JP2004287074A - Wavelength variable optical pulse generating device - Google Patents

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Sarwar Abedin Kazi
サルワル アベディン カジ
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength variable optical pulse generating device which can be used especially in the field of super high speed optical communication and can be used as the light source of e.g. TDN-WDM of a terabit band or a light source as soliton communication, in the wavelength variable optical pulse generating device by which the wavelength of an optical pulse having a high repetition frequency is made variable in a wide wavelength band region. <P>SOLUTION: The wavelength variable optical pulse generating device is provided with an optical pulse source, a polarization regulator in which an optical pulse from the optical pulse source is made incident, an optical fiber in which the optical pulse from the polarization regulator is made incident and which shows a self-frequency shift effect to be an optical non-linear phenomenon, and an optical filter in which the optical pulse from the optical fiber is inputted and which can remove inputted light. The optical pulse source produces the optical pulse having intensity by which the self-frequency shift effect is caused by the optical fiber and the optical filter filters the spectrum of the optical pulse outputted from the optical fiber. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高繰り返し周波数を持つ光パルスの波長を広い帯域で可変にすることのできる波長可変の光パルス発生装置に関している。
【0002】
【従来の技術】
このような光パルス光源は、超高速光通信の分野でさまざまな目的で用いることができ、例えばテラビット帯のOTDM−WDMの光源、ソリトン通信用の光源に用いたり、受光した光パルスの波長変換にもちいるために求められている。
【0003】
大容量のデータを長距離にわたって光ファイバを用いて伝送するためには、シリカ系の光ファイバで、損失のもっとも低い波長領域(1.55μm)が現在主に使用されている。この損失の低い領域はE−Uバンドで300nm以上広がっており、その波長帯域ではデータの低損失の伝送を行なうことができるので、この波長領域をカバーする光パルス光源が必要とされる。
【0004】
エルビウムドープファイバを用いた能動同期ファイバレーザは10GHz以上の繰り返し周波数でピコ秒以下の光パルスを発生の能力を持っているが、非特許文献1によれば、エルビウム元素の利得幅の限界から、短光パルスを発生できる波長範囲は1.55μmを中心に約30nmの領域に限られる。
【0005】
その以外の領域では、半導体レーザをベースとする光パルスレーザもあるが、上記と同様に、周波数帯域幅の制限があり、波長可変領域が限られてしまう。さらに、半導体レーザからは、ソリトン光パルスを発生するために必要なピコ秒以下の光パルスを発生することが難しいことも知られている。
【0006】
この問題を解決するためのものとして、光ファイバの非線形効果をもちいてサブピコ秒の光パルスを波長変換により安定に効率よく行なう手段と、それを用いた波長可変光源およびその応用について述べる。
【0007】
この波長可変光源が光パルス列を発生する原理は、ソリトン自己周波数シフト(SSFS:Soliton Self−frequency Shift)による効果によるものである。これは、異常分散を持つ光ファイバに輝度が高く短い光パルスを伝搬させることにより、その光パルスは自己位相変調及び、異常分散の影響を受け、ソリトン効果によって光パルスの圧縮とともにスペクトルの広がり生じることを用いたものである。よく知られているように、光パルスソリトンが光ファイバを伝搬すると、ラマン効果によって、光スペクトルの長波長側は短波長側から誘導される利得があり、これにより増幅される。従って、光パルスが伝搬するにしたがって、そのスペクトルが長波長側へ移動する現象が見られる。このような現象は、例えば非特許文献2に記載されており、ソリトン自己周波数シフトと呼ばれている。
【0008】
例えば、波長1.56μm、繰り返し周波数50MHzの受動モード同期レーザからの光パルスを、70メートルの光ファイバで伝搬させて、2.16μmまで波長をシフトした例が非特許文献3に報告されている。他に、光パラメタ発振器からの繰り返し周波数50MHz、波長1.3μmで200fs秒幅の光パルスを15cmの特種構造を持つファイバ(Air−SilicaMicrostructure Fiber)を用いて1.65μmまで長波長化した例が、非特許文献4に報告されている。
【0009】
現在までは、このような長波長帯域での波長変換は、繰り返し周波数が100MHz以下の帯域にあっため、通信分野での使用は困難であった。一般に、繰り返し周波数を高くすると輝度(尖頭値)が反比例して減少するので、ソリトン自己周波数シフト(SSFS)に必要な非線形効果が得られなくなるという問題があった。また、このために使用する非線形性の高い光ファイバで伝搬損失が高いと、必要なエネルギを失ってソリトンが形成できなくなるという問題もある。
【0010】
【非特許文献1】
E. Yoshida, N. Shimizu, and M. Nakazawa, “A 40−GHz, 0.9 ps regenerativelymode−locked fiber laser with a tuning rane of 1530−1560 nm,” PhotonicsTechnology Letters, pp. 1587−1589, 1999.
【非特許文献2】
F.M. Mitschke and L.F. Mollenauer, “Discovery of the solitonself−frequency shift, ” Optics Letters 11, pp. pp. 659−661 (1986).
【非特許文献3】
M.E. Fermann, A. Galvanauskas, M.L. Stock, and K.K. Wong, D. Harter and L.Goldberg, “Ultrawide tunable Er soliton fiber laser amplified in Yb−dopedfiber”, Optics Letters 24, pp. 1428 ・1430 (1999).
【非特許文献4】
X. Liu, C. Xu, W.H. Knox, J.K. Chandalia, B.J. Eggleton, S.G. Kosinski andR.S. Windeler, “Soliton self−frequency shift in a short tapered air−silicamicrostructure fiber”, Optics Letters 26, pp. 358−360 (2001).
【非特許文献5】
A. Sizuki, M. Tanaka, M. Fujita, H. Kubota, K, Suzuki, and S. Kawanishi,“Nonlinear coefficient of highly nonlinear photonic crystal fiber”, TheInstitute of Electronics, Information and Communication Engineers ElectronicsSociety Meeting, C−3−48, pp. 148, Miyazaki, Japan 2002.
