JP2000105394A - 波長可変短パルス光発生装置及び方法 - Google Patents

波長可変短パルス光発生装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系の調整をすることなく波長を変化させ
ることができ、理想的なフェムト秒のソリトンパルスを
生成するコンパクトな波長可変短パルス光発生装置及び
方法を提供する。 【解決手段】 短パルス光源１と、この短パルス光源１
からの光の特性を調整する光特性調整器２と、この光特
性調整器２から入射パルスが入射されるとともに、出力
パルスの波長を線形に変化させる光ファイバ３とを有
し、短パルス光を光ファイバに入射し、光ファイバ中の
非線形効果を用いて新しいソリトンパルスを生成し、非
線形効果によってソリトンパルスの波長を入射光強度に
対し線形にシフトすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、波長可変短パルス
光発生装置及び方法に係り、特に、波長可変なフェムト
秒台の短パルス光を発生する装置及び方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】これまで、波長可変なフェムト秒パルス
光の生成は、色素レーザーや固体レーザーにおいて実現
されてきた。しかし、これらのレーザーは多くの光学素
子を必要とする大がかりな装置で、波長の調整や安定な
動作を得るためには、光学系の精密な調整が必要であ
り、波長の可変範囲も数十ｎｍとあまり広くなかった。
【０００３】近年、光ファイバで構成されるコンパクト
な短パルスレーザーが実現されてきた。しかし、特開平
１０−２１３８２７号公報に開示されているように、こ
れまでの技術開発では如何に短いパルス光を如何に高強
度で取り出すかについて主眼が置かれ、出力されるパル
ス光の波長を変化させることはあまりできなかった。こ
れまで、光ファイバに短パルス光を入射すると、長波長
側に新たなパルスが生成されることが、Ｐ．Ｂｅａｕｄ
らによって見出された〔ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，ＱＥ−２３，ｐ１９３８（１９
８７）〕。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｐ．Ｂ
ｅａｕｄらの報告では、パルス光の波長の可変性は議論
されていなかった。また、通常の非定偏波ファイバが用
いられていたため、出力は時間的に安定ではなく、得ら
れるスペクトルもあまり綺麗ではなかった。更に、新た
に生成されるパルス光へのエネルギーの変換効率も約４
５％とあまり良くなかった。
【０００５】また、近年、非線形結晶を用いたパラメト
リック変換が、光の波長を変換する技術として注目を集
めているが、この手法では、大きな励起光強度が必要で
あり、更に、波長を変化させるためには結晶やミラーな
どの光学素子を調整することが必要で、装置の取り扱い
はあまり簡便ではなかった。本発明は、上記問題点を除
去し、光学系の調整をすることなく波長を変化させるこ
とができ、理想的なフェムト秒のソリトンパルスを生成
するコンパクトな波長可変短パルス光発生装置及び方法
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕波長可変短パルス光発生装置において、短パルス
光源と、この短パルス光源からの光の特性を調整する光
特性調整器と、この光特性調整器から入射パルスが入射
されるとともに、出力パルスの波長を線形に変化させる
光ファイバとを具備するようにしたものである。
【０００７】〔２〕上記〔１〕記載の波長可変短パルス
光発生装置において、前記光特性調整器が光強度調整器
である。 〔３〕上記〔１〕記載の波長可変短パルス光発生装置に
おいて、前記短パルス光源がフェムト秒ファイバレーザ
である。 〔４〕上記〔１〕記載の波長可変短パルス光発生装置に
おいて、前記短パルス光源がピコ秒ファイバレーザであ
る。
【０００８】〔５〕上記〔１〕記載の波長可変短パルス
光発生装置において、前記光ファイバが定偏波ファイバ
である。 〔６〕上記〔１〕記載の波長可変短パルス光発生装置に
おいて、他の波長の短パルス光を生成するために前記光
ファイバに接続される非線形結晶を備えるようにしたも
のである。
【０００９】〔７〕上記〔１〕記載の波長可変短パルス
光発生装置において、生成されるパルス光の波長を更に
変換するために、四光波混合手段を具備するようにした
ものである。 〔８〕上記〔１〕記載の波長可変短パルス光発生装置に
おいて、前記光ファイバによって生成されたパルス光を
増幅する光増幅器を具備するようにしたものである。
【００１０】
〔９〕上記〔１〕記載の波長可変短パルス
光発生装置において、前記出力パルスが理想的なソリト
ンパルスである。 〔１０〕上記〔２〕記載の波長可変短パルス光発生装置
において、前記光強度調整器を電気的に調整し、パルス
光の波長を制御する手段を具備するようにしたものであ
る。
【００１１】〔１１〕波長可変短パルス光発生装置にお
いて、短パルス光源と、この短パルス光源からの光強度
を調整する光強度調整器と、この光強度調整器から入射
パルスが入射されるとともに、出力パルスの波長を線形
に変化させる光ファイバとを備え、可搬型に組み立てる
ようにしたものである。 〔１２〕上記〔１１〕記載の波長可変短パルス光発生装
置において、前記短パルス光源がフェムト秒ファイバレ
ーザである。
【００１２】〔１３〕上記〔１１〕記載の波長可変短パ
ルス光発生装置において、前記短パルス光源がピコ秒フ
ァイバレーザである。 〔１４〕波長可変短パルス光発生方法において、短パル
ス光源からの光強度を調整し、前記短パルスを光ファイ
バへ入射することによって波長を線形に変化させた出力
パルスを発生させるようにしたものである。
【００１３】〔１５〕上記〔１４〕記載の波長可変短パ
ルス光発生方法において、前記光ファイバの長さを変化
させることによって、生成されるパルス光の波長を変化
させるようにしたものである。 〔１６〕上記〔１４〕記載の波長可変短パルス光発生方
法において、前記出力パルスを非線形結晶に通し、他の
波長の短パルス光を生成するようにしたものである。
【００１４】〔１７〕上記〔１４〕記載の波長可変短パ
ルス光発生方法において、四光波混合によって、生成さ
れるパルス光の波長を更に変換するようにしたものであ
る。 〔１８〕上記〔１４〕記載の波長可変短パルス光発生方
法において、前記光ファイバによって生成されたパルス
光を光増幅器を用いて増幅するようにしたものである。
【００１５】〔１９〕上記〔１４〕記載の波長可変短パ
ルス光発生方法において、前記出力パルスとして理想的
なソリトンパルスを発生させるようにしたものである。 〔２０〕上記〔１４〕記載の波長可変短パルス光発生方
法において、前記光強度調整器を電気的に調整し、パル
ス光の波長を制御するようにしたものである。 〔２１〕上記〔１４〕記載の波長可変短パルス光発生方
法において、入射パルスの時間波形やスペクトル幅を変
化させることによって、ソリトンパルスのパルス幅やス
ペクトル幅、及び中心波長を変化させるようにしたもの
である。
【００１６】〔２２〕上記〔１４〕記載の波長可変短パ
ルス光発生方法において、入射パルスの偏光方向を調整
することにより、ソリトンパルスの波長やスペクトルを
調整するようにしたものである。 〔２３〕上記〔１４〕記載の波長可変短パルス光発生方
法において、前記出力パルスとして、長波長側に生成さ
れるソリトンパルスと共に、短波長側に生成される反ス
トークスパルスを生成するようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。まず、本発明の第１実施例について
説明する。図１は本発明の第１実施例を示す波長可変短
パルス光発生装置の模式図である。
【００１８】この図において、１は短パルス光源、２は
この短パルス光源からの光特性を調整する光特性調整
器、３はこの光特性調整器から入射パルスを入射すると
ともに、出力パルスの波長を線形に変化させることがで
きる光ファイバ、Ｒは励起パルス、Ｓはソリトンパルス
である。この図に示すように、励起光源（短パルス光
源）には、例えば、フェムト秒パルス光を安定に生成す
るコンパクトな短パルス光源（ファイバレーザー）１を
用いる。その短パルス光源１の出力は、光特性調整器２
を通し、パルス光を所望の光特性に調整した後、光ファ
イバ３に入射される。この時、入射光の偏光方向は光フ
ァイバ３の複屈折軸に平行に合わせる。光ファイバ３の
長さが十分に長く、入射光強度が十分に大きいとき、誘
導ラマン散乱によって、入射パルスの長波長側に新たな
パルス光が生成される。
【００１９】このパルス光は、自己位相変調と、波長分
散の相互作用であるソリトン効果によって、パルス波形
とスペクトル波形がｓｅｃｈ2 型をとる理想的なソリト
ンパルスＳになっていく。このソリトンパルスＳは光フ
ァイバ３を伝搬するのに伴い、ラマン散乱効果によって
スペクトルの中心が長波長側にシフトしていく。この効
果をソリトン自己周波数シフトという。この時、周波数
のシフト量は光ファイバ３の長さやパルス光の強度に依
存するため、両者を変化させることにより、波長のシフ
ト量を調整することができる。特に、入射光強度を変化
させることで、波長シフト量を線形に変化させることが
できる。
【００２０】次いで、この波長可変短パルス光発生装置
をより具体化した第２実施例について説明する。図２は
本発明の第２実施例を示す波長可変フェムト秒ソリトン
パルス発生装置の模式図である。この図において、１１
はフェムト秒ファイバレーザー、１２はこのフェムト秒
ファイバレーザーからの光強度を調整する光強度調整
器、１３はこの光強度調整器から入射パルスを入射する
とともに、出力パルスの波長を線形に変化させることが
できる定偏波光ファイバである。なお、１４は光スペク
トル分析器、１５はパルス幅測定器、１６は光パワーメ
ータであり、これらは、出力パルスを測定するために用
いられるものであって、本発明の構成要件となるもので
はない。
【００２１】励起光源には、フェムト秒パルス光を安定
に生成するコンパクトなフェムト秒ファイバレーザー１
１を用いる。フェムト秒ファイバレーザー１１の出力
は、光強度調整器１２を通し、パルス光を所望の光強度
に調整した後、定偏波光ファイバ１３に入射される。こ
の時、入射光の偏光方向は定偏波光ファイバ１３の複屈
折軸に平行に合わせる。定偏波光ファイバ１３の長さが
十分に長く、入射光強度が十分に大きいとき、誘導ラマ
ン散乱によって、入射パルスの長波長側に新たなパルス
光が生成される。
【００２２】このパルス光は、自己位相変調と、波長分
散の相互作用であるソリトン効果によって、パルス波形
とスペクトル波形がｓｅｃｈ2 型をとる理想的なソリト
ンパルスＳになっていく。このソリトンパルスＳは定偏
波光ファイバ１３を伝搬するのに伴い、ラマン散乱効果
によってスペクトルの中心が長波長側にシフトしてい
く。この効果をソリトン自己周波数シフトという。この
時、周波数のシフト量は定偏波光ファイバ１３の長さや
パルス光の強度に依存するため、両者を変化させること
で、波長のシフト量を調整することができる。特に、入
射光強度を変化させることにより、波長シフト量を線形
に変化させることができる。
【００２３】本実施例において使用されるこの種のフェ
ムト秒ファイバレーザ１１としては、例えば、以下のよ
うなものが挙げられる。 （１）機械的特性としては、 大きさ レーザー本体 ：１８２×１０１×５７ｍｍ コントローラー：２４９×３０５×７２ｍｍ 重量 レーザー本体 ：３．０ｋｇ コントローラー：２．８ｋｇ （２）電気的特性としては、 消費電力 ：１００Ｖ ０．６３Ａｍａｘ、平均１４Ｗ、最大２２Ｗ （３）光学的特性としては、 中心波長 ：１５５９ｎｍ パルス幅 ：１９０〜７６０ｆｓ可変、本実験では１９０ｆｓで使用 繰り返し周波数：４８．９ＭＨｚ 平均出力 ：１１．１ｍＷ（７６０ｆｓ時）〜３６．１ｍＷ（１９０ ｆｓ時）、本実験では３６．１ｍＷで使用 耐久性 ：半導体レーザーの寿命２年、交換可 また、使用したファイバの諸特性としては、 コア径 ：５．５±０．５μｍ 光学的損失 ：２．６ｄＢ／ｋｍ（１５５０ｎｍの光に対し） 長さ ：１１０ｍ、７５ｍ、４０ｍ である。
【００２４】図３は本発明の第２実施例による光ファイ
バの出力におけるソリトンパルスのスペクトルの測定結
果を示す図であり、７５ｍの光ファイバに６．１ｍＷの
パルス光を入射したときに生成されたソリトンパルスの
スペクトルの測定結果を示している。この図に示すよう
に、１５５８ｎｍ付近に現れているのは、光ファイバに
入射した励起パルスＲのスペクトルである。この波長か
ら長波長側に大きくシフトしたソリトンパルスＳのスペ
クトルが１６５０ｎｍのところに現れており、スペクト
ル波形が綺麗なｓｅｃｈ2 型になっているのが分かる。
スペクトル幅は約１６ｎｍであり、この時、パルス幅は
１８０ｆｓになっている。さらに、入射光強度を上げて
スペクトルをシフトしても、スペクトルの形状は綺麗な
ｓｅｃｈ2 型を保った。
【００２５】図４は本発明の第２実施例による光ファイ
バへの入射光強度に対するソリトンパルスのスペクトル
の中心波長の変化を４０ｍ、７５ｍ、１１０ｍの光ファ
イバについて表している。入射光強度を２ｍＷよりも大
きくすると、ソリトンパルスの中心波長が線形に増加し
ていく。波長のシフト率は、ファイバ長が長いほど大き
くなった。最大１５０ｎｍ程度のスペクトルシフト（中
心波長１７１０ｎｍ）が１１０ｍ、及び７５ｍのファイ
バにおいて観測された。更に、入射光強度を大きくし、
また、ファイバ長を長くすることによって、ソリトンパ
ルスの波長を約２μｍ程度までシフトできる。
【００２６】上記した波長可変フェムト秒ソリトンパル
ス発生装置（図２参照）からも分かるように、この装置
はコンパクトなファイバレーザーと数十〜数百ｍの光フ
ァイバで構成されるため、装置全体が非常にコンパクト
な可搬型になっている。つまり、光ファイバをファイバ
レーザーと一体化することにより、ポータブルなパルス
光発生装置を実現することができる。また、入射光強度
を変化させるだけで、ソリトンパルスの波長を線形に変
化させることを実現できた。
【００２７】図５は本発明の第２実施例による光ファイ
バ長とスペクトル幅、パルス幅の関係を表す図である。
この図から明らかなように、光ファイバ長が長くなるに
従って、スペクトル幅は狭くなり、パルス幅は拡がる傾
向を見せた。ここで、光ファイバ長４０〜１１０ｍの範
囲で、スペクトル幅は１８〜１５ｎｍ、パルス幅は１５
５〜１９５ｆｓと変化した。このように、波長可変短パ
ルス光発生装置（図２参照）において用いる光ファイバ
の長さを変化させることによって、ソリトンパルスのパ
ルス幅やスペクトル幅を変化させることができる。
【００２８】図６は本発明の第２実施例を示すファイバ
