JPH0829815A - White ultrashort pulse light source - Google Patents

White ultrashort pulse light source

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JPH0829815A
JPH0829815A JP16828594A JP16828594A JPH0829815A JP H0829815 A JPH0829815 A JP H0829815A JP 16828594 A JP16828594 A JP 16828594A JP 16828594 A JP16828594 A JP 16828594A JP H0829815 A JPH0829815 A JP H0829815A
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Japan
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pulse
wavelength
white
optical
light source
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Application number
JP16828594A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Morioka
敏夫 盛岡
Masatoshi Saruwatari
正俊 猿渡
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To provide a light source for outputting >=1 kinds of ultrahigh-speed light pulse trains having a desired central wavelength and spectra and outputting chirp control pulses which have desired repetition and pulse width, are stable in wavelength with all channels and are controlled in chirping without having excess spectrum spread. CONSTITUTION:Exciting light pulse is made incident on an optical nonlinear waveguide 3 exhibiting a three-dimensional nonlinear optical effect to induce the white light pulses spread in spectra. The chirping included in the white light pulses induced in the nonlinear optical waveguide 3 is at least partially offset by a chirp control element 4. The components of the previously determined central wavelength and spectral width are extracted by a wavelength demultiplexing element 5 from the output light of this chirp control element 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光伝送あるいは光信号処
理に利用する。特に、広い波長範囲において所望の中心
波長とスペクトル幅とを有する1以上の超短光パルス列
を発生する白色超短パルス光源に関する。
The present invention is used in optical transmission or optical signal processing. In particular, it relates to a white ultrashort pulse light source that generates one or more ultrashort optical pulse trains having a desired center wavelength and a spectral width in a wide wavelength range.

【0002】[0002]

【従来の技術】将来の光通信伝送方式において通信容量
を飛躍的に増大させる技術として、光時分割多重(OT
DM)伝送方式と波長多重(WDM)伝送方式とが検討
されている。
2. Description of the Related Art Optical time division multiplexing (OT) is a technique for dramatically increasing the communication capacity in future optical communication transmission systems.
The DM) transmission system and the wavelength division multiplexing (WDM) transmission system are under study.

【0003】OTDM伝送方式は、超短光パルスを利用
して、パルス幅の逆数程度まで時間軸上で多重する方式
である。光源としては一つの波長で比較的超高速の超短
光パルス列が得られればよく、半導体レーザ(LD)の
利得スイッチ法やモード同期法、Erファイバレーザの
モード同期法などが検討されている。
The OTDM transmission system is a system that uses ultrashort optical pulses and multiplexes up to about the reciprocal of the pulse width on the time axis. As a light source, it is only necessary to obtain an ultrashort optical pulse train of a relatively high speed at one wavelength, and a gain switching method and a mode locking method for a semiconductor laser (LD), a mode locking method for an Er fiber laser, etc. have been studied.

【0004】一方、WDM伝送方式は、波長(光キャリ
ア周波数)の異なる多数の信号光を光合波/分波器で多
重/分離することで、1本の光ファイバで伝送できる容
量を波長数(チャネル数)だけ増大できる利点がある。
ただし、光ファイバは、低損失で低分散となる波長範囲
が限られているため、チャネル数を増やすには稠密な波
長多重技術が必要となり、使用する光源の波長に対して
高い確度(精度)と安定性とが要求される。しかしなが
ら、現状の半導体レーザ光源は発振波長のばらつきや温
度変化が大きいため、これまでの多チャネルのWDM伝
送実験では、波長の数だけ選別した半導体レーザを用意
し、それぞれ動作電圧および温度を制御することで所望
の波長を得ていた。したがって、従来のWDM伝送系
は、光源を選別する必要があることに加えて、その制御
系が極めて大がかりとなり、コスト、安定性、さらには
信頼性の点で問題があった。
On the other hand, in the WDM transmission system, a large number of signal lights having different wavelengths (optical carrier frequencies) are multiplexed / demultiplexed by an optical multiplexer / demultiplexer, so that the capacity that can be transmitted by one optical fiber is determined by the number of wavelengths There is an advantage that the number of channels can be increased.
However, since the optical fiber has a limited wavelength range with low loss and low dispersion, dense wavelength multiplexing technology is required to increase the number of channels, and high accuracy (accuracy) for the wavelength of the light source used. And stability is required. However, since the current semiconductor laser light sources have large variations in oscillation wavelength and large temperature changes, in conventional multi-channel WDM transmission experiments, semiconductor lasers selected according to the number of wavelengths are prepared and the operating voltage and temperature are controlled respectively. Therefore, the desired wavelength was obtained. Therefore, the conventional WDM transmission system has a problem in terms of cost, stability, and reliability in addition to the need to select the light source and the extremely large control system.

【0005】最近になって、ひとつのチップで多波長の
連続波発振出力が得られるアレイ型分布帰還型半導体レ
ーザ(DFB−LD)が、 文献1:C.E.ZAH 他、"1.5μm compressive-strained m
ultiquantum-well 20 wavelength distributed-feedbac
k laser arrays", Electron.Lett.,1992, 28, pp.824-8
25に、4つの異なる波長のパルス列が同時に発振するモ
ード同期Erファイバ(ML−EDF)レーザが、 文献2:高良、川西、猿渡、Schlager、"Multiwaveleng
th birefringent-cavitymode-locked fibre laser", El
ectron.Lett.,1992, 28, pp.2274-2275に示された。
Recently, an array type distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) capable of obtaining continuous wave oscillation output of multiple wavelengths with one chip is described in Reference 1: CEZAH et al., "1.5 μm compressive-strained m".
ultiquantum-well 20 wavelength distributed-feedbac
k laser arrays ", Electron. Lett., 1992, 28, pp.824-8
25, a mode-locked Er fiber (ML-EDF) laser in which pulse trains of four different wavelengths simultaneously oscillate is described in Reference 2: Takara, Kawanishi, Saruwatari, Schlager, "Multiwaveleng.
th birefringent-cavitymode-locked fiber laser ", El
ectron. Lett., 1992, 28, pp.2274-2275.

