WO2005081370A1 - High-power short light pulse generator - Google Patents

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Toshiharu Sugiura
Toshiaki Bessho
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Aisin Seiki Kabushiki Kaisha
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Abstract

A high-power short light pulse generator having a high diffraction efficiency increased by a bulk diffraction grating compressor to reduce the power loss. The high-power short light pulse generator comprises a fiber expander (2) for receiving a short light pulse and outputting an expanded short light pulse, a fiber amplifier (3) for receiving the expanded short light pulse and outputting an amplified short light pulse, a compressor (4) adapted for receiving the amplified short light pulse and outputting a compressed short light pulse and using a bulk diffraction element, and polarization holding coupling means (5a to 5c). Since the fiber expander and the fiber amplifier are coupled by polarization holding coupling means, the short light pulse amplified by the fiber amplifier is linearly polarized, and thereby degradation of diffraction efficiency of the bulk diffraction grating compressor can be prevented.

Description

高パヮ一短光パルス発生装置 技休 T分野  High power short optical pulse generator
本発明は、 高パワーでパルス幅の狭い光パルスを発生する高パワー短光パルス 発生装置に関する。 背景技術 明  The present invention relates to a high-power short optical pulse generator that generates an optical pulse with a high power and a narrow pulse width. Background art
ピコ秒またはフヱムト秒レーザからは、 時間幅 (パルス幅) が 1 0— 1 2〜1 0 _ 1 5秒台で、 平均出力パワーが mWレベルの短書光パルスが容易に発生される。 しか し、 加工や医療 ·計測に応用するためには短光パルスのパワーをより高パワー化 する必要がある。 通常、 高パワー化するためには、 増幅技術が使われるが、 光フ アイバー増幅器で増幅する場合、 光の導波断面積が小さいためある閾値を超える と、 非線形現象が発生してスぺク トル波形が崩れ、 増幅率の悪化や時間軸のパル ス形状の変形を引き起こす。 短光パルスの尖頭値 (ピークパワー) が Wレベルに 達するため、 非線形現象が発生する閾値をすぐ越えてしまい、 ファイバー増幅器 で増幅することが難しかった。 From picosecond or Fuwemuto second laser, a time width (pulse width) is 1 0 1 2-1 0 _ 1 5-second range, the average output power short manual light pulse mW level is easily generated. However, it is necessary to increase the power of short optical pulses to be applied to processing, medical treatment, and measurement. Normally, amplification techniques are used to increase the power. However, when amplifying with an optical fiber amplifier, a nonlinear phenomenon occurs when a certain threshold value is exceeded due to the small cross-sectional area of the optical waveguide. The torque waveform collapses, causing deterioration of the amplification factor and deformation of the pulse shape on the time axis. Since the peak value (peak power) of the short light pulse reached the W level, it quickly exceeded the threshold at which nonlinear phenomena occurred, making it difficult to amplify with a fiber amplifier.
最近ファイバ増幅器の閾値問題を解決するチヤープパルス増幅技術が開発され た (例えば、 特許第 3 4 7 9 7 3 5号公報参照) 。 これは、 短光パルスを増幅す る前にファイバー伸張器で伸張してピークパワーを下げてから増幅器で増幅し、 増幅後バルタ回折格子圧縮器で圧縮して元のパルス幅に戻す技術である。 しかし、 この従来の増幅技術を用いた短光パルス発生装置では、 バルタ回折格子圧縮器で の回折効率が低く、 パワーロスが大きかった。 したがって、 高パワー化を図るた めに増幅しても、 その増幅効果を十分発揮できなかった。 また、 増幅器で増幅す る短光パルスの繰り返し周波数が高いと、 増幅作用が追いつかなくなり 1パルス 当たりの増幅率が低下する問題があった。  Recently, a chirped pulse amplification technique for solving the threshold problem of the fiber amplifier has been developed (see, for example, Japanese Patent No. 3497735). This is a technology in which short optical pulses are stretched by a fiber stretcher before amplification to reduce the peak power, then amplified by an amplifier, and after amplification, compressed by a Balta diffraction grating compressor to restore the original pulse width. . However, in this short optical pulse generator using the conventional amplification technique, the diffraction efficiency in the Balta diffraction grating compressor was low, and the power loss was large. Therefore, even if amplification was performed to achieve high power, the amplification effect could not be sufficiently exhibited. Also, if the repetition frequency of the short optical pulse amplified by the amplifier is high, the amplification effect cannot catch up, and the amplification rate per pulse decreases.
本発明は、 かかる問題を解決するために創出されたものである。 すなわち、 本 発明の目的は、 バルク回折格子圧縮器での回折効率を高くしてパワーロスを小さ くした高パワー短光パルス発生装置を提供することである。 本発明の別の目的は、 増幅器の増幅率の低下を防止して 1パルス当たりのピークパワーを高くした高パ ヮー短光パルス発生装置を提供することである。 発明の開示 The present invention has been created to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to increase the diffraction efficiency in a bulk diffraction grating compressor and reduce power loss. An object of the present invention is to provide a high power short optical pulse generator. Another object of the present invention is to provide a high-power short optical pulse generator that prevents a decrease in the amplification factor of an amplifier and increases the peak power per pulse. Disclosure of the invention
本発明の高パワー短光パルス発生装置は、 短光パルスを受光して伸張された短 光パルスを出力するファイバー伸張器と、 該伸張された短光パルスを受光して増 幅された短光パルスを出力するフアイバー増幅器と、 該増幅された短光パルスを 受光して圧縮された短光パルスを出力するパルク回折素子を用いた圧縮器と、 前 記フアイバー伸張器と前記フアイバー増幅器と前記圧縮器との間を前記短光パル スの偏光を保持しつつ連結する偏光保持連結手段と、 を有することを特徴として いる。  A high-power short optical pulse generator according to the present invention includes: a fiber expander that receives a short optical pulse and outputs an expanded short optical pulse; and a short light that receives the expanded short optical pulse and amplifies the short optical pulse. A fiber amplifier that outputs a pulse, a compressor that uses a Park diffraction element that receives the amplified short optical pulse and outputs a compressed short optical pulse, the fiber expander, the fiber amplifier, and the compression. And polarization maintaining and connecting means for connecting the short optical pulse to a device while maintaining the polarization of the short optical pulse.
短光パルス発振器の直線偏波性は、 フアイバー伸張器ゃファィバー増幅器等各 モジュールが偏光保持連結手段で連結されているため、 フアイバー増幅器で増幅 された短光パルスの直線偏波性も十分保たれる。 そのため、 バルク回折素子圧縮 器の回折効率の低下を防ぐことができる。  The linear polarization of the short optical pulse oscillator is high because the modules such as the fiber expander and fiber amplifier are connected by the polarization maintaining connection means, and the linear polarization of the short optical pulse amplified by the fiber amplifier is also sufficiently maintained. It is. Therefore, it is possible to prevent a reduction in diffraction efficiency of the bulk diffraction element compressor.
バルタ回折素子を用いて時間幅の圧縮を行う場合、 1次の回折光を用いてファ ィバー伸張器で伸張されたパルスの分散補償を行うが、 バルタ回折素子の 1次回 折光の反射効率には偏波依存性があり、 効率の良い反射光を得るための入射光偏 波は p偏光に調整する必要がある。 s偏光成分は 0次の回折光となって分散補償 には全く寄与しない。 この性質により、 ファイバー増幅器からの偏光制御が重要 になる。  When the time width is compressed using a Balta diffraction element, dispersion compensation of the pulse expanded by the fiber expander is performed using the first-order diffracted light, but the reflection efficiency of the first-order folded light of the Balta diffraction element is The polarization of the incident light must be adjusted to p-polarization in order to obtain efficient reflected light, which has polarization dependence. The s-polarized component becomes zero-order diffracted light and does not contribute to dispersion compensation at all. This property makes polarization control from fiber amplifiers important.
偏光保持手段を偏光保持フアイバーと、 偏光保持接続手段とから構成してもよ い。 その結果、 短光パルスを空中伝搬させることがないので空気の揺らぎの影響 を除くことができる。 また、 ファイバーをループ状にでき、 高パワー短光パルス 発生装置を小型化できる。  The polarization maintaining means may include a polarization maintaining fiber and a polarization maintaining connecting means. As a result, short light pulses are not propagated in the air, so that the effects of air fluctuations can be eliminated. In addition, the fiber can be formed into a loop, and the high-power short optical pulse generator can be miniaturized.
前記偏光保持接続手段を偏光保持スプライスあるいは偏光保持コネクタとする ことができる。 その結果、 光軸ずれがなくなり、 長時間にわたって安定的に高パ ヮー短光パルスを発生できる。 短光パルス発生装置全体を小型化できる。 また、 コネクタで連結することでモジュール毎に性能チェックでき、 メンテナンス性に 優れる。 The polarization maintaining connection means may be a polarization maintaining splice or a polarization maintaining connector. As a result, the optical axis shift is eliminated, and a high-power short optical pulse can be generated stably for a long time. The entire short optical pulse generator can be downsized. Also, By connecting with a connector, performance can be checked for each module, and maintenance is excellent.
また、 ファイバー増幅器を希土類元素添加偏光保持ファイバーともできる。 そ の結果、 ファイバー増幅器を固定したり、 ループ状にしたりしなくてもファイバ 一増幅器からは增幅された直線偏光の短光パルスが出力される。  Also, the fiber amplifier can be a rare earth element-doped polarization maintaining fiber. As a result, even if the fiber amplifier is not fixed or looped, a short pulse of linearly polarized light with a wide width is output from the fiber amplifier.
さらに、 ファイバー伸張器を偏光保持ファイバーで構成することもできる。 そ の結果、 ファイバー伸張器を固定したり、 ループ状にしたりしなくてもファイバ 一増幅器からは増幅された直線偏光の短光パルスが出力される。  Further, the fiber stretcher can be composed of a polarization maintaining fiber. As a result, an amplified short-pulse light of linearly polarized light is output from the fiber-optic amplifier without fixing or looping the fiber stretcher.
短光パルスを繰り返しパルスとし、 ファイバー伸張器とファイバー増幅器との 間に繰り返しパルスの繰り返し数を減らすパルス間引き器をさらに有することも できる。 その結果、 ファイバ増幅器がパルス間隔のあいた短光パルスを受光して 増幅するので、 1パルス当たりの増幅率が上がり、 高ピークパワーの短光パルス を出力することができる。  It is possible to further include a pulse decimator between the fiber stretcher and the fiber amplifier to reduce the number of repetitions of the repeated pulses by using the short light pulse as a repeated pulse. As a result, the fiber amplifier receives and amplifies short optical pulses with pulse intervals, so that the amplification factor per pulse increases and short optical pulses with high peak power can be output.
また、 ファイバー増幅器を前置増幅器と主増幅器とから構成してもよい。 その 結果、 パルス間引き器で間引くことで減少する平均パワーを前置増幅器で増加さ せられる。  Further, the fiber amplifier may include a preamplifier and a main amplifier. As a result, the average power, which is reduced by decimating with the pulse decimator, can be increased with the preamplifier.
さらに、 主増幅器をコァ径 1 0〜 5 0 X mのマルチモードフアイバーとしても よレ、。 その結果、 非線形性現象が発生する閾値が高くなり、 高ピークパワーの短 光パルスを受光して増幅できる。 図面の簡単な説明  Furthermore, the main amplifier may be a multimode fiber with a core diameter of 10 to 50 Xm. As a result, the threshold value at which the nonlinear phenomenon occurs increases, and short light pulses with high peak power can be received and amplified. Brief Description of Drawings
図 1は、 本発明の一実施形態を示す高パワー短光パルス発生装置の概略構成 図である。  FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a high-power short optical pulse generator showing one embodiment of the present invention.
. 図 2は、 導波路型電気光学光変調器を用いたパルス間引き器の平面図である。  FIG. 2 is a plan view of a pulse thinning device using a waveguide type electro-optic light modulator.
図 3は、 実施例 1の高パワー短光パルス発生装置の概略構成図である。  FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the high-power short optical pulse generator according to the first embodiment.
図 4は、 図 3の要部拡大図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 4 is an enlarged view of a main part of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下に本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。 同一要素には 同じ符号を付し、 説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the same element The same reference numerals are given and the description is omitted.
図 1は、 本発明の一実施形態を示す高パワー短光パルス発生装置の概略構成図 である。 この図に示すように、 短光パルス発生装置は、 光パルス光源 1から発生 された短光パルスを受光して伸張された短光パルスを出力するファィバ一伸張器 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a high-power short optical pulse generator showing one embodiment of the present invention. As shown in this figure, the short light pulse generator is a fiber expander that receives a short light pulse generated from the light pulse light source 1 and outputs an expanded short light pulse.
2と、 伸張された短光パルスを受光してパルスを間引くパルス間引き器 6と、 伸 張されて間引かれた短光パルスを受光して増幅された短光パルスを出力するファ ィバー増幅器 3と、 増幅された短光パルスを受光して圧縮された短光パルスを出 力するバルク回折素子を用いた圧縮器 4と、 偏光保持連結手段 5a、 5b、 5cを 有している。 偏光保持連結手段 5a、 5b、 5cは、 それぞれ、 偏光保持ファイバ -5 1a, 5 1'a ; 5 1b、 5 1 ' b; 5 1 c, 5 1'c ;偏光保持接続手段 52 a、 5 2b、 52c、 を有している。 2, a pulse decimator 6 that receives the expanded short light pulse and thins out the pulse, and a fiber amplifier that receives the expanded and thinned short light pulse and outputs an amplified short light pulse 3 And a compressor 4 using a bulk diffraction element that receives the amplified short light pulse and outputs a compressed short light pulse, and polarization maintaining and connecting means 5a, 5b, and 5c. The polarization maintaining and connecting means 5a, 5b, 5c are respectively polarization maintaining fibers 51a, 51'a; 51b, 51'b; 51c, 51'c; polarization maintaining connecting means 52a, 5 2b and 52c.
光パルス光源 1としては、 例えば、 時間幅 (パルス幅) が 50〜1 p sで、 平 均出力パワーが 0. 1〜 50 mW、 発振波長が 1. 55 μΐη、 繰り返し周波数が 1〜 10 OMH zの短光パルスを発生する市販のモードロックファイバーレーザ を用いることができる。 光パルス光源 1は、 短光パルスを出力する偏光保持ファ ィバービッグテールを有することが望ましレ、。 発生する短光パルスを空中伝搬さ せないで、 フアイバー伸張器 2との偏光保持連結手段 5 aの偏光保持ファィバー 51aをそのファイバーピッグテールで代用することができる。  For example, the light pulse light source 1 has a time width (pulse width) of 50 to 1 ps, an average output power of 0.1 to 50 mW, an oscillation wavelength of 1.55 μΐη, and a repetition frequency of 1 to 10 OMHz A commercially available mode-locked fiber laser that generates short optical pulses can be used. It is desirable that the optical pulse light source 1 has a polarization maintaining fiber big tail that outputs a short optical pulse. The generated short optical pulse is not propagated in the air, and the fiber pigtail of the polarization maintaining fiber 51a of the polarization maintaining coupling means 5a with the fiber extender 2 can be substituted.
ファイバー伸張器 2としては、 分散補償ファイバーやチヤープファイバーブラ ッググレーティングを用いることができる。 分散補償ファイバ一は波長分散によ りパルス幅を伸張するものである。 波長分散は材料分散に導波路分散を加えたも ので、 材料とカツトオフ波長及ぴコアとクラッドの比屈折率差を適当に選ぶこと で容易に制御できる。 パルス伸張率は、 波長分散と長さ (光路長) で決まり、 長 さ 10 Omの分散補償ファイバーで 100〜1000倍に伸張することは容易で ある。 チヤープファイバーブラッググレーティングは、 たとえば、 Ge添加フアイ バーに長さ 10 c mのチヤープ位相マスクを使ってフォトリソ技術で形成するこ とができる。 長さ 1 0 c mのチヤープファイバーブラッググレーティングで 10 000倍に伸張することができる。 ファイバー伸張器 2も偏光保持ファイバーで 構成されていることが好ましい。 ファイバー伸張器を固定したりループ形状に保 持する必要がなくなる。 また、 光パルス光源 1 との偏光保持連結手段 5 aの偏光 保持ファイバー 5 1 ' aとパルス間引き器 6との偏光保持連結手段 5 bの偏光保持 ファイバー 5 1 bをフアイバー伸張器 2の両端部で代用することができる。 As the fiber stretcher 2, a dispersion compensating fiber or a chirped fiber Bragg grating can be used. The dispersion compensating fiber extends the pulse width by chromatic dispersion. Wavelength dispersion is obtained by adding waveguide dispersion to material dispersion, and can be easily controlled by appropriately selecting the material, the cut-off wavelength, and the relative refractive index difference between the core and the clad. The pulse extension rate is determined by the chromatic dispersion and the length (optical path length), and it is easy to extend the pulse extension factor 100 to 1000 times with a 10-m-long dispersion compensating fiber. Chirped fiber Bragg gratings can be formed, for example, by photolithography using a 10 cm long chirped phase mask on Ge-doped fiber. It can be extended 10 000 times with a 10 cm long chirp fiber Bragg grating. Preferably, the fiber stretcher 2 is also made of a polarization maintaining fiber. Fix the fiber stretcher or keep it in a loop You no longer need to carry it. Also, the polarization maintaining fiber 5 1 b of the polarization maintaining fiber 5 1 b of the polarization maintaining fiber 5 1 ′ a and the pulse thinning device 6 is connected to the polarization maintaining fiber 5 1 b of the fiber extension device 2. Can be substituted.
パルス間引き器 6としては、 光強度変調器を用いることができる。 光強度変調 器には電気光学光変調器、 音響光学光変調器、 磁気光学光変調器、 応力光学光変 調器等があるが、 特に限定されない。 一例として、 図 2に、 導波路型電気光学光 変調器を用いたパルス間引き器 6を示す。 これは、 マッハツエンダ干渉計を構成 した Zカツト LiNb03結晶 6 1の一方のアームの電極にパルスジェネレータ 6 2か ら所定の周波数の電圧を印加するものである。 LiNb03結晶 6 1の入力端に偏光保 持連結手段 5 bの偏光保持ファイバー 5 l ' bの一方の端部が、 LiNb03結晶 6 1の 出力端には偏光保持連結手段 5 cの偏光保持ファイバー 5 l cの一方の端部が、 た とえば、 紫外線硬化樹脂で接続される。 図 2に示すパルス間引き器 6で光パルス 光源 1からの繰り返し周波数 1〜 1 0 O MH zの短光パルスが間引かれて、 5〜 5 0 O K H zの繰り返し周波数に変換される。 パルスが間引かれると当然間引か れた分平均パワーが低下する。 たとえば、 平均パワー l mW、 繰り返し周波数 1 MH zの短光パルスが繰り返し周波数 5 K H zに間引かれると、 平均パワーは 5 u Wに低下する。  As the pulse decimator 6, an optical intensity modulator can be used. The light intensity modulator includes an electro-optic light modulator, an acousto-optic light modulator, a magneto-optic light modulator, a stress optical light modulator, and the like, but is not particularly limited. As an example, FIG. 2 shows a pulse thinning device 6 using a waveguide-type electro-optic light modulator. In this method, a voltage of a predetermined frequency is applied from a pulse generator 62 to an electrode of one arm of a Z-cut LiNb03 crystal 61 constituting a Mach-Zehnder interferometer. One end of the polarization maintaining fiber 5 l'b of the polarization maintaining coupling means 5 b is connected to the input end of the LiNb03 crystal 6 1, and the polarization maintaining fiber 5 of the polarization maintaining coupling means 5 c is connected to the output end of the LiNb03 crystal 61. One end of LC is connected with, for example, an ultraviolet curing resin. In the pulse decimator 6 shown in FIG. 2, short optical pulses having a repetition frequency of 1 to 10 OMHz from the optical pulse light source 1 are decimated and converted to a repetition frequency of 5 to 50 OHHz. When the pulses are decimated, the average power is naturally reduced by the decimation. For example, if a short optical pulse with an average power of 1 mW and a repetition frequency of 1 MHz is decimated to a repetition frequency of 5 KHz, the average power drops to 5 uW.
ファイバー増幅器 3は、 前置増幅器 3 1と主増幅器 3 2とが偏光保持ファイバ 一 3 3、 3 3 'と偏光保持接続手段 3 4で連結されている。  In the fiber amplifier 3, a preamplifier 31 and a main amplifier 32 are connected to polarization maintaining fibers 133, 33 'and polarization maintaining connection means 34.
前置増幅器 3 1は、 たとえば、 前記 5 /i Wに低下した平均パワーを 1 mWレべ ルまで增幅するためのもので、 シングルモードファイバーのコアに Erをドープし たもので達成できる。 ボンビングは、 たとえば、 波長分割多重ファイバカップラ 一を介してレーザダイォードからの波長 1 . 4 8 μ ΐηのレーザ光をコアに導波さ せることで行われる。 シングルモードフアイバーが偏光保持ファィバーで構成さ れていることが好ましい。 前置増幅器 3 1を固定したりループ状に保持する必要 がなくなる。 また、 パルス間引き器 6との偏光保持連結手段 5 cの偏光保持ファ ィバー 5 l ' cと、 主増幅器 3 2と連結する偏光保持ファイバー 3 3を前置増幅器 3 1を構成する偏光保持ファィパーの両端部で代用することができる。  The preamplifier 31 is, for example, for increasing the average power reduced to 5 / iW to the level of 1 mW, and can be achieved by doping the core of a single mode fiber with Er. Bombing is performed, for example, by guiding a laser beam having a wavelength of 1.48 μΐη from a laser diode to a core through a wavelength division multiplexing fiber coupler. Preferably, the single mode fiber is composed of a polarization maintaining fiber. There is no need to fix or hold the preamplifier 31 in a loop. In addition, the polarization maintaining fiber 5 l'c of the polarization maintaining coupling means 5 c to the pulse thinning device 6 and the polarization maintaining fiber 33 connected to the main amplifier 32 are connected to the polarization maintaining fiber constituting the preamplifier 31. Both ends can be substituted.
主増幅器 3 2としては、 コア径が 1 0〜5 0 ju rnのマルチモード二重クラッド ファイバーが好ましい。 増幅器の後段での 1パルス当たりのピークパワーが 1 k W以上になっても非線形現象が起きないようにすることができる。 コアには Erま たは、 Erと Yb共ド一プされている。 ボンピングはクラッドに V溝を形成し、 そこ から行う所謂サイ ドポンビングか、 あるいはスターカップラーを用いて行うクラ ッドボンビングが好ましい。 ポンビングパワーを沢山投入することができる。 ポ ンプ光源としては、 発振波長が 9 1 5 n m、 9 4 5 n m、 または 9 7 5 n m帯の マルチモードレーザダイォードを用いることができる。 二重クラッドファイバー が偏光保持ファィバーで構成されていることが好ましい。 主増幅器 3 2を固定し たりループ状に保持する必要がなくなる。 また、 前置増幅器 3 1と連結する偏光 保持ファイバー 3 3 ' を主増幅器 3 2を構成する偏光保持ファイバーの入射端で 代用することができる。 As the main amplifier 32, a multi-mode double clad with a core diameter of 10 to 50 jurn Fiber is preferred. Even if the peak power per pulse at the subsequent stage of the amplifier becomes 1 kW or more, it is possible to prevent the nonlinear phenomenon from occurring. The core has Er or Er and Yb co-doped. For the bonding, V-grooves are formed in the cladding, and so-called side pumping performed from the V-groove or cladding bombing performed using a star coupler is preferable. A lot of pumping power can be applied. As the pump light source, a multimode laser diode having an oscillation wavelength of 915 nm, 945 nm, or 975 nm can be used. Preferably, the double clad fiber is comprised of a polarization maintaining fiber. There is no need to fix the main amplifier 32 or keep it in a loop. Further, the polarization maintaining fiber 3 3 ′ connected to the preamplifier 31 can be substituted for the input end of the polarization maintaining fiber constituting the main amplifier 32.
偏光保持連結手段 5 a、 5 b、 5 cの偏光保持接続手段 5 2 a、 5 2 b、 5 2 c及び 前置増幅器 3 1と主増幅器 3 2を連結する偏光保持接続手段 3 4は、 偏光保持ス プライスまたは偏光保持コネクタが好ましい。  The polarization maintaining connecting means 5 a, 5 b, 5 c and the polarization maintaining connecting means 3 4 for coupling the preamplifier 31 and the main amplifier 32 to the polarization maintaining connecting means 5 a, 5 b, 5 c A polarization maintaining splice or a polarization maintaining connector is preferred.
圧縮器 4は、 ファイバー増幅器 3で増幅されたピークパワーの高い短光パルス でも非線形現象が発現しないバルタ回折素子で構成される。 バルタ回折素子とし ては、 回折格子、 プリズム、 あるいはホログラフィックグレーティングなどを用 いることができる。  The compressor 4 is composed of a Balta diffraction element that does not exhibit a nonlinear phenomenon even with a short optical pulse having a high peak power amplified by the fiber amplifier 3. As the Balta diffraction element, a diffraction grating, a prism, a holographic grating, or the like can be used.
【実施例 1】  [Example 1]
実施例 1の高パワー短光パルス発生装置は、 図 3、 4に示すように、 ファイバ 一レーザ 1と、 ファイバー伸張器 2と、 パルス間引き器 6と、 ファイバー増幅器 3と、 圧縮器 4と、 偏光保持連結手段 5 a、 5 b、 5 cを有している。  As shown in FIGS. 3 and 4, the high-power short optical pulse generator according to the first embodiment includes a fiber-to-laser 1, a fiber stretcher 2, a pulse thinning device 6, a fiber amplifier 3, a compressor 4, It has polarization maintaining and connecting means 5a, 5b, 5c.
ファイバーレーザ 1は、 時間幅 (パルス幅) が 3 0 0〜5 0 0 f sで、 平均出 力パワーが 1 O mW、 発振波長が 1 . 5 6 μ πι、 繰り返し周波数が 4 0〜5 0 Μ Η ζの繰り返し短光パルスを発生する市販のモードロックファイバーレーザであ る。 ファイバーレーザ 1は、 短光パルスを出力する偏光保持ファイバービッグテ ールを有している。 したがって、 発生する短光パルスを空中伝搬させないで、 フ アイバー伸張器 2との偏光保持連結手段 5 aの偏光保持ファイバー 5 l aをそのフ アイバーピッグテールで代用することができる。 ファイバー伸張器 2は、 波長分散が 200 p s/nm/km, 長さが 100m の偏光保持ファィパーで、 入射端が偏光保持連結手段 5 aの偏光保持フ了ィパー 5 l'aを、 出射端が偏光保持連結手段 5 bの偏光保持ファイバー 5 lbを兼ねてい る。 The fiber laser 1 has a time width (pulse width) of 300 to 500 fs, an average output power of 1 OmW, an oscillation wavelength of 1.56 μπι, and a repetition frequency of 40 to 50Μ.モ ー ド This is a commercially available mode-locked fiber laser that generates repetitive short optical pulses. The fiber laser 1 has a polarization-maintaining fiber big tail that outputs short optical pulses. Therefore, the generated short light pulse is not propagated in the air, and the fiber pigtail can replace the polarization maintaining fiber 5 la of the polarization maintaining coupling means 5 a with the fiber extender 2. The fiber stretcher 2 is a polarization-maintaining fiber having a wavelength dispersion of 200 ps / nm / km and a length of 100 m.The input end is the polarization-maintaining fiber 5 l'a of the polarization-maintaining coupling means 5 a, and the output end is It also serves as 5 lb of the polarization maintaining fiber of the polarization maintaining connection means 5b.
パルス間引き器 6は、 図 2に示した導波路型電気光学光変調器で、 マッハツエ ンダ干渉計を構成した Zカツト LiNb03結晶 6 1とパルスジエネレータ 62を有し ている。 LiNb03結晶 6 1の入力端には偏光保持連結手段 5bの偏光保持ファイバ 一 5 l'bの一方の端部が、 出力端には偏光保持連結手段 5 cの偏光保持ファイバ 一 51cの一方の端部が、 紫外線硬化樹脂で接続されている。 パルスジヱネレー タ 62はパルス幅 1 0〜20 n s、 繰り返し周波数 100〜 300 kHzの電圧 を LiNb03結晶 61に印加する機能 ·性能を有している。  The pulse thinning device 6 is a waveguide type electro-optic light modulator shown in FIG. 2, and has a Z-cut LiNb03 crystal 61 constituting a Mach-Zehnder interferometer and a pulse generator 62. The input end of the LiNb03 crystal 6 1 has one end of the polarization maintaining fiber 5 l'b of the polarization maintaining coupling means 5b at the input end, and the output end has one end of the polarization maintaining fiber 1 51c of the polarization maintaining coupling means 5c. The parts are connected by ultraviolet curing resin. The pulse generator 62 has the function and performance of applying a voltage having a pulse width of 10 to 20 ns and a repetition frequency of 100 to 300 kHz to the LiNb03 crystal 61.
ファイバー増幅器 3は、 前置増幅器 31と主増幅器 32を有している。  The fiber amplifier 3 has a preamplifier 31 and a main amplifier 32.
前置増幅器 31は、 コアに Erをドープした長さが 2. 6mのシングルモードの 偏光保持ファイバー 31 1と、 ポンプ光源としてのレーザダイオード 312、 及 び、 波長分割多重偏光保持ファイバカップラー 3 1 3を有している。 偏光保持フ アイバー 3 1 1の入射端がファイバーカップラー 3 1 3の出射端と偏光軸を一致 するようにスプライス (図示省略) されている。 ファイバーカップラー 31 3の 入射端は、 パルス間引き器 6と連結するための偏光保持連結手段 5cの偏光保持 ファイバー 5 l'cと偏光軸が一致するようにスプライス (図示省略) されている。 レーザダイオード 31 2は、 ファイバ一ビッグテール付きで、 波長 1. 48 μπι、 出力 4 Wのマルチモードレーザビームを発生する。  The preamplifier 31 is composed of a single-mode polarization-maintaining fiber 311 with a core length of 2.6 m and a length of 2.6 m, a laser diode 312 as a pump light source, and a wavelength-division multiplexed polarization-maintaining fiber coupler 3 1 3 have. The input end of the polarization maintaining fiber 311 is spliced (not shown) so that the polarization axis coincides with the output end of the fiber coupler 313. The incident end of the fiber coupler 313 is spliced (not shown) so that the polarization axis of the polarization maintaining fiber 5l'c of the polarization maintaining coupling means 5c for coupling to the pulse thinning device 6 coincides. The laser diode 312 generates a multimode laser beam with a wavelength of 1.48 μπι and a power of 4 W with a big tail of a fiber.
主増幅器 32は、 コア径が 20 μπιで、 Erと Ybを共ドープした長さ 5 mのマル チモードの偏光保持二重クラッドファイバー 321と、 レーザダイォードアレー 322、 及び、 図 4に示すような V溝カップラー 323を有している。 図 4で、 Cはコア、 CL1は第 1クラッド、 CL2は第 2クラッドをそれぞれ表している。 レーザダイォードアレー 322は波長 975 nm、 出力 4 Wのマルチモードレー ザビームを発生する。 レーザダイオードアレー 322から発生されたレーザビー ムはレンズ 324でコリメートされ、 V溝カップラー 323から二重クラッドフ アイバー 321の第 1クラッド CL1に結合される。 偏光保持連結手段 5 a、 5b、 5 cの偏光保持接続手段 52 a、 52b、 52 c及び 前置増幅器 3 1と主増幅器 32を連結する偏光保持接続手段 34は、 偏光保持コ ネクタである。 The main amplifier 32 has a core diameter of 20 μπι, a multimode polarization-maintaining double-clad fiber 321 co-doped with Er and Yb, and a length of 5 m, a laser diode array 322, and as shown in FIG. It has a V-groove coupler 323. In FIG. 4, C represents a core, CL1 represents a first clad, and CL2 represents a second clad. The laser diode array 322 generates a multimode laser beam with a wavelength of 975 nm and an output of 4 W. The laser beam generated from the laser diode array 322 is collimated by the lens 324 and is coupled from the V-groove coupler 323 to the first clad CL1 of the double clad fiber 321. The polarization maintaining connecting means 52a, 52b, 52c of the polarization maintaining connecting means 5a, 5b, 5c and the polarization maintaining connecting means 34 connecting the preamplifier 31 and the main amplifier 32 are polarization maintaining connectors.
圧縮器 4は、 回折格子 41、 42の対で構成されている。  The compressor 4 includes a pair of diffraction gratings 41 and 42.
レンズ 8は、 主増幅器 32の出射端から出射される短光パルスをコリメートす るためのものである。  The lens 8 is for collimating a short light pulse emitted from the emission end of the main amplifier 32.
本実施例装置の動作結果を以下に記す。 300〜500 f sのパルス幅がファ ィバー伸張器 2で 200〜250 p sに伸張された。 40〜5 OMH zの繰り返 し周波数がパルス間引き器 6で 100〜300 kH zに変換された。 ファイバー レーザ 1から発生された平均パワー 1 OmWの短光パルスがパルス間引き器 6で 間引かれて 10〜20 Wに低下するが、 前置増幅器 31で 2 OmWに増幅され た。 前置増幅器 3 1で増幅されて 2 OmWになった短光パルスは主増幅器 32で 2 Wまで増幅された。 主増幅器 32の出射端から出射されるパルス幅 200〜 2 50 p s、 平均パワー 2 Wの短光パルスは圧縮器 4で圧縮され、 パルス幅 500 f s〜2 p s、 平均パワー 1Wの短光パルスを出射した。 すなわち、 圧縮器 4に 入射する短光パルスの平均パワーが 2 Wで、 圧縮器 4から出射される短光パルス の平均パワーは 1Wであった。 したがって、 1パルスのピークパワーは、 最大で 20 kW (= 1 W/ (500 f s X 100 kHz) ) にも達した。 このような動 作結果は、 パルス間引き器 6で間引いて増幅し、 回折格子対で構成された圧縮器 4に入射する短光パルスを直線偏光にしたことによって得られたものである。 産業上の利用の可能性 本発明にかかる高パワー短光パルス発生装置は、 加工や医療 ·計測に幅広く応 用することができる。 The operation results of the apparatus of the present embodiment are described below. The pulse width of 300-500 fs was extended by fiber stretcher 2 to 200-250 ps. The repetition frequency of 40-5 OMHz was converted to 100-300 kHz by the pulse decimator 6. The short optical pulse with an average power of 1 OmW generated from the fiber laser 1 was decimated by the pulse decimator 6 to 10 to 20 W, but was amplified to 2 OmW by the preamplifier 31. The short optical pulse amplified to 2 OmW by the preamplifier 31 was amplified to 2 W by the main amplifier 32. A short optical pulse with a pulse width of 200 to 250 ps and an average power of 2 W emitted from the output end of the main amplifier 32 is compressed by the compressor 4, and a short optical pulse with a pulse width of 500 fs to 2 ps and an average power of 1 W is output. Emitted. That is, the average power of the short light pulse incident on the compressor 4 was 2 W, and the average power of the short light pulse emitted from the compressor 4 was 1 W. Therefore, the peak power of one pulse reached a maximum of 20 kW (= 1 W / (500 fs X 100 kHz)). Such an operation result is obtained by decimating and amplifying the light by the pulse decimator 6 and converting the short light pulse incident on the compressor 4 composed of the diffraction grating pair into linearly polarized light. INDUSTRIAL APPLICABILITY The high-power short optical pulse generator according to the present invention can be widely applied to processing, medical treatment, and measurement.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 髙パワー短光パルスを発生するための高パワー短光パルス発生装置であって、 短光パルスを受光して伸張された短光パルスを出力するフアイバー伸張器と、 該伸張された短光パルスを受光して増幅された短光パルスを出力するファイバ 一増幅器と、 1. A high power short optical pulse generator for generating a power short optical pulse, comprising: a fiber extender that receives the short optical pulse and outputs an extended short optical pulse; A fiber amplifier that receives the pulse and outputs an amplified short optical pulse;
該増幅された短光パルスを受光して圧縮された短光パルスを出力するバルタ回 折素子を用いた圧縮器と、  A compressor using a Balta diffraction element for receiving the amplified short light pulse and outputting a compressed short light pulse;
前記ファイバー伸張器と前記ファイバー増幅器と前記圧縮器との間を前記短光 パルスの偏光を保持しつつ連結する偏光保持連結手段と、  Polarization maintaining coupling means for coupling between the fiber stretcher, the fiber amplifier and the compressor while retaining the polarization of the short light pulse;
を有することを特徴とする高パヮ一短光パルス発生装置。  A high-power short optical pulse generator comprising:
2 . 前記偏光保持連結手段が偏光保持ファイバーと、 偏光保持接続手段を有する ことを特徴とする請求項 1に記載の高パワー短光パルス発生装置。  2. The high-power short optical pulse generator according to claim 1, wherein the polarization maintaining and connecting means has a polarization maintaining fiber and a polarization maintaining and connecting means.
3 . 前記偏光保持接続手段が偏光保持スプライスあるいは偏光保持コネクタであ ることを特徴とする請求項 2に記載の高パヮ一短光パルス発生装置。  3. The high-power short optical pulse generator according to claim 2, wherein the polarization maintaining connection means is a polarization maintaining splice or a polarization maintaining connector.
4 . 前記ファイバー伸張器が偏光保持ファイバーで構成されていることを特徴と する請求項 1ないし 3に記載の髙パワー短光パルス発生装置。  4. The low power short optical pulse generator according to claim 1, wherein the fiber stretcher is constituted by a polarization maintaining fiber.
5 . 前記短光パルスは繰り返しパルスであり、 前記ファイバー伸張器と前記ファ ィバー増幅器との間に該繰り返しパルスの繰り返し数を減らすパルス間引き器を さらに有することを特徴とする請求項 1ないし 4に記載の高パワー短光パルス発 生装置。  5. The short optical pulse is a repetitive pulse, and further comprising a pulse decimator for reducing the number of repetitions of the repetitive pulse between the fiber stretcher and the fiber amplifier. High power short light pulse generator as described.
6 . 前記ファイバー増幅器が前置増幅器と主増幅器とを有することを特徴とする 請求項 5に記載の高パワー短光パルス発生装置。  6. The high power short optical pulse generator according to claim 5, wherein the fiber amplifier has a preamplifier and a main amplifier.
7 . 前記主増幅器がコア径 1 0〜5 0 At mのマルチモードファイバーであること を特徴とする請求項 6に記載の高パヮ一短光パルス発生装置。  7. The high power short optical pulse generator according to claim 6, wherein the main amplifier is a multimode fiber having a core diameter of 10 to 50 Atm.
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