JP2000137257A - Short pulse light source - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ソリトン効果を用
いてパルス圧縮した短パルス光を発生する短パルス光源
に関する。特に、光通信用、光部品・光材料の評価用の
光源として短パルス光を安定して発生できる短パルス光
源に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a short pulse light source that generates a short pulse light pulse-compressed by using the soliton effect. In particular, the present invention relates to a short pulse light source capable of stably generating short pulse light as a light source for optical communication and evaluation of optical components and optical materials.
【０００２】[0002]
【従来の技術】高強度の短パルス光を発生させる方法と
して、各種の光パルス光源から出力される光パルスを光
パルス圧縮器により圧縮する方法がある。この光パルス
圧縮器は、光ファイバと回折格子対を用いたりソリトン
効果を用いた非線形光学効果を利用した構成になってい
る。この光パルス圧縮法において、短パルス光の出力強
度を上げ、さらに細い短パルス光を得るための方法は、
光パルス圧縮器の入力光強度を高くすることである。2. Description of the Related Art As a method of generating short pulse light of high intensity, there is a method of compressing light pulses output from various light pulse light sources using a light pulse compressor. This optical pulse compressor is configured to use an optical fiber and a diffraction grating pair or a nonlinear optical effect using a soliton effect. In this optical pulse compression method, a method for increasing the output intensity of the short pulse light and obtaining a thinner short pulse light is as follows.
The purpose is to increase the input light intensity of the optical pulse compressor.
【０００３】その一つの方法として、光パルス光源の出
力強度を高くする方法があるが、これは励起光源の強度
の制約などにより上限がある。そのため、光パルスの繰
り返しを遅くして（すなわち、単位時間当たりのパルス
の数を減らして）各光パルスの強度を高くしなければな
らないが、繰り返しの遅い光パルスでは応用範囲が狭く
なる。As one of the methods, there is a method of increasing the output intensity of an optical pulse light source, but there is an upper limit due to restrictions on the intensity of an excitation light source. Therefore, the intensity of each light pulse must be increased by slowing down the repetition of the light pulse (that is, by reducing the number of pulses per unit time), but the application range becomes narrower with the light pulse having a slow repetition.
【０００４】光パルス圧縮器の入力光強度を高くする他
の方法は、光パルス光源の出力光パルスを光増幅器で増
幅する方法である。しかし、通常用いられている光増幅
器は、増幅媒質の反転分布を利用するものであり、増幅
に伴う自然放出光雑音（ＡＳＥ）が発生する。この光増
幅器が出すＡＳＥにより、ゴードン−ハウスジッタやパ
ルス歪みなどが発生する。特に、ソリトンパルス圧縮の
過程では、光ファイバ中の自己誘導ラマン効果により光
パルスの劣化は顕著になる。このＡＳＥを除去するに
は、通過帯域の狭い光フィルタを使用する方法がある
が、光パルスの周波数成分を大きく削るために効率が悪
く、また波形が変化してしまうために、性能のよい短パ
ルス光を発生させることができなかった（図６参照）。Another method for increasing the input light intensity of an optical pulse compressor is to amplify an output optical pulse of an optical pulse light source by an optical amplifier. However, a commonly used optical amplifier utilizes a population inversion of an amplification medium, and generates spontaneous emission noise (ASE) due to amplification. The ASE emitted by the optical amplifier generates Gordon-House jitter and pulse distortion. In particular, in the process of soliton pulse compression, optical pulse degradation becomes remarkable due to the self-induced Raman effect in the optical fiber. In order to remove this ASE, there is a method of using an optical filter having a narrow pass band. However, since the frequency component of the optical pulse is largely reduced, the efficiency is low, and the waveform is changed. No pulsed light could be generated (see FIG. 6).
