JPH1074999A - レーザパルス発振器 - Google Patents
レーザパルス発振器Info
- Publication number
- JPH1074999A JPH1074999A JP8232074A JP23207496A JPH1074999A JP H1074999 A JPH1074999 A JP H1074999A JP 8232074 A JP8232074 A JP 8232074A JP 23207496 A JP23207496 A JP 23207496A JP H1074999 A JPH1074999 A JP H1074999A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- laser pulse
- pulse oscillator
- optical
- laser
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06791—Fibre ring lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1106—Mode locking
- H01S3/1109—Active mode locking
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1106—Mode locking
- H01S3/1121—Harmonically mode locking lasers, e.g. modulation frequency equals multiple integers or a fraction of the resonator roundtrip time
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/139—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
- H01S3/1394—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length by using an active reference, e.g. second laser, klystron or other standard frequency source
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光パルスの繰り返し周波数を外部信号に同期
でき、長時間にわたって安定でかつ周波数が一定な高繰
り返し光パルス列を発生できるレーザパルス発振器を提
供する。 【解決手段】 レーザの出力の一部からレーザの共振器
長で決まる基本周波数の高次の整数倍に相当するクロッ
ク信号を抽出するクロック抽出器9と、クロック信号の
周波数によりレーザ共振器内に設置の光変調器6を駆動
する移相器10・電気増幅器11とを有する高調波−再
生モード同期レーザパルス発振器において、周波数が一
定に設定されているシンセサイザ12からの外部信号と
クロック信号との位相差を検出する位相比較器14と、
レーザパルス発振器の繰り返し周波数が外部信号と同期
するように共振器長を変化させる電歪素子17と、位相
比較器14で検出した位相差を電歪素子17へ負帰還す
る電気フィルタ15・電気増幅器16とからなる位相同
期ループを設けた。
でき、長時間にわたって安定でかつ周波数が一定な高繰
り返し光パルス列を発生できるレーザパルス発振器を提
供する。 【解決手段】 レーザの出力の一部からレーザの共振器
長で決まる基本周波数の高次の整数倍に相当するクロッ
ク信号を抽出するクロック抽出器9と、クロック信号の
周波数によりレーザ共振器内に設置の光変調器6を駆動
する移相器10・電気増幅器11とを有する高調波−再
生モード同期レーザパルス発振器において、周波数が一
定に設定されているシンセサイザ12からの外部信号と
クロック信号との位相差を検出する位相比較器14と、
レーザパルス発振器の繰り返し周波数が外部信号と同期
するように共振器長を変化させる電歪素子17と、位相
比較器14で検出した位相差を電歪素子17へ負帰還す
る電気フィルタ15・電気増幅器16とからなる位相同
期ループを設けた。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、超高速光
通信システムを構築するために必要となる高繰り返し短
パルスを、安定に発生させるレーザパルス発振器に関
し、特にレーザの出力の一部からレーザの共振器長で決
まる基本周波数の高次の整数倍に相当するクロック信号
を抽出し、このクロック信号の周波数によりレーザ共振
器内に設置された光変調器を駆動する高調波−再生モー
ド同期のレーザパルス発振器するものである。
通信システムを構築するために必要となる高繰り返し短
パルスを、安定に発生させるレーザパルス発振器に関
し、特にレーザの出力の一部からレーザの共振器長で決
まる基本周波数の高次の整数倍に相当するクロック信号
を抽出し、このクロック信号の周波数によりレーザ共振
器内に設置された光変調器を駆動する高調波−再生モー
ド同期のレーザパルス発振器するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、モード同期技術を利用した光ファ
イバレーザにより、高繰り返し光パルスを発生させる研
究が盛んに行なわれている。
イバレーザにより、高繰り返し光パルスを発生させる研
究が盛んに行なわれている。
【0003】図1は、特願平6−148251号で開示
された従来のレーザパルス発振器の構成の一例を示す。
図1において、1は希土類元素を添加した光ファイバ
(以下希土類添加光ファイバと記す)、2は希土類添加
光ファイバを励起するための励起光源、3は励起光を希
土類添加光ファイバに結合させる光結合器、4は出力を
取り出す光分岐器、5は光の進行方向を1方向に限定す
る光アイソレータ、6は光変調器、7は光フィルタ、8
は光分岐器、9はクロック抽出器、10は移相器、11
は電気増幅器である。
された従来のレーザパルス発振器の構成の一例を示す。
