JPH04307982A

JPH04307982A - 固体パルスレーザ装置

Info

Publication number: JPH04307982A
Application number: JP3073343A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Sarukura; 信彦猿倉; Yuzo Ishida; 石田　祐三
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1992-10-30
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JP3171265B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の技術分野】この発明は、安定な超短パルスを
得ることができ、かつ装置構成の簡単な固体パルスレー
ザ装置に係り、特に、量子エレクトロニクス分野、光物
性分野、光通信分野、光コンピュータなどの高速光デバ
イス分野などにおける超高速現象の測定用に用いて好適
な固体パルスレーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超高速物理現象や高速光デバイスなどの
研究に用いられるプローブ光や、光通信等に使用される
信号光は超短パルスであることが必要不可欠である。こ
のため、取扱いが簡便で、かつ信頼性の高い超短光パル
ス発生装置の開発が要望されている。

【０００３】従来は、超短光パルス発生装置として、色
素レーザが用いられてきた。各種色素レーザのうち、た
とえば、衝突パルスモード同期色素レーザからは、１０
０フェムト秒（１フェムトは１０−１５である。）を切
る超短光パルスが得られている（Ｖａｌｄｍａｎｉｓ，
　ｅｔｃ．，　Ｏｐｔ．　Ｌｅｔｔ．　１０巻、　ｐｐ
１３１、　１９８５）。しかしながら、従来の色素レー
ザは、色素の劣化に伴う性能低下が避けられず、このた
め、長期的安定性、保守性、操作性において実用上難点
があった。

【０００４】ところで、光のパルス幅は光の周波数領域
において、一定の位相相関のある周波数幅で原理的に制
限され、同一の位相で広い周波数幅をもつほど、光のパ
ルス幅は短くなることが知られている。レーザ発振器内
で一定の光の位相が作られている状態をモード同期と呼
んでおり、このようなモード同期状態においては、出力
光は高繰り返し短パルスとなる。

【０００５】また、このような非線形光学現象を効果的
に引き起こすためには、まず、レーザ光を短パルス化し
光強度を強める必要があり、このような技術の一つとし
て、上記のモード同期法が知られている。モード同期の
一つの方法として、可飽和吸収体を用いた受動モード同
期法がある。このための可飽和吸収体としては、取扱い
が困難な、有機色素の溶液、化合物半導体の超格子に限
られていた（Ｓｉｌｂｅｒｂｅｒｇ，　ｅｔｃ．，　Ｏ
ｐｔ．　Ｌｅｔｔ．　９巻，ｐｐ５０７，　１９８４）
。

【０００６】また、高出力短パルスレーザ光等を非線形
光学現象の一つであるカー効果を示す媒質中に導入する
と自己位相変調効果により位相相関のある周波数広りが
起こることが知られている。この際、異なった周波数成
分の位相補償を行なえば、より短いパルス幅の光が得ら
れる。この効果を超短パルスの発生に利用するためには
、十分な光強度、相互作用長、媒質の非線形性が必要と
される。

【０００７】従来、かかる効果を利用して超短光パルス
を発生させる方法として、（１）発振器の外で、石英光
ファイバ等のカー効果を利用してパルスの圧縮を行う方
法（ファイバーパルス圧縮：中塚他、　Ｐｈｙｓ．　Ｒ
ｅｖ．　Ｌｅｔｔ．　４７巻，　ｐｐ９１０，　１９８
１、［この方法による世界最短光パルスは、６フェムト
秒：　Ｆｏｒｋ，　ｅｔｃ．，　Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．　
１２巻，　ｐｐ４８３，　１９８７］）、（２）発振器
内に付加的にカー媒質を導入する方法（王他、　Ｏｐｔ
．Ｌｅｔｔ．　１５巻，　ｐｐ９６５，　１９９０）、
（３）結合発振器に光ファイバ等を用いる方法（Ｍｏｌ
ｌｅｎａｕｅｒ．　ｅｔｃ．，　Ｏｐｔ．　Ｌｅｔｔ．
　９巻，　ｐｐ１３，　１９８４）等が知られている。

