JP2752731B2 - Ultrashort light pulse generator - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体レーザを用いた超短光パルス発生装
置に関するものである。The present invention relates to an ultrashort optical pulse generator using a semiconductor laser.
（従来の技術） 従来から、色素レーザや固体レーザ等の高出力レーザ
より得られる短光パルス（パルス幅：約100ps）を、正
常分散をもつ光ファイバと回折格子対とを用いて、短パ
ルス化（パルス幅：約1ps）したり、または異常分散を
もつ光ファイバでパルス圧縮（パルス幅；約100fs）す
ることが行われてきた（Edmond B.Treacy“Optical Pul
se Compression with Diffraction Gratings"IEEE,QE−
5,pp 454−458（1068））。また一方、半導体レーザの
ゲインスイッチ法により得られた短光パルス（パルス
幅：約30ps）を正常分散を持つ光ファイバでパルス圧縮
し、約10psの光パルスが得られている。（A.Takada et
al.,“High−Speed Picosecond Optical Pulse Compres
sion from Gain−switched 1.3μm Distributed Feedba
ck Laser Diode （DFB−LD）through Highly Dispersiv
e Single−Mode Fiber"IEEE,LT−5,pp 1525−1533（198
7））。前者の手法では、1ps以下のパルス幅が得られる
ものの、高出力レーザから出射する光パルスの繰り返し
が、たかだか100MHzであること、レーザ装置が大規模で
あることを考慮すると、光通信用の光パルス発生装置と
しては本質的に不向きである。また、後者の手法では小
型な光源から高繰り返しな短光パルスが得られるもの
の、得られるパルス幅が前者に比べ10psとかなり広いの
で、100Gbit/sを越える光通信用の光パルス発生器とし
て適用することができない。(Prior art) Conventionally, a short optical pulse (pulse width: about 100 ps) obtained from a high-power laser such as a dye laser or a solid-state laser is converted into a short pulse using an optical fiber having a normal dispersion and a diffraction grating pair. (Pulse width: about 1 ps) or pulse compression (pulse width: about 100 fs) using an optical fiber with anomalous dispersion (Edmond B. Treacy “Optical Pull”)
se Compression with Diffraction Gratings "IEEE, QE-
5, pp 454-458 (1068)). On the other hand, a short optical pulse (pulse width: about 30 ps) obtained by the gain switch method of a semiconductor laser is pulse-compressed by an optical fiber having normal dispersion, and an optical pulse of about 10 ps is obtained. (A.Takada et
al., “High-Speed Picosecond Optical Pulse Compres
sion from Gain-switched 1.3μm Distributed Feedba
ck Laser Diode (DFB-LD) through Highly Dispersiv
e Single-Mode Fiber "IEEE, LT-5, pp 1525-1533 (198
7)). In the former method, although a pulse width of 1 ps or less can be obtained, considering that the repetition of the optical pulse emitted from the high-power laser is at most 100 MHz and that the laser device is large-scale, the optical communication optical It is essentially unsuitable for a pulse generator. In the latter method, high-repetition short optical pulses can be obtained from a small light source, but the obtained pulse width is much wider, 10 ps compared to the former, so it is applied as an optical pulse generator for optical communication exceeding 100 Gbit / s. Can not do it.
最近、後者の手法で得られた光パルスを光増幅し、こ
れを前者と同様の手法を用いてパルス圧縮することが提
案されている。ところが、光ファイバと回折格子対を用
いたパルス圧縮法では、回折格子を用いるため空間ビー
ム形状が変形しており、これを光ファイバに結合する際
の結合効率は良好とは言い難い。また、異常分散をもつ
光ファイバを用いたパルス圧縮法では、得られた短光パ
ルスは、複雑なチャーピング特性をもっており、これを
光通信用の送信光パルスとして用いると、光ファイバ伝
搬中にその光パルス形状が複雑に変化することが考えら
れる。従って、上記手法で得られた短光パルスのチャー
ピング特性を改善する方法があわせて必要とされる。Recently, it has been proposed to optically amplify an optical pulse obtained by the latter method and compress the pulse by using a method similar to the former method. However, in the pulse compression method using an optical fiber and a diffraction grating pair, the spatial beam shape is deformed due to the use of the diffraction grating, and it is hard to say that the coupling efficiency when coupling this to the optical fiber is good. In the pulse compression method using an optical fiber having anomalous dispersion, the obtained short optical pulse has a complicated chirping characteristic. It is conceivable that the light pulse shape changes in a complicated manner. Therefore, a method for improving the chirping characteristic of the short light pulse obtained by the above method is also needed.
以上述べたように、従来の技術では、超高速光通信に
要求される高繰り返しな短光パルスを簡便に発生するこ
とが困難であった。As described above, according to the conventional technology, it is difficult to easily generate a high-repetition short optical pulse required for ultrahigh-speed optical communication.
（課題を解決するための手段） 本発明の超短光パルス発生装置は、半導体レーザを用
いた光パルス発生部と、半導体レーザ増幅器と、前記光
パルス発生部より発生した光パルスの波長において異常
分散を有する単一モード光ファイバを含む。(Means for Solving the Problems) An ultrashort optical pulse generating apparatus according to the present invention includes an optical pulse generating section using a semiconductor laser, a semiconductor laser amplifier, and an abnormality in the wavelength of the optical pulse generated by the optical pulse generating section. Includes single mode optical fiber with dispersion.
すなわち本発明では、半導体レーザ増幅器の飽和領域
で生じる屈折率変化を利用して、パルス圧縮することを
提案する。That is, the present invention proposes pulse compression using a change in the refractive index that occurs in the saturation region of the semiconductor laser amplifier.
第３図はその原理説明図である。半導体レーザ増幅器
が飽和領域で動作するように、高いピークパワーを有す
る光パルスを半導体レーザ増幅器に導く。このような状
態では半導体レーザ増幅器中の屈折率は、入射光パルス
強度に対応して変化することとなる。この屈折率変化に
より、光パルス中の位相は変化し、これをφ（ｔ）とす
ると、 φ（ｔ）∝ｎ（ｔ）＝n0＋n2I(t) ……（１） と表わされる。ただし、ｎ（ｔ），n0,I（ｔ），n2は、
それぞれ半導体レーザ増幅器の屈折率変化、非飽和領域
での半導体レーザ増幅器の屈折率、光パルスの強度変
化、半導体レーザ増幅器の光強度に対する屈折率の変化
量である。従って、光パルス内の周波数ｗ（ｔ）は、
（１）式を時間微分することにより得られ、 と表わされる。ただしw0,Kは、それぞれ屈折率変化を受
ける前の光パルスの中心周波数、比例定数である。従っ
て、半導体レーザ増幅器を出射した 光パルスは（２）式にあるように、 なるチャーピングを受けることとなる。このチャーピン
グは光パルスの強度波形を時間に関して微分したもので
あるので、第３図中に示すように、光パルスの中心部分
では、ほぼ直線的なチャーピング特性をもつ。強い光パ
ルスが半導体レーザ増幅器に入射した際には、反転分布
を形成するキャリア密度が減少するので、上記チャーピ
ングはブルーシフトチャーピング（時間とともに光パル
スの中心波長が短波長にシフトする）をもつ。このよう
なチャーピングをもつ光パルスは、適当な分散値をもつ
光ファイバで容易にパルス圧縮することができる。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle. An optical pulse having a high peak power is guided to the semiconductor laser amplifier so that the semiconductor laser amplifier operates in a saturation region. In such a state, the refractive index in the semiconductor laser amplifier changes according to the incident light pulse intensity. Due to this change in the refractive index, the phase in the light pulse changes, and if this is φ (t), then φ (t) ∝n (t) = n 0 + n 2 I (t) (1) . Where n (t), n 0 , I (t), n 2 are
These are the change in the refractive index of the semiconductor laser amplifier, the change in the refractive index of the semiconductor laser amplifier in the unsaturated region, the change in the intensity of the light pulse, and the change in the refractive index with respect to the light intensity of the semiconductor laser amplifier. Therefore, the frequency w (t) in the light pulse is
(1) is obtained by differentiating the equation with time, It is expressed as Here, w 0 and K are the center frequency and the proportionality constant of the light pulse before receiving the refractive index change, respectively. Therefore, the light pulse emitted from the semiconductor laser amplifier is given by the following equation (2). You will get some chirping. Since the chirping is obtained by differentiating the intensity waveform of the optical pulse with respect to time, as shown in FIG. 3, the central portion of the optical pulse has a substantially linear chirping characteristic. When a strong light pulse is incident on the semiconductor laser amplifier, the carrier density forming the population inversion decreases, so that the chirping is blue shift chirping (the center wavelength of the light pulse shifts to a short wavelength with time). Have. An optical pulse having such chirping can be easily pulse-compressed by an optical fiber having an appropriate dispersion value.