図1において、1は希土類元素を添加した光ファイバ
(以下希土類添加光ファイバと記す)、2は希土類添加
光ファイバを励起するための励起光源、3は励起光を希
土類添加光ファイバに結合させる光結合器、4は出力を
取り出す光分岐器、5は光の進行方向を1方向に限定す
る光アイソレータ、6は光変調器、7は光フィルタ、8
は光分岐器、9はクロック抽出器、10は移相器、11
は電気増幅器である。
【0004】図1のレーザパルス発振器において、高繰
り返し光パルスは次のようにして発生する。希土類添加
光ファイバ1を光結合器3を通して励起光源2で励起す
ると、光フィルタ7の透過帯域内で、光アイソレータ5
の順方向に連続光の発振が起こる。レーザの出力を光分
岐器4を通して取り出し、さらに光分岐器8で分け、そ
の一部を光受光素子、狭帯域電気フィルタ、および電気
増幅器からなるクロック抽出器9に入力する。次に、ク
ロック抽出器9によりレーザ出力から特定の周波数の正
弦波のクロック信号を抜き出し、移相器10でそのクロ
ック信号の位相を調整し、電気増幅器11でそのクロッ
ク信号を増幅した後、光変調器6に印加する。この結
果、共振器内ではクロック信号に同期した周波数で光が
強度変調される。
り返し光パルスは次のようにして発生する。希土類添加
光ファイバ1を光結合器3を通して励起光源2で励起す
ると、光フィルタ7の透過帯域内で、光アイソレータ5
の順方向に連続光の発振が起こる。レーザの出力を光分
岐器4を通して取り出し、さらに光分岐器8で分け、そ
の一部を光受光素子、狭帯域電気フィルタ、および電気
増幅器からなるクロック抽出器9に入力する。次に、ク
ロック抽出器9によりレーザ出力から特定の周波数の正
弦波のクロック信号を抜き出し、移相器10でそのクロ
ック信号の位相を調整し、電気増幅器11でそのクロッ
ク信号を増幅した後、光変調器6に印加する。この結
果、共振器内ではクロック信号に同期した周波数で光が
強度変調される。
【0005】一般に、共振器長をL、光ファイバの屈折
率をn、光速をcとすると、共振器長で決まる基本周波
数f0 =c/(nL)の振幅変調を加えると、基本波で
のモード同期が実現され、さらに、変調周波数fをレー
ザの共振器長Lで決まる基本周波数f0 のq倍(qは整
数)、f=qf0 =qc/(nL)に設定すると、基本
波のq倍の周波数で発振する高調波のモード同期が実現
できる。すなわち、レーザの共振器内にq個の光パルス
が等間隔に作られ、繰り返し周波数がqf0 である光パ
ルス列が発生する。
率をn、光速をcとすると、共振器長で決まる基本周波
数f0 =c/(nL)の振幅変調を加えると、基本波で
のモード同期が実現され、さらに、変調周波数fをレー
ザの共振器長Lで決まる基本周波数f0 のq倍(qは整
数)、f=qf0 =qc/(nL)に設定すると、基本
波のq倍の周波数で発振する高調波のモード同期が実現
できる。すなわち、レーザの共振器内にq個の光パルス
が等間隔に作られ、繰り返し周波数がqf0 である光パ
ルス列が発生する。
【0006】図1において、クロック抽出器9として1
0GHzのクロック抽出器を用いる場合を考える。基本
周波数f0 の整数倍に一致しない10GHz付近のクロ
ック信号は、安定な光パルス列を発生できないため、ク
ロック抽出過程において消滅するが、基本周波数f0 の
整数倍に一致したクロック信号は、変調周波数fと光パ
ルスの繰り返しが完全に一致するため、安定なパルス発
振が徐々に強められる。これが繰り返されると、最初は
雑音的であった、基本周波数の整数倍に一致したある1
つの10GHz付近のクロック信号だけが残る。すなわ
ち、余分な縦モードを抑制した1つのクロック信号だけ
で、光変調器6を駆動するようになり、10GHzの高
調波モード同期が達成される。この従来の技術を高調波
−再生モード同期と呼ぶ。
0GHzのクロック抽出器を用いる場合を考える。基本
周波数f0 の整数倍に一致しない10GHz付近のクロ
ック信号は、安定な光パルス列を発生できないため、ク
ロック抽出過程において消滅するが、基本周波数f0 の
整数倍に一致したクロック信号は、変調周波数fと光パ
ルスの繰り返しが完全に一致するため、安定なパルス発
振が徐々に強められる。これが繰り返されると、最初は
雑音的であった、基本周波数の整数倍に一致したある1
つの10GHz付近のクロック信号だけが残る。すなわ
ち、余分な縦モードを抑制した1つのクロック信号だけ
で、光変調器6を駆動するようになり、10GHzの高
調波モード同期が達成される。この従来の技術を高調波
−再生モード同期と呼ぶ。
【0007】従来の高調波−再生モード同期レーザパル
ス発振器においては、温度変動等により共振器長が変化
し、光パルスの繰り返しが変化しても、常に出力光パル
スの繰り返しに同期した自らのクロック信号で変調を行
なうため、変調周波数と光パルスの繰り返しの間にずれ
が生じない。したがって、温度変動によって光パルスの
波形が劣化せず、長時間にわたって安定な高繰り返しの
光パルス列を発生できる。
ス発振器においては、温度変動等により共振器長が変化
し、光パルスの繰り返しが変化しても、常に出力光パル
スの繰り返しに同期した自らのクロック信号で変調を行
なうため、変調周波数と光パルスの繰り返しの間にずれ
が生じない。したがって、温度変動によって光パルスの
波形が劣化せず、長時間にわたって安定な高繰り返しの
光パルス列を発生できる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のレーザパルス発振器においては、長時間にわたっ
て安定に光パルス列が発生するものの、光パルスの繰り
返しが共振器長の変動に応じてわずかに変化し、繰り返
し周波数が一定にならないという解決すべき課題があっ
た。さらに、レーザパルス発振器がそれ自身で発振して
いるために、レーザパルス発振器の繰り返し周波数が外
部信号と同期をとることができないという解決すべき課
題があった。
従来のレーザパルス発振器においては、長時間にわたっ
て安定に光パルス列が発生するものの、光パルスの繰り
返しが共振器長の変動に応じてわずかに変化し、繰り返
し周波数が一定にならないという解決すべき課題があっ
