(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定長の定偏波ファイバーを少なくとも一個有する複数パルス光発生部と、出力する短パルス光を前記定偏波ファイバーの光入射面にて前記定偏波ファイバーの複屈折軸方向及びそれと直角方向の両方に入射するように配置される短パルス光発生部とを備え、
前記定偏波ファイバー内における前記短パルス光の２つの偏波成分の光強度は、前記短パルス光よりも長波長である長波長短パルス光を発生するしきい値レベルよりもそれぞれ大きいエネルギー強度をもち、
前記短パルス光発生部は、前記長波長短パルス光の波長を変化させる波長変化要素を有し、
前記波長変化要素は、前記短パルス光の時間軸スペクトル形状を変更する強度変更要素からなることを特徴とする複数パルス光発生装置。
【請求項２】
所定長の定偏波ファイバーを少なくとも一個有する複数パルス光発生部と、出力する短パルス光を前記定偏波ファイバーの光入射面にて前記定偏波ファイバーの複屈折軸方向及びそれと直角方向の両方に入射するように配置される短パルス光発生部とを備え、
前記定偏波ファイバー内における前記短パルス光の２つの偏波成分の光強度は、前記短パルス光よりも長波長である長波長短パルス光を発生するしきい値レベルよりもそれぞれ大きいエネルギー強度をもち、
前記複数パルス光発生部は、前記長波長短パルス光の波長を変化させる波長変化要素を有し、前記波長変化要素は、それぞれ長さ、コア径、組成、波長分散特性のうちの少なくとも一つが異なる複数の前記定偏波ファイバーと、前記短パルス光発生部からの前記短パルス光を前記複数の定偏波ファイバーのいずれかに切り替える切り替え要素とを有することを特徴とする複数パルス光発生装置。
【請求項３】
所定長の定偏波ファイバーを少なくとも一個有する複数パルス光発生部と、出力する短パルス光を前記定偏波ファイバーの光入射面にて前記定偏波ファイバーの複屈折軸方向及びそれと直角方向の両方に入射するように配置される短パルス光発生部とを設け、
前記定偏波ファイバー内における前記短パルス光の２つの偏波成分の光強度を、前記短パルス光よりも長波長である長波長短パルス光を発生するしきい値レベルよりもそれぞれ大きい領域にて変更することにより、発生させる二つの前記長波長短パルス光の特性を制御することを特徴とする複数パルス光発生方法。
【請求項４】
請求項３記載の複数パルス光発生方法において、
前記長波長短パルス光は、ソリトンパルスからなることを特徴とする複数パルス光発生方法。
【請求項５】
請求項３又は４記載の複数パルス光発生方法において、
前記短パルス光発生部は、前記長波長短パルス光の波長を変化させる波長変化要素を有することを特徴とする複数パルス光発生方法。
【請求項６】
請求項５記載の複数パルス光発生方法において、
前記短パルス光の時間軸スペクトル形状を変更して、前記長波長短パルス光の波長を変化させることを特徴とする複数パルス光発生方法。
【請求項７】
請求項３記載の複数パルス光発生方法において、
それぞれ長さ、コア径、組成、波長分散特性のうちの少なくとも一つが異なる複数の前記定偏波ファイバーを準備し、前記短パルス光発生部として前記複数の前記定偏波ファイバーを切り替えることにより前記一対の長波長短パルス光間の時間差を変化させることを特徴とする複数パルス光発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数パルス光発生方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバで構成されるコンパクトな短パルスレーザーが実現されてきた（特開平１０ー２１３８２７号公報参照）。