【０００８】図７は、従来における典型的な超短光パル
ス発生装置の構成を示す図である。上記超短光パルス発
生装置は、パルス発振器２４とパルス圧縮器２５とから
構成されている。上記パルス発振器２４は、レーザ媒質
である有機色素２６と、音響光学素子及び過飽和吸収体
からなるモード同期素子２７と、高反射率鏡２８と出力
鏡２９とからなっている。また、上記パルス圧縮器２５
は、カー媒質としての光ファイバ３０と位相補償用プリ
ズム対３１とレンズ３２，３２とからなっている。さら
に、パルス発振器２４とパルス圧縮器２５との間には光
路を設定すために平面鏡３３，３３が設置されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの方法（（１）〜（３））も、ピコ秒（１ピコは１
０−１２である。）以下の光パルスを発生させようとす
れば、構成が複雑になるばかりでなく、安定性や信頼性
にかけるという問題があった。また、レーザ媒質は色素
であるため保守性に難があると共に、カー媒質は光ファ
イバーを用いるためシステムを複雑にし、結局、安定性
や信頼性に欠けるという問題があった。この発明は、上
記事情に鑑みてなされたもので、装置構成が簡便で、長
期安定性に優れる超短パルスを容易に得ることができる
固体パルスレーザ装置を提供することを目的としている
。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、励起光源と、レーザ媒質を
有し該レーザ媒質が前記励起光源によって励起されると
光パルスを出力するパルス発振器とからなるパルスレー
ザ装置において、前記レーザ媒質が固体でなり、かつ、
前記パルス発振器内に前記レーザ媒質のカー効果を強く
引き起こすための過飽和吸収媒質を付加してなると共に
、前記パルス発振器外に前記光パルスを圧縮する位相補
償手段を付加してなることを特徴としている。

【００１１】また、請求項２記載の発明は、励起光源と
、レーザ媒質を有し該レーザ媒質が前記励起光源によっ
て励起されると光パルスを出力するパルス発振器とから
なるパルスレーザ装置において、前記レーザ媒質が固体
でなり、かつ、前記パルス発振器内に前記レーザ媒質の
カー効果を強く引き起こすための過飽和吸収媒質と位相
補償手段とを付加してなることを特徴としている。

【００１２】また、請求項３記載の発明は、前記過飽和
吸収媒質として色ガラスフィルタを用いることを特徴し
ている。

【００１３】また、請求項４記載の発明は、前記位相補
償手段として回折格子対を用いることを特徴としている
。

【００１４】さらにまた、請求項５記載の発明は、前記
パルス発振器内の前記位相補償手段がプリズム対である
ことを特徴としている。

【００１５】

【作用】この発明は、パルス発振器内にレーザ媒質のカ
ー効果を強く引き起こすための過飽和吸収媒質を付加し
てなるものなので、上記パルス発振器内に単独のカー媒
質を付加することも、カー媒質である光ファイバーなど
に高出力光パルスを通すことも必要がないため、装置構
成が簡便となる。また、上記レーザ媒質が固体でなので
、長期安定性に優れる短パルスを得ることができる。

【００１６】また、位相補償手段を上記パルス発振器内
に設置するようにすれば、パルス幅が一段と短く、安定
した波長可変性の光パルスを得ることができると共に、
装置構成も一段と簡素化することができる。したがって
、量子エレクトロニクス分野、光物性分野、光通信分野
、光コンピュータなどの高速光デバイス分野などにおけ
る様々な超高速現象を測定するための短パルス光源とし
て利用することができる。

【００１７】特に、可飽和吸収体として色ガラスフィル
ターを用いれば、有期色素などと較べて取扱いが容易と
なるので、さらに一段と装置構成が簡便となり、かつ受
動モード同期半導体レーザ構成にすれば、高繰返しの光
パルス列を取り出すことができるので、光通信の高速光
クロック信号として好適に用いることができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。［実施例１］図１は、この発明の第１実施例である固体
パルスレーザ装置の構成を示す図であり、この固体パル
スレーザ装置は、励起装置とパルス発振器とパルス圧縮
器とから概略構成されている。図１に示すように、上記
励起装置は、チタンサファイアレーザ励起用のアルゴン
レーザ１からなっている。

【００１９】上記パルス発振器は、チタンサファイア結
晶２、可飽和色素３、及び各種光学素子（凹面鏡４，４
、平面鏡５、レーザ光取り出し鏡６、波長選択素子７）
からなるチタンサファイアレーザによって構成されてい
る。上記パルス発振器は、二つの焦点を有し、一の焦点
上にはチタンサファイア結晶２が、他の焦点上には可飽
和色素３がそれぞれ配置されている。