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
現在までは、このような長波長帯域での波長変換は、繰り返し周波数が100MHz以下の帯域にあっため、通信分野での使用は困難であった。また、一般に、繰り返し周波数を高くすると輝度(尖頭値)が反比例して減少するので、ソリトン自己周波数シフト(SSFS)に必要な非線形効果が得られなくなるという問題があった。
【0012】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、高繰り返し周波数を持つ光パルスの波長を広い波長帯域で可変にする波長可変の光パルス発生装置に関して、特に、超高速光通信の分野で用いることができ、例えばテラビット帯のOTDM−WDMの光源、あるいはソリトン通信用の光源として用いることができる波長可変の光パルス発生装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、本発明の第1の特徴は、波長を変換するものであって、光パルス源と、前記の光パルス源からの光パルスを入射する偏波調整器と、前記の偏波調整器からの光パルスを入射し、光非線形媒質の光非線形現象である自己周波数シフト効果を示す光ファイバと、上記の光ファイバからの光パルスを入力し、入力光を除去することができる光フィルタと、を、備え、上記の光パルス源は、上記の光ファイバが自己周波数シフト効果を引き起こすほどの強度の光パルスを生成する構成と、上記の光フィルタは、上記の光ファイバから出力された光パルスのスペクトルの一部の光を濾波する構成と、を、持つことである。
【0014】
また、本発明の第2の特徴は、WDMへ応用できるものであって、光パルス源と、その光パルス源からの光パルスを複数の分岐成分に分岐する分岐手段と、そのうちの少なくとも2つの分岐成分の波長を変換する波長変換手段と、その少なくとも2つの分岐成分の光パルスを波長変換した後、変調する変調手段と、その変調された分岐成分を合流させる合流手段と、を、備え、前記の波長変換手段は、光非線形現象を示す光非線形媒質を用いた自己周波数シフト効果を用いた波長変換手段であることである。
【0015】
また、本発明の第3の特徴は、OTDMへ応用できるものであって、光パルス源と、その光パルス源からの光パルスの波長を変換する波長変換手段と、その波長変換された光パルスを複数の分岐成分に分岐する分岐手段と、その分岐成分の少なくとも2つを変調する変調手段と、その変調された分岐成分を合流させる合流手段と、を、備え、前記の波長変換手段は、光非線形現象を示す光非線形媒質の自己周波数シフト効果を用いた波長変換手段であることである。
【0016】
また、本発明の第4の特徴は、OTDM−WDMへ応用できるものであって、光パルス源と、その光パルス源からの光パルスを複数の分岐成分に分岐する第1の分岐手段と、そのうちの少なくとも2つの分岐成分の波長を変換する波長変換手段と、波長変換した光をさらに、少なくとも2つの分岐成分に分岐する第2の分岐手段と、第2の分岐手段による分岐成分のそれぞれを変調する変調換手段と、その変調された分岐成分を再び合流させる第2の合流手段と、第2の合流手段により合流された光パルスを、他の波長分岐成分と合流させる第1の合流手段と、を、備え、前記の波長変換手段は、光非線形現象を示す光非線形媒質の自己周波数シフト効果を用いた波長変換手段であることである。
【0017】
また、本発明の第5の特徴は、光パルス源と、その光パルス源からの光パルスを複数の分岐成分に分岐する分岐手段と、そのうちの少なくとも2つの分岐成分をそれぞれ変調する変調手段と、その変調された光パルスの波長を変換する波長変換手段と、その変調され波長変換された分岐成分を合流させる合流手段と、を、備え、前記の波長変換手段は、光非線形現象を示す光非線形媒質を用いた自己周波数シフト効果を用いた波長変換手段であることである。
【0018】
また、本発明の第6の特徴は、光パルス光源からの光パルスの波長を変換する第1の波長変換手段と、この波長変換手段で波長変換された光パルスを光学的な非線形物質に入射して第2高調波を発生する第2の波長変換手段と、を、備え、上記の第1の波長変換手段は、光非線形現象を誘起する光非線形媒質からなる波長変換手段であることである。
【0019】
また、本発明の第7の特徴は、光パルス光源からの光パルスを複数の分岐成分に分岐する分岐手段と、そのひとつの分岐成分である光パルスの波長を変換する第1の波長変換手段と、他のひとつの分岐成分である光パルスと合波する合波手段と、波長変換した光パルスと波長変換しない光パルスとの、和周波数をもつ光パルスあるいは差周波数をもつ光パルスを生成する第2の波長変換手段と、を、備え、上記の第1の波長変換手段は光非線形現象を誘起する光非線形媒質からなる光波長シフト手段を用いることである。
【0020】
また、本発明の第8の特徴は、光パルス光源からの光パルスを複数の分岐成分に分岐する分岐手段と、そのひとつの分岐成分である光パルスの波長を変換する第1の波長変換手段と、他のひとつの分岐成分である光パルスの波長を変換する第2の波長変換手段と、第1の波長変換手段の出力と第2の波長変換手段の出力とを合波する合波手段と、第1の波長変換手段の出力と第2の波長変換手段の出力との、和周波数をもつ光パルスあるいは差周波数をもつ光パルスを生成する第3の波長変換手段と、を、備え、上記の第1と第2の波長変換手段は光非線形現象を誘起する光非線形媒質からなる光波長シフト手段を用いる波長変換手段であることである。
【0021】
また、本発明の第9の特徴は、上記の波長変換手段は非線形光学特性をもったフォトニック結晶ファイバからできていることである。
【0022】
また、本発明の第10の特徴は、上記のフォトニック結晶ファイバは偏波保持型のものであることである。
【0023】
また、本発明の第11の特徴は、上記の波長変換器は、フォトニック結晶ファイバへの入射光の予め決められた波長に対して、入射光の強度を指定してその波長変化量を決めることである。
【0024】
また、本発明の第12の特徴は、上記の波長変換器は、入射する光パルスの振幅を増幅器あるいは減衰器で調整した後フォトニック結晶ファイバに光パルスを入射させるものであり、波長変換後の波長情報を検出して、負帰還になるように増幅器の増幅度または減衰器の減衰度を調整する手段を備えることである。
【0025】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例を、図を用いて詳しく説明する。なお、以下の説明においては、同じ装置、あるいは同様の機能をもつ装置については、特別の理由がない場合は、同じ符号を用いるものとする。
【0026】
まず、本発明は、通信で必要とされる領域まで繰り返し周波数をあげる工夫をしたものである。その手段として、高い非線形性を得るためにゲルマニウムをドープした狭いコア(直系2μ以下)の高非線形フォトニック結晶ファイバ(PCF)と、異常分散の高いものと、損失の低いものを選択し、SSFSを送る光ファイバ長を長くしている。
【0027】
第1の実施の形態を図1に示す。図1では、図1(a)のように、モード同期レーザなどのパルスレーザ2とファイバ型の増幅器3からなる、あるいは、図1(b)のように、外部からに光パルスを入力することにより光パルスを供給する光パルス源1と、偏波調整器4と非線形効果を示す光ファイバ6と光フィルタ5とからなる波長変換器100で波長可変の光パルス発生装置を構成している。ここで、図1(b)のように、偏波調整器4を用いない場合は、光ファイバ7は、偏波保持型の光ファイバである。また、光ファイバ6は、光非線形媒質の光非線形現象による自己周波数シフト効果をおこすものである。このような光ファイバは、よく知られている。例えば、異常分散を持つ光ファイバ、あるいは、フォトニック結晶ファイバ(PCF:PhotonicCrystal Fiber)である。この自己周波数シフト効果により、長波長側に波長変換される。一般に、光ファイバ6の出力光のスペクトルは入力光のものに比べて広がっている。光フィルタ5は、光ファイバ6の非線形効果により、広がったスペクトルから、入力光を除去し、望みの幅のスペクトルを選択して出力させるためのものである。その手段として、入力波長にあったファイバーブラッグ格子(FBG)や長波長透過濾波器を用いればよい。FBGを用いた場合に、FBGの前に光アイソレータやサーキュレータを用いれば、反射する入力光を容易に除去することができる。
【0028】
この構成では、広い帯域での波長変換が可能であるが、波長シフト量は、以下に示すように、光パルス源1の出力強度に依存する。このため、安定した出力強度のものを用いるのが望ましい。また、以下に示すように、偏波調整器4を用いる理由は、波長シフト量は偏波の状態に敏感なためである。このため、PCFの入力側に、偏波調整器を用いなくても動作するが、安定に動作させるためには、偏波調整器を設置するのが望ましい。
【0029】
例えば、波長1.56μm、繰り返し周波数10GHz、幅1.3psの光パルス列を発生するモード同期ファイバレーザを光源として用い、出力2Wの光ファイバー増幅器によって増幅し、PCFに入力して出力を観測した場合を以下に説明する。この実験系における非線形計数は62W−1km−1,(通常の分散シフトファイバの非線形性の約30倍)、1.55μm波長において内部損失は40dB/km、波長分散は119ps/nm/kmという非特許文献5に記載されたものと同等のPCFを利用した。使われた光ファイバの長さは、12mであり、損失は0.51dBで、比較的低い値であった。
【0030】
図11(a)は、10GHzの繰り返しファイバレーザの出力光パルススペクトル、図11(b)は、PCFの出力スペクトルをしめしている。光パルスの波長がシフトしているのわかる。図12は、この1.61μmに中心のある光を選択した場合の光パルスの形状(ただし、自己相関形状)であり、入力パルスに比べて狭い光パルスであることがわかる。
【0031】
また、図13に示すように、光源からの入力強度の増加とともに、PCFでの出力波長は長波長側にシフトする。広い帯域での波長変換が可能であるが、波長シフト量は入力パーワに非常に敏感であることがわかる。
【0032】
また、図14は、PCFへの入力強度を一定にした場合の、偏波調整器の3状態に依存する出力波形を示す。この図から、波長シフト量は偏波の状態にも非常に敏感であることがわかる。
【0033】
また、偏波調整器を用いて調整を行なっても、環境の温度変化、局所的な温度変動によってPCF中で偏波状態が変化するので、常に入力光の偏波状態を調整することが必要である。このような問題を解決するため、光ファイバ6に偏波保持型PCFを用いることが望ましい。
【0034】
