JP3331554B2 - Laser pulse oscillator - Google Patents

Laser pulse oscillator

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JP3331554B2
JP3331554B2 JP02545296A JP2545296A JP3331554B2 JP 3331554 B2 JP3331554 B2 JP 3331554B2 JP 02545296 A JP02545296 A JP 02545296A JP 2545296 A JP2545296 A JP 2545296A JP 3331554 B2 JP3331554 B2 JP 3331554B2
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英二 吉田
正隆 中沢
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超高速光通信シス
テムを構築するために必要となる、高繰り返し光パルス
を安定に発生するレーザパルス発振器に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser pulse oscillator for stably generating a high repetition optical pulse required for constructing an ultra-high-speed optical communication system.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, researches for generating a high repetition optical pulse by an optical fiber laser utilizing a mode locking technique have been actively conducted.

【0003】図1は従来のレーザパルス発振器の一例を
示すものである。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称
す。)、2は希土類添加光ファイバ1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1に結合
させる光結合器、4はレーザ出力を取り出す光分岐器、
5は光の進行方向を一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はシンセサイザ、9
は電気信号の増幅器である。
FIG. 1 shows an example of a conventional laser pulse oscillator. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an optical fiber doped with a rare earth element (hereinafter, referred to as a rare earth doped optical fiber), 2 denotes an excitation light source for exciting the rare earth doped optical fiber 1, and 3 denotes a rare earth doped optical fiber 1 An optical coupler for coupling the laser output to the optical coupler;
5 is an optical isolator that limits the traveling direction of light to one direction,
6 is an optical modulator, 7 is an optical filter, 8 is a synthesizer, 9
Is an electric signal amplifier.

【0004】図1のレーザパルス発振器において、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。次に、シンセサイザ8から出力さ
れる電気信号を増幅器9を通して光変調器6に印加す
る。
In the laser pulse generator shown in FIG. 1, an optical pulse is generated as follows. When the rare-earth-doped optical fiber 1 is excited by the excitation light source 2 through the optical coupler 3, continuous light oscillation occurs in the forward direction of the optical isolator 5 within the transmission band of the optical filter 7. Next, the electric signal output from the synthesizer 8 is applied to the optical modulator 6 through the amplifier 9.

【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としたとき、共振器長で決まる周波数
0 =c/nLで変調を加えると、基本波でのモード同
期が実現され、安定な光パルス列が発生できる。
In general, when the length of the resonator is L, the refractive index of the optical fiber is n, and the speed of light is c, modulation at a frequency f 0 = c / nL determined by the length of the resonator results in mode-locking with a fundamental wave. Is realized, and a stable optical pulse train can be generated.

【0006】しかし、この場合、変調周波数をレーザの
共振器長で決まる基本周波数のq倍、qf0 =qc/n
L(qは整数)に設定すると、基本波のq倍の周波数で
発振する高調波の強制モード同期が実現できる。即ち、
レーザの共振器内にq個の光パルスが等間隔に作られ、
高次の変調周波数に一致した繰り返しをもつ光パルス列
が発生する。この光パルス列は、光分岐器4を通して出
力される。
However, in this case, the modulation frequency is q times the fundamental frequency determined by the resonator length of the laser, and qf 0 = qc / n
When set to L (q is an integer), forced mode locking of harmonics oscillating at a frequency q times the fundamental wave can be realized. That is,
Q optical pulses are created at equal intervals in the laser cavity,
An optical pulse train having a repetition corresponding to the higher-order modulation frequency is generated. This optical pulse train is output through the optical splitter 4.

【0007】例えば、レーザの共振器長が20mである
とき、共振器長で決まる基本周波数は10MHzである
が、変調周波数を、q=1000とし、10GHzに設
定すると、10GHzの繰り返しをもつ光パルス列が発
生できる。
For example, when the cavity length of the laser is 20 m, the fundamental frequency determined by the cavity length is 10 MHz, but when the modulation frequency is set to q = 1000 and 10 GHz, an optical pulse train having a repetition of 10 GHz is set. Can occur.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の高調波モ
ード同期レーザパルス発振器においては、共振器長で決
まる基本周波数f0 (縦モード)のq倍で変調をかけて
いるため、モード間隔がqf0 づつ離れた縦モード間の
位相が固定されることになる。
In such a conventional harmonic mode-locked laser pulse oscillator, modulation is performed at q times the fundamental frequency f 0 (longitudinal mode) determined by the length of the resonator, so that the mode interval is qf. The phases between the longitudinal modes separated by 0 are fixed.

