JP2016102811A - Pulse laser device - Google Patents

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Akira Tokuhisa
章 徳久
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直人 稲葉
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Abstract

【課題】狭帯域のレーザ光を出力可能なパルスレーザ装置を提供する。
【解決手段】パルスレーザ装置1は、パルス光を出力するレーザ光源10と、レーザ光源10から出力されたパルス光の位相を変化させる位相変調器32と、レーザ光源10から出力されたパルス光を検出して検出信号を出力する光検出器31と、光検出器31から出力された検出信号に基づいてパルス光の時間軸波形に比例した位相変化を生じさせる駆動信号V2(t)を出力し、位相変調器32を駆動する位相変調器駆動電源35とを備えて構成される。
【選択図】図1
A pulse laser device capable of outputting a narrow-band laser beam is provided.
A pulse laser device 1 includes a laser light source 10 that outputs pulse light, a phase modulator 32 that changes the phase of the pulse light output from the laser light source 10, and pulse light output from the laser light source 10. A photodetector 31 that detects and outputs a detection signal, and outputs a drive signal V 2 (t) that causes a phase change proportional to the time axis waveform of the pulsed light based on the detection signal output from the photodetector 31 And a phase modulator driving power source 35 for driving the phase modulator 32.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、レーザ光源から出力されたパルス光を、伝送用の光ファイバや増幅用の光ファイバ等に入射して出力させる使用形態のパルスレーザ装置に関する。   The present invention relates to a pulse laser apparatus in a usage form in which pulse light output from a laser light source is incident on a transmission optical fiber, an amplification optical fiber, or the like and output.

上記のようなパルスレーザ装置を有するレーザ装置は、半導体や液晶パネルの製造工程で用いられる露光装置や検査装置用の光源、顕微鏡や望遠鏡等のような観察装置の光源として好適に用いられる(例えば特許文献1を参照)。   A laser apparatus having the pulse laser apparatus as described above is preferably used as a light source for an exposure apparatus or inspection apparatus used in a semiconductor or liquid crystal panel manufacturing process, or a light source for an observation apparatus such as a microscope or a telescope (for example, (See Patent Document 1).

このようなレーザ装置では、レーザ光源から出射されたパルス光が伝送用の光ファイバにより伝送され、あるいはファイバ増幅器における増幅用の光ファイバにより増幅される。光ファイバのコアは小径なため、高いピークパワーのパルス光を伝送あるいは増幅すると、非線形光学効果によって自己位相変調(SPM:Self Phase Modulation)が発生する(例えば特許文献2を参照)。   In such a laser device, the pulsed light emitted from the laser light source is transmitted by a transmission optical fiber or amplified by an amplification optical fiber in a fiber amplifier. Since the core of the optical fiber is small in diameter, when pulse light with high peak power is transmitted or amplified, self-phase modulation (SPM) occurs due to a nonlinear optical effect (see, for example, Patent Document 2).

特開2002−50815号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-50815 特開2012−2965号公報JP 2012-2965 A

自己位相変調(SPM)は、多くの場合、光ファイバ内を伝播するレーザ光のスペクトル幅を拡げる方向に作用するため、光ファイバから出射されるレーザ光(出力光)のスペクトル幅が、光ファイバに入射するレーザ光(入射光)のスペクトル幅よりも広くなるスペクトル拡がりが発生する。特に、コア直径が数μm〜十数μm程度と小径なシングルモードファイバでは、伝播するレーザ光のパワー密度が極めて高くなるため、自己位相変調によるスペクトル拡がりが大きくなる。スペクトル幅の拡大は、単色性が高い狭帯域の光源が求められる場合に障害となる。   In many cases, the self-phase modulation (SPM) acts in the direction of widening the spectrum width of the laser light propagating in the optical fiber, so that the spectrum width of the laser light (output light) emitted from the optical fiber is the optical fiber. Spectral broadening that is wider than the spectral width of the laser light (incident light) incident on the light beam occurs. In particular, in a single mode fiber having a small core diameter of about several μm to several tens of μm, the power density of the propagating laser beam is extremely high, so that the spectrum spread by self-phase modulation becomes large. The expansion of the spectrum width becomes an obstacle when a narrow band light source with high monochromaticity is required.

例えば、ピークパワーがP=10kWのパルス光を、モード径が15μm、長さがL=1mの伝送用の光ファイバに入射して伝送させる場合、光ファイバから出射するパルス光は、自己位相変調によってφ≒γPL≒7radの位相変調を受ける。ここで、γは非線形光学効果を表す量であり、γ=2πn2/λAeffで求められる。式中のn2は非線形屈折率であり、n2≒3×10-20[m2/W]、Aeffは光ファイバの導波モードの実効断面積である。 For example, when pulse light with a peak power of P = 10 kW is incident on a transmission optical fiber having a mode diameter of 15 μm and a length of L = 1 m and transmitted, the pulsed light emitted from the optical fiber is self-phase modulated. Is subjected to phase modulation of φ≈γPL≈7 rad. Here, γ is a quantity representing the nonlinear optical effect, and is obtained by γ = 2πn 2 / λA eff . In the equation, n 2 is a nonlinear refractive index, n 2 ≈3 × 10 −20 [m 2 / W], and A eff is an effective cross-sectional area of the waveguide mode of the optical fiber.

この結果、仮に、光ファイバに入射する入射光がフーリエ限界のパルス光で狭帯域のスペクトルをもっていたとしても、光ファイバ伝播後には、出射光はφ倍程度にスペクトルが拡大する。これは、狭帯域が要求される光源を実現する際の大きな障害となる。   As a result, even if the incident light incident on the optical fiber is a Fourier-limited pulse light and has a narrow-band spectrum, the spectrum of the emitted light expands to about φ times after propagation through the optical fiber. This is a major obstacle in realizing a light source that requires a narrow band.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、狭帯域のパルス光を出力可能なパルスレーザ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a pulse laser device capable of outputting narrow-band pulsed light.

上記課題を解決する手段のひとつとして、本願発明者らは図4に示すようなパルスレーザ装置9を考案した。このパルスレーザ装置9は、パルス光を出力するレーザ光源110と、レーザ光源110から出力されたパルス光の位相を変化させる位相変調器132とを備える。レーザ光源110は、レーザ光を発生する光源111と、光源111により発生されたレーザ光の強度を変調してパルス光を出力する強度変調器112と、パルス発生器116を有し強度変調器112および位相変調器132を駆動する変調器駆動電源115とを備えて構成される。図4には、光源111の一例としてDFB半導体レーザ(DFB−LD:Distributed Feedback Laser Diode)、強度変調器112の一例として強度変調型の電気光学変調器(EOM:Electro Optic Modulator、以下EO強度変調器という)、位相変調器132の一例として位相変調型の電気光学変調器(EOM、以下EO位相変調器という)を用いた構成を例示する。   As one means for solving the above problems, the present inventors have devised a pulse laser device 9 as shown in FIG. The pulse laser device 9 includes a laser light source 110 that outputs pulsed light and a phase modulator 132 that changes the phase of the pulsed light output from the laser light source 110. The laser light source 110 includes a light source 111 that generates laser light, an intensity modulator 112 that modulates the intensity of the laser light generated by the light source 111 and outputs pulsed light, and a pulse generator 116. And a modulator driving power source 115 for driving the phase modulator 132. FIG. 4 shows a DFB semiconductor laser (DFB-LD: Distributed Feedback Laser Diode) as an example of the light source 111 and an intensity modulation type electro-optic modulator (EOM: Electro Optic Modulator, hereinafter referred to as EO intensity modulation) as an example of the intensity modulator 112. As an example of the phase modulator 132, a configuration using a phase modulation type electro-optic modulator (EOM, hereinafter referred to as EO phase modulator) is illustrated.

本構成例において、光源111はCW(Continuous Wave)で発光させる。EO強度変調器112には、レーザ光源から出力すべきパルス光のパルスパターンに対応した波形の強度変調器駆動信号V1(t)を変調器駆動電源115から与え、光源111から出力されたレーザ光の一部を切り出してパルス光を生成する。EO強度変調器112により生成されるパルス光の時間的な強度変化である時間軸波形P(t)は、EO強度変調器112の透過率と印加電圧の関係から次式で表わされる。式中のVπはEO強度変調器112の半波長電圧である。

Figure 2016102811
In this configuration example, the light source 111 emits light by CW (Continuous Wave). The EO intensity modulator 112 is supplied with an intensity modulator driving signal V 1 (t) having a waveform corresponding to the pulse pattern of the pulsed light to be output from the laser light source from the modulator driving power supply 115, and the laser output from the light source 111. A part of the light is cut out to generate pulsed light. A time axis waveform P (t), which is a temporal intensity change of the pulsed light generated by the EO intensity modulator 112, is expressed by the following equation from the relationship between the transmittance of the EO intensity modulator 112 and the applied voltage. V π in the equation is a half-wave voltage of the EO intensity modulator 112.
Figure 2016102811

いま、パルスレーザ装置9から出力されたパルス光を伝送しあるいは増幅する光ファイバについて、分散などに起因する時間軸波形の歪みがないと仮定すると、光ファイバ内で生じる自己位相変調(SPM)による位相変調φSPM(t)は時間軸波形P(t)に比例し、次式で表わされる。

Figure 2016102811
Now, assuming that there is no distortion of the time axis waveform due to dispersion or the like for an optical fiber that transmits or amplifies the pulsed light output from the pulse laser device 9, it is based on self-phase modulation (SPM) that occurs in the optical fiber. The phase modulation φ SPM (t) is proportional to the time axis waveform P (t) and is expressed by the following equation.
Figure 2016102811

従って、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調φSPM(t)と逆の位相変調を、EO位相変調器132により予めパルス光にかけておくことによって、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調φSPM(t)を相殺し、光ファイバから狭帯域のパルス光を出力させることができる。あるいは、EO位相変調器132を光ファイバの出射端近傍に設け、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調φSPM(t)と逆の位相変調をかけることによって、光ファイバ内で生じたSPMによる位相変調φSPM(t)を相殺し、狭帯域のパルス光を出力させることができる。なお、逆の位相変調とは、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調と変調量が略同一で逆位相の位相変調をいう。 Thus, the SPM phase modulation phi SPM (t) and the inverse of the phase modulation by occurring in the optical fiber, by keeping over the previously pulsed light by EO phase modulator 132, phase modulation by SPM that occurs within the optical fiber phi SPM (t ) Can be canceled and narrowband pulsed light can be output from the optical fiber. Alternatively, an EO phase modulator 132 is provided in the vicinity of the output end of the optical fiber, and phase modulation opposite to the phase modulation φ SPM (t) caused by SPM occurring in the optical fiber is applied, whereby the phase caused by SPM generated in the optical fiber is applied. It is possible to cancel the modulated φ SPM (t) and output narrow-band pulsed light. Note that the reverse phase modulation refers to phase modulation in which the modulation amount is substantially the same as that of the phase modulation by SPM occurring in the optical fiber.

EO位相変調器132によりφSPM(t)と逆の位相変調をかけるためには、EO位相変調器132を駆動する位相変調器駆動信号V2(t)は次式のようになる。

Figure 2016102811
In order to apply phase modulation opposite to φ SPM (t) by the EO phase modulator 132, the phase modulator drive signal V 2 (t) for driving the EO phase modulator 132 is expressed by the following equation.
Figure 2016102811

このような構成により、伝送用あるいは増幅用の光ファイバ内で生じる自己位相変調によるスペクトル拡がりを抑制し、狭帯域のパルス光を出力させることができる。このとき、変調器駆動電源のパルス発生器116からは、V2(t)のような信号を発生させる必要があり、比較的複雑な電気回路を必要とする。また、この方法では、パルス光P(t)が外部から与えられるような場合、例えば、モードロックレーザやQスイッチレーザから与えられるような場合に、位相変調器駆動信号V2(t)を高い時間精度で入射パルスに同期させる必要があり、電気回路を含めた制御構成が一層複雑になるおそれがある。そこで、発明者らはさらに研究を進め、以下のような構成のパルスレーザを提案する。 With such a configuration, it is possible to suppress narrowing of the spectrum due to self-phase modulation that occurs in the optical fiber for transmission or amplification, and output narrow-band pulsed light. At this time, it is necessary to generate a signal such as V 2 (t) from the pulse generator 116 of the modulator driving power source, and a relatively complicated electric circuit is required. Further, in this method, when the pulsed light P (t) is given from the outside, for example, when given from a mode-locked laser or Q-switched laser, the phase modulator drive signal V 2 (t) is increased. It is necessary to synchronize with the incident pulse with time accuracy, and the control configuration including the electric circuit may be further complicated. Therefore, the inventors have further researched and proposed a pulse laser having the following configuration.

本発明を例示する態様のパルスレーザ装置は、パルス光を出力するレーザ光源と、このレーザ光源から出力されたパルス光の位相を変化させる位相変調器と、レーザ光源から出力されたパルス光を検出して強度変化の時間軸波形である検出信号を出力する光検出器と、光検出器から出力された検出信号に基づいて前記強度変化の時間軸波形に比例した位相変化を生じさせる駆動信号を出力し、位相変調器を駆動する位相変調器駆動電源とを備えて構成される。   A pulse laser apparatus according to an aspect of the present invention includes a laser light source that outputs pulsed light, a phase modulator that changes the phase of the pulsed light output from the laser light source, and pulse light output from the laser light source. A detector that outputs a detection signal that is a time axis waveform of an intensity change, and a drive signal that causes a phase change proportional to the time axis waveform of the intensity change based on the detection signal output from the photodetector. And a phase modulator driving power source that outputs and drives the phase modulator.

本発明を例示する他の態様のパルスレーザ装置は、パルス光を出力するレーザ光源と、このレーザ光源から出力されたパルス光の位相を変化させる位相変調器と、レーザ光源から出力されたパルス光を増幅するファイバ増幅器と、ファイバ増幅器により増幅されたパルス光を検出して強度変化の時間軸波形である検出信号を出力する光検出器と、光検出器から出力された検出信号に基づいて前記強度変化の時間軸波形に比例した位相変化を生じさせる駆動信号を出力し、位相変調器を駆動する位相変調器駆動電源とを備えて構成される。   A pulse laser apparatus according to another aspect illustrating the present invention includes a laser light source that outputs pulse light, a phase modulator that changes the phase of the pulse light output from the laser light source, and pulse light output from the laser light source. A fiber amplifier that detects the pulse light amplified by the fiber amplifier and outputs a detection signal that is a time-axis waveform of intensity change, and the detection signal output from the photodetector based on the detection signal. It comprises a phase modulator drive power supply that outputs a drive signal that causes a phase change proportional to the time axis waveform of the intensity change and drives the phase modulator.

なお、前記位相変調器による位相変調は、レーザ光源から出力されたパルス光が入射する光ファイバにおいて生じるパルス光の自己位相変調と変調量が略同一で逆位相の位相変調とすることができる。また、前記位相変調器は位相変調型の電気光学変調器であり、前記駆動信号は光検出器から出力された検出信号に比例した時間軸波形の電気信号とすることができる。   Note that the phase modulation by the phase modulator can be phase modulation having substantially the same amount of modulation as that of the self phase modulation of the pulsed light generated in the optical fiber on which the pulsed light output from the laser light source is incident. The phase modulator may be a phase modulation type electro-optic modulator, and the drive signal may be an electric signal having a time axis waveform proportional to the detection signal output from the photodetector.