長と波長シフト量の関係を示す図である。この図から明
らかなように、光ファイバ長が長くなるほど波長のシフ
ト量は単調に増加した。これは、パルス光が光ファイバ
を伝搬するほどソリトン自己周波数シフトによって波長
が長波長側にシフトしていくためである。このように、
光ファイバ長を変化させることによって、ソリトンパル
スの波長を変化させることができる。
【００２９】次に、本発明の第３実施例について説明す
る。図７は本発明の第３実施例を示す波長可変フェムト
秒ソリトンパルス発生装置の模式図である。なお、図２
における部分と同じ部分については同じ符号を付してそ
れらの説明は省略する。第２実施例で示した波長可変フ
ェムト秒ソリトンパルス発生装置の出力を非線形結晶２
１に通し、ソリトンパルスの第２高調波短パルスＤを生
成する実験について説明する。
【００３０】図７に示すように、波長可変フェムト秒ソ
リトンパルス発生装置において生成されるパルス光は、
ピークパワーが数百Ｗあるため、非線形結晶２１を用い
ることによって、第２高調波短パルスＤを生成すること
ができる。光ファイバ１３からの出力光をＫＴＰなどの
非線形結晶２１に入射し、結晶の角度を調整することに
よって、１５５０〜２０００ｎｍのソリトンパルスＳか
ら７８０〜１０００ｎｍの波長の短パルス光を生成する
ことができる。ソリトンパルスＳの波長を変化させるこ
とによって、第２高調波のパルスＤの波長を同様に変化
させることができる。
【００３１】図８は本発明の第３実施例による波長可変
フェムト秒ソリトンパルス発生装置を用いて生成された
第２高調波の中心波長の入射光強度依存性を示す図であ
り、光ファイバは４０ｍ、７５ｍ、１１０ｍについて示
している。入射光強度を変化させることによって、ソリ
トンパルスの波長が線形に変化するため、第２高調波の
短パルスの波長も、線形にシフトしていく。入射光強度
が大きいほど、また、光ファイバ長が長いほどシフト量
は大きくなる。
【００３２】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。図９は本発明の第４実施例を示す四光波混合を用い
たフェムト秒パルスの広帯域波長変換パルス発生装置の
模式図である。図９に示すように、光ファイバ３３に励
起パルスとともに、励起用半導体レーザー（励起用Ｌ
Ｄ）３１からの波長の異なる励起用レーザーをファイバ
カプラ等の結合器３２を介して入射する。
【００３３】上述したように、励起パルスＲによって長
波長側にソリトンパルスＳが生成されるが、このソリト
ンパルスＳと励起用レーザー（フェムト秒ファイバレー
ザー）１１からの光が四光波混合を起こし、二つの光の
周波数の差と和の周波数のところに、新しいパルス光を
生成する。ソリトンパルスと励起用レーザーの波長を変
化させることによって、１２３０〜１５５０ｎｍ等の領
域にもパルス光を生成することができる。
【００３４】図１０は第４実施例の四光波混合によって
生成されたパルス光と励起光、ソリトンパルスの波長と
周波数の関係を示す図である。四光波混合では、励起用
ＬＤ３１の光とソリトンパルスの相互作用によって、短
波長側と長波長側に新しいパルス光が生成される。励起
用ＬＤ３１の周波数をω０、ソリトンパルスの周波数を
ω１とすると、生成されるパルス光の周波数は２ω０−
ω１、２ω１−ω０となる。長波長側への変換効率は光
ファイバの特性から低いことが予想されるため、ここで
は短波長側に生成されるパルス光に注目する。
【００３５】ソリトンパルスＳの波長は１５６０〜２０
００ｎｍまで変化可能であるため、励起用ＬＤ３１の波
長を１５５０ｎｍとすると、短波長側に生成される短波
長パルスＴの波長は１２３０〜１５４０ｎｍまで可変す
ることができる。ソリトンパルスＳの波長は入射光強度
に対し線形に変化するため、四光波混合パルスの波長も
線形に変化し、入射光強度による波長の調整が可能とな
る。
【００３６】次に、本発明の第５実施例について説明す
る。図１１は本発明の第５実施例を示す細径定偏波光フ
ァイバを用いた波長可変フェムト秒ソリトンパルス発生
装置の模式図である。この図において、４１はフェムト
秒ファイバレーザー、４２はこのフェムト秒ファイバレ
ーザーからの光強度を調整する光強度調整器、４３はこ
の光強度調整器４２から入射パルスを入射するととも
に、出力パルスの波長を線形に変化させることができる
細径定偏波光ファイバ、Ｒは励起パルス、Ｓはソリトン
パルス（ストークスパルス）、Ｈは反ストークスパルス
である。
【００３７】この実施例では、第２実施例で示した波長
可変フェムト秒ソリトンパルス発生装置において、長波
長に生成されるソリトンパルスＳだけでなく、図１２に
示すように、短波長側にも反ストークスパルスＨが生成
される。この反ストークスパルスＨの波長はソリトンパ
ルスＳとは逆に短波長側にシフトする。ソリトンパルス
Ｓが１５６０〜２０００ｎｍまでシフトするとき、反ス
トークスパルスＨは１５６０〜１２８０ｎｍまでシフト
する。この反ストークスパルスＨをソリトンパルスＳと