た。さらに、レーザパルス発振器がそれ自身で発振して
いるために、レーザパルス発振器の繰り返し周波数が外
部信号と同期をとることができないという解決すべき課
題があった。
【0009】これら課題をさらに詳細に説明すると、従
来の高調波−再生モード同期レーザパルス発振器では、
レーザ共振器内の温度変動により共振器長が変動し、そ
の結果として基本波が時間とともに変化する。光変調器
を駆動する変調周波数は、この共振器長の変化に追随し
た変調周波数に自動的に設定されるので、長時間にわた
って安定なパルス発振が継続するが、繰り返し周波数は
共振器長が長くなれば低くなり、共振器長が短くなれば
高くなる。例えばL=200m、f=10GHzとする
と、共振器内の温度が0.01度(℃)変化した場合、
共振器長は20μm変化し、その結果、繰り返し周波数
は1kHz変動する。従来のレーザパルス発振器におい
て周波数が時間とともに変化する一例を図2に示す。図
2から分るように、周波数は共振器長の変動に応じて、
時間とともに不規則に変化している。また、この状況に
おいてはレーザパルス発振器は共振器長の変化によって
決まる変調周波数で自走発振しているため、外部信号に
繰り返し周波数を同期させることはできない。
来の高調波−再生モード同期レーザパルス発振器では、
レーザ共振器内の温度変動により共振器長が変動し、そ
の結果として基本波が時間とともに変化する。光変調器
を駆動する変調周波数は、この共振器長の変化に追随し
た変調周波数に自動的に設定されるので、長時間にわた
って安定なパルス発振が継続するが、繰り返し周波数は
共振器長が長くなれば低くなり、共振器長が短くなれば
高くなる。例えばL=200m、f=10GHzとする
と、共振器内の温度が0.01度(℃)変化した場合、
共振器長は20μm変化し、その結果、繰り返し周波数
は1kHz変動する。従来のレーザパルス発振器におい
て周波数が時間とともに変化する一例を図2に示す。図
2から分るように、周波数は共振器長の変動に応じて、
時間とともに不規則に変化している。また、この状況に
おいてはレーザパルス発振器は共振器長の変化によって
決まる変調周波数で自走発振しているため、外部信号に
繰り返し周波数を同期させることはできない。
【0010】以上のように、従来の技術では、安定な高
繰り返しの光パルス列は発生するものの、光パルスの繰
り返し周波数が変動し、外部信号に同期した、周波数が
一定である光パルス列を発生させることは困難であっ
た。
繰り返しの光パルス列は発生するものの、光パルスの繰
り返し周波数が変動し、外部信号に同期した、周波数が
一定である光パルス列を発生させることは困難であっ
た。
【0011】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は光パルスの繰り返し周波数を外部信号に
同期でき、長時間にわたって安定でかつ周波数が一定な
高繰り返し光パルス列を発生できるレーザパルス発振器
を提供することにある。
で、その目的は光パルスの繰り返し周波数を外部信号に
同期でき、長時間にわたって安定でかつ周波数が一定な
高繰り返し光パルス列を発生できるレーザパルス発振器
を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、光
パルスの繰り返し周波数を外部信号に同期でき、長時間
にわたって安定でかつ周波数が一定な高繰り返し光パル
ス列を発生できるようにするため、任意に光パルスの繰
り返し周波数が変動しているレーザにおいて、繰り返し
周波数の変動に追随して共振器長を変動させるようにし
た。
パルスの繰り返し周波数を外部信号に同期でき、長時間
にわたって安定でかつ周波数が一定な高繰り返し光パル
ス列を発生できるようにするため、任意に光パルスの繰
り返し周波数が変動しているレーザにおいて、繰り返し
周波数の変動に追随して共振器長を変動させるようにし
た。
【0013】具体的には、請求項1の本発明は、レーザ
の出力の一部からレーザの共振器長で決まる基本周波数
の高次の整数倍に相当するクロック信号を抽出するクロ
ック信号抽出手段と、そのクロック信号の周波数により
レーザ共振器内に設置された光変調器を駆動する駆動手
段とを有する高調波−再生モード同期レーザパルス発振
器において、周波数が一定に設定されている外部信号と
上記クロック信号との位相差を検出する位相差検出手段
と、レーザパルス発振器の繰り返し周波数が上記外部信
号と同期するように、上記共振器長を変化させる共振器
長変化手段と、上記位相差検出手段で検出した上記位相
差を上記共振器長変化手段へ負帰還する手段とからなる
位相同期ループを設けた。
の出力の一部からレーザの共振器長で決まる基本周波数
の高次の整数倍に相当するクロック信号を抽出するクロ
ック信号抽出手段と、そのクロック信号の周波数により
レーザ共振器内に設置された光変調器を駆動する駆動手
段とを有する高調波−再生モード同期レーザパルス発振
器において、周波数が一定に設定されている外部信号と
上記クロック信号との位相差を検出する位相差検出手段
と、レーザパルス発振器の繰り返し周波数が上記外部信
号と同期するように、上記共振器長を変化させる共振器
長変化手段と、上記位相差検出手段で検出した上記位相
差を上記共振器長変化手段へ負帰還する手段とからなる
位相同期ループを設けた。
【0014】請求項2の本発明は、上記共振器長変化手
段は電歪素子にした。
段は電歪素子にした。
【0015】請求項3の本発明は、上記外部信号は、基
準信号発生器としてのシンセサイザと位相器とから生成
した。
準信号発生器としてのシンセサイザと位相器とから生成
した。
【0016】請求項4の本発明は、上記共振器長変化手
段へ負帰還する手段は電気フィルタと電気増幅器とから
なり、その電気フィルタの通過帯域を上記クロック信号
の周波数と上記外部信号の周波数の差周波成分のみが通
過できるように設定した。
段へ負帰還する手段は電気フィルタと電気増幅器とから
なり、その電気フィルタの通過帯域を上記クロック信号
の周波数と上記外部信号の周波数の差周波成分のみが通
過できるように設定した。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【0018】図3は本発明のレーザパルス発振器の一実