また、前記レーザ光源から出力されたパルス光が入射する光ファイバは、シングルモードファイバとすることができる。   The optical fiber to which the pulsed light output from the laser light source is incident can be a single mode fiber.

さらに、前記レーザ光源は、レーザ光を発生する光源と、この光源により発生されたレーザ光の強度を変調する強度変調器と、出力すべきパルス光のパターンに対応した駆動信号を生成して強度変調器を駆動する強度変調器駆動電源とを備えて構成することができる。   Furthermore, the laser light source generates a drive signal corresponding to the pattern of the pulse light to be output, and a light source that generates laser light, an intensity modulator that modulates the intensity of the laser light generated by the light source, and intensity An intensity modulator driving power source for driving the modulator can be provided.

本発明によれば、光検出器から出力された検出信号、すなわち前述したパルス光の時間的な強度変化である時間軸波形P(t)に基づき、これに比例した位相変化を生じさせる駆動信号が位相変調器駆動電源から位相変調器に供給される。そのため、SPMによる位相変調φSPM(t)を相殺し、狭帯域のパルス光を出力させることができる。 According to the present invention, based on the detection signal output from the photodetector, that is, the time axis waveform P (t) that is the temporal intensity change of the pulse light described above, the drive signal that causes a phase change proportional thereto. Is supplied from the phase modulator driving power source to the phase modulator. Therefore, it is possible to cancel the phase modulation φ SPM (t) due to SPM and output narrow-band pulsed light.

また、位相変調器駆動電源は前述したV2(t)のような比較的複雑な信号を人為的に生成する必要がないため、簡明な構成で狭帯域のパルス光を出力するパルスレーザを提供することができる。さらに、本構成においては光検出器によりパルス光を検出するため、パルス光が外部から与えられるか内部で発生するかに拘わらず、簡明な構成で狭帯域のパルス光を出力するパルスレーザを提供することができる。 In addition, since the phase modulator drive power supply does not need to artificially generate a relatively complex signal such as V 2 (t) described above, a pulse laser that outputs narrow-band pulse light with a simple configuration is provided. can do. In addition, because this configuration detects pulsed light with a photodetector, it provides a pulse laser that outputs narrowband pulsed light with a simple configuration, regardless of whether pulsed light is applied from the outside or generated internally. can do.

本発明の適用例として示す、第1構成形態のパルスレーザ装置の概要構成図(ブロック図)である。It is a schematic block diagram (block diagram) of the pulse laser apparatus of a 1st structure form shown as an example of application of this invention. 本発明の適用例として示す、第2構成形態のパルスレーザ装置の概要構成図(ブロック図)である。It is a schematic block diagram (block diagram) of the pulse laser apparatus of a 2nd structure form shown as an example of application of this invention. 本発明の適用例として示す、第3構成形態のパルスレーザ装置の概要構成図(ブロック図)である。It is a schematic block diagram (block diagram) of the pulse laser apparatus of a 3rd structure form shown as an example of application of this invention. 狭帯域化を実現するための、他の構成形態のパルスレーザ装置の概要構成図(ブロック図)である。It is a general | schematic block diagram (block diagram) of the pulse laser apparatus of another structure form for implement | achieving a narrow band.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の適用例として、第1構成形態のパルスレーザ装置1の概要構成図(ブロック図)を図1に示す。パルスレーザ装置1は、パルス光を出力するレーザ光源10と、自己位相変調を補償するSPM補償部30と、パルスレーザ装置全体の作動を制御する制御部(不図示)とを備えて構成される。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As an application example of the present invention, FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (block diagram) of a pulse laser device 1 of a first configuration form. The pulse laser device 1 includes a laser light source 10 that outputs pulsed light, an SPM compensation unit 30 that compensates for self-phase modulation, and a control unit (not shown) that controls the operation of the entire pulse laser device. .

パルスレーザ装置1から出力されたパルス光は、図示省略する増幅用の光ファイバまたは伝送用の光ファイバに入射される。これらの光ファイバは、シングルモードファイバ/マルチモードファイバのいずれを用いることもできるが、モード径が小さく自己位相変調の影響を受けやすいシングルモードファイバの場合に、より大きな効果を得ることができる。逆説すれば、以下に説明するパルスレーザ装置1,2,3によれば、光ファイバ内で生じる自己位相変調の影響を排除して、シングルモードファイバを用いることができる。   The pulsed light output from the pulse laser device 1 enters an amplification optical fiber or transmission optical fiber (not shown). These optical fibers can be either single mode fibers or multimode fibers, but a greater effect can be obtained in the case of a single mode fiber having a small mode diameter and being susceptible to self-phase modulation. In other words, according to the pulse laser devices 1, 2, and 3 described below, it is possible to use a single mode fiber by eliminating the influence of self-phase modulation that occurs in the optical fiber.

レーザ光源10は、CWのレーザ光を発生する光源11と、光源11により発生されたレーザ光の強度を変調する強度変調器12と、パルスレーザ装置1から出力すべきパルス光のパターンに対応した強度変調器駆動信号V1(t)を生成して強度変調器12を駆動する強度変調器駆動電源15とを備えて構成される。 The laser light source 10 corresponds to a light source 11 that generates CW laser light, an intensity modulator 12 that modulates the intensity of the laser light generated by the light source 11, and a pulse light pattern to be output from the pulse laser device 1. An intensity modulator driving power source 15 that generates the intensity modulator driving signal V 1 (t) and drives the intensity modulator 12 is provided.

図1には、光源11としてDFB半導体レーザ(DFB−LD)を用い、強度変調器12として強度変調型の電気光学変調器(EOM、EO強度変調器)を用いた構成を例示する。強度変調器駆動電源15は、パルスレーザ装置1から出力すべきパルス光のパターン(例えば、オン時間1nsec、繰り返し周波数1MHz等)に対応したパルス信号を発生するパルス発生器16、およびパルス発生器16により発生されたパルス信号をEO強度変調器12の駆動に必要な振幅レベルまで増幅して出力する増幅器(不図示)を有して構成される。   FIG. 1 illustrates a configuration in which a DFB semiconductor laser (DFB-LD) is used as the light source 11 and an intensity modulation type electro-optic modulator (EOM, EO intensity modulator) is used as the intensity modulator 12. The intensity modulator driving power source 15 includes a pulse generator 16 that generates a pulse signal corresponding to a pattern of pulse light to be output from the pulse laser device 1 (for example, an on time of 1 nsec, a repetition frequency of 1 MHz, and the like), and the pulse generator 16 And an amplifier (not shown) for amplifying and outputting the pulse signal generated by the above to an amplitude level necessary for driving the EO intensity modulator 12.

すなわち、強度変調器駆動電源15は、パルスレーザ装置1から出力すべきパルス光のパターンに対応した強度変調器駆動信号V1(t)をEO強度変調器12に出力する。これにより、光源11で発生されたCWのレーザ光は、EO強度変調器12によって一部が切り出され、時間軸波形P(t)のパルス光がレーザ光源10から出力される。 That is, the intensity modulator drive power supply 15 outputs an intensity modulator drive signal V 1 (t) corresponding to the pattern of pulsed light to be output from the pulse laser device 1 to the EO intensity modulator 12. Thereby, a part of the CW laser light generated by the light source 11 is cut out by the EO intensity modulator 12, and pulse light having a time axis waveform P (t) is output from the laser light source 10.