【０００５】ここで、ソリトン効果を用いた光パルス圧
縮について説明する。ソリトンとは、自然界に広く存在
する非線形現象であり、光ファイバ中ではファイバの群
速度分散によるパルス広がりと、非線形光学効果により
光パルスが細くなる効果が釣り合うことにより、波形が
変化せずに伝搬する現象である。この非線形光学効果は
光パルスの強度に比例して強くなるので、光増幅器など
により光パルスの強度を高くすると、光パルスが細くな
る効果を広くなる効果以上に強くすることができる。す
なわち、高強度の光パルスは、光ファイバ中を伝搬中に
光パルスのパルス幅が細くなっていく（圧縮される）。
これがソリトン効果を用いた光パルス圧縮であり、光フ
ァイバへ強い光パルスを入射するだけで簡単に短パルス
光を発生させることができる。Here, light pulse compression using the soliton effect will be described. Soliton is a nonlinear phenomenon that exists widely in the natural world.In an optical fiber, the pulse spread due to the group velocity dispersion of the fiber and the effect of narrowing the optical pulse by the nonlinear optical effect are balanced, so that the light propagates without changing the waveform. It is a phenomenon that does. The nonlinear optical effect increases in proportion to the intensity of the light pulse. Therefore, when the intensity of the light pulse is increased by an optical amplifier or the like, the effect of narrowing the light pulse can be enhanced more than the effect of widening the light pulse. That is, the high-intensity light pulse becomes narrower (compressed) during propagation through the optical fiber.
This is optical pulse compression using the soliton effect, and short pulse light can be easily generated simply by injecting a strong optical pulse into an optical fiber.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、超高速ＴＤ
Ｍや測定用光源として、高強度でより細い短パルス光を
発生させるために、高次のソリトンを使用してソリトン
圧縮する方法があるが、基本ソリトンの10ないし 100倍
以上の光パワーをもつ高次ソリトンに雑音が加わった場
合に生じるコヒーレンスの劣化についての詳細は調べら
れていない。By the way, ultra-high speed TD
As a light source for M and measurement, there is a method of soliton compression using high-order solitons in order to generate thinner short pulse light with high intensity, but it has an optical power 10 to 100 times that of the basic solitons The details of the coherence degradation that occurs when noise is added to higher-order solitons have not been investigated.
【０００７】なお、高次ソリトンの波形変化は、その初
期段階において変調不安定性（ＭＩ：Modulational Ins
tability）と関連していることが知られている（参考文
献：M.Nakazawa et al., Phys.Rev.Ａ39, pp.5768-577
6, 1989) 。一方、ＡＳＥがあるとソリトンパルス列は
個々のパルスがランダムに振る舞うことになり、パルス
のコヒーレンスが劣化する。すなわち、ＡＳＥがＭＩの
種となってランダムな波形変化を生じやすくしていると
言える。The waveform change of the higher-order soliton is caused by the modulation instability (MI) at the initial stage.
(Reference: M. Nakazawa et al., Phys. Rev. A39, pp. 5768-577)
6, 1989). On the other hand, when ASE is present, individual pulses of the soliton pulse train behave randomly, and the coherence of the pulses is degraded. That is, it can be said that ASE serves as a seed of MI and easily causes a random waveform change.
【０００８】このように、高次ソリトンに雑音が加わっ
て生じるコヒーレンスの劣化は、光増幅器で発生するＡ
ＳＥに起因し、特にＡＳＥがＭＩの利得の増加によって
増大するためと言える。したがって、このＡＳＥを除去
することができればよい。しかし、光パルスのスペクト
ル成分を透過させる必要があるので、すべてのＡＳＥを
取り除くことは技術的に困難である。As described above, the degradation of coherence caused by the addition of noise to higher-order solitons is caused by the A
It can be said that this is caused by the SE, and in particular, the ASE is increased by the increase in the MI gain. Therefore, it is sufficient that this ASE can be removed. However, it is technically difficult to remove all ASEs because it is necessary to transmit the spectral components of the light pulse.
