JPH0715062A - Mode synchronous laser - Google Patents

Mode synchronous laser

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JPH0715062A
JPH0715062A JP5156908A JP15690893A JPH0715062A JP H0715062 A JPH0715062 A JP H0715062A JP 5156908 A JP5156908 A JP 5156908A JP 15690893 A JP15690893 A JP 15690893A JP H0715062 A JPH0715062 A JP H0715062A
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optical path
light
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Hidehiko Takara
秀彦 高良
Satoki Kawanishi
悟基 川西
Masatoshi Saruwatari
正俊 猿渡
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a mode synchronous laser in which the oscillation wavelength can be varied without varying the repetitive frequency fm. CONSTITUTION:An optical modulation means 101, an optical amplifying means 102, an optical isolator 103, an optical branch means 104, and a wavelength/ optical path length varying means 107 are coupled in ring through an optical coupling means 105 thus constituting a mode synchronous ring laser. The wavelength/optical path length varying means 107 is constituted of a Fabry-Perot etalon filter, i.e., an etalon variable wavelength filter, comprising a liquid crystal or an electrooptic material encapsulated between two sheets of glass having transparent electrodes. Since the oscillation wavelength can be varied within the gain spectral width of an optical amplifying means without varying the repetitive frequency of output optical pulse series and the wavelength and optical path length can be varied electrically, controllability is enhanced while allowing miniaturization.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光計測等に使
用されるパルスレーザを発生するモード同期レーザ装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mode-locked laser device for generating a pulse laser used for optical communication, optical measurement and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、モード同期レーザ装置は、超短光
パルス(フェムト秒領域)発生や、トランスフォームリ
ミットな光パルス(時間バンド幅が最小となる光パル
ス)発生が可能である等の利点を有しており、特に波長
可変性を有するモード同期レーザ装置は、大容量、長距
離光通信や高速光計測等の応用に非常に有望であるた
め、これまで活発に研究開発が進められている(参考文
献 S.Kawanishi et al.:'100Gbit/s,50km optical tra
nsmission employing all-optical multi/demultiplexi
ng and PLC timing extraction',in Technical Digest
of OFC'93, No.PD2,1993,pp.13-16 )。
2. Description of the Related Art Conventional mode-locked laser devices are advantageous in that they are capable of generating ultrashort optical pulses (femtosecond range) and transform-limited optical pulses (optical pulses with a minimum time bandwidth). In particular, the mode-locked laser device having wavelength tunability is very promising for applications such as large-capacity, long-distance optical communication and high-speed optical measurement. (Reference S. Kawawanishi et al .: '100Gbit / s, 50km optical tra
nsmission employing all-optical multi / demultiplexi
ng and PLC timing extraction ', in Technical Digest
of OFC'93, No.PD2,1993, pp.13-16).

【0003】図2は従来の波長可変モード同期レーザ装
置の一例を示す構成図である(参考文献 R.P.Davey et
al.:'High-speed mode-locked, tunable, integrated
Erbium fiber laser', Electron. Lett., 1992,28,pp.4
82-484)。図において、101は光の損失あるいは位相を
所定の周波数で変調する光変調手段、106 は光変調手段
101 の駆動電源、102 は光変調手段101 によって変調さ
れた光パルスを増幅する光増幅手段、103 は光パルスの
進行方向を規定し反射戻り光を遮断する光アイソレー
タ、104 は増幅された光パルスを外部に取り出す光分岐
手段、105 は上記各デバイスを光学的に結合する光結合
手段、108 は透過波長を光増幅手段102 の利得スペクト
ル幅内で変化させる波長可変手段である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a conventional tunable mode-locked laser device (reference document RPDavey et.
al.:'High-speed mode-locked, tunable, integrated
Erbium fiber laser ', Electron. Lett., 1992,28, pp.4
82-484). In the figure, 101 is a light modulating means for modulating the loss or phase of light at a predetermined frequency, and 106 is a light modulating means.
101 is a drive power source, 102 is an optical amplifying means for amplifying the optical pulse modulated by the optical modulating means 101, 103 is an optical isolator for defining the traveling direction of the optical pulse and blocking reflected return light, 104 is the amplified optical pulse , 105 is an optical coupling means for optically coupling the above devices, and 108 is a wavelength tunable means for changing the transmission wavelength within the gain spectrum width of the optical amplification means 102.

【0004】光変調手段101 としては、主としてLiN
bO3 等の電気光学効果を利用した変調器や半導体を用
いたLD増幅器や電界吸収型変調器等が用いられる。
The light modulation means 101 is mainly LiN.
A modulator using an electro-optic effect such as bO 3 or an LD amplifier using a semiconductor or an electroabsorption modulator is used.

【0005】光増幅手段102 としては、主にEr やNd
等の希土類を添加した周知の希土類ドープ光ファイバ増
幅器や半導体レーザ増幅器が主として用いられる。
The optical amplifying means 102 is mainly Er or Nd.
Well-known rare earth-doped optical fiber amplifiers and semiconductor laser amplifiers to which rare earths such as are added are mainly used.

