(57)【要約】【課題】  本発明は、高い励起効率と信頼性を備えた極短パルスファイバレーザ装置を提供する。【解決手段】  レーザ光を発生する光ファイバ増幅素子２と、該光ファイバ増幅素子２の前後にそれぞれ接続された反射体と、上記光ファイバ増幅素子２に励起光を供給する励起光源４とを有し、上記光ファイバ増幅素子２と反射体によって共振器１０を構成するパルスファイバレーザ装置であって、  上記反射体の少なくとも１つは、可飽和特性を有するファイバブラッググレーティング３であることを特徴とするパルスファイバレーザ装置である。【選択図】  図１
2005174993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生する光ファイバ増幅素子と、該光ファイバ増幅素子の前後にそれぞれ接続された反射体と、上記光ファイバ増幅素子に励起光を供給する励起光源とを有し、上記光ファイバ増幅素子と反射体によって共振器を構成するパルスファイバレーザ装置であって、
上記反射体の少なくとも１つは、可飽和特性を有するファイバブラッググレーティングであることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置であって、
上記ファイバブラッググレーティングは、金属元素を含有することを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置であって、
上記ファイバブラッググレーティングは、２×１０-4より大きい屈折率差を有することを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置であって、
上記ファイバブラッググレーティングの反射帯域と上記共振器の共振器長を制御することにより、発振するレーザ光の縦モード数が１０本以上、５００００本以下に設定されていることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【請求項５】
請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置であって、
上記光ファイバ増幅素子は、希土類添加光ファイバであることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【請求項６】
請求項１に記載のパルスファイバレーザ装置であって、
偏波保持ファイバと偏波保持素子によって構成されていることを特徴とするパルスファイバレーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピコ秒台やフェムト秒台の極短パルスレーザを発生するためのパルスファイバレーザ装置に関し、具体的には、利得媒体がドープされた希土類添加光ファイバ等を光増幅素子に使用し、パッシブモードロック技術を用いたパルスファイバレーザの技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
モードロックパルスファイバレーザは、フェムト秒（ｆsec）やピコ秒（ｐsec）の極短パルスレーザを生成するために重要な技術である。また、モードロックパルスファイバレーザ装置において、生成されるレーザの縦モードの位相を同期させるためモードロック技術が不可欠である。
【０００３】
モードロック技術には、共振器内に可飽和吸収体などを挿入したパッシブモードロック（受動型モードロック）と、共振器中を光が一巡する周期に合わせて共振器損失やレーザ媒質の利得を変調させるアクティブモードロック（能動型モードロック）、並びに両者を併用したハイブリッドモードロックがある。
【０００４】
アクティブモードロック方式は、通常、共振器内に変調器が配置されており、安定性がよく広い波長帯域で使用できる利点がある。一方、パッシブモードロック方式は、非線形媒質中を光パルスが通過する際に、光パルス自身の電場による非線形効果でパルスが変調を受けるためにモードロックが起こりパルス幅を狭めるもので、フェムト秒台の極短パルスを安定して得られる方式である。
【０００５】
なかでも、動作中に変調装置を必要としないパッシブモードロックファイバレーザは技術的な面及びコスト的な面からも実用性が高いといえる。
【０００６】
従来、パッシブモードロックファイバレーザには半導体可飽和吸収体が使用されていた。一般に、半導体材料において、電子は、通常の状況下では価電子帯と呼ばれるエネルギ状態にある。半導体可飽和吸収体は光を吸収すると、電子が価電子帯から伝導帯へと遷移し電子−正孔対を形成する。上記価電子帯と伝導帯の間のエネルギ差をバンドギャップという。半導体のバンドギャップ・エネルギに等しいか、またはそれより大きなエネルギを有する光が半導体に照射されると、光エネルギは半導体に吸収され、上記電子のあるものは伝導帯へ遷移させられ、電子−正孔対が作り出される。この電子−正孔対は最終的には消滅するが、一定の時間を要する。この消滅するまでの平均寿命は「キャリア寿命」と呼ばれる。消滅する過程には、放射消滅過程と非放射消滅過程の２種類がある。
【０００７】
放射消滅過程では、バンドギャップ・エネルギに比例した周波数で放射される光子を伴い、電子が伝導帯から価電子帯へと落下することによる過程である。放射消滅過程は、特定の半導体材料に固有である数ナノ秒（１０-9秒程度）の時定数を有する。
【０００８】
非放射消滅過程は、光子を生成することなく電子と正孔が結合することによる過程である。この非放射消滅過程は、半導体内の欠陥と不純物に基づく。非放射消滅過程の時定数は、不純物と欠陥の濃度に依存し、１ピコ秒より短い場合もある。
【０００９】
上記モードロックファイバレーザに使用される半導体可飽和吸収体は、上記半導体の吸収飽和の機構を利用している。つまり、前述したように、半導体が光を吸収すると、電子が価電子帯から伝導帯へと遷移して電子−正孔対を作り出す。入射光の強度が高いと、非常に多くの遷移が発生し、価電子帯は殆ど空となり、伝導帯は満たされ、光を吸収する半導体の能力が弱くなる。このように飽和状態に達した半導体可飽和吸収体は、上記消滅過程を経て回復するが、この特性は上記キャリア寿命に依存する。キャリア寿命が短くなると、電子−正孔対の消滅が速くなり、そして半導体可飽和吸収体の回復が速くなる。
【００１０】
この半導体可飽和吸収体による光の吸収能変化を利用したモードロックパルスレーザが開示されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【００１１】
しかし、半導体可飽和吸収体を用いる場合、レーザ光の発振波長に正確に一致したバンドギャップとキャリア寿命を備えた半導体を個別に作成する必要があった。通常半導体可飽和吸収体は、金属有機化学蒸着法などによって作成されるが、上記キャリア寿命を厳格に制御することは非常に困難であった。しかも、半導体可飽和吸収体の回復時間は、ピコ秒台に限界があり、フェムト秒台の極短パルスレーザ用のモードロックファイバレーザに使用可能な短いキャリア寿命を備えたものを作成することは、技術的に非常に困難であった。
【００１２】
この改善策として、偏光子を用いたパッシブモードロックパルスファイバレーザも開示されている（例えば、非特許文献１を参照。）。
【００１３】
共振器内を伝搬する高光強度のパルスは、その光強度によってパルス全体において偏光状態が異なる。このため、偏光子を通過させると、そのパルスが通過できる部分とできない部分とができる。これを偏波コントローラで調整し、パルスピーク付近のみ偏光子を通過させることにより短パルスを発生させることができる。
【００１４】
偏波保持アイソレータを用いたパルスファイバレーザは、上記の通り、非線形光学効果を利用するため、変調動作が半導体可飽和吸収体のように回復時間に左右されることがない。そのため、該パルスファイバレーザは、フェムト秒台の極短パルスレーザの生成を実現することができる。
【特許文献１】特開平９−１６７８６９号公報
【非特許文献１】K.Tamura他,"Self-starting additive pulse mode-locked erbium fibre ring laser",Electronics Letters 19th Novenber 1992 Vol.28 No.24
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記偏波保持アイソレータを用いたパルスファイバレーザでは、偏波保持アイソレータを透過しない光は発振に寄与しないため、励起効率が低下するおそれがあった。
【００１６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い励起効率と信頼性を備えたパルスファイバレーザ装置を安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、パッシブモードロック型のパルスファイバレーザ装置であって、可飽和吸収体の代わりにファイバブッラググレーティングを使用するようにしたものである。