合わせて用いることによって、１２８０〜２０００ｎｍ
における広帯域な波長可変パルス光源を実現することが
できる。
【００３８】次に、本発明の第６実施例について説明す
る。図１３は本発明の第６実施例を示す波長制御装置付
波長可変フェムト秒ソリトンパルス発生装置の模式図で
ある。この図において、５１はフェムト秒ファイバレー
ザー、５２はこのフェムト秒ファイバレーザーからの光
強度を調整する光強度調整器、５３は光分岐器、５４は
光受光器、５５は制御回路、５６は前記光分岐器５３か
ら入射パルスを入射するとともに、出力パルスの波長を
線形に変化させることができる定偏波光ファイバ、Ｒは
励起パルス、Ｓはソリトンパルス（ストークスパルス）
である。なお、１４は光スペクトル分析器、１５はパル
ス幅測定器、１６は光パワーメータであり、これらは、
出力パルスを測定するために用いられるものであって、
本発明の構成要件となるものではない。
【００３９】この実施例では、第２実施例で示した波長
可変フェムト秒ソリトンパルス発生装置（図２参照）に
おいて、光強度調整器５２における出力光を光分岐器５
３で分岐し、その出力光強度の一部を光受光器５４でモ
ニターし、透過光量を所望の大きさに合わせることによ
って、出力パルスの波長を安定にコントロールすること
ができる。
【００４０】次に、本発明の第７実施例について説明す
る。図１４は本発明の第７実施例を示す波長制御装置付
波長可変フェムト秒ソリトンパルス発生装置の模式図で
ある。この図において、６１はフェムト秒ファイバレー
ザー、６２はこのフェムト秒ファイバレーザーからの光
強度を調整する光強度調整器、６３は光分岐器、６４は
光受光器、６５は制御回路、６６は発振器、６７は前記
光分岐器から入射パルスを入射するとともに、出力パル
スの波長を線形に変化させることができる定偏波光ファ
イバ、Ｒは励起パルス、Ｓはソリトンパルス（ストーク
スパルス）である。なお、１４は光スペクトル分析器、
１５はパルス幅測定器、１６は光パワーメータであり、
これらは、出力パルスを測定するために用いられるもの
であって、本発明の構成要件となるものではない。
【００４１】この実施例では第２実施例で示した波長可
変フェムト秒ソリトンパルス発生装置（図２参照）にお
いて、光強度調整器６２を任意の周波数で変調すること
によって、ソリトンパルスＳの波長を周期的に変化させ
ることができる。このように、光強度変調器６２を変調
することにより、波長スキャン機能をもったソリトンパ
ルス発生装置を実現できる。
【００４２】次に、本発明の第８実施例について説明す
る。この実施例では、第２実施例で示した波長可変フェ
ムト秒ソリトンパルス発生装置（図２参照）において、
フェムト秒ファイバレーザーから出力されるパルス光の
パルス幅やスペクトル幅を調整することによって、発生
するソリトンパルスのスペクトル幅やパルス幅を変化さ
せることができる。スペクトル幅の狭いパルスは波長分
解が必要な計測において重要になる。
【００４３】次に、本発明の第９実施例について説明す
る。この実施例では、第２乃至第４実施例で示した波長
可変ソリトンパルスの発生装置において、出力にラマン
光増幅器等の非線形増幅器を用いると、短パルス光をパ
ルス幅を広げることなく増幅することができる。この手
法を用いれば、ある波長のソリトンパルスを、パルス幅
を広げることなく任意の大きさに増幅することができ
る。
【００４４】なお、本発明によれば、短パルス光源とし
ては、主にフェムト秒ファイバレーザについて説明した
が、ピコ秒ファイバレーザを用いるようにしてもよいこ
とは言うまでもない。特に、ピコ秒ファイバレーザを用
いる場合には、以下のような利点が挙げられる。ピコ秒
パルスで光ファイバを励起すると、入射光強度に対する
波長のシフト量がフェムト秒パルスの時よりも小さいた
め、正確な波長の同調が可能となる。このようなパルス
光の波長の正確な調整は、波長多重光通信用デバイスの
評価や分光等の応用において、精密な波長の調整が必要
となる場合に有用である。
【００４５】このように、本発明によれば、 （１）光源にコンパクトでフェムト秒パルスを生成する
ファイバレーザーを用い、定偏波光ファイバにおける非
線形効果を利用することにより、励起光強度を変化させ
るだけで線形に波長を変化させることができ、装置全体
もコンパクトで持ち運びのできるフェムト秒パルス光源
を得ることができる。
【００４６】（２）光源にコンパクトで安定なフェムト
秒パルスを出力するファイバレーザーを用い、偏波保持
型でコア断面積の小さい数十〜数百ｍの光ファイバと光
強度を連続的に可変することのできる光強度調整器を具
備し、理想的なフェムト秒ソリトンパルスを発生し、光
強度を変化させるだけでソリトンパルスの波長を広帯域
に線形に変化させることのできるポータブルなパルス光
発生装置を得ることができる。
【００４７】（３）理想的なフェムト秒ソリトンパルス
を安定に生成することができる。また、光ファイバへの