次に、第2の実施の形態を図2に示す。図2(a)の構成は、帰還回路9を除いて図1(a)の構成と同じでよい。この構成では、光パルス源1と、波長変換器100で波長可変の光パルス発生装置を構成している。また、ここでも、光ファイバ6は、異常分散を持つ光ファイバであり、光非線形媒質の光非線形現象による自己周波数シフト効果をおこすものである。また、光フィルタ5で選択された波長の光パルスは、分岐器10により、その一部が光検出増幅器8に送られ、電気信号に変換され、帰還回路9により増幅器3に負帰還となるように帰還される。この帰還により、例えば、波長変換した光の波長が決められた波長から短波長側に変動した場合に増幅器3の増幅率を上げて、波長を決められた値に調整される。図には示していないが、増幅器の代わりに、強いパルス光を可変な光減衰器を用いて入力光の強度を調整しながら出力光の波長を調整することも可能である。図2(b)の波長変換器102は、光増幅器3や帰還回路9をも含むものの例である。光検出増幅器8としては、図16(a)のブロック図に示すような回路で、図16(b)のように波長変換された波形を挟み込む透過特性をもち2連型で連動する濾波器30a、30bを用いた差動型の回路を用いることにより、より効果的に波長を安定化することができる。
【0035】
次に、第3の実施の形態を図3に示す。この構成では、光パルス源1からの光パルスは、分岐器14で、光路A、Bに分岐する。光路Aでは、非線形効果を示す光ファイバ6と光フィルタ5で波長可変の光パルス発生装置を構成している。また、ここでも、非線形効果を示す光ファイバ6は、光非線形媒質の光非線形現象による自己周波数シフト効果をおこすものである。光フィルタ5で選択された波長の光パルスは、合波器12へ入射される。合波器として光カプラ、波長多重カプラ、レンズなどを用いることができる。また、光路Bでは、低分散の光ファイバ11で光パルスに遅延が与えられる。これは光路Aを進む光パルスと同じタイミングにするためのものである。光ファイバ11として、遅延時間の可変な遅延器を用いればより正確に広い波長範囲で動作が可能となる。合波器で光路AとBの光パルスは合波され、非線形媒質13に入射される。非線形媒質13からは、和周波数の光パルスと差周波数の光パルスとを含む光パルスが出力される。この出力から、和周波数の光パルスを選択する事により、パルス発生器1の出力のほぼ2倍の周波数の付近で周波数を変えることのできる波長可変の光パルス発生装置が実現できる。また、差周波数の光パルスを選択する事により、自己周波数シフト効果による変化分の周波数の光パルスを得ることができる。この変化分の波長では、一般に、長波長の、光パルスを容易に得ることができる。
【0036】
次に、第4の実施の形態を図4に示す。図4の構成は、光非線形媒質の光ファイバの用い方を除いて図3の構成と同じでよい。この構成では、図3の低分散の光ファイバ11の代わりに、低分散の光ファイバ11と非線形効果を示す光ファイバ6を用いている。この場合も、光路A、Bを伝搬する光ファイバが、同じタイミングで合波されるようにすることが重要である。たとえば、光路Bの非線形効果を示す光ファイバ6による遅延は、光路Aの遅延よりも小さくなるようにすることにより、光路Bの周波数シフトは光路Aのそれより小さくすることができる。当然のこととして、光路Aの光フィルタと光路Bのそれは、そのそれぞれの周波数シフトに整合させたものであり、濾波特性の異なるものである。この構成の利点は、非線形的に合成する両成分のパルス幅が狭いために、その尖頭値はより高く、図3に示す第3の実施の形態における和周波数あるいは差周波数の場合に比べて、より効率的に波長変換が可能となる。
【0037】
次に、第5の実施の形態を図5に示す。図5の構成は、それぞれ異なる波長の変調された光パルスを生成させるためのものである。この構成では、光パルス源1からの光パルスは、分岐器14で、光路1、2、…、Nに分岐する。光路1では、波長変換器16で光パルスの波長を変換し、変調器17で変調する。ここで、波長変換器16としては、第1から第4の実施の形態におけるいずれかの波長変換器を用いることができる。また、変調器17としては、強度変調器、位相変調器、周波数変調器、偏光変調器、あるいは、単なる光シャッタなどを用いることができる。光路1、2、…、Nの変調された光パルスは、合波器15で合波され、出力される。ここで出力される光パルスは、周波数軸で見ると図8(a)の様にそれぞれ離間したものであるが、時間軸でみると図8(b)の様に重なったものである。この図から、波長分割多重(WDM)として用いることができることがわかる。
【0038】
次に、第6の実施の形態を図6に示す。図6の構成は、それぞれ異なる波長の変調された光パルスを異なるタイミングで発生させるためのものである。この構成では、光パルス源1からの光パルスは、分岐器14で、光路1、2、…、Nに分岐される。光路1では、波長変換器16で光パルスの波長を変換し、変調器群18で変調する。ここで、波長変換器16としては、第1から第4の実施の形態におけるいずれかの波長変換器を用いることができる。
【0039】
また、変調器群18としては、図7に示す構成を用いることができる。この構成では、波長=λiの光パルスを分岐器24で、光路1、2、…、Nに分岐する。分岐された各光路では、それぞれの光路に応じた遅延時間が与えられ、それぞれの変調器で変調される。ここで、変調器17としては、強度変調器、位相変調器、周波数変調器、偏光変調器、あるいは、単なる光シャッタなどを用いることができる。それぞれの光路の変調された光パルスは、合波器25で合波される。
【0040】
合波器25の出力は、図6の合波器15で合波され出力される。ここで出力される光パルスは、周波数軸で見ると図8(c)の様にそれぞれ離間したものであり、時間軸でみても図8(d)の様にそれぞれ離間したものである。この図から、光時分割−波長分割多重(OTDM−WDM)として用いることができることがわかる。
【0041】
次に、第7の実施の形態を図9に示す。図9の構成は、波長変換された光パルスを異なるタイミングで発生させるためのものである。この構成では、光パルス源1からの光パルスは波長変換器102で波長変換され、分岐器14で、光路1、2、…、Nに分岐される。分岐された各光路では、それぞれの光路に応じた遅延時間が与えられ、それぞれの変調器で変調される。ここで、変調器17としては、強度変調器、位相変調器、周波数変調器、偏光変調器、あるいは、単なる光シャッタなどを用いることができる。それぞれの光路の変調された光パルスは、合波器15で合波される。
【0042】
次に、第8の実施の形態を図10に示す。図10の構成は、波長変換された光パルスの高調波を生成することにより、その可変波長範囲を拡大するものである。この構成では、光パルス源1からの光パルスは波長変換器100で波長変換され、光学的な非線形物質20により高調波が生成される。光フィルタ21は、その高調波から、望みの周波数の光パルスを選択するものである。
【0043】
次に第9の実施例を図15に示す。図15に示す構成は、図5に示す第5の実施の形態の波長変換器16と変調器17とを入れ替えた構成である。変調器17に増幅作用のないものを使用する場合は、図5の構成の方が波長変換器における光パルスの強度が高く、波長変換にはより有利である。逆に、変調器17に増幅作用のあるものを使用する場合は、図15の構成の方が、波長変換にはより有利である。また、入力できる光パルスの強度の許容値が小さい変調器の場合は、図5の構成が望ましく、一方、周波数依存性の大きい特性をもった変調器を用いる場合には、図15の構成の方が望ましい。
【0044】
以上の様に、本発明に基づいた構成は、長波長帯域で高速データ列の波長変換を必要とする分野、例えば、光通信分野で波長変換器として用いることができる。また、広高帯域で波長可変の光パルス光源として用いることができる。また光第2次高調波発生、分布基帰還型レーザ、光和周波発生などを用いて、これまでは、容易に得られなかった波長帯域での可変可能光源としても用いることができる。
【0045】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【0046】
光パルス源と、その出力の光パルスを入射する偏波調整器と、それからの光パルスを入射し自己周波数シフト効果を示す光ファイバと、その光パルスを入力し入力光を除去することができる光フィルタと、を用いて、その光パルス源からは、光ファイバが自己周波数シフト効果を引き起こす強度の光パルスを生成し、発生した光パルスのスペクトルの一部の光を濾波するようにしたので、いままででは不可能であった高い繰り返し周波数まで光パルスの波長変換が可能となった。現在はこの手段を用いることによって従来の100倍以上の繰り返し光パルス(10GHz)の波長変換が実現できるようになった。
【0047】
また、本発明は、長波長帯域で高速データ列の波長変換を必要とする分野、例えば、光通信分野で波長変換器として用いることができる。また、広高帯域で波長可変の光パルス光源として用いることができる。また光第2次高調波発生、分布基帰還型レーザ、光和周波発生などを用いて、これまでは、容易に得られなかった波長帯域での可変可能光源としても用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】第2の実施の形態を示すブロック図である。
【図3】第3の実施の形態を示すブロック図である。
【図4】第4の実施の形態を示すブロック図である。
【図5】第5の実施の形態を示すブロック図である。
【図6】第6の実施の形態を示すブロック図である。
【図7】変調器群の構成を示すブロック図である。
【図8】出力を時間軸と周波数軸でみた模式図である。
【図9】第7の実施の形態を示すブロック図である。
【図10】第8の実施の形態を示すブロック図である。
【図11】PCFにより波長シフトを示す図である。
【図12】出力光の自己相関形状を示す図である。
【図13】PCFによる波長シフトの入力強度依存性を示す図である。
【図14】偏波状態に依存する出力波形を示す図である。
【図15】第9の実施の形態を示すブロック図である。
【図16】図2の光検出増幅器を示す図である。
【符号の説明】
1 光パルス源
2 パルスレーザ
3 増幅器
4 偏波調整器
5 光フィルタ
6 非線形効果を示す光ファイバ
7 光ファイバ
8 光検出増幅器
9 帰還回路
10 分岐器
11 低分散の光ファイバ
12 合波器
13 非線形媒質
14 分岐器
15 合波器
16 波長変換器
17 変調器
18 変調器群
19 光フィルタ
20 非線形物質
21 光フィルタ
24 分岐器
25 合波器
30a、30b 濾波器
31 光検出器
32 差動増幅器
100、101、102、103,104 波長変換器
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wavelength-variable optical pulse generator that can vary the wavelength of an optical pulse having a high repetition frequency in a wide band.
