Development of all-optical active mode-locked fiber laser based on nonlinear optical loop mirror

Research Project

Project/Area Number	21K04933
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
Research Institution	Gifu National College of Technology
Principal Investigator	白木英二岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70633147)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Keywords	レーザー / 超短パルス光 / ファイバ非線形 / モード同期 / 超短パルス / 光ファイバー / 超短光パルス
Outline of Research at the Start	本研究では、パルス捕捉現象による非線形光ループミラーを用いた全光型の強度変調器および能動モード同期レーザーを開発する。実験と数値解析により、その動作原理や出力特性を解析する。まず、数値解析により提案する強度変調器について入出力特性を解析する。その結果をもとに、本研究で提案する強度変調器を構築する。次に、その強度変調器を用いたレーザー共振器を構築する。そして、本研究で提案するレーザーについて出力光特性を解析する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、全光制御型の能動モード同期超短パルスファイバーレーザーの開発を目的とする。具体的には、パルス捕捉現象による非線形光ループミラー(NOLM)を用いた強度変調器を開発した。さらに、それを用いて能動モード同期Er添加超短パルスファイバーレーザーを開発した。本年度は、提案するNOLMを用いたレーザー共振器について、高強度かつ安定した超短パルスの生成を目指して動作解析を行った。制御光3.0 mWにおいて励起LD電流を上げていくと出力パルスの時間幅が短くピーク強度も高くなった。励起LD電流600 mAのときピーク強度33 W, 時間幅820 fsの超短パルス光が得られた。さらに励起LD電流を上げていくとCW が含まれてしまった。ここでは、どの励起LD電流でも制御光の繰り返し周波数(変調周波数)の50 MHzと同じ、50 MHzでレーザー発振した。励起LD電流の上昇と共に一本あたりのパルスエネルギーが上がった。次に制御光強度4.2 mWに上げるとパルス列に20 ns 間隔であるが、パルスの本数の減少がみられた。制御光強度が高い場合、励起電流が高くなるにつれパルスの本数が増え50 MHz となる。このとき１パルスあたりのエネルギーは大きく変化しなかった。また、ファイバーカプラ比率70:30の非対称なNOLMにおいて入出力特性の解析を行った。制御光を強くすると透過率は10%から20%に変化し、変化量は10%であった。レーザー発振に十分な透過率と、モード同期発振に必要な変調量があったと考えられる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason パルス捕捉現象による非線形光ループミラー(NOLM)を用いた超短パルスレーザーの開発を行うことを目的としている。R4年度は、昨年度に得られたモード同期発振について実験により特性の解析を行うことができた。また、ファイバーカプラの分岐比70:30に対してNOLMの透過率特性を解析した。
Strategy for Future Research Activity	今後は、開発したモード同期レーザーにおいて、NOLMのループ長等の共振器を変更したうえで、入力する制御光や励起光の強度に対する出力光特性を解析する。また、数値解析を併用するなどしてパルス捕捉現象によるNOLMの共振器内での動作や役割を解明する。学会発表等により成果の報告を行う。