JPH0754389B2 - Optical pulse train generation method and device - Google Patents
Optical pulse train generation method and deviceInfo
- Publication number
- JPH0754389B2 JPH0754389B2 JP18021088A JP18021088A JPH0754389B2 JP H0754389 B2 JPH0754389 B2 JP H0754389B2 JP 18021088 A JP18021088 A JP 18021088A JP 18021088 A JP18021088 A JP 18021088A JP H0754389 B2 JPH0754389 B2 JP H0754389B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- resonator
- pulse
- pulse train
- optical resonator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超高速光通信においてその光源となる超高速
光パルス列を発生させる方法および装置に関するもので
ある。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for generating an ultrafast optical pulse train which serves as a light source in ultrafast optical communication.
［従来の技術］ 従来、光パルスを発生させる方法としては、レーザー
のモード同期技術またはＱスイッチ技術の使用する方
法、周波数が時間的に変化する波を分散性媒質中に通
過する方法等が主であった。[Prior Art] Conventionally, as a method of generating an optical pulse, a method using a laser mode-locking technology or a Q-switch technology, a method of passing a wave whose frequency changes with time into a dispersive medium, and the like have been mainly used. Met.
のレーザーのモード同期技術について説明すると、ま
ずレーザー共振器内部にFMもしくはAM変調器を挿入し、
共振器の往復伝搬時間で決定される繰り返し周波数でレ
ーザー電場を変調する。この結果、レーザーの発振周波
数の縦モードが互いに引き込みを起こし、各モードが一
定の位相関係をもって発振する。この結果、レーザー媒
質の帯域で決定されるパルス幅をもつパルスが発生でき
る。Explaining the laser mode-locking technology, first insert an FM or AM modulator inside the laser resonator,
The laser electric field is modulated at a repetition frequency determined by the round-trip propagation time of the resonator. As a result, the longitudinal modes of the oscillation frequency of the laser attract each other, and the modes oscillate with a constant phase relationship. As a result, a pulse having a pulse width determined by the band of the laser medium can be generated.
この方法は今日においてもレーザー技術の最も重要なも
のであり、YAGレーザーにおいては繰り返し周波数100MH
zで100ps（100×10-12秒）程度、色素レーザーでは繰り
返し周波数50〜200MHzで0.1〜1ps程度のパルスを発生で
きる。レーザーのモード同期の理論に関しては、A.Yari
v著“光エレクトロニクスの基礎”丸善株式会社（多田
邦雄、神谷武志共訳）6.6章（P.120〜137）もしくは霜
田光一著“量子エレクトロニクス上巻”裳華房、第２章
（P.166〜199）に説明されている。また、色素レーザー
における光パルスの最近の報告としては、 M.Nakazawa,T.Nakashima,H.Kubota,and S.Seikai“65−
femto second pulse generation from a synchronously
pumped dye laser without a colliding−pulse mode
−locking technique"米国Optics Letters vol.12,No.9
P.681〜683（1987）がある。This method is still the most important laser technology today, with a YAG laser having a repetition frequency of 100 MHz.
Pulses of about 100 ps (100 × 10 -12 seconds) at z and 0.1 to 1 ps at a repetition frequency of 50 to 200 MHz can be generated by a dye laser. Regarding the theory of laser mode-locking, A. Yari
v Author "Fundamentals of Optoelectronics" Maruzen Co., Ltd. (Kunio Tada, Takeshi Kamiya) Chapter 6.6 (P.120-137) or Koichi Shimoda "Quantum Electronics First Volume" Sokabo, Chapter 2 (P.166-) 199). In addition, as a recent report of optical pulses in dye lasers, M. Nakazawa, T. Nakashima, H. Kubota, and S. Seikai “65-
femto second pulse generation from a synchronously
pumped dye laser without a colliding−pulse mode
-Locking technique "US Optics Letters vol.12, No.9
There are P.681 ~ 683 (1987).
モード同期技術は短パルスを発生させる方法としては大
変有効であり、大抵の場合にこの方法に依存していると
いってよい。しかし、高速繰り返しにはおのずと制限が
でてくる。これは、共振器の光の往復時間を用いている
ためであり（共振器長をＬ、光速をＣとすると往復時間
ＴはＴ＝2L/Cとなる）、Ｌ＝1mとすると、150MHzの繰り
返し周波数となる。これ以上に繰り返し周波数を増大さ
せるためには、共振器長Ｌを短くする必要があるが、共
振器長が短い半導体レーザーを用いたとしても、30GHz
〜100GHz程度が限界である。The mode-locking technique is very effective as a method for generating a short pulse, and it can be said that it depends on this method in most cases. However, there are naturally limits to high-speed repetition. This is because the round-trip time of light from the resonator is used (assuming that the length of the resonator is L and the speed of light is C, the round-trip time T is 2 L / C). It becomes a repetition frequency. In order to increase the repetition frequency more than this, it is necessary to shorten the cavity length L, but even if a semiconductor laser with a short cavity length is used,
The limit is about 100 GHz.
また、Ｑスイッチ法は共振器長とは無関係であるが、反
転分布のON−OFFを用いるため、高出力パルスは得られ
るものの、その繰り返し周波数は100KHz程度が限界であ
る。しかもまた、この方法ではレーザーの縦モードを制
御しないため、パルス幅を数10ns〜μｓと大きい。Further, although the Q-switch method has no relation to the resonator length, since ON-OFF of population inversion is used, a high output pulse can be obtained, but the repetition frequency is limited to about 100 KHz. Moreover, since the longitudinal mode of the laser is not controlled by this method, the pulse width is as large as several tens ns to μs.
