JP2002280647A - Fiber laser - Google Patents
Fiber laserInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅ファイバを
用いてレーザ発振を行うファイバレーザに関し、特に隣
接する縦モードを抑圧したファイバレーザに関する。こ
うしたファイバレーザは、計測や光通信などの用途に好
適である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber laser that performs laser oscillation using an optical amplification fiber, and more particularly to a fiber laser in which adjacent longitudinal modes are suppressed. Such a fiber laser is suitable for applications such as measurement and optical communication.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、希土類元素を添加した光増幅ファ
イバを用いて構成されるリング共振器の中に偏光に対し
て等方的なエタロンを設け、エタロンの狭帯域な透過特
性を利用して隣接する縦モードのレーザ発振を抑制する
構成が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, an etalon that is isotropic with respect to polarized light is provided in a ring resonator constituted by using an optical amplification fiber doped with a rare earth element, and a narrow band transmission characteristic of the etalon is used. A configuration for suppressing adjacent longitudinal mode laser oscillation is known.
【0003】一方、ファイバレーザとは異なる技術分野
では、レーザ波長の共振器への同調をモニターする方法
としてHanschとCouillaud(Opt.C
ommun.35(3)、441(1980))による
差信号生成法が知られている。この方法は、共振器に偏
光子を挿入することで共振器の偏光特性を異方的とし、
その反射光の偏光状態を検出して差信号を生成するもの
である。On the other hand, in a technical field different from a fiber laser, Hansch and Couillaud (Opt.
ommun. 35 (3), 441 (1980)). This method makes the polarization characteristics of the resonator anisotropic by inserting a polarizer into the resonator,
The difference signal is generated by detecting the polarization state of the reflected light.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】計測や光通信で使用さ
れるレーザ光源に要求される特性として、特にファイバ
レーザにおいては隣接縦モードを抑制することが重要で
ある。そのため、従来はエタロン(共振器)を利用して
いるが、ファイバレーザ共振器の縦モード波長をエタロ
ンの透過波長に同調するための差信号は、エタロンの透
過光、または反射光のいずれからも直接生成することが
できない。As a characteristic required for a laser light source used in measurement and optical communication, it is important to suppress adjacent longitudinal modes, particularly in a fiber laser. Therefore, conventionally, an etalon (resonator) is used, but a difference signal for tuning the longitudinal mode wavelength of the fiber laser resonator to the transmission wavelength of the etalon is obtained from either the transmitted light or the reflected light of the etalon. Cannot be generated directly.
【0005】一方、Hansch−Couillaud
法は、共振器の偏光特性を異方的とし、共振器の反射光
から差信号を形成することができるが、共振器をリング
配置として用いているため、透過特性の狭帯域性を利用
してレーザ共振器を構成することが実用上困難である。
また、共振器をリング配置にすることは、レーザ媒質
(光源)方向に共振器からの反射光が戻らないようにす
る工夫であると考えられる。一般に、共振器の反射特性
は狭帯域の透過特性を反転した特性、すなわち広帯域な
特性であり、レーザの隣接縦モードを抑制する効果が無
いばかりか発振縦モードの不安定性を増大する方向に作
用する。したがって本方法は差信号を生成できるが、反
射を利用して隣接縦モードの発振を抑制するレーザを構
成することができない。On the other hand, Hansch-Couillaud
In the method, the polarization characteristic of the resonator is made anisotropic, and a difference signal can be formed from the reflected light of the resonator.However, since the resonator is used as a ring arrangement, the narrow band property of the transmission characteristic is used. Therefore, it is practically difficult to configure a laser resonator.
In addition, it is considered that the arrangement of the resonators in a ring is a device for preventing reflected light from the resonators from returning in the direction of the laser medium (light source). In general, the reflection characteristic of a resonator is a characteristic obtained by inverting the transmission characteristic of a narrow band, that is, a characteristic of a wide band, and has an effect of not only suppressing the adjacent longitudinal mode of the laser but also increasing the instability of the oscillation longitudinal mode. I do. Therefore, although this method can generate a difference signal, it cannot construct a laser that suppresses oscillation in an adjacent longitudinal mode using reflection.
【0006】本発明の目的は、共振器の反射特性を狭帯
域にし、これを利用してファイバレーザの隣接縦モード
を抑制すると同時に、ファイバレーザの縦モードの共振
器への同調状態をモニターするための差信号を生成でき
るファイバレーザを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to narrow a reflection characteristic of a resonator and to use the same to suppress an adjacent longitudinal mode of a fiber laser and to monitor a tuning state of the longitudinal mode of the fiber laser to the resonator. To provide a fiber laser capable of generating a difference signal for the same.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、希土類元素が
添加されたレーザ媒質を含む光増幅ファイバに励起光を
入力してレーザ発振を行うファイバレーザにおいて、光
反射手段と、前記レーザ媒質と、偏光子と、ファラデー
回転子と、一対の反射鏡の間に偏光素子が配置されて構
成される共振器とが同一光軸上に配置され、前記レーザ
媒質から偏光子およびファラデー回転子を通過して共振
器へ向かう入射光の偏光方向に対して、前記共振器の固
有偏光軸の方向が0゜または90゜でない角度に配置さ
れ、前記入射光の偏光成分の一方が前記固有偏光軸の一
方において共振するときに、他方の偏光成分が反射され
て、前記入射光と同一の光軸を逆方向に進行して前記レ
ーザ媒質に帰還し、前記反射鏡との間でレーザ共振器を
構成し、前記共振器と前記偏光子の間の光軸上に前記反
射光の一部を反射し分岐光とするビーム分岐手段を備
え、前記分岐光の光軸上に1/4波長板と、偏光分離手
段と、前記偏光分離手段によって分離された偏光成分の
各々の光強度を検出する光検出器とを備え、前記光検出
器から出力される電気信号の差信号を発生する手段を備
えたことを特徴とするファイバレーザである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a fiber laser for performing laser oscillation by inputting excitation light to an optical amplification fiber including a laser medium to which a rare earth element is added. A polarizer, a Faraday rotator, and a resonator in which a polarizing element is disposed between a pair of reflecting mirrors are disposed on the same optical axis, and pass through the polarizer and the Faraday rotator from the laser medium. Then, the direction of the intrinsic polarization axis of the resonator is arranged at an angle other than 0 ° or 90 ° with respect to the polarization direction of the incident light toward the resonator, and one of the polarization components of the incident light is one of the intrinsic polarization axes. When one resonates, the other polarization component is reflected, travels in the same optical axis as the incident light in the opposite direction, returns to the laser medium, and forms a laser resonator with the reflecting mirror. And the resonance And a beam splitting unit that reflects a part of the reflected light on the optical axis between the polarizer and the split light, and a quarter-wave plate on the optical axis of the split light, a polarization separating unit, A light detector for detecting the light intensity of each of the polarization components separated by the polarization separation means, and a means for generating a difference signal between the electric signals output from the light detector. Fiber laser.
【0008】以下、本発明の原理を図1に示す配置例を
参照して説明する。図1において、反射鏡1と、レーザ
媒質2と、偏光子3と、ファラデー回転子4と、一対の
反射鏡5aと5bの間に偏光素子として位相板6(たと
えば、1/4波長板)を配置した共振器7とが同一光軸
8上に配置されている。位相板6の進相軸と遅相軸の光
学長は異なるため、共振器7の内部に位相板6を配置す
ることによって、位相板6の偏光軸方向に一致し、互い
に共振周波数の異なる固有偏光軸が形成される。共振器
7は直線型共振器で、その光軸は光軸8に一致してい
る。Hereinafter, the principle of the present invention will be described with reference to an arrangement example shown in FIG. In FIG. 1, a reflector 1, a laser medium 2, a polarizer 3, a Faraday rotator 4, and a phase plate 6 (for example, a quarter-wave plate) as a polarizing element between a pair of reflectors 5a and 5b. Are arranged on the same optical axis 8. Since the optical lengths of the fast axis and the slow axis of the phase plate 6 are different from each other, by disposing the phase plate 6 inside the resonator 7, the phase axes coincide with the polarization axis direction of the phase plate 6, and the resonance frequencies are different from each other. A polarization axis is formed. The resonator 7 is a linear resonator whose optical axis coincides with the optical axis 8.
【0009】また、共振器7と偏光子3の間の光軸8上
には、共振器7の反射光8aの一部を反射して、分岐光
を生成するビーム分岐素子9が配置される。また、分岐
光の光軸10上には、1/4波長板11と、偏光分離素
子12と、偏光分離素子12で分離された光を受光する
光検出器13a,13bとが配置され、光検出器13
a,13bの各出力に基づいて電気的な差信号15を発
生する差信号発生回路14を備える。On the optical axis 8 between the resonator 7 and the polarizer 3, a beam splitter 9 for reflecting a part of the reflected light 8a of the resonator 7 and generating split light is arranged. . On the optical axis 10 of the branched light, a quarter-wave plate 11, a polarization separation element 12, and photodetectors 13a and 13b that receive the light separated by the polarization separation element 12 are arranged. Detector 13
a difference signal generating circuit 14 for generating an electrical difference signal 15 based on the outputs of the signals a and 13b.