[0002]
[Prior art]
Such an optical pulse light source can be used for various purposes in the field of ultra-high-speed optical communication. For example, it can be used as a light source for OTDM-WDM in the terabit band, a light source for soliton communication, or a wavelength converter for received optical pulses. It is required to use it.
[0003]
In order to transmit a large amount of data over a long distance using an optical fiber, a wavelength region (1.55 μm) of a silica-based optical fiber having the lowest loss is mainly used at present. The low-loss area extends over 300 nm in the EU band, and low-loss data transmission can be performed in that wavelength band. Therefore, an optical pulse light source that covers this wavelength area is required.
[0004]
An active synchronous fiber laser using an erbium-doped fiber has the ability to generate a picosecond or less optical pulse at a repetition frequency of 10 GHz or more. However, according to Non-Patent Document 1, from the limit of the gain width of the erbium element, The wavelength range in which short light pulses can be generated is limited to a region of about 30 nm centering on 1.55 μm.
[0005]
In other regions, there are also optical pulse lasers based on semiconductor lasers, but similarly to the above, there is a limitation on the frequency bandwidth, which limits the wavelength tunable region. Further, it is also known that it is difficult to generate an optical pulse of picosecond or less necessary for generating a soliton optical pulse from a semiconductor laser.
[0006]
As means for solving this problem, a means for stably and efficiently performing sub-picosecond optical pulses by wavelength conversion using the nonlinear effect of an optical fiber, a tunable light source using the same, and applications thereof will be described.
[0007]
The principle that the wavelength tunable light source generates an optical pulse train is based on the effect of a soliton self-frequency shift (SSFS). This is because a light pulse with high luminance is propagated through an optical fiber having anomalous dispersion, and the light pulse is affected by self-phase modulation and anomalous dispersion. It is a thing that used that. As is well known, when an optical pulse soliton propagates through an optical fiber, the long wavelength side of the optical spectrum has a gain derived from the short wavelength side due to the Raman effect, and is amplified by this. Therefore, a phenomenon is seen in which the spectrum moves to the longer wavelength side as the light pulse propagates. Such a phenomenon is described in Non-Patent Document 2, for example, and is called soliton self-frequency shift.
[0008]
For example, Non-Patent Document 3 reports an example in which an optical pulse from a passive mode-locked laser having a wavelength of 1.56 μm and a repetition frequency of 50 MHz is propagated through an optical fiber of 70 meters and the wavelength is shifted to 2.16 μm. . Another example is that an optical pulse having a repetition frequency of 50 MHz, a wavelength of 1.3 μm, and a width of 200 fs from an optical parameter oscillator is extended to 1.65 μm using a fiber (Air-Silica Microstructure Fiber) having a special structure of 15 cm. Non-Patent Document 4.
[0009]
Until now, such wavelength conversion in the long wavelength band has been difficult to use in the communication field because the repetition frequency is in the band of 100 MHz or less. In general, when the repetition frequency is increased, the luminance (peak value) decreases in inverse proportion, so that there is a problem that a nonlinear effect required for soliton self-frequency shift (SSFS) cannot be obtained. In addition, if the optical fiber used for this purpose has a high nonlinearity and a high propagation loss, there is also a problem that necessary energy is lost and soliton cannot be formed.
[0010]
[Non-patent document 1]
E. FIG. Yoshida, N .; Shimizu, and M.S. Nakazawa, “A 40-GHz, 0.9 ps regeneratively mode-locked fiber laser with a tuning run of 1530-1560 nm,” Photonics Technology Letters, p. 1587-1589, 1999.
[Non-patent document 2]
F. M. Mitschke and L.M. F. Mollenauer, "Discovery of the solutionself-frequency shift," Optics Letters 11, pp. pp. 659-661 (1986).
[Non-Patent Document 3]
M. E. FIG. Fermann, A .; Galvanauskas, M .; L. Stock, and K. K. Wong, D.C. Harter and L. Goldberg, "Ultrawide tunable Ersoliton fiber laser amplified in Yb-dopedfiber", Optics Letters 24, pp. 1428-1430 (1999).
[Non-patent document 4]
X. Liu, C.I. Xu, W.C. H. Knox, J .; K. Chandalia, B.S. J. Eggleton, S.M. G. FIG. Kosinski and R. S. Windeler, “Soliton self-frequency shift in a short tapered air-silicamic microstructure fiber”, Optics Letters 26, pp. 147-64. 358-360 (2001).