また、光ファイバに短パルス光を入射すると、長波長側に新たなパルス（以下、長波長短パルス光という）が生成されることが、Ｐ，Ｂｅａｕｄらによって見出された〔ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｑｕａｎｔｎｍ  Ｅｌａｃｔｒｏｎ．，ＱＥー２３，ｐ１９８８（１９８７）｝。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ある種の用途では、たとえば互いに波長が異なる複数の短パルス光を必要とする場合、それらの波長を変更したい場合などがあったが、上記した従来の技術では、これらの用途を満たすことができなかった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、比較的簡単な構成で、複数の短パルス光を発生可能な複数パルス光発生方法及びその装置を提供することを、その目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１又は６記載の複数パルス光発生方法及びその装置によれば、複数パルス光発生部の定偏波ファイバーに短パルス光発生部（例えばファイバーレーザー）で発生した短パルス光を入射させて、誘導ラマン散乱効果によりそれよりも長波長のパルス光（長波長短パルス光）を発生させる。
【０００５】
本発明では特に、短パルス光発生部から出力される短パルス光により定偏波ファイバーに二つの偏波成分を発生させる。それには、光入射面に入射する時点の直線偏波を有した短パルス光の偏波方向を、定偏波ファイバーの光入射面の偏波方向に対して斜めとなるように角度を調整すればよい。または、定偏波ファイバーに入射する前に短パルス光を互いに位相が異なり角度が直交する二つの偏波成分に変換してもよい。また、円又は楕円偏波を有した短パルス光を定偏波ファイバーに入射させてもよい。
【０００６】
更に、本発明では、定偏波ファイバー中のこれらの二つの偏波成分が誘導ラマン散乱効果によりその長波長側にそれぞれ一つの長波長短パルス光を発生するだけのエネルギー強度をもつように設定する。
このようにすれば、簡単な構成により二つの短パルス光を発生することができる。
【０００７】
本発明で用いる短パルス光発生部としては、フェムト秒レベルの短パルス光を発生するファイバーレーザーが好適であるが、所定のエネルギー強度の短パルス光を発生するものであれば他の光発生装置でもかまわない。
上述した角度の調整は、短パルス光発生部として直線偏光を発生するレーザー装置を用い、このレーザー装置に対する定偏波ファイバーの偏波面の設定角度を調整して実現できるが、この角度は短パルス光発生部がその出力光の偏波方向をたとえば１／２波長板の回動により実現することもできる。
【０００８】
本発明で用いる定偏波ファイバーは、入射された光（偏光成分）の偏波方向を保存するように作製された光ファイバーであって、誘導ラマン散乱効果により長波長短パルス光を発生可能なものが採用される。
定偏波ファイバー内における短パルス光の２つの偏波成分がそれぞれ誘導ラマン散乱効果によりそれぞれ長波長短パルス光を発生するには、これら２つの偏波成分がこの定偏波ファイバーの誘導ラマン散乱効果のしきい値レベルよりも大きいエネルギー強度をもつように調整すればよい。なお、ここでいうエネルギー強度は、その時間軸方向で表されるので、時間軸スペクトル形状すなわち時間軸方向における波形形状を調整ないし設定すればよい。分かりやすく言えば、２つの偏波成分の所定時間内、所定帯域内の強度をあるしきい値以上に保持することにより、長波長短パルス光を２パルス発生させることができる。
【０００９】
上述した本発明の好適な態様において、定偏波ファイバーとして、長波長短パルス光としてソリトンパルスを発生するソリトン効果をもつものが採用される。定偏波ファイバー内部において誘導ラマン散乱効果により生じた長波長短パルス光がソリトンパルスとなるためには、この定偏波ファイバーを次のような条件で作製すればよい。
【００１０】
上述した本発明の好適な態様において、短パルス光発生部は、定偏波ファイバーが出力する長波長短パルス光の波長軸スペクトル形状、好適にはその中心波長（周波数軸スペクトル形状の最大振幅をもつ部分の周波数成分に対する波長）を調整する波長変化要素を有する。
誘導ラマン散乱効果により生じる上記長波長短パルス光の中心波長は、各偏波成分のエネルギー強度、すなわち時間軸スペクトル形状すなわち時間軸方向における波形形状を制御することにより調整することができる。
【００１１】
短パルス光の各偏波成分の時間軸スペクトル形状の制御は、短パルス光発生部を構成する光発生器（たとえばファイバーレーザー）に投入するエネルギーの強度（いわゆるレーザー発振器やレーザー増幅器におけるポンプエネルギー）を制御することにより実現できる他、この光発生器から発生した短パルス光の強度をアッテネータなどで調整してもよい。
【００１２】
更に、短パルス光の各偏波成分の光強度の制御は、短パルス光発生部が定偏波ファイバーの光入射面に出力する短パルス光の偏波方向を制御することによっても調整することができる。この短パルス光の偏波方向の制御（回転）は定偏波ファイバーの光入射面を短パルス光発生部（たとえばファイバーレーザー）に対して相対的に回動させることにより、更には定偏波ファイバーに入射する前に短パルス光の偏波方向を１／２波長板にて回動させることにより実現することができる。すなわち、この回動により、定偏波ファイバーの光入射面の偏波方向を基準としてみた場合に、この光入射面に入射する光の両偏波成分の強度（中心波長の振幅）が変化し、これにより、定偏波ファイバーが発生する二つの長波長短パルス光の波長が変化する。
【００１３】
上述した本発明の好適な態様において、短パルス光の中心波長における光強度を調整することにより、上記長波長短パルス光の中心波長を連続的に変更する。すなわち、本態様では、上述した各手段により短パルス光の光強度すなわち振幅を調整することによりこの振幅に比例して定偏波ファイバーが発生する長波長短パルス光の波長軸スペクトル形状端的に言えば波長を調整する。このようにすれば、簡単かつ高精度に所望の波長の長波長短パルス光を発生することができる。
【００１４】
上述した本発明の好適な態様において、複数パルス光発生部は、長波長短パルス光の周波数軸スペクトル形状（たとえば波長）を変化させる波長変化要素を有し、この波長変化要素は、それぞれ長さが異なる複数の定偏波ファイバーと、短パルス光発生部からの短パルス光を複数の定偏波ファイバーのいずれかに切り替える切り替え要素とを有する。
【００１５】
このようにすれば、長波長短パルス光の波長を変更することができる。
上述した方法は、短パルス光の偏波状態が直線偏光の場合に特に有効であるが、短パルス光が円又は楕円偏光である場合は、１／２波長板及び１／４波長板の少なくとも一方を用いて定偏波ファイバーに入射する二つの偏波成分の強度を変更することができる。更に、１／２波長板及び１／４波長板以外の波長板を用いても同様に二つの偏波成分の強度を変更することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１７】
【実施例】
この実施例の装置の模式図を図１に示す。
１はファイバーレーザーからなる短パルス光源、２はこの短パルス光源からの光強度を調整する可変出力減衰器、３はこの可変出力減衰器から出力される短パルス光の偏波方向を変更する１／２波長板、４は定偏波ファイバー（偏光面保存型ファイバー）である。短パルス光源１、可変出力減衰器２、１／２波長板３は、本発明でいう短パルス光発生部をなし、定偏波ファイバー４は本発明でいう複数パルス光発生部をなす。
【００１８】
短パルス光源１は、フェムト秒レベルの短パルス光を発生するファイバーレーザー装置であって、この実施例では１８０ｆｓの短パルスを出力するイムラアメリカ社製フェムライト７８０、モデル番号ＦＬ１５５０／３０ＳＡで出力強度、出力中心波長、繰り返し周波数はそれぞれ３７ｍＷ．１５６０ｎｍ、４８．９ＭＨｚのものを用いた。
【００１９】
可変出力減衰器２は、１／２波長板（駿河精機ｋｋ製のＳ３３−１５５０−２）とその後方に設けた偏光ビームスプリッタ（シグマ光機ｋｋ製のＰＢＳ−１５−１５５０）で構成した。
１／２波長板３は、１／２波長板（駿河精機ｋｋ製のＳ３３−１５５０−２）で構成した。
【００２０】