【００１８】
本発明は、レーザ光を発生する光ファイバ増幅素子と、該光ファイバ増幅素子の前後にそれぞれ接続された反射体と、上記光ファイバ増幅素子に励起光を供給する励起光源とを有し、上記光ファイバ増幅素子と反射体によって共振器を構成するパルスファイバレーザ装置であって、上記反射体の少なくとも１つは、可飽和特性を有するファイバブラッググレーティングであることを特徴とするパルスファイバレーザ装置である。
【００１９】
本発明において可飽和体として機能するファイバブラッググレーティングについて説明する。
【００２０】
本発明に係るファイバブラッググレーティングは、典型的には、所定長さのシングルモード光ファイバへ干渉縞を有する紫外線を照射することにより作成される。上記ファイバブラッググレーティングのグレーティング長をＬ（ｍ）、グレーティング中の屈折率の差である屈折率変調幅をΔｎ、グレーティングのコアを伝搬する伝搬光の全伝搬光に対する割合をη、グレーティングの実効屈折率をｎ、グレーティング周期をΛ（ｍ）とするとファイバブラッググレーティングの反射率ＲBは下記式１に示される。
【００２１】
【数１】
2005174993.tif 000003
【００２２】
上記式１において、ｎとΔｎとは光強度依存性を有し、コアガラスの屈折率をｎ0、非線形光学係数ｎ2、光の電界をＥ（Ｅの絶対値を二乗すると、伝搬光の電界強度となる。）とすると、下記式２の関係が成り立つ。
【００２３】
【数２】
2005174993.tif 000004
【００２４】
また、上記ファイバブラッググレーティング中、屈折率の高くなった部分の屈折率をｎ′とすると、上記ｎ′は下記式３に示される。ただし、ｎ0′はグレーティングの高屈折率部のコアの屈折率、ｎ2′は高屈折率部の非線形光学係数である。
【００２５】
【数３】
2005174993.tif 000005
【００２６】
また、上記Δｎは、下記式４と表すことができる。
【００２７】
【数４】
2005174993.tif 000006
【００２８】
これらの各式より、上記式１に示した反射率ＲBに含まれるΔｎ／ｎは、下記式５に示す項に変形することができる。
【００２９】
【数５】
2005174993.tif 000007
【００３０】
上記式５に示されるように、上記ファイバブラッググレーティングの反射率ＲBは、伝搬光に依存して変化するため、可飽和特性を発現する。
【００３１】
上記パルスファイバレーザ装置では、上記ファイバブラッググレーティングは、金属元素を含有することが好ましい。
【００３２】
また、上記パルスファイバレーザ装置では、上記ファイバブラッググレーティングは、２×１０-4より大きい屈折率差を有することが好ましい。
【００３３】
また、上記パルスファイバレーザ装置では、上記ファイバブラッググレーティングの反射帯域と上記共振器の共振器長を制御することにより、発振するレーザ光の縦モード数が１０本以上、５００００本以下に設定されていることが好ましい。
【００３４】
更に、上記パルスファイバレーザ装置において、上記光ファイバ増幅素子を、希土類添加光ファイバで構成することも可能である。
【００３５】
また、上記パルスファイバレーザ装置では、使用される光ファイバ及び光学素子のすべてに偏波保持性を持たせ、偏波保持ファイバと偏波保持素子によって構成さ競ることも可能である。
【００３６】
−作用−
上記発明では、励起光源から供給された励起光により光ファイバ増幅装置でレーザ光が発生する。光ファイバ増幅素子で発生したレーザ光は、該光ファイバ増幅素子の前後にそれぞれ接続された反射体によって構成される共振器によって共振させられる。本発明では、上記反射体の少なくとも１つは可飽和特性を有するファイバブラッググレーティングで構成されているため、上記パルスレーザが該ファイバブラッググレーティングで反射する際、モードロックされてピークパワーが大きく、且つパルス幅が極めて狭いパルスレーザ光を発生させることができる。
【００３７】
上記ファイバブラッググレーティングは、金属元素を含有することにより、非線形光学効果を向上させることができ、パワーの小さいレーザ光を効果的にパルス化することができる。
【００３８】
上記ファイバブラッググレーティングは、その屈折率差が２×１０-4より大きい場合、非線形光学特性を向上させることができ、パワーの小さいレーザ光を効果的にパルス化することができる。
【００３９】
