JP2006350100A - Method and device for improving extinction ratio of optical modulator - Google Patents

Method and device for improving extinction ratio of optical modulator Download PDF

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道春 太田
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new method and device for improving an extinction ratio, wherein the extinction ratio is drastically improved. <P>SOLUTION: Disclosed is the extinction ratio improvement of an optical modulator characterized in having nonlinear optical media 31 and 31' on which a high-power light pulse is incident and which generate a nonlinear light pulse S1' having a different spectral from the incident light pulse and wavelength selecting means 32 and 32' of wavelength-selecting the nonlinear light pulse S1' generated by the nonlinear optical medium 31. The nonlinear optical medium generates the nonlinear light pulse having the different spectrum from the incident light pulse in response to the incidence of the high-power light pulse when the modulator is ON and does not generate the nonlinear light pulse in response to the incidence of the light pulse when the modulator is OFF, so the extinction ratio can greatly be improved by wavelength-selecting the spectrum different from that of the incident light pulse. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、入射光を強度変調する光変調器の消光比改善方法、及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for improving the extinction ratio of an optical modulator that modulates the intensity of incident light.

光変調器は、光通信システム、電界センサー、或いは繰り返しレーザパルスのパルス間引き器として有用である。   The optical modulator is useful as an optical communication system, an electric field sensor, or a pulse decimation device for repetitive laser pulses.

代表的な光変調器としてこれまで、マッハツェンダ型光変調器が知られている。LiNbO3に代表される電気光学結晶を基板として作製されるマッハツェンダ型光変調器は、図１０に示すように、一本の入力光導波路８１をＹ分岐８５で二本の干渉腕光導波路８２、８２’に分岐し、Ｙ分岐８５’で再び一本の出力光導波路８１’に交差させている（例えば、特許文献１参照）。入力光導波路８１に入力された信号光Ｉ0はＹ分岐８５で二等分されてＩ0／２となり、それぞれ干渉腕光導波路８２、８２’を伝播する。そしてＹ分岐８５’で合波され、出力光導波路８１’から出力される。二本の干渉腕光導波路８２、８２’の長さは等しくなるように作られており、理想的には図１１の点線で示す変調曲線に従って変調された信号光を出力する。すなわち、電極８３bを接地して電極８３aに電圧を印加しないと、干渉腕光導波路８２，８２’を伝播する二等分された信号光に位相差が生じないので、二等分された信号光はそのまま足し算され出力光導波路８１’から出力される信号光はＩ0でＯＮとなる。一方、電極８３ａに、二等分された信号光に位相差πが生じるＶπ電圧を印加すると、二等分された信号光がＹ分岐８５’で合波されると互いに打消し合い出力光導波路８１’から信号光が出力されずＯＦＦとなる。したがって、電圧を印加しない場合と印加した場合のＯＮ−ＯＦＦ消光比は０である。電極８３に電圧を印加すると位相差が生じるのは、電気光学効果で干渉腕光導波路８２，８２’の屈折率が変化するためである。 Conventionally, a Mach-Zehnder type optical modulator is known as a typical optical modulator. As shown in FIG. 10, a Mach-Zehnder type optical modulator manufactured using an electro-optic crystal typified by LiNbO 3 as a substrate has a single input optical waveguide 81 with a Y branch 85 and two interference arm optical waveguides 82, 82. Branched to ', and crossed again to one output optical waveguide 81' at Y branch 85 '(see, for example, Patent Document 1). Signal light I 0 input to the input waveguide 81 is bisected by the Y branch 85 I 0/2, and the propagating interference arm waveguide 82 and 82 ', respectively. Then, it is combined at the Y branch 85 'and output from the output optical waveguide 81'. The two interference arm optical waveguides 82 and 82 'are formed to have the same length, and ideally, the signal light modulated according to the modulation curve shown by the dotted line in FIG. 11 is output. That is, if the electrode 83b is grounded and no voltage is applied to the electrode 83a, there will be no phase difference in the bisected signal light propagating through the interference arm optical waveguides 82 and 82 '. Are added as they are, and the signal light output from the output optical waveguide 81 ′ is turned ON at I 0 . On the other hand, when a Vπ voltage that causes a phase difference π is applied to the electrode 83a, the divided signal light is canceled by the Y branch 85 ′, and cancels each other. No signal light is output from 81 'and is turned off. Therefore, the ON / OFF extinction ratio when the voltage is not applied and when the voltage is applied is zero. The reason why the phase difference is generated when a voltage is applied to the electrode 83 is that the refractive index of the interference arm optical waveguides 82 and 82 ′ changes due to the electro-optic effect.

理想的には上記の通りであるが、実際は二本の干渉腕光導波路８２，８２’を全く同じに、すなわち、導波路の長さ、断面形状及び屈折率、電極との位置関係、などを同じにできないため、例えば、図１０の実線で示す変調曲線にシフトする。従ってこのシフトに起因して動作点がシフトし消光比が劣化する。しかもそのシフト量は個々の変調器の製造プロセスなどの影響を受け一定にすることができない。そこで、一方の干渉腕光導波路８２’の一部８４に干渉腕光導波路８２’と異なるドーパントをドープしてシフト量を調節することが行われている。しかし、折角調節したシフト量も環境温度が変化すると変動するし、電極に印加する電圧に直流成分が含まれると動作点がシフトするので、消光比が低下或いは劣化し、１００：１程度であった。   Ideally as described above, in practice, the two interference arm optical waveguides 82 and 82 'are exactly the same, that is, the length of the waveguide, the cross-sectional shape and the refractive index, the positional relationship with the electrode, etc. Since it cannot be the same, for example, the shift is made to a modulation curve indicated by a solid line in FIG. Therefore, the operating point shifts due to this shift, and the extinction ratio deteriorates. Moreover, the shift amount cannot be made constant due to the influence of the manufacturing process of the individual modulators. Therefore, a shift amount is adjusted by doping a portion 84 of one interference arm optical waveguide 82 'with a dopant different from that of the interference arm optical waveguide 82'. However, the amount of shift that is adjusted is changed when the environmental temperature changes, and the operating point shifts when the DC component is included in the voltage applied to the electrode, so that the extinction ratio is reduced or deteriorated and is about 100: 1. It was.

たとえば繰り返し周波数５０ＭＨｚのモードロックレーザを消光比が１００：１の光変調器で間引いて２５０ＫＨｚにしたとすると、変調器ＯＮ時に通過する強い光パルス１個に対し、ＯＦＦ時に通過する２００個の弱い光パルスがあるので、全体の強度比としては、１００：２００となり、２／３が不必要な光パルスになってしまう。光変調器で間引いた後に、増幅器で増幅して光パルスのパワーの増大を図る場合、この不必要な光パルスが増幅器で自然放出光を発生させてしまう。   For example, if a mode-locked laser with a repetition rate of 50 MHz is thinned to 250 KHz with an optical modulator with an extinction ratio of 100: 1, one weak light pulse that passes when the modulator is on will have 200 weak light beams that pass when it is off. Since there is an optical pulse, the overall intensity ratio is 100: 200, and 2/3 is an unnecessary optical pulse. When thinning out with an optical modulator and then amplifying with an amplifier to increase the power of the optical pulse, this unnecessary optical pulse generates spontaneous emission light with the amplifier.

従来の消光比改善方法は、電気吸収型光変調器の消光比を可飽和吸収体で改善するものである（特許文献２参照）。可飽和吸収体は、入射光パルスが強いと透過率が高く、弱いと透過率が低くなるので消光比を改善することができる。しかし、この方法では、変調器の消光比４：１を８：１と２倍程度改善するだけである。
特開平１１−５２３１５号公報 特開２００１−１８３７１４号公報 A conventional extinction ratio improving method is to improve the extinction ratio of an electroabsorption optical modulator with a saturable absorber (see Patent Document 2). The saturable absorber has a high transmittance when the incident light pulse is strong, and has a low transmittance when the pulse is weak. Therefore, the extinction ratio can be improved. However, this method only improves the extinction ratio 4: 1 of the modulator by about 2 times to 8: 1.
JP 11-52315 A JP 2001-183714 A

本発明は、上記の従来の光変調器、及び消光比改善方法の問題に鑑みてなされたものであり、消光比を大幅に改善する新規な消光比改善方法及び装置を提供することを課題としている。   The present invention has been made in view of the problems of the above-described conventional optical modulator and extinction ratio improvement method, and has as its object to provide a novel extinction ratio improvement method and apparatus that greatly improves the extinction ratio. Yes.

課題を解決するためになされた請求項１に係る発明は、光変調器で変調された高パワー光パルスを非線形光学媒質に入射させて入射光パルスと異なるスペクトルをもつ非線形光パルスを発生させる非線形ステップと、前記非線形ステップで発生した前記非線形光パルスを波長選別する選別ステップと、を有することを特徴とする光変調器の消光比改善方法である。   The invention according to claim 1, which has been made in order to solve the problem, generates a nonlinear optical pulse having a spectrum different from that of an incident optical pulse by causing a high-power optical pulse modulated by an optical modulator to enter the nonlinear optical medium. A method for improving the extinction ratio of an optical modulator, comprising: a step of selecting a wavelength of the nonlinear optical pulse generated in the nonlinear step.

非線形光学媒質が変調器ＯＮ時の高パワー光パルスの入射で入射光パルスと異なるスペクトルをもつ非線形光パルスを発生し、変調器ＯＦＦ時の光パルスの入射では非線形光パルスを発生しないので、入射光パルスと異なるスペクトルを波長選別することで消光比を大幅に改善することができる。   The nonlinear optical medium generates a nonlinear optical pulse having a spectrum different from that of the incident optical pulse when the high power optical pulse is incident when the modulator is ON, and does not generate a nonlinear optical pulse when the optical pulse is incident when the modulator is OFF. The extinction ratio can be greatly improved by selecting the wavelength of the spectrum different from the light pulse.

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光変調器の消光比改善方法であって、前記非線形光学媒質は非線形ファイバで、前記非線形光パルスは該非線形ファイバの誘導ラマン散乱によって生成されることを特徴としている。   The invention according to claim 2 is the method for improving the extinction ratio of the optical modulator according to claim 1, wherein the nonlinear optical medium is a nonlinear fiber, and the nonlinear optical pulse is generated by stimulated Raman scattering of the nonlinear fiber. It is generated.

