ファイバーラマン増幅器励起用高出力 1120 nm ファイバー光源の開発
白川(晃)研究室
1.

道端

優YDFA)と呼ぶ。Yb 添加シリカガラスファイ

序論
レーザーガイドスターは、波長 589 nm

バーの吸収断面積と誘導断面積を図 2.1 にのレーザー光を上空のナトリウム層に当て示す。波長 975 nm で吸収スペクトルのピることで発光させた人口の星で、これをガークがあることから、本研究でも波長 975イドスターとすることで天体望遠鏡の波面nm の LD を用いて励起を行った。

補償光学装置をほぼ全天体に適用させることができる。我々の研究室ではこれまでに、波長 1178 nm の第二高調波発生によりこの波長 589 nm のレーザー光源を出力する研究が行なってきた。波長 589 nm レーザー光源の更なる高出力化のために、波長1178 nm レーザー光源の高出力化が必要であり、我々の研究室ではこれまでフォトニックバンドギャップファイバー(PBGF)を用いて、波長 1178 nm の単一波長増幅の研図 2.1 Yb 添加ファイバーの吸収・放出断面積究を行ってきた。この PBGF を用いた波長1178 nm 増幅器のシード光源の高出力化の2.2 ファイバーラマン増幅器

ために、波長 1178 nm 直線偏光ファイバー非線形媒質中に光を入射させると、入射ラマン増幅器(FRA)の開発が必要であり、光がポンプとして働き、ストークス波と呼本研究ではこの FRA の励起光源として用ばれる周波数の異なる光が発生する。ポンいる波長 1120 nm レーザー光源の高出力化

プ光を非常に強くすると、ストークス波はおよび更なる単一偏光化を行った。

媒質中で急激に成長し、ポンプエネルギーのほとんどがストークス波に使われるよう2.

原理になるという現象が観測される。この現象

2.1 Yb 添加ファイバー増幅器

が、誘導ラマン散乱(Stimulated Raman

希土類添加ファイバーに励起光として光Scattering : SRS)である。この誘導ラマンを入射させると、イオンが基底準位から励散乱を利用して信号光の増幅を行う増幅器

起準位に励起される。ここに信号光を入射をファイバーラマン増幅器(FRA)と呼ぶ。

させることで誘導放出によって光増幅を行

図 2.2 にシリカファイバーの周波数シフト

う増幅器を希土類添加ファイバー増幅器と量に対するラマン利得のスペクトルを示す

呼び、特に Yb 添加ファイバーを用いて増[1]。本研究では、1064 nm を 1120 nm に幅を行うものを、Yb 添加ファイバー増幅器

波長変換するため、その周波数シフトは、(Ytterbium Doped Fiber Amplifier :11
1−= 470𝑐𝑚−11064 𝑛𝑚 1120 𝑛𝑚となり、図 2．2 のスペクトルからも高いラマン利得が得られると考えられる。

図 3.1 1120 nmFRA の実験配置図
3.1 1120 nm、1064 nmYDFL の開発
YDF を用いて、1120 nm および 1064 nmの Yb 添加ファイバーレーザー(YDFL)の開図 2.2 シリカファイバーのラマン利得スペ発を行った。この Yb 添加ファイバーは、クトル

長さ 10 m、コア径 5 μm、NA0.12 である。
ここでは、FBG(Fiber Bragg Grating)を用3.

実験

いてそれぞれを単一波長で発振させ、さらこれまで、波長 1178 nmFRA の励起光源に 1120 nm ではインラインポラライザ、として出力 31 W、偏光消光比(PER)6 dB

1064 nm では直交融着法により単一偏光化の 1120 nm 単一波長レーザー光源を用いてを行った。まず、別々に発振させたところいた。図 3.1 に今回の実験配置図を示す。

1120 nm では出力 2.9 W、PER21.5 dB で、今回の研究ではこの 1120 nm 単一波長レー1064 nm では出力 8.4 W、PER14.5 dB でザー光源の更なる高出力化、単一偏光化のあった。

ために、インラインポラライザおよび直交

次に、これらを直列に融着してその特性を融着法を用いて 1064 nm および 1120 nm測った。この出力特性を図 3.2 に示す。最のレーザー光を単一偏光で発振させ、それ大励起パワーの時、融着後の出力は 10.4 W、らを YDFA および FRA にそれぞれ直列にPER は 14.6 dB であった。この時の同じ励融着することで、波長多重分割(WDM)カプ起パワーでの 1120nm YDFL の出力は 2.9

ラを使わずに 1 つのファイバー中で 2 つのW、1064 nm YDFL では 8.4 W であるから、波長の増幅を同時に行った。そして最後に直接的な出力の合計にはなっていない。こシングルクラッドファイバー(SCF)を融着

れは、1064 nm YDF の内部で、1120 nmすることで、FRA のクラッドモードを取りのレーザー光が増幅されていることが原因除いた。

であると考えられる。スペクトル解析を行ったところ、1120 nm は 5 W、1064 nm は5.4 W であった。

2あった。この残留励起光のレーザー光は、IR カードに当ててみるとホールバーニングが起きていることが見て取れたため、コアに吸収されなかった励起光が抜けてきたものだということがわかった。最大励起パワーの時のスペクトルを図 3.4 に示す。ス
ペクトル解析から、この時の 1064 nm の出
力は 45.9 W、1120 nm の出力は 49.4 W で、PER は 13.0dB であった。

図 3.2 1120 nmYDFL+1064 nmYDFL 出
力特性
3.2 1064 nm+1120 nmYDFA の開発
1064 nm と 1120 nm でそれぞれ発振させたレーザー光を、ファイバー長 10 m、コア径 10 μm、NA0.075 の YDF により増幅した。ここでは 4 つの LD を用いて励起を行

図 3.3 1064 nm+1120 nmYDFA の出力特性っており、最大励起パワーは 12 A のとき114.8 W であった。
波長は 976 nm である。
YDFA の出力特性を図 3.3 に示す。尚、ダイクロイックミラーで残留励起光と 1064nm および 1120 nm のレーザーを分けて測定 し た 。 最 大 励 起 パ ワ ー の 時
1064nm+1120nm の出力は 95.3 W であった。また、スペクトルから 1064 nm および1120 nm の割合を算出したものをグラフに載せた。予想では、1064 nm の方が Yb の

図 3.4 1064 nm+1120 nmYDFA スペクトル高利得域に位置するため、1064 nm が優先3.3 1120 nmFRA の開発的に増幅されるものだと考えられたが、実際には 1064 nm と 1120 nm が競合しあい1064 nm+1120 nmYDFA にファイバーながら増幅されていることがわかる。これ

長 86.4 m、コア径 10 μm、NA0.083 のシは、YDF 内で SRS が起こり、1064 nm がリカファイバーを融着することにより、1120 nm に移されていることが原因ではな

1064 nm を励起光、1120 nm を信号光としいかと考えられる。残留励起光は 7.1 W でてラマン増幅を行った。また、融着部のコ3

ーティングを剥き、そこを高屈折率ジェルで覆うことにより、それまでクラッド部を伝搬してきた残留励起光を取り除いている。
ここまでに 1 つのファイバー内で 2 波長を同時増幅してきたことにより、WDM などの光学素子を用いずにラマン増幅器を作製することができるのが、今回の実験系の大きな特徴である。図 3.5 にこの時の出力特性を、図 3.6 に最大励起パワー時のスペクトルを示す。図 3.5 の出力特性から、
1064 nm+1120 nmYDFA では競合しなが

図 3.5 1120 nmFRA の出力特性

ら増幅されていたそれぞれの波長のレーザー光は、1120 nmFRA では安定して増幅されていることがわかる。この時の合計の出力は 83.7 W であり、スペクトル解析から1064 nm は 9.0 W、1120 nm は 73.6 W であった。このスペクトルから、1178 nm 付
近での増幅自然放出(ASE)が発生していることがわかるが、これは 1120 nm のレーザー光の SRS によるものであると考えられる。
この 1178 nm の出力は 0.7 W 程度とわずか
図 3.6 1120 nmFRA のスペクトルであったため、問題はないとした。
最後に 1 m の SCF を融着してコアモードの測定を行った。 その結果、

4．今後の展望1064 nm の出力は 0.97 W、1120 nm の出

波長 1178 nm の単一周波数ラマン増幅、力は 72.7 W であった。また、この時の PERフォトニックバンドギャップファイバーをは 13.0 dB であった。この結果は、以前の用いての ASE 抑制 1178 nm 単一周波数増出力 31 W、PER 6.0 dB のもの比べ 3 倍の幅、第二高調波発生による波長 589 nm レラマン利得の向上が見込まれるものである。

ーザーの開発。
参考文献[1] R. H. Stolen and C. Lee, R. K. Jain,“Development of the stimulated Raman
spectrum in single-mode silica fibers,” J.
Opt. Soc. Am. B 1, 4 (1984)

4