上記パルスファイバレーザ装置において、発振するレーザ光の縦モード数が１０本以上、５００００本以下であれば、該レーザ光を安定的にパルス化することができる。即ち、レーザ光の縦モード数が１０本未満であると発生するレーザ光がパルス化されにくくなる傾向があり、また、縦モード数が５００００本より多ければ上記ファイバブラッググレーティングを用いた可飽和体において、モードロックされにくくなるおそれがある。
【００４０】
上記光ファイバ増幅素子は、希土類添加光ファイバで構成されることにより、励起光源から励起光が入力されると、そのファイバ内部で希土類元素の自然放出に基づく蛍光を発生する。
【００４１】
上記パルスファイバレーザ装置において、使用される光ファイバ及び光学素子のすべてが偏波保持性を有する場合、パルスレーザの安定性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４２】
上記本発明によれば、共振器に使用される反射体として、ファイバブラッググレーティングを使用することにより、非線形光学効果利用してレーザ光をモードロックするため、ピコ秒台あるいはフェムト秒台の極短パルスレーザを発生することができる。
【００４３】
また、本発明によれば、光ファイバ増幅素子で発生したレーザ光をすべてファイバブラッググレーティングによって共振させることができるため、励起光率を高く維持することができる。
【００４４】
更に、本発明によれば、ファイバブラッググレーティングを可飽和吸収体の代わりに使用することにより、半導体可飽和吸収体のように発振波長に応じた可飽和吸収体を作成する必要がない。そのため、本発明によれば、高性能なパルスファイバレーザ装置を安価に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４６】
《発明の実施形態１》
本発明に係るパルスファイバレーザ装置１は、レーザ光を発生する光ファイバ増幅素子と、該光ファイバ増幅素子の前後にそれぞれ接続された反射体と、上記光ファイバ増幅素子に励起光を供給する励起光源とを有し、上記光ファイバ増幅素子と反射体によって共振器を構成するパルスファイバレーザ装置であって、上記反射体の少なくとも１つは、可飽和特性を有するファイバブラッググレーティング（以下、「ＦＢＧ」ともいう。）で構成されている。
【００４７】
図１は、本発明の一実施形態に係るパルスファイバレーザ装置１の構成図である。
【００４８】
図１のパルスファイバレーザ装置１は、光ファイバ増幅素子である希土類添加光ファイバ２の自然放出効果により発生した自然放出光を、ＦＢＧを用いた２つの反射体の間で共振させて、出力端８から極短パルスレーザを出力するものである。
【００４９】
更に具体的に説明すると、上記希土類添加ファイバ２は、コアに利得媒体として例えば、エルビウム（Ｅｒ）、イットリビウム（Ｙｂ）等の希土類元素がドープされており、該コアの外周面をクラッドで被覆された石英製の光ファイバである。本実施形態においては、上記希土類元素としてＹｂが添加された希土類添加ファイバ２を用いた。本希土類添加光ファイバ２の長さは、縦モード数を所定の範囲に規定するように設定されている。本実施形態において、共振器１０の長さは約８ｍとし、添加されたＹｂの濃度は、１００００ｐｐｍで、濃度条長積で約２０（ｋｐｐｍ・ｍ）となるように設定されている。希土類添加光ファイバ２を含む本共振器１０は、９８０ｎｍの励起光に対して１０６４ｎｍの光を放出する。
【００５０】
上記希土類添加光ファイバ２の前後両端には、反射体としてＦＢＧ３、３′がそれぞれ接続されている。これらＦＢＧ３、３′は、それぞれ可飽和特性を有している。即ち、ＦＢＧ３、３′は、入射するレーザ光の光パワーの依存してそれらの反射率が変化する。本実施形態において、出力端８側のＦＢＧ３の反射率は、波長１０６４ｎｍの光に対して約５％であり、反対側のＦＢＧ３′の反射率は、同じく波長１０６４ｎｍの光に対して約９９％以上となるように設定されている。
【００５１】
更に具体的には、本実施形態に係るＦＢＧ３は、グレーティング長が２０ｍｍで、反射率が９９％以上である。
【００５２】
また上記各ＦＢＧ３、３′には、例えばＳｎ（スズ）やＰｂ（鉛）がドープされていることが好ましい。これら金属元素がドープされることにより、ＦＢＧの非線形光学係数が増大し、低いパワーのレーザ光であってもパルス化を可能にし、パルスレーザ発生の高効率化を図ることができる。尚、本実施形態ではＳｎドープファイバを使用した。
【００５３】
また、本実施形態において、各ＦＢＧ３、３′の屈折率差Δｎは、２×１０-4より大きくなるように設定されている。これにより、レーザ光のパワーが小さい場合でも、上記非線形光学係数の差が出やすくすることができる。
【００５４】
出射端側のＦＢＧ３と出射端８の間には、光アイソレータ７が接続されている。光アイソレータ７は、ＦＢＧ３から出射端８へ向かう光をそのまま透過し、逆に、出射端８からＦＢＧ３へ向かう光を遮断する機能を有する。
【００５５】
一方、反対側のＦＢＧ３′の前方には、無反射終端６が接続されている。
【００５６】
ＦＢＧ３′と無反射終端６の間には、ＷＤＭカプラ５を介して励起光源４が接続されている。励起光源４は、レーザダイオードチップ（以下、「ＬＤチップ」ともいう。）を内蔵しており、所定の出力で波長９８０ｎｍの励起光を上記希土類添加光ファイバ２に供給する。
【００５７】
本実施形態に係るパルスファイバレーザ装置１に使用される上記各素子は、通常のシングルモードファイバ９で接続されている。このように各素子を接続する光ファイバ９は、上記のように通常のシングルモードファイバであってもよいが、パルスレーザの出力をより安定させるために偏波保持ファイバであることが好ましい。更に、パルスレーザの安定性の観点より、上記パルスファイバレーザ装置１に使用される各素子は、適当な手段によりそれぞれ偏波保持性が付与された偏波保持素子であることが好ましい。
【００５８】
次に、本実施形態に係るパルスファイバレーザ装置１の運転動作について説明する。
【００５９】
励起光源４で発生した波長９８０ｎｍの励起光は、ＷＤＭカプラ５を介して光ファイバ９に導入され、上記希土類添加光ファイバ２へ向かって入射される。上記ＦＢＧ３′は波長９８０ｎｍの励起光に対しては透明である。そのため、上記励起光は、ＦＢＧ３′を透過して希土類添加光ファイバ２に導入される。希土類添加光ファイバ２に導入された励起光は、添加されているイットリビウム元素を励起する。そして、励起されたイットリビウム元素が基底状態に戻る際、波長１０６４ｎｍの自然放出光を発生する。
【００６０】
希土類添加光ファイバで発生した自然放出光は、希土類添加ファイバ２とその前後に接続された各ＦＢＧ３、３′で構成される共振器により共振してレーザ光となる。このレーザ光は、上記ＦＢＧで反射する際、該ＦＢＧの有する可飽和特性によりモードロックされるため、ピークパワーが大きく、且つパルス幅が極短いパレスレーザとなる。なお、ここで、発振安定化のために共振器に温調を加えたり、さらに、ファイバグレーティングに周期的な振動、或いは、周期的な温度変動を加えてもよい。
【００６１】
このように共振器で発生したパルスレーザの一部は、出力端側のＦＢＧ３及び光アイソレータ７を透過して出力端８から取り出される。
【００６２】
上記光アイソレータ７は、出力端８で共振器へ向かって反射した一部のレーザ光や、出力端８から入射される外部の光を遮断し、共振器の破損や共振の不安定化を防止する。
【００６３】
上記共振器で発生したパルスレーザの一部は、反対側のＦＢＧ３′及びＷＤＭカプラ５を透過して無反射終端６へ導入される。
【００６４】
図２は、本実施形態のパルスファイバレーザ装置１の出力波形を示すグラフであり、図３は本実施形態のパルスファイバレーザ装置１の発振スペクトルを示す。図２の（ａ）はある時刻の出力波形であり、図２の（ｂ）は他の時刻の出力波形を示している。
【００６５】
図２に示されるように、本実施形態のパルスファイバレーザ装置では、パルス幅が約１０ｎｓｅｃ（測定器の測定限界）と極短いパルスを発生させることできる。
【００６６】
図３に示されるように、本実施形態のパルスファイバレーザ装置の発振スペクトルは、従来のＣＷ（Continuous Wave）ファイバレーザ装置の線状スペクトルに比較して、十分に広い波長帯域を有していることがわかる。本実施形態において、発振スペクトル幅を０．１ｎｍとすると、上記パルスファイバレーザ装置の共振器長は、共振器に用いたファイバ長の２倍であり約１６ｍとなる。従って、本実施形態において、１パルス当たり約２３０本の縦モード数を有することになる。
【００６７】
このように、本実施形態に係るパルスファイバレーザ装置１は、上記の通り、極短パルスレーザを安定的に発生することができる。また、本実施形態に係る共振器内に反射鏡、レンズあるいは光学フィルタといった空間光学系素子を使用せず、ＦＧＢと光ファイバのみから構成されている。そのため、上記パルスファイバレーザ装置１は、パルスレーザの損失が極めて小さく、高い励起光率と信頼性とを発揮するとともに、安価に製造することができる。
【００６８】
《発明の実施形態２》