非線形ファイバが変調器ＯＮ時の高パワー光パルスの入射でソリトン自己周波数シフトにより入射光パルスと異なるスペクトルをもつ非線形光パルスを発生し、変調器ＯＦＦ時の光パルスの入射では非線形光パルスを発生しないので、入射光パルスと異なるスペクトルを波長選別することで消光比を大幅に改善することができる。このとき、非線形を起こしたパルスはラマンソリトンパルスとして伝搬するため、パルス形状はｓｅｃｈ2 を保ったまま単一ピークを保つことができる。したがって、その後チャープパルス増幅（伸張→増幅→圧縮）する際、３次の分散の影響を受けない。 The nonlinear fiber generates a nonlinear optical pulse with a spectrum different from the incident optical pulse due to soliton self-frequency shift when the high power optical pulse is incident when the modulator is ON, and generates a nonlinear optical pulse when the optical pulse is incident when the modulator is OFF. Therefore, the extinction ratio can be greatly improved by selecting the wavelength of the spectrum different from the incident light pulse. At this time, since the pulse that caused the nonlinear propagating as a Raman soliton pulses, pulse shape can maintain a single peak while maintaining a sech 2. Therefore, when performing chirp pulse amplification (expansion → amplification → compression) thereafter, it is not affected by the third-order dispersion.

課題を解決するためになされた請求項３に係る発明は、光変調器で変調された高パワー光パルスが入射されて入射光パルスと異なるスペクトルをもつ非線形光パルスを発生させる非線形光学媒質と、前記非線形光学媒質から発生された前記非線形光パルスを波長選別する波長選別手段と、を有することを特徴とする光変調器の消光比改善装置である。   The invention according to claim 3 made to solve the problem includes a non-linear optical medium that receives a high-power optical pulse modulated by an optical modulator and generates a non-linear optical pulse having a spectrum different from that of the incident optical pulse; And a wavelength selecting means for selecting the wavelength of the nonlinear optical pulse generated from the nonlinear optical medium.

また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の光変調器の消光比改善装置であって、前記非線形光学媒質は非線形ファイバで、前記非線形光パルスは該非線形ファイバの誘導ラマン散乱によって生成されることを特徴としている。   The invention according to claim 4 is the extinction ratio improving apparatus for an optical modulator according to claim 3, wherein the nonlinear optical medium is a nonlinear fiber, and the nonlinear optical pulse is generated by stimulated Raman scattering of the nonlinear fiber. It is generated.

非線形光学媒質が変調器ＯＮ時の高パワー光パルスの入射で入射光パルスと異なるスペクトルをもつ非線形光パルスを発生し、変調器ＯＦＦ時の光パルスの入射では非線形光パルスを発生しないので、入射光パルスと異なるスペクトルを波長選別することで消光比を大幅に改善することができる。   The nonlinear optical medium generates a nonlinear optical pulse having a spectrum different from that of the incident optical pulse when the high power optical pulse is incident when the modulator is ON, and does not generate a nonlinear optical pulse when the optical pulse is incident when the modulator is OFF. The extinction ratio can be greatly improved by selecting the wavelength of the spectrum different from the light pulse.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明の最良の実施形態に係る光変調器の消光比改善装置を備えたパルス光源装置の構成図である。図２、図３は、図１の消光比改善装置の動作を説明するための図である。図２は、光パルスの分光強度及び波長選別手段の分光透過率を模式的に示す図で、図３は、光パルスの時間軸での強度を模式的に示す図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of a pulse light source device including an extinction ratio improving device for an optical modulator according to the best embodiment of the present invention. 2 and 3 are diagrams for explaining the operation of the extinction ratio improving apparatus of FIG. FIG. 2 is a diagram schematically showing the spectral intensity of the light pulse and the spectral transmittance of the wavelength selecting means, and FIG. 3 is a diagram schematically showing the intensity of the light pulse on the time axis.

図示するように、本実施形態の光変調器の消光比改善装置を備えたパルス光源装置は、繰り返し高パワー光パルスを出力するパルス光源１とパルス光源１からの繰り返し光パルスを間引く光変調器２と、非線形光学媒質３１と波長選別手段３２を備えた消光比改善装置３とが光学的に連結されてなる。光変調器２と消光比改善装置３の間には、必要に応じて消光比改善装置３への入射光を増幅するための増幅器４が挿入される。各構成要素を連結する太い線は光ファイバでこの間は光パルスがファイバ中を伝搬する。なお、光ファイバを用いないで空中伝搬させても良い。   As shown in the figure, the pulse light source device provided with the extinction ratio improving device for the optical modulator of this embodiment includes a pulse light source 1 that repeatedly outputs a high power optical pulse and an optical modulator that thins out the repeated optical pulses from the pulse light source 1. 2 and the extinction ratio improving apparatus 3 provided with the nonlinear optical medium 31 and the wavelength selecting means 32 are optically coupled. An amplifier 4 for amplifying light incident on the extinction ratio improving device 3 is inserted between the optical modulator 2 and the extinction ratio improving device 3 as necessary. The thick lines connecting the components are optical fibers, during which optical pulses propagate through the fibers. In addition, you may propagate in the air without using an optical fiber.

