JP2010054522A - Method for changing optical spectrum, and apparatus for generating light with changed spectrum - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は正常分散を有する非線形光ファイバを用いて入射光からスペクトルが変化した光(以下、スペクトル変化光ということがある。)を発生させる方法およびスペクトル変化光発生装置に関し、特にCバンドのスペクトル変化光の発生をコンパクトかつ高効率で行うのに好適である。 The present invention relates to a method and a spectrum change light generating apparatus for generating light having a spectrum changed from incident light (hereinafter sometimes referred to as spectrum change light) using a nonlinear optical fiber having normal dispersion, and in particular, a C band spectrum. It is suitable for generating change light in a compact and highly efficient manner.
非線形性を有する媒質に強い光を入射すると、自己位相変調効果により新たな周波数成分が生じ白色光が生成される。特に光ファイバでは強い光閉じ込めと長い作用長により顕著な白色光発生が報告されている(非特許文献1参照)。
しかし、通常の石英系光ファイバを用いた白色光発生では複数の非線形効果が重なって現れるため、生成されるスペクトルが断続的で複雑であり実用的でない。この問題を解決するべく、任意の波長を効率よく切り出し平滑なスペクトルを生成するように光ファイバの長手方向に分散を制御し、かつ、入射パルス内に分散に応じた周波数シフトを付与した光源を用いる方法が提案されている(特許文献1参照)。
When strong light is incident on a non-linear medium, a new frequency component is generated due to the self-phase modulation effect, and white light is generated. In particular, in an optical fiber, significant white light generation has been reported due to strong light confinement and a long action length (see Non-Patent Document 1).
However, in the generation of white light using a normal silica-based optical fiber, a plurality of nonlinear effects appear to overlap, so that the generated spectrum is intermittent and complicated, which is not practical. In order to solve this problem, a light source that controls the dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber so as to efficiently cut out an arbitrary wavelength and generate a smooth spectrum, and gives a frequency shift in accordance with the dispersion in the incident pulse. A method to be used has been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら、光ファイバの長手方向に分散を制御したファイバは作製方法が一般的でなく、非線形ファイバの分散の値も不安定である。また、フェムト秒からピコ秒程度の光パルス内に周波数シフトを付与する技術は、超高速分光の基礎研究に使われる手段であり、同様に一般的でない。また、広く用いられる石英系非線形ファイバは光非線形性が小さく充分な非線形効果を得るためには著しく長尺なファイバを用いる必要がある、またはモジュールとしてのコンパクトさを損ない、温度、振動などの外部擾乱に弱いという問題がある。 However, a fiber whose dispersion is controlled in the longitudinal direction of the optical fiber is not generally manufactured, and the dispersion value of the nonlinear fiber is also unstable. In addition, a technique for imparting a frequency shift in an optical pulse of about femtoseconds to picoseconds is a method used for basic research of ultrafast spectroscopy, and is not common as well. In addition, widely used silica-based nonlinear fibers have small optical nonlinearity, and it is necessary to use extremely long fibers in order to obtain a sufficient nonlinear effect. There is a problem of being vulnerable to disturbance.
一方で、Bi2O3や鉛含有石英ガラスなど高非線形性を有する材料により作られたファイバは群速度分散が大きく、広帯域な光非線形性を得ることが困難であった。近年、光通信技術の発達を受け、1530〜1565nmのCバンドにおける光技術は成熟度を増している。しかし、上述のようにCバンド内に効率よくエネルギー変換可能な広帯域超短パルス光源を従来の非線形光ファイバと汎用の技術を用いて得ることは困難である。
以上で述べた白色光はいずれもスペクトル変化光であるが、本発明はこのような問題を解決できる光スペクトル変化方法およびスペクトル変化光発生装置の提供を目的とする。
On the other hand, a fiber made of a material having high nonlinearity such as Bi 2 O 3 or lead-containing quartz glass has a large group velocity dispersion, and it has been difficult to obtain a broadband optical nonlinearity. In recent years, with the development of optical communication technology, the optical technology in the C band of 1530 to 1565 nm has increased in maturity. However, as described above, it is difficult to obtain a broadband ultrashort pulse light source capable of efficiently converting energy within the C band using a conventional nonlinear optical fiber and general-purpose technology.