【００２０】上記チタンサファイア結晶２は、レーザ（
利得）媒質であると共にカー媒質であり、アルゴンレー
ザ１によって励起される。上記可飽和色素３は、有機色
素からなる過飽和吸収体であり、受動モード同期をかけ
る機能を有している。

【００２１】また、上記パルス圧縮器は、上記パルス発
振器から出力される光パルスを圧縮するもので、回折格
子８と折り返し直角プリズム９とから構成されている。これら回折格子８と折り返し直角プリズム９との組合せ
は等価回折格子対をなすものである。なお、図１におい
ては、上記パルス圧縮器によって圧縮された光パルスの
パルス幅を測定するために、パルス幅測定装置１０が配
置されている。さらに、上記励起装置、パルス発振器、
パルス圧縮器及びパルス幅測定装置１０間の光路を設定
するために、平面鏡１１，１１，…、凹面鏡１２が適宜
配置されている。

【００２２】上記構成において、パルス発振器は、アル
ゴンレーザ１によって励起されると、パルス発振器内に
レーザ光を発生する。このレーザ光は、まず、可飽和色
素３によって受動モード同期をかけられ、光強度を強め
た短パルスとなる。こうして短パルスとなったレーザ光
は、チタンサファイア結晶２を通過する際、カー効果に
よる発振器内自己位相変調効果と線形分散との作用を受
ける。この結果、パルス内周波数掃引のある圧縮可能な
光パルスがパルス発振器から直接出力される。パルス発
振器から出力された光パルスは、パルス圧縮器（等価回
折格子対）による位相補償を受け、これによりパルスは
圧縮され、パルス幅がさらに短くなる。

【００２３】図２は、この例によって得られる圧縮前後
のパルスの自己相関波形（実測）を示し、パルス発振器
から出力される１２．６ピコ秒の光パルス（同図（イ）
）が、パルス圧縮器によって１．８ピコ秒にまで圧縮（
同図（ロ））されることを示している。

【００２４】上記構成によれば、付加的なカー媒質を発
振器内に挿入する必要もない。また、出力光パルスをカ
ー効果を生じさせる光ファイバー内に通す必要もない。このため、簡単な構成で短パルスの発生及びパルス圧縮
が可能となる。なお、上述の実施例においては、等価回
折格子対を用いた場合について述べたが、これに代えて
、プリズム対を用いても良い。ただし、この場合、プリ
ズム間の距離を長くとる必要がある。

【００２５】［実施例２］図３は、この発明の第２実施
例である固体パルスレーザ装置の構成を示す図である。この例の固体パルスレーザ装置が、図１の構成と大きく
異なるところは、等価回折格子対（回折格子８と折り返
し直角プリズム９）に代えて、位相補償用のプリズム対
１３，１３（図３）をパルス発振器内に設けた点である
。なお、図３において、図１と同一の構成部分について
は同一の符号を付してその説明を省略する。

【００２６】上記構成において、光パルスは、プリズム
対１３，１３によって位相補償を受けてパルス幅を一段
と短くする。この結果、一段と高くなったピーク光強度
のため、レーザ媒質のカー効果をさらに強く引き起こす
。この結果、図４に示すように、パルス発振器から、９
０フェムト秒の光パルスを直接取り出すことができる。図２と図４との比較から明らかなように、この例によれ
ば、外部圧縮を行う第１実施例による圧縮のおよそ１／
２０にまでパルス圧縮することができる。

【００２７】かくして上記構成によれば、固体レーザ媒
質をカー媒質として用いるのに加えて、プリズム対１３
，１３をパルス発振器内に挿入することにより、パルス
圧縮を効果的に行うことができるので、パルス圧縮器も
不要であり、装置構成が一段と簡素化される。なお、こ
の例の効果を試す実験によれば、波長可変性（７３０−
８１０ｎｍ）が認められ、波形も裾がなくきれいであり
、１日程度は、まったく追加調整なしで安定動作するこ
とが確認できた。

【００２８】［実施例３］図５は、この発明の第３実施
例である固体パルスレーザ装置の構成を示す図である。ただし、パルス圧縮器の部分は省略してある。この例の
固体パルスレーザ装置が、図１の構成と大きく異なると
ころは、可飽和色素３（溶液）に代えて、色ガラスフイ
ルタ１４（固体）を可飽和吸収体として用い、受動モー
ド同期をかけるようにした点である。この例の構成によ
れば、可飽和吸収体を安価に入手できるので、パルス発
振器の製作が安価となる。また、色ガラスフィルタ１４
は固体であるので、可飽和吸収体の取扱いが容易となる
。かくして、一段と安価かつ容易に光短パルスを得るこ
とができる。