【0006】図3の (a)乃至 (c)は希土類ドープ光ファ
イバ増幅器を示した構成図であり、(a)(b)(c) はそれぞ
れ後方励起、前方励起、双方向励起の場合を示してい
る。図3において、501 は希土類ドープ光ファイバ(以
下、RDFと称する)、502 はRDFを励起する励起光
源、503 は励起光源502 からの励起光と光パルスを合波
してRDF501 に入射する波長合波器である。
3A to 3C are configuration diagrams showing a rare earth-doped optical fiber amplifier, and FIGS. 3A to 3C show backward pumping, forward pumping, and bidirectional pumping, respectively. Shows. In FIG. 3, 501 is a rare-earth-doped optical fiber (hereinafter, referred to as RDF), 502 is a pumping light source that pumps RDF, 503 is a wavelength mixture that combines the pumping light from the pumping light source 502 and an optical pulse, and enters the RDF 501. It is a wave instrument.

【0007】図4は半導体レーザ増幅器を示した構成図
であり、図中、601 は半導体レーザ増幅器(以下、LD
増幅器と称する)、602 はLD増幅器601 の励起電流源
である。
FIG. 4 is a block diagram showing a semiconductor laser amplifier, in which 601 is a semiconductor laser amplifier (hereinafter referred to as an LD).
602 is an excitation current source of the LD amplifier 601.

【0008】光結合手段105 としては、光ファイバや、
平面基板に形成されたチャネル型光導波路(参考文献
Y.Hibino et al.:'Silica-based optical waveguide ri
ng laser integrated with semiconductor laser ampli
fier on Si substrate', Electron. Lett., 1992, 28,
pp.1932-1933)が使用できる。
As the optical coupling means 105, an optical fiber,
Channel type optical waveguide formed on a flat substrate (references
Y. Hibino et al.:'Silica-based optical waveguide ri
ng laser integrated with semiconductor laser ampli
fier on Si substrate ', Electron. Lett., 1992, 28,
pp.1932-1933) can be used.

【0009】ここで、図5の(a)(b)を参照して、従来の
モード同期レーザの動作原理について説明する。図5の
(a) はモード同期で得られる代表的なスペクトル特性を
表す図であり、図5の(b)はその時間特性を示す図であ
る。図2において、光変調手段101 、光増幅手段102 、
光アイソレータ103 、光分岐手段104 、波長可変手段10
8 は光結合手段105 を介してリング状に結合され、リン
グ共振器が構成されている。ここで、リング共振器の光
路長Rは、リング共振器の各構成要素の物理長をLと
し、屈折率をnとすると、それぞれの屈折率niにそれ
ぞれの物理的な長さ(物理長)Liを乗算した値(それ
ぞれの光路長)の和となり、 R=Σnii …(1) 前記 (1)式によって表される。
The operating principle of the conventional mode-locked laser will be described with reference to FIGS. 5 (a) and 5 (b). Of FIG.
(a) is a figure showing the typical spectrum characteristic obtained by mode locking, and (b) of FIG. 5 is a figure which shows the time characteristic. In FIG. 2, an optical modulator 101, an optical amplifier 102,
Optical isolator 103, optical branching means 104, wavelength tunable means 10
8 are coupled in a ring shape via the optical coupling means 105 to form a ring resonator. Here, the optical path length R of the ring resonator, the physical length of the components of the ring resonator is L, and the refractive index is n, each of the physical length to the respective refractive index n i (physical length ) L i is the sum of the values (the respective optical path lengths), and R = Σn i L i (1) It is represented by the above equation (1).

【0010】さらに、リング共振器では、次式で与えら
れる周波数間隔をもつ多数の縦モード(fr=c/R:
cは光速度)が存在する。ここで、リング共振器内の光
変調手段101 で縦モード周波数間隔と同じ繰り返し周波
数fm の光変調を加えると、周波数fm は、 fm =fr =c/R …(2) 前記 (2)式によって表される。
Furthermore, in the ring resonator, a large number of longitudinal modes (fr = c / R:
c is the speed of light). Here, when optical modulation of the same repetition frequency fm as the longitudinal mode frequency interval is applied by the optical modulation means 101 in the ring resonator, the frequency fm is fm = fr = c / R (2) according to the above equation (2). expressed.