All of the white light described above is spectrum change light, but the present invention aims to provide an optical spectrum change method and a spectrum change light generator capable of solving such problems.
本発明は、光パルスを非線形光ファイバの一端に入射して他の一端からスペクトルが変化した光を発生させる方法であって、非線形光ファイバがBi2O3を40モル%以上含有するガラスからなり、その群速度分散が−10ps/nm/km以下である光スペクトル変化方法を提供する。
また、非線形光ファイバの一端に光パルスを入射して他の一端からスペクトルが変化した光を発生させる装置であって、その光ファイバがBi2O3を40モル%以上含有するガラスからなり、群速度分散が−10ps/nm/km以下であるスペクトル変化光発生装置を提供する。
The present invention provides a method for generating light incident optical pulse to one end of the nonlinear optical fiber spectrum from the other end has changed, from glass nonlinear optical fiber contains Bi 2 O 3 more than 40 mol% And providing a method of changing an optical spectrum whose group velocity dispersion is -10 ps / nm / km or less.
Further, it is an apparatus for generating light having a spectrum changed from the other end by entering a light pulse at one end of the nonlinear optical fiber, and the optical fiber is made of glass containing 40 mol% or more of Bi 2 O 3 , Provided is a spectrally changing light generator having a group velocity dispersion of -10 ps / nm / km or less.
汎用のフェムト秒レーザーを光源とした簡便な構成と、従来の非線形光ファイバに比して高い非線形性と小さな群速度分散を両立した高非線形光ファイバにより、安定動作可能な効率の良い平坦なスペクトルを有する赤外白色フェムト秒パルス光を得ることが可能になる。 Efficient flat spectrum that can operate stably with a simple configuration using a general-purpose femtosecond laser as a light source and a highly nonlinear optical fiber that combines high nonlinearity and small group velocity dispersion compared to conventional nonlinear optical fibers. It is possible to obtain infrared white femtosecond pulsed light having
図1は本発明を説明するためのブロック図である。なお、本発明は図1に限定されない。
図1のスペクトル変化光発生装置においてはフェムト秒パルスレーザー、エルビウム添加ファイバ増幅装置(EDFA)および非線形光ファイバが順次接続されている。
フェムト秒パルスレーザーは汎用のものでよく、そこから発せられる光パルスの中心波長は1550nm〜1560nm、パルス幅は100fs〜1ps、ピークパワーは10W〜1000Wがそれぞれ典型的である。
前記光パルスは伝送路途中での非線形効果発生を抑止するために通常はアッテネータ(図示せず)によって減衰された後伝送される。
FIG. 1 is a block diagram for explaining the present invention. Note that the present invention is not limited to FIG.
In the spectrum change light generator of FIG. 1, a femtosecond pulse laser, an erbium-doped fiber amplifier (EDFA), and a nonlinear optical fiber are sequentially connected.
The femtosecond pulse laser may be of a general purpose, and the center wavelength of an optical pulse emitted therefrom is typically 1550 nm to 1560 nm, the pulse width is 100 fs to 1 ps, and the peak power is typically 10 W to 1000 W.
The optical pulse is normally transmitted after being attenuated by an attenuator (not shown) in order to suppress the generation of nonlinear effects in the transmission path.
光パルスは、図示しない励起光光源から発せられた波長980nmの励起光とカプラ(図示せず)により合波され、EDFAに入射する。
非線形光ファイバに入射する光パルスの正味の平均パワーは10mW〜10W程度である。10W超では伝送中の非線形効果または音響フォノンによる誘導散乱効果により、パルス品質が低下し、スペクトル形状が崩れるおそれがある。非線形光ファイバに入射する光パルスのピークパワーはEDFAへの励起光入力値を変化させて調整できる。
The optical pulse is combined by pump light having a wavelength of 980 nm emitted from a pump light source (not shown) and a coupler (not shown), and enters the EDFA.
The net average power of the light pulse incident on the nonlinear optical fiber is about 10 mW to 10 W. If it exceeds 10 W, the pulse quality may be degraded and the spectrum shape may be destroyed due to nonlinear effects during transmission or stimulated scattering effects due to acoustic phonons. The peak power of the light pulse incident on the nonlinear optical fiber can be adjusted by changing the pumping light input value to the EDFA.
EDFAによって増幅された光パルスは非線形光ファイバに入射し、スペクトル幅が拡大されスペクトル変化光に変換される。スペクトル幅の拡大量は光パルスの入力ピークパワーに強く依存し、スペクトル幅を10dB幅(Δλ)で表したときピークパワーが50WのときはΔλは50nm、160Wのときは140nmがそれぞれ典型的である。ここで10dB幅とは、10dB波長範囲すなわちスペクトル強度の最大値よりも10dB強度が弱い波長範囲の幅である。 The light pulse amplified by the EDFA is incident on the nonlinear optical fiber, and the spectrum width is expanded and converted into spectrum change light. The amount of expansion of the spectrum width strongly depends on the input peak power of the optical pulse. When the spectrum width is expressed by 10 dB width (Δλ), Δλ is 50 nm when the peak power is 50 W, and 140 nm is typical when it is 160 W. is there. Here, the 10 dB width is the width of the 10 dB wavelength range, that is, the wavelength range where the 10 dB intensity is weaker than the maximum value of the spectrum intensity.
入射する光パルスの中心波長が1550nm〜1560nm、パルス幅が100fs〜1ps、ピークパワーが10W〜1000Wである場合、スペクトル変化光の10dB波長範囲は1530nm〜1565nmよりも広く、スペクトル変化光中の1530nm〜1565nmの波長範囲の光のパワーはスペクトル変化光パワーの50%以上であることが典型的である。 When the center wavelength of the incident light pulse is 1550 nm to 1560 nm, the pulse width is 100 fs to 1 ps, and the peak power is 10 W to 1000 W, the 10 dB wavelength range of the spectrum change light is wider than 1530 nm to 1565 nm, and 1530 nm in the spectrum change light. The power of light in the wavelength range of ˜1565 nm is typically 50% or more of the spectral change light power.
次に、本発明における非線形光ファイバ(以下、単に光ファイバということがある。)について説明する。
光ファイバはBi2O3を40モル%以上含有するガラスからなる。そのようなものでないと光非線形性が不足するためにスペクトル変化光のスペクトルが充分な幅を有しないおそれがある、または、適度な正常分散を有せず変調不安定性により光伝播が不安定になるかスペクトル変化光のスペクトル幅がはなはだしく広がるためにCバンド内への波長変換が低効率となるおそれがある。
Next, a non-linear optical fiber (hereinafter sometimes simply referred to as an optical fiber) in the present invention will be described.
The optical fiber is made of glass containing 40 mol% or more of Bi 2 O 3 . Otherwise, the optical nonlinearity will be insufficient and the spectrum of the spectrum change light may not have a sufficient width, or the light propagation will be unstable due to modulation instability without proper normal dispersion. As a result, the spectral width of the spectrum-changing light is significantly widened, so that the wavelength conversion into the C band may be inefficient.