パルス光源１は、モードロックレーザや繰り返しパルス発振する半導体レーザ、ガスレーザ等をベースとし、必要に応じ増幅器を備えレーザ発振器からの光パルスを増幅して高パワー光パルスを出力する。   The pulsed light source 1 is based on a mode-locked laser, a semiconductor laser that oscillates repeatedly, a gas laser, or the like. If necessary, an amplifier is provided to amplify an optical pulse from a laser oscillator and output a high-power optical pulse.

光変調器２は、たとえば、マッハツェンダ型強度変調器で、後段の増幅器４で１パルス当たりの増幅率を上げるために、パルス光源１からのパルスを間引く。   The optical modulator 2 is, for example, a Mach-Zehnder type intensity modulator, and thins out pulses from the pulse light source 1 in order to increase the amplification factor per pulse by the amplifier 4 at the subsequent stage.

非線形光学媒質３１としては、高パワー光パルスが入射されると非線形光学効果により入射光パルスと異なるスペクトルをもつ非線形光パルスを出射するもので、非線形性ファイバ、非線形光学結晶等を用いることができる。   The non-linear optical medium 31 emits a non-linear optical pulse having a spectrum different from that of the incident optical pulse due to a non-linear optical effect when a high-power optical pulse is incident. A non-linear fiber, a non-linear optical crystal, or the like can be used. .

非線形性ファイバに高パワー光パルスが入射されると、誘導ラマン散乱により入射光パルスより長波長側にシフトしたスペクトルをもつ非線形光パルスが出射される。特許第３３９０７５５号に開示されているように、長波長側へのシフト量は入射光パルスのパワーに依存し、入射光パルスのパワーが大きいと入射光パルスと異なるスペクトルをもつソリトンパルスになる。   When a high-power optical pulse is incident on the nonlinear fiber, a nonlinear optical pulse having a spectrum shifted to a longer wavelength side than the incident optical pulse by stimulated Raman scattering is emitted. As disclosed in Japanese Patent No. 3390755, the shift amount toward the long wavelength side depends on the power of the incident light pulse, and when the power of the incident light pulse is large, a soliton pulse having a spectrum different from that of the incident light pulse is obtained.

非線形光学結晶として、たとえば擬位相整合LiNbO3などを用いると、入射光パルスの第２高調波を発生することができる。また、擬位相整合LiNbO3をシリーズに二つ配置すると、第３高調波を、三つ配置すると第４高調波を、発生することができる。さらに、非線形光学媒質３１をキャビティ付のLiNbO3にしてパラメトリック発振させてもよい。   If, for example, quasi-phase matched LiNbO3 is used as the nonlinear optical crystal, the second harmonic of the incident light pulse can be generated. If two quasi-phase matched LiNbO3 are arranged in series, the third harmonic can be generated, and if three are arranged, the fourth harmonic can be generated. Further, the non-linear optical medium 31 may be made LiNbO3 with a cavity to cause parametric oscillation.

非線形光学媒質３１から発生された入射光パルスと異なるスペクトルをもつ非線形光パルスを波長選別する波長選別手段３２は、入射光スペクトルをカットして入射光スペクトル以外を通過させる機能を有するもので、光学フィルター、エタロン等を用いることができる。   The wavelength selecting means 32 for selecting the wavelength of a nonlinear light pulse having a spectrum different from that of the incident light pulse generated from the nonlinear optical medium 31 has a function of cutting the incident light spectrum and passing the light other than the incident light spectrum. A filter, etalon, or the like can be used.

次に、パルス光源１に、たとえば、パルス幅２００ｐｓ、繰り返し周波数５０ＭＨｚ、ピークパワー１Ｗ、中心波長１５５０ｎｍ、バンド幅５ｎｍの繰り返し光パルスを出力するモードロックファイバレーザを用い、非線形光学媒質３１に非線形性ファイバを、波長選別手段３２に光学フィルタを用いた場合について、図２と図３を使って消光比改善装置３の動作を説明する。   Next, for example, a mode-locked fiber laser that outputs a repetitive light pulse having a pulse width of 200 ps, a repetition frequency of 50 MHz, a peak power of 1 W, a center wavelength of 1550 nm, and a bandwidth of 5 nm is used as the pulse light source 1. The operation of the extinction ratio improving apparatus 3 will be described with reference to FIGS. 2 and 3 in the case where an optical filter is used for the wavelength selecting means 32. FIG.

パルス光源１から出力された図３のＡに示す５０ＭＨｚの繰り返しパルスは、光変調器２で、たとえば図３のＢに示す２５０ＫＨｚの繰り返しパルスに変換される。しかし、光変調器２の消光比がたとえば１００：１で、変調効率が８０％の場合、１／（２５０ＫＨｚ）間隔の強い（ピークパワ０．８Ｗの）パルスの間に、１／（５０ＭＨｚ）間隔の弱い（ピークパワ８ｍＷの）パルスが残る。図３のＢの光パルスが、たとえば増幅率５００倍の増幅器４で増幅されて非線形性ファイバ２１に入射される。   The 50 MHz repetitive pulse shown in FIG. 3A output from the pulse light source 1 is converted into, for example, a 250 KHz repetitive pulse shown in FIG. 3B by the optical modulator 2. However, when the extinction ratio of the optical modulator 2 is, for example, 100: 1 and the modulation efficiency is 80%, a 1 / (50 MHz) interval is used between pulses having a strong 1 / (250 KHz) interval (peak power of 0.8 W). Weak (peak power 8 mW) pulses remain. The optical pulse B shown in FIG. 3 is amplified by the amplifier 4 having an amplification factor of 500, for example, and is incident on the nonlinear fiber 21.

