JP2000214504A - 複数パルス光発生方法及びその装置 - Google Patents

複数パルス光発生方法及びその装置

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JP2000214504A JP11017295A JP1729599A JP2000214504A JP 2000214504 A JP2000214504 A JP 2000214504A JP 11017295 A JP11017295 A JP 11017295A JP 1729599 A JP1729599 A JP 1729599A JP 2000214504 A JP2000214504 A JP 2000214504A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】複数パルス光発生部としての定偏波ファイ
バー４にファイバーレーザー１で発生した短パルス光を
入射させて、定偏波ファイバー４内に互いに直角な二つ
の偏波成分を生じさせ、それらに対する誘導ラマン散乱
効果およびソリトン効果によりそれよりも長波長のソリ
トンパルスを同時に２個発生させる。

Description

【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，Ｂｅ
ａｕｄらによって見出された〔ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎ
ｔｎｍ 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ＦＬ１５
５０／３０ＳＡ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、４８．９ＭＨ
ｚ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１
６５４ｎｍ、ｙ方向偏波ソリトンパルスの波長は１６１
３ｎｍ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）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G020 CA04 CB23 CB51 2K002 AB12 AB32 BA02 BA03 DA10 EA30 GA10 HA23 HA25 5F072 AB07 AK06 HH05 HH06 HH07 JJ20 KK11 KK30 QQ07

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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つことを特徴とする
    複数パルス光発生装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の複数パルス光発生装置にお
    いて、 前記定偏波ファイバーは、前記長波長短パルス光として
    ソリトンパルスを発生することを特徴とする複数パルス
    光発生装置。
  3. 【請求項３】請求項１又は２記載の複数パルス光発生装
    置において、 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
    数パルス光発生装置。
  4. 【請求項４】請求項３記載の複数パルス光発生装置にお
    いて、 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。
  5. 【請求項５】請求項１記載の複数パルス光発生装置にお
    いて、 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。
  6. 【請求項６】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。
  7. 【請求項７】請求項６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。
  8. 【請求項８】請求項６又は７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。
  9. 【請求項９】請求項８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。
  10. 【請求項１０】請求項６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。
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