図■■全ファイバー型高効率・高出力ノイズライクパル図4■各波長におけるファイバー結合効率の)oAFMit( ycneceffar gnpuocill100ie ■ ３．■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■がり時間~50 ps)のオシロスコープでは200~300 psのパルス幅が観測された。これらスペクトルおよび自己相関波形の特徴はノイズライクパルス発振状態の特徴に良く一致しており、我々のレーザーが基本ソリトンではなくノイズライクパルス状態であることが推測される9)。ノイズライクパルス発振では共振器中で光パルスがソリトン形成と崩壊を繰り返し複数のパルスに分裂し、パルス群を形成し、群としての実効的なパルス幅はps~nsに増加してしまうが、100 nJ以上の高い実効的パルスエネルギーを発振器から直接発生することも可能である。 またこの実験系において、SESAM位置を光軸方向に~320 μm程度移動することにより10~20 nmという広いスペクトル幅を有するノイズライクパルス発振状態で約48 nmの波長可変性が得られ（図3e）、同様の波長可変性はSESAMを高反射ミラーに変えても得られた。SESAMの相対位置と平均出力、ピーク波長の関係は図3f のように示され、ミラーの移動量に対する波長変化は中心波長1930nmまでは線形であり、微分量は~1.7 x 10-4であった。この波長可変性の理由は、集光レンズ系の色収差によってファイバーへの結合効率が波長とSESAM位置に依存するためと考えられる。各波長に対する結合効率のミラー位置依存性を計算すると図4のように示され、約50 nmの波長シフトに対して必要とされるSESAM移動量は~230 μmと見積もられ、微分係数dλ/dzは~1.7 x 10-4となり、これは実験で得られた値によく一致している。発振波長のシフトは共振器の損失変化によっても起こりえるが、上記の計算と実験の一致により、本実験の波長シフトはレンズの色収差によって引き起こされていると推測される。■■■■■■■より長波長側での線形からの逸脱は利得幅限界から生じていると推測される。また計算よりレンズ系透過バンド幅は半値全幅で20~30 nmとなりこれは現在のモード同期レーザーの帯域幅を制限していると考えられ、レンズ系やファイバー長の最適化によって更なる短パルス化や波長可変性が得られることが期待できる。さらにこれを種光源とすることにより波長可変性を有した平均出力10 W以上、パルスエネルギーμJ以上の増幅システムを開発することも可能である。 ス■■レーザー概略図。ff■■発振器、ff■■増幅器■長期安定動作を考える上ではレーザーの全てがファイバーで構成され、自由空間を含まないことが望ましい。そこで本研究では自由空間を排除し、全ファイバー化された高効率･高出力ノイズライクパルスTmファイバーレーザーの開発を行った。図5aに開発した全ファイバー型Tmレーザー構成図を示す。励起光源と利得ファイバーは前述の実験と同様であり、可飽和吸収機構にはSESAMに変えて分岐比10/90のカップラーを用いた非線形ループミラー10)を使用した。ループファイバーには114 mのSMF28を利用しており、偏波制御のため偏波コントローラーを設置している。このループファイバーは繰返し周期を低下させ、パルスエネルギーの増加にも寄与する。出力はループミラー後に融着された分岐比40/60のカップラーの40側ポートから取り出し,最大平均出力200 mW、スペクトル幅13.9 nm、繰り返し周波数1.6 MHz、パルス幅～5 ns、パルスエネルギー125 nJのノイズライクパルス発振が得られた。 この出力を種光として図5bに示すようなダブルクラッドTmファイバー(長さ:1m, NA:0.13,コア径:13 μm, クラッド径：128μm)を用いた増幅器を開発した。次頁図6aに増幅特性、図6bに最大出力時のスペクトルを示す。このとき利得ファイバーを水冷却することによって中心波長1893 nmというTmの再吸収の影響を強く受ける短波長領域においてスロープ効率44%、最大平均出力10.2 W、パルスエネルギー 6.4 μJの増幅動作が得られた。パルス幅は増幅前からほぼ変化がなく約5nsとなっている。スペクトルに見られる周期的な構造は増幅器においてエタロン効果が生じているためであると推測しているが確証はない。出力特性をみると空冷では5 W励起あたりから出力飽和が発生してし、水冷却時には増幅出力は線形に上昇した。現在の出力は励起パワーで制限されており、励起LDを増設し適切な冷却とファイバー端面にEnd-capなどを施せば平均出力50～100 Wも可能と考えられる■ SESAM位置依存性の計算結果 1.20.80.60.40.2200position of SESAM (um)230 um4006001940 nm1930nm1920nm1910 nm1900 nm 1890 nm 800- 107 -
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