（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す図であって、１は発
振器、２はバイアスティー、３はDFB−LD（LD分布期間
型レーザ）またはDBR−LD（分布ブラッグ反射型レー
ザ）、4,5はレンズ、６はアイソレータ、７は正常分散
を有する単一モード光ファイバ、８は半導体レーザ増幅
器、９は異常分散を有する単一モード光ファイバであ
る。バイアスティ２で、発振器１から出た高周波信号と
直流電流を合成し、半導体レーザ３を励振することによ
り、半導体レーザ３をゲインスイッチ動作させ、レッド
シフトチャーピングを有する光パルスを発生させる。レ
ンズ4,5とアイソレータ６を介して、単一モード光ファ
イバ７に光パルスを導く。単一モード光ファイバ７のも
つ分散により、レッドシフトチャーピングをもつ光パル
スは、チャーピングを打ち消され、パルス圧縮される。
これを半導体レーザ増幅器８に導き、その飽和領域で生
じるキャリア密度変化により、ブルーシフトチャーピン
グをもつ光パルスが半導体レーザ増幅器８より出射され
る。この光パルスを異常分散をもつ単一モード光ファイ
バ９に導くことにより、チャーピングが打ち消され、さ
らにパルス圧縮されることとなる。(Embodiment) FIG. 1 is a view showing an embodiment of the present invention, wherein 1 is an oscillator, 2 is a bias tee, 3 is a DFB-LD (LD distribution period type laser) or DBR-LD (distributed Bragg reflection). 4, 5 and 5 are lenses, 6 is an isolator, 7 is a single mode optical fiber having normal dispersion, 8 is a semiconductor laser amplifier, and 9 is a single mode optical fiber having anomalous dispersion. The bias tee 2 synthesizes a high-frequency signal output from the oscillator 1 and a DC current, and excites the semiconductor laser 3 to cause the semiconductor laser 3 to perform a gain switch operation and generate an optical pulse having red shift chirping. Light pulses are guided to the single mode optical fiber 7 via the lenses 4 and 5 and the isolator 6. Due to the dispersion of the single mode optical fiber 7, the optical pulse having the red shift chirping is canceled the chirping and is pulse-compressed.
This is guided to the semiconductor laser amplifier 8, and an optical pulse having blue shift chirping is emitted from the semiconductor laser amplifier 8 due to a change in carrier density occurring in the saturation region. By guiding this optical pulse to the single mode optical fiber 9 having anomalous dispersion, chirping is canceled and further pulse compression is performed.