【0006】文献1に記載されたアレイ型DFB−LD
では、発振波長を決定する回折格子のピッチを少しずつ
変えた複数のDFB−LD導波路をひとつのチップ集積
化することで、20波長の連続波発振出力が得られてい
る。しかしながら、このアレイ型DFB−LDは半導体
特有の問題、すなわち発振波長が温度や電流で大きく変
化するという問題が依然未解決であり、新たに、素子歩
留りやチャネル間干渉の劣化、モジュール化(ファイバ
アレイとの結合)が著しく困難であるという問題が生じ
ている。
Array type DFB-LD described in Document 1
In, a continuous wave oscillation output of 20 wavelengths is obtained by integrating a plurality of DFB-LD waveguides in which the pitch of the diffraction grating that determines the oscillation wavelength is changed little by little. However, this array type DFB-LD still has unsolved problems peculiar to semiconductors, that is, the problem that the oscillation wavelength largely changes with temperature and current. The problem arises that the coupling with the array) is extremely difficult.

【0007】一方、文献2に記載された多波長ML−E
DFは、偏波保存光ファイバを用いたリング共振器構成
をとっており、高速の多波長の短光パルス列を光ファイ
バから取り出すことができる。多波長ML−EDFの構
成例を図10に示す。この構成例では、Erファイバ増
幅器101および変調器102を偏波保存光ファイバ1
03により接続したモード同期レーザ共振器内に複屈折
媒体104および偏光子105を挿入し、波長により共
振器長が異なるようにしたことで、多波長のモード同期
発振を可能としている。この多波長ML−EDFは、出
力が光ファイバから取り出されるので、光ファイバ型の
光機能デバイスを容易に接続することができる利点があ
る。したがって、WDMシステムを簡便に構成でき、し
かも短パルス性を利用したOTDM多重方式も併用でき
る利点がある。
On the other hand, the multi-wavelength ML-E described in Document 2
The DF has a ring resonator configuration using a polarization-maintaining optical fiber, and is capable of extracting a high-speed multiwavelength short optical pulse train from the optical fiber. A configuration example of the multi-wavelength ML-EDF is shown in FIG. In this configuration example, the Er fiber amplifier 101 and the modulator 102 are connected to the polarization maintaining optical fiber 1
By inserting the birefringent medium 104 and the polarizer 105 in the mode-locked laser resonator connected by 03 so that the resonator length varies depending on the wavelength, multi-wavelength mode-locked oscillation is possible. Since the output of the multi-wavelength ML-EDF is taken out from the optical fiber, there is an advantage that an optical fiber type optical functional device can be easily connected. Therefore, there is an advantage that the WDM system can be simply constructed and the OTDM multiplex system utilizing the short pulse property can be used together.

【0008】しかし、多波長ML−EDFレーザは、発
振可能な波長範囲がレーザ媒質の利得帯域幅で制限さ
れ、しかもモード競合が発生しないように波長間隔を比
較的広く設定する必要があるため、WDMのチャネル数
を十分に多くとることができなかった。また、パルス幅
が数10psと比較的大きいため、OTDM用としても
十分な特性が実現できていなかった。
However, in the multi-wavelength ML-EDF laser, the wavelength range in which oscillation is possible is limited by the gain bandwidth of the laser medium, and it is necessary to set the wavelength interval relatively wide so that mode competition does not occur. It was not possible to obtain a sufficient number of WDM channels. Further, since the pulse width is comparatively large at several tens of ps, sufficient characteristics have not been realized even for OTDM.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】将来の超大容量光伝送
システムを構築するには、OTDM技術とWDM技術と
の併用が望まれる。これを実現するレーザ光源は、所望
の中心波長とスペクトルとを有する1以上の種類の超高
速光パルス列を出力し、しかも所望の繰り返しとパルス
幅とを有するものが望まれる。また、すべてのチャネル
について波長の安定性が必要で、余分なスペクトル広が
りのないチャーピングの制御されたチャープ制御パルス
が望まれる。ここで、チャープ制御パルスとは、与えら
れた時間波形でスペクトル幅が最小となるフーリエ変換
制限(TL)のチャープレスパルスや、所望のチャーピ
ング量(単位時間での波長変化量)を有する線形チャー
プパルスである。
In order to construct a future ultra large capacity optical transmission system, it is desired to use the OTDM technology and the WDM technology together. A laser light source that achieves this is desired to output one or more kinds of ultrafast optical pulse trains having a desired center wavelength and spectrum, and also have a desired repetition and pulse width. Also, wavelength stability is required for all channels, and a chirp controlled chirp control pulse with no extra spectral broadening is desired. Here, the chirp control pulse is a Fourier transform limited (TL) chirpless pulse having a minimum spectrum width in a given time waveform, or a linear shape having a desired chirping amount (wavelength change amount per unit time). It is a chirp pulse.

【0010】本発明は、以上の条件を満たす白色超短パ
ルス光源、すなわち所望の中心波長とスペクトルとを有
する1以上の種類の超高速光パルス列を出力し、しかも
所望の繰り返しとパルス幅とを有し、すべてのチャネル
について波長が安定であり、余分なスペクトル広がりの
ないチャーピングの制御されたチャープ制御パルスを出
力する光源を提供することを目的とする。
The present invention outputs a white ultrashort pulse light source satisfying the above conditions, that is, one or more kinds of ultrafast optical pulse trains having a desired center wavelength and a spectrum, and further, a desired repetition and pulse width. It is intended to provide a light source which has a stable wavelength for all channels and outputs a controlled chirp control pulse of chirping without extra spectral broadening.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の白色超短パルス
光源は、3次の非線形光学効果を示す光非線形導波路
と、この光非線形導波路に励起光パルスを入射し、その
光非線形導波路内でその励起光パルスに対して波長が長
波長側および短波長側の双方にスペクトルが拡げられた
白色光パルスを誘起させる励起光源と、光非線形導波路
内で誘起された白色光パルスに含まれるチャーピングを
少なくとも部分的に相殺する群速度分散特性を有するチ
ャープ制御手段と、このチャープ制御手段の出力光から
あらかじめ定められた中心波長およびスペクトル幅の成
分を抽出する波長分波手段とを備えたことを特徴とす
る。
A white ultrashort pulse light source according to the present invention comprises an optical nonlinear waveguide exhibiting a third-order nonlinear optical effect, and an excitation optical pulse incident on the optical nonlinear waveguide, and its optical nonlinear guide A pumping light source that induces a white light pulse whose spectrum is broadened on both the long wavelength side and the short wavelength side of the pumping light pulse in the waveguide, and a white light pulse induced in the optical nonlinear waveguide. A chirp control means having a group velocity dispersion characteristic that at least partially cancels the included chirping, and a wavelength demultiplexing means for extracting a component having a predetermined center wavelength and spectrum width from the output light of the chirp control means. It is characterized by having.

【0012】励起光パルスはそのスペクトルが実質的に
フーリエ変換制限で与えられる短光パルスであることが
望ましい。また、白色光パルスはそのスペクトル幅が光
非線形導波路の自己位相変調効果で広がる幅よりも10
倍以上大きいことが望ましい。
The pumping light pulse is preferably a short light pulse whose spectrum is substantially Fourier transform limited. In addition, the spectrum width of the white light pulse is 10 times wider than the width which spreads due to the self-phase modulation effect of the optical nonlinear waveguide.
It is desirable to be more than twice as large.

【0013】波長分波手段は、励起光パルスのスペクト
ルより広いまたは狭いスペクトル幅で1以上の成分を抽
出する手段を含むことができる。
The wavelength demultiplexing means can include means for extracting one or more components with a spectral width wider or narrower than the spectrum of the pumping light pulse.

【0014】チャーピング制御手段は、あらかじめ定め
られた波長範囲において白色光パルスに含まれるチャー
プ量のほぼ逆数で異符号の値の群速度分散量を有する分
散媒体を含むことがよい。チャーピング制御手段として
は、あらかじめ定められた波長範囲において正または負
の分散特性を有する光導波路を用いることができる。
It is preferable that the chirping control means includes a dispersion medium having a group velocity dispersion amount having a value of a different sign which is substantially the reciprocal of the amount of chirp contained in the white light pulse in a predetermined wavelength range. An optical waveguide having a positive or negative dispersion characteristic in a predetermined wavelength range can be used as the chirping control means.

【0015】[0015]

【作用】ほぼフーリエ変換制限(TL)の超短光パルス
を3次の非線形光学効果を有する光導波路に透過させる
と、ある入力レベルを越えたときに、励起光パルスの波
長の両側に、自己位相変調効果よりも広帯域に広がる連
続スペクトルを有する超広帯域の白色光パルス(Superc
ontinuum、以下「SC」ともいう)が発生する。この超
広帯域白色光パルスは3次の光非線形導波路の分散特性
で定まるチャープ特性を有しており、適当な群速度分散
特性を有するチャープ制御手段によって、所望の波長近
傍におけるチャーピング量を零または正、負の所望の大
きさに制御する。したがって、波長分散手段で切り出さ
れた光パルスは、所望の中心波長を有するチャープレス
または線形チャープパルスとなり、チャーピングが零で
スペクトル幅が入力スペクトル幅よりも広い場合には、
入力パルス幅よりも狭い出力パルスが得られる。また、
スペクトル線幅よりも広い場合には、入力パルス幅より
も狭い出力パルスが得られる。なお、切り出す光フィル
タのバンド幅や透過特性を適当に選択することで、パル
ス幅やパルスの形状、そしてチャネル数も選択すること
ができる。
When an ultra-short optical pulse having a nearly Fourier transform limit (TL) is transmitted through an optical waveguide having a third-order nonlinear optical effect, when a certain input level is exceeded, the self-wavelength on both sides of the wavelength of the pumping optical pulse is increased. An ultra-wide band white light pulse (Superc
ontinuum (hereinafter also referred to as “SC”) occurs. This ultra-wide band white light pulse has a chirp characteristic determined by the dispersion characteristic of the third-order optical nonlinear waveguide, and the chirp control means having an appropriate group velocity dispersion characteristic makes the chirping amount near the desired wavelength zero. Alternatively, it is controlled to a desired positive or negative magnitude. Therefore, the optical pulse cut out by the wavelength dispersion means becomes a chirpless or linear chirp pulse having a desired center wavelength, and when the chirping is zero and the spectrum width is wider than the input spectrum width,
An output pulse narrower than the input pulse width can be obtained. Also,
If it is wider than the spectral line width, an output pulse narrower than the input pulse width is obtained. The pulse width, the shape of the pulse, and the number of channels can be selected by appropriately selecting the band width and transmission characteristics of the optical filter to be cut out.

【0016】[0016]

【実施例】図1は本発明実施例の白色超短パルス光源を
示すブロック構成図である。この白色超短パルス光源は
SC発生部1を備え、このSC発生部1は、3次の非線
形光学効果を示す光非線形導波路3と、この光非線形導
波路3に励起光パルスを入射し、その光非線形導波路3
内でその励起光パルスに対して波長が長波長側および短
波長側の双方にスペクトルが拡げられた白色光パルスを
誘起させる励起用短光パルス光源2とを備える。白色超
短パルス光源はまた、光非線形導波路3内で誘起された
白色光パルスに含まれるチャーピングを少なくとも部分
的に相殺する群速度分散特性を有するチャープ制御素子
4と、このチャープ制御素子4の出力光からあらかじめ
定められた中心波長およびスペクトル幅の成分を抽出す
る波長分波素子5とを備える。
FIG. 1 is a block diagram showing a white ultrashort pulse light source according to an embodiment of the present invention. This white ultra-short pulse light source is provided with an SC generator 1, and this SC generator 1 makes an optical nonlinear waveguide 3 exhibiting a third-order nonlinear optical effect and an excitation light pulse enter the optical nonlinear waveguide 3. The optical nonlinear waveguide 3
And a pumping short optical pulse light source 2 for inducing a white light pulse whose spectrum is broadened to both the long wavelength side and the short wavelength side with respect to the pumping optical pulse. The white ultrashort pulse light source also has a chirp control element 4 having a group velocity dispersion characteristic for at least partially canceling the chirping contained in the white light pulse induced in the optical nonlinear waveguide 3, and the chirp control element 4 And a wavelength demultiplexing element 5 for extracting a component having a predetermined center wavelength and a spectral width from the output light.

【0017】励起用短光パルス光源2は数ps程度の励
起用短光パルスを発生し、光非線形導波路3に入射す
る。光非線形導波路3内では、この短光パルスにより、
3次の非線形光学効果である自己位相変調(Self-phase
modulation :SPM)、相互位相変調(cross-phase
modulation:XPM)、4光波混合、誘導ラマン散乱な
どが同時に発生し、広波長範囲にわたる超広帯域のスペ
クトルを有する白色光パルス(SC)が得られる。これ
を図2に示す。例えば、光非線形導波路3として長さ3
kmの光ファイバを用い、これをピークパワー約2W、
パルス幅約3psの短光パルスで励起すると、発生する
白色光パルスのスペクトル幅は200nmにも達する。
これは自己位相変調のみによる広がり幅4nmの50倍
に相当する。このとき、白色光パルスは光非線形導波路
3の分散特性で定まるチャープ特性を有しているが、入
射パルスのスペクトル幅と等しいスペクトル範囲に限定
すると、任意の波長においてパルス幅はほぼ入射パルス
幅と等しい大きさ(数ps程度)に保たれている。
The short optical pulse light source 2 for excitation generates a short optical pulse for excitation of about several ps and makes it enter the optical nonlinear waveguide 3. In the optical nonlinear waveguide 3, this short optical pulse causes
Self-phase modulation, which is a third-order nonlinear optical effect
modulation: SPM, cross-phase modulation
modulation: XPM), four-wave mixing, stimulated Raman scattering, etc. occur simultaneously, and a white light pulse (SC) having an ultra-wide band spectrum over a wide wavelength range is obtained. This is shown in FIG. For example, the optical nonlinear waveguide 3 has a length of 3
Using an optical fiber of km, this has a peak power of about 2W,
When excited by a short light pulse having a pulse width of about 3 ps, the spectral width of the white light pulse generated reaches 200 nm.
This corresponds to 50 times the spread width of 4 nm due to only self-phase modulation. At this time, the white light pulse has a chirp characteristic that is determined by the dispersion characteristic of the optical nonlinear waveguide 3. However, if the white pulse is limited to a spectral range equal to the spectral width of the incident pulse, the pulse width is almost the incident pulse width at any wavelength. Is maintained at a size (about several ps).

【0018】チャープ制御素子4では、白色光パルスを
所望のチャーピングを有するチャープ制御パルスに変換
する。このチャープ制御パルスから波長分波素子5によ
り特定の波長成分を切り出すことにより、任意の中心周
波数で所望のチャーピングを有する超短パルスを取り出
すことができる。制御されたチャーピングが零で、切り
出す波長成分のスペクトル幅が入力スペクトル幅よりも
広い場合は、入力パルス幅よりも狭いパルス幅の出力パ
ルスが得られる。また、スペクトル幅が入力スペクトル
幅よりも狭い場合は、入力パルス幅よりパルス幅の広い
出力パルスが得られる。
The chirp control element 4 converts the white light pulse into a chirp control pulse having a desired chirp. By extracting a specific wavelength component from the chirp control pulse by the wavelength demultiplexing element 5, it is possible to extract an ultrashort pulse having a desired chirp at an arbitrary center frequency. When the controlled chirping is zero and the spectrum width of the wavelength component to be cut out is wider than the input spectrum width, an output pulse having a pulse width narrower than the input pulse width is obtained. Further, when the spectrum width is narrower than the input spectrum width, an output pulse having a wider pulse width than the input pulse width can be obtained.

【0019】図1には波長分波素子5として1入力多出
力のWDM(Wavelength-divisionMultiplexing)フィ
ルタを用いた例を示したが、誘電体多層膜バンドパスフ
ィルタその他を用いることもできる。WDMフィルタの
場合には、適当な波長間隔で多波長(多チャネル)のチ
ャープ制御パルスを同時に得ることが可能となる。
FIG. 1 shows an example in which a WDM (Wavelength-division Multiplexing) filter with one input and multiple outputs is used as the wavelength demultiplexing element 5, but a dielectric multilayer film bandpass filter or the like may be used. In the case of a WDM filter, it is possible to obtain chirp control pulses of multiple wavelengths (multiple channels) at an appropriate wavelength interval.

【0020】SC発生部1の出力端子には、励起光波長
の出力レベルを他の波長の出力レベルに揃えるバンド減
衰フィルタを必要に応じて挿入してもよい。
A band attenuating filter for adjusting the output level of the pumping light wavelength to the output level of another wavelength may be inserted into the output terminal of the SC generator 1 as required.

【0021】図3および図4は3次の非線形光学効果に
よる超広帯域白色光パルスのスペクトルを説明する図で
あり、図3は光非線形導波路の分散特性、図4はその光
非線形光導波路で発生する白色光パルスの群遅延特性を
示す。この群遅延特性は、波長分散の波長積分で与えら
れる。例えば通常の光ファイバは、図3(a)に示した
ような波長分散特性を示し、零分散波長を挟んで短波長
側は符号が負(正常分散)、長波長側は符号が正(異常
分散)である。この場合、群遅延特性は図4(a)に示
すように下に凸の曲線となる。図3(b)、(c)はこ
の図に示した波長領域においてその波長分散がほぼ一定
の負値または正値をとる特殊な光ファイバの分散特性を
示し、その群遅延特性は図4(b)、(c)のように広
い範囲にわたって傾きがほぼ一定の線形チャーピング
(分散値の符号に応じて正または負の傾き)となる。し
たがって、発生する白色光パルスは、正常分散(値が負
となる(b))の場合には時間と共に波長が短くなるブ
ルーシフトチャーピング(傾き負)、異常分散(値が正
となる(c)の場合には時間と共に波長が長くなるレッ
ドシフトチャーピング(傾き正)となる。
3 and 4 are diagrams for explaining the spectrum of an ultra-wide band white light pulse due to the third-order nonlinear optical effect. FIG. 3 shows the dispersion characteristics of the optical nonlinear waveguide, and FIG. 4 shows the optical nonlinear optical waveguide. The group delay characteristic of the generated white light pulse is shown. This group delay characteristic is given by the wavelength integration of chromatic dispersion. For example, an ordinary optical fiber exhibits the chromatic dispersion characteristics as shown in FIG. 3A. The sign is negative (normal dispersion) on the short wavelength side and the sign is positive (abnormal) on the long wavelength side across the zero dispersion wavelength. Dispersion). In this case, the group delay characteristic has a downward convex curve as shown in FIG. 3 (b) and 3 (c) show the dispersion characteristics of a special optical fiber whose chromatic dispersion has a substantially constant negative value or positive value in the wavelength region shown in FIG. As in b) and (c), linear chirping (a positive or negative slope depending on the sign of the variance value) has a substantially constant slope over a wide range. Therefore, the generated white light pulse has a blue shift chirping (a negative slope) in which the wavelength becomes shorter with time in the case of normal dispersion (a negative value (b)), and an abnormal dispersion (a positive value (c). In the case of (1), the wavelength becomes red shift chirping (inclination is positive) with time.

【0022】図5はチャープ制御の原理を説明する図で
ある。ここでは、完全補償の場合について、レッドシフ
トチャーピング特性を有する超広帯域白色光パルスを例
に説明する。
FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of chirp control. Here, in the case of complete compensation, an ultra-wide band white light pulse having a red shift chirping characteristic will be described as an example.

【0023】SC発生部の出力は、図5に示すように、
時間に対する波長の変化がほぼ直線の正の傾き(例えば
十Anm/ps)をもっている。ここでもし、A-1(p
s/nm)で表される白色光パルスの群遅延量と大きさ
が同じA-1でその符号が逆の群遅延量を有するチャープ
制御素子に白色光パルスを入力すれば、その白色光パル
スのチャーピングは完全に補償され、出力される白色光
パルスは図5に示すように傾きが零の直線となる。ここ
で、励起光パルスのスペクトル幅より広いバンド幅を有
する波長分散素子で白色光パルスを切り出せば、そのパ
ルス幅Δtoutはバンド幅のフーリエ変換で与えられ、
励起光パルス幅より圧縮されたパルスとなる。この場
合、図5に示したようにチャーピングが波長の広い範囲
にわたって補償されているので、この範囲内の任意の波
長で圧縮された超短光パルスを得ることができる。よっ
て、1入力多出力のWDM波長フィルタなどを用いれ
ば、同時に複数の中心波長を有する多チャネルの超短パ
ルス列を得ることができる。なお、この原理から明らか
なように、チャープ制御素子の群遅延量と符号を適当に
選べば、白色光パルスのチャープ量(nm/ps)を所
望の大きさに制御できる。このチャープパルスは4光波
混合(FWM)発生の抑圧などのため、光源の波長を伝
送路光ファイバの零分散波長から大きくずらす場合にも
活用できる。
The output of the SC generator is, as shown in FIG.
The change in wavelength with time has a substantially linear positive slope (for example, 10 Anm / ps). Again, A -1 (p
s / nm) If the white light pulse is input to a chirp control element that has the same group delay amount as A −1 and the opposite group sign amount of the white light pulse represented by Is completely compensated, and the output white light pulse becomes a straight line having a zero slope as shown in FIG. Here, if a white light pulse is cut out with a wavelength dispersion element having a band width wider than the spectral width of the excitation light pulse, the pulse width Δt out is given by the Fourier transform of the band width,
The pulse is compressed by the excitation light pulse width. In this case, as shown in FIG. 5, the chirping is compensated over a wide range of wavelengths, so that an ultrashort optical pulse compressed at any wavelength within this range can be obtained. Therefore, by using a 1-input multi-output WDM wavelength filter or the like, it is possible to simultaneously obtain a multi-channel ultrashort pulse train having a plurality of center wavelengths. As is clear from this principle, the chirp amount (nm / ps) of the white light pulse can be controlled to a desired value by properly selecting the group delay amount and the sign of the chirp control element. The chirp pulse can be used even when the wavelength of the light source is largely shifted from the zero-dispersion wavelength of the transmission line optical fiber in order to suppress generation of four-wave mixing (FWM).

【0024】図6は具体的な実施例を示す。ここでは、
3次の非線形光学効果を示す光非線形導波路およびこの
光非線形導波路内で誘起された白色光パルスに含まれる
チャーピングを少なくとも部分的に相殺する群速度分散
特性を有するチャープ制御手段としてそれぞれ光ファイ
バ13、14を用い、光ファイバ14の出力光からあら
かじめ定められた中心波長およびスペクトル幅の成分を
抽出する波長分波手段としてアレイ導波路型の周期型光
波長フィルタ15を用いる。アレイ導波路型の周期型光
波長フィルタ15の詳細については、例えば、 文献3:Hiroshi Takahashi, Yoshinori Hibino, Isao
Nishi, "Polarization-insensitive arrayed-waveguide
grating wavelength multiplexer on silicon",Optics
Lett., vol.17, pp.499-501に示されている。
FIG. 6 shows a specific embodiment. here,
An optical nonlinear waveguide exhibiting a third-order nonlinear optical effect and a chirp control means having group velocity dispersion characteristics for at least partially canceling the chirping contained in the white light pulse induced in the optical nonlinear waveguide An arrayed waveguide type periodic optical wavelength filter 15 is used as a wavelength demultiplexing means for extracting components of a predetermined center wavelength and spectrum width from the output light of the optical fiber 14 using the fibers 13 and 14. For details of the arrayed waveguide type periodic optical wavelength filter 15, see, for example, Document 3: Hiroshi Takahashi, Yoshinori Hibino, Isao.
Nishi, "Polarization-insensitive arrayed-waveguide
grating wavelength multiplexer on silicon ", Optics
Lett., Vol.17, pp.499-501.

【0025】波長λ0 の励起用短光パルス列を白色光パ
ルス発生用の光ファイバ13に入力し、チャーピングを
有する超広帯域白色光パルス列を発生させる。この白色
光パルス列はチャープ制御用の光ファイバ14に入力さ
れ、そのチャーピングが完全に補償された後に、周期型
光波長フィルタ15により複数の異なる波長が切り出さ
れ、それぞれバンド幅のフーリエ変換に対応してパルス
幅を有する多チャネルの超短パルス列が得られる。得ら
れた多波長超短パルス列の中心波長は周期型光波長フィ
ルタ15の波長特性により決定され、その値は、光フィ
ルタを構成する多数の光路の相対光路差を微調すること
により、連続的に変化させることができる。さらに、周
期型光波長フィルタ15のバンド幅を調整することで、
任意のパルス幅でTL特性を満たす超短パルスを発生す
ることができる。一例として、バンド幅3nmのローレ
ンツ型の透過特性を有するバンドパスフィルタを用いれ
ば、1550nmにおいて、約300fsの超短パルス
を得ることが可能となる。
A short optical pulse train for excitation having a wavelength λ 0 is input to an optical fiber 13 for generating a white light pulse, and an ultra-wide band white light pulse train having chirping is generated. This white light pulse train is input to the optical fiber 14 for chirp control, and after its chirping is completely compensated, a plurality of different wavelengths are cut out by the periodic optical wavelength filter 15 and each corresponds to the Fourier transform of the bandwidth. As a result, a multichannel ultrashort pulse train having a pulse width is obtained. The center wavelength of the obtained multi-wavelength ultra-short pulse train is determined by the wavelength characteristics of the periodic optical wavelength filter 15, and its value is continuously adjusted by finely adjusting the relative optical path difference of a large number of optical paths forming the optical filter. Can be changed. Furthermore, by adjusting the bandwidth of the periodic optical wavelength filter 15,
It is possible to generate an ultrashort pulse satisfying the TL characteristic with an arbitrary pulse width. As an example, if a bandpass filter having a Lorentz type transmission characteristic with a band width of 3 nm is used, it is possible to obtain an ultrashort pulse of about 300 fs at 1550 nm.

【0026】図7、図8および図9は光非線形導波路お
よびチャープ制御手段にそれぞれ光ファイバを用いた場
合の動作を説明する図である。ここで、図7はレッドシ
フトチャープパルス、図8はブルーシフトチャープパル
ス、図9はその双方を有する白色光パルスについてのチ
ャープ制御(補償)例である。
FIGS. 7, 8 and 9 are diagrams for explaining the operation when an optical fiber is used for the optical nonlinear waveguide and the chirp control means, respectively. Here, FIG. 7 shows a red shift chirp pulse, FIG. 8 shows a blue shift chirp pulse, and FIG. 9 shows an example of chirp control (compensation) for a white light pulse having both of them.

【0027】図7では、チャープ制御用光ファイバの群
遅延特性として、その例分散波長がチャープ補償を行う
波長領域よりも十分に長い波長側にあり、かつチャープ
補償する波長領域でその群遅延特性が直線で近似できる
ものを用いる。同様に図8では、零分散波長がチャープ
補償する波長領域よりも十分に短波長側のものを用い
る。また、図9は、白色光パルスの群遅延特性が零分散
波長を含んだ下に凸となっている曲線の零で、ブルーお
よびレッドの双方のチャーピング特性を有している。こ
の場合、チャープ補償する波長領域に応じて図のように
零分散波長が十分長波長側または十分に短波長側にある
2本の異なる光ファイバを用いればよい。一例として、
図7、図8の場合、白色光パルス発生用光ファイバの分
散が1550nmで−1ps/nm/km程度、ファイ
バ長が3kmであるとすると、1550nmを励起波長
として発生した白色光パルスのブルーシフトチャーピン
グの傾きは−0.3〜−0.5ps/nm程度となり、
1.3μm零分散光ファイバ(1550nmにおける分
散17ps/nm/km)を120〜180m用いれ
ば、そのチャーピングを補償することができる。なお、
任意の大きさのチャープパルスは、以上の説明から明ら
かなように、チャープ制御用光ファイバの分散値の符号
とファイバ長とを選ぶことで得られる。
In FIG. 7, as the group delay characteristics of the chirp controlling optical fiber, an example thereof is that the dispersion wavelength is on the wavelength side sufficiently longer than the wavelength area for chirp compensation, and the group delay characteristics are in the wavelength area for chirp compensation. Use one that can be approximated by a straight line. Similarly, in FIG. 8, a wavelength region where the zero dispersion wavelength is sufficiently shorter than the wavelength region in which chirp compensation is performed is used. Further, in FIG. 9, the group delay characteristic of the white light pulse is zero in a downwardly convex curve including the zero dispersion wavelength, and has both blue and red chirping characteristics. In this case, two different optical fibers whose zero dispersion wavelength is on the sufficiently long wavelength side or the sufficiently short wavelength side may be used as shown in the figure, depending on the wavelength region for chirp compensation. As an example,
In the case of FIG. 7 and FIG. 8, assuming that the dispersion of the optical fiber for generating the white light pulse is about −1 ps / nm / km at 1550 nm and the fiber length is 3 km, the blue shift of the white light pulse generated with 1550 nm as the excitation wavelength is obtained. The inclination of chirping is about -0.3 to -0.5 ps / nm,
If a 1.3 μm zero dispersion optical fiber (dispersion 17 ps / nm / km at 1550 nm) is used for 120 to 180 m, the chirping can be compensated. In addition,
As is clear from the above description, the chirp pulse having an arbitrary magnitude can be obtained by selecting the sign of the dispersion value and the fiber length of the chirp control optical fiber.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の白色超短
パルス光源は、所望の中心波長を有する1以上の種類の
超高速光パルス列を出力し、しかも所望の繰り返しとバ
ンド幅(パルス幅)を有する超短パルス列を提供する。
また、すべての波長のチャネルにおいて、原理的に中心
波長が安定で、余分なスペクトル広がりのないチャーピ
ングの制御された光パルス列を得ることができる。した
がって、本発明の白色超短パルス光源を利用することに
より、OTDM技術に加えてWDM技術も併用可能とな
り、将来の100Gbit/s〜1Tbit/sの超高
速波長多重伝送方式や超高速光信号処理に用いて大きな
効果がある。
As described above, the white ultrashort pulse light source of the present invention outputs one or more kinds of ultrafast optical pulse trains having a desired center wavelength, and has a desired repetition rate and bandwidth (pulse width). ) Is provided.
In addition, in principle, it is possible to obtain a chirped controlled optical pulse train that has a stable center wavelength in channels of all wavelengths and has no extra spectral spread. Therefore, by using the white ultra-short pulse light source of the present invention, it becomes possible to use the WDM technology in addition to the OTDM technology, and the future 100 Gbit / s to 1 Tbit / s ultra-high-speed wavelength division multiplex transmission method and ultra-high-speed optical signal processing. It has a great effect when used for.

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

【図1】本発明実施例の白色超短パルス光源を示すブロ
ック構成図。
FIG. 1 is a block diagram showing a white ultrashort pulse light source according to an embodiment of the present invention.

【図2】励起光パルスと光非線形導波路内で誘起された
白色光パルスとのそれぞれのスペクトルを示す図。
FIG. 2 is a diagram showing respective spectra of a pumping light pulse and a white light pulse induced in an optical nonlinear waveguide.

【図3】3次の非線形光学効果による超広帯域白色光パ
ルスのスペクトルを説明する図であり、光非線形導波路
の分散特性を示す図。
FIG. 3 is a diagram illustrating a spectrum of an ultra-wide band white light pulse due to a third-order nonlinear optical effect, and a diagram showing dispersion characteristics of an optical nonlinear waveguide.