【0010】ビーム分岐素子9は、その両偏光軸成分に
対してゼロでない反射率を有し、さらに偏光成分の間に
新たな位相差を付加しないものであり、すなわち、直線
偏光は直線偏光に反射する特性を有する。1/4波長板
11の偏光軸と偏光分離素子12の偏光軸とは、互いに
45゜の角度をなすように配置される。分岐光が直線偏
光として入射する場合、差信号発生回路14はゼロの差
信号15を発生し、楕円偏光であれば位相差を反映した
ゼロでない差信号15を発生する。したがって、反射光
8aの偏光状態は電気的な差信号15に変換される。The beam splitting element 9 has a non-zero reflectivity for both polarization axis components and does not add a new phase difference between the polarization components. It has the property of reflecting. The polarization axis of the 波長 wavelength plate 11 and the polarization axis of the polarization separation element 12 are arranged so as to form an angle of 45 ° with each other. When the split light is incident as linearly polarized light, the difference signal generating circuit 14 generates a zero difference signal 15, and generates a non-zero difference signal 15 reflecting the phase difference if the light is elliptically polarized light. Therefore, the polarization state of the reflected light 8a is converted into an electrical difference signal 15.
【0011】以上の配置において、レーザ媒質2側から
偏光子3を通過した光は直線偏光となり、ファラデー回
転子4で偏光が45゜回転し、反射鏡5aに入射する。
ここで位相板6の進相軸の方向を、入射する直線偏光の
方向に対して0゜または90゜でない角度をなすように
配置することにより、直線偏光は固有偏光軸方向の二つ
の偏光成分に分解される。In the above arrangement, the light passing through the polarizer 3 from the laser medium 2 side becomes linearly polarized light, the polarization of which is rotated by 45 ° by the Faraday rotator 4, and then enters the reflecting mirror 5a.
Here, by arranging the direction of the fast axis of the phase plate 6 at an angle other than 0 ° or 90 ° with respect to the direction of the incident linearly polarized light, the linearly polarized light has two polarization components in the direction of the intrinsic polarization axis. Is decomposed into
【0012】分解された偏光成分の一方が共振器7に共
振する場合、他方の偏光成分は共振せずに反射鏡5aで
反射され、直線偏光となって入射光と同じ光軸上を逆方
向に進行し、ファラデー回転子4で偏光が回転し、偏光
子3を通過して、レーザ媒質2に帰還する。一方、ビー
ム分岐素子9で分岐される分岐光も直線偏光であるの
で、差信号15はゼロとなる。When one of the decomposed polarized light components resonates with the resonator 7, the other polarized light component is not resonated and is reflected by the reflecting mirror 5a to become linearly polarized light in the opposite direction on the same optical axis as the incident light. The polarized light is rotated by the Faraday rotator 4, passes through the polarizer 3, and returns to the laser medium 2. On the other hand, since the split light split by the beam splitter 9 is also linearly polarized light, the difference signal 15 becomes zero.
【0013】これに対して、分解された偏光成分のいず
れもが共振しない場合、入射光の両偏光成分は直線偏光
に近い楕円偏光状態で反射されて同一光軸8を逆方向に
進行し、ファラデー回転子4を通過して楕円偏光の長軸
方向が90゜回転するため、偏光子3をほとんど通過し
ない。一方、ビーム分岐素子9による分岐光も楕円偏光
であるので、ゼロでない差信号15が発生する。On the other hand, if none of the decomposed polarization components resonates, both polarization components of the incident light are reflected in an elliptically polarized state close to linearly polarized light, and travel in the same optical axis 8 in the opposite direction. Since the major axis direction of the elliptically polarized light rotates 90 ° after passing through the Faraday rotator 4, it hardly passes through the polarizer 3. On the other hand, since the light split by the beam splitter 9 is also elliptically polarized, a non-zero difference signal 15 is generated.
【0014】以上、定性的に説明したが、詳細な特性は
ジョーンズマトリクスを用いて計算することができる。Although the above has been described qualitatively, detailed characteristics can be calculated using a Jones matrix.
【0015】Pを偏光子、R(γ)をファラデー回転子の
偏光回転角γ、R(β)を共振器の固有偏光軸の方向β、
TBSをビーム分岐素子の透過率、RBSをビーム分岐素子
の反射率、R(α)をビーム分岐素子の偏光軸の方向α、
C(π/2)を1/4波長板の移相量、R(ψ)を1/4波
長板の進相軸の方向ψ、PaとPbを偏光分離素子の各偏
光成分への分解、R(φ)を偏光分離素子の偏光軸の方向
φをそれぞれ表す行列とする。共振器の反射特性を表す
行列MR は対角行列であり、マトリクスの各成分は次の
ように表される。P is a polarizer, R (γ) is the polarization rotation angle γ of the Faraday rotator, and R (β) is the direction β of the intrinsic polarization axis of the resonator.
TBS is the transmittance of the beam splitter, RBS is the reflectivity of the beam splitter, R (α) is the direction α of the polarization axis of the beam splitter,
C (π / 2) is the amount of phase shift of the 4 wavelength plate, R (ψ) is the direction 進 of the fast axis of the 波長 wavelength plate, Pa and Pb are decomposed into respective polarization components of the polarization separation element, Let R (φ) be a matrix that represents the direction φ of the polarization axis of the polarization separation element. The matrix MR representing the reflection characteristics of the resonator is a diagonal matrix, and each component of the matrix is represented as follows.
【0016】[0016]
【数1】 (Equation 1)
【0017】ここで、R1とR2はそれぞれ反射鏡5aと
5bの反射率、δは進相軸を基準とした共振器の片道の
位相、Δδは遅相軸の相対位相である。Here, R1 and R2 are the reflectivities of the reflecting mirrors 5a and 5b, δ is the one-way phase of the resonator with respect to the fast axis, and Δδ is the relative phase of the slow axis.
【0018】以上の行列を用いて、レーザ媒質に帰還す
る方向に偏光子を通過した光の行列Mref は次のように
表される。 Mref = P・R(α)・TBS・R(−α)・R(−γ)・R
(β)・MR・R(−β)・R(−γ)・R(α)・TBS・R(−
α)・PUsing the above matrix, the matrix Mref of light that has passed through the polarizer in the direction of returning to the laser medium is expressed as follows. Mref = P · R (α) · TBS · R (−α) · R (−γ) · R
(β) ・ MR ・ R (−β) ・ R (−γ) ・ R (α) ・ TBS ・ R (−
α) ・ P
【0019】また、光検出器に到達する光の行列Msig
a,Msigbは次のように表される。 Msiga = R(φ)・Pa・R(−φ)・R(ψ)・C(π/
2)・R(−ψ)・R(α)・RBS・R(−α)・R(−γ)・
R(β)・MR・R(−β)・R(−γ)・R(α)・TBS・R
(−α)・P Msigb = R(φ)・Pb・R(−φ)・R(ψ)・C(π/
2)・R(−ψ)・R(α)・RBS・R(−α)・R(−γ)・
R(β)・MR・R(−β)・R(−γ)・R(α)・TBS・R
(−α)・PA matrix Msig of light reaching the photodetector
a and Msigb are represented as follows. Msiga = R (φ) ・ Pa ・ R (−φ) ・ R (ψ) ・ C (π /
2) ・ R (−ψ) ・ R (α) ・ RBS ・ R (−α) ・ R (−γ) ・
R (β) ・ MR ・ R (−β) ・ R (−γ) ・ R (α) ・ TBS ・ R
(−α) · P Msigb = R (φ) · Pb · R (−φ) · R (ψ) · C (π /
2) ・ R (−ψ) ・ R (α) ・ RBS ・ R (−α) ・ R (−γ) ・
R (β) ・ MR ・ R (−β) ・ R (−γ) ・ R (α) ・ TBS ・ R
(−α) · P
【0020】ここで、偏光子に入射する光のジョーンズ
ベクトルを E0 = [Ex0,Ey0]T (Tは転置を表す) とすれば、反射率Iref は次のように表される。 Iref = │Mref・E0│^2 /│E0│^2Here, assuming that the Jones vector of light incident on the polarizer is E0 = [Ex0, Ey0] T (T represents transposition), the reflectance Iref is expressed as follows. Iref = │Mref ・ E0│ ^ 2 / │E0│ ^ 2
【0021】また、光検出器で受光される光強度Ia,I
bはそれぞれ次のように表される。 Ia = │Msiga・E0│^2 Ib = │Msigb・E0│^2The light intensities Ia and Ia received by the photodetector
b is expressed as follows. Ia = │Msiga ・ E0│ ^ 2 Ib = │Msigb ・ E0│ ^ 2
【0022】すると、差信号Isig は次のように表され
る。 Isig =(Ib − Ia)×η (η:光→電流変換
係数)Then, the difference signal Isig is expressed as follows. Isig = (Ib−Ia) × η (η: light → current conversion coefficient)
【0023】例として、α=0゜、γ=45゜、β=2
5゜、反射鏡5a,5bの反射率をともに80%、Δδ
=90゜、ビーム分岐素子の反射率を2%、E0 =[1,
0]Tとした場合、レーザ媒質2側から偏光子3側を見込
んだ反射特性と差信号の特性をそれぞれ図2と図3に示
す。図より、狭帯域の反射特性が得られ、共振器の同調
位相であるδ=0゜とδ=90゜において、反射率がピ
ークを示し、ゼロを横切る差信号が得られることが判
る。As an example, α = 0 °, γ = 45 °, β = 2
5%, the reflectance of the reflecting mirrors 5a and 5b is 80%, Δδ
= 90 °, the reflectivity of the beam splitting element is 2%, and E0 = [1,
When 0 [T] is set, the reflection characteristics and the difference signal characteristics when the polarizer 3 side is viewed from the laser medium 2 side are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. From the figure, it can be seen that a reflection characteristic in a narrow band is obtained, and that at δ = 0 ° and δ = 90 °, which are the tuning phases of the resonator, the reflectance shows a peak and a difference signal crossing zero is obtained.
【0024】したがって、上記の光学系と他の少なくと
も1つの反射鏡との間にレーザ媒質を配置することによ
って、隣接縦モードを抑制すると共に、共振器の共振ピ
ークからのずれを差信号として検出できるファイバレー
ザを構成できる。Therefore, by disposing a laser medium between the optical system and at least one other reflecting mirror, adjacent longitudinal modes are suppressed, and a deviation from a resonance peak of the resonator is detected as a difference signal. Fiber laser that can be constructed.
【0025】さらに本発明において、ファラデー回転子
の偏光回転角が45゜でないことが望ましい。計算例と
して、α=0゜、γ=43゜、β=25゜、反射鏡5
a,5bの反射率をともに80%とし、Δδ=90゜、
ビーム分岐素子の反射率を2%、E0 =[1,0]Tとした
場合、反射率と差信号の特性をそれぞれ図4と図5に示
す。γ=45゜とした場合の図2と比較すれば、遅相軸
に共振(δ=±90゜)した場合の反射率が進相軸に共
振(δ=0゜、180゜)する場合の反射率より大きく
なることが判る。Furthermore, in the present invention, it is desirable that the polarization rotation angle of the Faraday rotator is not 45 °. As a calculation example, α = 0 °, γ = 43 °, β = 25 °, and the reflecting mirror 5
a, 5b are both 80%, Δδ = 90 °,
When the reflectivity of the beam splitter is 2% and E0 = [1,0] T, the characteristics of the reflectivity and the difference signal are shown in FIGS. 4 and 5, respectively. Compared to FIG. 2 in the case of γ = 45 °, the reflectance in the case of resonance in the slow axis (δ = ± 90 °) and the reflectance in the case of resonance in the fast axis (δ = 0 °, 180 °) It turns out that it becomes larger than a reflectance.
【0026】したがって、上記の光学系と他の少なくと
も1つの反射鏡との間にレーザ媒質を配置することによ
って、隣接縦モードを抑制すると共に、共振器の共振ピ
ークからのずれを差信号として検出でき、さらに、ファ
イバレーザは反射率の大きい方の固有偏光軸において発
振する。その結果、発振の偏光軸を制御できることにな
る。Therefore, by disposing a laser medium between the above optical system and at least one other reflecting mirror, adjacent longitudinal modes are suppressed, and a deviation from the resonance peak of the resonator is detected as a difference signal. Yes, and the fiber laser oscillates at the higher polarization intrinsic polarization axis. As a result, the polarization axis of oscillation can be controlled.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】図6は、本発明の実施の一形態で
あるファイバレーザの構成を示す正面図である。このフ
ァイバレーザは、ファラデーローテータミラー31と、
第1の波長多重合波器51aと、光増幅ファイバ32
と、第2の波長多重合波器51bと、第1のファラデー
回転子52と、レンズ53と、偏光子33と、ビームス
プリッタ39と、第2のファラデー回転子34と、一対
の反射鏡35aと35bの間に位相板36を含む共振器
37とが順に1つの光軸38上に配置されている。第1
と第2の波長多重合波器51a,51bには、光ファイ
バ54a,54bを介して励起光源55a,55bがそ
れぞれ接続されている。ビームスプリッタ39で分岐さ
れる光軸40上には、1/4波長板41と、グランレー
ザプリズム42と、グランレーザプリズム42で偏光分
離された光を受光する光検出器43a,43bが配置さ
れ、光検出器43a,43bの各出力は差動増幅器44
に接続されている。FIG. 6 is a front view showing the configuration of a fiber laser according to an embodiment of the present invention. This fiber laser has a Faraday rotator mirror 31 and
The first wavelength multi-wavelength optical device 51a and the optical amplification fiber 32
, A second multi-wavelength multiwave device 51b, a first Faraday rotator 52, a lens 53, a polarizer 33, a beam splitter 39, a second Faraday rotator 34, and a pair of reflecting mirrors 35a. And a resonator 37 including a phase plate 36 are arranged on one optical axis 38 in this order. First
The pump light sources 55a and 55b are connected to the first and second multi-wavelength optical devices 51a and 51b via optical fibers 54a and 54b, respectively. On the optical axis 40 branched by the beam splitter 39, a quarter-wave plate 41, a Glan laser prism 42, and photodetectors 43a and 43b for receiving the light polarized and separated by the Glan laser prism 42 are arranged. , The outputs of the photodetectors 43a and 43b are
It is connected to the.
【0028】光増幅ファイバ32は、Erを添加した光
ファイバ(EDF)などで構成される。また、励起光源
55a,55bは、波長980nmのレーザ光を発振す
る半導体レーザであり、同レーザ光は波長多重光合波器
51a,51bを介して光増幅ファイバ32に合波、吸
収される。第1のファラデー回転子52の偏光回転角は
45゜であり、ファラデーローテータミラー31との組
み合わせにより、偏光子33における固有偏光を直線偏
光とする目的で配置されるものである。ファラデーロー
テータミラー31から反射鏡35aまでの光学長は約3
8mで、対応するFSR(Free Spectral Range)は約4
MHzとなる。The optical amplification fiber 32 is composed of an optical fiber (EDF) doped with Er. The pumping light sources 55a and 55b are semiconductor lasers that oscillate laser light having a wavelength of 980 nm. The laser light is multiplexed and absorbed by the optical amplification fiber 32 via wavelength multiplexing optical multiplexers 51a and 51b. The polarization rotation angle of the first Faraday rotator 52 is 45 °, and the first Faraday rotator 52 is arranged in combination with the Faraday rotator mirror 31 so that the intrinsic polarization in the polarizer 33 becomes linearly polarized light. The optical length from the Faraday rotator mirror 31 to the reflecting mirror 35a is about 3
At 8m, the corresponding FSR (Free Spectral Range) is about 4
MHz.
【0029】偏光子33の透過偏光軸は角度0゜に配置
され、ファラデー回転子34の偏光回転角は46゜10
‘であり、位相板36の進相軸と遅相軸の位相差は94
゜で、進相軸の角度をβに配置する。反射鏡35aは平
面鏡、反射鏡35bは凹面鏡で、反射率は共に98%、
光増幅ファイバ32から放射される光がレンズ53で集
光されてTEM00モードに整合するよう配置される。共
振器37の光学長は約43mmであり、FSRは約3.
6GHz、フィネスは約150である。ビームスプリッ
タ39は平行平面のガラス板で、入射角は45゜、P偏
波の偏光軸が0゜の方向に配置され、1/4波長板41
の進相軸は角度45゜、グランレーザプリズム42の透
過偏光軸は角度0゜に配置される。グランレーザプリズ
ム42で分岐された光は光検出器43a,43bでそれ
ぞれ受光され、その出力は差動増幅器44を経て、差信
号電圧45として出力される。The transmission polarization axis of the polarizer 33 is disposed at an angle of 0 °, and the Faraday rotator 34 has a polarization rotation angle of 46 ° 10.
And the phase difference between the fast axis and the slow axis of the phase plate 36 is 94
In ゜, the angle of the fast axis is set to β. The reflecting mirror 35a is a plane mirror, the reflecting mirror 35b is a concave mirror, and the reflectance is both 98%.
Light radiated from the optical amplification fiber 32 is condensed by the lens 53 and arranged so as to match the TEM00 mode. The optical length of the resonator 37 is about 43 mm, and the FSR is about 3.
At 6 GHz, the finesse is about 150. The beam splitter 39 is a parallel flat glass plate, the incident angle of which is 45 °, the polarization axis of the P polarization is arranged in the direction of 0 °, and a 波長 wavelength plate 41.
Are arranged at an angle of 45 °, and the transmission polarization axis of the Glan laser prism 42 is arranged at an angle of 0 °. The light split by the Glan laser prism 42 is received by the photodetectors 43a and 43b, respectively, and the output is output as a difference signal voltage 45 via a differential amplifier 44.
【0030】以上の配置において、励起光源55a,5
5bの各々の出力を150mWとして光増幅ファイバ3
2を励起すると、波長1560nm前後でレーザ発振が
起こり、約70mWのレーザ出力46が得られた。In the above arrangement, the excitation light sources 55a, 55
5b with the output of each being 150 mW.
When 2 was excited, laser oscillation occurred at a wavelength of about 1560 nm, and a laser output 46 of about 70 mW was obtained.
【0031】図7は、レーザ出力46を減光フィルター
で減衰した後に光検出器で受光して得られる電気信号を
スペクトラムアナライザで観測したスペクトルを示す。
ここで1つの縦モードから発生する電気信号のDC成分
は約−30dBmと見積もられる。4MHzの信号は最
隣接縦モードとのビートであり、そのビート電力が約−
65dBmであることから、70dB前後の隣接縦モー
ドの抑圧比が得られた。FIG. 7 shows a spectrum obtained by observing, with a spectrum analyzer, an electric signal obtained by attenuating the laser output 46 with a neutral density filter and receiving the light with a photodetector.
Here, the DC component of the electric signal generated from one longitudinal mode is estimated to be about −30 dBm. The 4 MHz signal is a beat with the nearest vertical mode, and the beat power is about −
Since it was 65 dBm, a suppression ratio of the adjacent longitudinal mode of about 70 dB was obtained.
【0032】図8は、位相板36の角度βに対するレー
ザ出力46の偏光度を示すグラフである。図の縦軸は、
正の値であれば進相軸、負の値であれば遅相軸方向に偏
光していることを表す。ファラデー回転子34の偏光回
転角は46゜10‘で、45゜でないことにより、進相
軸方向の偏光発振が得られた。FIG. 8 is a graph showing the degree of polarization of the laser output 46 with respect to the angle β of the phase plate 36. The vertical axis in the figure is
A positive value indicates that the light is polarized in the fast axis direction, and a negative value indicates that the light is polarized in the slow axis direction. Since the polarization rotation angle of the Faraday rotator 34 was 46 ゜ 10 ′ and not 45 °, polarization oscillation in the fast axis direction was obtained.
【0033】図9は、差信号の例を示すグラフであり、
図10は反射特性の例を示すグラフである。差信号の特
性はファイバレーザが発振している状態ではわかりにく
いので、図は、ファイバ増幅器部分を取り去り、代わり
に、波長1553nm単一モードのレーザ光を出力する
DFB−LDを偏光子以下の光学系に入射する配置と
し、反射鏡35bにピエゾ素子を取り付けて共振器37
の長さ(位相)を数μm掃引して得られたものである。
反射率がピークになる共振器長(位相)においてゼロを
横切る特性が得られている。FIG. 9 is a graph showing an example of the difference signal.
FIG. 10 is a graph showing an example of the reflection characteristics. Since the characteristics of the difference signal are difficult to understand when the fiber laser is oscillating, the figure removes the fiber amplifier part and replaces it with a DFB-LD that outputs a single-mode laser beam with a wavelength of 1553 nm. And a piezo element is attached to the reflecting mirror 35b.
Is obtained by sweeping the length (phase) by several μm.
A characteristic crossing zero at the resonator length (phase) at which the reflectance peaks is obtained.
【0034】なお、以上の例では一対の反射鏡で構成さ
れた共振器の中に配置される偏光素子は実施例で述べた
位相板に限られるものではなく、他の偏光特性を有する
他の素子、例えば、ブリュースタ板、偏光子、偏波面保
存光ファイバ、ループ状に巻くなどして異方的に応力を
付与したシングルモード光ファイバ、また、一般的に複
屈折性を有する結晶であっても良い。In the above example, the polarizing element disposed in the resonator constituted by a pair of reflecting mirrors is not limited to the phase plate described in the embodiment, but may be another type having another polarization characteristic. An element such as a Brewster plate, a polarizer, a polarization-maintaining optical fiber, a single-mode optical fiber that is anisotropically stressed by being wound in a loop, or a crystal generally having birefringence. May be.
【0035】また、ビーム分岐素子は偏光子とファラデ
ー回転子の間の光路上にではなく、ファラデー回転子と
共振器の間の光路上に配置してもよい。The beam splitting element may be arranged not on the optical path between the polarizer and the Faraday rotator but on the optical path between the Faraday rotator and the resonator.
【0036】また、共振器の反射鏡の反射率は例示した
値のものに限られるものではなく、0%を超え100%
以下の反射率を設定してよい。さらに、一対の反射鏡の
それぞれの反射率が異なっていてもよい。Further, the reflectivity of the reflector of the resonator is not limited to the exemplified value, but exceeds 0% to 100%.
The following reflectance may be set. Furthermore, the respective reflectances of the pair of reflecting mirrors may be different.
【0037】また、偏光子、ビーム分岐手段、偏光素子
の偏光軸の角度は例示した値に限られるものではなく、
目標とする光学特性を実現するべく自由に設定できるも
のである。Further, the angles of the polarization axes of the polarizer, the beam splitting means, and the polarizing element are not limited to the exemplified values.
It can be set freely to achieve the target optical characteristics.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、共
振器の反射特性を狭帯域にすることで、ファイバレーザ
の隣接縦モードを抑制できる。また、ファイバレーザの
縦モードの共振器への同調状態をモニターするための差
信号を生成できる。As described above, according to the present invention, the adjacent longitudinal mode of the fiber laser can be suppressed by narrowing the reflection characteristics of the resonator. Further, it is possible to generate a difference signal for monitoring the tuning state of the fiber laser to the longitudinal mode resonator.
【図1】本発明の原理を説明するための典型的な配置を
示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a typical arrangement for explaining the principle of the present invention.
【図2】図1の構成における反射特性の一例を示すグラ
フである。FIG. 2 is a graph showing an example of a reflection characteristic in the configuration of FIG.
【図3】図1の構成における差信号の特性の一例を示す
グラフである。FIG. 3 is a graph showing an example of a difference signal characteristic in the configuration of FIG. 1;
【図4】図1の構成における反射特性の他の例を示すグ
ラフである。FIG. 4 is a graph showing another example of the reflection characteristics in the configuration of FIG. 1;
【図5】図1の構成における差信号の特性の他の例を示
すグラフである。FIG. 5 is a graph showing another example of the characteristic of the difference signal in the configuration of FIG. 1;
【図6】本発明の実施の一形態であるファイバレーザの
構成を示す正面図である。FIG. 6 is a front view showing a configuration of a fiber laser according to an embodiment of the present invention.
