JPH0754389B2 - 光パルス列発生法および装置 - Google Patents
光パルス列発生法および装置Info
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- 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
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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、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。
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。
［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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
［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。
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。
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。
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。
［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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
［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。
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。
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。
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。
［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。
る。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
［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。
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。
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。
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。
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。
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。
───────────────────────────────────────────────────── 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．"
Claims (4)
- 【請求項１】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、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。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、前記光パル
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。 - 【請求項３】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、 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。 - 【請求項４】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、 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18021088A JPH0754389B2 (ja) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | 光パルス列発生法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18021088A JPH0754389B2 (ja) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | 光パルス列発生法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0232323A JPH0232323A (ja) | 1990-02-02 |
| JPH0754389B2 true JPH0754389B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=16079323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18021088A Expired - Fee Related JPH0754389B2 (ja) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | 光パルス列発生法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754389B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002040627A (ja) | 2000-07-24 | 2002-02-06 | Nec Corp | レーザパターン修正方法並びに修正装置 |
-
1988
- 1988-07-21 JP JP18021088A patent/JPH0754389B2/ja 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 (ja) | 1990-02-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |