレーザ発振波長を変化させることで安定な発振状態に補償することが可能となる。
第二の実施形態
第二の実施形態は、第一の実施形態におけるシングルモードファイバ２４の形状を変化させたものである。
第３図は、本発明の第二の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第二の実施形態におけるシングルモードファイバ２４は、所定長さの半径で周回する第一周回部２４ａを有する。なお、第３図においては、第一周回部２４ａは一回だけ周回しているが、複数回周回させてもよい。他の構成要素は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第二の実施形態の動作は第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第二の実施形態によれば、第一の実施形態と同様の効果を奏する。しかも、シングルモードファイバ２４の第一周回部２４ａが屈曲することで、屈曲しない場合よりも大きな複屈折効果が得られる。よって、自然放出光および誘導放出光の波長に対する、シングルモードファイバ２４におけるリタデーションΔの変化が大きくなり、レーザ発振が安定しやすくなる。
第三の実施形態
第三の実施形態は、第二の実施形態におけるシングルモードファイバ２４の形状を変化させたものである。
第４図は、本発明の第三の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第三の実施形態におけるシングルモードファイバ２４は、所定長さの半径で周回する第一周回部２４ａと、所定長さよりも短い半径で周回する第二周回部２４ｂをさらに有する。なお、第４図においては、第一周回部２４ａおよび第二周回部２４ｂは一回だけ周回しているが、複数回周回させてもよい。他の構成要素は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第三の実施形態の動作は第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第三の実施形態によれば、第一の実施形態と同様の効果を奏する。しかも、シングルモードファイバ２４の第一周回部２４ａおよび第二周回部２４ｂが屈曲することで、屈曲しない場合よりも大きな複屈折効果が得られる。しかも、第一周回部２４ａおよび第二周回部２４ｂが接続されることで、第一周回部２４ａのみ、または第二周回部２４ｂのみの場合に比べても、より大きな複屈折効果が得られる。よって、自然放出光および誘導放出光の波長に対する、シングルモードファイバ２４におけるリタデーションΔの変化が大きくなり、レーザ発振が安定しやすくなる。
第四の実施形態
第四の実施形態は、第一の実施形態におけるシングルモードファイバ２４を複屈折材料２５に代えたものである。
第５図は、本発明の第四の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第四の実施形態における複屈折材料２５は、複屈折効果を奏するものであり、例えば、カルサイト、ＹＶＯ４、α―ＢＢＯである。他の構成要素は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第四の実施形態の動作は第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第四の実施形態によれば、第一の実施形態と同様の効果を奏する。
第五の実施形態
第五の実施形態は、第一の実施形態におけるシングルモードファイバ２４をＰＭファイバ（偏波面変化部）２６に代えたものである。
第６図は、本発明の第五の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第五の実施形態にかかるＰＭファイバ（偏波面変化部）２６は、第二の偏波面保持ファイバである。なお、ＥＤＦ１０とＰＭファイバ２６とを一体にすることも考えられる。また、ＰＭファイバ２６は、第一の偏波面保持ファイバ（ＰＭファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ）の偏波軸とは異なる偏波軸を有する。他の構成要素は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第五の実施形態の動作は第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第五の実施形態によれば、ＰＭファイバ２６の偏波軸が、第一の偏波面保持ファイバ（ＰＭファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ）の偏波軸とは異なるため、ＰＭファイバ２６により大きな複屈折効果が得られる。よって、ＰＭファイバ２２ａを通過した光の偏波面を、ＰＭファイバ（偏波面変化部）２６により、大きく変化させることができる。よって、自然放出光および誘導放出光の波長に対する、ＰＭファイバ（偏波面変化部）２６におけるリタデーションΔの変化が大きくなり、レーザ発振が安定しやすくなる。
第六の実施形態
第六の実施形態は、第一の実施形態におけるシングルモードファイバ２４をＰＭファイバ（偏波面変化部）２６ａ、２６ｂに代えたものである。
第７図は、本発明の第六の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。
第六の実施形態にかかるＰＭファイバ（偏波面変化部）２６ａ、２６ｂは、それぞれ、第二の偏波面保持ファイバ、第三の偏波面保持ファイバである。なお、ＥＤＦ１０とＰＭファイバ２６ａ、２６ｂとを一体にすることも考えられる。また、ＰＭファイバ２６ａ、２６ｂは、第一の偏波面保持ファイバ（ＰＭファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ）の偏波軸とは異なる偏波軸を有する。しかも、ＰＭファイバ２６ａの偏波軸と、ＰＭファイバ２６ｂの偏波軸とは異なる。他の構成要素は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第六の実施形態の動作は第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第六の実施形態によれば、ＰＭファイバ２６ａ、２６ｂの偏波軸が、第一の偏波面保持ファイバ（ＰＭファイバ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆ）の偏波軸とは異なるため、ＰＭファイバ２６により大きな複屈折効果が得られる。しかも、互いに偏波軸が異なるＰＭファイバ２６ａとＰＭファイバ２６ｂとを接続することで、さらに大きな複屈折効果が得られる。よって、ＰＭファイバ２２ａを通過した光の偏波面を、ＰＭファイバ（偏波面変化部）２６ａ、２６ｂにより、大きく変化させることができる。よって、自然放出光および誘導放出光の波長に対する、ＰＭファイバ（偏波面変化部）２６ａ、２６ｂにおけるリタデーションΔの変化が大きくなり、レーザ発振が安定しやすくなる。
第七の実施形態
第七の実施形態は、第一の実施形態におけるＰＭファイバ２２ａおよびシングルモードファイバ２４を除去し、検光子３５とＰＭファイバ２２ｄとの間に、ＰＭファイバ（偏波面変化部）２８を挿入したものに相当する。
第８図は、本発明の第七の実施形態にかかるファイバレーザ１の構成を示す図である。ＰＭファイバ２２ｂは、ＥＤＦ１０の第一の端部１０ａとＷＤＭカップラ３４とを接続する。ＰＭファイバ（偏波面変化部）２８は第四の偏波面保持ファイバである。ＰＭファイバ（偏波面変化部）２８の偏波軸は、検光子３５の偏波軸とは異なる。なお、ＥＤＦ１０とＰＭファイバ２８とを一体にすることも考えられる。
第七の実施形態の動作は第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
第七の実施形態によれば、ＰＭファイバ２８の偏波軸が、検光子３５の偏波軸とは異なるため、ＰＭファイバ２８により大きな複屈折効果が得られる。よって、検光子３５を通過した光の偏波面を、ＰＭファイバ（偏波面変化部）２８により、大きく変化させることができる。よって、自然放出光および誘導放出光の波長に対する、ＰＭファイバ（偏波面変化部）２８におけるリタデーションΔの変化が大きくなり、レーザ発振が安定しやすくなる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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