図４は、本発明の他の実施形態に係るパルスファイバレーザ装置の構成図である。
【００６９】
本実施形態において、上記実施形態１と同一の素子等には同一の符号を付し、その説明を一部省略する。
【００７０】
図４のパルスファイバレーザ装置１０は、光ファイバ増幅素子である希土類添加光ファイバ２の自然放出効果により発生した自然放出光を、全反射ミラー１２とＦＢＧ１３を用いた２つの反射体の間で共振させて、出力端８から極短パルスレーザを出力するものである。
【００７１】
更に具体的に説明すると、上記希土類添加ファイバ２は実施形態１と同様に、コアに利得媒体として、希土類元素であるイットリビウム（Ｙｂ）がドープされており、該コアの外周面をクラッドで被覆された石英製の光ファイバである。本希土類添加光ファイバ２の長さは、縦モード数を所定の範囲に規定するように設定されている。本実施形態において、希土類添加ファイバ２の長さは約８ｍとし、添加されたＹｂの濃度は、１００００ｐｐｍ、濃度条長積が約２０（ｋｐｐｍ・ｍ）となるように設定されている。本希土類添加光ファイバ２は、９８０ｎｍの励起光に対して１０６４ｎｍの光を放出する。
【００７２】
上記希土類添加光ファイバ２の一端には、反射体として全反射ミラー１２が接続されている。全反射ミラー１２は、希土類添加光ファイバ２から入射された光の約９３％を全反射し、再び希土類添加光ファイバへ向けて反射する。
【００７３】
上記希土類添加光ファイバ２の他端は、励起光入射用のＷＤＭカプラ５を経て３ｄＢカプラ１４へ接続されている。３ｄＢカプラ１４では、光ファイバが２本に分岐されており、一方の光ファイバは、光アイソレータ７を経て出力端８に接続されている。他方の光ファイバは、ＦＢＧ１３に接続されている。
【００７４】
上記ＦＢＧ１３は、上記実施形態１と同様に可飽和特性を有している。即ち、ＦＢＧ１３は、入射するレーザ光の光パワーの依存してそれらの反射率が変化する。本実施例において、上記ＦＢＧ１３の反射率は、波長１０６４ｎｍの光に対して約９９％以上となるように設定されている。
【００７５】
また、上記ＦＢＧ１３には、例えばＳｎ（スズ）やＰｂ（鉛）がドープされていることが好ましい。これら金属元素がドープされることにより、ＦＢＧの非線形光学係数が増大し、低いパワーのレーザ光であってもパルス化を可能にし、パルスレーザ発生の高効率化を図ることができる。尚、本実施形態ではＳｎドープファイバを使用した。
【００７６】
また、本実施形態において、ＦＢＧ１３の屈折率差Δｎは、２×１０-4より大きくなるように設定されている。これにより、レーザ光のパワーが小さい場合でも、上記非線形光学係数の差が出やすくすることができる。
【００７７】
上記３ｄＢカプラ１４と出射端８の間には、光アイソレータ７が接続されている。光アイソレータ７は、希土類添加光ファイバ２から出射端８へ向かう光をそのまま透過し、逆に、出射端８から希土類添加光ファイバ２へ向かう光を遮断する機能を有する。
【００７８】
上記希土類添加光ファイバ２と３ｄＢカプラ１４の間には、ＷＤＭカプラ５を介して励起光源４が接続されている。励起光源４は、ＬＤチップを内蔵しており、所定の出力で波長９８０ｎｍの励起光を上記希土類添加光ファイバ２に供給する。
【００７９】
本実施形態に係るパルスファイバレーザ装置１に使用される上記各素子は、通常のシングルモードファイバ９で接続されている。このように、光ファイバ９は、上記のように通常のシングルモードファイバであってもよいが、パルスレーザの出力をより安定させるために偏波保持ファイバであることが好ましい。更に、パルスレーザの安定性の観点より、上記パルスファイバレーザ装置１０に使用される各素子は、適当な手段によりそれぞれ偏波保持性が付与された偏波保持素子であることが好ましい。
【００８０】
次に、本実施形態に係るパルスファイバレーザ装置１０の運転動作について説明する。
【００８１】
励起光源４から発生した波長９８０ｎｍの励起光は、ＷＤＭカプラ５を介して上記希土類添加光ファイバ２へ出射される。希土類添加光ファイバ２に導入された励起光は、添加されているイットリビウム元素を励起する。そして、励起されたイットリビウム元素が基底状態に戻る際、波長１０６４ｎｍの自然放出光を発生する。
【００８２】
希土類添加光ファイバ２で発生した自然放出光は、上記全反射ミラー１２とＦＢＧ１３で構成される共振器により共振してレーザ光となる。このレーザ光はＦＢＧ１３で反射する際、該ＦＢＧ１３の有する可飽和特性によりモードロックされるため、ピークパワーが大きく、且つパルス幅が極短いパレスレーザとなる。このパルスレーザは３ｄＢカプラ１４で分波され、光アイソレータ７を経て、出力端８から出力される。