[Non-Patent Document 5]
A. Suzuki, M .; Tanaka, M .; Fujita, H .; Kubota, K, Suzuki, and S.W. Kawanishi, "Nonlinear Coefficient of highly nonlinear photonic crystal fiber", The Institute of Electronics, Communications and Communications and Information and Communications and Information and Communications and Information and Communications. 148, Miyazaki, Japan 2002.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Until now, such wavelength conversion in the long wavelength band has been difficult to use in the communication field because the repetition frequency is in the band of 100 MHz or less. In general, when the repetition frequency is increased, the luminance (peak value) decreases in inverse proportion, so that there is a problem that a nonlinear effect required for soliton self-frequency shift (SSFS) cannot be obtained.
[0012]
The present invention has been proposed in view of the above, and relates to a wavelength tunable optical pulse generator that tunables the wavelength of an optical pulse having a high repetition frequency in a wide wavelength band. It is an object of the present invention to provide a wavelength-variable optical pulse generator which can be used as a light source of OTDM-WDM in a terabit band or a light source for soliton communication.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first feature of the present invention is to convert a wavelength, an optical pulse source, a polarization adjuster that receives an optical pulse from the optical pulse source, and Inputting an optical pulse from the polarization adjuster, and inputting an optical fiber exhibiting a self-frequency shift effect, which is an optical nonlinear phenomenon of an optical nonlinear medium, and an optical pulse from the optical fiber, and removing the input light. An optical filter, wherein the optical pulse source generates an optical pulse having such an intensity that the optical fiber causes a self-frequency shift effect, and the optical filter includes the optical fiber. Filtering a part of the spectrum of the light pulse output from the light source.
[0014]
A second feature of the present invention is applicable to WDM, and includes an optical pulse source, a branching unit that branches an optical pulse from the optical pulse source into a plurality of branch components, and at least two of the branching components. Wavelength conversion means for converting the wavelength of the branch component, and a wavelength conversion means for converting the light pulse of at least two of the branch components, a modulation means for modulating, and a merging means for merging the modulated branch components, The wavelength converter is a wavelength converter using a self-frequency shift effect using an optical nonlinear medium exhibiting an optical nonlinear phenomenon.
[0015]
A third aspect of the present invention is applicable to OTDM, and includes an optical pulse source, wavelength conversion means for converting the wavelength of an optical pulse from the optical pulse source, and the wavelength-converted optical pulse. A branching unit that branches the plurality of branching components, a modulation unit that modulates at least two of the branching components, and a merging unit that merges the modulated branching components, and the wavelength conversion unit includes: The wavelength conversion means uses a self-frequency shift effect of an optical nonlinear medium exhibiting an optical nonlinear phenomenon.
[0016]
A fourth feature of the present invention is applicable to OTDM-WDM, and includes an optical pulse source, a first branching unit that branches an optical pulse from the optical pulse source into a plurality of branch components, Wavelength converting means for converting the wavelength of at least two of the branch components, second branch means for further splitting the wavelength-converted light into at least two branch components, and each of the branch components by the second branch means. Modulation changing means for modulating, second merging means for merging the modulated branch components again, and first merging means for merging the optical pulse merged by the second merging means with another wavelength branch component. Wherein the wavelength conversion means is a wavelength conversion means using a self-frequency shift effect of an optical nonlinear medium exhibiting an optical nonlinear phenomenon.
[0017]
A fifth feature of the present invention is that an optical pulse source, a branching unit that branches an optical pulse from the optical pulse source into a plurality of branching components, and a modulation unit that modulates at least two of the branching components, respectively. A wavelength converting means for converting the wavelength of the modulated light pulse, and a merging means for merging the modulated and wavelength-converted branch components, wherein the wavelength converting means is a light exhibiting an optical nonlinear phenomenon. The wavelength conversion means uses a self-frequency shift effect using a nonlinear medium.
[0018]
A sixth feature of the present invention is that first wavelength conversion means for converting the wavelength of the light pulse from the light pulse light source, and the light pulse whose wavelength has been converted by the wavelength conversion means is incident on an optical nonlinear material. And a second wavelength converting means for generating a second harmonic. The first wavelength converting means is a wavelength converting means made of an optical nonlinear medium which induces an optical nonlinear phenomenon. .
[0019]
A seventh feature of the present invention is that a branching unit that branches an optical pulse from an optical pulse light source into a plurality of branching components, and a first wavelength converting unit that converts the wavelength of the optical pulse that is one of the branching components And a multiplexing means for multiplexing with an optical pulse which is another branch component, and an optical pulse having a sum frequency or an optical pulse having a difference frequency between the wavelength-converted optical pulse and the wavelength-unconverted optical pulse. And a second wavelength converting means, wherein the first wavelength converting means uses an optical wavelength shifting means made of an optical nonlinear medium which induces an optical nonlinear phenomenon.
[0020]
An eighth feature of the present invention resides in that a branching means for branching an optical pulse from an optical pulse light source into a plurality of branching components, and a first wavelength converting means for converting the wavelength of the optical pulse which is one of the branching components. And a second wavelength converting means for converting the wavelength of the optical pulse, which is another one of the branch components, and a multiplexing means for multiplexing the output of the first wavelength converting means and the output of the second wavelength converting means. And third wavelength converting means for generating an optical pulse having a sum frequency or an optical pulse having a difference frequency between the output of the first wavelength converting means and the output of the second wavelength converting means, The first and second wavelength conversion means are wavelength conversion means using an optical wavelength shift means made of an optical nonlinear medium that induces an optical nonlinear phenomenon.
[0021]
A ninth feature of the present invention is that the wavelength conversion means is made of a photonic crystal fiber having nonlinear optical characteristics.
[0022]
A tenth feature of the present invention is that the photonic crystal fiber is a polarization maintaining type.
[0023]
An eleventh feature of the present invention is that the wavelength converter specifies the intensity of the incident light with respect to a predetermined wavelength of the incident light to the photonic crystal fiber, and determines the wavelength change amount. That is.
[0024]
A twelfth feature of the present invention is that the wavelength converter adjusts the amplitude of the incident light pulse with an amplifier or an attenuator and then causes the light pulse to be incident on the photonic crystal fiber. And means for adjusting the amplification degree of the amplifier or the attenuation degree of the attenuator so that negative feedback is obtained.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals will be used for the same device or a device having a similar function unless otherwise specified.
[0026]
First, the present invention is devised to repeatedly increase the frequency up to a region required for communication. As the means, a highly nonlinear photonic crystal fiber (PCF) having a narrow core (direct line 2 μm or less) doped with germanium to obtain high nonlinearity, a fiber with high anomalous dispersion, and a fiber with low loss are selected. The length of the optical fiber to send is increased.
[0027]
FIG. 1 shows a first embodiment. In FIG. 1, a pulse laser 2 such as a mode-locked laser and a fiber amplifier 3 are used as shown in FIG. 1A, or an optical pulse is inputted from outside as shown in FIG. 1B. , An optical pulse source 1 that supplies an optical pulse, a polarization adjuster 4, a wavelength converter 100 including an optical fiber 6 exhibiting a non-linear effect, and an optical filter 5 constitute a wavelength variable optical pulse generator. Here, as shown in FIG. 1B, when the polarization adjuster 4 is not used, the optical fiber 7 is a polarization-maintaining optical fiber. The optical fiber 6 causes a self-frequency shift effect due to the optical nonlinear phenomenon of the optical nonlinear medium. Such optical fibers are well known. For example, it is an optical fiber having anomalous dispersion, or a photonic crystal fiber (PCF: Photonic Crystal Fiber). Due to this self-frequency shift effect, the wavelength is converted to a longer wavelength. Generally, the spectrum of the output light of the optical fiber 6 is wider than that of the input light. The optical filter 5 removes input light from the spread spectrum due to the nonlinear effect of the optical fiber 6, and selects and outputs a spectrum having a desired width. As such means, a fiber Bragg grating (FBG) or a long wavelength transmission filter suitable for the input wavelength may be used. In the case where an FBG is used, if an optical isolator or a circulator is used before the FBG, reflected input light can be easily removed.