施形態を示す。図3において、本例のレーザパルス発振
器は、希土類添加光ファイバ1、希土類添加光ファイバ
を励起するための励起光源2、励起光を希土類添加光フ
ァイバに結合させる光結合器3、出力を取り出す光分岐
器4、光の進行方向を1方向に限定する光アイソレータ
5、光変調器6、光フィルタ7、光分岐器8、クロック
抽出器9、移相器10、電気増幅器11、シンセサイザ
(標準信号発生器)12、移相器13、位相比較器1
4、電気フィルタ15、電気増幅器16、および電歪素
子17から構成される。上記1〜11の構成要素は図1
の従来例とほぼ同様であるが、12〜17は本発明に係
る構成要素である。そして電歪素子17は希土類添加光
ファイバ1と光分岐器4間に接続し、位相比較器14は
クロック抽出器9に接続している。
施形態を示す。図3において、本例のレーザパルス発振
器は、希土類添加光ファイバ1、希土類添加光ファイバ
を励起するための励起光源2、励起光を希土類添加光フ
ァイバに結合させる光結合器3、出力を取り出す光分岐
器4、光の進行方向を1方向に限定する光アイソレータ
5、光変調器6、光フィルタ7、光分岐器8、クロック
抽出器9、移相器10、電気増幅器11、シンセサイザ
(標準信号発生器)12、移相器13、位相比較器1
4、電気フィルタ15、電気増幅器16、および電歪素
子17から構成される。上記1〜11の構成要素は図1
の従来例とほぼ同様であるが、12〜17は本発明に係
る構成要素である。そして電歪素子17は希土類添加光
ファイバ1と光分岐器4間に接続し、位相比較器14は
クロック抽出器9に接続している。
【0019】図3において、例えば、希土類添加光ファ
イバ1としてエルビウム添加光ファイバを用いると、レ
ーザの発振波長は1.5μm帯となる。励起光源2とし
ては、半導体レーザを用いることができる。光変調器6
としては、例えば、ニオブ酸リチウム製のマッハツェン
ダ型強度変調器、電界吸収型変調器、半導体レーザ変調
器などを用いることができる。
イバ1としてエルビウム添加光ファイバを用いると、レ
ーザの発振波長は1.5μm帯となる。励起光源2とし
ては、半導体レーザを用いることができる。光変調器6
としては、例えば、ニオブ酸リチウム製のマッハツェン
ダ型強度変調器、電界吸収型変調器、半導体レーザ変調
器などを用いることができる。
【0020】以下、本レーザパルス発振器における高繰
り返し光パルス列の発生について説明する。
り返し光パルス列の発生について説明する。
【0021】希土類添加光ファイバ1を光結合器3を通
して励起光源2で励起すると、光フィルタ7の透過帯域
内で、光アイソレータ5の順方向に連続光の発振が起こ
る。レーザの出力を光分岐器4を通して取り出し、さら
に光分岐器8で分け、その一部を光受光素子、狭帯域電
気フィルタ、および電気増幅器からなるクロック抽出器
9に入力する。次に、クロック抽出器9によりレーザ出
力から特定の周波数の正弦波のクロック信号を抜き出
し、移相器10でそのクロック信号の位相を調整し、電
気増幅器11でクロック信号を増幅した後、光変調器6
に印加する。共振器内ではクロック信号に同期した周波
数で光が強度変調されるが、もともとこの光はレーザか
ら放出された信号なのでいつも最適に変調され、長時間
にわたって安定にパルス発振が継続する。出力パルスの
繰り返しを変化させるには、クロック抽出器で抽出され
るクロック信号の周波数を変えればよい。
して励起光源2で励起すると、光フィルタ7の透過帯域
内で、光アイソレータ5の順方向に連続光の発振が起こ
る。レーザの出力を光分岐器4を通して取り出し、さら
に光分岐器8で分け、その一部を光受光素子、狭帯域電
気フィルタ、および電気増幅器からなるクロック抽出器
9に入力する。次に、クロック抽出器9によりレーザ出
力から特定の周波数の正弦波のクロック信号を抜き出
し、移相器10でそのクロック信号の位相を調整し、電
気増幅器11でクロック信号を増幅した後、光変調器6
に印加する。共振器内ではクロック信号に同期した周波
数で光が強度変調されるが、もともとこの光はレーザか
ら放出された信号なのでいつも最適に変調され、長時間
にわたって安定にパルス発振が継続する。出力パルスの
繰り返しを変化させるには、クロック抽出器で抽出され
るクロック信号の周波数を変えればよい。
【0022】次に、繰り返し周波数の安定化(位相同
期)について説明する。
期)について説明する。
【0023】クロック抽出器9から出力されるクロック
信号y1(t)と、シンセサイザ12から出力され移相器1
3によって位相φ2 だけ変化させた電気信号y2(t)が位
相比較器14に入力する。ここで、クロック信号をy
1(t)=a sin(2πf1 t+φ1)、シンセサイザの信号
をy2(t)=b sin(2πf2 t+φ2 )とする。a,bは
それぞれの電気信号の振幅、φ1 ,φ2 は位相、f1 ,
f2 はそれぞれクロック周波数およびシンセサイザの発
振周波数、tは時間を表す。位相比較器14からの出力
信号y3(t)は両者の掛け算で与えられ、次のようにな
る。
信号y1(t)と、シンセサイザ12から出力され移相器1
3によって位相φ2 だけ変化させた電気信号y2(t)が位
相比較器14に入力する。ここで、クロック信号をy
1(t)=a sin(2πf1 t+φ1)、シンセサイザの信号
をy2(t)=b sin(2πf2 t+φ2 )とする。a,bは
それぞれの電気信号の振幅、φ1 ,φ2 は位相、f1 ,
f2 はそれぞれクロック周波数およびシンセサイザの発
振周波数、tは時間を表す。位相比較器14からの出力
信号y3(t)は両者の掛け算で与えられ、次のようにな
る。
【0024】
【数1】 y3(t)=ky1(t) y2(t) =kab cos (2π(f1-f2)t +φ1 - φ2 )) +kab cos (2π(f1+f2)t + φ1 + φ2 )) (1) ここで、kは変換定数である。位相比較器14の出力は
クロック信号の周波数f1 とシンセサイザの周波数f2
の差(f1 −f2 )を含む項と和(f1 +f2)を含む
項から構成されている。移相器13によって