【0011】この時、図5の(a) に示すように、周波数
間隔fr の全ての縦モードの位相が揃うモード同期発振
状態となり、図5の(b) に示すように繰り返し周期1/
frの光パルス列が得られる。なお、パルス幅は、多数
の縦モードスペクトルの包絡線で定まる発振スペクトル
幅δνの逆数に対応し、このスペクトル包絡線の中心が
中心波長(周波数ν0 )となる。また、周波数fm が周
波数fr の整数倍の場合は、次の (3)式に示す高調波の
モード同期条件 fm =N・fr =N・c/R …(3) が成立し、繰り返し周期1/(N・fr )の光パルス列
が得られる。ここでNは自然数である。
At this time, as shown in FIG. 5 (a), a mode-locked oscillation state in which the phases of all longitudinal modes of the frequency interval fr are aligned becomes, and as shown in FIG. 5 (b), the repetition period 1 /
An optical pulse train of fr is obtained. The pulse width corresponds to the reciprocal of the oscillation spectrum width Δν determined by the envelopes of many longitudinal mode spectra, and the center of this spectrum envelope is the central wavelength (frequency ν 0 ). When the frequency fm is an integral multiple of the frequency fr, the harmonic mode-locking condition fm = Nfr = Nc / R (3) shown in the following equation (3) is satisfied, and the repetition cycle 1 An optical pulse train of / (N · fr) is obtained. Here, N is a natural number.

【0012】一般に、このモード同期レーザ装置で用い
られる光増幅器102 の利得スペクトル幅(共振器一周の
利得が1以上となる波長帯域)はこの発振スペクトル幅
δνに比べて広くなる。例えば、Erドープファイバ増
幅器を用いた場合、発振スペクトル幅δνが1.5 μm 帯
で100GHz程度(波長にすると約1nm )となるのに対し
て、利得スペクトル幅は2THz以上(波長にすると約20nm
以上)となる。この光増幅手段102 が有する広帯域の利
得スペクトル幅内の任意の波長で発振を可能とするため
に、波長可変手段108 が用いられる。
Generally, the gain spectrum width of the optical amplifier 102 used in this mode-locked laser device (wavelength band in which the gain of one round of the resonator is 1 or more) is wider than this oscillation spectrum width δν. For example, when an Er-doped fiber amplifier is used, the oscillation spectrum width δν is about 100 GHz (about 1 nm at wavelength) in the 1.5 μm band, while the gain spectrum width is 2 THz or more (about 20 nm at wavelength).
And above). The wavelength tunable means 108 is used to enable oscillation at any wavelength within the gain spectrum width of the wide band of the optical amplification means 102.

【0013】この波長可変手段108 としては、従来、図
4に示すような誘電体多層膜からなる光学バンドパスフ
ィルタが用いられている。図中、401 が誘電体多層膜フ
ィルタであり、402 は光学レンズ、θは光の進行方向に
垂直な面と誘電体多層膜フィルタ401 とのなす角度であ
る。この誘電体多層膜フィルタ401 への入射角度θを変
化させると、透過ピーク波長λpが変化する。一般にバ
ンド幅0.5 〜3nm 、可変波長幅50nm程度が可能である。
従って、モード同期レーザ装置においてこの波長可変手
段108 を用いることにより、発振波長を透過ピーク波長
λpに設定することができ、光増幅手段102 の利得スペ
クトル幅内で発振波長を変化させることができる。
As the wavelength varying means 108, an optical bandpass filter made of a dielectric multilayer film as shown in FIG. 4 has been conventionally used. In the figure, 401 is a dielectric multilayer filter, 402 is an optical lens, and θ is an angle formed by a plane perpendicular to the traveling direction of light and the dielectric multilayer filter 401. When the incident angle θ on the dielectric multilayer filter 401 is changed, the transmission peak wavelength λp changes. Generally, a bandwidth of 0.5 to 3 nm and a variable wavelength width of about 50 nm are possible.
Therefore, by using the wavelength varying means 108 in the mode-locked laser device, the oscillation wavelength can be set to the transmission peak wavelength λp, and the oscillation wavelength can be changed within the gain spectrum width of the optical amplifying means 102.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のモード
同期レーザ装置においては、波長可変手段108 により発
振波長を選択することができるが、各発振波長におい
て、前記 (2)式又は (3)式のモード同期条件を満足しな
ければならない。また、発振波長が変化すると、共振器
の屈折率nの波長分散によって光路長Rが変化してしま
う。これにより縦モード周波数間隔fr が変化するた
め、光変調器の繰り返し周波数fm と一致しなくなり、
モード同期条件からずれてしまう。このため、前述した
従来の装置では、駆動電源106 によって、繰り返し周波
数fm を縦モード周波数間隔fr と一致するように調整
することによりモード同期条件を達成していた。
In the above-mentioned conventional mode-locked laser device, the oscillation wavelength can be selected by the wavelength tunable means 108. However, at each oscillation wavelength, the equation (2) or (3) is used. Must satisfy the mode synchronization conditions of. Also, when the oscillation wavelength changes, the optical path length R changes due to wavelength dispersion of the refractive index n of the resonator. As a result, the longitudinal mode frequency interval fr changes, so that it does not match the repetition frequency fm of the optical modulator,
It deviates from the mode synchronization condition. Therefore, in the above-described conventional device, the mode-locking condition is achieved by adjusting the repetition frequency fm by the drive power supply 106 so as to match the longitudinal mode frequency interval fr.

【0015】しかしながら繰り返し周波数fm が変化す
ると、発生光パルスの繰り返し周波数が変化し、外部と
の同期がとれなくなるため、所望の繰り返し周波数を必
要とする上記の光通信や光計測等への適用が困難である
という欠点があった。
However, when the repetitive frequency fm changes, the repetitive frequency of the generated optical pulse changes, and it becomes impossible to synchronize with the outside. Therefore, it is applicable to the above-mentioned optical communication and optical measurement which require a desired repetitive frequency. It had the drawback of being difficult.

【0016】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたものであり、繰り返し周波数fm を変化さ
せることなく発振波長を変化させることができるモード
同期レーザ装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object thereof is to provide a mode-locked laser device capable of changing the oscillation wavelength without changing the repetition frequency fm. And

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、請求項1記載のモード同期レーザ装置
は、光の損失あるいは位相を所定の周波数で変調する光
変調手段と、変調された光パルスを増幅する光増幅手段
と、前記光パルスを外部に取り出す光分岐手段と、前記
各手段を互いに光学的に結合してリング型共振器を形成
する光結合手段とを備えたリング型のモード同期レーザ
装置において、レーザ発振波長の変化に合せて透過波長
を変化させ、かつ、発振波長の変化に対して共振器の全
光路長が変化しないように光路長を同時に変化する波長
・光路長変化手段を一つ以上備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a mode-locked laser device according to claim 1, wherein the mode-locked laser device modulates a loss or a phase of light at a predetermined frequency, and a modulator. A ring including an optical amplification means for amplifying the generated optical pulse, an optical branching means for extracting the optical pulse to the outside, and an optical coupling means for optically coupling the respective means with each other to form a ring resonator. Type mode-locked laser device, the transmission wavelength is changed according to the change of the laser oscillation wavelength, and the optical path length is changed at the same time so that the total optical path length of the resonator does not change with the change of the oscillation wavelength. One or more optical path length changing means are provided.

【0018】また、請求項2記載のモード同期レーザ装
置は、光の損失あるいは位相を所定の周波数で変調する
光変調手段と、変調された光パルスを増幅する光増幅手
段と、入射の大部分を反射させる2つの光反射手段と、
前記2つの光反射手段を両端に配置しその間に前記光変
調手段および光増幅手段を配置して光学的に結合してフ
ァブリ・ペロ型共振器を形成する光結合手段とを備えた
ファブリ・ペロ型モード同期レーザ装置において、レー
ザ発振波長の変化に合せて透過波長を変化させ、かつ、
発振波長の変化に対して共振器の全光路長が変化しない
ように光路長を同時に変化する波長・光路長変化手段を
一つ以上備えたことを特徴とする。
The mode-locked laser device according to a second aspect of the present invention includes an optical modulator that modulates the loss or phase of light at a predetermined frequency, an optical amplifier that amplifies the modulated optical pulse, and most of the incident light. Two light reflecting means for reflecting
A Fabry-Perot comprising: two Fabry-Perot type resonators which are arranged at both ends of the Fabry-Perot type resonator and optically couple with the optical modulator and the optical amplifier. In the type mode-locked laser device, the transmission wavelength is changed according to the change of the laser oscillation wavelength, and
One or more wavelength / optical path length changing means for simultaneously changing the optical path length is provided so that the total optical path length of the resonator does not change with respect to the change of the oscillation wavelength.

【0019】[0019]

【作用】本発明の請求項1によれば、リング型共振器内
に透過波長および光路長が同時に変化する波長・光路長
変化手段を備えたことで、繰り返し周波数を変化させる
ことなくリング型のモード同期レーザ装置の発振波長を
光増幅手段の利得スペクトル幅内で変化させることがで
きる。
According to the first aspect of the present invention, the ring resonator is provided with the wavelength / optical path length changing means for changing the transmission wavelength and the optical path length at the same time. The oscillation wavelength of the mode-locked laser device can be changed within the gain spectrum width of the optical amplification means.

【0020】また、請求項2によれば、ファブリ・ペロ
型共振器内に透過波長および光路長が同時に変化する波
長・光路長変化手段を備えたことで、繰り返し周波数を
変化させることなくファブリ・ペロ型のモード同期レー
ザ装置の発振波長を光増幅手段の利得スペクトル幅内で
変化させることができる。
According to a second aspect of the present invention, the Fabry-Perot resonator is provided with the wavelength / optical path length changing means for changing the transmission wavelength and the optical path length at the same time. The oscillation wavelength of the Pero type mode-locked laser device can be changed within the gain spectrum width of the optical amplification means.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。図1は本発明の第1の実施例であるリング型の
波長可変モード同期光ファイバレーザ装置を示す構成図
である。図において、前述した従来例と同一構成部分は
同一符号をもって表しその説明を省略する。また、従来
例と第1の実施例との相違点は、従来例における波長可
変手段108 に代えて波長・光路長変化手段107 を備えた
点にある。即ち、図1において、101 〜106 は、それぞ
れ従来例と同様に、光変調手段、光増幅手段、光アイソ
レータ、光分岐手段、光結合手段および光変調手段の駆
動電源である。107 は透過波長および光路長を同時に変
化することができる波長・光路長変化手段である。この
波長・光路長変化手段107 としては、具体的には、例え
ば液晶や電気光学材料(LiNbO3 等)を用いたエタ
ロン型波長可変フィルタを使用することができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a ring type wavelength tunable mode-locked optical fiber laser device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those of the above-described conventional example are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Further, the difference between the conventional example and the first embodiment is that a wavelength / optical path length changing means 107 is provided in place of the wavelength varying means 108 in the conventional example. That is, in FIG. 1, 101 to 106 are drive power sources for the optical modulating means, the optical amplifying means, the optical isolator, the optical branching means, the optical coupling means, and the optical modulating means, as in the conventional example. 107 is a wavelength / optical path length changing means capable of changing the transmission wavelength and the optical path length at the same time. As the wavelength / optical path length changing means 107, specifically, for example, an etalon type wavelength tunable filter using a liquid crystal or an electro-optical material (LiNbO 3 etc.) can be used.

