JP2006309215A - パルス光源およびパルス光源の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 パルス光源300Aは、繰り返し周波数が可変の光パルス列を発生するパルス発生器301と、光パルス発生器301から出力される光パルス列の各光パルスを光増幅する光ファイバ増幅器302と、光ファイバ増幅器302で光増幅された各光パルスを光ファイバの非線形効果を利用して圧縮する光パルス圧縮器303と、光ファイバ増幅器302の励起を制御する励起制御部304とを備える。光増幅された光パルスの平均パルスエネルギーが一定になるように、光ファイバ増幅器302の励起を制御する。
【選択図】 図1
Description
(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係るパルス光源300Aを示している。
ここで、Eoutは平均パルスエネルギーであり、Poutは平均パワーである。
が繰り返し周波数fが変わることで変わっても、光パルス圧縮器303における非線形効果を利用したパルス圧縮の効果が光パルス列の繰り返し周波数に依存しないで一定になる。したがって、入力する光パルス列400の繰り返し周波数を変えても、出力パルス特性(パルスエネルギーとパルス幅)が一定の超短パルスを発生することができ、利便性の向上を図ることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るパルス光源300Bを図7に基いて説明する。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係るパルス光源300Cを図8に基いて説明する。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係るパルス光源300Dを図9に基いて説明する。
(第5実施形態)
図10は、本発明の第5の実施形態による超短パルス光源を用いたシステムの構成を概略的に示すブロック図である。図10において、要素番号1は電気パルス列を出力する電気パルス源または電子装置であり、要素番号2は、要素1からの電気パルス列を受信して、対応する光パルスを出力するパルス光源であり、要素番号3は、パルス光源2からの光パルスを受信し、パルス幅を圧縮する光パルス圧縮装置である。パルス光源2と光パルス圧縮装置3とを一体に形成し、全体として超短パルス光源4としてもよい。また、電気パルス源または電子装置1が専ら超短パルス発生のための電気パルスを出力する回路であり、超短パルス光源4に統合した形で形成された場合、図10全体を超短パルス光源と見なすべきである。
エルビウム添加ファイバ(erbium-doped fiber:EDF)32を用いた光増幅器30、および光増幅器30(または、EDF32)の出力と光ファイバを介して直列に接続された櫛形分散配置ファイバ(comb-like dispersion profiled fiber:CDPF)34から構成される。このEDF32とCDPF34との組み合わせにより、パルス光源2からの光パルスは、当業者には周知のごとく、EDF32により増幅され、CDPF34により非線形効果と分散補償を繰り返し受けることにより、パルス幅が圧縮される。EDF32としては、例えば、正常分散EDF(ND(normal dispersion)‐EDF)を使用することができる。
、平均出力パワー測定器54、およびコントローラ60からなる閉ループにより帰還制御を行う。この場合、平均出力パワー測定器54から受信した平均出力パワーEaを繰り返し周波数fで割った商(即ち、光パルス当たりのエネルギー)Eをパルスエネルギーとして求め、このパルスエネルギーEに基づいて帰還制御を行う。
<第5実施形態の変形例>
第5実施形態では、繰り返し周波数fの情報を電気パルス源または電子装置1から得ていたが、外部から繰り返し周波数fを取得する別の形態も考えられる。
(第6実施形態)
以上述べた第5の実施形態およびその変形例では、超短パルス光源4の光パルス圧縮装置3の光増幅器30の増幅制御部40のコントローラ60が繰り返し周波数fを外部から受信していたが、増幅制御部40の内部で繰り返し周波数fを得ることが可能である。図18は、本発明の第6の実施形態により繰り返し周波数fを演算により求める光パルス圧縮装置の構成を示すブロック図である。図18の増幅制御部40aは、平均出力パワー測定器54で得た光電変換信号Seの出力をコントローラ60aに伝える導線200を備え、不揮発性メモリ64aのプログラム64aが繰り返し周波数f算出ルーチン202を備えたことを除けば、図10の増幅制御部40と同一である。この相違にともない、図18では、光パルス圧縮装置を3から3aに、光増幅器を30から30aに変更してある。繰り返し周波数f算出ルーチン202は、当御者には周知のように、EDF32の出力光パルスに対応する光電変換信号Seを高速フーリエ変換(first Fourier transform:FFT)することにより、光パルスの繰り返し周波数fを求める。
<第6実施形態の変形例>
