光ファイバーセンシング用レーザー光源技術 パート2

光ファイバーセンシング用レーザー光源技術 パート2

2.2 単一波長掃引レーザー光源

レーザー単一波長掃引の実現は、本質的にはデバイスの物理的特性を制御することである。レーザFBGは、共振器（通常は動作帯域幅の中心波長）内の発振縦モードの制御と選択を実現し、出力波長を調整するという目的を達成します。 この原理に基づいて、1980年代には、レーザーの反射端面を反射回折格子に置き換え、回折格子を手動で回転させて調整することでレーザー共振器モードを選択することで、チューナブルファイバーレーザーの実現が主に達成されました。 2011年、Zhuらはチューナブルフィルターを使用して、狭い線幅の単一波長チューナブルレーザー出力を実現しました。 2016年には、レイリー線幅圧縮メカニズムをデュアル波長圧縮に適用しました。つまり、FBGに応力を加えてデュアル波長レーザーチューニングを実現し、同時に出力レーザーの線幅をモニタリングして、3nmの波長チューニング範囲を実現しました。 線幅が約700Hzのデュアル波長安定出力。 2017年、Zhuらは、波長可変ファイバレーザの実現に成功した。グラフェンとマイクロナノファイバーブラッググレーティングを用いて全光可変波長フィルターを作製し、ブリルアンレーザー狭帯域化技術と組み合わせることで、1550 nm付近のグラフェンの光熱効果を利用し、3.67 nmの波長範囲で750 Hzという低線幅と700 MHz/msの光制御高速高精度走査を実現しました。図5に示すように。上記の波長制御方法は、基本的にレーザー共振器内のデバイスの通過帯域中心波長を直接または間接的に変化させることで、レーザーモード選択を実現します。

図5（a）光制御波長の実験装置可変ファイバーレーザーおよび測定システム。

(b) 制御ポンプの増強による出力2の出力スペクトル

2.3 白色レーザー光源

白色光源の開発は、ハロゲンタングステンランプ、重水素ランプなど、さまざまな段階を経てきました。半導体レーザースーパーコンティニューム光源。特に、スーパーコンティニューム光源は、超過渡出力のフェムト秒またはピコ秒パルス励起により、導波路内に様々なオーダーの非線形効果を生じ、スペクトルが大幅に広がり、可視光から近赤外域までカバーし、強いコヒーレンス性を有する。さらに、特殊ファイバーの分散と非線形性を調整することで、スペクトルを中赤外域まで拡張することができる。この種のレーザー光源は、光干渉断層撮影、ガス検知、生物画像化など、多くの分野で広く応用されている。光源と非線形媒体の制限により、初期のスーパーコンティニュームスペクトルは主に固体レーザー励起光学ガラスによって生成され、可視域でスーパーコンティニュームスペクトルを生成していた。その後、光ファイバーは、その大きな非線形係数と小さな透過モードフィールドにより、次第に広帯域スーパーコンティニュームを生成するための優れた媒体となってきた。主な非線形効果には、四光波混合、変調不安定性、自己位相変調、相互位相変調、ソリトン分裂、ラマン散乱、ソリトン自己周波数シフトなどがあり、各効果の割合は励起パルスのパルス幅とファイバーの分散によっても異なります。一般的に、現在スーパーコンティニウム光源は主にレーザー出力の向上とスペクトル範囲の拡大を目指しており、コヒーレンス制御にも注力しています。

3 まとめ

本稿では、狭線幅レーザー、単一周波数可変レーザー、広帯域白色レーザーなど、光ファイバセンシング技術を支えるレーザー光源について概説し、その概要を述べる。光ファイバセンシング分野におけるこれらのレーザーの応用要件と開発状況を詳細に紹介する。これらの要件と開発状況を分析することにより、光ファイバセンシングに理想的なレーザー光源は、あらゆる帯域と時間において、超狭帯域かつ超安定なレーザー出力を実現できると結論づけられる。そこで、本稿では狭線幅レーザー、狭線幅可変レーザー、そして広い利得帯域幅を持つ白色レーザーを取り上げ、それらの開発状況を分析することで、光ファイバセンシングに理想的なレーザー光源を実現するための効果的な方法を探る。