(57)【要約】      （修正有）【課題】光ファイバレーザの出力光変動を抑えるとともに、縦モードの発生を抑制し、利得減少の防止と変調機能を備えた光通信用途の光ファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】光増幅機能を有する光ファイバ５に、ファイバ内で光を共振させる共振器６とファイバ内で光散乱を生じさせる散乱発生器９とを設ける。散乱発生器９は、発生させる散乱を含めた共振器６の総損失が光ファイバ５で発生させる利得を下回るようにその散乱量が設定される。この散乱量の適量設定により、縦モードの発生数を抑制する。【選択図】図１
2005085883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増幅機能を有する光ファイバと、
前記光ファイバ内で任意の波長光を共振させる共振器と、
前記光ファイバ内で光散乱を生じさせる散乱発生器と、
を有することを特徴とする光ファイバレーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバレーザ装置において、
前記散乱発生器は、発生させる散乱を含めた前記共振器の総損失が前記光ファイバで発生させる利得を下回るようにその散乱量が設定されたものである、
ことを特徴とする光ファイバレーザ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光ファイバレーザ装置において、
前記散乱発生器を、前記光ファイバに設けられたファイバブラッググレーティングから構成する、
ことを特徴とする光ファイバレーザ装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光ファイバレーザ装置において、
前記散乱発生器を、前記光ファイバに添加して結晶化させた不純物から構成する、
ことを特徴とする光ファイバレーザ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光ファイバレーザ装置と、
前記光ファイバレーザ装置の出力光をパルス変調する変調器と、変調出力を増幅する光ファイバ増幅器と、
を有することを特徴とするパルス光発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光増幅機能を有する光ファイバと前記光ファイバ内で光を共振させる共振器構造とを組み合わせた光ファイバレーザ装置やパルス光発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、希土類添加光ファイバに励起光を入射してレーザ光を発生させる光ファイバレーザ装置がある。この光ファイバレーザ装置は、希土類添加光ファイバと共振器とを有する。共振器は希土類添加光ファイバ内で光を共振させることで光の増幅度を高める（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】H.N.Poulsen,et,al.,DFB Fiber Laser for Optical Communication in the L-band,ECOC'99
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の光ファイバレーザ装置は、縦マルチモードの発振形態を取り、その出力には縦モード発振ピーク（以下、縦モードと称す）が複数形成される。これら複数の縦モードは互いに干渉し合い、その結果、極短時間間隔（１０ｎｓ程度）でみた場合、光ファイバレーザ装置の出力（パワー）に変動が生じる。
【０００４】
このような出力微細変動は次のような用途において不具合を生じさせる。光ファイバレーザ装置を工業加工用パルス光発生装置の種光源として用いる場合や、光通信用パルス信号の種光源として用いる場合においては、光ファイバレーザ装置から出力される連続光（ＣＷ光）に変調処理を施すことで、出力光をパルス化することが行われる。
【０００５】
光通信用途に用いられる場合には、パルス化する際に、光強度変調等の技術によって各種の情報がパルス光に重畳される。工業加工用途に用いられる場合には、出力パルス光をさらに増幅処理することでジャイアントパルス化してその出力パワーを部分的に極大化させた状態で各種の加工処理に用いられる。
【０００６】
これらの処理を行う場合、変調処理は、ｍｓ以下の変調周期,数百ＭＨｚ〜数ｋＨｚ程度のパルス周波数,数百ｐｓ〜数十ｎｓ程度のパルス幅の条件で実施される。しかしながら、光ファイバレーザ装置の出力光に上述した微細変動が生じた状態では、振幅がふらつく等の現象が生じて変調処理を精度高く実施することが困難となる。
【０００７】