以上に述べてきたモード周期法およびＱスイッチ法の構
成例を第７図および第８図に、それぞれ、示す。ここ
で、１および１′はレーザーミラー、２はレーザー媒質
である。第７図において、３はAMもしくはFMのモード同
期素子（モードロッカー）であって、超音波光偏向器で
構成できる。第８図において、４はＱスイッチ素子であ
り、やはり光偏向器を用いて構成でき、これによりレー
ザー共振器のＱ値を制御する。Configuration examples of the mode period method and the Q switch method described above are shown in FIGS. 7 and 8, respectively. Here, 1 and 1 ′ are laser mirrors, and 2 is a laser medium. In FIG. 7, 3 is an AM or FM mode locking element (mode rocker), which can be constituted by an ultrasonic optical deflector. In FIG. 8, reference numeral 4 denotes a Q switch element, which can also be constructed by using an optical deflector, and controls the Q value of the laser resonator by this.
次に、の方法を電気光学効果を用いて実現する方法を
第９図に示し、同じく光ファイバと回折格子対を用いて
実現する方法を第10図に示す。第９図においては、単一
周波数の連続波を入力波として用意し、その入力波をLi
Nbo3,LiTaO3等の周波数および位相変調が可能な光変調
器５に通すことにより、その入力波の周波数が時間的に
変化した波に変化させる。その波を分散性媒質６に通過
させることにより、パルス波を得ることができる。この
方法では任意の繰り返し周波数のパルスを形成できる利
点があるが、変調器の応答速度が電気的要因から100GHz
程度となってしまうため、それ以上の高速性は望めな
い。Next, FIG. 9 shows a method for realizing the above method by using the electro-optic effect, and FIG. 10 shows a method for similarly realizing the method by using an optical fiber and a diffraction grating pair. In Fig. 9, a continuous wave of a single frequency is prepared as the input wave, and the input wave is Li
By passing it through an optical modulator 5 capable of frequency and phase modulation such as Nbo 3 or LiTaO 3, the frequency of the input wave is changed to a wave that changes with time. A pulse wave can be obtained by passing the wave through the dispersive medium 6. This method has the advantage that pulses of arbitrary repetition frequency can be formed, but the response speed of the modulator is 100 GHz due to electrical factors.
However, it is not possible to expect any higher speed.
第10図の方法は、最近10フェムト秒（10×10-15秒）程
度のパルスを発生させる方法として有望視されている。
まず、高出力であり、かつパルス幅が比較的大きい入力
パルスを光ファイバ７に入射させる。この光ファイバ７
中の非線形効果の１つである自己位相変調効果と群速度
分散により、正にチャープしたパルスを作り出す。その
パルスを第９図の方法と同様の分散性媒質６（この場合
には２枚の回折格子6aと6bを平行に向い合わせて配置し
た装置）を通過させることにより、超短パルス化が可能
となる。しかし、この方法においても、繰り返し周波数
を1GHz以上にすることは、入力パルスがモード同期パル
スであるため難しい。The method shown in FIG. 10 has recently been considered as a promising method for generating a pulse of about 10 femtoseconds (10 × 10 −15 seconds).
First, an input pulse having a high output and a relatively large pulse width is made incident on the optical fiber 7. This optical fiber 7
A positively chirped pulse is created by the self-phase modulation effect and group velocity dispersion, which are one of the nonlinear effects. By passing the pulse through the dispersive medium 6 (in this case, two diffraction gratings 6a and 6b arranged in parallel) in the same manner as in the method shown in FIG. 9, ultrashort pulses can be obtained. Becomes However, even in this method, it is difficult to set the repetition frequency to 1 GHz or higher because the input pulse is a mode-locking pulse.
従来技術としては、前述した方法以外に、非線形性を用
いる方法として、光ソリトン発生法および共振器を有し
ない変調不安定性法がある。光ソリトンは光ファイバ中
での自己位相変調効果と負の群速度分散とが釣り合うこ
とによって発生し、1ps以下のパルスを比較的高い繰り
返し周波数で発生できる。変調不安定性（Modulational
Instability、以下ではMIと略す）は、高出力の連続波
を負の群速度分散に入射すると僅かな雑音が周期性をも
ってパルス化する現象であり、高繰り返し周波数のパル
スを発生できる。いずれもBell研究所のA.Hasegawaによ
って提案されている。しかし、MIについてはパルス化す
るものの、実験的にはその変調度が浅いため、パルスと
は言いがたいところがある。In addition to the method described above, the conventional techniques include an optical soliton generation method and a modulation instability method that does not have a resonator, as methods that use nonlinearity. The optical soliton is generated by the self-phase modulation effect in the optical fiber and the negative group velocity dispersion, and the pulse of 1 ps or less can be generated at a relatively high repetition frequency. Modulation instability
Instability (hereinafter abbreviated as MI) is a phenomenon in which a small amount of noise is pulsed with periodicity when a high-power continuous wave is incident on the negative group velocity dispersion, and a pulse with a high repetition frequency can be generated. Both are proposed by A. Hasegawa of Bell Laboratories. However, although MI is pulsed, it is difficult to call it a pulse because its modulation degree is experimentally shallow.