クロック信号の周波数f1 とシンセサイザの周波数f2
の差(f1 −f2 )を含む項と和(f1 +f2)を含む
項から構成されている。移相器13によって
【0025】
【数2】 φ2 =φ1 −π/2 (2) を満たすように位相φ0 を設定すると位相比較器14の
出力y3(t)は
出力y3(t)は
【0026】
【数3】 y3(t)=kab sin (2π(f1-f2)t) +kab cos(2π(f1+f2)t + 2φ1 - π/2)) (3) となる。電気フィルタ15の通過帯域を差周波数成分
(f1 −f2 )のみが通過できるように設定しておく
と、和周波数(f1 +f2 )を含む高周波成分は電気フ
ィルタ15で消滅するため、(3)式は
(f1 −f2 )のみが通過できるように設定しておく
と、和周波数(f1 +f2 )を含む高周波成分は電気フ
ィルタ15で消滅するため、(3)式は
【0027】
【数4】 y3(t)=kab sin (2π(f1-f2)t) =c sin (2πΔft) (4) となる。ここで、c=kab 、Δf=f1 −f2 である。
【0028】
【数5】
【0029】として同期状態に近い場合、(4)式は
【0030】
【数6】 y3(t)= 2πc Δft (5) となり、位相比較器14の出力はクロック信号とシンセ
サイザの周波数差に比例した電圧となる。シンセサイザ
12の周波数f2 は一定に固定されているため、位相比
較器14の出力y3(t)はクロック信号の周波数f1 、す
なわちレーザパルス発振器の繰り返し周波数f1 の変動
に比例した電圧となる。
サイザの周波数差に比例した電圧となる。シンセサイザ
12の周波数f2 は一定に固定されているため、位相比
較器14の出力y3(t)はクロック信号の周波数f1 、す
なわちレーザパルス発振器の繰り返し周波数f1 の変動
に比例した電圧となる。
【0031】レーザパルス発振器が再生モード同期法に
より、最初繰り返し周波数fで発振している場合を考え
る。シンセサイザ12の周波数はレーザの繰り返し周波
数fに設定する。共振器内の温度下降により共振器が短
くなり、レーザの繰り返し周波数が最初の繰り返し周波
数fよりも大きくなると、上記Δfは正になる。逆に、
共振器内の温度上昇により共振器が長くなり、レーザの
繰り返し周波数が最初の繰り返し周波数fよりも小さく
なると、上記Δfは負になる。
より、最初繰り返し周波数fで発振している場合を考え
る。シンセサイザ12の周波数はレーザの繰り返し周波
数fに設定する。共振器内の温度下降により共振器が短
くなり、レーザの繰り返し周波数が最初の繰り返し周波
数fよりも大きくなると、上記Δfは正になる。逆に、
共振器内の温度上昇により共振器が長くなり、レーザの
繰り返し周波数が最初の繰り返し周波数fよりも小さく
なると、上記Δfは負になる。
【0032】電歪素子17の伸び縮みと印加電圧との関
係をあらかじめ調べておき、式(5)の出力に応じてレ
ーザの繰り返し周波数fが大きくなりΔfが正になった
ときは、周波数fが小さくなるように制御用電圧信号の
符号を調整して電気増幅器16を通して電歪素子17に
印加する。また、レーザの繰り返し周波数fが小さくな
りΔfが負になったときには、周波数fが大きくなるよ
うに制御用電圧信号の符号を調整して電気増幅器16を
通して電歪素子17に印加する。このようにすると、電
歪素子17を通してたえず負帰還がかかり、制御ループ
が
係をあらかじめ調べておき、式(5)の出力に応じてレ
ーザの繰り返し周波数fが大きくなりΔfが正になった
ときは、周波数fが小さくなるように制御用電圧信号の
符号を調整して電気増幅器16を通して電歪素子17に
印加する。また、レーザの繰り返し周波数fが小さくな
りΔfが負になったときには、周波数fが大きくなるよ
うに制御用電圧信号の符号を調整して電気増幅器16を
通して電歪素子17に印加する。このようにすると、電
歪素子17を通してたえず負帰還がかかり、制御ループ
が
【0033】
【数7】
【0034】の周りに安定化される。すなわち、レーザ
の発振周波数f1 がシンセサイザ12の周波数f2 に固
定される位相同期ループが形成される。
の発振周波数f1 がシンセサイザ12の周波数f2 に固
定される位相同期ループが形成される。
【0035】このような位相同期ループを設けることに
より、光パルスの繰り返し周波数f1 の変動に追随して
共振器長が変化し、その結果、共振器長が自動的に一定
に保たれ、シンセサイザ12の外部信号に同期した繰り
返し周波数f1 でレーザパルス発振器が動作する。その
結果、周波数f1 は温度変動に依存せずに長時間にわた
って常に一定になる。例えば、シンセサイザ12を10
GHzに設定したときの周波数変化の一例を図4に示
す。従来のレーザパルス発振器とは異なり、共振器内の
温度の変化の如何にかかわらず、周波数は時間とともに
変動しない。
より、光パルスの繰り返し周波数f1 の変動に追随して
共振器長が変化し、その結果、共振器長が自動的に一定
に保たれ、シンセサイザ12の外部信号に同期した繰り
返し周波数f1 でレーザパルス発振器が動作する。その
結果、周波数f1 は温度変動に依存せずに長時間にわた
って常に一定になる。例えば、シンセサイザ12を10
GHzに設定したときの周波数変化の一例を図4に示
す。従来のレーザパルス発振器とは異なり、共振器内の
温度の変化の如何にかかわらず、周波数は時間とともに
変動しない。
【0036】本発明のレーザパルス発振器においては、
外部信号に同期した固定した繰り返し周波数でパルス発
振しているので、従来の技術で問題となっていた光パル
スの周波数変動を抑制でき、長時間にわたって安定な高
繰り返し光パルス列を発生できる。
外部信号に同期した固定した繰り返し周波数でパルス発
振しているので、従来の技術で問題となっていた光パル
スの周波数変動を抑制でき、長時間にわたって安定な高
繰り返し光パルス列を発生できる。
【0037】図5は図3のクロック抽出器9の構成の一
例を示し、図6は他の構成例を示す。クロック抽出器9
は図5に示すように、光学光素子9−1と狭帯域電気フ
ィルタ9−2で構成できるが、図6に示すように、これ
に更に位相比較器9−3と電圧制御発振器9−4とを付
加して、位相同期ループ回路を構成しても好ましい。
例を示し、図6は他の構成例を示す。クロック抽出器9
は図5に示すように、光学光素子9−1と狭帯域電気フ
ィルタ9−2で構成できるが、図6に示すように、これ
に更に位相比較器9−3と電圧制御発振器9−4とを付
加して、位相同期ループ回路を構成しても好ましい。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高調波−再生モード同期により高繰り返し光パルス列を
発生させるレーザパルス発振器において、周波数が一定
に設定されている外部信号を用い、この外部信号と光変
調器を駆動するクロック信号との位相差を検出し、この
検出した位相差に応じてレーザパルス発振器の繰り返し
周波数が外部信号と同期するように共振器長を自動的に
制御する位相同期ループを設けたので、長時間にわたっ
て周波数が一定で、かつ安定な高繰り返しの光パルス列
を発生できる効果が得られる。
高調波−再生モード同期により高繰り返し光パルス列を
発生させるレーザパルス発振器において、周波数が一定
に設定されている外部信号を用い、この外部信号と光変
調器を駆動するクロック信号との位相差を検出し、この
検出した位相差に応じてレーザパルス発振器の繰り返し
周波数が外部信号と同期するように共振器長を自動的に
制御する位相同期ループを設けたので、長時間にわたっ
て周波数が一定で、かつ安定な高繰り返しの光パルス列
を発生できる効果が得られる。
【図1】従来のレーザパルス発振器の構成を示す構成図
である。
である。
【図2】従来のレーザパルス発振器における光パルスの
周波数変化の一例を示すグラフである。
周波数変化の一例を示すグラフである。
【図3】本発明のレーザパルス発振器の構成の一例を示
す構成図である。
す構成図である。
【図4】本発明のレーザパルス発振器における光パルス
の周波数変化の一例を示すグラフである。
の周波数変化の一例を示すグラフである。
【図5】図3のクロック抽出器の一例を表すブロック図
である。
である。
【図6】図3のクロック抽出器の他の例を示すブロック
図である。
図である。
1 希土類添加光ファイバ(希土類元素を添加した光フ
ァイバ) 2 希土類添加光ファイバを励起するための励起光源 3 励起光を希土類添加光ファイバに結合させる光結合
器 4 出力を取り出す光分岐器 5 光の進行方向を1方向に限定する光アイソレータ 6 光変調器 7 光フィルタ 8 光分岐器 9 クロック抽出器 10 移相器 11 電気増幅器 12 シンセサイザ(標準信号発生器) 13 移相器 14 位相比較器 15 電気フィルタ 16 電気増幅器 17 電歪素子 9−1 光学光素子 9−2 狭帯域電気フィルタ 9−3 位相比較器 9−4 電圧制御発振器
ァイバ) 2 希土類添加光ファイバを励起するための励起光源 3 励起光を希土類添加光ファイバに結合させる光結合
器 4 出力を取り出す光分岐器 5 光の進行方向を1方向に限定する光アイソレータ 6 光変調器 7 光フィルタ 8 光分岐器 9 クロック抽出器 10 移相器 11 電気増幅器 12 シンセサイザ(標準信号発生器) 13 移相器 14 位相比較器 15 電気フィルタ 16 電気増幅器 17 電歪素子 9−1 光学光素子 9−2 狭帯域電気フィルタ 9−3 位相比較器 9−4 電圧制御発振器
Claims (4)
- 【請求項1】 レーザの出力の一部からレーザの共振器
長で決まる基本周波数の高次の整数倍に相当するクロッ
ク信号を抽出するクロック信号抽出手段と、該クロック
信号の周波数によりレーザ共振器内に設置された光変調
器を駆動する駆動手段とを有する高調波−再生モード同
期レーザパルス発振器において、 周波数が一定に設定されている外部信号と前記クロック
信号との位相差を検出する位相差検出手段と、 レーザパルス発振器の繰り返し周波数が前記外部信号と
同期するように、前記共振器長を変化させる共振器長変
化手段と、 前記位相差検出手段で検出した前記位相差を前記共振器
長変化手段へ負帰還する手段とからなる位相同期ループ
を設けたことを特徴とするレーザパルス発振器。 - 【請求項2】 前記共振器長変化手段は電歪素子である
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザパルス発振
器。 - 【請求項3】 前記外部信号は、基準信号発生器として
のシンセサイザと位相器とから生成されることを特徴と
する請求項1または2に記載のレーザパルス発振器。 - 【請求項4】 前記共振器長変化手段へ負帰還する手段
は電気フィルタと電気増幅器とからなり、該電気フィル
タの通過帯域を前記クロック信号の周波数と前記外部信
号の周波数の差周波成分のみが通過できるように設定し
ていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに
記載のレーザパルス発振器。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8232074A JPH1074999A (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | レーザパルス発振器 |
US08/919,354 US5926492A (en) | 1996-09-02 | 1997-08-28 | Laser pulse oscillator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8232074A JPH1074999A (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | レーザパルス発振器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1074999A true JPH1074999A (ja) | 1998-03-17 |
Family