【０００９】本発明は、高次ソリトンに雑音が加わった
場合のコヒーレンスの劣化に対する知見に基づき、光増
幅器で増幅した光パルスを安定に短パルス化することが
できる短パルス光源を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a short-pulse light source capable of stably shortening an optical pulse amplified by an optical amplifier based on the knowledge of coherence degradation when noise is added to a higher-order soliton. Aim.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の短パルス光源
は、光パルス光源から出力された光パルスを光増幅器で
増幅し、ソリトン効果を用いた光パルス圧縮器に入力し
てパルス圧縮を行う構成において、光増幅器と光パルス
圧縮器との間に、入力光パルスのスペクトル帯域以外の
スペクトル成分、特にＭＩの利得帯域に対応するスペク
トル成分を遮断する帯域遮断型光フィルタを配置する。According to the short pulse light source of the present invention, an optical pulse output from an optical pulse light source is amplified by an optical amplifier and input to an optical pulse compressor using the soliton effect to perform pulse compression. In the configuration, between the optical amplifier and the optical pulse compressor, a band rejection type optical filter that blocks a spectral component other than the spectral band of the input optical pulse, in particular, a spectral component corresponding to the gain band of the MI is arranged.
【００１１】これにより、ＡＳＥからＭＩの利得帯域に
対応するスペクトル成分を選択的に除去することができ
るので、ＡＳＥがＭＩの利得によって増大して被圧縮パ
ルスが劣化することを防ぐことができ、短パルス光を安
定して発生させることができる。Thus, the spectral component corresponding to the MI gain band can be selectively removed from the ASE, so that it is possible to prevent the ASE from being increased by the MI gain and the compressed pulse from deteriorating. Short pulse light can be generated stably.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】最初に、ソリトンを用いる場合の
基本的ないくつかのパラメータと、実際の物理量との関
係式を示す。ここで、 Ｐ：ソリトンパルスのピーク強度（Ｗ） ｔ0 ：ソリトンのパルス幅（ｐｓ） β2 ：光ファイバの伝搬定数（ｐｓ2／ｍ） γ：光ファイバの非線形パラメータ（Ｗ／ｍ） Ｓ：光ファイバのコアの有効断面積（ｍ2） とすると、基底次のソリトンのパワーＰ1 、規格化した
ソリトンの振幅Ａ、ソリトンの次数Ｎ、規格化したソリ
トンの伝搬距離Ｚ0 は、それぞれ Ｐ1＝｜β2｜／γ／ｔ0 2・Ｓ …(1) Ａ＝（Ｐ／Ｐ1)1/2 …(2) Ｎ＝（Ａに一番近い整数） …(3) Ｚ0＝ｔ0 2／｜β2｜ …(4) である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a relational expression between some basic parameters when using solitons and actual physical quantities will be shown. Here, P: peak intensity of soliton pulse (W) t 0 : pulse width of soliton (ps) β 2 : propagation constant of optical fiber (ps 2 / m) γ: nonlinear parameter of optical fiber (W / m) S : Assuming that the effective area of the core of the optical fiber is (m 2 ), the power P 1 of the soliton at the base order, the amplitude A of the normalized soliton, the order N of the soliton, and the normalized propagation distance Z 0 of the soliton are respectively: P 1 = | β 2 | / γ / t 0 2 · S (1) A = (P / P 1 ) 1/2 (2) N = (an integer closest to A) (3) Z 0 = T 0 2 / | β 2 | (4)
【００１３】理想的なソリトンの波形は双曲線正割関数
の２乗、Ｉ＝（Ａsech(ｔ／ｔ0))2で表されるが、この
波形から多少ずれていても、ソリトンを形成する成分の
みが有効に働き、それ以外の成分は散逸していく特徴が
ソリトンにはある。このため、光パルス光源の出力光パ
ルス（通常ガウス波形に近い）を双曲線正割関数に波形
整形する必要はない。An ideal soliton waveform is represented by the square of the hyperbolic secant function, I = (A sech (t / t 0 )) 2. Even if the waveform slightly deviates from this waveform, the component forming the soliton Soliton has the feature that only works effectively and the other components dissipate. For this reason, it is not necessary to shape the output light pulse (normally close to a Gaussian waveform) of the light pulse light source into a hyperbolic secant function.
