JP5994965B2 - Optical fiber dispersion compensator and terahertz wave pulse generator / detector using the same - Google Patents

Optical fiber dispersion compensator and terahertz wave pulse generator / detector using the same Download PDF

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Description

本発明は、光ファイバーにおける群速度分散を補償する方法に関し、特にフェムト秒パルスレーザー光を伝送する際に好適な分散補償器に係る発明である。   The present invention relates to a method for compensating for group velocity dispersion in an optical fiber, and particularly relates to a dispersion compensator suitable for transmitting femtosecond pulsed laser light.

光ファイバーを用いた信号伝送の際には、光ファイバーの分散や非線形光学効果の問題が広く知られている。これらは信号伝送の伝送品質を左右するだけでなく、最近ではフェムト秒などのパルス幅が極めて小さなパルス波の伝送にも用いられるため、ファイバーの屈折率分散に起因するパルス幅の増加も問題となっている。   In signal transmission using an optical fiber, problems of dispersion of the optical fiber and nonlinear optical effects are widely known. These not only affect the transmission quality of signal transmission, but recently, they are also used for the transmission of pulse waves with extremely small pulse widths such as femtoseconds, so increasing the pulse width due to the refractive index dispersion of the fiber is also a problem. It has become.

従来から光ファイバーの分散を補償するために分散補償ファイバー(DCF)や、光ファイバーブラッググレーティング(FBG)などの光ファイバー型のデバイスが提供されている。また、チャープミラーと呼ばれる分散補償用光学多層膜、プリズム対や回折格子対による分散補償器なども提供されている。   Conventionally, optical fiber type devices such as a dispersion compensating fiber (DCF) and an optical fiber Bragg grating (FBG) have been provided to compensate for the dispersion of the optical fiber. There are also provided dispersion compensation optical multilayer films called chirp mirrors, dispersion compensators using prism pairs and diffraction grating pairs, and the like.

波長が1.5μmの光パルスを伝送する際、通常のシングルモードファイバーの有する正の分散を補償する分散補償ファイバーが用いられる。しかし、分散補償ファイバーは、偏光を保持できないことや、高い非線形性によりパルス幅が増加すること、さらに挿入損失が高いことなど、多くの欠点がある。
また、フェムト秒パルスレーザーを伝送する場合、超短パルスにエネルギーが集中するため、コア径の小さな分散補償ファイバーでは自己位相変調などパルス幅を増大させる原因となる非線形現象が生じ、適用することができない。
When transmitting an optical pulse having a wavelength of 1.5 μm, a dispersion compensating fiber that compensates for positive dispersion of a normal single mode fiber is used. However, the dispersion compensating fiber has many drawbacks such as inability to maintain polarization, increase in pulse width due to high nonlinearity, and high insertion loss.
Also, when transmitting femtosecond pulse lasers, energy concentrates on ultrashort pulses, so dispersion compensation fibers with small core diameters can cause nonlinear phenomena that cause increased pulse width, such as self-phase modulation, and can be applied. Can not.

ファイバーブラッググレーティングは、高精度な製造を要求されるため、デバイスが高価になる問題がある。また、調整箇所が多く、取り扱いが難しい。   Since the fiber Bragg grating is required to be manufactured with high accuracy, there is a problem that the device becomes expensive. In addition, there are many adjustment points and handling is difficult.

一方、光ファイバーを光の伝送手段として用いている計測装置においては、センサー部までファイバーで結合して光を伝送している場合があり、また、それらの装置は多様な計測環境に適応させるために、ファイバー長を増設可能であることが求められる。更に、光計測において偏光情報が重要になる場合においては、ファイバー中の伝送において偏光が保存されている事が求められる。   On the other hand, in a measuring device using an optical fiber as a light transmission means, there is a case where light is coupled to the sensor unit with a fiber, and these devices are adapted to adapt to various measuring environments. It is required that the fiber length can be increased. Furthermore, when polarization information is important in optical measurement, it is required that polarization is preserved in transmission through the fiber.

関連する特許文献1は、波長分散が正の分散補償ファイバーと、波長分散が負の分散補償ファイバーとを準備し、どちらかの分散補償ファイバーに波長多重光信号を導き、一旦正または負に波長帯域全体をシフトした後、逆の符号の分散補償ファイバーで微調整することを提案している。   The related patent document 1 prepares a dispersion compensating fiber having positive chromatic dispersion and a dispersion compensating fiber having negative chromatic dispersion, guides a wavelength multiplexed optical signal to one of the dispersion compensating fibers, and once sets the wavelength to positive or negative. After shifting the entire band, it is proposed to fine-tune with a dispersion compensating fiber with the opposite sign.

また、特許文献2では、入射パルスに正のチャープを与える正常分散ファイバーを含むチャープ部と、異常分散ファイバーを含み構成される分散補償部とを備え、分散補償部を構成する異常分散ファイバーの非線形係数および二次群速度分散の絶対値は、ソリトン次数が1以上となるように設定される。そして、前記異常分散ファイバーのファイバー長は、光ソリトンが形成される長さ以下にしたパルス圧縮器を提案している。   Further, Patent Document 2 includes a chirp unit including a normal dispersion fiber that imparts a positive chirp to an incident pulse, and a dispersion compensation unit configured to include an anomalous dispersion fiber, and nonlinearity of the anomalous dispersion fiber that forms the dispersion compensation unit. The absolute values of the coefficient and the second-order group velocity dispersion are set so that the soliton order is 1 or more. Further, a pulse compressor has been proposed in which the fiber length of the anomalous dispersion fiber is set to be equal to or shorter than the length at which the optical soliton is formed.

特開2006−186489号公報JP 2006-186489 A 特開2009−180812号公報JP 2009-180812 A

インターネットURL http://www.cas.usf.edu/lidarlab/hitran_pc.html 2011年5月31日検索Internet URL http://www.cas.usf.edu/lidarlab/hitran_pc.html Search May 31, 2011 Govind P. Agrawal, Nonlinear Optics Fiber 4th Edition p8Govind P. Agrawal, Nonlinear Optics Fiber 4th Edition p8 Handbook of Optics, 3rd edition, Vol. 4. McGraw-Hill 2009Handbook of Optics, 3rd edition, Vol. 4. McGraw-Hill 2009 インターネットURLhttp://refractiveindex.info/?group=CRYSTALS&material=Si 2011年5月31日検索Internet URL http://refractiveindex.info/?group=CRYSTALS&material=Si Search May 31, 2011

本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑みて創出されたものであり、偏光状態を保存することが可能な分散補償器を提供することを目的とする。特に、フェムト秒パルスレーザー光の伝送にも利用可能な技術を提供する。   The present invention has been created in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a dispersion compensator capable of preserving the polarization state. In particular, a technique that can be used for transmission of femtosecond pulsed laser light is provided.

本発明は上記課題を解決するため、次のような分散補償器を提供する。
すなわち、シングルモード光ファイバーにおける群速度分散を補償する分散補償器であって、伝搬する光の波長に応じた光ファイバーの群速度分散と逆符号の群速度分散を示す分散補償物質を用い、光ファイバーと接続する光入力側端部と、分散補償された光を出力する光出力側端部と、光入力側端部と光出力側端部との間で、分散補償物質を光が通過するように構成した分散補償部とから構成される。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following dispersion compensator.
That is, a dispersion compensator that compensates for group velocity dispersion in a single-mode optical fiber, and uses a dispersion compensation material that exhibits group velocity dispersion of the optical fiber corresponding to the wavelength of the propagating light and a reverse sign of the group velocity dispersion, and is connected to the optical fiber. A light input side end, a light output side end that outputs dispersion compensated light, and a light that passes through the dispersion compensation material between the light input side end and the light output side end The dispersion compensation unit.

上記の光入力側端部から入力した光を、上記の分散補償部の光軸と平行な平行光に発散する第1レンズと、上記の分散補償部を通過した平行光を、上記の光出力側端部に向けて集束させる第2レンズとを備える構成でも良い。   A first lens that diverges light input from the light input side end portion into parallel light parallel to the optical axis of the dispersion compensation unit, and parallel light that has passed through the dispersion compensation unit is output as the light output. The structure provided with the 2nd lens focused toward a side edge part may be sufficient.

上記の分散補償物質の群速度分散値の絶対値が、光ファイバーの群速度分散値の絶対値の10倍以上、100倍以下とすることが特に好ましい。   It is particularly preferable that the absolute value of the group velocity dispersion value of the dispersion compensation material is 10 to 100 times the absolute value of the group velocity dispersion value of the optical fiber.

上記の分散補償物質には、シリコンを用いることができる。   Silicon can be used as the dispersion compensation material.

上記の光ファイバーで伝搬する光が、フェムト秒パルスレーザー光であって、レーザー光の群速度分散の補償に用いられる構成でもよい。   The light propagating through the optical fiber may be femtosecond pulsed laser light and may be configured to compensate for group velocity dispersion of the laser light.

上記の光入力側端部に、上記の分散補償部で補償可能な波長領域を選択する波長フィルターを備えてもよい。   A wavelength filter that selects a wavelength region that can be compensated by the dispersion compensation unit may be provided at the light input side end.

上記の分散補償部に入射するビーム径を調整可能とするビーム径調整手段を備えてもよい。   You may provide the beam diameter adjustment means which enables adjustment of the beam diameter which injects into said dispersion compensation part.

上記の分散補償部において、異なる群速度分散を示す複数の分散補償物質を光軸上に直列配置する構成でもよい。   In the above dispersion compensation unit, a plurality of dispersion compensation materials exhibiting different group velocity dispersions may be arranged in series on the optical axis.

本発明は、所定長のシングルモード光ファイバーと、所定長の光ファイバーによる群速度分散を補償する上記記載の分散補償器とを接続して1組の光ファイバー組み合わせ体を構成し、光ファイバー組み合わせ体の両端には、他の光ファイバー組み合わせ体と連結可能な連結部を備えた光ファイバー組み合わせ体を提供することもできる。   In the present invention, a single-mode optical fiber having a predetermined length is connected to the dispersion compensator described above for compensating for group velocity dispersion caused by an optical fiber having a predetermined length to form a pair of optical fibers. Can also provide an optical fiber combination including a connecting portion that can be connected to another optical fiber combination.

本発明は、上記記載の分散補償器を備えたテラヘルツ波パルス発生・検出装置を提供することもできる。   The present invention can also provide a terahertz wave pulse generation / detection device including the dispersion compensator described above.

さらに、次のような分散補償方法を提供する。
すなわち、光ファイバーにおける群速度分散を補償する分散補償方法であって、伝搬する光の波長に応じた光ファイバーの群速度分散と逆符号の群速度分散を示す分散補償物質を用い、光ファイバーと接続する光入力側端部から入力した光を、第1レンズにより平行光に発散させ、平行光を分散補償物質からなる分散補償部内を通過させることで群速度分散を補償した後、第2レンズにより平行光を集束させて光出力側端部から出力する。
Furthermore, the following dispersion compensation method is provided.
That is, a dispersion compensation method for compensating for the group velocity dispersion in an optical fiber, which uses a dispersion compensation material that exhibits a group velocity dispersion opposite to the group velocity dispersion of the optical fiber according to the wavelength of the propagating light, and that is connected to the optical fiber. The light input from the input side end is diverged into parallel light by the first lens, and the parallel light is passed through the dispersion compensator made of the dispersion compensation material to compensate for the group velocity dispersion, and then the parallel light is output by the second lens. Are output from the light output side end.

本発明は以上の構成をとることによって次のような効果を奏する。
伝搬する光の波長に応じた光ファイバーの群速度分散と逆符号の群速度分散を示すシリコンなどの分散補償物質を用いることで、簡易な構成で分散補償を行うことができる。また、偏光状態を保存することもできる。
The present invention has the following effects by adopting the above configuration.
Dispersion compensation can be performed with a simple configuration by using a dispersion compensation material such as silicon which exhibits group velocity dispersion of the optical fiber corresponding to the wavelength of propagating light and the group velocity dispersion of the opposite sign. Also, the polarization state can be preserved.

分散補償部の光軸と平行な平行光に発散する第1レンズと、分散補償部を通過した平行光を、光出力側端部に向けて集束させる第2レンズとを備えることにより、分散補償物質の大きな口径に拡大させて単位面積当たりのエネルギーを小さくする。また、各レンズと分散補償物質の組み合わせを製造時に一体化しておくことで、使用時の調整を不要とすることができる。   Dispersion compensation is provided by including a first lens that diverges into parallel light parallel to the optical axis of the dispersion compensator and a second lens that focuses the parallel light that has passed through the dispersion compensator toward the light output side end. The energy per unit area is reduced by enlarging the large diameter of the substance. Further, by integrating the combination of each lens and the dispersion compensation material at the time of manufacture, adjustment during use can be made unnecessary.

分散補償物質の群速度分散値の絶対値が、光ファイバーの群速度分散値の絶対値の10倍以上、100倍以下である分散補償物質を選択することにより、光ファイバーに対して分散補償物質の長さが十分に短くなり、分散補償器の小型化、材料コストの低減に寄与する。   By selecting a dispersion compensation material whose absolute value of the group velocity dispersion value of the dispersion compensation material is 10 to 100 times the absolute value of the group velocity dispersion value of the optical fiber, the length of the dispersion compensation material with respect to the optical fiber is increased. This contributes to a reduction in the size of the dispersion compensator and a reduction in material costs.

本発明の光ファイバー組み合わせ体によれば、所定長の光ファイバーの分散を補償する逆符号の分散を示す分散補償物質を予め組み合わせておくことで、該組み合わせ体を複数連結しても正しく分散補償がされた光ファイバー線路を構成することができる。これにより、分散補償を都度調整することなく、所望の線路長の光ファイバーを増設することができる。   According to the optical fiber combination of the present invention, dispersion compensation materials exhibiting reverse-sign dispersion that compensate for dispersion of an optical fiber of a predetermined length are combined in advance, so that dispersion compensation can be performed correctly even when a plurality of the combinations are connected. An optical fiber line can be configured. Thereby, it is possible to add an optical fiber having a desired line length without adjusting dispersion compensation each time.

本発明に係る分散補償器の断面図である。It is sectional drawing of the dispersion compensator which concerns on this invention. シングルモードファイバーの分散パラメータを示すグラフである。It is a graph which shows the dispersion parameter of a single mode fiber. 長さ3.2mのシングルモードファイバーの群速度分散値と、7cmのシリコンと3.2mのシングルモードファイバーとを連結した場合の群速度分散値を示すグラフである。It is a graph which shows the group velocity dispersion value at the time of connecting the group velocity dispersion value of the single mode fiber of length 3.2m, and 7cm silicon | silicone and the single mode fiber of 3.2m. 光ファイバーの長さとパルス幅の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the length of an optical fiber, and a pulse width. ファイバー結合型テラヘルツ波パルス発生・検出器の構成図である。It is a block diagram of a fiber coupling type terahertz wave pulse generator / detector. テラヘルツ波パルス発生・検出器におけるテラヘルツパルス形状のグラフである。It is a graph of the terahertz pulse shape in the terahertz wave pulse generator / detector. テラヘルツ波パルスのスペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the spectrum of a terahertz wave pulse. テラヘルツ波パルス発生・検出器に分散補償器と光ファイバーの組み合わせ体を増設した構成図である。It is a configuration diagram in which a combination of a dispersion compensator and an optical fiber is added to the terahertz wave pulse generator / detector. 非線形光学結晶を用いたファイバー結合型テラヘルツ波パルス発生・検出器の構成図である。It is a block diagram of a fiber coupled terahertz wave pulse generator / detector using a nonlinear optical crystal. ビーム径可変分散補償器の断面図である。It is sectional drawing of a beam diameter variable dispersion compensator. 分散補償器に第2の分散補償光学素子を備えた実施例である。This is an embodiment in which the dispersion compensator is provided with a second dispersion compensation optical element.

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。本発明は以下の実施例に限定されず請求項記載の範囲で適宜実施することができる。
(実施例1)
図1は本発明に係る分散補償器(1)の断面図である。本実施例の分散補償器(1)は、全長が7〜8cm程度の円筒形状であり、ごく小型に構成している。両端には光ファイバー(2)と接続する接続部を配置し、一方から入力した光の群速度分散を補償した後、他方から出力する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following examples and can be appropriately implemented within the scope of the claims.
Example 1
FIG. 1 is a sectional view of a dispersion compensator (1) according to the present invention. The dispersion compensator (1) of the present embodiment has a cylindrical shape with a total length of about 7 to 8 cm, and is extremely small. Connection portions connected to the optical fiber (2) are arranged at both ends, and after compensating for the group velocity dispersion of light input from one side, it is output from the other side.

分散補償器(1)の内部は、本発明の特徴であるバルク状である分散補償物質で構成された分散補償部(10)を中心に、分散補償部(10)の左右にロッドレンズ(12)(14)を備えている。
そして、光入力側端部(例えば左側)で光ファイバー(2)からの入射光を分散補償(10)に入力し、ロッドレンズ(12)によって分散補償部(10)の光軸と平行な平行光(20)に発散させる。平行光(20)は、分散補償部(10)の全長を通過した後、右側のロッドレンズ(14)に入射させて、再び集束させる。集束した光線は光出力側端部から光ファイバー(2)に出力される。

The dispersion compensator (1) has a rod lens (12) on the left and right sides of the dispersion compensator (10) centered on the dispersion compensator (10) made of a bulk-form dispersion compensator which is a feature of the present invention. ) (14).
The light input end (e.g., left side) dispersion compensator incident light from the optical fiber (2) in input to the (10), parallel to parallel to the optical axis of the dispersion compensation unit (10) by the rod lens (12) Diverge into light (20). The parallel light (20) passes through the entire length of the dispersion compensator (10), and then enters the right rod lens (14) and is focused again. The converged light beam is output from the light output side end portion to the optical fiber (2).

本分散補償器(1)では、各ロッドレンズ(12)(14)と光ファイバー(2)の端面とを融着すると共に、レンズ固定部(13)(15)によってロッドレンズ(12)(14)、分散補償部固定部(11)によって分散補償部(10)をそれぞれを調整した状態で固定することで、使用時の調整を不要にすることができる。
このようにロバスト性を高める上で、ロッドレンズ及びレンズ固定部の採用は特に好適であるが、実施に際してロッドレンズを用いる必要は必ずしもない。公知の非球面レンズやビームエクスパンダーなどのレンズ系を任意に用いることができる。
In this dispersion compensator (1), the rod lenses (12) (14) and the end face of the optical fiber (2) are fused, and the rod lenses (12) (14) are fixed by the lens fixing portions (13) (15). By fixing the dispersion compensator (10) in an adjusted state by the dispersion compensator fixing part (11), adjustment during use can be made unnecessary.
In order to improve the robustness as described above, the use of the rod lens and the lens fixing portion is particularly suitable, but it is not always necessary to use the rod lens in the implementation. A lens system such as a known aspherical lens or a beam expander can be arbitrarily used.

さらに、本発明では、第1レンズ及び第2レンズは必須としない。すなわち、光ファイバーで伝送するビームの径が大きい場合や、パルスエネルギーが小さい場合には、光ファイバー(2)からの出力光をそのまま分散補償器(1)に入力する構成でもよい。   Furthermore, in the present invention, the first lens and the second lens are not essential. That is, when the diameter of the beam transmitted by the optical fiber is large, or when the pulse energy is small, the output light from the optical fiber (2) may be input to the dispersion compensator (1) as it is.

次に、本発明の原理を説明する。
本発明を大略すれば、シングルモードの光ファイバーで伝送する際に生じる群速度分散を、その分散と逆符号の群速度分散を有する分散補償物質によって補償するものである。
光ファイバーにおける分散が可逆的な現象である以上、逆符号の分散によって補償しようとすること自体は自明であり、例えば分散補償を行うデバイスとして代表的な分散補償ファイバー(DCF:Dispersion Compensating Fiber)も、シングルモードファイバーで生じた材料分散(通常は正分散)に対して、ファイバー断面内を特殊な屈折率分布に設計し、構造分散(負分散)するように構成している。
Next, the principle of the present invention will be described.
In brief, the present invention compensates for the group velocity dispersion that occurs when a single-mode optical fiber is transmitted by a dispersion compensation material having a group velocity dispersion opposite in sign to the dispersion.
Since dispersion in an optical fiber is a reversible phenomenon, it is obvious to try to compensate by dispersion of the opposite sign. For example, a dispersion compensation fiber (DCF: Dispersion Compensating Fiber), which is a typical device for performing dispersion compensation, In contrast to the material dispersion (usually positive dispersion) that occurs in a single mode fiber, the inside of the fiber cross-section is designed to have a special refractive index distribution, and the structure is dispersed (negative dispersion).

一方、本発明はこのような構造分散によるものではなく、シングルモードファイバーと逆符号の分散特性を有する材料を用いる方法により分散補償を実現するものである。言い換えれば、従来の構造分散による分散補償と異なり、必要な材料分散特性を有する物質を選択して、分散補償器を構成する点に特徴がある。
本発明は、新しい分散補償の方法を用いることによって、偏光状態が保持できない点や、非線形性が高いことなど、従来の分散補償ファイバーにおける問題点を同時に解決することができる。
On the other hand, the present invention is not based on such structural dispersion, but realizes dispersion compensation by a method using a material having a dispersion characteristic opposite to that of a single mode fiber. In other words, unlike the conventional dispersion compensation by structural dispersion, the dispersion compensator is configured by selecting a substance having a necessary material dispersion characteristic.
By using a new dispersion compensation method, the present invention can simultaneously solve the problems in the conventional dispersion compensation fiber, such as the fact that the polarization state cannot be maintained and the nonlinearity is high.

本実施例では、分散補償物質の一例として、シリコン(Si)を用いている。以下ではシリコンの分散特性を示しながら、本発明の分散補償物質を選択する方法について説明する。従って、ここで示す条件を満たす物質を選択すれば、本発明はシリコンに限らず任意の物質によって実施可能である。   In this embodiment, silicon (Si) is used as an example of the dispersion compensation material. Hereinafter, a method for selecting the dispersion compensation material of the present invention will be described while showing the dispersion characteristics of silicon. Therefore, if a substance satisfying the conditions shown here is selected, the present invention can be implemented not only with silicon but also with any substance.

まず、シングルモードファイバーは零分散波長(約1300nm)を境として、群速度分散の符号が逆転する特徴を持つ。1300nm以上の波長の光では正の分散を有している。石英を材料にしたシングルモードファイバーでは、波長軸上で1300nm以外の光では群速度遅延が生じる。   First, the single mode fiber has a characteristic that the sign of group velocity dispersion is reversed at the zero dispersion wavelength (about 1300 nm) as a boundary. Light having a wavelength of 1300 nm or more has positive dispersion. A single mode fiber made of quartz has a group velocity delay for light other than 1300 nm on the wavelength axis.

シングルモードのファイバーの群速度分散の補償方法には、群速度分散(GVD)の絶対値が等しくかつシングルモードファイバーのそれとは逆符号のものをファイバーと連結すればよい。つまり、下記の条件を満たせばよい。
(数1)
GVDSi+GVDSMF=DSiLSi+DSMFLSMF=0

ここで、GVDSiはシリコンおよびGVDSMFはシングルモードファイバーの群速度分散である。Lは各デバイスの長さ、Dは分散パラメータであり、添え字のSiはシリコン、SMFはシングルモードファイバーの値であることを示す。
As a compensation method for the group velocity dispersion of a single mode fiber, it is only necessary to connect a fiber having an absolute value of the group velocity dispersion (GVD) equal to that of the single mode fiber and a sign opposite to that of the single mode fiber. That is, the following conditions may be satisfied.
(Equation 1)
GVD Si + GVD SMF = D Si L Si + D SMF L SMF = 0

Here, GVD Si is silicon and GVD SMF is the group velocity dispersion of a single mode fiber. L is the length of each device, D is a dispersion parameter, the subscript Si is silicon, and SMF is a single mode fiber value.

本発明による分散補償法においては、シングルモードファイバーの分散パラメータDとは逆符号の分散パラメータを有する物質を利用する。その一つとしてシリコンが利用できる。分散パラメータDに媒質の距離を乗算することでそのデバイスの有する群速度分散(GVD)が求められる。
分散パラメータDは、屈折率と波長の関数であり下記の式(数2)で与えられる。(非特許文献2参照)
In the dispersion compensation method according to the present invention, a material having a dispersion parameter having an opposite sign to the dispersion parameter D of the single mode fiber is used. Silicon can be used as one of them. By multiplying the dispersion parameter D by the distance of the medium, the group velocity dispersion (GVD) of the device is obtained.
The dispersion parameter D is a function of the refractive index and the wavelength, and is given by the following equation (Equation 2). (See Non-Patent Document 2)

Figure 0005994965
ここで、λは波長、cは光速度、nは屈折率である。
Figure 0005994965
Here, λ is the wavelength, c is the speed of light, and n is the refractive index.

シリコンの屈折率の波長依存性n(λ)はセルマイヤー公式から導出できる。シリコンの屈折率を導出するためのセルマイヤー方程式とそのパラメータをそれぞれ数3および表1に示す。(非特許文献3、4参照)   The wavelength dependence n (λ) of the refractive index of silicon can be derived from the Selmeier formula. The Cermeier equation and its parameters for deriving the refractive index of silicon are shown in Equation 3 and Table 1, respectively. (See Non-Patent Documents 3 and 4)

Figure 0005994965
Figure 0005994965

Figure 0005994965
Figure 0005994965

シリコンの分散パラメータは数2と数3より得られる。
図2にシリコンの分散パラメータDを示す。また、比較のためにシングルモードファイバーの分散パラメータの一例を示す。本願では、分散パラメータDの単位をfs/nm-mとし、これに媒質の長さLを乗算したものを群速度分散(GVD)とし単位をfs/nmとする。
The dispersion parameter of silicon is obtained from Equations 2 and 3.
FIG. 2 shows the dispersion parameter D of silicon. For comparison, an example of a dispersion parameter of a single mode fiber is shown. In the present application, the unit of the dispersion parameter D is fs / nm-m, the product of this multiplied by the length L of the medium is group velocity dispersion (GVD), and the unit is fs / nm.

図から明らかなように、シングルモードファイバーの分散パラメータDは正の分散を示している。一方で、シリコンの分散は負の値である。波長1560nmを例にとると、シングルモードファイバーの分散パラメータは、約18 fs/nm-mである。一方でシリコンの分散は負の値であることが分かる。分散パラメータDの値は-855 fs/nm-mとファイバーの群速度分散に比べ大きいことが分かる。   As is apparent from the figure, the dispersion parameter D of the single mode fiber indicates positive dispersion. On the other hand, the dispersion of silicon is negative. Taking the wavelength 1560 nm as an example, the dispersion parameter of the single mode fiber is about 18 fs / nm-m. On the other hand, it can be seen that the dispersion of silicon is negative. It can be seen that the value of the dispersion parameter D is -855 fs / nm-m, which is larger than the group velocity dispersion of the fiber.

フェムト秒パルスを光ファイバー伝送するためには、フェムト秒パルスを構成する波長におけるシングルモードファイバーとシリコンの分散パラメータと長さの関係を、数1の条件を満たすように構成すればよい。数1より、フェムト秒レーザーを伝送させたいシングルモードファイバーの長さが決まれば、分散補償のために用いるべきシリコン長が決定できる。
つまり、シングルモードファイバーの分散パラメータをDSMFとし、シリコンの分散パラメータをDSiとすれば、シングルモードファイバーの長さに対する最適な、シリコンの長さが数4から決定できる。
In order to transmit the femtosecond pulse through the optical fiber, the relationship between the dispersion parameter and the length of the single mode fiber and silicon at the wavelength constituting the femtosecond pulse may be configured so as to satisfy the equation (1). From Equation 1, if the length of the single mode fiber to which the femtosecond laser is to be transmitted is determined, the silicon length to be used for dispersion compensation can be determined.
In other words, if the dispersion parameter of the single mode fiber is D SMF and the dispersion parameter of silicon is D Si , the optimum silicon length for the length of the single mode fiber can be determined from Equation 4.

Figure 0005994965
Figure 0005994965

実施例として、中心波長1560nm、パルス幅100fsec以下のフェムト秒パルスを3.2mのシングルモードファイバーを伝送することを試みた。1560nmにおけるシングルモードファイバーの分散パラメータおよびシリコンの分散パラメータは、それぞれ約18fs/nm-mおよび-855fs/nm-mである。
数4から分散補償を目的とするシリコンの長さは、シングルモードファイバーの長さとの比が、18:855≒1:47となればよいから、約7cmと求められる。
As an example, an attempt was made to transmit a femtosecond pulse having a center wavelength of 1560 nm and a pulse width of 100 fsec or less through a single mode fiber of 3.2 m. The dispersion parameters of single mode fiber and silicon at 1560 nm are about 18 fs / nm-m and -855 fs / nm-m, respectively.
From Equation 4, the length of silicon for the purpose of dispersion compensation is required to be about 7 cm because the ratio with the length of the single mode fiber should be 18: 855≈1: 47.

図3に長さ3.2mのシングルモードファバーの群速度分散値と、7cmのシリコンと3.2mのシングルモードファイバーを連結した場合の群速度分散値の波長依存性を示す。1560nmでは、群速度分散はほぼ0になっていることが分かる。   FIG. 3 shows the wavelength dependence of the group velocity dispersion value of a 3.2 m long single mode fiber and the group velocity dispersion value when 7 cm silicon and a 3.2 m single mode fiber are connected. It can be seen that the group velocity dispersion is almost zero at 1560 nm.

次にシリコンとシングルモードファイバーの上記組み合わせによって、パルス伝送が可能である事を実証するために、長さ7cmのシリコンを分散補償物質とし、シングルモードファイバーの長さを変えてパルス幅を測定した。
ファイバーの長さは1m単位で変化させた。図4はファイバー伝送後のフェムト秒パルス幅である。図4からファイバー長の増加に伴いパルス幅が短くなり3.2mの時に極小を示し再び増加する事が分かる。観測されたパルス幅は約100fsec.であった。パルス幅はオートコリレータで測定した。なお、パルス幅はFWHM(半値全幅)とした。
Next, in order to demonstrate that pulse transmission is possible with the above-mentioned combination of silicon and single mode fiber, 7 cm long silicon was used as a dispersion compensation material, and the pulse width was measured by changing the length of the single mode fiber. .
The length of the fiber was changed in units of 1 m. FIG. 4 shows the femtosecond pulse width after fiber transmission. It can be seen from FIG. 4 that the pulse width decreases as the fiber length increases, shows a minimum at 3.2 m, and increases again. The observed pulse width was about 100 fsec. The pulse width was measured with an autocorrelator. The pulse width was FWHM (full width at half maximum).

上述したように、シングルモードファイバーの伝送時には様々な波長を含む光の群速度分散が生じるので、ファイバーレーザー装置から出力された時には超短パルスであっても、群速度遅延の大きな波長の光から、遅延の少ない波長の光まで波形の歪みが生じ、パルス幅が広がってしまう問題がある。光パルスの幅が広がることは、信号伝送では誤り率が高まり伝送効率が低下する原因となったり、テラヘルツ波を分析や検査、計測等に用いる場合にはそれらの精度の低下の原因となる。
そこで、フェムト秒パルスの発生器では出力可能なパルス幅の要求が高まっているが、一例の機器では要求されるパルス幅が150fsec.程度であり、この場合、図4の実験で得られたパルス幅、100fsec.は十分にこの要求を満たすことになる。
As described above, since the group velocity dispersion of light including various wavelengths occurs during the transmission of a single mode fiber, even if it is output from a fiber laser device, even if it is an ultrashort pulse, light from a wavelength having a large group velocity delay is generated. However, there is a problem that waveform distortion occurs to light having a wavelength with less delay, and the pulse width is widened. An increase in the width of the optical pulse may cause an increase in error rate and decrease in transmission efficiency in signal transmission, and a decrease in accuracy when terahertz waves are used for analysis, inspection, measurement, and the like.
Therefore, there is an increasing demand for a pulse width that can be output in a femtosecond pulse generator, but the required pulse width is about 150 fsec. In an example device. In this case, the pulse obtained in the experiment of FIG. A width of 100 fsec. Will fully satisfy this requirement.

図4の実験において、パルス幅が最短となった3.2mは、シリコンの長さが7cmの時に上記数4から導出した設計値の通りである。このことからも、上で示した本発明の設計手法が正しいことが裏付けられている。   In the experiment of FIG. 4, 3.2 m, which has the shortest pulse width, is the design value derived from Equation 4 above when the silicon length is 7 cm. This also confirms that the design method of the present invention shown above is correct.

ところで、図2でも明らかなように、光ファイバーの長さと分散補償物質の長さは、伝送する光の波長に依存する。例えば1500nmの場合、シングルモードファイバーの分散値は15 fsec./nm-mであり、シリコンの分散値は-980 fsec./nm-mである。この場合の長さ比は、980:15≒65:1となる。零分散波長(1300nm)に向けてこの比は漸増する。逆により長い波長に向かうと、この比は漸減する。   As is apparent from FIG. 2, the length of the optical fiber and the length of the dispersion compensation material depend on the wavelength of the transmitted light. For example, in the case of 1500 nm, the dispersion value of the single mode fiber is 15 fsec./nm-m, and the dispersion value of silicon is -980 fsec./nm-m. In this case, the length ratio is 980: 15≈65: 1. This ratio increases gradually toward the zero dispersion wavelength (1300 nm). Conversely, this ratio decreases gradually toward longer wavelengths.

本発明では、光ファイバーに対して十分に小型の分散補償器を提供することが望ましいので、伝送する波長に応じて、分散補償物質の選択と、その長さの設計が必要である。本実施例におけるフェムト秒パルスレーザー光の伝送の場合、通信用の伝送ケーブルと異なり、通常は数mから数十mの光ファイバーを用いる。このような用途の場合、中心周波数で47:1の比となるシリコンは最適であり、数cmの分散補償器が実現される。   In the present invention, since it is desirable to provide a sufficiently small dispersion compensator for an optical fiber, it is necessary to select a dispersion compensation material and design its length in accordance with the wavelength to be transmitted. In the case of transmission of femtosecond pulsed laser light in this embodiment, an optical fiber of several meters to several tens of meters is usually used, unlike a communication transmission cable. For such applications, silicon with a ratio of 47: 1 at the center frequency is optimal and a dispersion compensator of several centimeters is realized.

以上のような観点から一般的には、分散補償物質の群速度分散値の絶対値が、光ファイバーの群速度分散値の絶対値の10倍以上、100倍以下が好ましい。この場合、分散補償物質の長さが光ファイバーの長さの1/10ないし1/100となる。   In general, from the above viewpoint, the absolute value of the group velocity dispersion value of the dispersion compensation material is preferably 10 to 100 times the absolute value of the group velocity dispersion value of the optical fiber. In this case, the length of the dispersion compensation material is 1/10 to 1/100 of the length of the optical fiber.

また、本発明は、光ファイバーで生じる分散と逆符号の分散特性を有する分散補償物質を用いるものであるから、例えば零分散波長よりも短い波長域の光を伝送する場合には、分散補償物質は正の分散を有する材料を用いればよい。この場合でも分散値の絶対値の比により、適宜長さを設計することができる。   In addition, since the present invention uses a dispersion compensation material having a dispersion characteristic opposite to the dispersion generated in the optical fiber, for example, when transmitting light in a wavelength range shorter than the zero dispersion wavelength, the dispersion compensation material is A material having a positive dispersion may be used. Even in this case, the length can be appropriately designed according to the ratio of the absolute values of the dispersion values.

(実施例2)
次に、本発明の装置への組み込み例として、シリコンによる分散補償器(1)を用いて、ファイバー結合型テラヘルツ波パルス発生・検出器を構成した。図5はその構成図である。
ファイバー結合型テラヘルツ波パルス発生・検出器は、フェムト秒ファイバーレーザー(50)、分散補償器(1)、ビームスプリッタ(53)、光遅延機構(54)およびテラヘルツ波パルスの送信機(57)と受信機(59)の光電導アンテナで構成される。光伝導アンテナ間にはテラヘルツパルス波(58)が発生する。
(Example 2)
Next, as an example of incorporation into the apparatus of the present invention, a fiber-coupled terahertz wave pulse generator / detector was configured using a silicon dispersion compensator (1). FIG. 5 is a configuration diagram thereof.
The fiber-coupled terahertz wave pulse generator / detector includes a femtosecond fiber laser (50), a dispersion compensator (1), a beam splitter (53), an optical delay mechanism (54), and a terahertz wave pulse transmitter (57). It consists of a photoelectric conducting antenna of the receiver (59). A terahertz pulse wave (58) is generated between the photoconductive antennas.

フェムト秒ファイバーレーザーは中心波長1560nm、最大出力130mW、パルス幅は<100fsec.である。フェムト秒パルスは、フェムト秒ファイバーレーザーの出射ファイバー端面でフェムト秒のパルス幅を有している。
光パルスは本発明による分散補償器(1)に導入されている。ここで用いた分散補償器(1)は、1.7mの光ファイバー(52)と(55)もしくは(52)と (56) と接続した場合に、その端面でパルス幅が最小になるように設計している。
The femtosecond fiber laser has a center wavelength of 1560 nm, a maximum output of 130 mW, and a pulse width of <100 fsec. The femtosecond pulse has a femtosecond pulse width at the output fiber end face of the femtosecond fiber laser.
The optical pulse is introduced into the dispersion compensator (1) according to the invention. The dispersion compensator (1) used here is designed to minimize the pulse width at the end face when connected to a 1.7 m optical fiber (52) and (55) or (52) and (56). ing.

光パルスはビームスプリッタ(53)で分岐し、一方は、1.1mのシングルモードファイバー(55)を介して、送信機(57)に伝送される。他方は、光遅延機構(54)およびシングルモードファイバー(56)を経由して、受信機(59)に伝送される。
分散補償器(1)から送信機(57)および受信機(59)までのファイバー長はそれぞれ1.7mである。
ファイバー出射端面でのパルス幅をオートコリレータで測定したところ、パルス幅はFWHM(半値全幅)で約100fsec.であった。
The light pulse is branched by a beam splitter (53), and one is transmitted to a transmitter (57) via a 1.1 m single mode fiber (55). The other is transmitted to the receiver (59) via the optical delay mechanism (54) and the single mode fiber (56).
The fiber length from the dispersion compensator (1) to the transmitter (57) and the receiver (59) is 1.7 m, respectively.
When the pulse width at the fiber exit end face was measured with an autocorrelator, the pulse width was about 100 fsec. In FWHM (full width at half maximum).

テラヘルツ波パルスの送信機(57)および受信機(59)には、1560nm帯で動作可能な、光電導アンテナを用いた。送信機(57)側には、バイアス電圧および強度変調のために、矩形波電圧を1kHzで印加している。強度変調されたテラヘルツ波パルス(58)は受信機(59)に入射し、電流増幅器(60)を経由して、ロックインアンプ(61)で検出される。 For the transmitter (57) and the receiver (59) of the terahertz wave pulse, a photoconductive antenna capable of operating in the 1560 nm band was used. A rectangular wave voltage is applied to the transmitter (57) side at 1 kHz for bias voltage and intensity modulation. The intensity-modulated terahertz wave pulse (58) enters the receiver (59) and is detected by the lock-in amplifier (61) via the current amplifier (60).

図6は検出されたテラヘルツ波パルス形状を示しており、モノサイクルである事が分かる。本装置は、テラヘルツ周波数帯のスペクトル情報を得ることが可能である。図7に、検出されたテラヘルツ波パルスをフーリエ変換して得られたスペクトルを示す。同図には、HITRAN-PC(非特許文献1参照)によって求めた室温での水蒸気の吸収ラインを示している。テラヘルツ波パルスのスペクトルには、3THz付近の水蒸気の吸収ラインが検出されていることから、3THz付近まで発生している事が分かる。   FIG. 6 shows the detected terahertz wave pulse shape, and it can be seen that it is a monocycle. This device can obtain spectrum information in the terahertz frequency band. FIG. 7 shows a spectrum obtained by Fourier-transforming the detected terahertz wave pulse. The figure shows a water vapor absorption line at room temperature determined by HITRAN-PC (see Non-Patent Document 1). In the spectrum of the terahertz wave pulse, the absorption line of water vapor in the vicinity of 3 THz is detected, so that it can be seen that it has been generated up to around 3 THz.

(実施例3)
図8は、本発明に係る分散補償器(1)を、所定長の光ファイバー(2)との組み合わせで構成された延長モジュール(80)(81)として、図5の装置構成に増設した実施例である。
すなわち、ビームスプリッタ(53)からの出力と光遅延機構(54)への入力までを含むフェムト秒パルス発生装置からのパルス出力を、延長モジュール(81)に接続し、所定の長さだけ延長した上で、送信機(57)からテラヘルツパルスを発生させる。同様に、テラヘルツ波を検出する受信器(59)にフェムト秒パルスを入力する。
(Example 3)
FIG. 8 shows an embodiment in which the dispersion compensator (1) according to the present invention is added to the apparatus configuration of FIG. 5 as an extension module (80) (81) configured in combination with an optical fiber (2) having a predetermined length. It is.
That is, the pulse output from the femtosecond pulse generator including the output from the beam splitter (53) and the input to the optical delay mechanism (54) is connected to the extension module (81) and extended by a predetermined length. Above, a terahertz pulse is generated from the transmitter (57). Similarly, femtosecond pulses are input to a receiver (59) that detects terahertz waves.

本発明の分散補償器(1)は、繰り返し説明するように光ファイバーの長さに対して決められた長さの分散補償物質を組み合わせることで分散補償される。そこで、例えば1mの光ファイバーと、それに対応する長さの分散補償器(1)を予め付設したモジュールを提供することで、あとはモジュールの端部に設けた連結部同士を必要に応じて連結するだけで、分散補償された光ファイバー伝送が実現できるようになる。
特に、ロッドレンズと光ファイバーとを融着して調整した製品として提供すれば、光学系を組み立てる際の調整も不要であり、取り扱いが極めて簡便な延長モジュールを提供することができる。
The dispersion compensator (1) of the present invention is dispersion-compensated by combining a dispersion compensation material having a length determined with respect to the length of the optical fiber as described repeatedly. Therefore, for example, by providing a module in which a 1 m optical fiber and a dispersion compensator (1) having a length corresponding to the 1 m optical fiber are provided in advance, the connecting portions provided at the end portions of the module are connected as necessary. Only with this, dispersion-compensated optical fiber transmission can be realized.
In particular, if it is provided as a product adjusted by fusing a rod lens and an optical fiber, adjustment when assembling the optical system is unnecessary, and an extension module that is extremely easy to handle can be provided.

(実施例4)
図9は、図5に示したファイバー結合型テラヘルツ波パルス発生・検出器の別実施例であり、非線形光学結晶(93)を用いてテラヘルツ波を発生させるものである。なお、検出器方法として非線形光学効果の電気光学変調技術を用いてもよい。
公知のように、非線形光学結晶(93)は、非線形光学効果による光整流効果を利用して、フェムト秒パルスレーザー光のスペクトルをテラヘルツ領域に周波数シフトさせることができる。この際、入射ビームと光軸と結晶の軸角度を整合させる必要がある。
Example 4
FIG. 9 shows another embodiment of the fiber-coupled terahertz wave pulse generator / detector shown in FIG. 5, which generates a terahertz wave using a nonlinear optical crystal (93). Note that a non-linear optical effect electro-optic modulation technique may be used as the detector method.
As is well known, the nonlinear optical crystal (93) can shift the frequency of the femtosecond pulsed laser light to the terahertz region by utilizing the optical rectification effect due to the nonlinear optical effect. At this time, it is necessary to match the incident beam, the optical axis, and the axial angle of the crystal.

従来の分散補償ファイバーでは偏光が保持できない問題があった。これに対し、本発明の分散補償器(1)では偏光が保持されるので、光ファイバーに偏光保存ファイバーを用いることで、偏光状態を光学系全体で保持することができる。
すなわち、図9における光ファイバー(51)(52)(91)(92)をいずれも偏光保存ファイバーとし、入射光の偏光を直線偏光とすれば、直線偏光を保持してフェムト秒パルスの伝送が可能である。そこで、非線形光学結晶(93)を回転させて結晶軸とフェムト秒パルスの偏光を最適な角度に合わせることで、容易にテラヘルツ波への周波数変換が実現できる。
The conventional dispersion compensating fiber has a problem that polarization cannot be maintained. On the other hand, since the polarization compensator (1) of the present invention maintains the polarization, the polarization state can be maintained in the entire optical system by using a polarization preserving fiber for the optical fiber.
That is, if all of the optical fibers (51), (52), (91), and (92) in FIG. 9 are polarization-preserving fibers and the incident light is linearly polarized, it is possible to transmit femtosecond pulses while maintaining linearly polarized light. It is. Therefore, by rotating the nonlinear optical crystal (93) and adjusting the crystal axis and the polarization of the femtosecond pulse to an optimum angle, frequency conversion to a terahertz wave can be easily realized.

本発明で用いる分散補償物質には複屈折率を持たず入射光の偏光を保持できる物質を選択することが好ましい。本実施例で用いたシリコンはこの点でも条件を満たしており、好適である。   As the dispersion compensation material used in the present invention, it is preferable to select a material that does not have a birefringence and can maintain the polarization of incident light. The silicon used in this example satisfies this condition and is suitable.

(実施例5)
図10は、本発明の分散補償器(1’)において、ビーム径可変な構成を提案するものである。本実施例では、ロッドレンズ(12)で発散された平行光を、ビーム径調整手段であるビーム径可変テレスコープ(3)を用いてビーム径を変化させる。
(Example 5)
FIG. 10 proposes a configuration with a variable beam diameter in the dispersion compensator (1 ′) of the present invention. In this embodiment, the beam diameter of the parallel light diverged by the rod lens (12) is changed using the beam diameter variable telescope (3) which is a beam diameter adjusting means.

フェムト秒パルスの場合、超短パルスにエネルギーが集中するため、レーザーの出力自体がそれほど強く無くてもエネルギーのピークが大きくなる。このような特性を利用して加工技術への応用も行われており、分散補償用のデバイスにおいても、超短パルスへの対応が求められている。
また、エネルギーのピークが大きくなると材料における非線形現象の発生や、損失の増大につながることから、単位面積当たりのエネルギーを抑制する必要がある。
In the case of a femtosecond pulse, energy concentrates on an ultrashort pulse, so that the energy peak increases even if the laser output itself is not so strong. Application to processing technology is also performed using such characteristics, and dispersion compensation devices are also required to cope with ultrashort pulses.
In addition, when the energy peak increases, nonlinear phenomena occur in the material and loss increases. Therefore, it is necessary to suppress energy per unit area.

本発明では、光ファイバーのコア径よりも格段に大きな径の分散補償物質を通過させるため、単位面積当たりのエネルギー密度を下げる点でも非常に有利である。ビーム径可変テレスコープ(3)は、エネルギーが大きな場合に、ビーム径を拡大することができるので、フェムト秒テラヘルツパルスの発生器との組み合わせにおいて特に好適である。   In the present invention, since the dispersion compensation material having a diameter much larger than the core diameter of the optical fiber is passed, it is very advantageous in that the energy density per unit area is lowered. The beam diameter variable telescope (3) is particularly suitable in combination with a femtosecond terahertz pulse generator because the beam diameter can be expanded when energy is large.

(実施例6)
図11は、上記分散補償物質に加えて、第2の分散補償光学素子を備えた実施例である。
光ファイバー(111)からの入射光をロッドレンズ(112)により発散し、光学プリズム(113)を通して、本発明の分散補償部(114)を通し、分散補償光学素子(115)に入射させる。
(Example 6)
FIG. 11 shows an embodiment provided with a second dispersion compensation optical element in addition to the dispersion compensation material.
Incident light from the optical fiber (111) is diverged by the rod lens (112), passes through the optical prism (113), passes through the dispersion compensator (114) of the present invention, and enters the dispersion compensating optical element (115).

本実施例では分散補償光学素子(115)としてチャープミラーを用いている。光ファイバーとシリコンとは完全な逆特性ではないため、これらの組み合わせで解消できない残留分散をチャープミラーなどの分散補償光学素子によって補償しようとするものである。
具体例としては、図3に示すトータルの分散値が波長によって僅かに傾斜しているが、チャープミラーなど異なる分散補償光学素子を組み合わせることにより、
より高次の分散補償が可能となる。
In this embodiment, a chirp mirror is used as the dispersion compensation optical element (115). Since the optical fiber and silicon are not completely opposite characteristics, residual dispersion that cannot be eliminated by a combination of these is intended to be compensated by a dispersion compensating optical element such as a chirp mirror.
As a specific example, the total dispersion value shown in FIG. 3 is slightly inclined depending on the wavelength, but by combining different dispersion compensation optical elements such as a chirp mirror,
Higher order dispersion compensation is possible.

チャープミラー(115)で反射した光は、再び分散補償部(114)を通り、光学プリズム(113)で図中の上方に反射し、ロッドレンズ(116)で集束された後に、光ファイバー(117)から出射する。
チャープミラー(115)によって、分散補償部(114)を2度通過するので、本実施例における分散補償部(114)の全長は、図1の実施例の半分で足りる。
The light reflected by the chirp mirror (115) again passes through the dispersion compensator (114), is reflected upward by the optical prism (113), is focused by the rod lens (116), and then converged by the optical fiber (117). Emanates from.
Since the chirp mirror (115) passes through the dispersion compensator (114) twice, the total length of the dispersion compensator (114) in this embodiment is half that of the embodiment of FIG.

第2の分散補償光学素子としては、公知の分散補償機構を適宜選択することができる。チャープミラーの他、分散補償ファイバー、光ファイバーブラッググレーティング(FBG)、分散プリズムなどでもよい。また、分散補償器として提供されている他のデバイスを組み合わせてもよい。これにより、高次の分散の補償を実現することができる。   As the second dispersion compensation optical element, a known dispersion compensation mechanism can be appropriately selected. In addition to the chirped mirror, a dispersion compensating fiber, an optical fiber Bragg grating (FBG), a dispersion prism, or the like may be used. Moreover, you may combine the other device provided as a dispersion compensator. Thereby, compensation for higher-order dispersion can be realized.

分散補償部において、1つの分散補償物質を用いる構成に限らず、異なる群速度分散を示す複数の分散補償物質を光軸上に直列配置する構成でもよい。それぞれの分散補償物質の長さを適宜組み合わせることにより、上記同様、高次の分散の補償に寄与する。   The dispersion compensation unit is not limited to a configuration using one dispersion compensation material, and may be a configuration in which a plurality of dispersion compensation materials exhibiting different group velocity dispersions are arranged in series on the optical axis. By appropriately combining the lengths of the respective dispersion compensation substances, as described above, it contributes to compensation of higher-order dispersion.

また、分散補償部の入射光に対して、波長フィルターを通過させるようにした分散補償器を提供することもできる。すなわち、分散補償物質が補償しうる波長領域に調整するために波長フィルターを用い、それ以外の波長領域をカットすることで、設計された波長についてのみ分散補償を行うことができる。   It is also possible to provide a dispersion compensator that allows the incident light of the dispersion compensator to pass through a wavelength filter. That is, dispersion compensation can be performed only for the designed wavelength by using a wavelength filter to adjust to a wavelength region that can be compensated by the dispersion compensation material and cutting other wavelength regions.

ファイバー中のパルス幅の変化は、群速度分散によるもの以外に、非線形光学効果の一種である自己位相変調によるものもある。パルス幅の変化は、ファイバーで伝送する光パルスの強度によって変化する。そのため、本発明による分散補償器と光ファイバーの分散値の不整合分を、ファイバー中を伝搬する光強度を調整し、ファイバー出射端でパルス幅が最短になるように設計してもよい。   The change in the pulse width in the fiber is not only due to group velocity dispersion but also due to self-phase modulation, which is a kind of nonlinear optical effect. The change in the pulse width varies depending on the intensity of the optical pulse transmitted through the fiber. For this reason, the mismatch between the dispersion values of the dispersion compensator and the optical fiber according to the present invention may be designed such that the light intensity propagating through the fiber is adjusted so that the pulse width becomes the shortest at the fiber exit end.

1 分散補償器
2 光ファイバー
10 分散補償部
11 分散補償部固定部
12 ロッドレンズ
13 レンズ固定部
14 ロッドレンズ
15 レンズ固定部
20 平行光

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dispersion compensator 2 Optical fiber 10 Dispersion compensation part 11 Dispersion compensation part fixing | fixed part 12 Rod lens 13 Lens fixing | fixed part 14 Rod lens 15 Lens fixing | fixed part 20 Parallel light

Claims (10)

シングルモード光ファイバーにおける群速度分散を補償する分散補償器であって、
伝搬する光の波長に応じた該光ファイバーの群速度分散と逆符号の群速度分散を示す分散補償物質を用い、
該光ファイバーと接続する光入力側端部と、
分散補償された光を出力する光出力側端部と、
該光入力側端部と該光出力側端部との間で、バルク状である該分散補償物質を光が通過するように構成し、材料分散のみで分散補償する分散補償部と
から構成され、
前記光入力側端部から入力した光を、前記分散補償部の光軸と平行な平行光に発散する第1レンズと、
前記分散補償部を通過した該平行光を、前記光出力側端部に向けて集束させる第2レンズと
を備える
ことを特徴とする分散補償器。
A dispersion compensator for compensating for group velocity dispersion in a single mode optical fiber,
Using a dispersion compensation material that exhibits a group velocity dispersion opposite to the group velocity dispersion of the optical fiber according to the wavelength of the propagating light,
An optical input side end connected to the optical fiber;
A light output side end portion for outputting dispersion-compensated light;
Between the light input side end portion and the light output side end portion, a light is allowed to pass through the dispersion compensation material that is bulky, and a dispersion compensation unit that performs dispersion compensation only by material dispersion. ,
A first lens that diverges light input from the light input side end portion into parallel light parallel to the optical axis of the dispersion compensation unit;
A second lens that focuses the parallel light that has passed through the dispersion compensation unit toward the light output side end;
Dispersion compensator, characterized in that it comprises a.
前記分散補償物質の群速度分散値の絶対値が、前記光ファイバーの群速度分散値の絶対値の10倍以上、100倍以下である
請求項に記載の分散補償器。
The absolute value of the group velocity dispersion of the dispersion compensating material, the dispersion compensator of claim 1 wherein the optical fiber group velocity dispersion value of the absolute value of more than 10 times is 100 times or less.
前記分散補償物質がシリコンである
請求項1又は2に記載の分散補償器。
The dispersion compensator according to claim 1 or 2 , wherein the dispersion compensation material is silicon.
前記光ファイバーで伝搬する光が、フェムト秒パルスレーザー光であって、
該レーザー光の群速度分散の補償に用いられる
請求項1ないしのいずれかに記載の分散補償器。
The light propagating through the optical fiber is femtosecond pulsed laser light,
Dispersion compensator according to any one of 3 claims 1 used for compensation of the group velocity dispersion of the laser beam.
前記光入力側端部に、
前記分散補償部で補償可能な波長領域を選択する波長フィルターを備えた
請求項1ないしのいずれかに記載の分散補償器。
At the light input side end,
Dispersion compensator according to any one of 4 to claims 1 comprising a wavelength filter for selecting a wavelength region capable compensated by the dispersion compensator.
前記分散補償部に入射するビーム径を調整可能とするビーム径調整手段を備えた
請求項1ないしのいずれかに記載の分散補償器。
The dispersion compensator according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a beam diameter adjusting unit that enables adjustment of a beam diameter incident on the dispersion compensating unit.
前記分散補償部において、異なる群速度分散を示す複数の分散補償物質を光軸上に直列配置する
請求項1又は2に記載の分散補償器。
The dispersion compensator according to claim 1 or 2 , wherein a plurality of dispersion compensation substances exhibiting different group velocity dispersions are arranged in series on the optical axis in the dispersion compensation unit.
所定長のシングルモード光ファイバーと、
該所定長の光ファイバーによる群速度分散を補償する前記請求項1ないしの分散補償器と
を接続して1組の光ファイバー組み合わせ体を構成し、
該光ファイバー組み合わせ体の両端には、他の光ファイバー組み合わせ体と連結可能な連結部を備えた
ことを特徴とする光ファイバー組み合わせ体。
A single mode optical fiber of a predetermined length;
By connecting the dispersion compensator of the claims 1 to 7 for compensating the group velocity dispersion by the optical fiber of the predetermined length to constitute a pair of optical fibers combinations thereof,
An optical fiber combination characterized in that both ends of the optical fiber combination are provided with connecting portions that can be connected to other optical fiber combinations.
前記請求項1ないしのいずれかに記載の分散補償器を備えた
ことを特徴とするテラヘルツ波パルス発生・検出装置。
A terahertz wave pulse generating / detecting device comprising the dispersion compensator according to any one of claims 1 to 7 .
光ファイバーにおける群速度分散を補償する分散補償方法であって、
伝搬する光の波長に応じた該光ファイバーの群速度分散と逆符号の群速度分散を示す分散補償物質を用い、
該光ファイバーと接続する光入力側端部から入力した光を、第1レンズにより平行光に発散させ、
該平行光をバルク状である該分散補償物質からなる分散補償部内を通過させることで材料分散のみで群速度分散を補償した後、
第2レンズにより該平行光を集束させて光出力側端部から出力する
ことを特徴とする分散補償方法。
A dispersion compensation method for compensating for group velocity dispersion in an optical fiber,
Using a dispersion compensation material that exhibits a group velocity dispersion opposite to the group velocity dispersion of the optical fiber according to the wavelength of the propagating light,
The light input from the light input side end connected to the optical fiber is diverged into parallel light by the first lens,
After compensating the group velocity dispersion only by material dispersion by allowing the parallel light to pass through the dispersion compensation portion made of the dispersion compensation material that is bulky ,
A dispersion compensation method, characterized in that the parallel light is converged by a second lens and output from an end portion on the light output side.
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