JP2005037719A - 光短パルス発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単かつ安価に光短パルスを発生することが可能な光短パルス発生装置を提供すること。
【解決手段】 ＣＷ光発生部１０１から出力されたＣＷ光は、強度変調部１０２において周期電気信号で強度変調されることにより光パルス列となる。すなわち、強度変調によって、き線スペクトルが有限のスペクトル幅を持つこととなる。ここで、位相変調部１０３において、光パルスの強度変化に対応するように周期電気信号を印加して位相変調を与える。以上により光スペクトルがチャープを持つと同時にスペクトル幅が拡大されるが、まだチャープを持っているため、そのチャープ符号と逆の符号のチャープを付与するチャープ補償部１０４により光パルス幅を圧縮する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光短パルス発生装置に関し、より具体的には１パルスの含まれるタイムスロットに対するパルス幅の比の低い短パルスを発生する光短パルス発生装置に関する。

従来、光短パルスを発生させる短パルス光源としては、ＣＷ光（連続発信レーザ光）を強度変調した光パルス列を非線形光学効果によりスペクトル拡大した後、チャープ補償などによりパルス圧縮する技術を用いたもの（第１の背景技術、例えば特許文献１）、モード同期技術を用いた半導体レーザやファイバリングレーザ（第２の背景技術、例えば特許文献２、３）などがあった。

また、スーパーコンティニアムを用いたスペクトル拡大による短パルス生成法（第３の従来例、例えば特許文献４）もある。

特開平９−１７９１４８号公報 特開平８−１３９４１５号公報 特開平９−１３９５３６号公報 特開平８−２９８１４号公報

しかしながら、ＣＷ光を強度変調した光パルス列を非線形光学効果によりスペクトル拡大した後にチャープ補償などによりパルス圧縮する技術を用いた光源は、非線形光学効果を用いているため、非線形定数の大きな媒質を用意する必要があり、なおかつ、強度の大きな光を用いるために、高出力の光増幅器が必要である。それら非線形媒質や高出力の光増幅器は高価であるうえ、特殊であるために入手が容易ではないという問題がある。

また、モード同期技術を用いた半導体レーザやファイバリングレーザは、波長や繰り返し周波数が固定であるものがほとんどで、可変であっても、可変幅が非常に限られる上に装置規模が増大し、ファイバリングレーザは現在においても高価であるという問題がある。

さらに、スーパーコンティニアムに用いる非線形媒質も高価であり、高出力増幅器を備える必要があるという問題がある。

本発明はこのような問題を鑑みてなされたもので、スペクトル拡大に位相変調手段という簡易な構成を用いることで、簡単かつ安価な短パルス光源を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明の光短パルス発生装置は、連続発信レーザを発生させるＣＷ光発生手段と、ＣＷ光発生手段により発生した連続発信レーザに強度変調を付加して光パルス列を得る強度変調手段と、強度変調手段により得られた光パルス列をスペクトル拡大するスペクトル拡大手段と、スペクトル拡大された光パルス列に所定のチャープを付与することによりパルス圧縮して短パルスを生成するチャープ付与手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光短パルス発生装置において、強度変調手段は、所定の周期電気信号を発生する第１の周期電気信号発生手段を含み、第１の周期電気信号発生手段により発生した所定の周期電気信号によって強度変調を付加し、スペクトル拡大手段は、所定の周期電気信号を発生する第２の周期電気信号発生手段を含み、第２の周期電気信号発生手段により発生した所定の周期電気信号によって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光短パルス発生装置において、第１の周期電気信号発生手段と第２の周期電気信号発生手段とは、同一の周期電気信号を発生させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の光短パルス発生装置において、スペクトル拡大手段は、所定の周期電気信号をシフトさせて、付加される位相変調のタイミングを調整する第２の位相シフタをさらに含むことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２、３または４に記載の光短パルス発生装置において、強度変調手段は、前記所定の周期電気信号をシフトさせて、前記付加される強度変調のタイミングを調整する第１の位相シフタをさらに含むことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項２ないし５のいずれかに記載の光短パルス発生装置において、スペクトル拡大手段は、光パルス列の最大強度の近傍において所定の周期電気信号の強度が最大または最小となるようにタイミングを調整し、光パルス列の１タイムスロットの前半と後半で逆の周波数シフトを引き起こすことによって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項２ないし６のいずれかに記載の光短パルス発生装置において、チャープ付与手段において付与される所定のチャープは、スペクトル拡大手段によりスペクトル拡大された光パルス列と逆のチャープ符号を有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項２ないし７のいずれかに記載の光短パルス発生装置において、強度変調手段は、電解吸収型光変調器またはＬｉＮｂＯ_３光強度変調器であることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項２ないし８のいずれかに記載の光短パルス発生装置において、スペクトル拡大手段は、ＬｉＮｂＯ_３光位相変調器であることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項２ないし９のいずれかに記載の光短パルス発生装置において、チャープ付与手段は、分散付与媒質であることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項２ないし１０のいずれかに記載の光短パルス発生装置において、スペクトル拡大手段は、スペクトル拡大された光パルス列のスペクトルを整形する光バンドパスフィルタをさらに含むことを特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、連続発信レーザを発生させるＣＷ光発生手段と、ＣＷ光発生手段により発生した連続発信レーザに強度変調を付加して光パルス列を得る強度変調手段と、強度変調手段により得られた光パルス列をスペクトル拡大するスペクトル拡大手段と、スペクトル拡大された光パルス列に所定のチャープを付与することによりパルス圧縮して短パルスを生成するチャープ付与手段とを備えているので、簡単かつ安価に光短パルスを発生することが可能な光短パルス発生装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態を示すブロック図および光信号の様子を示す図である。光周波数と時間の関係を表すグラフを上段に、光強度と時間の関係を表すグラフを中段に示している。本実施形態では、強度変調部１０２に印加される周期電気信号とスペクトル拡大を行う位相変調部１０３に印加される周期電気信号が、共通のクロック発生部から出力されている。

ＣＷ光発生部１０１から出力されたＣＷ光は、強度変調部１０２において周期電気信号で強度変調されることにより光パルス列となる。すなわち、強度変調によって、き線スペクトルが有限のスペクトル幅を持つこととなる。ここで、位相変調部１０３において、光パルスの強度変化に対応するように周期電気信号を印加して位相変調を与える。位相変化は光周波数シフトを引き起こすため、光パルス列のスペクトル形状が変化する。ここで、光スペクトルの成分のうち、光パルスの前半と後半とで逆の光周波数シフトを引き起こすように位相変調を印加することによって、光スペクトルがチャープを持つと同時にスペクトル幅が拡大される。

本実施形態では、光パルスの前半（時間軸の小さい方）に負の周波数シフト、後半（時間軸の大きい方）に正の周波数シフトを引き起こすような位相変調を印加しているが、周波数シフトの符号が逆の他の実施携帯とすることもできる。

また、本実施形態では、光パルスの強度ピークと位相変調に用いている周期電気信号のピーク（周波数シフトの符号が変わる時間位置）とが一致するが、本発明を達成するためには必ずしも一致する必要はなく、本発明にそって光スペクトル幅が拡大されてチャープを持つように変化するようなタイミングであればよい。

周期電気信号によって位相変調を付加するタイミングは位相シフタ１０６で調整されるが、本実施形態では位相シフタ１０６が位相変調部１０３とクロック発生部１０５との間に配置されている。

以上のように、生成された光パルス列は位相変調部１０３によってスペクトル拡大されるが、まだチャープを持っているため、そのチャープ符号と逆の符号のチャープを付与するチャープ補償部１０４により光パルス幅を圧縮する。ここで、ＣＷ光発生部１０１には、半導体レーザ光源などを用いることができるので、ＣＷ出力であれば波長可変のものは比較的簡単に入手することが可能であり、本発明の目的にも適合する。

また、強度変調部１０２には電界吸収型光変調器や、ＬｉＮｂＯ_３光強度変調器などを用いることができる。さらに、半導体レーザと電界吸収型光変調器を集積化した光源を用いて、合わせてＣＷ光発生部１０１および強度変調部１０２とすることもできる。

クロック発生部１０５は、周期電気信号を発生するシンセサイザや電気パルス発生器などを用いることができる。周期電気信号としては、本実施例では正弦波の例を示したが、これに限られない。例えば、位相変調部におけるスペクトル拡大とチャープ付与においてもっとも望ましい周期電気信号は２次曲線パルスであるが、光パルスに重なる部分が２次曲線に近似できればよく、正弦波のほかに、三角波、ガウシアン、Raised-cosine 、hyperbolic-secant などの曲線のパルス列である周期電気信号を用いることもできる。