[0028]
With this configuration, wavelength conversion can be performed in a wide band, but the amount of wavelength shift depends on the output intensity of the optical pulse source 1 as described below. Therefore, it is desirable to use one having a stable output intensity. Further, as described below, the reason for using the polarization adjuster 4 is that the wavelength shift amount is sensitive to the state of polarization. For this reason, although it operates without using a polarization adjuster on the input side of the PCF, it is desirable to install a polarization adjuster for stable operation.
[0029]
For example, a case where a mode-locked fiber laser that generates an optical pulse train having a wavelength of 1.56 μm, a repetition frequency of 10 GHz, and a width of 1.3 ps is used as a light source, amplified by an optical fiber amplifier having an output of 2 W, input to a PCF, and the output is observed. This will be described below. The nonlinear count in this experimental system is 62 W -1 km -1 , (About 30 times the nonlinearity of a normal dispersion-shifted fiber), at a wavelength of 1.55 μm, the internal loss is 40 dB / km, and the chromatic dispersion is 119 ps / nm / km, a PCF equivalent to that described in Non-Patent Document 5. Was used. The length of the optical fiber used was 12 m, and the loss was 0.51 dB, which was a relatively low value.
[0030]
FIG. 11A shows an output light pulse spectrum of a 10 GHz repetition fiber laser, and FIG. 11B shows an output spectrum of a PCF. It can be seen that the wavelength of the light pulse has shifted. FIG. 12 shows the shape of the light pulse when the light centered at 1.61 μm is selected (however, the autocorrelation shape), and it can be seen that the light pulse is narrower than the input pulse.
[0031]
Further, as shown in FIG. 13, the output wavelength in the PCF shifts to the longer wavelength side as the input intensity from the light source increases. It can be seen that wavelength conversion in a wide band is possible, but the amount of wavelength shift is very sensitive to input power.
[0032]
FIG. 14 shows output waveforms depending on three states of the polarization adjuster when the input intensity to the PCF is kept constant. From this figure, it can be seen that the wavelength shift amount is very sensitive to the state of polarization.
[0033]
Even if adjustment is performed using a polarization adjuster, the polarization state changes in the PCF due to environmental temperature changes and local temperature fluctuations, so it is necessary to always adjust the polarization state of the input light. It is. In order to solve such a problem, it is desirable to use a polarization maintaining PCF for the optical fiber 6.
[0034]
Next, a second embodiment is shown in FIG. The configuration in FIG. 2A may be the same as the configuration in FIG. In this configuration, the optical pulse source 1 and the wavelength converter 100 constitute a variable wavelength optical pulse generator. Also here, the optical fiber 6 is an optical fiber having anomalous dispersion, and causes a self-frequency shift effect due to the optical nonlinear phenomenon of the optical nonlinear medium. A part of the optical pulse having the wavelength selected by the optical filter 5 is sent to the photodetection amplifier 8 by the splitter 10, converted into an electric signal, and fed back to the amplifier 3 by the feedback circuit 9. Will be returned to. By this feedback, for example, when the wavelength of the wavelength-converted light fluctuates from the determined wavelength to the shorter wavelength side, the amplification factor of the amplifier 3 is increased, and the wavelength is adjusted to the determined value. Although not shown in the figure, it is also possible to adjust the wavelength of the output light while adjusting the intensity of the input light using a variable optical attenuator instead of the amplifier. The wavelength converter 102 shown in FIG. 2B is an example including the optical amplifier 3 and the feedback circuit 9. The photodetector amplifier 8 is a circuit as shown in the block diagram of FIG. 16A, and has a transmission characteristic sandwiching a wavelength-converted waveform as shown in FIG. , 30b, the wavelength can be more effectively stabilized.
[0035]
Next, a third embodiment is shown in FIG. In this configuration, an optical pulse from the optical pulse source 1 is split by the splitter 14 into optical paths A and B. In the optical path A, the optical fiber 6 and the optical filter 5 exhibiting the non-linear effect constitute a wavelength variable optical pulse generator. Also here, the optical fiber 6 exhibiting the nonlinear effect causes a self-frequency shift effect due to the optical nonlinear phenomenon of the optical nonlinear medium. The optical pulse having the wavelength selected by the optical filter 5 is input to the multiplexer 12. An optical coupler, a wavelength multiplexing coupler, a lens, or the like can be used as the multiplexer. In the optical path B, the optical pulse is delayed by the low dispersion optical fiber 11. This is for the same timing as the light pulse traveling on the optical path A. If a delay device having a variable delay time is used as the optical fiber 11, the operation can be performed more accurately in a wide wavelength range. The optical pulses on the optical paths A and B are multiplexed by the multiplexer, and are incident on the nonlinear medium 13. The nonlinear medium 13 outputs an optical pulse including an optical pulse having a sum frequency and an optical pulse having a difference frequency. By selecting an optical pulse having a sum frequency from this output, it is possible to realize a wavelength-variable optical pulse generator capable of changing the frequency in the vicinity of approximately twice the frequency of the output of the pulse generator 1. Further, by selecting an optical pulse having a difference frequency, an optical pulse having a frequency corresponding to the change due to the self-frequency shift effect can be obtained. In general, a light pulse having a long wavelength can be easily obtained at the wavelength corresponding to the change.
[0036]
Next, a fourth embodiment is shown in FIG. The configuration in FIG. 4 may be the same as the configuration in FIG. 3 except for the use of an optical fiber of an optical nonlinear medium. In this configuration, the low dispersion optical fiber 11 and the optical fiber 6 exhibiting a nonlinear effect are used instead of the low dispersion optical fiber 11 of FIG. Also in this case, it is important that the optical fibers propagating in the optical paths A and B are multiplexed at the same timing. For example, the frequency shift of the optical path B can be made smaller than that of the optical path A by making the delay due to the optical fiber 6 exhibiting the nonlinear effect of the optical path B smaller than the delay of the optical path A. Naturally, the optical filter in optical path A and that in optical path B are matched to their respective frequency shifts and have different filtering characteristics. The advantage of this configuration is that the peak value is higher because the pulse width of both components to be non-linearly synthesized is narrower than that of the sum frequency or difference frequency in the third embodiment shown in FIG. Thus, wavelength conversion can be performed more efficiently.
[0037]
Next, a fifth embodiment is shown in FIG. The configuration of FIG. 5 is for generating modulated light pulses of different wavelengths. In this configuration, the optical pulse from the optical pulse source 1 is split by the splitter 14 into optical paths 1, 2,. In the optical path 1, the wavelength of the light pulse is converted by the wavelength converter 16 and modulated by the modulator 17. Here, any one of the wavelength converters in the first to fourth embodiments can be used as the wavelength converter 16. Further, as the modulator 17, an intensity modulator, a phase modulator, a frequency modulator, a polarization modulator, a simple optical shutter, or the like can be used. The optical pulses modulated in the optical paths 1, 2,..., N are multiplexed by the multiplexer 15 and output. The light pulses output here are separated as shown in FIG. 8A on the frequency axis, but overlap as shown in FIG. 8B on the time axis. From this figure, it can be seen that it can be used as wavelength division multiplexing (WDM).
[0038]
Next, a sixth embodiment is shown in FIG. The configuration of FIG. 6 is for generating modulated light pulses of different wavelengths at different timings. In this configuration, the optical pulse from the optical pulse source 1 is split by the splitter 14 into optical paths 1, 2,. In the optical path 1, the wavelength of the light pulse is converted by the wavelength converter 16 and modulated by the modulator group 18. Here, any one of the wavelength converters in the first to fourth embodiments can be used as the wavelength converter 16.
[0039]
Further, the configuration shown in FIG. 7 can be used as the modulator group 18. In this configuration, an optical pulse having a wavelength of λi is split by the splitter 24 into optical paths 1, 2,. In each of the branched optical paths, a delay time is given according to each of the optical paths, and is modulated by each of the modulators. Here, as the modulator 17, an intensity modulator, a phase modulator, a frequency modulator, a polarization modulator, a simple optical shutter, or the like can be used. The modulated optical pulses in each optical path are multiplexed by the multiplexer 25.
[0040]
The output of the multiplexer 25 is multiplexed and output by the multiplexer 15 of FIG. The light pulses output here are separated from each other as viewed in the frequency axis as shown in FIG. 8C, and are separated as shown in FIG. 8D from the time axis. From this figure, it can be seen that it can be used as optical time division-wavelength division multiplexing (OTDM-WDM).
[0041]
Next, a seventh embodiment is shown in FIG. The configuration of FIG. 9 is for generating wavelength-converted optical pulses at different timings. In this configuration, an optical pulse from the optical pulse source 1 is wavelength-converted by the wavelength converter 102, and is split by the splitter 14 into optical paths 1, 2,. In each of the branched optical paths, a delay time is given according to each of the optical paths, and is modulated by each of the modulators. Here, as the modulator 17, an intensity modulator, a phase modulator, a frequency modulator, a polarization modulator, a simple optical shutter, or the like can be used. The modulated optical pulses in each optical path are multiplexed by the multiplexer 15.
[0042]
Next, an eighth embodiment is shown in FIG. The configuration shown in FIG. 10 expands the variable wavelength range by generating harmonics of a wavelength-converted optical pulse. In this configuration, the wavelength of the light pulse from the light pulse source 1 is converted by the wavelength converter 100, and a harmonic is generated by the optical nonlinear material 20. The optical filter 21 selects an optical pulse having a desired frequency from the harmonics.
[0043]
Next, a ninth embodiment is shown in FIG. The configuration shown in FIG. 15 is a configuration in which the wavelength converter 16 and the modulator 17 of the fifth embodiment shown in FIG. 5 are replaced. When a modulator having no amplifying action is used for the modulator 17, the configuration of FIG. 5 has a higher intensity of the light pulse in the wavelength converter, and is more advantageous for wavelength conversion. Conversely, when a modulator having an amplifying action is used for the modulator 17, the configuration of FIG. 15 is more advantageous for wavelength conversion. In addition, in the case of a modulator having a small allowable value of the intensity of an optical pulse that can be input, the configuration of FIG. 5 is desirable. On the other hand, in the case of using a modulator having characteristics with large frequency dependence, the configuration of FIG. Is more desirable.
[0044]
As described above, the configuration based on the present invention can be used as a wavelength converter in a field that requires wavelength conversion of a high-speed data stream in a long wavelength band, for example, in an optical communication field. Further, it can be used as an optical pulse light source that is variable in wavelength over a wide band. In addition, it can be used as a tunable light source in a wavelength band that has not been easily obtained until now by using second harmonic generation of light, distributed feedback laser, light sum frequency generation, and the like.
[0045]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, the following effects can be obtained.
[0046]
An optical pulse source, a polarization adjuster for inputting an output optical pulse, an optical fiber for inputting an optical pulse therefrom and exhibiting a self-frequency shift effect, and inputting the optical pulse to remove input light. An optical filter is used to generate an optical pulse from the optical pulse source, the intensity of which causes an optical fiber to cause a self-frequency shift effect, and to filter out part of the spectrum of the generated optical pulse. It is now possible to convert the wavelength of an optical pulse to a high repetition frequency, which was not possible until now. At present, wavelength conversion of a repetitive optical pulse (10 GHz) which is 100 times or more that of the conventional one can be realized by using this means.
[0047]
Further, the present invention can be used as a wavelength converter in a field that requires wavelength conversion of a high-speed data stream in a long wavelength band, for example, in an optical communication field. Further, it can be used as an optical pulse light source that is variable in wavelength over a wide band. In addition, it can be used as a tunable light source in a wavelength band that has not been easily obtained until now by using second harmonic generation of light, distributed feedback laser, light sum frequency generation, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a fourth embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a fifth embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing a sixth embodiment.
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of a modulator group.
FIG. 8 is a schematic diagram showing output on a time axis and a frequency axis.
FIG. 9 is a block diagram showing a seventh embodiment.
FIG. 10 is a block diagram showing an eighth embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a wavelength shift by a PCF.
FIG. 12 is a diagram showing an autocorrelation shape of output light.
FIG. 13 is a diagram showing the input intensity dependency of the wavelength shift by the PCF.
FIG. 14 is a diagram showing an output waveform depending on a polarization state.
FIG. 15 is a block diagram showing a ninth embodiment.
FIG. 16 is a diagram illustrating the photodetector amplifier of FIG. 2;
[Explanation of symbols]
1 Optical pulse source
2 pulse laser
3 Amplifier
4 Polarization adjuster
5 Optical filter
6 Optical fiber showing nonlinear effect
7 Optical fiber
8 Photodetector amplifier
9 Feedback circuit
10 Switch
11 Low dispersion optical fiber
12 multiplexer
13 Nonlinear medium
14 Switch
15 multiplexer
16 wavelength converter
17 Modulator
18 Modulator group
19 Optical filter
20 Nonlinear materials
21 Optical Filter
24 switch
25 combiner
30a, 30b filter
31 Photodetector
32 differential amplifier
100, 101, 102, 103, 104 wavelength converter

Claims (12)

光パルス源と、
前記の光パルス源からの光パルスを入射する偏波調整器と、
前記の偏波調整器からの光パルスを入射し、光非線形媒質の光非線形現象である自己周波数シフト効果を示す光ファイバと、
上記の光ファイバからの光パルスを入力し、入力光を除去することができる光フィルタと、を、備え、
上記の光パルス源は、上記の光ファイバが自己周波数シフト効果を引き起こすほどの強度の光パルスを生成する構成と、
上記の光フィルタは、上記の光ファイバから出力された光パルスのスペクトルの一部の光を濾波する構成と、を、持つことを特徴とする波長可変の光パルス発生装置。
An optical pulse source;
A polarization adjuster that receives an optical pulse from the optical pulse source,
An optical fiber that receives an optical pulse from the polarization adjuster and exhibits a self-frequency shift effect, which is an optical nonlinear phenomenon of an optical nonlinear medium,
An optical filter capable of inputting an optical pulse from the optical fiber and removing the input light,
The optical pulse source is configured to generate an optical pulse having such an intensity that the optical fiber causes a self-frequency shift effect,
The above-mentioned optical filter has a configuration of filtering a part of light of the spectrum of the optical pulse outputted from the above-mentioned optical fiber.
光パルス源と、その光パルス源からの光パルスを複数の分岐成分に分岐する分岐手段と、
そのうちの少なくとも2つの分岐成分の波長を変換する波長変換手段と、
その少なくとも2つの分岐成分の光パルスを波長変換した後、変調する変調手段と、
その変調された分岐成分を合流させる合流手段と、を、備え、
前記の波長変換手段は、光非線形現象を示す光非線形媒質を用いた自己周波数シフト効果を用いた波長変換手段であることを特徴とする波長可変の光パルス発生装置。
An optical pulse source, and branching means for branching an optical pulse from the optical pulse source into a plurality of branch components,
Wavelength conversion means for converting the wavelength of at least two of the branch components;
Modulating means for modulating the wavelength of the optical pulse of at least two branch components, and modulating the light pulse;
Converging means for converging the modulated branch component,
A wavelength tunable optical pulse generator, wherein the wavelength converting means is a wavelength converting means using a self-frequency shift effect using an optical nonlinear medium exhibiting an optical nonlinear phenomenon.