このように、光源11であるDFB半導体レーザからCWのレーザ光を出力させ、その一部をEO強度変調器12により切り出すように構成すると、DFB半導体レーザを直接パルス変調したときに発生するチャープ(周波数変調)を伴うことがなく、フーリエ限界に近い極めて狭帯域のパルス光を発生させることができる。なお、パルス光の帯域幅は多少拡がるが、光源11からオン時間が十分に長いパルス光を出力させ、EO強度変調器12によってその一部を切り出すように構成しても良い。   As described above, when a CW laser beam is output from the DFB semiconductor laser as the light source 11 and a part thereof is cut out by the EO intensity modulator 12, a chirp generated when the DFB semiconductor laser is directly pulse-modulated ( It is possible to generate pulsed light having a very narrow band close to the Fourier limit without frequency modulation. Although the bandwidth of the pulsed light is slightly widened, the light source 11 may be configured to output pulsed light having a sufficiently long on time and cut out a part of the pulsed light by the EO intensity modulator 12.

SPM補償部30は、レーザ光源10から出力されたパルス光を検出して時間軸波形P(t)に比例した検出信号VPD(t)を出力する光検出器31と、レーザ光源10から出力されたパルス光の位相を変化させる位相変調器32と、光検出器31から出力された検出信号に基づいて時間軸波形P(t)に比例した位相変化を生じさせる位相変調器駆動信号V2(t)を出力する位相変調器駆動電源35とを備えて構成される。強度変調器12と位相変調器32との間は接続用の光ファイバ22で接続され、この光ファイバ22にパルス光の一部(例えば数%程度)を分岐して取り出すカプラ(不図示)が設けられる。そして、カプラを介して取り出されたパルス光が光検出器31に導かれて検出される。 The SPM compensation unit 30 detects the pulse light output from the laser light source 10 and outputs a detection signal V PD (t) proportional to the time axis waveform P (t), and outputs from the laser light source 10. A phase modulator 32 that changes the phase of the pulsed light, and a phase modulator drive signal V 2 that causes a phase change proportional to the time axis waveform P (t) based on the detection signal output from the photodetector 31. and a phase modulator driving power source 35 that outputs (t). The intensity modulator 12 and the phase modulator 32 are connected by an optical fiber 22 for connection, and a coupler (not shown) that branches out and extracts a part of the pulsed light (for example, about several percent) into the optical fiber 22. Provided. Then, the pulsed light extracted through the coupler is guided to the photodetector 31 and detected.

図1には、光検出器31としてフォトダイオード(PD)を用い、位相変調器32として位相変調型の電気光学変調器(EOM、EO位相変調器)を用いた構成を例示する。位相変調器駆動電源35には、光検出器31から出力された検出信号VPD(t)に所要の遅延を与え、必要に応じて波形を調整する調整回路36が設けられる。また、調整回路36から出力された信号をEO位相変調器32の駆動に必要な振幅レベルまで増幅する増幅器37が設けられる。 FIG. 1 illustrates a configuration in which a photodiode (PD) is used as the photodetector 31 and a phase modulation type electro-optic modulator (EOM, EO phase modulator) is used as the phase modulator 32. The phase modulator drive power supply 35 is provided with an adjustment circuit 36 that gives a required delay to the detection signal V PD (t) output from the photodetector 31 and adjusts the waveform as necessary. In addition, an amplifier 37 is provided for amplifying the signal output from the adjustment circuit 36 to an amplitude level necessary for driving the EO phase modulator 32.

このとき、光検出器31から出力される検出信号VPD(t)は、パルス光の時間軸波形P(t)に比例し、次式で示される。

Figure 2016102811
At this time, the detection signal V PD (t) output from the photodetector 31 is proportional to the time axis waveform P (t) of the pulsed light and is expressed by the following equation.
Figure 2016102811

前述したように、パルス光を伝送しあるいは増幅する光ファイバについて、分散などに起因する時間軸波形の歪みがないと仮定すると、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調φSPM(t)は、パルス光の時間軸波形P(t)に比例する(前述の(2)式を参照)。そして、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調φSPM(t)と逆の位相変調を、EO位相変調器32により予めパルス光にかけておくことによって、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調φSPM(t)を相殺することができる。 As described above, assuming that there is no distortion of the time axis waveform due to dispersion or the like for an optical fiber that transmits or amplifies pulsed light, the phase modulation φ SPM (t) due to SPM generated in the optical fiber is expressed as follows. It is proportional to the time axis waveform P (t) of light (refer to the above-mentioned equation (2)). Then, the phase modulation opposite to the phase modulation φ SPM (t) caused by SPM occurring in the optical fiber is previously applied to the pulsed light by the EO phase modulator 32, so that the phase modulation φ SPM (t) caused by SPM occurring in the optical fiber is applied. ) Can be offset.

すなわち、光検出器31から出力される検出信号VPD(t)は、光ファイバ内でのSPMによる位相変調φSPM(t)を相殺するためにEO位相変調器32にかけるべき電気信号と相似する波形であることが分かる。光検出器31から出力された検出信号VPD(t)は、調整回路36により必要に応じて波形が調整され、EO位相変調器32の位置においてパルス光P(t)と位相変調とのタイミングを正確に合わせるため必要に応じて所要の遅延が与えられる。調整回路36により調整された検出信号は、増幅器37によりEO位相変調器32の駆動に必要な振幅レベルに増幅され、増幅された位相変調器駆動信号V2(t)がEO位相変調器32に入力される。 That is, the detection signal V PD (t) output from the photodetector 31 is similar to the electrical signal to be applied to the EO phase modulator 32 in order to cancel the phase modulation φ SPM (t) due to SPM in the optical fiber. It can be seen that this is a waveform. The detection signal V PD (t) output from the photodetector 31 is adjusted in waveform as necessary by the adjustment circuit 36, and the timing of the pulsed light P (t) and the phase modulation at the position of the EO phase modulator 32. The required delay is given as necessary to accurately match. The detection signal adjusted by the adjustment circuit 36 is amplified to an amplitude level necessary for driving the EO phase modulator 32 by the amplifier 37, and the amplified phase modulator drive signal V 2 (t) is supplied to the EO phase modulator 32. Entered.

このとき、位相変調器駆動信号V2(t)は、光ファイバにおいて生じるパルス光の自己位相変調と逆の位相変調をEO位相変調器32において生じさせる電気信号である。ここで、パルス光の自己位相変調φSPMと変調量が同一となるV2の振幅は、およそ次式で示す程度となる。

Figure 2016102811
At this time, the phase modulator drive signal V 2 (t) is an electrical signal that causes the EO phase modulator 32 to generate a phase modulation opposite to the self-phase modulation of the pulsed light generated in the optical fiber. Here, the amplitude of V 2 at which the modulation amount is the same as the self-phase modulation φ SPM of the pulsed light is approximately represented by the following equation.
Figure 2016102811

このような位相変調器駆動信号V2(t)を、パルス光が透過するタイミングに合わせてEO位相変調器32に入力し、位相変調をかけることにより、その後入射する光ファイバで生じるSPMによる位相変調と変調量が同一で逆位相の変調を受けたパルス光が出力される。そのため、光ファイバ内ではSPMによって生じる位相変調が相殺され、光ファイバの出射端からスペクトル幅が狭い狭帯域のパルス光が出力される。 Such a phase modulator drive signal V 2 (t) is input to the EO phase modulator 32 in accordance with the transmission timing of the pulsed light, and is subjected to phase modulation, whereby the phase caused by the SPM generated in the incident optical fiber thereafter. Pulse light having the same modulation amount and modulation amount and subjected to anti-phase modulation is output. Therefore, phase modulation caused by SPM is canceled in the optical fiber, and narrowband pulsed light having a narrow spectral width is output from the output end of the optical fiber.