【００１４】Ａが１より大きな光パルスを入力に用いる
と、光ファイバを伝搬中にある距離でパルス幅が最も細
くなるので、その位置で光パルスを取り出すことにより
光パルス圧縮が達成できる。これが高次ソリトンの波形
変化を利用した「ソリトン光パルス圧縮」である。ま
た、高速ソリトンの波形変化における変調不安定性（Ｍ
Ｉ）の利得が最大となる周波数（以下「ＭＩ周波数」と
いう）ｆと、その振幅利得Ｇは、 ｆ＝１／(２π)・[２γ／｜β2｜・Ｐ／Ｓ]1/2 …(5) Ｇ＝２γＰ／Ｓ …(6) と与えられる（参考文献：M.Nakazawa et al., Phys.Re
v.Ａ39, pp.5768-5776,1989) 。なお、光ファイバの伝
搬定数β2 は、入力光パルスの波長をλ、光速をｃ、光
ファイバの分散値をＤとしたときに、 β2＝２πｃ／(｜Ｄ｜λ2) …(7) と表すことができる。When an optical pulse whose A is larger than 1 is used as an input, the pulse width becomes the narrowest at a certain distance while propagating through the optical fiber, so that optical pulse compression can be achieved by extracting the optical pulse at that position. This is "soliton optical pulse compression" using the waveform change of higher-order solitons. In addition, the modulation instability (M
The frequency f at which the gain of I) becomes the maximum (hereinafter referred to as “MI frequency”) f and the amplitude gain G are f = 1 / (2π) · [2γ / | β 2 | · P / S] 1/2 . (5) G = 2γP / S (6) (Reference: M. Nakazawa et al., Phys. Re.
v.A39, pp.5768-5776, 1989). The propagation constant β 2 of the optical fiber is β 2 = 2πc / (| D | λ 2 ) (7) where λ is the wavelength of the input optical pulse, c is the speed of light, and D is the dispersion value of the optical fiber. ) It can be expressed as.
【００１５】光パルスの圧縮率Ｆは、入力光パルスと出
力光パルスのパルス幅の比で定義される。この圧縮率が
最大となる光ファイバの長さＬとその圧縮率Ｆは、Ａが
10以上のときに、 Ｌ〜（0.32／Ｎ＋ 1.1／Ｎ2)Ｚ0 …(8) Ｆ〜 4.1Ａ …(9) と表される経験式が数％の誤差でよく成立することが知
られている（参考文献：G.P.Agrawal,^Nonlinear Fiber
optics", Academic Press, 1989) 。The compression ratio F of the light pulse is defined by the ratio of the pulse width of the input light pulse to the pulse width of the output light pulse. The length L of the optical fiber at which the compression ratio is maximized and the compression ratio F thereof are expressed as follows.
It is known that when the value is 10 or more, the empirical formula represented by L〜 (0.32 / N + 1.1 / N 2 ) Z 0 (8) F〜4.1A (9) is well established with an error of several percent. (Reference: GPAgrawal, ^ Nonlinear Fiber
optics ", Academic Press, 1989).
【００１６】図１は、本発明の短パルス光源の基本構成
例を示す。図において、光パルス光源１から出力される
光パルスは光増幅器２で増幅され、本発明の特徴とする
光フィルタ３を介して光ファイバ４に入力される。各部
の時間波形を併せて示す。FIG. 1 shows a basic configuration example of a short pulse light source according to the present invention. In the figure, an optical pulse output from an optical pulse light source 1 is amplified by an optical amplifier 2 and input to an optical fiber 4 via an optical filter 3 which is a feature of the present invention. The time waveform of each part is also shown.
【００１７】図２は、光フィルタ３の透過特性例を示
す。光フィルタ３の透過特性は、 (5)式で与えられるＭ
Ｉ周波数成分の近傍を除去するとともに、光パルス自体
のエネルギーを削らないことが重要である。図中には光
パルスのスペクトルも示しているが、光パルスのスペク
トル帯域に比べて十分に広い透過帯域をもつことが特徴
である。FIG. 2 shows an example of the transmission characteristics of the optical filter 3. The transmission characteristic of the optical filter 3 is given by M
It is important to remove the vicinity of the I frequency component and not to reduce the energy of the light pulse itself. Although the spectrum of the light pulse is also shown in the figure, it is characterized by having a sufficiently wide transmission band compared to the spectrum band of the light pulse.