位相変調部１０３には、ＬｉＮｂＯ_３光位相変調器などを用いることができる。また、チャープ補償部には光ファイバやチャープファイバグレーティングなどを用いることができ、その他、波長分散補償に用いられる種々のデバイスを使用することもできる。

図２は、本発明の実施形態における光短パルス発生を数値計算シミュレーションで検討した結果である。グラフは左から、電界吸収型光変調器後の波形（パルス幅８ｐｓ）、スペクトル、位相変調器後のスペクトル、チャープ補償後のパルス幅（約１．８ｐｓ）である。位相変調器に印加した周期電気信号は４０ＧＨｚの正弦波で、位相変調度は（８／３）π（ｒａｄ）である。チャープ補償部には２次分散量３ｐｓ／ｎｍの光ファイバを用いた場合の計算結果である。

本発明の原理を説明するためのブロック図および光信号の様子を示すグラフである。 本発明の実施形態における光短パルス発生を数値計算シミュレーションで検討した結果得られたグラフを示す図である。

符号の説明

１０１ ＣＷ光発生部
１０２ 強度変調部
１０３ 位相変調部
１０４ チャープ補償部
１０５ クロック発生部
１０６ 位相シフタ

Claims (11)

1. 連続発信レーザを発生させるＣＷ光発生手段と、
   該ＣＷ光発生手段により発生した連続発信レーザに強度変調を付加して光パルス列を得る強度変調手段と、
   該強度変調手段により得られた光パルス列をスペクトル拡大するスペクトル拡大手段と、
   当該スペクトル拡大された光パルス列に所定のチャープを付与することによりパルス圧縮して短パルスを生成するチャープ付与手段と
   を備えたことを特徴とする光短パルス発生装置。
2. 前記強度変調手段は、所定の周期電気信号を発生する第１の周期電気信号発生手段を含み、該第１の周期電気信号発生手段により発生した所定の周期電気信号によって強度変調を付加し、
   前記スペクトル拡大手段は、所定の周期電気信号を発生する第２の周期電気信号発生手段を含み、該第２の周期電気信号発生手段により発生した所定の周期電気信号によって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする請求項１に記載の光短パルス発生装置。
3. 前記第１の周期電気信号発生手段と前記第２の周期電気信号発生手段とは、同一の周期電気信号を発生させることを特徴とする請求項２に記載の光短パルス発生装置。
4. 前記スペクトル拡大手段は、前記所定の周期電気信号をシフトさせて、前記付加される位相変調のタイミングを調整する第２の位相シフタをさらに含むことを特徴とする請求項２または３に記載の光短パルス発生装置。
5. 前記強度変調手段は、前記所定の周期電気信号をシフトさせて、前記付加される強度変調のタイミングを調整する第１の位相シフタをさらに含むことを特徴とする請求項２、３または４に記載の光短パルス発生装置。
6. 前記スペクトル拡大手段は、前記光パルス列の最大強度の近傍において前記所定の周期電気信号の強度が最大または最小となるようにタイミングを調整し、該光パルス列の１タイムスロットの前半と後半で逆の周波数シフトを引き起こすことによって位相変調を付加することによりスペクトル拡大することを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の光短パルス発生装置。
7. 前記チャープ付与手段において付与される所定のチャープは、前記スペクトル拡大手段によりスペクトル拡大された光パルス列と逆のチャープ符号を有することを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の光短パルス発生装置。
8. 前記強度変調手段は、電解吸収型光変調器またはＬｉＮｂＯ_３光強度変調器であることを特徴とする請求項２ないし７のいずれかに記載の光短パルス発生装置。
9. 前記スペクトル拡大手段は、ＬｉＮｂＯ_３光位相変調器であることを特徴とする請求項２ないし８のいずれかに記載の光短パルス発生装置。
10. 前記チャープ付与手段は、分散付与媒質であることを特徴とする請求項２ないし９のいずれかに記載の光短パルス発生装置。
11. 前記スペクトル拡大手段は、前記スペクトル拡大された光パルス列のスペクトルを整形する光バンドパスフィルタをさらに含むことを特徴とする請求項２ないし１０のいずれかに記載の光短パルス発生装置。
    

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