なお、上記実施例では、EO位相変調器32の位置においてパルス光P(t)と位相変調とのタイミングを合わせるため、光検出器31から出力された検出信号(電気信号)に所要の遅延を与える構成を例示した。しかしながら、パルスレーザ装置は、EO位相変調器32の位置においてパルス光P(t)と位相変調とのタイミングが合致するように構成すれば他の手段であっても良い。例えば、EO強度変調器12とEO位相変調器32との間を結ぶ接続用の光ファイバ22の長さ、またはこの光ファイバ22から分岐して光検出器31との間を結ぶ光ファイバの長さを調整し、あるいは、光の遅延回路(delay line)によって調整してパルスレーザ装置を構成しても良い。電気的な遅延回路と光学的な遅延回路とを適宜組み合わせて構成することも可能である。また、調整回路36は、増幅器37の持つ入力/出力の非線形応答を補正するように構成しても良い。   In the above embodiment, a required delay is applied to the detection signal (electric signal) output from the photodetector 31 in order to synchronize the timing of the pulsed light P (t) and the phase modulation at the position of the EO phase modulator 32. The configuration to give is illustrated. However, the pulse laser device may be other means as long as it is configured so that the timing of the pulsed light P (t) and the phase modulation match at the position of the EO phase modulator 32. For example, the length of the connecting optical fiber 22 connecting the EO intensity modulator 12 and the EO phase modulator 32, or the length of the optical fiber branched from the optical fiber 22 and connecting to the photodetector 31. The pulse laser device may be configured by adjusting the thickness, or by adjusting with a light delay line. An electrical delay circuit and an optical delay circuit can be combined as appropriate. The adjustment circuit 36 may be configured to correct the nonlinear response of the input / output that the amplifier 37 has.

このように、以上説明したパルスレーザ装置1によれば、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調を相殺し、狭帯域のパルス光を出力させることができる。また、図4を参照して説明したように、EO位相変調器32を駆動する位相変調器駆動信号V2(t)として、複雑な信号を独立して発生させる必要がないため、簡明な構成で狭帯域のパルス光を出力するパルスレーザ装置を提供することができる。 As described above, according to the pulse laser device 1 described above, it is possible to cancel the phase modulation caused by the SPM generated in the optical fiber and output the narrow-band pulse light. Further, as described with reference to FIG. 4, it is not necessary to independently generate a complex signal as the phase modulator drive signal V 2 (t) for driving the EO phase modulator 32, and thus a simple configuration Thus, it is possible to provide a pulse laser device that outputs narrow-band pulse light.

次に、第2構成形態のパルスレーザ装置2について、その概要構成を例示する図2を参照して説明する。パルスレーザ装置2は、パルス光を出力するレーザ光源10と、レーザ光源10から出力されたパルス光を増幅するファイバ増幅器20と、自己位相変調を補償するSPM補償部30と、パルスレーザ装置全体の作動を制御する制御部(不図示)とを備えて構成される。   Next, the pulse laser apparatus 2 of the second configuration form will be described with reference to FIG. The pulse laser device 2 includes a laser light source 10 that outputs pulsed light, a fiber amplifier 20 that amplifies the pulsed light output from the laser light source 10, an SPM compensation unit 30 that compensates for self-phase modulation, and an overall pulse laser device. And a control unit (not shown) for controlling the operation.

本構成形態のパルスレーザ装置2は、ファイバ増幅器20により増幅されたパルス光を光検出器31で検出し、その検出信号に基づいてファイバ増幅器20の増幅用ファイバ25で生じる自己位相変調を補償するように構成される。すなわち、本構成形態のパルスレーザ装置2は、現実に光ファイバを透過したパルス光に基づいてSPMによる位相変調を補償する点において、光ファイバを透過する前のパルス光に基づいてSPMによる位相変調を補償する第1構成形態のパルスレーザ装置1と相違する。パルス光を出力するレーザ光源10、および自己位相変調を補償するSPM補償部30の基本的な構成は、前述したパルスレーザ装置1のレーザ光源10およびSPM補償部30と同様である。そこで、図2には同様の構成部分に同一番号を付して説明を簡略化し、相違する部分を中心に説明する。   The pulse laser apparatus 2 of this configuration form detects the pulsed light amplified by the fiber amplifier 20 with the photodetector 31, and compensates for the self-phase modulation generated in the amplification fiber 25 of the fiber amplifier 20 based on the detection signal. Configured as follows. In other words, the pulse laser apparatus 2 of this configuration form compensates the phase modulation by the SPM based on the pulse light actually transmitted through the optical fiber, and the phase modulation by the SPM based on the pulse light before passing through the optical fiber. This is different from the pulse laser device 1 of the first configuration form that compensates for the above. The basic configurations of the laser light source 10 that outputs pulsed light and the SPM compensation unit 30 that compensates for self-phase modulation are the same as those of the laser light source 10 and the SPM compensation unit 30 of the pulse laser device 1 described above. Therefore, in FIG. 2, the same components are assigned the same numbers to simplify the description, and different portions will be mainly described.

レーザ光源10は、CWのレーザ光を発生する光源11と、光源11により発生されたレーザ光の強度を変調する強度変調器12と、パルスレーザ装置1から出力すべきパルス光のパターンに対応した強度変調器駆動信号V1(t)を生成して強度変調器12を駆動する強度変調器駆動電源15とを備えて構成される。光源11としてDFB半導体レーザ(DFB−LD)、強度変調器12としてEO強度変調器(EOM)を用いた構成を例示する。強度変調器駆動電源15は、パルス発生器16および不図示の増幅器を有して構成される。本構成により、光源11で発生されたCWのレーザ光は、EO強度変調器12によって一部が切り出され、時間軸波形P(t)のパルス光がレーザ光源10から出力される。 The laser light source 10 corresponds to a light source 11 that generates CW laser light, an intensity modulator 12 that modulates the intensity of the laser light generated by the light source 11, and a pulse light pattern to be output from the pulse laser device 1. An intensity modulator driving power source 15 that generates the intensity modulator driving signal V 1 (t) and drives the intensity modulator 12 is provided. A configuration using a DFB semiconductor laser (DFB-LD) as the light source 11 and an EO intensity modulator (EOM) as the intensity modulator 12 is illustrated. The intensity modulator driving power source 15 includes a pulse generator 16 and an amplifier (not shown). With this configuration, a part of the CW laser light generated by the light source 11 is cut out by the EO intensity modulator 12, and pulse light having a time axis waveform P (t) is output from the laser light source 10.

ファイバ増幅器20は、コアにレーザ媒質がドープされた増幅用の光ファイバ(増幅用ファイバ)25と、増幅用ファイバ25を励起する不図示の励起光源と、励起光源の作動を制御する不図示の制御部とを備えて構成される。図2には、増幅用ファイバ25のコアにエルビウム(Er)がドープされたエルビウム・ドープ・ファイバ増幅器(EDFA)を用いた構成を例示する。増幅用ファイバ25は、モード径が1〜15μm程度以下のシングルモードファイバである。なお、レーザ光源10およびファイバ増幅器20は、パルスレーザ装置から出力するパルス光の波長に応じて適宜選定することができ、例えば、ファイバ増幅器20として、イッテルビウム・ドープ・ファイバ増幅器(YDFA)やツリウム・ドープ・ファイバ増幅器(TDFA)などを用いることもできる。   The fiber amplifier 20 includes an amplification optical fiber (amplification fiber) 25 having a core doped with a laser medium, an excitation light source (not shown) that excites the amplification fiber 25, and an operation (not shown) that controls the operation of the excitation light source. And a control unit. FIG. 2 illustrates a configuration using an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) in which the core of the amplification fiber 25 is doped with erbium (Er). The amplification fiber 25 is a single mode fiber having a mode diameter of about 1 to 15 μm or less. The laser light source 10 and the fiber amplifier 20 can be appropriately selected according to the wavelength of the pulsed light output from the pulse laser device. For example, as the fiber amplifier 20, an ytterbium-doped fiber amplifier (YDFA), thulium A doped fiber amplifier (TDFA) or the like can also be used.