【0009】しかしながら、モード間隔がqf0 づつ離
れた縦モードの組合わせはq通り存在し、互いに独立し
たスーパモードを形成する。q=3としたときのスーパ
モードの例を図2に示す。
However, there are q combinations of longitudinal modes whose mode intervals are separated by qf 0 , and form super modes independent of each other. FIG. 2 shows an example of the super mode when q = 3.

【0010】図2においては周波数上に多くの縦モード
が並んでおり、q=3で変調をかけたとき、3個おきに
位相が固定されている縦モードの組が存在する。実線で
示した縦モードの組(ω1 ,ω4 ,ω7 ,……
ω3k+1)、点線で示した縦モードの組(ω2 ,ω5 ,ω
8 ,……ω3k+2)、及び一点斜線で示した縦モードの組
(ω3,ω6 ,ω9 ,……ω3k+3)がスーパモードとな
る。
In FIG. 2, many longitudinal modes are arranged on a frequency, and when modulation is performed at q = 3, there is a set of longitudinal modes whose phases are fixed every three. A set of longitudinal modes (ω 1 , ω 4 , ω 7 ,.
ω 3k + 1 ), a set of longitudinal modes indicated by dotted lines (ω 2 , ω 5 , ω
8, ...... ω 3k + 2) , and longitudinal mode of the set (omega 3 indicated by a dot-hatched, ω 6, ω 9, ...... ω 3k + 3) is the super mode.

【0011】ここで、k=0,1,2,……であり、縦
モードの数は光フィルタの帯域によって制限される。こ
れらのスーパモードは個々に発振し、スーパモード間で
互いに競合する。このとき、ある1つのスーパモードが
他のスーパモードを完全に抑えて1つだけで発振すれ
ば、共振器内にエネルギが等しいq個のパルスが等間隔
でつくられ、安定な高調波モード同期が実現される。し
かしながら、いくつかのスーパモードが同時に発振すれ
ばパルス間にエネルギの変動が起こり、パルスは不安定
になり、スーパモード雑音となる。
Here, k = 0, 1, 2,..., And the number of longitudinal modes is limited by the band of the optical filter. These super modes oscillate individually and compete with each other between the super modes. At this time, if one super mode oscillates with only one super mode completely suppressing other super modes, q pulses having equal energy are formed in the resonator at equal intervals, and stable harmonic mode locking is performed. Is realized. However, if several super modes oscillate at the same time, the energy fluctuates between the pulses, and the pulses become unstable, resulting in super mode noise.

【0012】例えば、f0 =10MHz、f=10GH
zとし、従来のレーザパルス発振器で高調波モード同期
を行なった場合のスーパモード雑音の発生の様子を図3
に示す。図3は電気スペクトルであり、強度が最も強い
10GHzの成分以外に、縦モード間隔で弱いスペクト
ル成分が並んでいる。この状態では個々のパルスのエネ
ルギは固定されておらず、パルスとパルスとの間にエネ
ルギのばらつきが存在している。
For example, f 0 = 10 MHz, f = 10 GH
Figure 3 shows how super mode noise is generated when harmonic mode locking is performed with a conventional laser pulse oscillator.
Shown in FIG. 3 shows an electric spectrum. In addition to the component having the strongest intensity of 10 GHz, weak spectral components are arranged at a longitudinal mode interval. In this state, the energy of each pulse is not fixed, and there is a variation in energy between pulses.

【0013】このように従来の高調波モード同期レーザ
パルス発振器では、高繰り返しの光パルスは発生するも
のの、スーパモード雑音を制御する手段がないため、個
々のパルスのエネルギが一定である安定な光パルス列を
発生させることが困難であった。
As described above, in the conventional harmonic mode-locked laser pulse oscillator, although a high repetition optical pulse is generated, since there is no means for controlling the super mode noise, a stable light in which the energy of each pulse is constant is maintained. It was difficult to generate a pulse train.

【0014】本発明の目的は、高繰り返し光パルスを安
定に発生することのできるレーザパルス発振器を提供す
ることにある。
An object of the present invention is to provide a laser pulse oscillator capable of stably generating a high repetition optical pulse.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、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周波数でレーザの共振器内に
設置された光変調器を駆動して高調波モード同期による
光パルスの発振を行うレーザパルス発振器において、共
振器内に、自己位相変調効果による非線形な位相変化を
発生させる手段と、光パルスのスペクトル幅を制限する
帯域制限手段とを設けた。
According to the present invention, there is provided a light source provided in a resonator of a laser at a frequency corresponding to a higher integer multiple of a fundamental frequency determined by the resonator length of the laser. In a laser pulse oscillator that drives a modulator to oscillate an optical pulse by harmonic mode locking, a means for generating a non-linear phase change due to a self-phase modulation effect in a resonator and limiting a spectrum width of the optical pulse Band limiting means is provided.

【0016】前記構成によれば、ピーク強度の大きい光
パルスは自己位相変調効果によって非線形な位相変化が
与えられ、スペクトル幅が広がるが、この広がったスペ
クトル幅が帯域制限手段によって削られるため、共振器
内の利得より大きな損失を受けてエネルギが減少する。
一方、ピーク強度の小さい光パルスは自己位相変調効果
によって与えられる非線形な位相変化量が小さく、スペ
クトル幅の広がりも少ないため、帯域制限手段によって
削られるスペクトル幅も少なく、低損失で帯域制限手段
を通過するため、共振器内の利得より小さい損失を受
け、エネルギが増加する。その結果、個々の光パルスに
はピーク強度に依存した損失が与えられてエネルギが一
定となり、スーパモード雑音が完全に抑制される。
According to the above configuration, the optical pulse having a large peak intensity is given a non-linear phase change by the self-phase modulation effect, and the spectrum width is widened. The energy is reduced due to a loss greater than the gain in the vessel.
On the other hand, an optical pulse having a small peak intensity has a small non-linear phase change given by the self-phase modulation effect and a small spread of the spectrum width. As a result, energy is increased due to a loss smaller than the gain in the resonator. As a result, a loss depending on the peak intensity is given to each optical pulse, the energy becomes constant, and supermode noise is completely suppressed.

【0017】なお、光変調器を駆動する変調信号として
は、共振器外部のシンセサイザで発生した正弦波信号、
またはレーザ出力の一部から抽出した正弦波のクロック
信号を用いることができる。
The modulation signal for driving the optical modulator includes a sine wave signal generated by a synthesizer outside the resonator,
Alternatively, a sine wave clock signal extracted from a part of the laser output can be used.

【0018】また、自己位相変調効果を発生させる手段
としては、光パルスにπ/30程度以上の非線形な位相
変化量を与え得る長さの光ファイバを用いることができ
る。また、この光ファイバとして、石英系の光ファイバ
より非線形屈折率の大きな材料からなる光ファイバを用
いれば、共振器長をより短くできる。
As means for generating the self-phase modulation effect, an optical fiber having a length capable of giving a nonlinear phase change of about π / 30 or more to an optical pulse can be used. Further, in this optical fiber, the use of the optical fiber made of a material having a large nonlinear refractive index than the optical fiber of quartz-based, can be shorter resonator length.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0021】図4は本発明のレーザパルス発振器の第1
の実施の形態を示すもので、図中、従来例と同一構成部
分は同一符号をもって表す。即ち、1は希土類添加光フ
ァイバ、2は励起光源、3は光結合器、4は光分岐器、
5は光アイソレータ、6は光変調器、7は光フィルタ、
8はシンセサイザ、9は増幅器、10は光ファイバであ
る。
FIG. 4 shows a first example of the laser pulse oscillator according to the present invention.
In the drawings, the same components as those of the conventional example are denoted by the same reference numerals. That is, 1 is a rare earth doped optical fiber, 2 is an excitation light source, 3 is an optical coupler, 4 is an optical splitter,
5 is an optical isolator, 6 is an optical modulator, 7 is an optical filter,
8 is a synthesizer, 9 is an amplifier, and 10 is an optical fiber.

【0022】ここで、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。
Here, for example, when an erbium-doped optical fiber is used as the rare-earth-doped optical fiber 1, the laser oscillation wavelength is in the 1.5 μm band. As the excitation light source 2, a semiconductor laser can be used. As the light modulator 6, for example, a Mach-Zehnder type intensity modulator made of lithium niobate, an electroabsorption modulator, a semiconductor laser modulator, or the like can be used.

【0023】図4のレーザパルス発振器において、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。次に、シンセサ
イザ8から出力されるqf0の変調周波数を増幅器9を
通して光変調器6に印加すると、高調波モード同期によ
り繰り返しqf0 の光パルス列が作られる。
In the laser pulse oscillator shown in FIG. 4, when the rare earth-doped optical fiber 1 is excited by the excitation light source 2 through the optical coupler 3, continuous light oscillation occurs in the forward direction of the optical isolator 5 in the transmission band of the optical filter 7. . Next, when the modulation frequency of qf 0 output from the synthesizer 8 is applied to the optical modulator 6 through the amplifier 9, an optical pulse train of qf 0 is repeatedly generated by harmonic mode locking.

【0024】モード同期過程において発生する光パルス
のピーク強度が強くなれば、光ファイバ10中で非線形
光学効果が誘起され、特に自己位相変調効果は入射する
光強度に比例して容易に発生する。自己位相変調効果に
よる非線形な位相変化量φNLは、 φNL=2πn2 PLeff /λAeff ……(1) で与えられる(G.P.Agrawal “Nonlinear Fiber Optic
s”Academic Press,1989参照)。ここで、n2 は光フ
ァイバ10の非線形屈折率、Pは共振器内の光パルスの
ピーク強度、Leff は光ファイバ10の有効長、λは波
長、Aeff は光ファイバ10の有効断面積である。
If the peak intensity of the light pulse generated during the mode locking process becomes strong, a nonlinear optical effect is induced in the optical fiber 10, and the self-phase modulation effect particularly easily occurs in proportion to the incident light intensity. The nonlinear phase change amount φ NL due to the self-phase modulation effect is given by φ NL = 2πn 2 PL eff / λA eff (1) (GPAgrawal “Nonlinear Fiber Optic
s "Referring Academic Press, 1989). Here, n 2 is the nonlinear refractive index of the optical fiber 10, P is the peak intensity of the optical pulse in the resonator, L eff is the effective length of the optical fiber 10, lambda is the wavelength, A eff is the effective area of the optical fiber 10.

【0025】なお、共振器内の光パルスのピーク強度P
は次のようにして求める。即ち、光分岐器4から取り出
されるレーザ出力の平均強度PAVとパルス幅τを測定す
れば、光パルスの繰り返しをfとした時の光パルスのピ
ーク強度はPAV/(τf)で与えられるから、これに光
分岐器4の分岐率の逆数を掛ければ、共振器内の光パル
スのピーク強度Pが得られる。また、Leff はαを光フ
ァイバ10の損失とすると、Leff =(1−e -αL
/αで与えられる。
The peak intensity P of the light pulse in the resonator
Is obtained as follows. That is, if the average intensity P AV and the pulse width τ of the laser output taken out from the optical splitter 4 are measured, the peak intensity of the optical pulse when the repetition of the optical pulse is f is given by P AV / (τf). Therefore, if this is multiplied by the reciprocal of the branching rate of the optical branching device 4, the peak intensity P of the optical pulse in the resonator can be obtained. Further, when L eff is the loss of the optical fiber 10 to α, L eff = (1- e -αL)
/ Α.

【0026】前記式(1) から分かるように、光ファイバ
10の損失が小さい場合、ピーク強度が強く、光ファイ
バ10の有効長が長いほどφNL、即ち非線形性は大きく
なる。自己位相変調効果が起こると、光パルスは周波数
変調(チャープ)を受け、スペクトルが広がる。
As can be seen from the above equation (1), when the loss of the optical fiber 10 is small, the peak intensity is high, and the longer the effective length of the optical fiber 10 is, the larger φ NL , that is, the nonlinearity becomes. When the self-phase modulation effect occurs, the light pulse undergoes frequency modulation (chirp), and the spectrum spreads.

【0027】次に、自己位相変調効果と帯域通過型光フ
ィルタとの組み合わせによるスーパモード雑音の抑制に
ついて説明するが、ここでは強度変調によって光パルス
列が形成された後の状況を考える。
Next, suppression of super mode noise by a combination of the self-phase modulation effect and the band-pass type optical filter will be described. Here, a situation after an optical pulse train is formed by intensity modulation will be considered.

【0028】ある光パルスのピーク強度が増加すると、
自己位相変調効果によりスペクトルが広がるが、帯域が
固定されている狭帯域光フィルタ(バンドパスフィル
タ)を通過するときスペクトルの両端がけずられ、より
大きな損失を受ける。その結果、共振器内の利得は一定
であるので、その光パルスのエネルギは減少する。
As the peak intensity of a light pulse increases,
Although the spectrum spreads due to the self-phase modulation effect, both ends of the spectrum are shifted when passing through a narrow-band optical filter (bandpass filter) having a fixed band, and a larger loss is caused. As a result, since the gain in the resonator is constant, the energy of the light pulse is reduced.

【0029】一方、ある光パルスのピーク強度が減少す
ると、自己位相変調効果によるスペクトルの広がりが小
さくなり、スペクトルの裾野がより低い損失で光フィル
タを通過できる。その結果、その光パルスのエネルギは
増加する。
On the other hand, when the peak intensity of a certain optical pulse decreases, the spread of the spectrum due to the self-phase modulation effect decreases, and the spectrum tail can pass through the optical filter with lower loss. As a result, the energy of the light pulse increases.

【0030】即ち、光パルスはピーク強度に依存した損
失を共振器内で受け、あるピーク強度より強度が小さい
とエネルギが増加し、あるピーク強度より強度が大きい
とエネルギが減少する。この作用により光パルスはある
ピーク強度でエネルギが固定される。
That is, the light pulse receives a loss depending on the peak intensity in the resonator, and the energy increases when the intensity is lower than a certain peak intensity, and decreases when the intensity is higher than a certain peak intensity. By this action, the energy of the light pulse is fixed at a certain peak intensity.

【0031】この強度に依存した非線形損失は、自己位
相変調効果がフェムト秒で起こるため、超高速な反応速
度をもち、数10GHzの高繰り返しの個々の光パルス
に十分応答できる。従って、自己位相変調効果による非
線形性と帯域通過型光フィルタを組み合わせることによ
って、個々のパルスのエネルギは常に一定になり、スー
パモード雑音が完全に抑制される。
Since the self-phase modulation effect occurs in femtoseconds, the nonlinear loss depending on the intensity has an extremely fast reaction speed and can sufficiently respond to individual pulses of high repetition of several tens of GHz. Therefore, by combining the non-linearity due to the self-phase modulation effect and the band-pass optical filter, the energy of each pulse is always constant, and the super mode noise is completely suppressed.

【0032】例えば、従来のレーザ発振器においてはφ
NLがπ/100と小さいため、自己位相変調効果が十分
に得られず、個々の光パルスのエネルギを一定にする作
用が働かないため、図3に示したようなスーパモード雑
音が発生していた。本発明のレーザ発振器においてはL
=200mの光ファイバ10を用い、φNLがπ/10に
なる程度に十分に自己位相変調効果を起こさせると、自
己位相変調効果による非線形性と光フィルタの組み合わ
せにより、個々の光パルスのエネルギが均等になり、ス
ーパモード雑音が完全に抑制される。そのようすを図5
に示す。
For example, in a conventional laser oscillator, φ
Since the NL is as small as π / 100, the self-phase modulation effect cannot be sufficiently obtained, and the effect of keeping the energy of each optical pulse constant does not work. Therefore, super mode noise as shown in FIG. 3 is generated. Was. In the laser oscillator of the present invention, L
When the self-phase modulation effect is sufficiently generated so that φ NL becomes π / 10 using the optical fiber 10 of = 200 m, the energy of each light pulse is increased by the combination of the nonlinearity due to the self-phase modulation effect and the optical filter. And the super mode noise is completely suppressed. Fig. 5
Shown in

【0033】スーパモード雑音を抑制するのに必要な自
己位相変調効果による非線形性はπ/30以上である。
光ファイバ10として石英系の光ファイバを使用する場
合、10GHzの繰り返しでパルス幅7psの光パルス
列を安定に発生させるには、実用的な励起光源の光ファ
イバに結合する光強度を考慮すると、共振器長を40m
以上にする必要がある。
The non-linearity due to the self-phase modulation effect required to suppress super mode noise is π / 30 or more.
When a silica-based optical fiber is used as the optical fiber 10, in order to stably generate an optical pulse train having a pulse width of 7 ps at a repetition of 10 GHz, considering the light intensity coupled to the optical fiber of a practical excitation light source, 40m long
It is necessary to do above.

【0034】石英系の光ファイバよりも非線形屈折率の
大きな材料として、例えばカルコゲナイドファイバを用
いると、自己位相変調効果による非線形性が起こりやす
いため、共振器長を短くできる。
When a chalcogenide fiber, for example, is used as a material having a higher nonlinear refractive index than that of a silica-based optical fiber, the resonator length can be shortened because nonlinearity due to the self-phase modulation effect easily occurs.

【0035】[0035]

【0036】図6は本発明のレーザパルス発振器の第2
の実施の形態を示すもので、図中、第1の実施の形態と
同一構成部分は同一符号をもって表す。即ち、1は希土
類添加光ファイバ、2は励起光源、3は光結合器、4,
11は光分岐器、5は光アイソレータ、6は光変調器、
7は光フィルタ、9は増幅器、10は光ファイバ、12
はクロック抽出器、13は移相器である。
FIG. 6 shows a second embodiment of the laser pulse oscillator according to the present invention.
In the figure, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. That is, 1 is a rare earth doped optical fiber, 2 is an excitation light source, 3 is an optical coupler,
11 is an optical splitter, 5 is an optical isolator, 6 is an optical modulator,
7 is an optical filter, 9 is an amplifier, 10 is an optical fiber, 12
Is a clock extractor, and 13 is a phase shifter.

【0037】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11で分け、その一部を受光素子、
電気信号の狭帯域フィルタ及び電気信号の増幅器からな
るクロック抽出器12に入力する。次に、クロック抽出
器12によって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13で位相を調整し、
増幅器9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、もともとこの光は共振器内で放
出された信号なのでいつも最適に変調されることにな
る。
The output of the laser is taken out through the optical splitter 4 and further divided by the optical splitter 11, a part of which is received by a light receiving element.
The electric signal is input to a clock extractor 12 comprising a narrow band filter and an electric signal amplifier. Next, a clock signal of a sine wave of a specific frequency is extracted from the laser output by the clock extractor 12, and the phase is adjusted by the phase shifter 13,
After the clock signal is amplified by the amplifier 9, it is applied to the optical modulator 6. In the resonator, light is intensity-modulated at a frequency synchronized with the clock signal, but since this light is originally a signal emitted in the resonator, it is always optimally modulated.

【0038】ここで、10GHzのクロック抽出器を用
いる場合を考える。基本周波数の整数倍に一致しない1
0GHz付近のクロック信号は、安定なパルス列を発生
できないため、クロック抽出過程において消滅するが、
基本周波数の整数倍に一致したクロック信号は、変調周
波数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、最初は雑音的であつた、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。
Here, consider the case of using a 10 GHz clock extractor. 1 that does not match the integral multiple of the fundamental frequency
Since the clock signal near 0 GHz cannot generate a stable pulse train, it disappears during the clock extraction process.
In the case of a clock signal that matches the integral frequency of the fundamental frequency, the modulation frequency and the repetition of the optical pulse completely match, so that stable pulse oscillation is gradually strengthened. When this is repeated, the optical modulator 6 is driven by one clock signal near 10 GHz which is initially noise-like and coincides with an integral multiple of the fundamental frequency, and the 10 GHz harmonic mode locking is achieved. You.

【0039】本構成においては、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、光パ
ルスの繰り返しに同期した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。従って、温度変動によって光パルスの波形が劣
化することなく、長時間に亘って安定にパルス発振が継
続する特長がある。
In this configuration, even if the length of the resonator changes due to a temperature change or the like and the repetition of the optical pulse changes, the modulation is performed with the clock signal synchronized with the repetition of the optical pulse. There is no shift between repetitions. Therefore, there is a feature that the pulse oscillation is stably continued for a long time without deteriorating the waveform of the optical pulse due to the temperature fluctuation.

【0040】なお、本レーザパルス発振器においても、
自己位相変調効果と帯域通過型光フィルタを組み合わせ
て用いたことにより、第1の実施の形態の場合と同じよ
うに、個々の光パルスのエネルギが均等化され、スーパ
モード雑音が完全に抑制できる。
In this laser pulse oscillator,
By using the self-phase modulation effect and the band-pass optical filter in combination, the energy of each optical pulse is equalized and the supermode noise can be completely suppressed, as in the case of the first embodiment. .

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高調波モード同期レーザパルス発振器において、自己位
相変調効果を発生させる手段と帯域制限手段との組み合
わせによって作り出される光強度に依存した超高速で応
答する損失を個々の光パルスに与えることができ、これ
によって個々の光パルスのエネルギを均等にでき、スー
パモード雑音を完全に抑制して安定な高繰り返し光パル
ス列を発生することができる。
As described above, according to the present invention,
In a harmonic mode-locked laser pulse oscillator, it is possible to give to each optical pulse an ultrafast response loss depending on the light intensity created by a combination of a means for generating a self-phase modulation effect and a band limiting means, This makes it possible to equalize the energy of each optical pulse, completely suppress supermode noise, and generate a stable high-repetition-rate optical pulse train.

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

【図1】従来のレーザパルス発振器の一例を示す構成図FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of a conventional laser pulse oscillator.

【図2】スーパモードの概念図FIG. 2 is a conceptual diagram of a super mode.

【図3】従来のレーザパルス発振器におけるスペクトル
の一例を示す図
FIG. 3 is a diagram showing an example of a spectrum in a conventional laser pulse oscillator.

【図4】本発明のレーザパルス発振器の第1の実施の形
態を示す構成図
FIG. 4 is a configuration diagram showing a first embodiment of a laser pulse oscillator according to the present invention.

【図5】本発明のレーザパルス発振器におけるスペクト
ルの一例を示す説明図
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a spectrum in the laser pulse oscillator of the present invention.

【図6】本発明のレーザパルス発振器の第2の実施の形
態を示す図
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the laser pulse oscillator according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…希土類添加光ファイバ、2…励起光源、3…光結合
器、4,11…光分岐器、5…光アイソレータ、6…光
変調器、7…光フィルタ、8…シンセサイザ、9…増幅
器、10…光ファイバ、12…クロック抽出器、13…
移相器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rare earth doped optical fiber, 2 ... Excitation light source, 3 ... Optical coupler, 4,11 ... Optical splitter, 5 ... Optical isolator, 6 ... Optical modulator, 7 ... Optical filter, 8 ... Synthesizer, 9 ... Amplifier, 10 ... optical fiber, 12 ... clock extractor, 13 ...
Phase shifter.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Nakazawa,M.et a l.,Electronics Let ters,1994年 9月15日,Vol. 30 No.19,pp.1603 −1605. (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 G02F 1/365 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (56) References Nakazawa, M .; et al. , Electronics Letters, September 15, 1994, Vol. 19, pp. 1603 -1605. (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30 G02F 1/365

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 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周波数でレーザの共振器内に設
置された光変調器を駆動して高調波モード同期による光
パルスの発振を行うレーザパルス発振器において、 共振器内に、 自己位相変調効果による非線形な位相変化を発生させる
手段と、 光パルスのスペクトル幅を制限する帯域制限手段とを設
けたレーザパルス発振器であって、 自己位相変調効果を発生させる手段として、光パルス
線形な位相変化量を与える光ファイバで、かつ石英系
の光ファイバより非線形屈折率の大きな材料からなる光
ファイバを用いたことを特徴とするレーザパルス発振
器。
1. An optical pulse oscillator driven by a harmonic mode locking by driving an optical modulator installed in a laser resonator at a frequency corresponding to a higher integer multiple of a fundamental frequency determined by a laser resonator length. A laser pulse oscillator provided with means for generating a non-linear phase change due to a self-phase modulation effect in a resonator and band limiting means for limiting the spectral width of an optical pulse. As a means to generate the phase modulation effect ,
The non linear phase variation with given El optical fiber, and silica-based
Composed of a material with a higher nonlinear refractive index than the optical fiber
A laser pulse oscillator using a fiber .
【請求項2】 光変調器を駆動する変調信号として、共
振器外部のシンセサイザで発生した正弦波信号を用いた
ことを特徴とする請求項1記載のレーザパルス発振器。
2. The laser pulse oscillator according to claim 1, wherein a sine wave signal generated by a synthesizer outside the resonator is used as a modulation signal for driving the optical modulator.
【請求項3】 光変調器を駆動する変調信号として、レ
ーザ出力の一部から抽出した正弦波のクロック信号を用
いたことを特徴とする請求項1記載のレーザパルス発振
器。
3. The laser pulse oscillator according to claim 1, wherein a sinusoidal clock signal extracted from a part of the laser output is used as a modulation signal for driving the optical modulator.
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Nakazawa,M.et al.,Electronics Letters,1994年 9月15日,Vol.30 No.19,pp.1603 −1605.

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