光パルス源と、
その光パルス源からの光パルスの波長を変換する波長変換手段と、
その波長変換された光パルスを複数の分岐成分に分岐する分岐手段と、
その分岐成分の少なくとも2つを変調する変調手段と、
その変調された分岐成分を合流させる合流手段と、を、備え、
前記の波長変換手段は、光非線形現象を示す光非線形媒質の自己周波数シフト効果を用いた波長変換手段であることを特徴とする波長可変の光パルス発生装置。
An optical pulse source;
Wavelength conversion means for converting the wavelength of the light pulse from the light pulse source;
Branching means for branching the wavelength-converted optical pulse into a plurality of branch components;
Modulating means for modulating at least two of the branch components;
Converging means for converging the modulated branch component,
The wavelength converting means is a wavelength converting means using a self-frequency shift effect of an optical nonlinear medium exhibiting an optical nonlinear phenomenon.
光パルス源と、
その光パルス源からの光パルスを複数の分岐成分に分岐する第1の分岐手段と、
そのうちの少なくとも2つの分岐成分の波長を変換する波長変換手段と、波長変換した光をさらに、少なくとも2つの分岐成分に分岐する第2の分岐手段と、
第2の分岐手段による分岐成分のそれぞれを変調する変調換手段と、
その変調された分岐成分を再び合流させる第2の合流手段と、
第2の合流手段により合流された光パルスを、他の波長分岐成分と合流させる第1の合流手段と、を、備え、
前記の波長変換手段は、光非線形現象を示す光非線形媒質の自己周波数シフト効果を用いた波長変換手段であることを特徴とする波長可変の光パルス発生装置。
An optical pulse source;
First branching means for branching the light pulse from the light pulse source into a plurality of branch components;
Wavelength conversion means for converting the wavelength of at least two of the branch components, and second branch means for further splitting the wavelength-converted light into at least two branch components;
Modulation conversion means for modulating each of the branch components by the second branch means;
Second merging means for merging the modulated branch components again;
A first converging unit for converging the optical pulse merged by the second merging unit with another wavelength branch component;
The wavelength converting means is a wavelength converting means using a self-frequency shift effect of an optical nonlinear medium exhibiting an optical nonlinear phenomenon.
光パルス源と、その光パルス源からの光パルスを複数の分岐成分に分岐する分岐手段と、
そのうちの少なくとも2つの分岐成分をそれぞれ変調する変調手段と、
その変調された光パルスの波長を変換する波長変換手段と、
その変調され波長変換された分岐成分を合流させる合流手段と、を、備え、
前記の波長変換手段は、光非線形現象を示す光非線形媒質を用いた自己周波数シフト効果を用いた波長変換手段であることを特徴とする波長可変の光パルス発生装置。
An optical pulse source, and branching means for branching an optical pulse from the optical pulse source into a plurality of branch components,
Modulating means for modulating at least two of the branch components, respectively;
Wavelength conversion means for converting the wavelength of the modulated light pulse,
Merging means for merging the modulated and wavelength-converted branch components,
A wavelength tunable optical pulse generator, wherein the wavelength converting means is a wavelength converting means using a self-frequency shift effect using an optical nonlinear medium exhibiting an optical nonlinear phenomenon.
光パルス光源からの光パルスの波長を変換する第1の波長変換手段と、
この波長変換手段で波長変換された光パルスを光学的な非線形物質に入射して第2高調波を発生する第2の波長変換手段と、を、備え、
上記の第1の波長変換手段は、光非線形現象を誘起する光非線形媒質からなる波長変換手段であることを特徴とする波長可変の光パルス発生装置。
First wavelength conversion means for converting the wavelength of the light pulse from the light pulse light source;
A second wavelength converting means for generating a second harmonic by making the optical pulse wavelength-converted by the wavelength converting means incident on an optical nonlinear material;
The above-mentioned first wavelength conversion means is a wavelength conversion means comprising an optical non-linear medium which induces an optical non-linear phenomenon.
光パルス光源からの光パルスを複数の分岐成分に分岐する分岐手段と、
そのひとつの分岐成分である光パルスの波長を変換する第1の波長変換手段と、
他のひとつの分岐成分である光パルスと合波する合波手段と、
波長変換した光パルスと波長変換しない光パルスとの、和周波数をもつ光パルスあるいは差周波数をもつ光パルスを生成する第2の波長変換手段と、を、備え、
上記の第1の波長変換手段は光非線形現象を誘起する光非線形媒質からなる光波長シフト手段を用いることを特徴とする波長可変の光パルス発生装置。
Branching means for branching the light pulse from the light pulse light source into a plurality of branch components;
First wavelength conversion means for converting the wavelength of an optical pulse which is one of the branch components;
Multiplexing means for multiplexing with an optical pulse which is another branch component;
Second wavelength conversion means for generating an optical pulse having a sum frequency or an optical pulse having a difference frequency between the wavelength-converted optical pulse and the optical pulse not to be wavelength-converted,
The wavelength tunable optical pulse generator according to claim 1, wherein said first wavelength converting means uses an optical wavelength shifting means comprising an optical nonlinear medium for inducing an optical nonlinear phenomenon.
光パルス光源からの光パルスを複数の分岐成分に分岐する分岐手段と、
そのひとつの分岐成分である光パルスの波長を変換する第1の波長変換手段と、
他のひとつの分岐成分である光パルスの波長を変換する第2の波長変換手段と、
第1の波長変換手段の出力と第2の波長変換手段の出力とを合波する合波手段と、第1の波長変換手段の出力と第2の波長変換手段の出力との、和周波数をもつ光パルスあるいは差周波数をもつ光パルスを生成する第3の波長変換手段と、を、備え、
上記の第1と第2の波長変換手段は光非線形現象を誘起する光非線形媒質からなる光波長シフト手段を用いる波長変換手段であることを特徴とする波長可変の光パルス発生装置。
Branching means for branching the light pulse from the light pulse light source into a plurality of branch components;
First wavelength conversion means for converting the wavelength of an optical pulse which is one of the branch components;
Second wavelength conversion means for converting the wavelength of the light pulse which is another one of the branch components;
The sum frequency of the multiplexing means for multiplexing the output of the first wavelength conversion means and the output of the second wavelength conversion means, and the sum frequency of the output of the first wavelength conversion means and the output of the second wavelength conversion means A third wavelength conversion means for generating an optical pulse having an optical pulse or an optical pulse having a difference frequency.
The tunable optical pulse generator according to claim 1, wherein said first and second wavelength converting means are wavelength converting means using an optical wavelength shifting means comprising an optical nonlinear medium for inducing an optical nonlinear phenomenon.
上記の波長変換手段は非線形光学特性をもったフォトニック結晶ファイバからできていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の波長可変の光パルス発生装置。9. The tunable optical pulse generator according to claim 1, wherein said wavelength converting means is made of a photonic crystal fiber having nonlinear optical characteristics. 上記のフォトニック結晶ファイバは偏波保持型のものであることを特徴とする請求項9に記載の波長可変の光パルス発生装置。The wavelength tunable optical pulse generator according to claim 9, wherein the photonic crystal fiber is a polarization maintaining type. 上記の波長変換器は、フォトニック結晶ファイバへの入射光の予め決められた波長に対して、入射光の強度を指定してその波長変化量を決めることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の波長可変の光パルス発生装置。2. The method according to claim 1, wherein the wavelength converter specifies an intensity of the incident light and determines a wavelength change amount for a predetermined wavelength of the light incident on the photonic crystal fiber. 10. The wavelength-variable optical pulse generator according to any one of 10. 上記の波長変換器は、入射する光パルスの振幅を増幅器あるいは減衰器で調整した後フォトニック結晶ファイバに光パルスを入射させるものであり、波長変換後の波長情報を検出して、負帰還になるように増幅器の増幅度あるいは減衰器の減衰度を調整する手段を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の波長可変の光パルス発生装置。The above wavelength converter adjusts the amplitude of the incident light pulse with an amplifier or an attenuator, and then causes the light pulse to be incident on the photonic crystal fiber. 11. The tunable optical pulse generator according to claim 1, further comprising means for adjusting the degree of amplification of the amplifier or the degree of attenuation of the attenuator.
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