第２図は本発明の他の実施例を示す図であって、10は
発振器、11はバイアスティー、12はDFB−LDまたはDBR−
LD、13,14はレンズ、15はアイソレータ、16は正常分散
を有する単一モード光ファイバ、17は光ファイバ増幅
器、18は半導体レーザ増幅器、19は異常分散を有する単
一モード光ファイバである。バイアスティー11で、発振
器10から出た高周波信号と直流電流を合成し、半導体レ
ーザ12を励振することにより、半導体レーザ12をゲンイ
ンスイッチ動作させ、レッドシフトチャーピングを有す
る光パルスを発生させる。レンズ13,14とアイソレータ1
5を介して、単一モード光ファイバ16に光パルスを導
く。単一モード光ファイバ16のもつ分散により、レッド
シフトチャーピングをもつ光パルスは、チャーピングを
打ち消され、パルス圧縮される。これを光ファイバ増幅
器17に導き、次段の半導体レーザ増幅器18が飽和領域で
動作するように光パルスを増幅し、高いピークパワーを
もつ光パルスを作る。増幅した光パルスを、半導体レー
ザ増幅器18に導き、飽和領域で生じるキャリア密度変化
により、ブルーシフトチャーピングをもつ光パルスが半
導体レーザ増幅器18より出射される。この光パルスを異
常分散をもつ単一モード光ファイバ19に導くことによ
り、チャーピングが打ち消され、さらにパルス圧縮され
ることとなる。FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention, in which 10 is an oscillator, 11 is a bias tee, and 12 is a DFB-LD or DBR-
LD, 13 and 14 are lenses, 15 is an isolator, 16 is a single mode optical fiber having normal dispersion, 17 is an optical fiber amplifier, 18 is a semiconductor laser amplifier, and 19 is a single mode optical fiber having anomalous dispersion. The bias tee 11 synthesizes a high-frequency signal output from the oscillator 10 and a DC current, and excites the semiconductor laser 12, thereby causing the semiconductor laser 12 to perform a gen-in switch operation and generate an optical pulse having red shift chirping. Lenses 13, 14 and isolator 1
An optical pulse is directed through 5 to a single mode optical fiber 16. Due to the dispersion of the single mode optical fiber 16, the optical pulse having the red shift chirping is canceled the chirping and is compressed. This is guided to the optical fiber amplifier 17, and the optical pulse is amplified so that the next-stage semiconductor laser amplifier 18 operates in the saturation region, and an optical pulse having a high peak power is produced. The amplified optical pulse is guided to the semiconductor laser amplifier 18, and an optical pulse having blue shift chirping is emitted from the semiconductor laser amplifier 18 due to a change in carrier density occurring in a saturation region. By guiding this optical pulse to the single mode optical fiber 19 having anomalous dispersion, chirping is canceled and further pulse compression is performed.
（発明の効果） 以上説明したように、本発明の超短光パルス発生装置
は、半導体レーザと単一モード光ファイバを用いて高繰
り返しな短光パルスを容易に作り出すことができる。し
かも、得られた短光パルスは、ほとんどチャーピングが
打ち消されているので、光通信用送信光パルスとして適
用することが可能である。(Effects of the Invention) As described above, the ultrashort optical pulse generator of the present invention can easily generate a high repetition short optical pulse using a semiconductor laser and a single mode optical fiber. Moreover, since the obtained short optical pulse has almost completely canceled the chirping, it can be applied as a transmission optical pulse for optical communication.
第１図は本発明の一実施例を示す図、 第２図は本発明の他の実施例を示す図、 第３図は本発明の原理説明図である。 1,10…発振器、2,11…バイアスティー 3,12…DFB−LDまたはDBR−LD 4,5,13,14…レンズ 6,15…アイソレータ 7,16…光ファイバ 8,18…半導体レーザ増幅器 9,19…光ファイバ、17…光ファイバ増幅器 FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram explaining the principle of the present invention. 1,10 ... oscillator, 2,11 ... bias tee 3,12 ... DFB-LD or DBR-LD 4,5,13,14 ... lens 6,15 ... isolator 7,16 ... optical fiber 8,18 ... semiconductor laser amplifier 9,19 ... optical fiber, 17 ... optical fiber amplifier
Claims (2)
半導体レーザ増幅器と、前記光パルス発生部より発生し
た光パルスの波長において異常分散を有する単一モード
光ファイバを含むことを特徴とする超短光パルス発生装
置。An optical pulse generator using a semiconductor laser;
An ultrashort optical pulse generator, comprising: a semiconductor laser amplifier; and a single-mode optical fiber having anomalous dispersion in a wavelength of an optical pulse generated by the optical pulse generator.
光ファイバ増幅器と、半導体レーザ増幅器と、前記光パ
ルス発生部より発生した光パルスの波長において異常分
散を有する単一モード光ファイバを含むことを特徴とす
る超短光パルス発生装置。2. An optical pulse generator using a semiconductor laser,
An ultrashort optical pulse generator including an optical fiber amplifier, a semiconductor laser amplifier, and a single mode optical fiber having anomalous dispersion at a wavelength of an optical pulse generated by the optical pulse generator.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1271843A JP2752731B2 (en) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | Ultrashort light pulse generator |
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Publications (2)
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| JPH03135090A JPH03135090A (en) | 1991-06-10 |
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|---|---|---|---|---|
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1989
- 1989-10-20 JP JP1271843A patent/JP2752731B2/en not_active Expired - Fee Related
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