SPM補償部30は、レーザ光源10から出力されたパルス光の位相を変化させる位相変調器32と、ファイバ増幅器20から出力される増幅されたパルス光(以下、増幅パルス光という)を検出して、その時間軸波形PA(t)に比例した検出信号を出力する光検出器31と、光検出器31から出力された検出信号に基づいて時間軸波形PA(t)に比例した位相変化を生じさせる位相変調器駆動信号V2(t)を出力する位相変調器駆動電源35とを備えて構成される。すなわち、位相変調器32はレーザ光源10とファイバ増幅器20との間に設けられる。 The SPM compensation unit 30 detects the phase modulator 32 that changes the phase of the pulsed light output from the laser light source 10 and the amplified pulsed light (hereinafter referred to as amplified pulsed light) output from the fiber amplifier 20. A photodetector 31 that outputs a detection signal proportional to the time axis waveform P A (t), and a phase change proportional to the time axis waveform P A (t) based on the detection signal output from the photodetector 31 And a phase modulator driving power source 35 that outputs a phase modulator driving signal V 2 (t) that generates the above. That is, the phase modulator 32 is provided between the laser light source 10 and the fiber amplifier 20.

増幅用ファイバ25の出力端部近傍には、増幅パルス光の一部(例えば1%程度)を分岐して取り出すカプラ(不図示)が設けられ、このカプラを介して取り出された増幅パルス光が光検出器31に導かれて検出される。光検出器31としてフォトダイオード(PD)、位相変調器32としてEO位相変調器(EOM)を用いた構成を例示する。   In the vicinity of the output end of the amplification fiber 25, a coupler (not shown) for branching out and extracting a part of the amplified pulse light (for example, about 1%) is provided, and the amplified pulse light extracted via this coupler is It is guided to the light detector 31 and detected. A configuration using a photodiode (PD) as the photodetector 31 and an EO phase modulator (EOM) as the phase modulator 32 is illustrated.

位相変調器駆動電源35には、光検出器31から出力された検出信号VPD(t)に所要の遅延を与え、必要に応じて波形を調整する調整回路36が設けられるとともに、その出力信号をEO位相変調器32の駆動に必要な振幅レベルまで増幅する増幅器37が設けられる。ここで、光検出器31により検出されるパルス光は、既にEO位相変調器32を通過したパルス光である。そのため、EO位相変調器32による位相変調は、所定の繰り返し周期で入射する光パルスのうち、光検出器31で検出された光パルスを基準として1パルス〜数パルス程度後の光パルスに対して行われる。調整回路36は、EO位相変調器32の位置において、パルス光P(t)と位相変調記駆動信号V2(t)とのタイミングが合致するように、光検出器31の検出信号に所要の遅延を与える。 The phase modulator drive power supply 35 is provided with an adjustment circuit 36 that gives a required delay to the detection signal V PD (t) output from the photodetector 31 and adjusts the waveform as necessary, and its output signal. Is provided to an amplitude level necessary for driving the EO phase modulator 32. Here, the pulsed light detected by the photodetector 31 is pulsed light that has already passed through the EO phase modulator 32. Therefore, the phase modulation by the EO phase modulator 32 is performed on an optical pulse that is about one pulse to several pulses after the optical pulse detected by the photodetector 31 among optical pulses incident at a predetermined repetition period. Done. The adjustment circuit 36 is required for the detection signal of the photodetector 31 so that the timing of the pulsed light P (t) and the phase modulation recording drive signal V 2 (t) match at the position of the EO phase modulator 32. Give a delay.

ここで、ファイバ増幅器20で増幅後のパルス光のパルスエネルギーが、増幅用ファイバ25の飽和エネルギー(saturation energy)に対して充分に小さい場合には、増幅用ファイバ25から出射する増幅パルス光の時間軸波形PA(t)は、増幅用ファイバ25に入射するパルス光の時間軸波形P(t)と相似した波形になる。すなわち、この場合にはPA(t)∝P(t)であり、光検出器31から出力される検出信号VPD(t)はVPD(t)∝PA(t)∝P(t)となる。従って、この場合の効果は、前述したパルスレーザ装置1と同様であり、増幅用ファイバ25内で生じるSPMによる位相変調φSPM(t)が相殺される。 Here, when the pulse energy of the pulse light amplified by the fiber amplifier 20 is sufficiently smaller than the saturation energy of the amplification fiber 25, the time of the amplified pulse light emitted from the amplification fiber 25 is shown. The axis waveform P A (t) is similar to the time axis waveform P (t) of the pulsed light incident on the amplification fiber 25. That is, in this case, P A (t) ∝P (t), and the detection signal V PD (t) output from the photodetector 31 is V PD (t) ∝P A (t) ∝P (t ). Therefore, the effect in this case is the same as that of the pulse laser device 1 described above, and the phase modulation φ SPM (t) due to SPM generated in the amplification fiber 25 is canceled.

一方、ファイバ増幅器20で増幅後のパルス光のパルスエネルギーが、増幅用ファイバ25の飽和エネルギーと比較して無視できない大きさになった場合、増幅用ファイバ25から出射する増幅パルス光の時間軸波形PA(t)は、増幅用ファイバ25に入射するパルス光の時間軸波形P(t)と相当程度異なったものとなる。例えば、増幅用ファイバ25に入射するパルス光の時間軸波形すなわちパルス波形P(t)が綺麗な矩形波であっても、増幅用ファイバ25から出射する増幅パルス光のパルス波形PA(t)は、先頭部で急峻に立ち上がった後になだらかに漸減するような崩れた波形になり得る。自己位相変調(SPM)の効果は、パルス光のピークパワーが高いほど大きい。すなわち、増幅用ファイバ25の出射端近傍で最も大きくなる。 On the other hand, when the pulse energy of the pulse light amplified by the fiber amplifier 20 becomes a non-negligible magnitude as compared with the saturation energy of the amplification fiber 25, the time axis waveform of the amplified pulse light emitted from the amplification fiber 25 P A (t) is considerably different from the time axis waveform P (t) of the pulsed light incident on the amplification fiber 25. For example, even if the time axis waveform of the pulsed light incident on the amplification fiber 25, that is, the pulse waveform P (t) is a beautiful rectangular wave, the pulse waveform P A (t) of the amplified pulsed light emitted from the amplification fiber 25. Can be a distorted waveform that gradually decreases after rising sharply at the top. The effect of self-phase modulation (SPM) increases as the peak power of pulsed light increases. That is, it becomes the largest in the vicinity of the emission end of the amplification fiber 25.