しかし、繰り返し周波数fが急激に変化し、その変化に充分追随して出力光パルスのパルスエネルギーを一定に保つには、ソフトウェア演算で繰り返し周波数fを算出したのでは間に合わない場合もある。そのよう場合、繰り返し周波数の算出をソフトウェアではなく、ハードウェアで行うことが好ましい。この場合、には、f演算ルーチン202を設ける代わりに、繰り返し周波数算出処理の一部(例えば、FFT演算)または全部をFFT演算部(図示せず)または繰り返し周波数演算部(図示せず)として導線200に挿入すればよい。
(第7実施形態)
以上述べた、第5及び第6実施形態とそれらの変形例では、光パルス圧縮装置3は光増幅器30を1しか備えていない。しかし、光パルス圧縮装置は、複数の光増幅器を用いて種々の形態で実現可能である。
なお、この発明は、以下のように変更して具体化することもできる。
Claims (9)
- 繰り返し周波数が可変の光パルス列を発生する光パルス発生手段と、
前記光パルス列の各光パルスを光増幅する光増幅手段と、
前記光増幅手段で光増幅された前記各光パルスを光ファイバの非線形効果を利用して圧縮する光パルス圧縮手段と、
前記光増幅手段の励起を制御する励起制御手段と、を備え、
前記励起制御手段は、前記光増幅手段により光増幅された前記光パルスの平均パルスエネルギーが一定になるように、前記光増幅手段の励起を制御することを特徴とするパルス光源。 - 前記励起制御手段は、前記光増幅手段を励起する半導体レーザと、前記光増幅手段による光増幅後における前記光パルスの平均パワーを検出する光パワー検出手段と、前記半導体レーザを制御する制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、前記光増幅手段に入力される前記光パルスの繰り返し周波数を取得し、該取得した繰り返し周波数に応じた前記半導体レーザの電流制御初期値を設定するとともに、前記光パワー検出手段で検出した前記平均パワーを前記繰り返し周波数で割った値である平均パルスエネルギーが一定になるように前記半導体レーザを制御することを特徴とする請求項1に記載のパルス光源。 - 前記光パルス圧縮手段は、高非線形ファイバと単一モードファイバのペアを多段に接続してなるファイバ圧縮器を備え、該ファイバ圧縮器により、前記光増幅手段で光増幅された前記光パルスを圧縮することを特徴とする請求項1又は2に記載のパルス光源。
- 前記光パルス発生手段は、繰り返し周波数が可変の光パルス列を前記光増幅器へ出力する機能と、前記繰り返し周波数を表すデジタル信号を前記制御ユニットへ出力する機能とを有する光パルス発生器であることを特徴とする請求項2又は3に記載のパルス光源。
- 前記パルス発生手段は、分布帰還型半導体レーザと、電気パルスを出力して前記分布帰還型半導体レーザを利得スイッチ駆動する電気パルス発生器とを備え、
前記電気パルス発生器は繰り返し周波数が可変の電気パルスを発生する機能を有し、
前記分布帰還型半導体レーザは、前記電気パルス発生器から出力される電気パルスの注入により、利得スイッチ発振を起こして繰り返し周波数が可変の光パルスを発生し、
前記電気パルス発生器は、前記光パルスの繰り返し周波数を表すデジタル値を直接、前記制御ユニットへ出力するようになっていることを特徴とする請求項2又は3に記載のパルス光源。 - 前記光パルス発生手段は繰り返し周波数が可変の光パルス列を前記光増幅器へ出力する機能を有する光パルス発生器であり、
前記励起制御手段は、前記光パルス発生手段から出力される前記光パルス列の各光パルスを受光する光パルス検出手段をさらに含み、
前記制御ユニットは、前記光パルス検出手段で受光した各光パルスの時間データを高速フーリエ変換して前記光パルス列の繰り返し周波数を求めることを特徴とする請求項2又は3に記載のパルス光源。 - 前記光パルス発生手段は、前記分布帰還型半導体レーザが利得スイッチ駆動されて該半導体レーザから出力される光パルスのチャープ補償をする分散補償ファイバをさらに含み、
前記光パルス圧縮手段は、前記光増幅手段としての正常分散光増幅器と、前記正常分散光増幅器の出力側に接続された前記ファイバ圧縮器と、前記ファイバ圧縮器の出力側に接続された正常分散光増幅器および単一モードファイバとを含むことを特徴とする請求項5に記載のパルス光源。 - 繰り返し周波数が可変の光パルス列を発生し、前記光パルス列の各光パルスを光増幅手段により光増幅し、光増幅された前記各光パルスを光ファイバの非線形効果を利用してパルス圧縮して超短パルスを発生するパルス光源の制御方法であって、
光増幅された前記光パルス列の平均パルスエネルギーが一定になるように、前記光増幅手段の励起を制御することを特徴とするパルス光源の制御方法。 - 前記光増幅手段に入力される前記光パルス列の繰り返し周波数を取得するステップと、
前記光増幅手段へ励起光を出力する半導体レーザの電流制御初期値を、取得した前記繰り返し周波数に応じて設定するステップと、
前記光増幅手段の出力側で前記光パルスの平均パワーを検出するステップと、
前記平均パワーを前記繰り返し周波数で割った値である平均パルスエネルギーが一定になるように前記半導体レーザを制御するステップと、を備えることを特徴とする請求項8に記載のパルス光源の制御方法。
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