［発明が解決しようとする課題］ 以上概観してきたように、これまでに数多くの光パルス
発生法があるものの、1THz（1012Hz）の繰り返し周波数
をもつ光パルスを発生できる光パルス装置は実現してい
なかった。[Problems to be Solved by the Invention] As has been outlined above, although there are many optical pulse generation methods to date, an optical pulse device capable of generating an optical pulse having a repetition frequency of 1 THz (10 12 Hz) has been realized. I didn't.
そこで本発明の目的は、以上述べてきた光パルス列の高
繰り返し特性の上限をいっきょに100倍程度高めて、超
高速のパルス列を発生させる方法および装置を提供する
ことにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for generating an ultrahigh-speed pulse train by increasing the upper limit of the high repetition characteristic of the optical pulse train described above by about 100 times.
［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明方法は、自己
位相変調効果を誘起できる分散性媒質により光共振器を
構成し、光共振器に高出力の比較的パルス幅の広い光パ
ルスを入射せしめ、その光パルスの光共振器内での伝搬
時間を光パルスの繰り返し周期の整数倍に同期させるこ
とにより、分散性媒質中の変調不安定性により光パルス
を繰り返し周波数が数THzの超高速パルス列に変換し、
さらに光共振器の正帰還効果により超高速繰り返しパル
ス列を周期として、光パルス発振を行なうことを特徴と
する。[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, in the method of the present invention, an optical resonator is configured by a dispersive medium capable of inducing a self-phase modulation effect, and a high output comparison is performed for the optical resonator. By injecting an optical pulse with a wide dynamic pulse width and synchronizing the propagation time of the optical pulse in the optical resonator with an integer multiple of the repetition period of the optical pulse, the optical pulse is generated due to the modulation instability in the dispersive medium. Converted to a super high speed pulse train with a repetition frequency of several THz,
Further, it is characterized in that optical pulse oscillation is performed with a cycle of an ultrahigh-speed repetitive pulse train by the positive feedback effect of the optical resonator.
本発明方法の他の形態は、光パルスの代りに高出力の連
続光を用い、連続光と変調不安定性の周波数だけ周波数
シフトした第２の連続光とを同時に光共振器に入射さ
せ、その入射光の光共振器内での伝搬時間を変調不安定
性によって生ずる光パルス列の周期の整数倍に同期させ
ることにより、光共振器内に定常的に超高速光パルス列
を発生させることを特徴とする。In another embodiment of the method of the present invention, continuous light of high output is used instead of the optical pulse, and continuous light and second continuous light frequency-shifted by the frequency of modulation instability are simultaneously incident on the optical resonator, It is characterized in that an ultrafast optical pulse train is constantly generated in the optical resonator by synchronizing the propagation time of the incident light in the optical resonator with an integer multiple of the period of the optical pulse train caused by modulation instability. .
本発明装置は、高出力の比較的パルス幅の広い光パルス
を発生する励起光源と、自己位相変調効果を誘起できる
分散性媒質により構成した光共振器と、励起光源からの
光パルスを光共振器に入射させると共に、光共振器から
光パルス列を出力する手段と、光共振器の途中に配置さ
れ、光共振器の共振器長を可変となし、それにより、光
パルスの光共振器内での伝搬時間を光パルスの繰り返し
周期の整数倍に同期させる手段とを具え、分散性媒質中
の変調不安定性により光パルスを繰り返し周波数が数TH
zの超高速パルス列に変換し、さらに光共振器の正帰還
効果により超高速繰り返しパルス列を周期として、光パ
ルス発振を行なうようにしたことを特徴とする。The device of the present invention comprises: an excitation light source that generates a high-power optical pulse having a relatively wide pulse width; an optical resonator configured by a dispersive medium that can induce a self-phase modulation effect; and an optical pulse generated by the excitation light source. The optical pulse train from the optical resonator as well as the means for outputting the optical pulse train to the optical resonator and arranged in the middle of the optical resonator to make the resonator length of the optical resonator variable. And a means for synchronizing the propagation time of the optical pulse with an integer multiple of the repetition period of the optical pulse, and the optical pulse repetition frequency is several TH due to the modulation instability in the dispersive medium.
It is characterized in that it is converted into an ultrafast pulse train of z, and further, the optical pulse oscillation is performed with the ultrafast repetitive pulse train as a cycle by the positive feedback effect of the optical resonator.
本発明装置の他の形態は、高出力の第１の連続光を発生
する第１光源と、自己位相変調効果を誘起できる分散性
媒質により構成した光共振器と、分散性媒質中の変調不
安定性の周波数だけ周波数シフトさせた第２の連続光を
発生する第２光源と、第１および第２の連続光を合成す
る手段と、その合成された出力光を光共振器に入射させ
ると共に、光共振器から光パルス列を出力する手段と、
光共振器の途中に配置され、光共振器の共振器長を可変
となし、それにより、合成された出力光の光共振器内で
の伝搬時間を変調不安定性によって生ずる光パルス列の
周期の整数倍に同期させる手段とを具え、光共振器より
超高速光パルス列を発生させるようにしたことを特徴と
する。Another mode of the device of the present invention is a first light source for generating a high-power first continuous light, an optical resonator formed of a dispersive medium capable of inducing a self-phase modulation effect, and a modulation anomaly in the dispersive medium. A second light source that generates a second continuous light that is frequency-shifted by a qualitative frequency, a unit that combines the first and second continuous lights, and the combined output light is made incident on the optical resonator, Means for outputting an optical pulse train from the optical resonator,
It is arranged in the middle of the optical resonator, and the resonator length of the optical resonator is made variable, so that the propagation time of the combined output light in the optical resonator is modulated. It is characterized in that a super-high-speed optical pulse train is generated from the optical resonator by means of doubling the synchronization.