【００８３】
図５は、本実施形態のパルスファイバレーザ装置１０の出力波形を示すグラフであり、図６は本実施形態のパルスファイバレーザ装置１０の発振スペクトルを示す。図５の（ａ）〜（ｆ）のグラフは、それぞれある時刻における出力波形を示している。
【００８４】
図５に示されるように、本実施形態のパルスファイバレーザ装置１０では、パルスのピーク強度が時々刻々変化してはいるが、パルス幅が約５００ｎｓｅｃと極短いパルスレーザを発生させることができる。
【００８５】
図６に示されるように、本実施形態のパルスファイバレーザ装置の発振スペクトルは、従来のＣＷ（Continuous Wave）ファイバレーザ装置の線状スペクトルに比較して、十分に広い波長帯域を有していることがわかる。本実施形態において、発振スペクトル幅を０．１ｎｍとすると、上記パルスファイバレーザ装置の共振器長は、希土類添加光ファイバの長さの２倍であり約１６ｍとなる。従って、本実施形態において、１パルス当たり１６００本の縦モード数を有することになる。
【００８６】
《比較例》
本発明に係るパルスファイバレーザ装置と比較するために、図７に示す装置を比較例として作成し、出力されるレーザ光の状態を観察した。図７に示す装置２０は、上記実施形態２に示したパルスファイバレーザ装置のＦＢＧ１３をフレネル反射器２２に置き換えたものである。その他の素子等は、上記実施形態２に用いたものと同じであるため、同一の素子については同一の符号を付して説明を省略する。
【００８７】
この装置の発振波長は、バンドパスフィルタ２１を挿入することにより決定される。比較例に係る装置２０の励起光源４から励起光を希土類添加光ファイバ２に導入すると、出力端８から図８に示すレーザ光が出力された。
【００８８】
図８に示す（ａ）〜（ｄ）のグラフは、それぞれある時刻のおける出力波形を示している。図８の各グラフからわかるように、本比較例に係る装置２０からのレーザ出力波形は、比較的短い周期（概ね５ｎ秒程度）のビート状を呈しているが、パルス状となっていない。また、出力強度の振幅及びビートの周期は、時間とともに大きく変動しており非常に不安定である。このように、共振器の反射体としてフレネル反射器を用いた本装置は、安定した極短パルスレーザを発生させることができないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の一実施形態に係るパルスファイバレーザ装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示すパルスファイバレーザ装置から出力されるパルスレーザの出力波形を示す図である。
【図３】図１に示すパルスファイバレーザ装置から出力されたパルスレーザの発振スペクトルを示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るパルスファイバレーザ装置の構成を示す図である。
【図５】図４に示すパルスファイバレーザ装置から出力されたパルスレーザの出力波形を示す図である。
【図６】図４に示すパルスファイバレーザ装置から出力されたパルスレーザの発振スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の比較例に係るファイバレーザ装置の構成を示す図である。
【図８】図７に示すファイバレーザ装置から出力されたレーザの出力波形をを示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
１    パルスファイバレーザ装置
２    希土類添加光ファイバ
３、３′    ＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）
４    励起光源
５    ＷＤＭカプラ
６    無反射終端
７    光アイソレータ
８    出力端
９    シングルモード光ファイバ
【図１】
2005174993.tif 000008
【図２】
2005174993.tif 000009
【図３】
2005174993.tif 000010
【図４】
2005174993.tif 000011
【図５】
2005174993.tif 000012
【図６】
2005174993.tif 000013
【図７】
2005174993.tif 000014
【図８】
2005174993.tif 000015