定偏波ファイバー４としては、コア径が５．５±０．５μｍ、光学的損失が２．６ｄＢ／ｋｍ（１５５０ｎｍの光に対し）、長さが１１０ｍのものを用いた。定偏波ファイバー４は複屈折性をもつため、直交する偏波成分が異なる速さで独立に伝搬する。直交する偏波成分の強度がそれぞれある閾値以上になったとき、誘導ラマンとソリトン効果によって励起光（短パルス光）の長波長側に理想的な２つのソリトンパルスが生成される。
【００２１】
これらのソリトンパルスの波長は光ファイバ長が長いほど、又は、短パルス光の強度が大きいほど長波長側にシフトする。そのため、短パルス光の強度や偏光方向を変化させてその二つの偏波成分の強度を変化させることによって、二つのソリトンパルスの波長の組み合わせを任意に変化させることができる。具体的には、短パルス光源１の光出力強度を変更することにより、又は、可変出力減衰器２の減衰率を変更することにより、又は、１／２波長板３の複屈折軸とそれに入射する短パルス光の偏波方向との間の角度を変更することにより、ソリトンパルスの波長を変更したり、その発生の有無を制御したりすることができる。
【００２２】
この実施例では、定偏波ファイバー４の光入射面に入射する短パルス光源１の偏波方向をλ／２板を用いて回転させた。ただし、この実施例では、可変減衰器を構成する偏光ビームスプリッタを通過した後の短パルス光の偏波方向は水平とされ、定偏波ファイバー４の光入射面の偏波方向は、１／２波長板３を用いない場合に、上記短パルス光の偏波方向成分の強度が最大となるように設定した。
【００２３】
上記装置において、定偏波ファイバー４の光入射面へ入射した短パルス光の強度を１１．２ｍＷ、そのパルス幅を１８０ｆｓ、定偏波ファイバー４のファイバ長を１１０ｍとし、短パルス光の偏波方向に対する１／２波長板３の複屈折軸がなす角度θを変更して実験を行った。その結果を図２に示す。
θが11.5°の場合、定偏波ファイバー４の光入射面への入射光の偏波方向はほぼｘ軸に平行であるため、波長が大きくシフトした単一のソリトンパルスが生成される（図２（ａ））。
【００２４】
θを22.5°に近づけていくと、定偏波ファイバー４の光入射面への入射光のｘ方向偏波成分の強度が減少し、y方向偏波成分が増大する。これにより、ｘ方向に偏光しているソリトンパルスの波長は短波長側にシフトし、ｙ偏波成分の強度は増加していくためそれがある強度を超えるとｙ方向に偏光した新たなソリトンパルスが短パルス光源から発生する励起光から分かれて生成される（図２（ｂ））。なお、図２（ｂ）はθが１8°の場合である。これら二つの長波長短パルス光すなわちソリトンパルスは両者ともほぼフーリエ限界に近い、理想的な形状になっている。
【００２５】
更に、θを22.5°に近づいけていくと、二つのソリトンパルスの波長は近づいていき（図２（c））、θ＝22.5°のときに完全に一致する。なお、図２（c）はθが20.5°の場合である。
更にθを大きくしていくと、ｙ偏光のソリトンパルスの波長がｘ偏光のものよりも長くなる状態で二つのソリトンパルスが生じる（図２（c））、なお、図２（c）はθが24.5°の場合である。
【００２６】
更に、θを22.5°大きくしていくと、二つのソリトンパルスの波長が離れて行く（図２（b））。なお、図２（b）はθが27°の場合である。
更に、θを大きくしていくと、ｙ偏波成分によるソリトンパルスだけが形成される（図２（a））。なお、図２（a）はθが33.5°の場合である。
これら二つの長波長短パルス光すなわちソリトンパルスは両者ともほぼフーリエ限界に近い、理想的な形状になっている。
【００２７】
図３に、定偏波ファイバー４の光入射面への入射光強度が１１．２ｍＷ、θ＝２０．５°のときのｘ方向偏波ソリトンパルスの自己相関波形の測定結果を示す。このとき、ｘ方向偏波ソリトンパルスの波長は１６５４ｎｍ、ｙ方向偏波ソリトンパルスの波長は１６１３ｎｍである。測定では、偏光ビームスプリッターを用いてｙ方向偏波ソリトンパルスを除去し、ｘ方向偏波ソリトンパルスのみを観測した。図３より、裾のない、綺麗な自己相関波形が得られているのが分かる。得れた自己相関波形は、ｓｅｃｈ2 型のパルスの自己相関波形と良く一致した。自己相関波形の半値全幅は３３０ｆｓであり、ソリトンパルスのパルス幅は２１０ｆｓと見積もられた。又、図２で得られたスペクトル幅から、生成されるパルスがほぼフーリエ限界の理想的なソリトンになっているのが分かった。両ソリトンパルスのパルス幅はほぼ等しかった。又、パルス幅は入射光強度にほぼ無依存で、一定だった。
