JP2612938B2 - All-optical type optical frequency shifter - Google Patents
All-optical type optical frequency shifterInfo
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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、信号光パルスのチャープの符号と大きさを
制御し、そのキャリア周波数を光入力により任意に変化
させる全光型光周波数シフタに関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an all-optical type optical frequency shifter that controls the sign and magnitude of chirp of a signal light pulse, and arbitrarily changes the carrier frequency thereof according to optical input. Things.
（従来の技術） 出願人は、信号光パルスが所定のファイバ長を伝搬し
た後に所望のパルス波形を得られ、また、隣接パルスと
の符号干渉を最小に抑えられるようにするために、信号
光パルスのチャープの符号と大きさを任意に制御できる
ようにした光パルスチャープ制御装置を提案した（特願
平１−58294号参照）。(Prior Art) Applicants have proposed a method of obtaining a signal light pulse so that a desired pulse waveform can be obtained after the signal light pulse has propagated a predetermined fiber length and code interference with an adjacent pulse can be minimized. An optical pulse chirp control device has been proposed in which the sign and magnitude of a pulse chirp can be arbitrarily controlled (see Japanese Patent Application No. 1-58294).
この装置は、超短光パルスである信号光パルスの伝送
距離を大幅に長くすることができるという利点を有して
いる。This device has an advantage that the transmission distance of a signal light pulse, which is an ultrashort light pulse, can be greatly increased.
（発明が解決しようとする課題） ところで、このような装置において、さらに歪の少な
い超短光パルス伝送を実現するには、光ファイバの分散
に応じて、信号光パルスのキャリア周波数を制御し、最
適の光周波数にシフトさせることが必要である。しかし
ながら、上記装置自体では光周波数を任意に制御するこ
とができない。(Problems to be Solved by the Invention) In such a device, in order to realize ultrashort optical pulse transmission with less distortion, the carrier frequency of the signal light pulse is controlled according to the dispersion of the optical fiber. It is necessary to shift to the optimal optical frequency. However, the device itself cannot arbitrarily control the optical frequency.
そこで、光源等に用いられる半導体レーザの発振周波
数を、半導体レーザの温度またはバイアス電流を変化さ
せることにより任意に変化させることが考えられるが、
温度またはバイアス電流の変化量は、それぞれ１Å／
℃、0.1Å/mA程度であり、大きく光周波数を変化させる
ことは困難である。Therefore, it is conceivable to arbitrarily change the oscillation frequency of the semiconductor laser used for the light source or the like by changing the temperature or the bias current of the semiconductor laser.
The change amount of the temperature or the bias current is 1Å /
° C, about 0.1Å / mA, and it is difficult to greatly change the optical frequency.
さらに、ピコ秒程度の超短光パルスの発生に、利得ス
イッチ法を用いた場合、半導体レーザの温度、電流を独
立に、しかも任意に変化させることができず、光周波数
の可変範囲は制限されていた。Furthermore, if the gain switch method is used to generate ultrashort optical pulses of the order of picoseconds, the temperature and current of the semiconductor laser cannot be changed independently and arbitrarily, and the variable range of the optical frequency is limited. I was
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、信号光パルスの光周波数を任意に変化させ
ることができ、これによって歪の少ない超短光パルス伝
送の長距離化を図れる全光型光周波数シフタを提供する
ことにある。The present invention has been made in view of such circumstances,
An object of the present invention is to provide an all-optical type optical frequency shifter that can change the optical frequency of a signal light pulse arbitrarily and thereby achieve long-distance ultrashort light pulse transmission with little distortion.
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、請求項（１）では、制御用
パルスを発生する制御用光パルス発生源と、光カー効果
を有する非線形素子と、前記制御用光パルスに信号光パ
ルスとの相対的な時間ずれを付与する位相可変手段と、
該位相可変手段によりパルス間に時間ずれが生じた制御
用光パルスと信号光パルスを合波して前記非線形素子に
入射させる光合波手段とを備えた。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, according to claim (1), a control light pulse generating source for generating a control pulse, a nonlinear element having an optical Kerr effect, and the control light Phase variable means for giving a relative time shift to the signal light pulse to the pulse,
An optical multiplexing means for multiplexing the control light pulse and the signal light pulse having a time lag between the pulses by the phase variable means and causing the multiplexed light to enter the nonlinear element.
また、請求項（２）では、制御用光パルスと信号光パ
ルスとを、偏波方向が同一の直線偏光となるように設定
する偏波設定手段を前記光合波手段の入力側に配置し
た。Further, in claim (2), a polarization setting means for setting the control light pulse and the signal light pulse so that the polarization directions are the same linearly polarized light is arranged on the input side of the optical multiplexing means.
また、請求項（３）では、制御用光パルスと信号光パ
ルスとを、偏波方向が互いに直行する直線偏光となるよ
うに設定する偏波設定手段を前記光合波手段の入力側に
配置した。In claim (3), a polarization setting means for setting the control light pulse and the signal light pulse so as to be linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other is arranged on the input side of the optical multiplexing means. .
また、請求項（４）では、前記非線形素子を光ファイ
バにより構成し、かつ、前記位相可変手段を圧電素子の
変位に応じて少なくとも長さ方向に変位を生じる光ファ
イバにより構成するとともに、前記光合波手段を光ファ
イバカップラにより構成した。According to a fourth aspect of the present invention, the non-linear element is constituted by an optical fiber, and the phase variable means is constituted by an optical fiber which is displaced at least in a longitudinal direction in accordance with displacement of a piezoelectric element. The wave means was constituted by an optical fiber coupler.
また、請求項（５）では、前記非線形素子を光ファイ
バにより構成し、かつ、前記位相可変手段を圧電素子の
変位に応じて少なくとも長さ方向に変位を生じる光ファ
イバにより構成するとともに、前記偏波設定手段を光フ
ァイバ型偏波コントローラにより構成し、さらに、前記
光合波手段を光ファイバカップラにより構成した。Further, in claim (5), the non-linear element is constituted by an optical fiber, and the phase variable means is constituted by an optical fiber which is displaced at least in a length direction in accordance with the displacement of the piezoelectric element. The wave setting means is constituted by an optical fiber type polarization controller, and the optical multiplexing means is constituted by an optical fiber coupler.
また、請求項（６）では、前記非線形素子を光ファイ
バにより構成し、かつ、前記位相可変手段を圧電素子の
変位に応じて少なくとも長さ方向に変位を生じる光ファ
イバにより構成するとともに、前記偏波設定手段を光フ
ァイバ型偏波コントローラにより構成し、さらに、前記
光合波手段をファイバ型偏波ビームスプリッタにより構
成した。According to a sixth aspect of the present invention, the nonlinear element is constituted by an optical fiber, and the phase changing means is constituted by an optical fiber which is displaced at least in a longitudinal direction in accordance with displacement of a piezoelectric element. The wave setting means is constituted by an optical fiber type polarization controller, and the optical multiplexing means is constituted by a fiber type polarization beam splitter.
（作 用） 請求項（１）によれば、位相制御手段により、信号光
パルスと制御用光パルス発生源にて発生された制御用光
パルス間に、相対的な時間ずれが付与される。次に、こ
の相対的な時間ずれが付与された信号光と制御用光パル
スは、光合波手段にて合波され、非線形素子に入射され
る。(Operation) According to claim (1), a relative time shift is given by the phase control means between the signal light pulse and the control light pulse generated by the control light pulse generation source. Next, the signal light and the control light pulse to which the relative time shift has been given are multiplexed by the optical multiplexing means, and are incident on the nonlinear element.
信号光パルスは、非線形素子を伝搬中に、制御用光パ
ルスによって誘起された非線形素子の光カー効果の作用
を受けて、その光周波数がシフトされる。While propagating through the nonlinear element, the signal light pulse is shifted in optical frequency by the action of the optical Kerr effect of the nonlinear element induced by the control light pulse.
また、請求項（２）によれば、相対的な時間ずれが付
与された信号光パルスと制御用光パルスは、偏波設定手
段により、偏波方向が同一の直線偏光に設定する。これ
らの偏波方向が揃えられた信号光パルスと制御用光パル
スは、次に、光合波手段にて合波される。次いで、この
合波光は、非線形素子に入射され、同一方向に互いに重
なり合うように伝搬し、上記と同様に、その光周波数が
シフトされる。Further, according to claim (2), the signal light pulse and the control light pulse to which the relative time lag is given are set to the same direction of linear polarization by the polarization setting means. Next, the signal light pulse and the control light pulse whose polarization directions are aligned are multiplexed by the optical multiplexing means. Next, the multiplexed light is incident on the nonlinear element, propagates in the same direction so as to overlap each other, and its optical frequency is shifted as described above.
また、請求項（３）によれば、相対的な時間ずれが付
与された信号光パルスと制御用光パルスは、偏波設定手
段により、偏波方向が互いに直行する直線偏光に設定さ
れた後、光合波手段により合波される。According to claim (3), the signal light pulse and the control light pulse to which the relative time shift is given are set by the polarization setting means to linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other. Are multiplexed by an optical multiplexing means.
また、請求項（４）または請求項（５）または請求項
（６）によれば、上記した各作用が光ファイバ内にて行
われる。Further, according to claim (4), claim (5), or claim (6), the above-described respective operations are performed in the optical fiber.
（実施例） 第１図は、本発明に係る全光型光周波数シフタの第１
の実施例を示す構成図である。第１図において、Psは波
長λ１（光周波数f1）の信号光、１は制御用光パルス発
生源で、信号光Psの波長λ１とは異なる波長λ２の制御
用光パルス（以下、ポンプ光パルスという）Pcを発生す
る。(Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the all-optical optical frequency shifter according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of the embodiment. In FIG. 1, Ps is a signal light having a wavelength λ1 (optical frequency f1), 1 is a control light pulse generation source, and a control light pulse (hereinafter referred to as a pump light pulse) having a wavelength λ2 different from the wavelength λ1 of the signal light Ps. Pc).
２は位相可変装置で、反射ミラー2a、2bと、図示しな
い移動機構により位置変更可能なプリズムミラー2cによ
り構成されており、制御用光パルス発生源１から出射さ
れたポンプ光パルスPcの光路長を、信号光パルスPsの光
路長より長く設定し、ポンプ光パルスPcを、当該光周波
数シフタへ同時に入射した信号光パルスPsに対して所望
の時間Δτだけ遅延させる。Reference numeral 2 denotes a phase variable device, which includes reflecting mirrors 2a and 2b and a prism mirror 2c whose position can be changed by a moving mechanism (not shown). The optical path length of the pump light pulse Pc emitted from the control light pulse source 1 is shown. Is set longer than the optical path length of the signal light pulse Ps, and the pump light pulse Pc is delayed by a desired time Δτ with respect to the signal light pulse Ps simultaneously incident on the optical frequency shifter.
３は偏波設定手段で、四分の一波長板（以下、λ/4板
という）3aと二分の一波長板（以下、λ/2板という）3b
とを、光パルスの進行方向に対してλ/4板3a、λ/2板3b
の順に配置した構成を２組有し、信号光パルスPsと位相
可変装置２から出射されたポンプ光パルスPcの偏波面を
同一方向に設定し、直線偏光として出射する。Reference numeral 3 denotes a polarization setting unit, which is a quarter-wave plate (hereinafter referred to as λ / 4 plate) 3a and a half-wave plate (hereinafter referred to as λ / 2 plate) 3b.
And λ / 4 plate 3a and λ / 2 plate 3b with respect to the traveling direction of the light pulse.
, And sets the polarization planes of the signal light pulse Ps and the pump light pulse Pc emitted from the phase variable device 2 in the same direction, and emits the light as linearly polarized light.
４は光合波手段で、例えば波長λ１の光をほぼ100％
透過させ、波長λ２の光をほぼ100％反射する光学フィ
ルタ4a,4bを組合せて構成され、偏波面が揃った信号光
パルスPsとポンプ光パルスPcとを合波する。Reference numeral 4 denotes an optical multiplexing means, for example, which converts light of wavelength λ1 to almost 100%.
Optical filters 4a and 4b that transmit and reflect almost 100% of the light of wavelength λ2 are combined, and multiplex a signal light pulse Ps and a pump light pulse Pc whose polarization planes are uniform.
５は光カー効果を有する非線形素子で、例えば、光フ
ァイバあるいはMNA（メチル・ニトロアニリン）等によ
り構成され、光合波手段４による合波光の入射に伴い、
ポンプ光パルスPcの信号光パルスPsに対する相対的な時
間遅延と、ポンプ光パルスPcの強度等により決定される
高周波数シフトΔｆを誘起させる。Reference numeral 5 denotes a non-linear element having an optical Kerr effect, which is composed of, for example, an optical fiber or MNA (methyl nitroaniline).
A time delay relative to the signal light pulse Ps of the pump light pulse Pc and a high frequency shift Δf determined by the intensity of the pump light pulse Pc are induced.
６は光分波手段で、例えば、波長λ１の光をほぼ100
％透過させ、波長λ２の光をほぼ100％反射する光学フ
ィルタ6aにより構成され、非線形素子５から出射された
信号光パルスPsとポンプ光パルスPcとを分離する。Numeral 6 denotes an optical demultiplexing means, for example, which converts light having a wavelength λ1 to almost 100
%, And the optical filter 6a reflects almost 100% of the light of the wavelength λ2. The optical filter 6a separates the signal light pulse Ps and the pump light pulse Pc emitted from the nonlinear element 5.
次に、上記構成により動作を説明する。なお、非線形
素子５における動作原理については、第２図乃至第６図
に基づいて、詳細に説明する。Next, the operation of the above configuration will be described. The principle of operation of the nonlinear element 5 will be described in detail with reference to FIGS.
制御用光パルス発生源１にて発生されたポルプ光パル
スPcは、位相可変装置２に入射される。ポルプ光パルス
Pcは、位相可変装置２において、反射ミラー2a→プリズ
ムミラー2c→反射ミラー2bを介することによって、信号
光パルスPsに対して時間Δτだけ遅延される。The Polp light pulse Pc generated by the control light pulse generation source 1 is incident on the phase variable device 2. Polp light pulse
Pc is delayed by the time Δτ with respect to the signal light pulse Ps by passing through the reflection mirror 2a → the prism mirror 2c → the reflection mirror 2b in the phase variable device 2.
このようにして、相対的な時間遅延を付与されたポル
プ光パルスPcと伝送路等を介した信号光パルスPsは、偏
波設定手段３にそれぞれ入射される。ポンプ光パルスPc
と信号光パルスPsは、偏波設定手段３においてλ/4板3
a、次いで、λ/2板3bを通過することによって、互いに
偏波面が同一の直線偏光（例えば、ｐ波）に設定され
て、光合波手段４に入射される。In this way, the Polp light pulse Pc to which the relative time delay is given and the signal light pulse Ps via the transmission path or the like are respectively incident on the polarization setting means 3. Pump light pulse Pc
And the signal light pulse Ps are converted by the polarization setting means 3 into the λ / 4 plate 3
a. Then, by passing through the λ / 2 plate 3b, the planes of polarization are set to the same linearly polarized light (for example, p-waves), and are incident on the optical multiplexing means 4.
光合波手段４において、信号光パルスPsは、光学フィ
ルタ4aに入射されて透過し、一方、ポンプ光パルスPc
は、光学フィルタ4bで反射され、さらに光学フィルタ4a
で反射される。これにより、信号光パルスPsとポンプ光
パルスPcとが合波される。この合波光は、次に非線形素
子５に入射される。In the optical multiplexing means 4, the signal light pulse Ps enters the optical filter 4a and passes therethrough, while the pump light pulse Pc
Is reflected by the optical filter 4b and further reflected by the optical filter 4a.
Is reflected by Thus, the signal light pulse Ps and the pump light pulse Pc are combined. This combined light is then incident on the nonlinear element 5.
信号光パルスPsは、非線形素子５において、以下に説
明するように、設定条件に応じた光周波数シフト作用を
受ける。ポンプ光パルスPcと光周波数シフト作用を受け
た信号光パルスPsは、光分波手段６に入射されて分波さ
れ、信号光パルスPsのみが、当該光周波数シフタの出力
光として出力される。The signal light pulse Ps is subjected to an optical frequency shift action according to the setting condition in the nonlinear element 5 as described below. The pump light pulse Pc and the signal light pulse Ps that has undergone the optical frequency shift operation are incident on the optical demultiplexing means 6 and are separated, and only the signal light pulse Ps is output as output light of the optical frequency shifter.
第２図は、非線形素子５における動作原理を説明する
ための概念図である。第３図において、横軸は時間を、
縦軸は光周波数（または位相）を表しており、破線Ａは
ポンプ光パルスPcによる非線形位相を、実線Ｂはポンプ
光パルスPcによる非線形周波数偏移を示し、さらにで
示す領域がブルーシフトゾーンを、で示す領域がレッ
ドシフトゾーンを示している。FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the operation principle of the nonlinear element 5. In FIG. 3, the horizontal axis represents time,
The vertical axis represents the optical frequency (or phase), the dashed line A represents the non-linear phase due to the pump light pulse Pc, the solid line B represents the non-linear frequency shift due to the pump light pulse Pc, and the region indicated by the solid line B represents the blue shift zone. The area indicated by, indicates the red shift zone.
光合波手段４によりポンプ光パルスPcと合波された信
号光パルスPsは、非線形素子５を通過することにより、
ポンプ光パルスPcによる相互位相変調（Cross Phase Mo
dulation）を受けて、破線Ａに示すように、ポンプ光パ
ルスPcの強度波形に比例した位相変化（屈折率変化）を
受ける。従って、信号光パルスPsの瞬時周波数偏移は、
位相波形の時間微分で与えられるので、実線Ｂで示すよ
うな曲線となる。The signal light pulse Ps multiplexed with the pump light pulse Pc by the light multiplexing means 4 passes through the nonlinear element 5,
Cross phase modulation by pump light pulse Pc (Cross Phase Mo
As a result, the pump light pulse Pc undergoes a phase change (refractive index change) in proportion to the intensity waveform of the pump light pulse Pc as shown by a broken line A. Therefore, the instantaneous frequency shift of the signal light pulse Ps is
Since it is given by the time derivative of the phase waveform, it becomes a curve as shown by the solid line B.
例えば、パルスの中心が、ある時間ｔ＝t1にある信号
光パルスPsは、パルスの中心周波数がΔｆ＝f1だけ偏移
し、パルスの前縁及び後縁では、それぞれΔｆ＜f1,Δ
ｆ＞f1となる。即ち、この領域にある信号光パルスPs
は、中心周波数の偏移（Δｆ＝f1）とともに、パルスの
時間軸上における高い周波数への偏移（ブルーシフト）
が生じる。For example, in the signal light pulse Ps whose pulse center is at a certain time t = t1, the center frequency of the pulse is shifted by Δf = f1, and at the leading edge and the trailing edge of the pulse, Δf <f1, Δ
f> f1. That is, the signal light pulse Ps in this region
Is the shift of the center frequency (Δf = f1) and the shift of the pulse to a higher frequency on the time axis (blue shift)
Occurs.
第３図は、遅延時間Δτと光周波数シフトΔｆとの関
係を示し、横軸は遅延時間を、縦軸は光周波数シフトを
表している。また、第４図及び第５図は、第３図におけ
る実線Ｂで示す曲線の時間軸上の領域を、二つの領域、
即ち、ブルーシフトゾーンと、レッドシフトゾーンとに
分割し、各ゾーンにおける光周波数シフトについてゾー
ン毎に説明するために示した図である。第４図及び第５
図において、CLはチャープのないチャープレス状態を、
RSはレッドシフトチャープを、BSはブルーシフトチャー
プを、Rv,Rv′はチャープ速度をそれぞれ示している。FIG. 3 shows the relationship between the delay time Δτ and the optical frequency shift Δf, where the horizontal axis represents the delay time and the vertical axis represents the optical frequency shift. FIG. 4 and FIG. 5 show the area on the time axis of the curve shown by the solid line B in FIG.
That is, FIG. 3 is a diagram shown for dividing into a blue shift zone and a red shift zone, and explaining an optical frequency shift in each zone for each zone. FIG. 4 and FIG.
In the figure, CL indicates the chirpless state without chirp,
RS indicates red shift chirp, BS indicates blue shift chirp, and Rv and Rv 'indicate chirp speed.
ブルーシフトゾーンは、チャープのない信号光パルス
（チャープレス信号光パルス）をブルーシフトチャーピ
ングパルスに、レッドシフトゾーンは、チャープレス信
号光パルスをレッドシフトチャーピングパルスにそれぞ
れ変換する領域である。従って、信号光パルスPsは、遅
延時間Δτを適当に選ぶことにより絶対光周波数のみな
らず、そのチャーピングをも制御できることになる。The blue shift zone is a region for converting a chirp-free signal light pulse (chirpless signal light pulse) into a blue shift chirping pulse, and the red shift zone is a region for converting a chirpless signal light pulse into a red shift chirping pulse. Therefore, the signal light pulse Ps can control not only the absolute light frequency but also its chirping by appropriately selecting the delay time Δτ.
なお、ブルーシフトゾーンは、半導体レーザのゲイン
スイッチパルスのようなレッドシフトチャープの補償
に、また、レッドシフトゾーンは、光ファイバ伝搬中に
誘起される自己位相変調の補償に有効である。The blue shift zone is effective for compensating red shift chirp such as a gain switch pulse of a semiconductor laser, and the red shift zone is effective for compensating self-phase modulation induced during propagation of an optical fiber.
ブルーシフトゾーンにおける光周波数シフトΔｆは、
第４図に示すように、パルスの中心付近のチャープ速度
（単位時間当たりの光周波数シフトで、図中の曲線Ｂの
傾き）Rvを用いて、次の（１）式、 Δｆ＝Rv×Δτ …（１） にて表すことができ、チャープ補償能力はRv（GHz/ps）
で表される。The optical frequency shift Δf in the blue shift zone is
As shown in FIG. 4, the following formula (1) is used by using the chirp speed Rv (the optical frequency shift per unit time, the slope of the curve B in the figure) near the center of the pulse, and Δf = Rv × Δτ … (1) and the chirp compensation ability is Rv (GHz / ps)
It is represented by
また、レッドシフトゾーンにおける光周波数シフト
は、第５図に示すように、非線形周波数偏移曲線Ｂの外
側の変曲点P1,P2におけるチャープ速度Rv′を用いて、
上記と同様に、次の（２）式、 Δｆ＝Δf0＋Δf1Δf1＝Rv′×Δτ …（２） にて表すことができる。The optical frequency shift in the red shift zone is determined by using the chirp speed Rv ′ at inflection points P1 and P2 outside the nonlinear frequency shift curve B, as shown in FIG.
Similarly to the above, it can be expressed by the following equation (2): Δf = Δf0 + Δf1Δf1 = Rv ′ × Δτ (2)
なお、第５図中の変曲点P3,P4においては、チャープ
変化を伴わない光周波数シフトΔｆが可能である。At the inflection points P3 and P4 in FIG. 5, an optical frequency shift Δf without chirp change is possible.
また、遅延時間Δτが零に近い領域は、第６図に示す
ように、遅延時間Δτに対して光周波数シフトΔｆが線
形に変わる領域である。この領域を用いることにより、
時分割多重された光パルス列を周波数多重された光パル
ス列に変換することができる。The region where the delay time Δτ is close to zero is a region where the optical frequency shift Δf changes linearly with respect to the delay time Δτ as shown in FIG. By using this area,
The time-division multiplexed optical pulse train can be converted to a frequency-multiplexed optical pulse train.
第１図の光周波数シフタにおける光周波数シフトΔｆ
は、ポンプ光パルスPcの強度Ｉ（ｔ）の微分に比例し
（Δｆ（τ）∝∂Ｉ（ｔ）／∂tt ＝τ）、同じ遅延時間
Δτでも、次の（３）式、 Ｉ（ｔ）＝Ioexp（（−）4ln2・（t/to）２ …（３） において、Ioの値を変えるか、またはパルス圧縮等によ
り∂Ｉ（ｔ）／∂ｔを実効的に変化させることにより、
光周波数シフトΔｆを制御することができる。即ち、ポ
ンプ光パルスPcの強度による光周波数変換ができる。Optical frequency shift Δf in the optical frequency shifter of FIG.
Is proportional to the derivative of the intensity I (t) of the pump light pulse Pc (Δf (τ) ∝∂I (t) / ∂t t = τ). Even with the same delay time Δτ, the following equation (3): (T) = Ioexp ((−) 4ln2 · (t / to) 2 ... (3) In which, the value of Io is changed or ∂I (t) / パ ル ス t is effectively changed by pulse compression or the like. By
The optical frequency shift Δf can be controlled. That is, optical frequency conversion can be performed based on the intensity of the pump light pulse Pc.
光周波数シフトΔｆの上限は、主に誘導ラマン散乱に
よって決まり、例えば非線形素子５として、コア径が８
μｍ、長さが3kmの光ファイバを用いた場合、誘導ラマ
ン散乱の閾値はＷとなる。The upper limit of the optical frequency shift Δf is mainly determined by stimulated Raman scattering.
When an optical fiber having a length of 3 μm and a length of 3 μm is used, the threshold of stimulated Raman scattering is W.
一方、遅延時間Δτが零に近い線形領域では、ガウシ
アン波形を仮定すると、光周波数シフトΔｆは、次の
（４）式、 Δｆ＝88.5 ×（Io［Ｗ］×Δτ［ps］/to2［ps2］）THz …（４） となり、誘導ラマン散乱の閾値以下の、Io＝1W、to＝10
ps、Δτ＝1psの時、Δｆ＝885GHzとなる。即ち、ΔＩ
＝1mWの変化に対して、Δｆ＝885MHzの中心周波数の偏
移を得ることができる。さらに、to＝1ps、Δτ＝0.1ps
とすると、ΔＩ＝100μＷで同様の効果を得ることがで
きる。On the other hand, in a linear region where the delay time Δτ is close to zero, assuming a Gaussian waveform, the optical frequency shift Δf is given by the following equation (4): Δf = 88.5 × (Io [W] × Δτ [ps] / to 2 [ ps 2 ]) THz (4) where Io = 1W and to = 10, which are equal to or less than the stimulated Raman scattering threshold.
When ps and Δτ = 1 ps, Δf = 885 GHz. That is, ΔI
For a change of = 1 mW, a shift of the center frequency of Δf = 885 MHz can be obtained. Furthermore, to = 1ps, Δτ = 0.1ps
Then, the same effect can be obtained when ΔI = 100 μW.
また、光ファイバ等の非共鳴非線形効果を用いれば、
応答速度は、数フェムト秒以下となり、超高速のスイッ
チング素子としても動作可能である。Also, if non-resonant nonlinear effects such as optical fibers are used,
The response speed is several femtoseconds or less, and the device can operate as an ultra-high-speed switching element.
以上のように、本第１の実施例によれば、信号光パル
スPsの光周波数を任意に制御することができ、隣接パル
スとの符号干渉を最小限に抑えることができることはも
とより、歪の少ない所望のパルス波形を得ることがで
き、超短光パルス伝送の長距離化を図ることができる。As described above, according to the first embodiment, the optical frequency of the signal light pulse Ps can be arbitrarily controlled, and code interference with an adjacent pulse can be minimized. A small desired pulse waveform can be obtained, and the transmission of ultrashort optical pulses can be lengthened.
また、変波設定手段３にて、相対的な時間ずれ作用を
受けた信号光パルスPsとポンプ光パルスPcの偏波面を同
一に設定して、合波後、非線形素子５に入射するように
したので、偏波面が揃っていない場合に比べて、ポンプ
光パルスPcの強度が1/3程度で同様の効果を発現させる
ことができる利点がある。The polarization setting means 3 sets the polarization planes of the signal light pulse Ps and the pump light pulse Pc subjected to the relative time-shift action to be the same so that they enter the nonlinear element 5 after multiplexing. Therefore, as compared with the case where the polarization planes are not uniform, there is an advantage that the same effect can be exhibited when the intensity of the pump light pulse Pc is about 1/3.
第７図は、本発明に係る全光型光周波数シフタの第２
の実施例を示す構成図である。FIG. 7 shows a second embodiment of the all-optical optical frequency shifter according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of the embodiment.
本第２の実施例と前記第１の実施例の異なる点は、偏
波設定手段３に代えて、信号光パルスPcをｐ波に設定
し、ポンプ光パルスPcをｓ波に設定するように構成した
偏波設定手段31を設け、かつ、光学フィルタ4aに代え
て、ｐ波をほぼ100％透過し、ｓ波をほぼ100％反射する
偏波ビームスプリッタ41aを備えた光合波手段41を設
け、光分波手段６の光学フィルタ6aに代えて、偏波ビー
ムスプリッタ41aと同様の機能を有する偏波ビームスプ
リッタ61を設けたことにある。The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the signal light pulse Pc is set to the p-wave and the pump light pulse Pc is set to the s-wave instead of the polarization setting means 3. The polarization setting means 31 is provided, and instead of the optical filter 4a, an optical multiplexing means 41 having a polarization beam splitter 41a that transmits the p-wave almost 100% and reflects the s-wave almost 100% is provided. In addition, a polarization beam splitter 61 having the same function as the polarization beam splitter 41a is provided instead of the optical filter 6a of the optical demultiplexing means 6.
このような構成にすることにより、信号光パルスPsと
ポンプ光パルスPcの合波及び分波を容易に行なうことが
できる。その他の構成並びに作用効果は前記第１の実施
例と同様である。With this configuration, the signal light pulse Ps and the pump light pulse Pc can be easily combined and demultiplexed. The other configuration and operation and effect are the same as those of the first embodiment.
第８図は、本発明に係る全光型光周波数シフタの第３
の実施例を示す構成図である。本第３の実施例では、ま
ず、位相可変装置２に代えて、圧電素子21aと、圧電素
子21aに電力を供給する電源21bと、圧電素子21aの側面
に巻回され、圧電素子21aの変位に応じて伸縮する光フ
ァイバ21c（ポンプ光パルスPcが伝搬する）からなる位
相可変装置21を設けている。さらに、偏波設定手段を、
信号光パルスPsをｐ波の直線偏光に設定する光ファイバ
型偏波コントローラ32aと、ポンプ光パルスPcをｐ波の
直線偏光に設定する光ファイバ型偏波コントローラ32b
により構成し、かつ、光合波手段と光分波手段を光ファ
イバカップラ42,62によりそれぞれ構成するとともに、
非線形素子を光ファイバ51により構成し、全光ファイバ
型の光周波数シフタを構成している。FIG. 8 shows a third embodiment of the all-optical optical frequency shifter according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of the embodiment. In the third embodiment, first, in place of the phase variable device 2, a piezoelectric element 21a, a power supply 21b for supplying power to the piezoelectric element 21a, and a piezoelectric element 21a Is provided with a phase variable device 21 composed of an optical fiber 21c (a pump light pulse Pc propagates) that expands and contracts in accordance with. Further, the polarization setting means,
An optical fiber polarization controller 32a for setting the signal light pulse Ps to p-wave linear polarization, and an optical fiber polarization controller 32b for setting the pump light pulse Pc to p-wave linear polarization.
And, while configuring the optical multiplexing means and the optical demultiplexing means by the optical fiber couplers 42 and 62, respectively,
The nonlinear element is constituted by the optical fiber 51, and constitutes an all-optical fiber type optical frequency shifter.
このように全ての光路を光ファイバにより構成するこ
とにより、前記第１の実施例の効果に加えて、挿入損失
が少なく、光伝送路との接合が容易である等の利点を有
する光周波数シフタを実現できる。By configuring all the optical paths with optical fibers in this manner, in addition to the effects of the first embodiment, an optical frequency shifter having advantages such as a small insertion loss and easy joining with an optical transmission line. Can be realized.
第９図は、本発明に係る全光型光周波数シフタの第４
の実施例を示す構成図である。FIG. 9 shows a fourth embodiment of the all-optical optical frequency shifter according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of the embodiment.
本第４の実施例と前記第３の実施例の異なる点は、ポ
ンプ光パルスPcをｐ波に設定するファイバ型偏波コント
ローラ32bに代えて、ポンプ光パルスPcをｓ波に設定す
る光ファイバ型偏波コントローラ33を設けるとともに、
光合波手段と光分波手段を光ファイバカップラ42,62に
代えて、光ファイバ型偏波ビームスプリッタ43,63によ
りそれぞれ構成したことにある。The difference between the fourth embodiment and the third embodiment is that an optical fiber for setting the pump light pulse Pc to the s-wave instead of the fiber type polarization controller 32b for setting the pump light pulse Pc to the p-wave. Type polarization controller 33,
The optical multiplexing means and the optical demultiplexing means are constituted by optical fiber polarization beam splitters 43 and 63 instead of the optical fiber couplers 42 and 62, respectively.
本第４の実施例によれば、前記第２並びに第３の実施
例と同様の効果を得ることができる。According to the fourth embodiment, the same effects as those of the second and third embodiments can be obtained.
（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）によれば、信号光
パルスの光周波数を任意に制御することができ、これに
よって隣接パルスとの符号干渉を最小限に抑えることが
できることはもとより、歪の少ない所望のパルス波形を
得ることができ、歪の少ない超短光パルス伝送の長距離
化を図ることができる。(Effects of the Invention) As described above, according to claim (1), the optical frequency of a signal light pulse can be arbitrarily controlled, thereby minimizing code interference with an adjacent pulse. In addition to what can be achieved, a desired pulse waveform with less distortion can be obtained, and transmission of ultrashort optical pulses with less distortion can be made longer.
また、請求光（２）によれば、偏波設定手段にて、相
対的な時間ずれ作用を受けた信号光パルスとポンプ光パ
ルスの偏波方向を同一に設定して、合波後、非線形素子
に入射するようにしたので、上記請求項（１）の効果に
加えて、偏波面が揃っていない場合に比べて、ポンプ光
パルスの強度が1/3程度で同様の効果を発現させること
ができる利点がある。According to the claim (2), the polarization setting means sets the same polarization direction of the signal light pulse and the pump light pulse that have been subjected to the relative time-shift action, and after multiplexing, sets the nonlinearity. Since the light is incident on the element, in addition to the effect of the above-mentioned claim (1), the same effect can be exhibited when the intensity of the pump light pulse is about 1/3 as compared with the case where the polarization planes are not uniform. There are advantages that can be.
また、請求項（３）によれば、信号光パルスと制御用
光パルスの合波を容易に行なうことができる。According to claim (3), the signal light pulse and the control light pulse can be easily combined.
また、請求項（４）または請求項（５）または請求項
（６）によれば、光周波数シフタが全て光ファイバにて
構成されるため、上記各効果に加えて、挿入損失が少な
く、光伝送路との接合が容易である等の利点がある。Further, according to claim (4), claim (5) or claim (6), since the optical frequency shifters are all composed of optical fibers, in addition to the above-described effects, insertion loss is small, and There are advantages such as easy joining with the transmission line.
第１図は本発明に係る全光型光周波数シフタの第１の実
施例を示す構成図、第２図は本発明に係る非線形素子に
よる動作原理を説明するための図、第３図は本発明に係
る遅延時間と光周波数シフトとの関係を示す図、第４図
はブルーシフトゾーンにおける光周波数シフトの説明
図、第５図はレッドシフトゾーンにおける光周波数シフ
トの説明図、第６図は遅延時間が零に近い領域の遅延時
間と光周波数シフトの関係を示す図、第７図は本発明に
係る全光型光周波数シフタの第２の実施例を示す構成
図、第８図は本発明に係る全光型光周波数シフタの第３
の実施例を示す構成図、第９図は本発明に係る全光型光
周波数シフタの第４の実施例を示す構成図である。 図中、１……制御用光パルス発生源、2,21……位相可変
装置、3,31……光合波手段、4,41……偏波設定手段、５
……非線形素子、６……光分波手段、32a,32b,33……光
ファイバ型偏波コントローラ、41a,61……偏波ビームス
プリッタ、51……光ファイバ（非線形素子）、42,62…
…光ファイバカップラ、43,63……光ファイバ型偏波ビ
ームスプリッタ。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an all-optical type optical frequency shifter according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the operation principle of the nonlinear element according to the present invention, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the delay time and the optical frequency shift according to the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram of the optical frequency shift in the blue shift zone, FIG. 5 is an explanatory diagram of the optical frequency shift in the red shift zone, and FIG. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the delay time and the optical frequency shift in the region where the delay time is close to zero, FIG. 7 is a configuration diagram showing a second embodiment of the all-optical optical frequency shifter according to the present invention, and FIG. Third All-Optical Optical Frequency Shifter According to the Invention
FIG. 9 is a block diagram showing a fourth embodiment of the all-optical optical frequency shifter according to the present invention. In the figure, 1 ... control light pulse generation source, 2, 21 ... phase variable device, 3, 31 ... optical multiplexing means, 4, 41 ... polarization setting means, 5
… Non-linear element, 6… Optical demultiplexing means, 32a, 32b, 33… Optical fiber polarization controller, 41a, 61… Polarized beam splitter, 51… Optical fiber (non-linear element), 42, 62 …
... optical fiber couplers, 43,63 ... optical fiber type polarization beam splitters.
Claims (6)
発生源と、 光カー効果を有する非線形素子と、 前記制御用光パルスに信号光パルスとの相対的な時間ず
れを付与する位相可変手段と、 該位相可変手段によりパルス間に時間ずれが生じた制御
用光パルスと信号光パルスを合波して前記非線形素子に
入射させる光合波手段とを備えた ことを特徴とする全光型光周波数シフタ。1. A control light pulse generating source for generating a control light pulse, a nonlinear element having an optical Kerr effect, and a phase variable for giving the control light pulse a relative time shift from a signal light pulse. And an optical multiplexing means for multiplexing a control light pulse and a signal light pulse having a time lag between pulses by the phase variable means and causing the multiplexed light to enter the nonlinear element. Optical frequency shifter.
方向が同一の直線偏光となるように設定する偏波設定手
段を前記光合波手段の入力側に配置した請求項（１）記
載の全光型光周波数シフタ。2. A polarization setting means for setting the control light pulse and the signal light pulse so that the polarization directions are the same linearly polarized light is disposed on the input side of the optical multiplexing means. All-optical optical frequency shifter as described.
方向が互いに直行する直線偏光となるように設定する偏
波設定手段を前記光合波手段の入力側に配置した請求項
（１）記載の全光型光周波数シフタ。3. A polarization setting means for setting the control light pulse and the signal light pulse so as to be linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other is arranged on the input side of the optical multiplexing means. The all-optical optical frequency shifter according to (1).
し、かつ、前記位相可変手段を圧電素子の変位に応じて
少なくとも長さ方向に変位を生じる光ファイバにより構
成するとともに、前記光合波手段を光ファイバカップラ
により構成した請求項（１）記載の全光型光周波数シフ
タ。4. The non-linear element is constituted by an optical fiber, and the phase variable means is constituted by an optical fiber which generates displacement at least in a length direction according to displacement of a piezoelectric element, and the optical multiplexing means is constituted by an optical fiber. 2. The all-optical type optical frequency shifter according to claim 1, wherein the optical frequency shifter is constituted by a fiber coupler.
し、かつ、前記位相可変手段を圧電素子の変位に応じて
少なくとも長さ方向に変位を生じる光ファイバにより構
成するとともに、前記偏波設定手段を光ファイバ型偏波
コントローラにより構成し、さらに、前記光合波手段を
光ファイバカップラにより構成した請求項（２）記載の
全光型光周波数シフタ。5. The non-linear element is constituted by an optical fiber, and the phase changing means is constituted by an optical fiber which generates a displacement at least in a length direction in accordance with the displacement of the piezoelectric element, and the polarization setting means is provided. 3. The all-optical type optical frequency shifter according to claim 2, wherein said optical frequency polarization shifter comprises an optical fiber type polarization controller, and said optical multiplexing means comprises an optical fiber coupler.
し、かつ、前記位相可変手段を圧電素子の変位に応じて
少なくとも長さ方向に変位を生じる光ファイバにより構
成するとともに、前記偏波設定手段を光ファイバ型偏波
コントローラにより構成し、さらに、前記光合波手段を
光ファイバ型偏波ビームスプリッタにより構成した請求
項（３）記載の全光型光周波数シフタ。6. The non-linear element is constituted by an optical fiber, and the phase changing means is constituted by an optical fiber which is displaced at least in a longitudinal direction according to displacement of a piezoelectric element, and the polarization setting means is constituted by an optical fiber. 4. The all-optical type optical frequency shifter according to claim 3, wherein said optical fiber type polarization controller comprises an optical fiber type polarization controller, and said optical multiplexing means comprises an optical fiber type polarization beam splitter.
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