ID=16933590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8232074A Pending JPH1074999A (ja) | 1996-09-02 | 1996-09-02 | レーザパルス発振器 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5926492A (ja) |
JP (1) | JPH1074999A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1014518A2 (en) * | 1998-12-17 | 2000-06-28 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | An atomic frequency standard laser pulse oscillator |
JP2008251723A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Tohoku Univ | パルスレーザ光源 |
JP2009140581A (ja) * | 2007-12-07 | 2009-06-25 | Time Technology Kk | デジタル・オーディオ用記録再生装置 |
CN101800395A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-08-11 | 浙江大学 | 数字化激光锁相装置和相位锁定方法 |
WO2015170504A1 (ja) * | 2014-05-08 | 2015-11-12 | 国立大学法人東北大学 | モード同期レーザ、高速光信号処理装置およびスペクトル分光計測装置 |
CN113702917A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-11-26 | 中国人民解放军空军预警学院 | 基于扫频光电振荡器相参脉冲雷达信号产生方法 |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2761169B1 (fr) * | 1997-03-20 | 1999-04-30 | Alsthom Cge Alcatel | Regenerateur a modulation optique pour des systemes de transmission a fibre optique a signaux solitons |
JP3441938B2 (ja) * | 1997-10-14 | 2003-09-02 | 安藤電気株式会社 | 光パルス発生器 |
US6377594B1 (en) * | 1999-10-15 | 2002-04-23 | Hewlett-Packard Company | Apparatus and method for analysis and control of a train of high speed, high power, multi-level laser pulses |
KR100327899B1 (ko) * | 1999-11-03 | 2002-03-09 | 오길록 | 모드 로킹 광섬유 레이저 안정화 장치 및 그 방법 |
AUPQ945500A0 (en) * | 2000-08-15 | 2000-09-07 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Frequency adjustable oscillator and methods of operation |
WO2002075873A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-26 | Calmar Optcom, Inc. | Digital control of actively mode-locked lasers |
WO2003028177A1 (en) | 2001-09-24 | 2003-04-03 | Giga Tera Ag | Pulse-generating laser |
US6687270B1 (en) | 2002-08-14 | 2004-02-03 | Coherent, Inc. | Digital electronic synchronization of ultrafast lasers |
US7038781B2 (en) * | 2003-10-01 | 2006-05-02 | Coherent, Inc. | Time correlation of ultrafast laser pulses |
US20080142684A1 (en) * | 2006-12-19 | 2008-06-19 | Ehlers Eric R | Opto-Electronic Oscillator Clock With Optical Distribution Network |
GB2475331A (en) * | 2009-11-17 | 2011-05-18 | Rad Data Comm Ltd | Reference frequency source |
CN103762486B (zh) * | 2014-01-26 | 2016-07-06 | 上海交通大学 | 一种输出非相干光束的光纤激光器 |
US9684223B2 (en) * | 2015-02-06 | 2017-06-20 | Canon Kabushiki Kaisha | High efficiency fiber optical parametric oscillator |
CN107302178B (zh) * | 2017-06-26 | 2019-11-19 | 天津理工大学 | 基于二维材料光电器件的再生锁模光纤激光器 |
CN110470251B (zh) * | 2019-08-30 | 2021-04-27 | 天津大学 | 一种基于光电振荡器的光纤长度测量方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3284751B2 (ja) * | 1994-05-27 | 2002-05-20 | 日本電信電話株式会社 | 光パルス圧縮装置 |