［作 用］ 本発明では、分散性媒質中の非線形波動の伝搬の際、発
生する変調不安定性を光共振器の中で実現し、その利得
によりTHz領域でのパルス列を発振させる。従来のモー
ド同期法、Ｑスイッチ法、および光変調器による方法と
は、分散性媒質中の非線形性を用いる点が異なり、この
結果、従来不可能であったTHz繰り返しのパルス列を発
生させることができる。[Operation] In the present invention, the modulation instability that occurs during the propagation of the nonlinear wave in the dispersive medium is realized in the optical resonator, and the gain causes the pulse train to oscillate in the THz region. It differs from the conventional mode-locking method, Q-switch method, and optical modulator in that it uses nonlinearity in a dispersive medium, and as a result, it is possible to generate a pulse train of THz repetition, which has been impossible in the past. it can.
本発明では、従来技術としての非線形効果によるパルス
発生にあたって、光共振器内での正帰還効果を利用する
ことにより、光共振器内に定常的なパルスを誘起させる
ことにより、100％近い変調度をもつ変調、すなわち完
全な超高速光パルス列を作り出す。この光共振器を利用
した非線形波動の発振現象は、光パルスの発生ばかりで
なく、プラズマ、および流体等においても実現可能であ
り、幅広い各種パルス発生に適用できる。In the present invention, when a pulse is generated by a non-linear effect as a conventional technique, by utilizing a positive feedback effect in the optical resonator, a steady pulse is induced in the optical resonator to obtain a modulation degree close to 100%. Produces a complete ultrafast optical pulse train. The oscillation phenomenon of non-linear waves using this optical resonator can be realized not only in the generation of optical pulses but also in plasma, fluid, etc., and can be applied to a wide variety of pulse generation.
［実施例］ 以下に、図面の参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。Embodiments Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図は本発明の第一の実施例を示す構成図であって、
ここで、７は非線形効果の一つである自己位相変調効果
を誘起できる分散性媒質、たとえば1.2μm,1.3μｍおよ
び1.5μｍ帯に零分散をもつ単一モード光ファイバによ
る光ファイバ共振器、８は励起光源、たとえば、高出力
半導体レーザー、1.3μｍ帯YAGレーザーもしくはKCl Na
Cl結晶を用いたカラーセンターレーザーによる光源であ
る。９は光ファイバ共振器７から励起光源８への反射を
取り除く光アイソレーターである。10は偏波依存性のあ
る半透過鏡であり、11および11′は光ファイバ共振器７
へのビーム結合用レンズである。12は光ファイバ共振器
７の共振器長を可変し、この光共振器７内の光の伝搬時
間を励起光源８からの励起光の繰り返しに正確に一致さ
せるために調整を行う可動形のコーナーキューブであ
る。13は光ファイバ共振器７の出射端における楕円偏光
を直線偏光にし、かつ偏光方向を任意の方向に制御でき
る偏光制御素子であり、励起光の波長に対して1/4波長
板と1/2波長板とから成る。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention,
Here, 7 is a dispersive medium capable of inducing a self-phase modulation effect which is one of nonlinear effects, for example, an optical fiber resonator using a single mode optical fiber having zero dispersion in 1.2 μm, 1.3 μm and 1.5 μm bands, 8 Is an excitation light source such as a high power semiconductor laser, 1.3 μm band YAG laser or KCl Na
It is a light source with a color center laser using a Cl crystal. Reference numeral 9 is an optical isolator for removing the reflection from the optical fiber resonator 7 to the pumping light source 8. 10 is a polarization-dependent semi-transmissive mirror, and 11 and 11 'are optical fiber resonators 7.
Is a lens for beam coupling to. Reference numeral 12 is a movable corner for adjusting the resonator length of the optical fiber resonator 7 and adjusting the light propagation time in the optical resonator 7 to exactly match the repetition of the pump light from the pump light source 8. It is a cube. Reference numeral 13 is a polarization control element capable of converting the elliptically polarized light at the exit end of the optical fiber resonator 7 into linearly polarized light and controlling the polarization direction to an arbitrary direction. It consists of a wave plate.
この装置を動作させるには、励起光源８からの比較的幅
広の光パルスを、光アイソレータ９から半透過鏡10を介
し、さらに結合レンズ11を経て、光ファイバ共振器７に
結合する。その光パルスが光ファイバ中を伝搬していく
につれて、パラメトリックな雑音から発生した変調不安
定性により、幅広の光パルスの上に非常に細いパルス列
が形成され始める。In order to operate this device, a relatively wide optical pulse from the pumping light source 8 is coupled from the optical isolator 9 through the semitransparent mirror 10 and further through the coupling lens 11 to the optical fiber resonator 7. As the optical pulse propagates through the optical fiber, modulation instability resulting from parametric noise causes a very narrow pulse train to begin to form on the broad optical pulse.
このようにして、変調の浅いリップルをもった光ファイ
バからの出力パルスは、コーナーキューブ12および偏波
制御素子13を経て半透過鏡10に入射する。ここで、半透
過鏡10は偏波依存性を有するので、偏波制御素子13を回
転させて、出力の一部分が透過するように設定する。ま
た、偏波制御素子13からの出力が、半透過鏡10上におい
て継続して入射している励起光パルスと重なるように、
コーナーキューブ12を移動させて同期をとる。なお、か
かる出力は半透過鏡10で反射されて、取り出される。In this way, the output pulse from the optical fiber having a shallow modulation ripple enters the semi-transmissive mirror 10 through the corner cube 12 and the polarization control element 13. Here, since the semi-transparent mirror 10 has polarization dependence, the polarization control element 13 is rotated so that a part of the output is transmitted. Further, so that the output from the polarization control element 13 overlaps with the pumping light pulse continuously incident on the semi-transmissive mirror 10,
Move the corner cube 12 to synchronize. The output is reflected by the semitransparent mirror 10 and taken out.