図２のＡは、非線形性ファイバ３１の入射端での光パルスのスペクトルで、実線のＳ１は強い光パルス、点線のＳ２は弱い光パルスである。なお、このようなスペクトル波形は、たとえばスペクトラムアナライザ等で測定することができる。   A of FIG. 2 is a spectrum of an optical pulse at the incident end of the nonlinear fiber 31. A solid line S1 is a strong optical pulse, and a dotted line S2 is a weak optical pulse. Such a spectrum waveform can be measured by, for example, a spectrum analyzer.

図２のＢは、非線形性ファイバ３１の出射端での出射光パルスのスペクトルで、実線のＳ１’は、図２ＡのＳ１の光パルスの入射に対応し、点線のＳ２は図２ＡのＳ２の光の入射に対応する。すなわち、非線形性ファイバ３１に強い光パルス（Ｓ１）が入射されると、誘導ラマン散乱により入射光パルスのスペクトルより長波長側にシフトしたスペクトルをもつ非線形光パルスＳ１’が出射される。一方、非線形性ファイバ３１に弱い光パルス（Ｓ２）が入射されても、誘導ラマン散乱が起きないため、入射スペクトルと同じスペクトルの光パルスＳ２が出射される（非線形光パルスは出射されない）。なお、入射光パルスがＳ１よりさらに強くなると、波長シフト量が大きくなり、点線のＳ１”のように入射光パルスから分離してソリトンパルスになる。   2B is a spectrum of the outgoing light pulse at the outgoing end of the nonlinear fiber 31. The solid line S1 ′ corresponds to the incidence of the optical pulse S1 in FIG. 2A, and the dotted line S2 is the S2 in FIG. 2A. Corresponds to the incidence of light. That is, when a strong light pulse (S1) is incident on the nonlinear fiber 31, a nonlinear light pulse S1 'having a spectrum shifted to the longer wavelength side from the spectrum of the incident light pulse by stimulated Raman scattering is emitted. On the other hand, even if a weak optical pulse (S2) is incident on the nonlinear fiber 31, stimulated Raman scattering does not occur, and therefore an optical pulse S2 having the same spectrum as the incident spectrum is emitted (non-linear optical pulse is not emitted). When the incident light pulse becomes stronger than S1, the amount of wavelength shift increases, and it becomes a soliton pulse separated from the incident light pulse as shown by the dotted line S1 ".

図２Ｃは、光学フィルタ（波長選別手段）３２の分光透過率特性で、カットオフ波長λｃより長波長の光を透過し、λｃより短波長の光をカットする。ここでは、たとえば、λｃを図２に示すように、入射光パルスのスペクトルＳ１、Ｓ２の長波長端より長波長側に設定されている。   FIG. 2C shows the spectral transmittance characteristics of the optical filter (wavelength selection means) 32, which transmits light having a wavelength longer than the cutoff wavelength λc and cuts light having a wavelength shorter than λc. Here, for example, as shown in FIG. 2, λc is set to the longer wavelength side than the longer wavelength end of the spectra S1 and S2 of the incident light pulse.

図２のＤは、光学フィルタ３２を透過した光パルスのスペクトルで、斜線のスペクトルは、スペクトルＳ１’の光がフィルタ３２を透過した後のスペクトル、点線のスペクトルは、スペクトルＳ１”の光がフィルタ３２を透過し後のスペクトルを示している。スペクトルＳ２の光パルスは、フィルタ３２で完全にカットされ、スペクトルは測定されてない。したがって、図３のＣに示すように、強い光パルスの間の弱い光パルスが無くなり、消光比（強い光パルス強度：弱い光パルス強度）が改善される。   2D shows the spectrum of the light pulse that has passed through the optical filter 32. The hatched spectrum is the spectrum after the light of the spectrum S1 ′ has passed through the filter 32, and the dotted spectrum is the light of the spectrum S1 ″. Fig. 3 shows the spectrum after passing through 32. The light pulse of spectrum S2 is completely cut by the filter 32 and the spectrum is not measured, so during the intense light pulse, as shown in Fig. 3C. , The extinction ratio (strong light pulse intensity: weak light pulse intensity) is improved.

（実施例１）
本実施例の消光比改善装置は、図１のパルス光源装置の消光比改善装置３であって、非線形光学媒質３１をコア径５μｍ、長さ３ｍの石英製光ファイバにし、波長選別手段２２をカットオフ波長λｃ＝１５６５ｎｍの短波長カットフィルタにしたものである。パルス光源１は、モードロックファイバレーザで、中心波長１５５０ｎｍ、バンド幅５ｎｍ、パルス幅２００ｐｓ、ピークパワー１Ｗ、繰り返し周波数５０ＭＨｚの光パルスを出力する。 Example 1
The extinction ratio improving apparatus of the present embodiment is the extinction ratio improving apparatus 3 of the pulse light source device of FIG. 1, wherein the nonlinear optical medium 31 is a quartz optical fiber having a core diameter of 5 μm and a length of 3 m, and the wavelength selecting means 22 is provided. This is a short wavelength cut filter having a cutoff wavelength λc = 1565 nm. The pulse light source 1 is a mode-locked fiber laser and outputs an optical pulse having a center wavelength of 1550 nm, a bandwidth of 5 nm, a pulse width of 200 ps, a peak power of 1 W, and a repetition frequency of 50 MHz.

光変調器２は、消光比が１００：１で、変調効率が８０％のマッハツェンダ型光変調器で、５０ＭＨｚの繰り返し周波数を２５０ＫＨｚに変換する。   The optical modulator 2 is a Mach-Zehnder optical modulator having an extinction ratio of 100: 1 and a modulation efficiency of 80%, and converts a 50 MHz repetition frequency to 250 KHz.

増幅器４は、増幅率が５００倍のファイバ増幅器である。   The amplifier 4 is a fiber amplifier having an amplification factor of 500 times.

したがって、非線形光学媒質３１には、中心波長１５５０ｎｍ、バンド幅５ｎｍ、パルス幅２００ｐｓ、ピークパワー０．４ＫＷ、繰り返し周波数２５０ＫＨｚの高パワー光パルスが入射されるようになっている。   Therefore, a high-power optical pulse having a center wavelength of 1550 nm, a bandwidth of 5 nm, a pulse width of 200 ps, a peak power of 0.4 kW, and a repetition frequency of 250 KHz is incident on the nonlinear optical medium 31.

図４は、光パルスの分光強度波形で、上段は非線形光学媒質３の入射端での波形、下段は短波長カットフィルタ３２を透過した後の非線形光パルスの波形である。   FIG. 4 shows the spectral intensity waveform of the optical pulse, the upper part shows the waveform at the incident end of the nonlinear optical medium 3, and the lower part shows the waveform of the nonlinear optical pulse after passing through the short wavelength cut filter 32.

図５と図６は、光パルスのオッシロスコープ波形で、上段は消光比改善装置３の入射端での波形、下段は出射端での波形である。図５では強度の強いすなわち１／（２５０ＫＨｚ）間隔のパルスのみが観測されており、強度の弱い１／（５０ＭＨｚ）間隔のパルスはバックグランドに埋もれて見えない。そこで、強度の弱いパルスを見えるようにするため図５の縦軸を拡大した図が図６である。   5 and 6 are oscilloscope waveforms of optical pulses, the upper row shows the waveform at the entrance end of the extinction ratio improving apparatus 3, and the lower row shows the waveform at the exit end. In FIG. 5, only pulses with a high intensity, that is, 1 / (250 KHz) intervals are observed, and pulses with a low intensity of 1 / (50 MHz) intervals are buried in the background and cannot be seen. FIG. 6 is an enlarged view of the vertical axis of FIG. 5 so that a pulse having a low intensity can be seen.

図５、図６から消光比改善装置３の入射端での強いパルスと弱いパルスの比が１Ｖ：０．０１Ｖ＝１００：１であることがわかる。一方、消光比改善装置３の出射端での強いパルスと弱いパルスの比が１Ｖ：０．０００５Ｖ＝２０００：１であることがわかる。したがって、消光比改善装置で消光比を２０倍改善することができた。   5 and 6 that the ratio of the strong pulse to the weak pulse at the incident end of the extinction ratio improving apparatus 3 is 1V: 0.01V = 100: 1. On the other hand, it can be seen that the ratio of the strong pulse to the weak pulse at the exit end of the extinction ratio improving apparatus 3 is 1V: 0.0005V = 2000: 1. Therefore, the extinction ratio could be improved 20 times with the extinction ratio improving device.

（実施例２）
本実施例の消光比改善装置は、図７に示すように、モードロックファイバレーザ１からの光パルスをチャープパルス増幅して高パワ光パルスを発生するパルス光源装置に応用したものである。 (Example 2)
As shown in FIG. 7, the extinction ratio improving apparatus of the present embodiment is applied to a pulse light source apparatus that generates a high power optical pulse by chirping amplifying a light pulse from a mode-locked fiber laser 1.

パルス光源装置は、モードロックファイバレーザ１と、チャープパルス増幅装置４０とを備え、チャープパルス増幅装置４０は、伸張器４１と、増幅器４２と、圧縮器４３とを備えている。伸張器４１と増幅器４２との間にはパルスを間引くための光変調器２が配設され、増幅器４２と圧縮器４３との間には消光比改善装置３’が配設されている。   The pulse light source device includes a mode-locked fiber laser 1 and a chirp pulse amplification device 40, and the chirp pulse amplification device 40 includes an expander 41, an amplifier 42, and a compressor 43. An optical modulator 2 for thinning out pulses is disposed between the expander 41 and the amplifier 42, and an extinction ratio improving device 3 ′ is disposed between the amplifier 42 and the compressor 43.

消光比改善装置３’は、非線形性ファイバ３１’と短波長カットフィルタ３２’を備えている。   The extinction ratio improving apparatus 3 'includes a nonlinear fiber 31' and a short wavelength cut filter 32 '.

モードロックファイバレーザ１は、中心波長１５６０ｎｍ、パルス幅３００ｆｓ、平均パワー１０ｍＷ、ピークパワー６７０Ｗ、繰り返し周波数５０ＭＨｚの光パルスを出力する。   The mode-locked fiber laser 1 outputs an optical pulse having a center wavelength of 1560 nm, a pulse width of 300 fs, an average power of 10 mW, a peak power of 670 W, and a repetition frequency of 50 MHz.

伸張器４１は、波長分散が２００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、長さが１００ｍの光ファイバである。   The stretcher 41 is an optical fiber having a chromatic dispersion of 200 ps / nm / km and a length of 100 m.

光変調器２は、消光比が１００：１で、変調効率が８０％のマッハツェンダ型光変調器である。   The optical modulator 2 is a Mach-Zehnder optical modulator having an extinction ratio of 100: 1 and a modulation efficiency of 80%.

増幅器４２は、コアにエルビウムをドープした長さが５ｍの利得ファイバ４２１と、ポンプ光源４２２と波長分割多重ファイバカップラ４２３とを備えており、増幅率は２０００倍である。   The amplifier 42 includes a gain fiber 421 having a length of 5 m having a core doped with erbium, a pump light source 422, and a wavelength division multiplexing fiber coupler 423, and has an amplification factor of 2000 times.

消光比改善装置３’の非線形性ファイバ３１’は、モードフィールド径６μｍ、長さ１１０ｍのシングルモードファイバである。短波長カットフィルタ３２のカットオフ波長は、１６００ｎｍである。   The nonlinear fiber 31 ′ of the extinction ratio improving apparatus 3 ′ is a single mode fiber having a mode field diameter of 6 μm and a length of 110 m. The cutoff wavelength of the short wavelength cut filter 32 is 1600 nm.

圧縮器４３は、回折格子４３１、４３２の対で構成されている。   The compressor 43 includes a pair of diffraction gratings 431 and 432.

本実施例の消光比改善装置を備えたパルス光源装置の動作結果を以下に記す。   The operation results of the pulse light source device provided with the extinction ratio improving device of this embodiment will be described below.

先ず、モードロックファイバレーザ１からの３００ｆｓの光パルスが伸張器４２で２００ｐｓに伸張され、ピークパワーが１Ｗに低下した。次に、パルス幅２００ｐｓ、ピークパワー１Ｗ、繰り返し周波数５０ＭＨｚの光パルスが光変調器で変調されて、１／（２５０ＫＨｚ）間隔の強い（ピークパワー０．８Ｗの）パルスと、１／（５０ＭＨｚ）間隔の弱い（ピークパワー８ｍＷの）パルスからなる変調光パルス（図３参照）が出射された。次に、この変調光パルスが、増幅器４２で増幅され１／（２５０ＫＨｚ）間隔の強い（ピークパワー１．６ＫＷの）パルスと、１／（５０ＭＨｚ）間隔の弱い（ピークパワー１．６Ｗの）パルスからなる光パルス列にされた。次に、この光パルス列が消光比改善装置３’に入射されると、強い光パルスのとき非線形性ファイバ３１’の誘導ラマン散乱によって入射光パルスの長波長側に新たなパルスが生成され、自己位相変調と波長分散の相互作用であるソリトン効果で中心波長が１６４５ｎｍでスペクトル波形がｓｅｃｈ２型のソリトンパルスになった。図８に非線形性ファイバ３１’の出射端での出射光パルスのスペクトル測定結果を示す。一方、弱い光パルスのときは誘導ラマン散乱が起きず、ソリトンパルスの生成もなかった。次に、短波長カットフィルタ３２’で入射光パルスがカットされて図８に示すソリトンパルスのみ、すなわち１／（２５０ＫＨｚ）間隔の強い（ピークパワー１ＫＷの）パルスのみが出射された。なお、このときのノイズレベルは２０ｍＷであり、消光比が１０００：０．０２＝５０００：１と見積もられた。次に、パルス幅２００ｐｓの光パルスが圧縮器４３で６００ｆｓに圧縮された。図９に圧縮器４３後の光パルスの自己相関波形を示す。ファイバを用いた伸張器４１の３次の波長分散の影響を受けることがなく、ペデスタル成分がないバンド幅限界近いパルス（パルス幅３００ｆｓ）が得られた。   First, the 300 fs optical pulse from the mode-locked fiber laser 1 was expanded to 200 ps by the expander 42, and the peak power was reduced to 1W. Next, an optical pulse having a pulse width of 200 ps, a peak power of 1 W, and a repetition frequency of 50 MHz is modulated by the optical modulator, and a pulse having a strong 1 / (250 KHz) interval (peak power of 0.8 W) and 1 / (50 MHz). A modulated light pulse (see FIG. 3) composed of pulses with a weak interval (with a peak power of 8 mW) was emitted. Next, this modulated light pulse is amplified by the amplifier 42 and has a pulse with a strong 1 / (250 KHz) interval (with a peak power of 1.6 KW) and a pulse with a weak 1 / (50 MHz) interval (with a peak power of 1.6 W). An optical pulse train consisting of Next, when this optical pulse train is incident on the extinction ratio improving device 3 ′, a new pulse is generated on the long wavelength side of the incident optical pulse by the stimulated Raman scattering of the nonlinear fiber 31 ′ in the case of a strong optical pulse. The soliton effect, which is an interaction between phase modulation and chromatic dispersion, resulted in a soliton pulse with a center wavelength of 1645 nm and a spectral waveform of sech2. FIG. 8 shows a spectrum measurement result of the outgoing light pulse at the outgoing end of the nonlinear fiber 31 '. On the other hand, when the light pulse was weak, stimulated Raman scattering did not occur, and no soliton pulse was generated. Next, the incident light pulse was cut by the short wavelength cut filter 32 ', and only the soliton pulse shown in FIG. The noise level at this time was 20 mW, and the extinction ratio was estimated to be 1000: 0.02 = 5000: 1. Next, an optical pulse having a pulse width of 200 ps was compressed by the compressor 43 to 600 fs. FIG. 9 shows the autocorrelation waveform of the optical pulse after the compressor 43. A pulse (pulse width 300 fs) having no pedestal component and near the bandwidth limit was obtained without being affected by the third-order chromatic dispersion of the stretcher 41 using a fiber.