【0022】まず、図7に基づいてこのエタロン型波長
可変フィルタについて説明する。
First, the etalon type wavelength tunable filter will be described with reference to FIG.

【0023】図7はエタロン型波長可変フィルタの一例
を示す構成図である(参考文献 平林 他、「600 チャ
ンネル選択可能な液晶可変波長フィルタ」、1992年電子
情報通信学会秋期大会講演論文集、C-246 )。図7にお
いて、201 は液晶または電気光学材料、202 はミラー、
203 は透明電極、204 はガラス板である。このエタロン
型波長可変フィルタは、液晶または電気光学材料201 を
ミラー202 および透明電極203 を有した2枚のガラス板
204 間に封入したファブリ・ペロ・エタロン型の光フィ
ルタである。このファブリ・ペロ・エタロン型光フィル
タの透過ピーク波長λpは、2枚のミラー202 間の光学
的な長さ(=物理長×屈折率)により決定され、次の
(4)式で表される。 λp=2n’L’/m …(4) ここで、n’、L’はそれぞれ液晶または電気光学材料
201 の屈折率および物理長であり、mは自然数である。
また、2枚のミラー202 による光線の位相シフトは無い
と仮定した。
FIG. 7 is a block diagram showing an example of an etalon type wavelength tunable filter (reference document: Hirabayashi et al., “600 Channel Selectable Liquid Crystal Tunable Wavelength Filter”, Proc. -246). In FIG. 7, 201 is a liquid crystal or electro-optical material, 202 is a mirror,
203 is a transparent electrode and 204 is a glass plate. This etalon-type wavelength tunable filter is composed of two glass plates having a liquid crystal or electro-optic material 201, a mirror 202 and a transparent electrode 203.
It is a Fabry-Perot-Etalon type optical filter enclosed between 204. The transmission peak wavelength λp of this Fabry-Perot etalon type optical filter is determined by the optical length (= physical length × refractive index) between the two mirrors 202, and
It is expressed by equation (4). λp = 2n'L '/ m (4) where n'and L'are liquid crystal or electro-optic material, respectively.
It is the refractive index and physical length of 201, and m is a natural number.
Further, it is assumed that there is no phase shift of the light beam due to the two mirrors 202.

【0024】エタロン型波長可変フィルタの場合、透明
電極203 により液晶または電気光学材料201 に電圧Vを
印加することにより屈折率n’を変化させることができ
るため、図6に示すように電圧Vに対応してファブリ・
ペロ・エタロン型光フィルタの透過ピーク波長λpを変
化させることができる。代表的なバンド幅および可変波
長幅はそれぞれ0.1 〜3nm 程度、140nm 程度であり、光
増幅手段102 としてRDF増幅器やLD増幅器を使用す
る場合、利得スペクトル幅内の任意の波長を選択するこ
とができる。
In the case of the etalon type wavelength tunable filter, the refractive index n'can be changed by applying the voltage V to the liquid crystal or the electro-optical material 201 by the transparent electrode 203, so that the voltage V can be changed to the voltage V as shown in FIG. In response Fabry
The transmission peak wavelength λp of the Pero-etalon type optical filter can be changed. Typical band widths and variable wavelength widths are about 0.1 to 3 nm and about 140 nm, respectively. When an RDF amplifier or LD amplifier is used as the optical amplification means 102, any wavelength within the gain spectrum width can be selected. .

【0025】次に、第1の実施例の動作を図1を参照し
て説明する。繰り返し周波数fm を固定して発振波長を
変化させる場合、モード同期条件を満足するためには、
波長変化に対して前記 (2)式または (3)式の分母である
共振器の光路長Rを一定としなければならない。本実施
例では、図1に示したように共振器内に波長・光路長変
化手段107 を配置することにより、光路長R=一定の条
件を満足することができる。
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIG. When the repetition frequency fm is fixed and the oscillation wavelength is changed, in order to satisfy the mode-locking condition,
The optical path length R of the resonator, which is the denominator of the equation (2) or (3), must be constant with respect to the wavelength change. In the present embodiment, the optical path length R = constant condition can be satisfied by disposing the wavelength / optical path length changing means 107 in the resonator as shown in FIG.

【0026】即ち、波長・光路長可変手段107 の物理長
および屈折率をL1 、n1 とし、それ以外の共振器の物
理長および屈折率をL0 、n0 とすると、R=一定の条
件は次の (5)式に書き換えられる。 R=n0 ・L0 +n1 ・L1 =一定 …(5) ここで波長・光路長変化手段107 として前述のエタロン
型波長可変フィルタを用いると、 (4)式よりn1 ・L1
=mλ/2であるから、 (5)式は次の (6)式 R=n0 ・L0 +mλ/2=一定 …(6) のように書き換えられる。
That is, if the physical length and refractive index of the wavelength / optical path length varying means 107 are L 1 and n 1, and the physical lengths and refractive indexes of the other resonators are L 0 and n 0 , R = constant. The condition can be rewritten as Eq. (5) below. R = n 0 · L 0 + n 1 · L 1 = constant (5) If the etalon type wavelength tunable filter described above is used as the wavelength / optical path length changing means 107, n 1 · L 1 is obtained from the equation (4).
= Mλ / 2, the formula (5) can be rewritten as the following formula (6) R = n 0 · L 0 + mλ / 2 = constant (6).

【0027】さらに、前記 (6)式の両辺を波長λで微分
し、物理長L0 が波長によって変化しない(dL0 /d
λ=0)ことを考慮すると次の (7)式が導かれる。 −m/(2L0 )=dn0 /dλ …(7) (7)式は、図1に示した波長・光路長変化手段107 とし
てエタロン型波長可変フィルタを用いて、かつ−m/
(2L0 )の値を波長・光路長変化手段107 以外の共振
器の屈折率n0 の波長分散dn0 /dλと一致させれ
ば、波長変化に対して自動的にモード同期条件が成立す
ることを意味している。
Further, both sides of the equation (6) are differentiated by the wavelength λ, and the physical length L 0 does not change depending on the wavelength (dL 0 / d
Considering that λ = 0), the following equation (7) is derived. -M / (2L 0 ) = dn 0 / dλ (7) The formula (7) uses the etalon type wavelength tunable filter as the wavelength / optical path length changing means 107 shown in FIG.
If the value of (2L 0 ) is matched with the chromatic dispersion dn 0 / dλ of the refractive index n 0 of the resonator other than the wavelength / optical path length changing means 107, the mode locking condition is automatically established with respect to the wavelength change. It means that.

【0028】つまり (7)式の条件が満たされれば、エタ
ロン型波長可変フィルタの透過波長を変化させるだけ
で、光変調器の繰り返し周波数fm を変化させずに波長
可変のモード同期発振を達成させることができる。例え
ば、m=200 のエタロン型波長可変フィルタを用い、共
振器の屈折率の波長分散の値を通常の石英光導波路の値
(dn0 /dλ= -1 ×104 (m-1))とし、光増幅手
段および光変調手段としてLD増幅器を用いて光路長L
0 を0.01(m)に設定すると、 (7)式が成り立ち波長可
変のモード同期発振が可能となる。また、共振器の大部
分に波長分散が通常の1/100 程度と小さい分散フラット
ファイバ(参考文献 L.G.Cohen et al.,"Low-loss qua
druple-clad single-mode lightguides with dispersio
n below 2ps/km-nm over the 1.28μm-1.65μm wavelen
gth range," Electron. Lett., vol. 18, pp. 1023-102
4, Nov.1982 )を使用すると、m=200 とした場合、光
路長L0 は1(m)程度となり光増幅手段としてRDF
も使用可能である。
That is, if the condition of the expression (7) is satisfied, the repetition frequency fm of the optical modulator is changed by simply changing the transmission wavelength of the etalon type wavelength tunable filter. It is possible to achieve wavelength-tunable mode-locked oscillation without changing the wavelength. For example, using an etalon-type wavelength tunable filter with m = 200, the wavelength dispersion value of the refractive index of the resonator is set to the value of a normal quartz optical waveguide (dn 0 / dλ = -1 × 10 4 (m -1 )). , An optical path length L using an LD amplifier as the optical amplification means and the optical modulation means
When 0 is set to 0.01 (m), equation (7) holds and tunable mode-locked oscillation becomes possible. In addition, most of the resonators have a dispersion flat fiber whose chromatic dispersion is as small as about 1/100 of that of ordinary resonators (Ref. LG Cohen et al., "Low-loss qua
druple-clad single-mode lightguides with dispersio
n below 2ps / km-nm over the 1.28 μm-1.65 μm wavelen
gth range, "Electron. Lett., vol. 18, pp. 1023-102
4, Nov. 1982), when m = 200, the optical path length L 0 is about 1 (m) and RDF is used as an optical amplifying means.
Can also be used.

【0029】さらに、この液晶または電気光学材料201
を用いた方法は、電圧Vにより屈折率n1 を変化させる
ことができるため制御性に優れている。また、機械的な
可動部分が無いため光遅延手段の小型化や、その他の構
成要素との集積化も可能であり、装置の小型化に適して
いる。
Further, this liquid crystal or electro-optical material 201
The method using is excellent in controllability because the refractive index n 1 can be changed by the voltage V. Further, since there is no mechanically movable part, the optical delay means can be downsized and integrated with other components, which is suitable for downsizing of the device.

【0030】次に、本発明の第2の実施例を説明する。
図7は本発明の第2の実施例であるファブリ・ペロ型の
波長可変モード同期光ファイバレーザ装置を示す構成図
である。図において、前述した第1の実施例と同一構成
部分は同一符号をもって表す。即ち101 、102 、105 、
106 および107はそれぞれ、光変調手段、光増幅手段、
光結合手段、光変調手段の駆動電源および波長・光路長
変化手段であり、それぞれの詳細構成は前述した第1の
実施例と同様である。また、301 は光反射手段である。
第2の実施例においては、光変調手段101 、光増幅手段
102 及び波長・光路長変化手段107 は2つの光反射手段
301 の間に光結合手段105 によって結合され、ファブリ
・ペロ型の波長可変モード同期光ファイバレーザ装置が
構成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a Fabry-Perot type wavelength tunable mode-locked optical fiber laser device according to a second embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those of the first embodiment described above are represented by the same reference numerals. That is, 101, 102, 105,
106 and 107 are optical modulation means, optical amplification means, and
The optical coupling means, the drive power source for the optical modulation means, and the wavelength / optical path length changing means have the same detailed configurations as those in the first embodiment. Further, 301 is a light reflecting means.
In the second embodiment, the optical modulation means 101, the optical amplification means
102 and wavelength / optical path length changing means 107 are two light reflecting means.
A Fabry-Perot type tunable mode-locked optical fiber laser device is constructed by coupling the optical coupling means 105 between 301.

【0031】即ち、第2の実施例は共振器構成がファブ
リ・ペロ型であること以外は第1の実施例と同じであ
り、第1の実施例と同様な原理により発振波長を変化さ
せることが可能である。
That is, the second embodiment is the same as the first embodiment except that the resonator configuration is the Fabry-Perot type, and the oscillation wavelength is changed according to the same principle as the first embodiment. Is possible.

【0032】従って、波長・光路長変化手段107 として
前述した液晶や電気光学材料(LiNbO3 等)を用い
たエタロン型波長可変フィルタを使用すれば、印加電圧
Vにより屈折率n1 を変化させることができるため制御
性に優れ、さらに機械的な可動部分が無いため光遅延手
段の小型化や、その他の構成要素との集積化も可能であ
り、装置の小型化に適している。
Therefore, if the etalon type wavelength tunable filter using liquid crystal or electro-optical material (LiNbO 3 etc.) described above is used as the wavelength / optical path length changing means 107, the refractive index n 1 can be changed by the applied voltage V. Therefore, the controllability is excellent, and since there is no mechanically movable part, the optical delay means can be downsized and integrated with other components, which is suitable for downsizing of the device.

【0033】尚、第1及び第2の実施例では、波長・光
路長変化手段107としてエタロン型波長可変フィルタを
用いたが、これに限定されないことは言うまでもないこ
とである。
In the first and second embodiments, the etalon type wavelength tunable filter is used as the wavelength / optical path length changing means 107, but it goes without saying that it is not limited to this.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
又は請求項2のモード同期レーザ装置によれば、光変調
器の繰り返し周波数、即ち出力光パルス列の繰り返し周
波数を変化させることなくモード同期レーザ装置の発振
波長を光増幅手段の利得スペクトル幅内で変化させるこ
とができる。さらに、液晶または電気光学材料を用いて
波長・光路長変化手段を構成できるので、電気的に波長
および光路長を変化させることができるため、制御性に
優れており、装置の小型化にも適している。
As described above, according to the first aspect of the present invention.
Alternatively, according to the mode-locked laser device of claim 2, the oscillation wavelength of the mode-locked laser device is changed within the gain spectrum width of the optical amplification means without changing the repetition frequency of the optical modulator, that is, the repetition frequency of the output optical pulse train. Can be made. Furthermore, since the wavelength / optical path length changing means can be configured using liquid crystal or an electro-optical material, the wavelength and the optical path length can be electrically changed, so that it has excellent controllability and is suitable for downsizing of the device. ing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明の実施例1であるリング型の波長
可変モード同期光ファイバレーザ装置を示す構成図
FIG. 1 is a configuration diagram showing a ring type wavelength tunable mode-locked optical fiber laser device which is Embodiment 1 of the present invention.

【図2】従来例の波長可変モード同期光ファイバレーザ
装置を示す構成図
FIG. 2 is a block diagram showing a conventional wavelength tunable mode-locked optical fiber laser device.

【図3】希土類ドープ光ファイバ増幅器の一例を示す構
成図
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a rare earth-doped optical fiber amplifier.

【図4】半導体レーザ増幅器の一例を示す構成図FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of a semiconductor laser amplifier.

