新しいモード同期法による超高性能光ファイバレーザの実現とその応用

新型锁模方法超高性能光纤激光器的实现及其应用

基本信息

批准号：
21360162
负责人：
山下真司
金额：
$ 11.48万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、研究代表者が最近進めてきた独創的な新しいモード同期法により、超高性能な光ファイバレーザを実現し、さらにその応用を図るものである。ここでの新しいモード同期法とは、カーボンナノチューブ可飽和吸収素子による受動モード同期による短パルス発生、および共振器内の分散を利用した分散チューニング法による超高速・広帯域波長可変光発生、である。これまでカーボンナノチューブ(CNT)の超高速光学非線形応答を光ファイバレーザ用のモード同期素子として利用してきたが、最近、グラフェンも同様の超高速光学非線形応答を持つことが見出された。グラフェンはCNTと比較すると、波長無依存な可飽和吸収特性を持つという特長がある。本研究では、グラフェンとCNTのモード同期素子としての比較を世界で初めて行い、ほぼ同様の特性が得られることを示した。また、長さ5mmで繰り返し周波数20GHzの世界最速の光ファイバモード同期光ファイバレーザを実現した。それを高非線形光ファイバ(HNLF)に入力することにより、300nm以上の広帯域なスーパーコンティニウム(SC)光発生にも成功した。分散チューニングによる超高速・超広帯域波長可変モード同期光ファイバレーザについては、分散媒質としてこれまでは分散補償ファイバ(DCF)を用いていたため共振器長が100m以上になり掃引速度制限要因となっていたが、今年度はその代わりに広帯域チャープ光ファイバグレーティング(CFBG)を用いることにより共振器長を10m以下にしたレーザを試作した。その結果、500kHz以上での超高速波長掃引が可能となった。これは単一の波長掃引光源の速度としては世界記録である。また、これらの波長可変モード同期光ファイバレーザを光コヒーレンストモグラフィ(OCT)システムの光源として用い、断層画像を得ることにも初めて成功した。

这项研究的目的是使用主要研究者最近采取的原始新模式锁定方法实现超高绩效光纤激光器，并进一步应用它们。这里的新模式锁定方法涉及通过使用碳纳米管饱和吸收元件的被动模式锁定的产生短脉冲，以及通过使用谐振器中的分散体进行分散调谐的超高速度，宽带调谐光的产生。到目前为止，碳纳米管（CNT）的超快光学非线性响应已被用作光纤激光器的模式锁定元件，但最近发现石墨烯具有相似的超快光学非线性响应。与CNT相比，石墨烯具有具有不依赖波长的饱和吸收特性的优点。在这项研究中，我们对石墨烯和CNT作为世界上模式的元素进行了首次比较，表明可以获得几乎相似的特性。它还实现了世界上最快的光纤模式锁定的光纤激光器，长度为5mm，重复频率为20GHz。通过将其输入到高度非线性的光纤（HNLF）中，它也成功地生成了超过300 nm或更多的宽带的超脑（SC）光。对于超高速度，超宽带可调模式的锁定光纤激光器，使用色散调整，分散补偿纤维（DCF）已用作分散介质，因此谐振器长度已超过100m，这是限制扫描速度的因素。但是，今年，我们通过使用宽带CHIRP光纤光栅（CFBG）创建了一个激光器，其谐振器长度为10m或更短。结果，可能在500kHz或更高的情况下进行超高速度波长。这是单个波长扫描光源的速度的世界记录。这也是这些可调模式锁定的光纤激光器首次用作光学相干断层扫描（OCT）系统的光源来获得层析成像图像。