【００１８】以下に示す数値解析では、簡単のために矩
形の透過特性をもつ光フィルタを用いる。これに近い透
過特性を有する光フィルタは、高次バタワース特性、高
次ベッセル特性、高次チェビシェフ特性をもつ光フィル
タを用いることにより実現できる。In the following numerical analysis, an optical filter having a rectangular transmission characteristic is used for simplicity. An optical filter having a transmission characteristic close to this can be realized by using an optical filter having high-order Butterworth characteristics, high-order Bessel characteristics, and high-order Chebyshev characteristics.
【００１９】以下、数値例に基づいて説明する。光ファ
イバ４の有効断面積Ｓを50μｍ2 とし、そこに入力され
る光パルスのピーク強度Ｐを約７Ｗとする。パルス幅ｔ
0 は３ｐｓ、光ファイバ４の分散値Ｄは0.2ps/km/nmと
する。このとき (1),(2)式よりＡは約12となる。また、
(4)式よりＺ0 は約17.8ｋｍ、 (8)式よりＬは 605ｍと
なる。また、同条件で光パルスのピーク強度Ｐが約 3.1
Ｗの場合には、Ａは約８となる。また、 (5)式よりＭＩ
周波数ｆは、1.12ＴHz（Ａ＝12）および0.75ＴHz（Ａ＝
８）と計算される。Hereinafter, description will be made based on numerical examples. The effective sectional area S of the optical fiber 4 is set to 50 μm 2, and the peak intensity P of the optical pulse input thereto is set to about 7 W. Pulse width t
0 is 3 ps, and the dispersion value D of the optical fiber 4 is 0.2 ps / km / nm. At this time, A is about 12 from the equations (1) and (2). Also,
From equation (4), Z 0 is about 17.8 km, and from equation (8), L is 605 m. Under the same conditions, the peak intensity P of the light pulse is about 3.1.
In the case of W, A is about 8. From equation (5), MI
The frequency f is 1.12 THz (A = 12) and 0.75 THz (A =
8) is calculated.
【００２０】光パルス光源１には、モード同期のレーザ
ダイオードまたはファイバレーザなどを使用することが
できる。(1) 式より発生するソリトンパルスのピーク強
度が100ｍＷであるとすると、光増幅器２の利得は70倍
すなわち約18ｄＢ必要となる。このような光増幅器２に
は、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）など
を用いることができる。As the optical pulse light source 1, a mode-locked laser diode or a fiber laser can be used. Assuming that the peak intensity of the soliton pulse generated from the equation (1) is 100 mW, the gain of the optical amplifier 2 is required to be 70 times, that is, about 18 dB. For such an optical amplifier 2, an erbium-doped optical fiber amplifier (EDFA) or the like can be used.
【００２１】光フィルタ３には、干渉多層膜型光フィル
タ、ファイバグレーティングなどを用いることができ
る。特に、本発明の短パルス光源で使用する光フィルタ
３は帯域遮断型光フィルタであるので、ファイバグレー
ティングが好適である。本実施形態の計算では、ＭＩ周
波数ｆは、1.12ＴHz（Ａ＝12）および0.75ＴHz（Ａ＝
８）であるので、遮断帯域 0.5ＴHz〜２ＴHzに相当する
光フィルタを使用し、光ファイバ４は 600ｍ、光増幅器
２の利得は20ｄＢとした。光増幅器２の雑音指数（Ｎ
Ｆ）は６ｄＢ、雑音は白色雑音とした。光フィルタ２の
透過帯域の決定方法については後述する。光ファイバ４
の長さが数ｋｍ以下と短いので、光ファイバに起因する
光損失は無視している。以上の条件の下でスプリットス
テップフーリエ法により解析を行った。As the optical filter 3, an interference multilayer optical filter, a fiber grating, or the like can be used. In particular, since the optical filter 3 used in the short pulse light source of the present invention is a band rejection type optical filter, a fiber grating is preferable. In the calculation of the present embodiment, the MI frequency f is 1.12 THz (A = 12) and 0.75 THz (A =
8), an optical filter corresponding to a cutoff band of 0.5 THz to 2 THz was used, the optical fiber 4 was 600 m, and the gain of the optical amplifier 2 was 20 dB. The noise figure of the optical amplifier 2 (N
F) was 6 dB, and the noise was white noise. A method for determining the transmission band of the optical filter 2 will be described later. Optical fiber 4
Since the length is as short as several km or less, the optical loss due to the optical fiber is ignored. The analysis was performed by the split step Fourier method under the above conditions.
【００２２】図３は、光パルスのピーク強度Ｐが 3.1Ｗ
（Ａ＝８）の場合の波形変化の様子を示す。なお、現象
の比較のため、分散スロープと自己ラマン効果を取り除
いている。図３(a) は光フィルタを使用しない場合であ
り、図３(b) は光フィルタを使用した場合である。波形
変化は、ソリトン周期の１／50ごとの距離におけるもの
である。FIG. 3 shows that the peak intensity P of the light pulse is 3.1W.
The waveform change in the case of (A = 8) is shown. For comparison of phenomena, the dispersion slope and the self-Raman effect have been removed. FIG. 3A shows a case where no optical filter is used, and FIG. 3B shows a case where an optical filter is used. The waveform change is at a distance of 1/50 of the soliton period.
【００２３】ソリトンパルスは、本来パルスの中心に対
して対称な波形変化をするが、ＡＳＥなどのランダムな
雑音により図３(a) に示すように非対称な波形変化をす
る。また、その挙動は雑音のランダム性を反映してパル
スごとに異なっている。一方、光フィルタ２によりＡＳ
ＥからＭＩの利得帯域に対応するスペクトル成分を除去
すれば、図３(b) に示すように非対称な波形変化が抑圧
されることがわかる。Although the soliton pulse originally changes its waveform symmetrically with respect to the center of the pulse, it changes asymmetrically due to random noise such as ASE as shown in FIG. The behavior differs for each pulse, reflecting the randomness of noise. On the other hand, AS
It can be seen that removing the spectral component corresponding to the gain band of MI from E suppresses an asymmetric waveform change as shown in FIG.
【００２４】図４〜６は、光パルスのピーク強度Ｐが７
Ｗ（Ａ＝12）の場合の入出力波形を示す。ここでは分散
スロープの効果のみを考慮し、自己ラマン効果は取り除
いている。実際には、自己ラマン効果により高次ソリト
ンはパルスの***（solitonfission)が発生し、このと
きに発生する細いパルスのタイミングにも変化が生じ
る。4 to 6 show that the peak intensity P of the light pulse is 7
The input / output waveform in the case of W (A = 12) is shown. Here, only the effect of the dispersion slope is considered, and the self-Raman effect is removed. In practice, the higher-order soliton causes pulse splitting (soliton fission) due to the self-Raman effect, and the timing of the thin pulse generated at this time also changes.
【００２５】図４は、光フィルタを使用せず、多くの高
周波の雑音が重畳されたままパルス圧縮を行った場合の
波形を示す。図５は、本発明の特徴とする光フィルタを
使用した場合の波形を示す。各ソリトンパルスの波形が
揃っており、ソリトンパルスが安定して品質が高いこと
がわかる。本発明で用いる光フィルタは、伝搬中に発生
するサイドバンド（元のスペクトルの両脇に発生する小
さなスペクトルの盛り上がり）の波長に相当する雑音の
みを除去する。そのため、この光フィルタは元のスペク
トル成分をほとんど削ることがなく、光フィルタによる
ソリトンパルスの波形劣化が少ないことが、本発明の短
パルス光源の大きな特徴である。FIG. 4 shows a waveform in the case where pulse compression is performed without using an optical filter and many high-frequency noises are superimposed. FIG. 5 shows a waveform when an optical filter which is a feature of the present invention is used. It can be seen that the waveforms of the soliton pulses are uniform, and that the soliton pulses are stable and of high quality. The optical filter used in the present invention removes only noise corresponding to the wavelength of a side band (small spectrum bulge occurring on both sides of the original spectrum) generated during propagation. For this reason, the short pulse light source according to the present invention is characterized in that the optical filter hardly removes the original spectral components and the soliton pulse waveform is hardly deteriorated by the optical filter.
【００２６】図６は、従来技術として示した狭帯域光フ
ィルタ（半値幅 1.6ｎｍ）を用いた場合の波形を示す。
狭帯域光フィルタを使用すると、雑音は少なくなるが、
光パルスのエネルギーの損失が大きいので効率が悪い。
さらに、波形歪みが顕著になる。FIG. 6 shows a waveform when a narrow-band optical filter (half-width 1.6 nm) shown as a conventional technique is used.
Using a narrow-band optical filter reduces noise,
The efficiency is poor because the energy loss of the light pulse is large.
Further, waveform distortion becomes remarkable.
【００２７】次に、本発明の短パルス光源に使用する光
フィルタの透過特性の設計方法の一例について説明す
る。(A) 元の光パルスのもつスペクトル広がりを計算
し、その部分は透過させる。(B) 最もパルス幅が細くな
ったとき（スペクトルは最も広がる）のスペクトル幅を
計算し、その部分までのスペクトルを遮断する。それよ
り外側の波長域に関しては、光パルスの波形と関係がな
いため遮断しても透過してもよい。通常はＡＳＥの除去
のため、この成分についても遮断した方が望ましい。Next, an example of a method for designing the transmission characteristics of the optical filter used in the short pulse light source of the present invention will be described. (A) The spectrum spread of the original light pulse is calculated, and that part is transmitted. (B) Calculate the spectrum width when the pulse width is narrowest (the spectrum is widest), and cut off the spectrum up to that part. Since the wavelength region outside the region has no relation to the waveform of the optical pulse, the wavelength region may be blocked or transmitted. Normally, it is desirable to block this component in order to remove ASE.
【００２８】まず、(A) の透過帯域を求める。モード同
期レーザの出力光パルスの波形はほぼガウス型であるの
で、スペクトルの半値全幅（Ｆfwhw）と光パルスの半値
全幅（Ｔfwhw）の関係は、 Ｔfwhw×Ｆfwhw＝0.44 …(10) で与えられる。すなわち、パルス幅が３ｐｓの場合、ス
ペクトル幅は約0.15ＴHz（約 1.2ｎｍ）となる。First, the transmission band of (A) is obtained. Since the waveform of the output optical pulse of the mode-locked laser is substantially Gaussian, the relationship between the full width at half maximum (F fwhw ) of the spectrum and the full width at half maximum (T fwhw ) is T fwhw × F fwhw = 0.44 (10) Given by That is, when the pulse width is 3 ps, the spectrum width is about 0.15 THz (about 1.2 nm).
【００２９】また、光パルスの波形がガウス型の場合、
スペクトル波形もガウス型となるので、Ｆfwhwの 2.5倍
の帯域を透過させることにより、99.7％以上を透過させ
ることができる。実際には理想的な状況からのずれがあ
るので、透過帯域はＦfwhwの３倍程度以上が望ましい。
ここでは、透過帯域を広くとれることを明確にするため
に約６倍としている。When the optical pulse has a Gaussian waveform,
Since the spectrum waveform is also Gaussian, 99.7% or more can be transmitted by transmitting a band 2.5 times as large as F fwhw . Actually, since there is a deviation from an ideal situation, the transmission band is desirably about three times or more of F fwhw .
Here, in order to clarify that the transmission band can be widened, it is set to about 6 times.