このように設定すると、光ファイバ共振器７のループを
１回通過した後では、第２図（ａ）に示すような変調の
浅いリップル状のMIであったものが、何回も光共振器の
リープを通過することにより増幅され、発振を開始し、
第２図（ｂ）に示すような定常的な発振状態の超高速光
パルス列となって取り出される。With such a setting, after passing through the loop of the optical fiber resonator 7 once, the MI with a shallow ripple of modulation as shown in FIG. Is amplified by passing through the leap of
An ultrafast optical pulse train in a steady oscillation state as shown in FIG. 2B is taken out.
ここで、光ファイバとして非線形性が高い材料のものを
用いれば、低い励起入力で発振を開始するため、半導体
レーザー等の連続光源でも発振が可能となる。Here, if a material having a high nonlinearity is used as the optical fiber, oscillation is started with a low pumping input, so that oscillation is possible even with a continuous light source such as a semiconductor laser.
変調不安定性（M1）の利得をgMIとすると、gMIは、 と表わすことができる。ここで、ｋ″は光ファイバの群
速度分散∂2k/∂ω２であり、Ωは変調の周波数、ωは
励起光（キャリア）周波数、ｃは光速、n2は非線形屈折
率、|E|2は入力電場のパワー密度である。最大利得はg
MI（Ω）をΩに関して微分することによって得られ、そ
の変調周波数Ωmaxは で与えられ、最大利得はgmaxは で与えられる。例えばパルス|E|2＝Ip＝20W、パルス幅1
3ps、有効断面積５×10-7cm2、n2＝3.2×10-16cm2/w
（シリカ系ガラス）、波長λ＝1.55μｍとすると、gmax
は２×10-2（1/m）となり、長さ100mの共振器の場合 の利得を有することになる。共振器が定常的な発振を開
始するためには、共振器内の損失をＬ、利得をｇ、ファ
イバ長をｌとすると、 を満たす必要がある。If the gain of modulation instability (M1) is g MI , g MI becomes Can be expressed as Where k ″ is the group velocity dispersion ∂ 2 k / ∂ω 2 of the optical fiber, Ω is the modulation frequency, ω is the excitation light (carrier) frequency, c is the speed of light, n 2 is the nonlinear refractive index, | E | 2 is the power density of the input electric field, and the maximum gain is g
It is obtained by differentiating MI (Ω) with respect to Ω, and its modulation frequency Ω max is And the maximum gain is g max Given in. For example, pulse | E | 2 = Ip = 20W, pulse width 1
3ps, effective area 5 × 10 -7 cm 2 , n 2 = 3.2 × 10 -16 cm 2 / w
(Silica glass), wavelength λ = 1.55μm, g max
Is 2 × 10 -2 (1 / m), and for a resonator with a length of 100 m Will have a gain of. In order for the resonator to start steady oscillation, if the loss in the resonator is L, the gain is g, and the fiber length is l, Need to meet.
すなわち、振幅決定方程式として、 位相決定方程式としては、 φ（Ω,|E|2）ｌ＝2mπ（ｍ＝1,2,3…） （６） を得る。式（５）のｇ（|E|2）は光パルスの強度が増す
と、飽和が発生して減少し、定常値Esが決定される。一
方、位相φは、強度|Es|2の関数として与えられる。That is, as the amplitude determination equation, As the phase determination equation, φ (Ω, | E | 2 ) l = 2mπ (m = 1,2,3 ...) (6) is obtained. In the equation (5), g (| E | 2 ) decreases when the intensity of the optical pulse increases and saturation occurs, and the steady value Es is determined. On the other hand, the phase φ is given as a function of intensity | Es | 2 .
実際に、カラーセンターレーザーを用いて実験を行った
ところ、上記の発振に成功した。ここで、光源としては
波長1.48〜1.55μｍで波長可変なカラーセンターレーザ
ーであって、パルス幅は13ps,繰り返し周波数は100MH
z、ピーク出力は20W程度のものを用いた。光ファイバと
しては、1.525μｍに零分散をもつ分散シフトファイバ
を用いた。光ファイバ長は100mとした。分散シフトした
ファイバに対して群速度分散が−１〜−5ps/km・nm程度
になる波長に励起波長を設定した。これは、式（２）か
ら判るように、ｋ″、すなわち群速度分散が小さい場合
に、その平方根に反比例して、発振の繰り返しが増すた
め、ｋ″を小さい領域で動作させるためである。When an experiment was actually performed using a color center laser, the above oscillation was successful. Here, as the light source, a wavelength tunable color center laser with a wavelength of 1.48 to 1.55 μm has a pulse width of 13 ps and a repetition frequency of 100 MHz.
z, peak output was about 20W. As the optical fiber, a dispersion shift fiber having zero dispersion at 1.525 μm was used. The optical fiber length was 100 m. The pump wavelength was set to a wavelength at which the group velocity dispersion was about -1 to -5 ps / km · nm for the dispersion-shifted fiber. This is because, as can be seen from the equation (2), when k ″, that is, when the group velocity dispersion is small, the repetition of oscillation increases in inverse proportion to the square root thereof, and therefore k ″ is operated in a small region.
励起波長を1.545μｍに設定した場合、得られた高速パ
ルス発振の自己相関波形を第３図に示す。第３図より、
非常に高速のパルス列が実現されており、その繰り返し
周波数は1.78THz、パルス幅は約0.56psであることがわ
かる。FIG. 3 shows the autocorrelation waveform of the obtained high-speed pulse oscillation when the excitation wavelength was set to 1.545 μm. From Figure 3,
It can be seen that a very high-speed pulse train has been realized, the repetition frequency of which is 1.78 THz, and the pulse width is about 0.56 ps.
第４図は光ファイバ長を250mとした場合の励起入力と発
振出力との関係を示す。第４図より、閾値は17.5mW（平
均）であり、ピークパワーに換算すると13.5Wとなる。FIG. 4 shows the relationship between the pumping input and the oscillation output when the optical fiber length is 250 m. From FIG. 4, the threshold value is 17.5 mW (average), which is 13.5 W when converted to peak power.
また、励起波長を零分散波長より長波長側において変化
させると、任意の繰り返し周波数のパルス列を発生させ
ることができることになる。Further, by changing the excitation wavelength on the longer wavelength side than the zero-dispersion wavelength, it is possible to generate a pulse train having an arbitrary repetition frequency.
光源として光パルスを用いる代わりに、高出力連続光を
用いても高速パルス発振は可能となる。その構成例を第
５図に示す。ここで、第１図と異なる点は、励起光源８
として連続光光源を用い、ダイクロイックミラー14と第
２の連続光の光源15を追加した点である。High-speed pulse oscillation is possible even when high-power continuous light is used instead of using light pulses as the light source. An example of the configuration is shown in FIG. Here, the difference from FIG. 1 is that the excitation light source 8
Is that a continuous light source is used, and a dichroic mirror 14 and a second continuous light source 15 are added.
光パルスを用いる場合、光パルスの自己位相変調効果に
より雑音が形成され、発振の種となった。しかし、連続
光の場合、自己位相変調効果が発生しないため、あらか
じめ最初からMIが発生するようにストークスシフトした
変調波を共振器７に結合する必要がある。そのために、
信号光用光源15からの光をダイクロイックミラー14を介
して共振器７に導く。すなわち、光源８と光源15の差周
波数Ωが式（２）で決定されるように、信号光用光源15
の波長をあらかじめシフトする。次に、共振器長の決定
であるが、共振器内伝搬時間を発生するMIの繰り返しの
整数倍に設定する、このようにすると、励起光と出力光
との間に周期がかかり、定常的なパルス発振が可能とな
る。その結果得られる光パルス列は第６図に示すように
なる。When an optical pulse is used, noise is formed due to the self-phase modulation effect of the optical pulse, which becomes a seed of oscillation. However, in the case of continuous light, since the self-phase modulation effect does not occur, it is necessary to couple the modulated wave Stokes-shifted so that MI is generated from the beginning with the resonator 7. for that reason,
The light from the signal light source 15 is guided to the resonator 7 via the dichroic mirror 14. That is, as the difference frequency Ω between the light source 8 and the light source 15 is determined by the equation (2), the signal light source 15
Pre-shift the wavelength of. Next, regarding the determination of the cavity length, the intracavity propagation time is set to an integer multiple of the repetition of MI that generates the oscillation time. Pulse oscillation is possible. The resulting optical pulse train is as shown in FIG.
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、MIの効果を光共
振器内で誘起し、高繰り返し周波数のパルス発振を定常
的に発生できるのであるから、高々１〜10GHzのパルス
列の繰り返しである現状に対して、一挙にTHzの領域ま
で、102〜103倍ほど高い繰り返し周波数に高めることが
できる利点がある。したがって、本発明は、超高速の大
容量光通信を実現するための光パルス列を発生するのに
有効である。しかもまた、本発明では、励起波長を適当
に変えることにより、負の分散量を変え、それにより、
高速パルス列の繰り返し周波数を式（２）に従って任意
に変えることができる利点がある。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the effect of MI can be induced in the optical resonator and pulse oscillation of a high repetition frequency can be constantly generated. Compared to the current situation of pulse train repetition, there is an advantage that the repetition frequency can be increased up to 10 2 to 10 3 times as high as the THz region. Therefore, the present invention is effective in generating an optical pulse train for realizing ultrahigh-speed, large-capacity optical communication. Moreover, in the present invention, by changing the excitation wavelength appropriately, the negative dispersion amount is changed, whereby
There is an advantage that the repetition frequency of the high speed pulse train can be arbitrarily changed according to the equation (2).
さらにまた、本発明方法は、あらゆる分散性媒質中での
非線形波動に対して応用できるため、流体におけるパル
ス列およびプラズマ中における高強度高速パルス列の形
成も共振器を構成することによって可能となる。Furthermore, since the method of the present invention can be applied to non-linear waves in any dispersive medium, pulse trains in fluids and high-intensity high-speed pulse trains in plasmas can also be formed by constructing resonators.
第１図は本発明装置の一実施例を示す構成図、 第２図（ａ）および（ｂ）は本発明の発振の状況を説明
する波形図、 第３図は本発明についての実験により観測された超高速
パルス列の発振波形図、 第４図は本発明が発振現象であることを示す出力特性
図、 第５図は本発明の第２の実施例を示す構成図、 第６図はその高速繰り返しパルス列発振の波形を示す波
形図、 第７図はAMもしくはFMモード同期用素子を挿入した従来
のモード同期レーザーの一例を示す構成図、 第８図はＱスイッチ素子を共振器内に挿入した従来のＱ
スイッチレーザーの一例を示す構成図、 第９図は光変調器を用いるパルス発生の従来例を示す構
成図、 第10図は光ファイバと回折格子対を用いるパルス発生の
従来例を示す構成図である。 1,1′……レーザーミラー、 ２……レーザー媒質、 ３……モード同期素子、 ４……Ｑスイッチ素子、 ５……周波数および位相変調素子、 ６……分散素子、 ７……単一モード光ファイバ、 ８……励起光源、 ９……光アイソレータ、 10……半透過鏡、 11,11′……結合レンズ、 12……可動形コーナーキューブ、 13……偏光制御素子、 14……ダイクロイックミラー、 15……信号光用光源。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the device of the present invention, FIGS. 2 (a) and 2 (b) are waveform diagrams for explaining the oscillation situation of the present invention, and FIG. 3 is observed by experiments on the present invention. FIG. 4 is an output waveform diagram showing that the present invention is an oscillation phenomenon, FIG. 5 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention, and FIG. Waveform diagram showing the waveform of high-speed repetitive pulse train oscillation, Fig. 7 is a block diagram showing an example of a conventional mode-locked laser in which an AM or FM mode-locking element is inserted, and Fig. 8 is a Q-switch element inserted in the resonator. Conventional Q
FIG. 9 is a configuration diagram showing an example of a switch laser, FIG. 9 is a configuration diagram showing a conventional example of pulse generation using an optical modulator, and FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional example of pulse generation using an optical fiber and a diffraction grating pair. is there. 1,1 '... laser mirror, 2 ... laser medium, 3 ... mode-locking element, 4 ... Q-switch element, 5 ... frequency and phase modulator, 6 ... dispersive element, 7 ... single mode Optical fiber, 8 ... Excitation light source, 9 ... Optical isolator, 10 ... Semi-transmissive mirror, 11, 11 '... Coupling lens, 12 ... Movable corner cube, 13 ... Polarization control element, 14 ... Dichroic Mirror, 15 ... Light source for signal light.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/30 Ｚ (56)参考文献 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．49 （５），４Ａｕｇｕｓｔ 1986 Ｐ．236 〜238 “Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ ｓｏｌｉｔ ｏｎｌｉｋｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｌｓ ｅｓ ａｔ ０．３ ＴＨｚ ｒｅｐｅｔ ｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｂｙ ｉｎｄｕｃ ｅｄ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｌ ｉｎｓ ｔａｂｉｌｉｇｙ．"─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication H01S 3/30 Z (56) References Appl. Phys. Lett. 49 (5), 4 August 1986 P.M. 236 to 238 "Generation of subpicosecond solit onlike optical pulses es at 0.3 THz repetition rate by induced modulation instabiliy."
Claims (4)
により光共振器を構成し、該光共振器に高出力の比較的
パルス幅の広い光パルスを入射せしめ、その光パルスの
前記光共振器内での伝搬時間を前記光パルスの繰り返し
周期の整数倍に同期させることにより、前記分散性媒質
中の変調不安定性により前記光パルスを繰り返し周波数
が数THzの超高速パルス列に変換し、さらに前記光共振
器の正帰還効果により超高速繰り返しパルス列を周期と
して、光パルス発振を行なうことを特徴とする光パルス
列発生法。1. An optical resonator comprising a dispersive medium capable of inducing a self-phase modulation effect, and an optical pulse of high output and a relatively wide pulse width is made incident on the optical resonator, and the optical resonance of the optical pulse is performed. By synchronizing the propagation time in the vessel to an integral multiple of the repetition period of the optical pulse, the optical pulse is converted into an ultrafast pulse train having a repetition frequency of several THz due to modulation instability in the dispersive medium, and An optical pulse train generation method, characterized in that an optical pulse train is generated with a cycle of an ultrahigh-speed repetitive pulse train by a positive feedback effect of the optical resonator.
スの代りに高出力の連続光を用い、該連続光と前記変調
不安定性の周波数だけ周波数シフトした第２の連続光と
を同時に前記光共振器に入射させ、その入射光の当該光
共振器内での伝搬時間を前記変調不安定性によって生ず
る光パルス列の周期の整数倍に同期させることにより、
前記光共振器内に定常的に超高速光パルス列を発生させ
ることを特徴とする光パルス列発生法。2. The method according to claim 1, wherein high-power continuous light is used instead of the light pulse, and the continuous light and the second continuous light frequency-shifted by the frequency of the modulation instability are simultaneously applied. By making it enter the optical resonator and synchronizing the propagation time of the incident light in the optical resonator with an integer multiple of the period of the optical pulse train generated by the modulation instability,
An optical pulse train generation method characterized in that an ultrafast optical pulse train is constantly generated in the optical resonator.