【図7】ファイバレーザのレーザ出力のスペクトルの一
例を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an example of a spectrum of a laser output of a fiber laser.
【図8】ファイバレーザのレーザ出力の偏光特性一例を
示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing an example of a polarization characteristic of a laser output of a fiber laser.
【図9】図6の構成における差信号の特性の一例を示す
グラフである。9 is a graph showing an example of a difference signal characteristic in the configuration of FIG.
【図10】図6の構成における反射特性の一例を示すグ
ラフである。FIG. 10 is a graph showing an example of reflection characteristics in the configuration of FIG.
1 反射鏡 2 レーザ媒質 3,33 偏光子 4,34,52 ファラデー回転子 5a,5b,35a,35b 反射鏡 6,36 位相板 7,37 共振器 9 ビーム分岐素子 11,41 1/4波長板 12 偏光分離素子 13a,13b,43a,43b 光検出器 14 差信号発生回路 31 ファラデーローテータミラー 51a,51b 波長多重合波器 32 光増幅ファイバ 53 レンズ 39 ビームスプリッタ 42 グランレーザプリズム 44 差動増幅器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reflecting mirror 2 Laser medium 3,33 Polarizer 4,34,52 Faraday rotator 5a, 5b, 35a, 35b Reflecting mirror 6,36 Phase plate 7,37 Resonator 9 Beam splitting element 11,41 Quarter-wave plate DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Polarization separation element 13a, 13b, 43a, 43b Photodetector 14 Difference signal generation circuit 31 Faraday rotator mirror 51a, 51b Multi-wavelength wavelength filter 32 Optical amplification fiber 53 Lens 39 Beam splitter 42 Gran laser prism 44 Differential amplifier
Claims (2)
む光増幅ファイバに励起光を入力してレーザ発振を行う
ファイバレーザにおいて、 光反射手段と、前記レーザ媒質と、偏光子と、ファラデ
ー回転子と、一対の反射鏡の間に偏光素子が配置されて
構成される共振器とが同一光軸上に配置され、 前記レーザ媒質から偏光子およびファラデー回転子を通
過して共振器へ向かう入射光の偏光方向に対して、前記
共振器の固有偏光軸の方向が0゜または90゜でない角
度に配置され、 前記入射光の偏光成分の一方が前記固有偏光軸の一方に
おいて共振するときに、他方の偏光成分が反射されて、
前記入射光と同一の光軸を逆方向に進行して前記レーザ
媒質に帰還し、前記反射鏡との間でレーザ共振器を構成
し、 前記共振器と前記偏光子の間の光軸上に前記反射光の一
部を反射し分岐光とするビーム分岐手段を備え、 前記分岐光の光軸上に1/4波長板と、偏光分離手段
と、前記偏光分離手段によって分離された偏光成分の各
々の光強度を検出する光検出器とを備え、 前記光検出器から出力される電気信号の差信号を発生す
る手段を備えたことを特徴とするファイバレーザ。1. A fiber laser for performing laser oscillation by inputting excitation light to an optical amplification fiber including a laser medium to which a rare earth element is added, comprising: a light reflecting means; the laser medium; a polarizer; and a Faraday rotator. And a resonator configured by disposing a polarizing element between a pair of reflecting mirrors are disposed on the same optical axis, and incident light from the laser medium passing through a polarizer and a Faraday rotator toward the resonator. The direction of the intrinsic polarization axis of the resonator is disposed at an angle other than 0 ° or 90 ° with respect to the polarization direction of the resonator. When one of the polarization components of the incident light resonates at one of the intrinsic polarization axes, the other Is reflected,
The same optical axis as the incident light travels in the opposite direction and returns to the laser medium, and forms a laser resonator between the reflector and the reflector. On the optical axis between the resonator and the polarizer, Beam splitting means for reflecting a part of the reflected light to be split light, a 波長 wavelength plate on the optical axis of the split light, a polarization splitting means, and a polarized light component separated by the polarization splitting means. A fiber laser comprising: a light detector for detecting each light intensity; and means for generating a difference signal between electric signals output from the light detector.
5゜でないことを特徴とする請求項1記載のファイバレ
ーザ。2. The polarization rotation angle of the Faraday rotator is 4
2. The fiber laser according to claim 1, wherein the angle is not 5 [deg.].
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001081391A JP2002280647A (en) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | Fiber laser |
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| JP2001081391A JP2002280647A (en) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | Fiber laser |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002280647A true JP2002280647A (en) | 2002-09-27 |
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| JP2001081391A Pending JP2002280647A (en) | 2001-03-21 | 2001-03-21 | Fiber laser |
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-
2001
- 2001-03-21 JP JP2001081391A patent/JP2002280647A/en active Pending
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