【００３０】次に、(B) の遮断帯域を求める。上記の条
件の場合には、上述の圧縮比からスペクトル幅は入力の
約４倍に広がっていることになる。圧縮された波形は既
にガウス型ではなく、スペクトルもガウス型とは異なっ
ているが、(A) と同様の基準により設定する。すなわ
ち、ここでは 0.5ＴHzの４倍である２ＴHzまでを除去す
るとしている。Next, the stop band of (B) is obtained. Under the above conditions, the spectral width is about four times as wide as the input from the above-mentioned compression ratio. The compressed waveform is not already Gaussian and its spectrum is different from that of Gaussian, but it is set based on the same criteria as in (A). In other words, here, up to 2 THz which is four times 0.5 THz is removed.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の短パルス
光源は、ＡＳＥを完全に除去することは不可能である
が、ソリトンパルス圧縮において有害となるスペクトル
成分のみを選択的に除去することにより、簡単に高品質
な短パルス光を生成することができる。As described above, the short pulse light source of the present invention cannot remove ASE completely, but selectively removes only harmful spectral components in soliton pulse compression. Thus, high-quality short pulse light can be easily generated.
【図１】本発明の短パルス光源の基本構成例を示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration example of a short pulse light source according to the present invention.
【図２】光フィルタ３の透過特性例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of transmission characteristics of an optical filter 3;
【図３】光パルスのピーク強度Ｐが 3.1Ｗ（Ａ＝８）の
場合の波形変化の様子を示す図であり、(a) は光フィル
タを使用しない場合、(b) は光フィルタを使用した場合
である。FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a waveform change when a peak intensity P of an optical pulse is 3.1 W (A = 8), where FIG. 3A shows a case where an optical filter is not used, and FIG. This is the case.
【図４】光フィルタを使用せずにパルス圧縮を行った場
合の波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a waveform when pulse compression is performed without using an optical filter.
【図５】本発明の特徴とする光フィルタを使用した場合
の波形を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a waveform when an optical filter which is a feature of the present invention is used.
【図６】狭帯域光フィルタを用いた場合の波形を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing a waveform when a narrow band optical filter is used.
１ 光パルス光源 ２ 光増幅器 ３ 光フィルタ ４ 光ファイバ 1 optical pulse light source 2 optical amplifier 3 optical filter 4 optical fiber
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 公一 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AA04 AB32 AB33 BA02 DA10 DA20 EA30 HA16 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Koichi Tamura 3-19-2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo F-term in Japan Telegraph and Telephone Corporation (reference) 2K002 AA02 AA04 AB32 AB33 BA02 DA10 DA20 EA30 HA16
Claims (3)
光増幅器で増幅し、ソリトン効果を用いた光パルス圧縮
器に入力してパルス圧縮を行い、生成された短パルス光
を出力する短パルス光源において、 前記光増幅器と前記光パルス圧縮器との間に、入力光パ
ルスのスペクトル帯域以外のスペクトル成分を遮断する
帯域遮断型光フィルタを配置することを特徴とする短パ
ルス光源。1. A short pulse for amplifying an optical pulse output from an optical pulse light source by an optical amplifier, inputting the amplified light pulse to an optical pulse compressor using the soliton effect, performing pulse compression, and outputting the generated short pulse light. In the light source, a short-pulse light source is provided between the optical amplifier and the optical pulse compressor, wherein a band rejection type optical filter for rejecting a spectral component other than a spectrum band of the input optical pulse is disposed.
て、 帯域遮断型光フィルタは、入力光パルスにより発生する
変調不安定性の利得帯域に対応するスペクトル成分を遮
断する透過特性を有することを特徴とする短パルス光
源。2. The short-pulse light source according to claim 1, wherein the band-stop optical filter has a transmission characteristic of blocking a spectral component corresponding to a gain band of modulation instability generated by an input optical pulse. Short pulse light source.
ス光源において、 帯域遮断型光フィルタとして帯域遮断型ファイバグレー
ティングを用いることを特徴とする短パルス光源。3. The short pulse light source according to claim 1, wherein a band cut type fiber grating is used as the band cut type optical filter.
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1998
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