【図5】従来例の動作原理を説明する図FIG. 5 is a diagram for explaining the operation principle of a conventional example.

【図6】従来例における波長可変手段の一例を示す構成
FIG. 6 is a configuration diagram showing an example of a wavelength variable unit in a conventional example.

【図7】第1の実施例におけるエタロン型波長可変フィ
ルタの一例を示す構成図
FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of an etalon type wavelength tunable filter according to a first embodiment.

【図8】第1の実施例におけるエタロン型波長可変フィ
ルタの波長可変特性を示す図
FIG. 8 is a diagram showing wavelength tunable characteristics of the etalon type tunable filter in the first embodiment.

【図9】本発明の第2の実施例を示す構成図FIG. 9 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 …光変調手段、102 …光増幅手段、103 …光アイソ
レータ、104 …光分岐手段、105 …光結合手段、106 …
駆動電源、107 …波長・光路長変化手段、201…液晶
(または電気光学材料)、202 …ミラー、203 …透明電
極、204 …ガラス板、301 …光反射手段、401 …誘電体
多層膜フィルタ、402 …光学レンズ、501…希土類ドー
プ光ファイバ(RDF)、502 …励起光源、503 …波長
合波器、601 …LD増幅器、602 …励起電流源。
101 ... Optical modulation means, 102 ... Optical amplification means, 103 ... Optical isolator, 104 ... Optical branching means, 105 ... Optical coupling means, 106 ...
Driving power source, 107 ... Wavelength / optical path length changing means, 201 ... Liquid crystal (or electro-optical material), 202 ... Mirror, 203 ... Transparent electrode, 204 ... Glass plate, 301 ... Light reflecting means, 401 ... Dielectric multilayer film filter, 402 ... Optical lens, 501 ... Rare earth doped optical fiber (RDF), 502 ... Excitation light source, 503 ... Wavelength multiplexer, 601 ... LD amplifier, 602 ... Excitation current source.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光の損失あるいは位相を所定の周波数で
変調する光変調手段と、変調された光パルスを増幅する
光増幅手段と、前記光パルスを外部に取り出す光分岐手
段と、前記各手段を互いに光学的に結合してリング型共
振器を形成する光結合手段とを備えたリング型のモード
同期レーザ装置において、 レーザ発振波長の変化に合せて透過波長を変化させ、か
つ、発振波長の変化に対して共振器の全光路長が変化し
ないように光路長を同時に変化する波長・光路長変化手
段を一つ以上備えた、 ことを特徴とするモード同期レーザ装置。
1. A light modulating means for modulating the loss or phase of light at a predetermined frequency, a light amplifying means for amplifying the modulated light pulse, a light branching means for taking out the light pulse to the outside, and each of the means. In a ring-type mode-locked laser device including an optical coupling means that optically couples each other to form a ring-type resonator, the transmission wavelength is changed in accordance with the change in the laser oscillation wavelength, and the oscillation wavelength A mode-locked laser device comprising one or more wavelength / optical path length changing means for simultaneously changing the optical path length so that the total optical path length of the resonator does not change with respect to the change.
【請求項2】 光の損失あるいは位相を所定の周波数で
変調する光変調手段と、変調された光パルスを増幅する
光増幅手段と、入射の大部分を反射させる2つの光反射
手段と、前記2つの光反射手段を両端に配置しその間に
前記光変調手段および光増幅手段を配置して光学的に結
合してファブリ・ペロ型共振器を形成する光結合手段と
を備えたファブリ・ペロ型のモード同期レーザ装置にお
いて、 レーザ発振波長の変化に合せて透過波長を変化させ、か
つ、発振波長の変化に対して共振器の全光路長が変化し
ないように光路長を同時に変化する波長・光路長変化手
段を一つ以上備えた、 ことを特徴とするモード同期レーザ装置。
2. A light modulating means for modulating a loss or phase of light at a predetermined frequency, a light amplifying means for amplifying a modulated light pulse, and two light reflecting means for reflecting most of incident light, Fabry-Perot type having two optical reflection means arranged at both ends, and the optical modulation means and the optical amplification means arranged between them to optically couple to form a Fabry-Perot type resonator. In the mode-locked laser device, the wavelength and the optical path that change the transmission wavelength according to the change of the laser oscillation wavelength and change the optical path length at the same time so that the total optical path length of the resonator does not change with the change of the oscillation wavelength. A mode-locked laser device comprising one or more length changing means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1220389A1 (en) * 2001-09-07 2002-07-03 Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) Optical path length variation for laser influencing
USRE39180E1 (en) 1996-01-16 2006-07-11 Colassi Gary J Treadmill belt support deck
JP2012080013A (en) * 2010-10-05 2012-04-19 Canon Inc Light source device and imaging apparatus using same
JP2019106488A (en) * 2017-12-13 2019-06-27 日本電信電話株式会社 Wavelength sweeping light source
JP2019114720A (en) * 2017-12-25 2019-07-11 日本電信電話株式会社 Wavelength sweeping light source

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