【００２８】
図４に、上記θと二つのソリトンパルスの波長との関係を示す。図４からθを変更することにより、ソリトンパルスの波長を連続的かつθに対して直線的に変化させることができることがわかる。なお、太い実線はｘ方向偏波ソリトンパルスの波長の計算値、丸点はその実測値を示し、他方の線はｙ方向偏波ソリトンパルスの波長の計算値、角点はその実測値をそれぞれ表している。
【００２９】
すなわち、ソリトンパルスの波長は各偏波成分の光強度に対して閾値以上でほぼ線形に変化する。
（変形態様）
定偏波ファイバー４の長さを変えることによっても、同じくソリトンパルスの波長を変更することができる。
【００３０】
したがって、長さが異なるあらかじめ複数の定偏波ファイバーを準備しておき、１／２波長板３から出た光をこれらのひとつに切り替えることによっても、波長変更ができる。
（変形態様）
上述した実施例では、１／２波長板３の回動によりソリトンパルスの波長の連続的かつリニアな調整を示したが、短パルス光の強度変化は、一定出力を持ったファイバーレーザーと可変減衰器の組合わせでも良いし、ファイバーレーザー自体の出力を変化させてもよいし、短パルス光源１と定偏波ファイバー４の光入射面との角度変更によっても実現でき、これらの場合には、１／２波長板３及び可変出力減衰器２の一方もしくは両方の省略が可能となる。
【００３１】
（変形態様）
上述した実施例では、１／２波長板３の回動機構について触れなかったが、１／２波長板３を回動可能に装置のハウジングに支持して、手動乃至電動により必要角度回転する機構、設定した角度でそれをロックする機構を設けてもよいことはもちろんである。
【００３２】
（変形態様）
上述した実施例では、１／２波長板３を機械的回動機構に設けて回動することにより偏光面の回転を行ったが、その代わりにポッケルスセルを用いてもよい。
（変形態様）
上述した実施例では、１／２波長板と偏光ビームスプリッタにより可変出力減衰器を構成したが、光透過率が徐変可能なニュートラルデンシティフィルタを回転又はスライドさせてもよい。
【００３３】
（変形態様）
上述した実施例では、ファイバーレーザーからなる短パルス光源から一度空間に出力された光を定偏波ファイバーからなる複数パルス光発生部に入射したが、ファイバーレーザーを構成する光ファイバーと前記定偏波ファイバーを直接接続してもよい。この場合、ファイバーレーザー自体の出力をレーザー発信器又はレーザー増幅器のポンプエネルギーを変化させることにより、複数のソリトンパルスの発生および波長調節を行う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複数パルス光発生装置の一実施例を示す模式図である。
【図２】図１の装置におけるソリトンパルスの周波数軸スペクトル形状と１／２波長板の相対回動角θとの関係を示す特性図である。
【図３】図１の装置で形成したソリトンパルスの自己相関波形の時間軸スペクトル形状を示す図である。
【図４】図１の装置におけるソリトンパルスの波長と１／２波長板の相対回動角θとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  短パルス光源（短パルス光発生部）
２  可変出力減衰器（短パルス光発生部）
３  １／２波長板（短パルス光発生部）
４  定偏波ファイバー（複数パルス光発生部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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