発生する励起光源と、 自己位相変調効果を誘起できる分散性媒質により構成し
た光共振器と、 前記励起光源からの前記光パルスを前記光共振器に入射
させると共に、前記光共振器から光パルス列を出力する
手段と、 前記光共振器の途中に配置され、前記光共振器の共振器
長を可変となし、それにより、前記光パルスの前記光共
振器内での伝搬時間を前記光パルスの繰り返し周期の整
数倍に同期させる手段とを具え、前記分散性媒質中の変
調不安定性により前記光パルスを繰り返し周波数が数TH
zの超高速パルス列に変換し、さらに前記光共振器の正
帰還効果により超高速繰り返しパルス列を周期として、
光パルス発振を行なうようにしたこととを特徴とする光
パルス列発生装置。3. A pumping light source for generating a high-power light pulse having a relatively wide pulse width, an optical resonator composed of a dispersive medium capable of inducing a self-phase modulation effect, and the optical pulse from the pumping light source. Means for outputting an optical pulse train from the optical resonator while allowing the optical resonator to enter the optical resonator, and a resonator length of the optical resonator that is arranged in the middle of the optical resonator and that makes the optical resonator variable. Means for synchronizing the propagation time of the pulse in the optical resonator to an integral multiple of the repetition period of the optical pulse, wherein the repetition frequency of the optical pulse is several TH due to modulation instability in the dispersive medium.
Converted to a super high speed pulse train of z, and as a cycle of the super high speed repetitive pulse train by the positive feedback effect of the optical resonator,
An optical pulse train generator characterized in that it is adapted to perform optical pulse oscillation.
と、 自己位相変調効果を誘起できる分散性媒質により構成し
た光共振器と、 前記分散性媒質中の変調不安定性の周波数だけ周波数シ
フトさせた第２の連続光を発生する第２光源と、 前記第１および第２の連続光を合成する手段と、 その合成された出力光を前記光共振器に入射させると共
に、前記光共振器から光パルス列を出力する手段と、 前記光共振器の途中に配置され、前記光共振器の共振器
長を可変となし、それにより、前記合成された出力光の
前記光共振器内での伝搬時間を前記変調不安定性によっ
て生ずる光パルス列の周期の整数倍に同期させる手段と を具え、前記光共振器より超高速光パルス列を発生させ
るようにしたことを特徴とする光パルス列発生装置。4. A first light source for generating a high-power first continuous light, an optical resonator composed of a dispersive medium capable of inducing a self-phase modulation effect, and a frequency of modulation instability in the dispersive medium. A second light source for generating second continuous light whose frequency is shifted by a frequency, means for combining the first and second continuous light, and the combined output light being incident on the optical resonator, A means for outputting an optical pulse train from an optical resonator, the optical resonator being disposed in the middle of the optical resonator to make the resonator length of the optical resonator variable, whereby the synthesized output light in the optical resonator is Means for synchronizing the propagation time in the optical pulse train with an integer multiple of the period of the optical pulse train caused by the modulation instability, and an ultrafast optical pulse train is generated from the optical resonator. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18021088A JPH0754389B2 (en) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | Optical pulse train generation method and device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18021088A JPH0754389B2 (en) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | Optical pulse train generation method and device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0232323A JPH0232323A (en) | 1990-02-02 |
| JPH0754389B2 true JPH0754389B2 (en) | 1995-06-07 |
Family
ID=16079323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18021088A Expired - Fee Related JPH0754389B2 (en) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | Optical pulse train generation method and device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754389B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002040627A (en) | 2000-07-24 | 2002-02-06 | Nec Corp | Method for correcting laser pattern and apparatus for correcting the same |
-
1988
- 1988-07-21 JP JP18021088A patent/JPH0754389B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４９（５），４Ａｕｇｕｓｔ１９８６Ｐ．２３６〜２３８"Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄｓｏｌｉｔｏｎｌｉｋｅｏｐｔｉｃａｌｐｕｌｓｅｓａｔ０．３ＴＨｚｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎｒａｔｅｂｙｉｎｄｕｃｅｄｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｌｉｎｓｔａｂｉｌｉｇｙ．" |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0232323A (en) | 1990-02-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Oberthaler et al. | Special narrowing of ultrashort laser pulses by self‐phase modulation in optical fibers | |
| US4180751A (en) | Mode-locked optical parametric oscillator apparatus | |
| US10859888B2 (en) | System for generating brief or ultra-brief light pulses | |
| KR20210118167A (en) | Ultrashort Pulsed Laser Source with Chirped Pulse Amplification and Custom Pulse Train | |
| KR0149770B1 (en) | Passivity q-switch laser having daul cavity structure | |
| US5046184A (en) | Method and apparatus for passive mode locking high power lasers | |
| US4485473A (en) | Mode locking of travelling wave ring laser by amplitude modulation | |
| JPS63502314A (en) | radiation generator | |
| JP4741507B2 (en) | Highly repetitive laser system with compact design | |
| JP3053943B2 (en) | Mode-locked lasers using nonlinear self-focusing elements. | |
| EP0235950B1 (en) | Radiation generator | |
| US4928282A (en) | Laser generator with phase mode-locking | |
| Malcolm et al. | Mode-locking of diode laser-pumped solid-state lasers | |
| RU2478242C2 (en) | Q-switched and mode-coupled laser | |
| JPH0754389B2 (en) | Optical pulse train generation method and device | |
| JP3171265B2 (en) | Solid-state pulse laser device | |
| Ferrario | A picosecond dye laser tunable in the 1.1 μ m region | |
| JP2501468B2 (en) | Mode synchronous fiber laser device | |
| Dienes | Mode-locked CW dye lasers | |
| JPH04357892A (en) | Mode synchronous optical fiber laser apparatus | |
| Svelto et al. | Transient laser behavior | |
| JPH087356B2 (en) | Optical soliton generation method | |
| Molchanov et al. | Acousto-Optic Dispersive Devices for High-Power Pulsed Laser Optics | |
| Scavennec | Experimental study of a continuously pumped, actively mode-locked dye laser | |
| JPS64836B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |