波長領域多重加算法の研究
1概要

舛谷立春

指導教員:米田人紀

2-2

Yb ファイバー

現段階では結晶や回折格子などのオプテ

本研究で用いたファイバーはシリカガラ

ィクスの影響により単一レーザーでの出力スに希土類イオンであるイッテルビウムイは限界にきている。そのため高出力化に向オン(Yb3+)を添加した Yb ドープファイバー

けてコヒーレントビーム結合(以下 CBC とを使用した。図 2 に Yb のエネルギー準位呼ぶ)によりエクサワットクラスのレーザと Yb 添加ファイバーの吸収断面積と放出ーを生成することができるのではないかと断面積を示す[2]。エネルギー準位は基底状注目されている。エクサワットレーザーが態を 2F7/2、励起状態を 2F5/2 の準位構造開発されることにより QED 効果やなどのをしている。基底状態は 2F7/2 からもわか

新分野や自然科学の分野において発展を見るように 4 つの準位をもち、励起準位は込むことができる。

2F5/2 から 3 つの準位を持っている。また

本研究はで波長領域多重加算法について基底準位と励起準位のエネルギーギャップ1µm 帯のパルス波を持つファイバーレーザが大きいため多光子放出による非放射過程ーの製作から行った。

は生じず、Yb3+イオンはイオン半径が小さいため高濃度電荷した際に濃度消光が起こ2原理らない。これにより高濃度添加したドープ

2-1

非線形偏波回転モード同期ファイバーの製作が可能になりファイバー非線形偏波回転(NPR と呼ばれる)はファ長を短くすることができる。

イバーに光が入射した際、内部を透過する偏光の回転度合いがその入射光の強度により異なることである。これは高強度の光が入射した際にファイバーの屈折率が非線形(a)により非線形屈折率変化を起こしパルスに(b)位相変化が生まれるためで、高強度の光の

図 2, (a)Yb エネルギー準位 (b) Yb ファイ方が低強度のものに比べ偏光は大きく回転

バーの吸収断面積と誘導放出断面積する。この性質を利用し CW 光とパルス光を分離することでモード同期をかける方法

3実験概要

が非線形偏波回転モード同期である。

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非線形偏光回転偏光によって偏光回転量が変化するかを入射光の強度を変化させていくことで偏光回転量が変化するかどうかを測定する。実験系を図 3 に示す。ファイバーに入射する前
図 1.偏波回転におかれている波長板で入射光の強度および偏光を決定することができる。

多重化加算をとる。そのためビーム結合を行うビームを一度波長領域において分離する必要があり、その際の分光素子としてIBS 蒸着膜のシャープカットフィルターを用いる。このフィルターの反射と透過のスペクトルは角度に依存し変化するため、図5 に示すような実験系により角度による透図 3.非線形偏光回転過率、反射率と角度によるスペクトルの関係を測定した。

3-2

Yb ファイバー共振器

レーザー媒質としてコア径 6µm のダブル
ク ア ッ ド 構 造 の Yb ド ー プ フ ァ イ バ ー(LIEKKI Yb1200 6/125DC)を使用した。こ図 5.光学素子性能評価の時の Yb ファイバー長は 40cm であった。
また励起光としては 976nm の励起用 LD を4結果使用し励起を行った。LD から出力された励4-1

非線形偏波回転起光は WDM を通り Yb ドープファイバー

入力偏光に応じて偏光回転量が変化するかに入射しファイバー励起を行う。また励起

入力光の偏光を入社前の波長板を調整するされたのちに起こる視線誘導放出高によりことで直線偏光、楕円偏光、円偏光に変化誘導放出が起こり Yb ファイバーのコアかさせ入力したときの回転量がどのように変らは 1030nm 付近の光が出る。その後アイ化するかを確認した。まず入射光の強度にソレーター:ISO（共振器の方向を決める素より回転量が変化するかを確認した。この子）を通りコリメーターによって平行ビー

時入射光は 1mW~23mW で変化させ、このムとなり空間へ出力される。

時の変化を図 6 に示す。

図 4. Yb ファイバー共振器

図 6.

入力強度と偏光回転量

これより入射光の強度に依存し偏光回転が3-3波長分離・融合光学素子の性能評価起こることがわかる。

本研究では CBC の手法としてビームをまた入射光の偏光状態と偏光変化量の関係波長領域に分解した後結合させる波長領域性を確認した。入射光の偏光を直線偏光、楕円偏光、円偏光としそれぞれの変化量をパルス光スペクトル波形は同図（b）に、フ図 7(a)、(b)、(c)に示す。これより低出力時

ェムト秒パルス光のスペクトル波形は同図に円偏光の方が偏光変化量は大きく、入射（c）に示す。この時 CW 成分の強いパルの偏光状態によっては、偏光変化量が少なス光は不安定な状態でモードロックがはずい状態があることが確認できた。

れやすい状態である。この時のスペクトルの中心波長は 1030nm であり、(c)における波長幅は 22nm であった。波長板を回転させることで共振器内の CW 成分を排除し広いスペクトル幅を持つスペクトルを得ることができた。しかし(c)のスペクトルにおいても回折格子による分散補償が不十分だったためかモードロックが安定してかからな(a)かった。

(a)

(b)

(c)

図 8.Yb ファイバレーザスペクトル4-3

光学素子の性能評価

光学素子である Semrock 社製の IBS 蒸(b)

着膜のシャープカットフィルターの評価を行った。まずフィルターによるロスの評価を行うために透過率と反射率の関係性を調べた。角度におけるそれぞれの関係を図 9に示す。図 9 からわかるようにフィルターによるロスは最大で 1%未満であったためロスによる影響は考えなくてよいことが分かる。

(c)
図 7.偏光変化量
4-2

Yb ファイバー共振器

ここで Yb レーザーから得られるレーザー光スペクトルを図 8 に示す。CW のスペクトル波形は同図（a）に、CW 成分の強い

図 9.角度による透過率、反射率

また角度による分解能と使用可能波長領域素子とするために、その入射角度に対するについて図 5 に示される実験系により測定透過スペクトルを測定した。この研究で最を行った。この時の目標分解能は 20nm のも重要となる反射から透過に変わるスペクバンド幅で 10 チャンネル程度が見込める

トル幅は、入射角 0 度から 14 度の範囲では1nm 以下である。結果を図 10 に示す。

1nm 付近であることが分かった。これによ

目標分解能を満たすものは角度 0～3 度のり、Yb ファイバーレーザーのバンド幅内に時の 0.8nm でありその時の使用可能波長領6 チャンネルの多重化を設定することがで幅は 4nm であった。今回使用した IBS フきることが分かった。

ィルターは 1064nm 対応であったためこの対応波長を異なったものを使用することで6目標分解能を満たした分解能で 20nm 程度

今後の展望
Yb ファイバーレーザーにおいて回折の波長領域幅を分解することが可能である。 格子対における分散補償が不十分なためにコリメーターや他のおプティクスの影響も含め分散値の再計算を行いモードロックによる安定したパルス光の製作を行いたいと考えている。また加算においてフィルターの特性で毛でなく加算に関係してくるフィードバック方法も考える必要がある。
図 10.角度による分解能7

参考文献[1] レーザー物理学入門

5

まとめ

霜田光一著

岩波新書

Yb ファイバーレーザーの製作を行った。

[2] H.M.Pask, et al” Ytterbium-Doped

励起用 LD の出力と波長は十分励起用 LD

Silica Fiber Lasers: Versatile Sources forの条件を満たすものであり、スロープ効率

the 1-1.2 pm Region” IEEE JOURNAL

40%の CW 光を発振させることができた。

OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM

非線形偏波回転を用いたモードロックにつELECTRONICS,VOL.I,NO.I,APRIL 1995

いては一枚のλ/2、2 枚のλ/4 枚を用いて共振器内の CW 成分を落とし幅広いスペクトル幅を持つ光のみを選択することができた。
しかし回折格子対の分散補償が不十分だったため安定したモードロックをかけることができなかった。
波長多重化では、波長分離をさせる光学素子性能が重要になる。Semrock 社製の IBS
蒸着膜のシャープカットフィルターを分離