本発明の最良の実施形態に係る光変調器の消光比改善装置を備えたパルス光源装置の構成図である。It is a block diagram of the pulse light source device provided with the extinction-ratio improvement apparatus of the optical modulator which concerns on the best embodiment of this invention. 光パルスの分光強度及び波長選別手段の分光透過率を模式的に示す図でである。It is a figure which shows typically the spectral intensity of a light pulse, and the spectral transmission factor of a wavelength selection means. 図１の消光比改善装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the extinction ratio improvement apparatus of FIG. 実施例１の消光比改善装置における光パルスの分光強度波形である。It is the spectral intensity waveform of the light pulse in the extinction ratio improvement apparatus of Example 1. FIG. 実施例１の消光比改善装置における光パルスのオッシロスコープ波形である。It is an oscilloscope waveform of the optical pulse in the extinction ratio improvement apparatus of Example 1. 図５の縦軸を拡大したオッシロスコープ波形である。6 is an oscilloscope waveform in which the vertical axis of FIG. 5 is enlarged. 実施例２の消光比改善装置を備えたパルス光源装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the pulse light source device provided with the extinction ratio improvement apparatus of Example 2. FIG. 実施例２の消光比改善装置における非線形性ファイバの出射端での出射光パルスのスペクトルである。It is a spectrum of the outgoing light pulse at the outgoing end of the nonlinear fiber in the extinction ratio improving apparatus of Example 2. 実施例２の消光比改善装置を備えたパルス光源装置から出力される光パルスの自己相関波形である。It is the autocorrelation waveform of the optical pulse output from the pulse light source device provided with the extinction ratio improvement apparatus of Example 2. FIG. マッハツェンダ型光変調器の平面図である。It is a top view of a Mach-Zehnder type optical modulator. 変調信号電圧と出力光の関係を示す変調曲線である。It is a modulation curve which shows the relationship between a modulation signal voltage and output light.

符号の説明Explanation of symbols

３、３’・・・・・・消光比改善装置
３１・・・・・・・・非線形光学媒質
３１’・・・・・・・非線形ファイバ
３２、３２’・・・・波長選別手段
Ｓ１・・・・・・・・高パワー光パルス
Ｓ１’、Ｓ１”・・・非線形光パルス 3, 3 '... extinction ratio improving device 31 ... nonlinear optical medium 31' ... nonlinear fiber 32, 32 '... wavelength selection means S1 .... High power optical pulses S1 ', S1 "... Nonlinear optical pulses

Claims (4)

光変調器で変調された高パワー光パルスを非線形光学媒質に入射させて入射光パルスと異なるスペクトルをもつ非線形光パルスを発生させる非線形ステップと、
前記非線形ステップで発生した前記非線形光パルスを波長選別する選別ステップと、
を有することを特徴とする光変調器の消光比改善方法。 A non-linear step in which a high-power optical pulse modulated by an optical modulator is incident on a non-linear optical medium to generate a non-linear optical pulse having a spectrum different from that of the incident optical pulse;
A screening step of wavelength-selecting the nonlinear optical pulse generated in the nonlinear step;
A method for improving the extinction ratio of an optical modulator, comprising: 前記非線形光学媒質は非線形ファイバで、前記非線形光パルスは該非線形ファイバの誘導ラマン散乱によって生成されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器の消光比改善方法。   The method according to claim 1, wherein the nonlinear optical medium is a nonlinear fiber, and the nonlinear optical pulse is generated by stimulated Raman scattering of the nonlinear fiber. 光変調器で変調された高パワー光パルスが入射されて入射光パルスと異なるスペクトルをもつ非線形光パルスを発生させる非線形光学媒質と、
前記非線形光学媒質から発生された前記非線形光パルスを波長選別する波長選別手段と、
を有することを特徴とする光変調器の消光比改善装置。 A non-linear optical medium that receives a high-power optical pulse modulated by an optical modulator and generates a non-linear optical pulse having a spectrum different from that of the incident optical pulse;
Wavelength selecting means for wavelength-selecting the nonlinear optical pulse generated from the nonlinear optical medium;
An apparatus for improving the extinction ratio of an optical modulator, comprising: 前記非線形光学媒質は非線形ファイバで、前記非線形光パルスは該非線形ファイバの誘導ラマン散乱によって生成されることを特徴とする請求項３に記載の光変調器の消光比改善装置。
4. The extinction ratio improving device for an optical modulator according to claim 3, wherein the nonlinear optical medium is a nonlinear fiber, and the nonlinear optical pulse is generated by stimulated Raman scattering of the nonlinear fiber.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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