そのため、このような場合には、増幅パルス光のパルス波形PA(t)が増幅前のパルス光のパルス波形P(t)と相似せず、パルス波形P(t)を基準として位相変調器駆動信号V2(t)を生成する構成ではSPMによる自己位相変調を補償しきれない。従って、増幅用ファイバ25の飽和エネルギーと同等、またはそれ以上のパルスエネルギーを持つ増幅パルス光を出力するようなパルスレーザ装置においては、増幅用ファイバ25から出力される増幅パルス光のパルス波形PA(t)に基づいて位相変調器駆動信号V2(t)を生成することが望ましい。本構成のパルスレーザ装置2においては、増幅用ファイバ25の出力端部近傍から分岐して設けられた光検出器31が増幅パルス光を検出し、増幅パルス光のパルス波形PA(t)に基づいて位相変調器駆動信号V2(t)が生成される。そして、生成された位相変調器駆動信号V2(t)によりEO位相変調器32が駆動され、パルス光にSPMによる位相変調φSPM(t)と逆の位相変調をかける。 Therefore, in such a case, the pulse waveform P A (t) of the amplified pulsed light is not similar to the pulse waveform P (t) of the pulsed light before amplification, and the phase modulator is based on the pulse waveform P (t). In the configuration for generating the drive signal V 2 (t), the self-phase modulation due to the SPM cannot be fully compensated. Thus, the pulse laser apparatus to output an amplified pulse light having a saturation energy equal to or higher pulse energy, the amplifying fiber 25, the pulse waveform P A of the amplified pulse light output from the amplifying fiber 25 It is desirable to generate the phase modulator drive signal V 2 (t) based on (t). In the pulse laser device 2 of this configuration, the photodetector 31 that is branched from the vicinity of the output end of the amplification fiber 25 detects the amplified pulse light, and generates a pulse waveform P A (t) of the amplified pulse light. Based on this, a phase modulator drive signal V 2 (t) is generated. Then, the EO phase modulator 32 is driven by the generated phase modulator drive signal V 2 (t), and the pulse light is subjected to phase modulation opposite to phase modulation φ SPM (t) by SPM .

従って、本構成のパルスレーザ装置2によれば、増幅前後のパルス波形が必ずしも相似しない比較的大きなパルスエネルギーを持つパルス光を出力するような場合でも、増幅用ファイバ内で生じるSPMによる位相変調を相殺することができる。また、V2(t)のような比較的複雑な信号を独立して発生させる必要がないため、簡明な構成でスペクトル幅が狭い狭帯域の増幅パルス光を出力するパルスレーザ装置を提供することができる。 Therefore, according to the pulse laser device 2 of this configuration, even when outputting pulse light having a relatively large pulse energy whose pulse waveforms before and after amplification are not necessarily similar, phase modulation by SPM generated in the amplification fiber is performed. Can be offset. Further, it is not necessary to independently generate a relatively complicated signal such as V 2 (t), and therefore a pulse laser device that outputs a narrow-band amplified pulse light with a narrow spectrum width with a simple configuration is provided. Can do.

次に、第3構成形態のパルスレーザ装置3について、その概要構成を例示する図3を参照して説明する。パルスレーザ装置3は、パルス光を出力するレーザ光源(パルスレーザ)17と、自己位相変調を補償するSPM補償部30と、パルスレーザ装置全体の作動を制御する制御部(不図示)とを備えて構成される。   Next, the pulse laser apparatus 3 of the third configuration form will be described with reference to FIG. The pulse laser device 3 includes a laser light source (pulse laser) 17 that outputs pulsed light, an SPM compensation unit 30 that compensates for self-phase modulation, and a control unit (not shown) that controls the operation of the entire pulse laser device. Configured.

本構成形態のパルスレーザ装置3は、第1構成形態のパルスレーザ装置1の変更例であり、パルス光を出力するレーザ光源17の構成が、パルスレーザ装置1のレーザ光源10と相違する。一方、自己位相変調を補償するSPM補償部30の基本的な構成は、パルスレーザ装置1のSPM補償部30と同様である。そこで、図3には同様の構成部分に同一番号を付して説明を簡略化し、相違する部分を中心に説明する。   The pulse laser apparatus 3 of this configuration form is a modification of the pulse laser apparatus 1 of the first configuration form, and the configuration of the laser light source 17 that outputs pulsed light is different from the laser light source 10 of the pulse laser apparatus 1. On the other hand, the basic configuration of the SPM compensation unit 30 that compensates for self-phase modulation is the same as that of the SPM compensation unit 30 of the pulse laser device 1. Therefore, in FIG. 3, the same components are assigned the same numbers to simplify the description, and different portions will be mainly described.

レーザ光源(パルスレーザ)17は、自律的にパルス光を出力する光源である。換言すれば、パルスレーザ装置3は、時間軸波形P(t)のパルス光が外部から与えられるような場合の構成例であり、例えば、レーザ光源17としてモードロックレーザやQスイッチレーザ等を用いた場合に好適な構成である。   The laser light source (pulse laser) 17 is a light source that autonomously outputs pulsed light. In other words, the pulse laser device 3 is a configuration example in the case where pulsed light having a time axis waveform P (t) is given from the outside. For example, a mode-locked laser, a Q switch laser, or the like is used as the laser light source 17. This is a suitable configuration.

レーザ光源17から出力された時間軸波形P(t)のパルス光は、接続用の光ファイバ23を介して位相変調器32に入射する。光ファイバ23には、レーザ光源17から出力されたパルス光の一部(例えば1〜数%程度)を分岐して取り出すカプラ(不図示)が設けられ、このカプラを介して取り出されたパルス光が光検出器31に導かれて検出される。光検出器31としてフォトダイオード(PD)、位相変調器32としてEO位相変調器(EOM)を用いた構成を例示する。   The pulse light of the time axis waveform P (t) output from the laser light source 17 enters the phase modulator 32 through the connection optical fiber 23. The optical fiber 23 is provided with a coupler (not shown) that branches out and extracts a part (for example, about 1 to several percent) of the pulsed light output from the laser light source 17, and the pulsed light extracted through this coupler. Is guided to the photodetector 31 and detected. A configuration using a photodiode (PD) as the photodetector 31 and an EO phase modulator (EOM) as the phase modulator 32 is illustrated.

このとき、光検出器31から出力される検出信号VPD(t)は、パルス光の時間軸波形P(t)に比例し、前述した(4)式で示される。パルス光を伝送する光ファイバ、あるいは増幅する光ファイバについて、分散などに起因する時間軸波形の歪みがないと仮定すれば、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調φSPM(t)は、パルス光の時間軸波形P(t)に比例する(前述の(2)式を参照)。そのため、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調φSPM(t)と逆の位相変調を、EO位相変調器32により予めパルス光にかけておくことによって、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調φSPM(t)を相殺することができる。 At this time, the detection signal V PD (t) output from the photodetector 31 is proportional to the time axis waveform P (t) of the pulsed light, and is expressed by the above-described equation (4). Assuming that there is no distortion of the time-axis waveform due to dispersion or the like for an optical fiber that transmits pulsed light or an optical fiber that amplifies, phase modulation φ SPM (t) caused by SPM generated in the optical fiber is the pulsed light. Is proportional to the time axis waveform P (t) (see the above-mentioned equation (2)). Therefore, the phase modulation opposite to the phase modulation φ SPM (t) caused by the SPM generated in the optical fiber is previously applied to the pulsed light by the EO phase modulator 32, whereby the phase modulation φ SPM (t generated by the SPM generated in the optical fiber is applied. ) Can be offset.

従って、以上説明したパルスレーザ装置3によれば、光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調を相殺し、狭帯域のパルス光を出力させることができる。また、EO位相変調器32を駆動する位相変調器駆動信号V2(t)として、複雑な信号を人為的に生成する必要がないため、簡明な構成で狭帯域のパルス光を出力するパルスレーザ装置を提供することができる。 Therefore, according to the pulse laser device 3 described above, it is possible to cancel the phase modulation due to SPM generated in the optical fiber and to output narrow-band pulsed light. Further, since it is not necessary to artificially generate a complex signal as the phase modulator drive signal V 2 (t) for driving the EO phase modulator 32, a pulse laser that outputs narrow-band pulse light with a simple configuration. An apparatus can be provided.