【００２９】［実施例４］図６は、この発明の第４実施
例である固体パルスレーザ装置の構成を示す図である。この例の固体パルスレーザ装置は、可飽和吸収体として
色ガラスフィルタを用いて、半導体レーザに受動モード
同期を施す構造となっている。同図において、符号１５
は半導体レーザチップ、１６は色ガラスフィルタ、１７
はヒートシンクを兼ねた基板、１８は電源、１９は減反
射率コーティング層、２０は高反射率コーティング層、
２１は部分反射率コーティング層である。また、２２は
レーザ光線及び２３はパルス化されたレーザ光を示して
いる。上記高反射率コーティング層２０と部分反射率コ
ーティング層２１との面で発振器が構成されている。上
記構成によれば、簡便に、高い繰り返しの光パルス列を
得ることができる。これに加えて、装置を小型化するこ
とができる。一例を挙げれば、面間隔１．５ｃｍの時、
繰り返し約１０ＧＨｚの光クロックを発生させることが
できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、パル
ス発振器内にレーザ媒質のカー効果を強く引き起こすた
めの過飽和吸収媒質を付加してなるものなので、上記パ
ルス発振器内に単独のカー媒質を付加することも、カー
媒質である光ファイバーなどに高出力光パルスを通すこ
とも必要がないため、装置構成が簡便となる。

【００３１】また、上記レーザ媒質が固体でなので、長
期安定性に優れる短パルスを得ることができる。また、
位相補償手段を上記パルス発振器内に設置するようにす
れば、パルス幅が一段と短く、安定した波長可変性の光
パルスを得ることができると共に、装置構成も一段と簡
素化することができる。したがって、量子エレクトロニ
クス分野、光物性分野、光通信分野、光コンピュータな
どの高速光デバイス分野などにおける様々な超高速現象
を測定するための短パルス光源として利用することがで
きる。

【００３２】特に、可飽和吸収体として色ガラスフィル
ターを用いれば、有期色素などと較べて取扱いが容易と
なるので、さらに一段と装置構成が簡便となり、かつ受
動モード同期半導体レーザ構成にすれば、高繰返しの光
パルス列を取り出すことができるので、光通信の高速光
クロック信号として好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例である固体パルスレーザ
装置の構成を示す図である。

【図２】第１実施例によって得られる圧縮前後のパルス
の自己相関波形を示す図である。

【図３】この発明の第２実施例である固体パルスレーザ
装置の構成を示す図である。

【図４】第２実施例によって得られるパルスの自己相関
波形を示す図である。

【図５】この発明の第３実施例である固体パルスレーザ
装置の構成を示す図である。

【図６】この発明の第４実施例である固体パルスレーザ
装置の構成を示す図である。

【図７】従来における典型的な超短光パルス発生装置の
構成を示す図である。

【符号の説明】

１　　アルゴンレーザ（励起光源）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　励起光源と、レーザ媒質を有し該レー
ザ媒質が前記励起光源によって励起されると光パルスを
出力するパルス発振器とからなるパルスレーザ装置にお
いて、前記レーザ媒質が固体でなり、かつ、前記パルス
発振器内に前記レーザ媒質のカー効果を強く引き起こす
ための過飽和吸収媒質を付加してなると共に、前記パル
ス発振器外に前記光パルスを圧縮する位相補償手段を付
加してなることを特徴とする固体パルスレーザ装置。
【請求項２】　　励起光源と、レーザ媒質を有し該レー
ザ媒質が前記励起光源によって励起されると光パルスを
出力するパルス発振器とからなるパルスレーザ装置にお
いて、前記レーザ媒質が固体でなり、かつ、前記パルス
発振器内に前記レーザ媒質のカー効果を強く引き起こす
ための過飽和吸収媒質と位相補償手段とを付加してなる
ことを特徴とする固体パルスレーザ装置。
【請求項３】　　前記過飽和吸収媒質は色ガラスフィル
タであることを特徴とする請求項１又は２記載の固体パ
ルスレーザ装置。
【請求項４】　　前記位相補償手段は回折格子対である
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体パルスレー
ザ装置。
【請求項５】　　前記位相補償手段はプリズム対である
ことを特徴とする請求項２記載の固体パルスレーザ装置
。