JP3191843B2 (ja) * | 1994-06-29 | 2001-07-23 | 日本電信電話株式会社 | レーザパルス発振器 |
JP3350874B2 (ja) * | 1995-11-15 | 2002-11-25 | 日本電信電話株式会社 | レーザパルス発振器 |
-
1996
- 1996-09-02 JP JP8232074A patent/JPH1074999A/ja active Pending
-
1997
- 1997-08-28 US US08/919,354 patent/US5926492A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1014518A2 (en) * | 1998-12-17 | 2000-06-28 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | An atomic frequency standard laser pulse oscillator |
EP1014518A3 (en) * | 1998-12-17 | 2001-09-05 | Nippon Telegraph and Telephone Corporation | An atomic frequency standard laser pulse oscillator |
US6333942B1 (en) | 1998-12-17 | 2001-12-25 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Atomic frequency standard laser pulse oscillator |
JP2008251723A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-16 | Tohoku Univ | パルスレーザ光源 |
JP2009140581A (ja) * | 2007-12-07 | 2009-06-25 | Time Technology Kk | デジタル・オーディオ用記録再生装置 |
CN101800395A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-08-11 | 浙江大学 | 数字化激光锁相装置和相位锁定方法 |
WO2015170504A1 (ja) * | 2014-05-08 | 2015-11-12 | 国立大学法人東北大学 | モード同期レーザ、高速光信号処理装置およびスペクトル分光計測装置 |
JPWO2015170504A1 (ja) * | 2014-05-08 | 2017-04-20 | 国立大学法人東北大学 | モード同期レーザ、高速光信号処理装置およびスペクトル分光計測装置 |
CN113702917A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-11-26 | 中国人民解放军空军预警学院 | 基于扫频光电振荡器相参脉冲雷达信号产生方法 |
CN113702917B (zh) * | 2021-07-13 | 2024-04-16 | 中国人民解放军空军预警学院 | 基于扫频光电振荡器相参脉冲雷达信号产生方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5926492A (en) | 1999-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPH1074999A (ja) | レーザパルス発振器 | |
JP3443534B2 (ja) | 原子周波数標準レーザパルス発振器 | |
US10454238B2 (en) | Systems and methods for low noise frequency multiplication, division, and synchronization | |
CN102265214B (zh) | 用于产生自参照光学梳形频谱的方法和设备 | |
JP7336447B2 (ja) | 注入同期式レーザシステム | |
GB2302173A (en) | Pumping source wavelength control rubidium atomic oscillator | |
JP2016018124A (ja) | 光周波数コム発生装置 | |
JPH07245443A (ja) | 駆動周波数混合型モード同期レーザ装置 | |
JP5959340B2 (ja) | 同期信号配信装置 | |
JPH09139536A (ja) | レーザパルス発振器 | |
JP3191843B2 (ja) | レーザパルス発振器 | |
JP2001267667A (ja) | 周波数シフト帰還型モード同期レーザ及び周波数シフト帰還型再生モード同期レーザ。 | |
JP3504592B2 (ja) | パルスレーザ発生装置及びそれを利用したx線発生装置 | |
US8379285B1 (en) | Radio frequency self-regenerated locked optical oscillator | |
JP3459166B2 (ja) | 光位相同期光源 | |
JP3314379B2 (ja) | レーザパルス発振器 | |
CN116147786B (zh) | 光脉冲间谐波提取方法及装置 | |
JPH09219550A (ja) | レーザパルス発振器 | |
JPH1174592A (ja) | 高速光パルス発生装置 | |
JP3055735B2 (ja) | 受動モード同期半導体レーザ装置 | |
JPH02183236A (ja) | 光タイミング抽出回路 | |
JP2022137912A (ja) | マイクロコムの位相雑音低減化装置及び方法 | |
JP3306743B2 (ja) | レーザパルス発振器 | |
Yu et al. | Opto-electronic generation of low-jitter pulsed signals | |
JP3306745B2 (ja) | レーザパルス発振器 |