入射光強度を変化させるだけで、従来のように、光学系
の調整を全く行わずに、パルス光の波長を線形に広帯域
に変化させることができる。更に、装置全体が非常に小
型であるため、持ち運びもできるポータブルなものであ
り、ほぼメンテナンスフリーである。
【００４８】このような本発明の波長可変短パルス光発
生装置及び方法は、波長多重通信用光デバイスの周波数
特性・波長依存性の測定装置への応用が考えられる。近
年、情報化社会の急速な発展に伴い、光通信技術におけ
る更なる情報量の増大が求められている。情報量の増大
のため、光通信の時間的な高速化や伝送する光波長の多
重化が研究・開発されている。この様な状況の中、光通
信に用いられる光デバイスの適切な特性評価は欠くこと
のできない重要な事項である。特に、発光素子・光変調
器・光受光器の周波数特性や波長依存性はシステムの特
性を決める基本的な特性である。しかし、動作速度の高
速化や広帯域化に伴い、素子の特性評価はそれ自身が難
しい技術になってきている。
【００４９】本発明によれば、広帯域に渡って素子の波
長依存性を評価することができる。また、フェムト秒パ
ルスを入射したときの時間応答を測定することで、素子
の周波数特性を規定することが可能となる。この技術
は、今後の波長多重通信の更なる広帯域化・高速化に伴
い、益々重要になっていくと考えられる。また、本発明
の波長可変短パルス光発生装置は非常にコンパクトで安
定であり、ソリトンパルスの波長を入射光強度を変化さ
せるだけで変化させることができる。これらの長所のた
め、本発明は光化学や生物系の分野における高速光応答
技術や高速分光、更に高速光エレクトロニクスや非線形
光学の分野において、広く活用されると考えられる。
【００５０】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果を奏
することができる。 （Ａ）光ファイバの長さが十分に長く、入射光強度が十
分に大きいとき、誘導ラマン散乱によって、入射パルス
の長波長側に新たなパルス光が生成される。このパルス
光は、自己位相変調と、波長分散の相互作用であるソリ
トン効果によって、パルス波形とスペクトル波形がｓｅ
ｃｈ2 型をとる理想的なソリトンパルスになっていく。
このソリトンパルスは光ファイバを伝搬するのに伴い、
ラマン散乱効果によってスペクトルの中心が長波長側に
シフトしていく（この効果をソリトン自己周波数シフト
という）。この時、周波数のシフト量は光ファイバの長
さやパルス光の強度に依存するため、両者を変化させる
ことで、波長のシフト量を調整することができる。特
に、入射光強度を変化させることにより、波長シフト量
を線形に変化させることができる。
【００５２】（Ｂ）光源にコンパクトでフェムト秒パル
スを生成するファイバレーザーを用い、定偏波光ファイ
バにおける非線形効果を利用することにより、励起光強
度を変化させるだけで線形に波長を変化させることがで
き、装置全体もコンパクトで持ち運びのできる可搬型の
フェムト秒パルス光源を得ることができる。 （Ｃ）光源にコンパクトで安定なフェムト秒パルスを出
力するファイバレーザーを用い、偏波保持型でコア断面
積の小さい数十〜数百ｍの光ファイバと光強度を連続的
に可変することのできる光強度調整器を具備し、理想的
なフェムト秒ソリトンパルスを発生させ、光強度を変化
させるだけでソリトンパルスの波長を広帯域に線形に変
化させることのできるポータブルなパルス光発生装置を
提供することができる。
【００５３】（Ｄ）本発明の波長可変フェムト秒ソリト
ンパルス発生装置では、理想的なフェムト秒ソリトンパ
ルスを安定に生成することができる。また、光ファイバ
への入射光強度を変化させるだけで、光学系の調整を全
く行わずに、パルス光の波長を線形に広帯域に変化させ
ることができる。更に、装置全体を非常に小型にするこ
とができる。また、ほぼメンテナンスフリーである。
【００５４】（Ｅ）フェムト秒ソリトンパルスの波長を
１５６０〜１７１０ｎｍまで変化させることができる。
更に、実験系を最適化することで、約２０００ｎｍまで
波長を変化させることができる。 （Ｆ）波長可変フェムト秒ソリトンパルス発生器の出力
を非線形結晶に通すことによって、第２高調波の短パル
ス光を得ることができる。ソリトンパルスの波長を線形
に１５６０〜２０００ｎｍまで変化させることによっ
て、７８０〜１０００ｎｍの領域で線形に波長を変化さ
せることのできる短パルス光を得ることができる。
【００５５】（Ｇ）本発明の波長可変ピコ秒パルスで光
ファイバを励起すると、入射光強度に対する波長のシフ
ト量がフェムト秒パルスの時よりも小さいため、正確な
波長の同調が可能となる。このようなパルス光の波長の
正確な調整は、波長多重光通信用デバイスの評価や分光
等の応用において、精密な波長の調整が必要となる場合
に有用である。
【００５６】（Ｈ）レーザーからの入射パルスととも
に、もう一つの異なる波長のレーザー光を光ファイバに
入射した時、光ファイバ中の四光波混合によって、短波
長側と長波長側に新たなパルス光が生成される。このパ
ルス光の波長は、二つの光の周波数の和と差の周波数の
ところに対応する。そして、ソリトンパルスと励起用レ
ーザーの波長を変化させることによって、１２３０〜１
５５０ｎｍ帯の領域にもパルス光を生成することができ
る。また、短波長側に生成される反ストークスパルスを
用いることでも同様に、広帯域な短パルス光を得ること
ができる。
【００５７】（Ｉ）光ファイバ中で生成されたソリトン
パルスは、光ファイバラマン増幅作用を用いて短パルス
のまま増幅することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す波長可変短パルス光
発生装置の模式図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す波長可変フェムト秒
ソリトンパルス発生装置の模式図である。
【図３】本発明の第２実施例による光ファイバの出力に
おけるソリトンパルスのスペクトルの測定結果を示す図
である。
【図４】本発明の第２実施例による光ファイバへの入射
光強度に対するソリトンパルスのスペクトルの中心波長
の変化を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例による光ファイバ長とスペ
クトル幅、パルス幅の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例を示すファイバ長と波長シ
フト量の関係を示す図である。
【図７】本発明の第３実施例を示す波長可変フェムト秒
ソリトンパルス発生装置の模式図である。
【図８】本発明の第３実施例による波長可変フェムト秒
ソリトンパルス発生装置を用いて生成された第２高調波
の中心波長の入射光強度依存性を示す図である。
【図９】本発明の第４実施例を示す四光波混合を用いた
フェムト秒パルスの広帯域波長変換パルス発生装置の模
式図である。
【図１０】図９に示した四光波混合によって生成された
パルス光と励起光、ソリトンパルスの波長と周波数の関
係を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施例を示す細径定偏波光ファ
イバを用いた波長可変フェムト秒ソリトンパルス発生装
置の模式図である。
【図１２】本発明の第５実施例を示す波長変換後の出力
光のスペクトルを示す図である。
【図１３】本発明の第６実施例を示す波長制御装置付波
長可変フェムト秒ソリトンパルス発生装置の模式図であ
る。
【図１４】本発明の第７実施例を示す波長制御装置付波
長可変フェムト秒ソリトンパルス発生装置の模式図であ
る。
【符号の説明】
１ 短パルス光源 ２ 光特性調整器 ３，３３ 光ファイバ Ｒ 励起パルス Ｓ ソリトンパルス １１，４１，５１，６１ フェムト秒ファイバレーザ
ー １２，４２，５２，６２ 光強度調整器 １３，５６，６７ 定偏波光ファイバ １４ 光スペクトル分析器 １５ パルス幅測定器 １６ 光パワーメータ ２１ 非線形結晶 Ｄ 第２高調波の短パルス ３１ 励起用半導体レーザー（励起用ＬＤ） ３２ 結合器 ４３ 細径定偏波光ファイバ Ｈ 反ストークスパルス Ｔ 短波長パルス ５３，６３ 光分岐器 ５４，６４ 光受光器 ５５，６５ 制御回路 ６６ 発振器

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）短パルス光源と、（ｂ）該短パルス
    光源からの光の特性を調整する光特性調整器と、（ｃ）
    該光特性調整器から入射パルスが入射されるとともに、
    出力パルスの波長を線形に変化させる光ファイバとを具
    備することを特徴とする波長可変短パルス光発生装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の波長可変短パルス光発生
    装置において、前記光特性調整器が光強度調整器である
    波長可変短パルス光発生装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の波長可変短パルス光発生
    装置において、前記短パルス光源がフェムト秒ファイバ
    レーザである波長可変短パルス光発生装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の波長可変短パルス光発生
    装置において、前記短パルス光源がピコ秒ファイバレー
    ザである波長可変短パルス光発生装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の波長可変短パルス光発生
    装置において、前記光ファイバが定偏波ファイバである
    波長可変短パルス光発生装置。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の波長可変短パルス光発生
    装置において、他の波長の短パルス光を生成するために