以上説明したように、パルスレーザ装置1,2,3によれば、光検出器により検出されたパルス光を基準とし、これに比例した位相変化を生じさせる位相変調駆動信号が位相変調器に供給される。そのため、光ファイバで生じるSPMによる位相変調を相殺し、狭帯域のパルス光を出力させることができる。また、位相変調器駆動電源が複雑な信号を人為的に生成する必要がないため、簡明な構成で狭帯域のパルス光を出力するパルスレーザを提供することができる。また、パルス光が外部から与えられるか内部で発生するかに拘わらず、簡明な構成で狭帯域のパルス光を出力するパルスレーザを提供することができる。   As described above, according to the pulse laser devices 1, 2, and 3, the phase modulation driving signal that causes a phase change proportional to the pulse light detected by the photodetector is supplied to the phase modulator. Is done. For this reason, it is possible to cancel the phase modulation caused by the SPM generated in the optical fiber and to output narrow-band pulsed light. In addition, since the phase modulator drive power supply does not need to artificially generate a complex signal, a pulse laser that outputs narrow-band pulse light with a simple configuration can be provided. Further, it is possible to provide a pulse laser that outputs narrow-band pulse light with a simple configuration regardless of whether the pulse light is supplied from the outside or generated internally.

なお、以上では、レーザ光源10,17から出力されたパルス光に、送信用または増幅用の光ファイバ内で生じるSPMによる位相変調と逆の位相変調を、これらの光ファイバに入射する以前に、EO位相変調器32により予めかけておく構成を主体として説明した。しかし、EO位相変調器32を送信用の光ファイバまたは増幅用の光ファイバの出射端部近傍に設け、これらの光ファイバで生じたSPMによる位相変調を事後的に相殺するように構成しても良い。また、1つの位相変調器では変調量が不足する場合には、2つ以上の位相変調器を直列に接続することにより、十分な位相変調量を確保する事が可能である。   In the above, the pulse light output from the laser light sources 10 and 17 is subjected to phase modulation opposite to the phase modulation by SPM generated in the optical fiber for transmission or amplification before entering these optical fibers. The configuration preliminarily applied by the EO phase modulator 32 has been mainly described. However, the EO phase modulator 32 may be provided in the vicinity of the outgoing end of the transmission optical fiber or the amplification optical fiber so that the SPM generated by these optical fibers can be canceled afterwards. good. In addition, when the amount of modulation is insufficient with one phase modulator, it is possible to secure a sufficient amount of phase modulation by connecting two or more phase modulators in series.

1 第1構成形態のパルスレーザ装置
2 第2構成形態のパルスレーザ装置
3 第3構成形態のパルスレーザ装置
9 他の構成形態のパルスレーザ装置
10 レーザ光源
11 光源
12 強度変調器(EO強度変調器)
15 強度変調器駆動電源
16 パルス発生器
17 レーザ光源
20 ファイバ増幅器
22 接続用の光ファイバ
23 接続用の光ファイバ
25 増幅用の光ファイバ
30 SPM補償部
31 光検出器
32 位相変調器(EO位相変調器)
35 位相変調器駆動電源
P(t) パルス光の時間軸波形
A(t) 増幅パルス光の時間軸波形
1(t) 強度変調器駆動信号
2(t) 位相変調器駆動信号
PD(t) 検出信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pulse laser apparatus 2 of 1st structure form Pulse laser apparatus 3 of 2nd structure form 3 Pulse laser apparatus 9 of 3rd structure form Pulse laser apparatus 10 of another structure form Laser light source 11 Light source 12 Intensity modulator (EO intensity modulator) )
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Intensity modulator drive power supply 16 Pulse generator 17 Laser light source 20 Fiber amplifier 22 Optical fiber 23 for connection Optical fiber 25 for connection Optical fiber 30 for amplification 30 SPM compensation part 31 Photo detector 32 Phase modulator (EO phase modulation) vessel)
35 Phase modulator drive power supply P (t) Time axis waveform P A (t) of pulsed light Time axis waveform V 1 (t) of amplified pulse light Intensity modulator drive signal V 2 (t) Phase modulator drive signal V PD (t) Detection signal

Claims (6)

パルス光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたパルス光の位相を変化させる位相変調器と、
前記レーザ光源から出力されたパルス光を検出して強度変化の時間軸波形である検出信号を出力する光検出器と、
前記光検出器から出力された前記検出信号に基づいて、前記強度変化の時間軸波形に比例した位相変化を生じさせる駆動信号を出力し、前記位相変調器を駆動する位相変調器駆動電源と
を備えたことを特徴とするパルスレーザ装置。
A laser light source that outputs pulsed light;
A phase modulator that changes the phase of the pulsed light output from the laser light source;
A photodetector that detects the pulsed light output from the laser light source and outputs a detection signal that is a time-axis waveform of intensity change;
Based on the detection signal output from the photodetector, a drive signal for generating a phase change proportional to the time axis waveform of the intensity change is output, and a phase modulator driving power source for driving the phase modulator A pulse laser device comprising:
パルス光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたパルス光の位相を変化させる位相変調器と、
前記レーザ光源から出力されたパルス光を増幅するファイバ増幅器と、
前記ファイバ増幅器により増幅されたパルス光を検出して強度変化の時間軸波形である検出信号を出力する光検出器と、
前記光検出器から出力された前記検出信号に基づいて、前記強度変化の時間軸波形に比例した位相変化を生じさせる駆動信号を出力し、前記位相変調器を駆動する位相変調器駆動電源と
を備えたことを特徴とするパルスレーザ装置。
A laser light source that outputs pulsed light;
A phase modulator that changes the phase of the pulsed light output from the laser light source;
A fiber amplifier for amplifying pulsed light output from the laser light source;
A photodetector that detects the pulsed light amplified by the fiber amplifier and outputs a detection signal that is a time-axis waveform of an intensity change;
Based on the detection signal output from the photodetector, a drive signal for generating a phase change proportional to the time axis waveform of the intensity change is output, and a phase modulator driving power source for driving the phase modulator A pulse laser device comprising:
前記位相変調器による位相変調は、前記レーザ光源から出力されたパルス光が入射する光ファイバにおいて生じるパルス光の自己位相変調と変調量が略同一で逆位相の位相変調であることを特徴とする請求項1または2に記載のパルスレーザ装置。   The phase modulation by the phase modulator is characterized in that the modulation amount is substantially the same as the self-phase modulation of the pulsed light generated in the optical fiber on which the pulsed light output from the laser light source is incident, and is opposite in phase. The pulse laser device according to claim 1 or 2. 前記位相変調器は位相変調型の電気光学変調器であり、前記駆動信号は前記光検出器から出力された前記検出信号に比例した時間軸波形の電気信号であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置。   2. The phase modulator is a phase modulation type electro-optic modulator, and the drive signal is an electric signal having a time axis waveform proportional to the detection signal output from the photodetector. The pulse laser apparatus as described in any one of -3. 前記レーザ光源から出力されたパルス光が入射する光ファイバは、シングルモードファイバであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置。   The pulsed laser device according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical fiber into which the pulsed light output from the laser light source is incident is a single mode fiber. 前記レーザ光源は、レーザ光を発生する光源と、前記光源により発生されたレーザ光の強度を変調する強度変調器と、出力すべきパルス光のパターンに対応した駆動信号を生成して前記強度変調器を駆動する強度変調器駆動電源とを備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のパルスレーザ装置。   The laser light source generates a drive signal corresponding to a pattern of pulse light to be output by generating a light source that generates laser light, an intensity modulator that modulates the intensity of the laser light generated by the light source, and the intensity modulation The pulse laser device according to claim 1, further comprising an intensity modulator driving power source for driving the detector.
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