【図4】3次の非線形光学効果による超広帯域白色光パ
ルスのスペクトルを説明する図であり、光非線形光導波
路で発生する白色光パルスの群遅延特性を示す図。
FIG. 4 is a diagram for explaining a spectrum of an ultra-wide band white light pulse due to a third-order nonlinear optical effect, and is a diagram showing a group delay characteristic of a white light pulse generated in an optical nonlinear optical waveguide.

【図5】チャープ制御の原理を説明する図。FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of chirp control.

【図6】具体的な実施例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a specific example.

【図7】レッドシフトチャープパルスの場合のチャープ
補償を説明する図。
FIG. 7 is a diagram illustrating chirp compensation in the case of a red shift chirp pulse.

【図8】ブルーシフトチャープパルスの場合のチャープ
補償を説明する図。
FIG. 8 is a diagram illustrating chirp compensation in the case of a blue shift chirp pulse.

【図9】レッドおよびブルーシフトチャープパルスの双
方を有する白色光パルスのチャープ補償を説明する図。
FIG. 9 is a diagram illustrating chirp compensation of a white light pulse having both red and blue shift chirp pulses.

【図10】従来例の多波長ML−EDFを示す図。FIG. 10 is a diagram showing a conventional multi-wavelength ML-EDF.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 SC発生部 2 励起用短光パルス光源 3 光非線形導波路 4 チャープ制御素子 5 波長分散素子 13、14 光ファイバ 15 周期型光波長フィルタ 101 Erファイバ増幅器 102 変調器 103 偏波保存光ファイバ 104 複屈折媒体 105 偏光子 1 SC generation unit 2 Short optical pulse light source for pumping 3 Optical nonlinear waveguide 4 Chirp control element 5 Wavelength dispersive element 13, 14 Optical fiber 15 Periodic optical wavelength filter 101 Er fiber amplifier 102 Modulator 103 Polarization-maintaining optical fiber 104 Complex Refractive medium 105 Polarizer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 3次の非線形光学効果を示す光非線形導
波路と、 この光非線形導波路に励起光パルスを入射し、その光非
線形導波路内でその励起光パルスに対して波長が長波長
側および短波長側の双方にスペクトルが拡げられた白色
光パルスを誘起させる励起光源と、 前記光非線形導波路内で誘起された白色光パルスに含ま
れるチャーピングを少なくとも部分的に相殺する群速度
分散特性を有するチャープ制御手段と、 このチャープ制御手段の出力光からあらかじめ定められ
た中心波長およびスペクトル幅の成分を抽出する波長分
波手段とを備えた白色超短パルス光源。
1. An optical nonlinear waveguide exhibiting a third-order nonlinear optical effect, and a pumping light pulse is incident on the optical nonlinear waveguide, and the wavelength of the pumping light pulse is long within the optical nonlinear waveguide. Pump light source for inducing a white light pulse having a spectrum broadened on both the side and the short wavelength side, and a group velocity for at least partially canceling the chirping contained in the white light pulse induced in the optical nonlinear waveguide. A white ultrashort pulse light source comprising a chirp control means having a dispersion characteristic and a wavelength demultiplexing means for extracting a component having a predetermined center wavelength and spectrum width from the output light of the chirp control means.
【請求項2】 前記励起光パルスはそのスペクトルが実
質的にフーリエ変換制限で与えられる短光パルスである
請求項1記載の白色超短パルス光源。
2. The white ultrashort pulse light source according to claim 1, wherein the excitation light pulse is a short light pulse whose spectrum is given substantially by Fourier transform limitation.
【請求項3】 前記白色光パルスはそのスペクトル幅が
前記光非線形導波路の自己位相変調効果で広がる幅より
も10倍以上大きい請求項1記載の白色超短パルス光
源。
3. The white ultrashort pulse light source according to claim 1, wherein the white light pulse has a spectral width 10 times or more wider than a width thereof widened by a self-phase modulation effect of the optical nonlinear waveguide.
【請求項4】 前記波長分波手段は前記励起光パルスの
スペクトルより広いスペクトル幅で1以上の成分を抽出
する手段を含む請求項1記載の白色超短パルス光源。
4. The white ultrashort pulse light source according to claim 1, wherein said wavelength demultiplexing means includes means for extracting one or more components with a spectrum width wider than the spectrum of said pumping light pulse.
【請求項5】 前記波長分波手段は前記励起光パルスの
スペクトルより狭いスペクトル幅で1以上の成分を抽出
する手段を含む請求項1記載の白色超短パルス光源。
5. The white ultrashort pulse light source according to claim 1, wherein said wavelength demultiplexing means includes means for extracting one or more components with a spectral width narrower than the spectrum of said pumping light pulse.
【請求項6】 前記チャーピング制御手段は、あらかじ
め定められた波長範囲において前記白色光パルスに含ま
れるチャープ量のほぼ逆数で異符号の値の群速度分散量
を有する分散媒体を含む請求項1記載の白色超短パルス
光源。
6. The chirping control means includes a dispersion medium having a group velocity dispersion amount having a value of a different sign which is approximately the reciprocal of the chirp amount included in the white light pulse in a predetermined wavelength range. The described white ultrashort pulse light source.
【請求項7】 前記チャーピング制御手段はあらかじめ
定められた波長範囲において正または負の分散特性を有
する光導波路を含む請求項1記載の白色超短パルス光
源。
7. The white ultrashort pulse light source according to claim 1, wherein the chirping control means includes an optical waveguide having a positive or negative dispersion characteristic in a predetermined wavelength range.
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