JPS61113036A - 光短パルス発生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、光パルス列を入力とし、その入力光パルス
の幅より狭い光パルスからなる光灯パルス列を新たに発
生する方法に関する。

（従来技術とその問題点） 光短パルスの発生に関しては、レーザにより生成された
光パルスを分散の大きな光ファイバを通過させパルス幅
を広げるとともに、大きくチャープした光パルス（パル
スの先頭と中央といったように、パルスの部位によりそ
の光周波数が異なる）に変換し、ついで負性分散特性を
持つ媒質中を通過させ、自己位相変調によりその光パル
スを圧縮するという方法が知られている（例えば、アプ
ライド　フィジックス　レターズ誌、４４巻、８号、７
２ｇページ、１９８４年）。光短パルスは種々の光計測
に極めて有用であるが、従来の光灯パルス発生法による
と光短パルスが大きなチャープを有するためにその応用
が著しく限定される。例えば光短パルスは各種の光デバ
イスの評価に極めて有用であるが、光の波長にその性質
が依存する光デバイスの評価には、チャープのない光短
パルスを用いることが望ましい。また光路が高い分散特
性を持つ光計測装置に於いても、大きなチャープを有す
る光パルスはその影響を強く受ける結果その光パルスの
形が変化するため望ましくない。また大きくチャープし
た光短パルスを時間分解分光測定に用いると、時間分解
能はあがるもののチャープのためにエネルギー分解能は
低下する。従ってチャープのない光短パルスが望まれる
。しかし原理的にパルスのチャープに頼る従来のパルス
圧縮方法では、光パルスに大きなチャープを与えること
は避けられない。

（発明の目的） この発明の目的は、上述したようなチャープのない光パ
ルス列を入力とし、種々の光計測に適した、チャープが
なくかつ入力光パルスより幅の狭い光パルスからなる光
短パルス列を新たに発生する方法を提供することである
。また、この発明の他の目的は、パルス繰り返し周期が
Ｔの光パルス列から、周期がＴ／２の光パルス列を発生
する方法を提供することである。

（発明の構成） 本発明の光灯パルス発生方法は、ある波長の入力光パル
ス列と励起光とを非線形物質に入力し、４光子混合過程
により増幅するとともに、入力光パルス列と同形かもし
くは近い形でかつ前記入力光パルスとは異なる波長の光
パルス列を発生させ、遅延線によりこれらの２つの波長
の異なる光パルス列の一方に時間遅れを与えたうえでこ
れら２つの光パルス列を別の非線形物質に入力し一方を
励起光とし、他方をシグナル光とする４光子混合過程に
よ少入力光パルス列より短いパルス幅を有する光短パル
ス列を得ることを特徴とする。

（構成の詳細な説明） 第１図は、本発明の構成をブロック図により示している
。入力光パルス列１（波長λ１）と励起用レーザ３から
の励起光（波長λｔ）は光合波器２により１つのビーム
にまとめられ延鎖１の非線形物質４に入射される。この
結果第１の非線形物質４内において、４光子混合過程が
励起される。

４光子混合過程については、Ｒ，Ｓ、ストールン氏の論
文（ＩＥＢＥ　　ジャーナル　オブ　カンタム　エレク
トロニクス、ＱＢ−１８巻、７号、１０６２−１０７２
ページ、１９８２年）に詳しく説明されているが、ここ
で簡単に説明する。非線形物質内に波長λｔの強い励起
光と波長λＢのシグナル光を重なるように入射させると
非線形物質内で上記の２つの波長の光及び非線形物質と
の間に相互作用が生じ、その結果シグナル光が増幅され
ると同時に波長λ書が２ｍ　＝　２λを一λ、の光ビー
ムが新たに生成される。この光ビームの生成は、励起光
とシグナル光が両方存在する場合のみに生じる。

従って、上記本発明の場合には第１の非線形物質４の出
力端からは、増幅された入力光パルス列とともに、波長
λ２がλ２＝２λｔ−λ、で入力光パルスと同形かもし
くは近い形の光パルス列が放射される。実際には第１の
非線形物質４からは、前記の２つの異なる波長の光パル
ス列のみならず、非線形物質を通過した励起用レーザ光
も放射されるので、光分岐器５により、この励起光を除
去する。しかる後にλ、とλ２のビームを光分岐器６で
分離して、λ、もしくはλ２の光パルス列の強度を減衰
させるとともに遅延線８を用いて時間遅れを与える。も
しも、これらの光パルス列の強度が十分に大きくない場
合は、一方を減衰させる代わりに他方を増幅するように
する。第１図においては、λ、の光パルス列に対し上記
の操作がなされているが、４光子混合過程の対称性によ
り、λ１とλ、を入れ替えても同様の結果が得られる。

しかし、この場合は生成される光パルスの波長が異なる
。また、減衰と遅延の操作の組み合わせを変えてもよい
。このようにして時間遅れと減衰の操作をおこなった後
に得られる光パルスの波形を第２図の（ａ）と（ｂ）に
示す。これらの２つの光パルス列は光合波器９により再
び合波され第２の非線形物質１０に入射される。第２の
非線形物質１０内での４光子混合過程は、λ、の光パル
ス列が励起光となりλ。

の光パルス列を増幅するとともに２λ２−２重の波長の
光パルス列を新たに生成する。しかし、この新たな生成
過程は、第２図と前記の４光子混合過程の説明から分か
るようにハとλ、の光パルス列＝６− が空間的に重なった時に限られる。従って第２図（Ｃ）
に示されているがごとき光灯パルスが発生する。

この短い幅の光パルスからなる出力光パルス列１２は、
光分岐器１１により分離される。また第２図から分かる
ように、遅延時間がパルス幅より僅かに小さい時に最も
短い光パルスが得られる。

もしも、入力光パルスのデー−ティーサイクルが５０パ
一セント程度で、また光パルス波形が完全な矩形波でな
い場合は、第３図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）から分か
るように、本方法によりパルス繰り返し周期がＴの光パ
ルス列から、周期がＴ／２の光パルス列の生成すること
ができる。また本発明の主要な目的は光灯パルスを発生
するととであるが、遅延線の長さを調整することにより
、任意のデー−ティーサイクル（但し、５０パーセント
以下）の光パルス列が得られる。

（実施例） 第１図を用いて本発明の１実施例を説明する。

符号化された入力光パルス列１（波長λ１）と励起レー
ザ３からの励起光（波長λｔ）は光合波器２によ）１つ
のビームにまとめられ、第１の非線形物質４に入射され
る。第１の非線形物質４として、直径１０μｍで長さが
３３−４ｋの単一モード光ファイバを用いる。入力光パ
ルス１は約５−５−１Ｏであり、また励起用レーザの出
力は２Ｏ程度の強度である。この実施例においては入力
（シグナル）パルス光源としてレーザダイオードを、ま
た励起用レーザとしてＹ　、Ａ　Ｇレーザを用いている
。

非線形物質内において、４光子混合過程により入力光パ
ルスが増幅されるとともに、波長がλ、＝２λを一λ、
で入力光パルスと同形の光パルス列が生成される。４光
子混合による効率の高いシグナル増幅をするためには、
位相整合条件を成立させることが重要である。単一モー
ドファイバのゼロ分散波長付近においては、広範囲にわ
たシ位相整合条件が成立する。この場合、上記の条件に
おいてのシグナルゲインは１５ｄＢ以上が得られる。

一般に４光子混合過程のゲインは誘導ラマン散乱のゲイ
ンよりも２倍程度大きい。従って、競合過程である誘導
ラマン散乱による励起光の減衰はそのしきい値が４光子
混合より高いために無視できる程度に小さい。ここでλ
、の光パルス列の形が入力光パルス列のそれになるべく
近いほうが好ましいが、そのためには、λｔ−λ、が数
朋似下で、かつ光ファイバのゼロ分散帯を軟を利用する
ことが望ましい。この波長差では、競合過程である誘導
ラマン散乱ゲインは事実上ゼロである。また生成される
波長λ、の光パルス列の形が入力光パルス列のそれに近
いためには励起用レーザ３がＣＷ発振レーザであること
が望ましい。しかしＣＷレーザ光はプリーアン散乱によ
り減衰しやすい。そとで、ブリユアン散乱を避けるため
に、この励起レーザ光を変調する必要がある。変調方式
は位相変調が最も効果的で変調速度は数十メガヘルツで
ある。

本実施例においては位相変調器１３が用いられている。

ブリユアン散乱の回避法に関しては、コター氏により上
記の位相変調による方法やその他の方法について詳細に
説明されている（エレクトロニクス　レターズ誌、１８
巻、１２号、５０４ページ、１９８２年）。

上記のように、励起光の強度が十分に大きければ、第１
の非線形物質４の出力端における波長がλ１とλ、の光
パルス列の強度は大体同じで、そのパルスのピーク値は
３００　ｍＷ以上である。実際には第１の非線形物質４
からは、前記の２つの異なる波長の光パルス列のみなら
ず、励起用レーザ光も放射されるので、光分岐器５によ
りこの励起光を除去する。しかる後にλ、とλ２のビー
ムを分離して、λ、の光パルス列の強度を減衰させると
ともに遅延線を用いて時間遅れを与える。波長の異なる
ビームの分離は、波長間隔がｌｎｍ以下でも、グレーテ
ィング等を用いて行なえる。これらの２つの光パルス列
は光合波器９により再び合波され第２の非線形物質１０
に入射される。ここに用いる非線形物質は光パルスの強
度が前段と比べて低いために、より小径の光ファイバを
用いる必要がある。これは、入力パワーが一定であれば
、直径が１／２の光ファイバを用いると内部におけるパ
ワー密度は４倍になり非線形効果を誘起し易くなるため
である。前記のように、λ、の光パルス列のパルスピー
ク強度を３００ｍＷとすると直径４μｍの光ファイバが
適当である。この場合におけるファイバ内の励起光のパ
ワー密度は第一の非線形物質のそれと同程度である。こ
の結果、構成の詳細な説明で既に述べたように、第２の
非線形物質１０内での４光子混合過程により、波長が２
λ２−λ１の先短パルスが生成される。そして光分岐器
１１により、この光灯パルスを分離する。こうして得ら
れた先短パルス列１２の強度は５９ｍＷ’程度で、全体
としてのシグナルゲインは約８デシベル程度である。

以上１実施例について説明したが、本発明は上記の実施
例に限定されるわけではない。上記実施例では、光分岐
器としてグレーティングを用いたが、この代りに多層膜
干渉フィルタなどを用いてもよい。また、ここで説明さ
れた構成に於いては、光分岐器によりλ、とλ、の光パ
ルス列を分離して、その一方の光パルス列に遅延線を用
いて時間遅れを与えたのちに再び光合波器により重ねて
いるが、高分散物質中に於ける波長の異なる光の伝播速
度の差を利用して、２波長に時間差を与えるようにする
こともできる。また、上記実施例においては、第１の非
線形物質４として光ファイバを用いているが、他に適当
な非線形物質があれば（例えば非線形物質としてよく知
られているＣ８２などが考えられる）それを利用できる
。

（発明の効果） 本発明により、入力光パルス列から種々の光計測に適し
た、チャーブがなくかつ入力光パルスの幅より狭い光パ
ルスからなる先短パルス列を発生することができる。本
発明は、主に電子の軌道の変形に基づく４光子混合過程
を利用した純光学式の方法であるため、その応答速度は
極めて早い。

従って、光計測に適したチャーブのない先短パルスの幅
をさらに狭めることが可能であり、光計測の時間分解能
の大幅な向上が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すブロック図である。第２
図（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）は本発明を先短パルス発
生装置として用いた場合の第１図の点ＡとＢにおける光
パルス波形及び相対位置関係を示す。第３図（ａ）、　
（ｂ）、　（ｅ）は本発明をパルスレートてい倍装置と
して用いた場合の第１図の点ＡとＢにおける光パルス波
形及び相対位置関係を示す。 図において、１・・・・・・入力光パルス列、２，９・
・・・・・光合波器、３・・・・・・励起用レーザ、４
・・・・・・第一の非線形物質、１０・・・・・・第２
の非線形物質、５，６゜１１・・・・・・光分岐器、７
・・・・・・光減衰器、８・・・・・・光遅延線、１２
・・・・・・出力光パルス列、１３・・・・・・位相変
調器、１４．１５・・・・・・光反射鏡である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力光パルス列と励起光とを非線形物質に入力し４光子
   混合過程を用いて、入力光パルス列と同形かもしくは近
   い形でかつ前記の光パルス列とは異なる波長をもつ光パ
   ルス列を発生させ、遅延線等によりこれらの２つの波長
   の異なる光パルス列の一方に時間遅れを与えたうえでこ
   れら２つの光パルス列を他の非線形物質に入力して一方
   を励起光とし、他方をシグナル光とする４光子混合過程
   により入力光パルス列より短いパルス幅を有する光パル
   ス列を発生させることを特徴とする光短パルス発生方法
   。