そこで、上述した非特許文献１は、Distribured  Bragg Reflectorと呼ばれる共振器の構成（以下、ＤＢＲと称す）を採用することで、出力微細変動を抑制している。ＤＢＲでは、共振器長（共振器の離間間隔の２倍長さ）を短くすることで、発生する縦モードの周波数離間間隔を広げ、これによって縦モードの発生数を減らしている。しかしながら、ＤＢＲにおいては、共振器長が短くなる分、光ファイバレーザ装置の利得が下がり、その結果として、大きな出力パワーが得られなくなる、という不具合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光増幅機能を有する光ファイバと、前記光ファイバ内で任意の波長光を共振させる共振器と、前記光ファイバ内で光散乱を生じさせる散乱発生器とを有して光ファイバレーザ装置を構成する。これにより、本発明は、発生する散乱光によって縦マルチモード共振が抑制されて発生する縦モード数が減少する。また、利得に影響を及ぼさない散乱光発生器を設けるだけなので、利得が下がることはない。
【０００９】
増幅機能を有する光ファイバレーザとしては、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）等の希土類が添加された石英系の光ファイバが例として挙げられる。この場合、希土類添加光ファイバに励起光を供給する励起光源が必要となる。
【００１０】
光ファイバレーザ装置内で散乱光を発生させる場合、散乱光の発生条件によっては、共振器の共振作用が阻害される。そこで、前記散乱発生器は、発生させる散乱を含めた前記共振器の総損失が前記光ファイバで発生させる利得を下回るようにその散乱量が設定されたものとするのが好ましい。これにより、散乱光が共振器の共振作用を阻害することはなくなり、光ファイバレーザ装置は何ら問題なく機能する。
【００１１】
前記散乱発生器は、前記光ファイバに設けられたファイバブラッググレーティングから構成するのが好ましい。同様に、前記散乱発生器は、前記光ファイバに添加して結晶化させた不純物から構成するのが好ましい。そうすれば、散乱発生器を比較的容易に設けることが可能となる。
【００１２】
本発明の光ファイバレーザ装置は、その出力光をパルス変調する変調器と、その変調出力を増幅する光ファイバ増幅器とを組み合わせてパルス光発生装置として構成することができる。そうすれば、振幅ばらつきや変調ひずみのない状態でパルス光を増幅することができ、精度の高い増幅パルス光（いわゆるジャイアントパルス光）を作製することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、出力パワーを減少させることなく、縦モードの発生数を抑制して出力の変動をなくす（出力を平坦化する）ことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の最良の実施形態に係る光ファイバレーザ装置の構成図である。
【００１５】
光ファイバレーザ装置２は、ファブリペロー型光ファイバレーザであって、増幅機能を有する光ファイバである希土類添加光ファイバ５と、共振器６と、励起光源７と、光カプラ８と、散乱発生器９と、アイソレータ１０とを備える。なお、図１において、共振器６の図中右端がパルス光発生装置１の光出力側となるように各部品は配置される。
【００１６】
希土類添加光ファイバ５は、イッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）等の希土類が添加された石英系の光ファイバから構成される。本実施形態では、イッテルビウム（Ｙｂ）が添加された光ファイバから希土類添加光ファイバ５は構成される。
【００１７】
共振器６は希土類添加光ファイバ５の両端に設けられた反射鏡部６ａ,６ｂから構成される。反射鏡部６ａ,６ｂは、光ファイバ内を伝播する光を反射する機能を有するものであればいずれの構成であってもよいが、パルス光発生装置１では、光ファイバに形成されたファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）から反射鏡部６ａ,６ｂが構成される。ＦＢＧから構成される反射鏡部６ａ,６ｂは、波長選択機能を発揮し、これにより共振器６は、任意の波長光を共振させる。ＦＢＧから反射鏡部６ａ,６ｂを構成しない場合においては、希土類添加光ファイバ５に設けるバンドパスフィルタによって波長選択機能を発揮させてもよい。
【００１８】
反射鏡部６ａ,６ｂは、希土類添加光ファイバ５自身に形成されてもよいし、希土類添加光ファイバ５とは別の石英系光ファイバに反射鏡部６ａ,６ｂが形成されたうえで、希土類添加光ファイバ５の両端にＦＢＧ形成済み光ファイバが接続されてもよい。共振器６では、その内部で共振を生じさせたうえで、一部を共振器６の外部に導出するために、反射鏡部６ａ,６ｂは、反射率がそれぞれ次のようになるように設定される。希土類添加光ファイバ５の反射端（光非出力端）に設けられる反射鏡部６ａの反射率は９９％に設定される。希土類添加光ファイバ５の光出力端に設けられる反射鏡部６ｂの反射率は９０％に設定される。
【００１９】