    前記光ファイバに接続される非線形結晶を備えることを
    特徴とする波長可変短パルス光発生装置。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の波長可変短パルス光発生
    装置において、生成されるパルス光の波長を更に変換す
    るために、四光波混合手段を具備する波長可変短パルス
    光発生装置。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の波長可変短パルス光発生
    装置において、前記光ファイバによって生成されたパル
    ス光を増幅する光増幅器を具備する波長可変短パルス光
    発生装置。
  9. 【請求項９】 請求項１記載の波長可変短パルス光発生
    装置において、前記出力パルスが理想的なソリトンパル
    スである波長可変短パルス光発生装置。
  10. 【請求項１０】 請求項２記載の波長可変短パルス光発
    生装置において、前記光強度調整器を電気的に調整し、
    パルス光の波長を制御する手段を具備する波長可変短パ
    ルス光発生装置。
  11. 【請求項１１】（ａ）短パルス光源と、（ｂ）該短パル
    ス光源からの光強度を調整する光強度調整器と、（ｃ）
    該光強度調整器から入射パルスが入射されるとともに、
    出力パルスの波長を線形に変化させる光ファイバとを備
    え、（ｄ）可搬型に組み立てることを特徴とする波長可
    変短パルス光発生装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の波長可変短パルス光
    発生装置において、前記短パルス光源がフェムト秒ファ
    イバレーザである波長可変短パルス光発生装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１１記載の波長可変短パルス光
    発生装置において、前記短パルス光源がピコ秒ファイバ
    レーザである波長可変短パルス光発生装置。
  14. 【請求項１４】 短パルス光源からの光強度を調整し、
    前記短パルスを光ファイバへ入射することによって波長
    を線形に変化させた出力パルスを発生させることを特徴
    とする波長可変短パルス光発生方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載の波長可変短パルス光
    発生方法において、前記光ファイバの長さを変化させる
    ことによって、生成されるパルス光の波長を変化させる
    波長可変短パルス光発生方法。
  16. 【請求項１６】 請求項１４記載の波長可変短パルス光
    発生方法において、前記出力パルスを非線形結晶に通
    し、他の波長の短パルス光を生成する波長可変短パルス
    光発生方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１４記載の波長可変短パルス光
    発生方法において、四光波混合によって、生成されるパ
    ルス光の波長を更に変換する波長可変短パルス光発生方
    法。
  18. 【請求項１８】 請求項１４記載の波長可変短パルス光
    発生方法において、前記光ファイバによって生成された
    パルス光を光増幅器を用いて増幅する波長可変短パルス
    光発生方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１４記載の波長可変短パルス光
    発生方法において、前記出力パルスとして理想的なソリ
    トンパルスを発生させる波長可変短パルス光発生方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１４記載の波長可変短パルス光
    発生方法において、前記光強度調整器を電気的に調整
    し、パルス光の波長を制御する波長可変短パルス光発生
    方法。
  21. 【請求項２１】 請求項１４記載の波長可変短パルス光
    発生方法において、入射パルスの時間波形やスペクトル
    幅を変化させることによって、ソリトンパルスのパルス
    幅やスペクトル幅、及び中心波長を変化させる波長可変
    短パルス光発生方法。
  22. 【請求項２２】 請求項１４記載の波長可変短パルス光
    発生方法において、入射パルスの偏光方向を調整するこ
    とにより、ソリトンパルスの波長やスペクトルを調整す
    る波長可変短パルス光発生方法。
  23. 【請求項２３】 請求項１４記載の波長可変短パルス光
    発生方法において、前記出力パルスとして、長波長側に
    生成されるソリトンパルスと共に、短波長側に生成され
    る反ストークスパルスを生成する波長可変短パルス光発
    生方法。
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