励起光源７は、希土類添加光ファイバ５に添加される希土類を励起する波長域の光を発生させる。イッテルビウム（Ｙｂ）添加光ファイバから希土類添加光ファイバ５が構成されるパルス光発生装置１では、その一例として９８０ｎｍの励起光を発生させるレーザダイオードから励起光源７は構成される。９８０ｎｍの励起光が供給される希土類添加光ファイバ５では、その内部で希土類が励起され、励起された希土類イオンによる自然放出にともなって波長帯域９８０ｎｍ〜１２００ｎｍのＡＳＥ光（Amplified Spontaneous Emission）からなる出力光が発生する。
【００２０】
光カプラ８は、例えば、ＷＤＭカプラから構成される。光カプラ８は励起光源７で発生される励起光を希土類添加光ファイバ５に合波させる。本実施形態では、光カプラ８は、反射鏡部６ｂより光出射方向外側に設けられる。これにより、希土類添加光ファイバ５は後方励起型光増幅器として機能する。ただし、光ファイバレーザ装置２では、前方励起型光増幅器として機能する構成においても、双方向励起型光増幅器として機能する構成において同様に実現可能である。
【００２１】
散乱発生器９は、希土類添加光ファイバ４に形成される。散乱発生器９は、希土類添加光ファイバ５を伝播する光に散乱を生じさせることを目的として希土類添加光ファイバ５に設けられる。また、散乱発生器９は希土類添加光ファイバ５において、発生させる散乱を含めた共振器６の総損失が希土類添加光ファイバ５で発生させる利得を下回るようにその散乱量（ＦＢＧからなる散乱発生器９では反射率）が設定される。これは、散乱発生器９が共振器６の共振動作を阻害しないことを条件化したものである。具体的には、散乱発生器９の反射率は１．０％〜２５．０％程度の反射率に設定される。ただし、発生させる散乱を含めた共振器６の総損失が希土類添加光ファイバ５で発生させる利得を下回る（共振器６の共振動作を阻害しない）範囲であれば、散乱発生器９の反射率は、比較的自由に設定可能である。なお、反射率の下限値１．０％は、散乱発生器（ＦＢＧ）９の生産限界から設定された閾値である。
【００２２】
散乱発生器９や反射鏡部６ａ,６ｂを構成するＦＢＧは次のようにして形成される。共振周波数に応じた形成ピッチ（例えば、７１０ｎｍピッチ）の縞模様を有するマスクを用意する。ＦＢＧを形成する光ファイバをこのマスクで覆った状態で、光ファイバに紫外線を照射する。これにより、光ファイバにＦＢＧを形成する。この場合、ＦＢＧの反射率は、例えば、紫外線の総照射量（単位時間当たりの紫外線照射量×紫外線照射時間）により調整される。
【００２３】
この光ファイバレーザ装置２の出力は、光強度変調等によって各種情報が重畳される光通信用のパルス光の種光源として用いられるほか、工業加工等に用いられるパルス光発生装置の種光源として用いられる。
【００２４】
光ファイバレーザ装置２では、散乱発生器９が発生させる散乱光によって縦マルチモード共振が抑制される。その結果、希土類添加光ファイバ５で発生する縦モード数が減少し、ほぼ縦単一モードの発振が生じる。これにより、縦モード間の干渉がほとんどなくなり、光ファイバレーザ装置２から出力されるＣＷ光出力の微細変動が抑制される。しかし、希土類添加光ファイバ５の利得にほとんど影響を及ぼさない散乱発生器９を設けただけなので、その出力が低下することもない。
【００２５】
なお、光ファイバレーザ装置２では、希土類添加光ファイバ５に形成したＦＢＧから散乱発生器９を構成したが、この他、希土類添加光ファイバ５に多量に添加した不純物を結晶化させることで、散乱発生器９としてもよい。例えば、不純物としてアルミニウム（Ａｌ）を２００００ｐｐｍ以上の濃度で希土類添加光ファイバ５に添加する。そうすれば、アルミニウム（Ａｌ）は希土類添加光ファイバ５内で結晶化して、散乱発生器９として機能する。
【００２６】
以下、光ファイバレーザ装置２を組み込んだパルス光発生装置１の構成が図２を参照して説明される。図２における光ファイバレーザ装置２の構成は、図１を参照して上述したものと同様であるので、同一ないし同様の部分には同一の符号が付される。
【００２７】
パルス光発生装置１は、光ファイバレーザ装置２と変調装置３と光ファイバ増幅器４とを備える。
【００２８】
変調装置３は、光ファイバレーザ装置２の出力光をパルス変調する変調器本体３Ａと、パルス変調用の基準電気信号（以下、変調信号という）を発生させて変調器本体３Ａに供給する変調信号発生回路３Ｂとを備える。
【００２９】
光ファイバ増幅器４は、光ファイバレーザ装置２から出力されて変調装置３でパルス変調されるパルス光を誘導放出効果によって光増幅するものであって、図示はしないが、希土類添加光ファイバと励起光源とを備える。パルス光発生装置１は、励起光源から供給される励起光で励起された希土類添加光ファイバ中の希土類による誘導放出により、変調装置３の出力パルス光を光増幅する。
【００３０】
パルス光発生装置１は、ＣＷ光を供給する種光源が光ファイバレーザ装置という比較的安価な装置で構成されることで、コストダウンを図ることができるという利点がある。また、光ファイバレーザ装置２がほぼ縦単一モードで発振することで、その出力（ＣＷ光）の変動がなくなり、これにより、振幅がふらつく等の現象が生じにくくなり、その分、変調装置３による変調処理精度が高くなる。
【００３１】
次に、光ファイバレーザ装置２の出力光（ＣＷ光）の縦モード発生状態を測定した結果を説明する。ここでは、次の希土類添加光ファイバ５を有する光ファイバレーザ装置２の縦モード発生状態を測定した。希土類添加光ファイバ５は、Ｙｂ濃度１００００ｐｐｍ，比屈折率差Δ０．９５％,カットオフ周波数６９０ｎｍ、ファイバ長３０ｍｍの水素処理した石英系ファイバから構成する。共振器６を構成する出力側の反射鏡部６ａは、反射率９０％のＦＢＧをファイバ長にして１０ｍｍ配置したものから構成する。反対側の反射鏡部６ｂは、反射率９９％のＦＢＧをファイバ長にして３０ｍｍ配置したものから構成する。散乱発生器９は、反射率２５％のＦＢＧを希土類添加光ファイバ５内に形成したものから構成する。
【００３２】
比較例として、上述したのと同様の希土類添加光ファイバ５を備えるものの、散乱発生器９を形成しない光ファイバレーザ装置２'を作製し、その縦モード発生状態を測定する。
【００３３】
測定結果が図３（ａ），（ｂ）に示される。図３（ａ）は比較例である光ファイバレーザ装置２'の測定結果であり、図３（ｂ）は、本発明の光ファイバレーザ装置２の測定結果である。これらの図において、横軸は周波数であり、縦軸は出力（ｄＢ）である。測定は自己遅延ヘテロダイン法により０〜５ＧＨｚの周波数範囲で測定された。なお、図３（ｂ）において、右上に記載したデータは、本発明のデータの拡大図であり、主となる縦モードＭ１の発生帯域の詳細を示す。主となる縦モードＭ１の発振スペクトル幅は約１００ｋＨｚである。
【００３４】
これらの図から明らかなように、光ファイバレーザ装置２'（比較例）では、主となる縦モードＭ１（１５４ＭＨｚ）のほかに、複数の縦モードＭ２,Ｍ３（１７００ＭＨｚ,１９００ＭＨｚ）が測定されており、縦モードの発生数の抑制効果は見られない。これに対して、光ファイバレーザ装置２（本発明）では、主となる縦モードＭ１（１５４ＭＨｚ）だけが測定されており、他の縦モードは全く測定されていない。これにより、光ファイバレーザ装置２では、縦モードの発生数の抑制効果が発揮されて、縦単一モードで発振していることがわかる。しかも、光ファイバレーザ装置２（本発明）は、光ファイバレーザ装置２'（比較例）に比べて出力低下が生じていない。
【００３５】
上述した実施の形態では、光ファイバレーザ装置２はファブリペロー型の光ファイバレーザにおいて本発明を実施したが、このほか、図４に示されるように、リング型の光ファイバレーザ装置２０においても同様に実施できる。図４において、２１は、リング状に構成された希土類添加光ファイバ（例えば、Ｙｂ添加光ファイバ）である。２２は、希土類添加光ファイバ２１に励起光を供給する励起光源である。２３は、励起光を希土類添加光ファイバ２１に合波する第１の光カプラ（ＷＤＭカプラ等）である。リング状の希土類添加光ファイバ２１と励起光源２２とにより共振器が構成される。２４は、希土類添加光ファイバ２１の出力光（ＣＷ光）を希土類添加光ファイバ２１から取り出して外部に出力する第２の光カプラである。２５は、希土類添加光ファイバ２１に形成された散乱発生器である。散乱発生器２５は、ＦＢＧから構成してもよいし、希土類添加光ファイバ２１に添加した結晶化不純物から構成してもよい。２６は、希土類添加光ファイバ２１の出力端に設けられたアイソレータである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態の光ファイバレーザ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の光ファイバレーザ装置を組み込んだパルス光発生装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の光ファイバレーザ装置の縦モード発生状態を測定した図である。
【図４】本発明の他の実施形態の光ファイバレーザ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  パルス光発生装置          ２  光ファイバレーザ装置
３  変調装置                ３Ａ  変調器本体
３Ｂ  変調信号発生回路      ４  光ファイバ増幅器
５  希土類添加光ファイバ    ６  共振器
６ａ,６ｂ  反射鏡部         ７  励起光源
８  光カプラ                ９  散乱発生器
１０  アイソレータ          ２０  光ファイバレーザ装置
２１  希土類添加光ファイバ  ２２  励起光源
２３  第１の光カプラ          ２４  第２の光カプラ
２５  散乱発生器            ２６  アイソレータ  
【図１】
2005085883.tif 000003
【図２】
2005085883.tif 000004
【図３】
2005085883.tif 000005
【図４】
2005085883.tif 000006