そのようなガラスとして、下記酸化物基準のモル%表示で、Bi2O3 40〜75%、B2O3 12〜45%、Ga2O3 1〜20%、In2O3 1〜20%、ZnO 0〜20%、BaO 0〜15%、SiO2+Al2O3+GeO2 0〜15%、MgO+CaO+SrO 0〜15%、SnO2+TeO2+TiO2+ZrO2+Ta2O5+Y2O3+WO3 0〜10%、CeO2 0〜5%、から本質的になり、Ga2O3+In2O3+ZnOが5%以上であるガラスが例示される。
As such glass, Bi 2 O 3 40 to 75%, B 2 O 3 12 to 45%, Ga 2 O 3 1 to 20%, In 2
光ファイバの群速度分散(GVD)が−10ps/nm/km超ではスペクトル幅が著しく拡大しCバンド(波長範囲:1530〜1565nm)内にとどまるエネルギーの割合が低くなる、スペクトルの平滑性が損なわれる、またはフェムト秒パルス光の伝播が不安定になるおそれがある。好ましくは−20ps/nm/km以下である。また、GVDは典型的には−50ps/nm/km以上である。 When the group velocity dispersion (GVD) of the optical fiber exceeds -10 ps / nm / km, the spectrum width is remarkably enlarged, and the proportion of energy remaining in the C band (wavelength range: 1530 to 1565 nm) is reduced, and the smoothness of the spectrum is impaired. Or the propagation of femtosecond pulsed light may become unstable. Preferably, it is −20 ps / nm / km or less. GVD is typically -50 ps / nm / km or more.
光ファイバの波長1550nmの光に対する非線形係数γは470W−1km−1以上であることが好ましい。470W−1km−1未満では、非線形効果を大きくしようとするとファイバ長が長くなり、温度変動、振動等の外乱の影響を受けやすくなる。より好ましくは625W−1km−1以上である。 The nonlinear coefficient γ for light having a wavelength of 1550 nm of the optical fiber is preferably 470 W −1 km −1 or more. If it is less than 470 W −1 km −1 , the fiber length becomes longer when attempting to increase the non-linear effect, and it becomes more susceptible to disturbances such as temperature fluctuations and vibrations. More preferably, it is 625 W −1 km −1 or more.
光ファイバはホーリーファイバが典型的であり、たとえば図2に横断面の概念図を示すようなエアクラッド型ファイバが挙げられる。
エアクラッド型光ファイバ10は、6個の空孔11、光伝送ガラス12、中空ガラスファイバ13および板状ガラス14からなる。
中空ガラスファイバ13の中空部はその軸方向(紙面に垂直の方向)に延びる6個の空孔11からなり、隣り合う空孔同士はそれらの間に存在する板状ガラス14によって仕切られている。
An optical fiber is typically a holey fiber, for example, an air-clad fiber whose cross section is conceptually shown in FIG.
The air-clad
The hollow portion of the hollow glass fiber 13 is composed of six holes 11 extending in the axial direction (perpendicular to the paper surface), and adjacent holes are partitioned by a sheet glass 14 existing between them. .
空孔11の数は6個に限定されないが、3個以上であることが好ましい。2個ではエアクラッド型光ファイバにおける光の閉じ込めが不十分になるおそれがある。また、その数は好ましくは12個以下、より好ましくは9個以下である。 The number of holes 11 is not limited to six, but is preferably three or more. With two, there is a risk that light confinement in the air-clad optical fiber will be insufficient. Further, the number is preferably 12 or less, more preferably 9 or less.
光伝送ガラス12は1種類のガラスからなるものであってもよいし、横断面における境界が同心円状である2種類以上のガラスからなるものであってもよい。
前者の場合、光伝送ガラス12は光ファイバ10のコアそのものである。
後者の場合の例としては、光伝送ガラス12が内部の高屈折率ガラスとそれを取り囲む低屈折率ガラスからなるものなど、その中央に屈折率がより高い部分を有するものが挙げられる。光伝送ガラス12をこのような構造とすることにより前記γやGVDを調整すること、または、この光ファイバと石英ファイバとを融着接続する際に導波路構造が消失したり接続損失が大きくなることを防止もしくは抑制することが可能になる。
The light transmission glass 12 may be made of one kind of glass, or may be made of two or more kinds of glasses whose boundaries in the cross section are concentric.
In the former case, the optical transmission glass 12 is the core of the
Examples of the latter case include those having a portion with a higher refractive index at the center, such as the one in which the light transmission glass 12 is composed of an internal high refractive index glass and a low refractive index glass surrounding it. By adjusting the γ and GVD by using the optical transmission glass 12 having such a structure, or when the optical fiber and the silica fiber are fused and connected, the waveguide structure disappears or the connection loss increases. This can be prevented or suppressed.
中空ガラスファイバ13は、空孔11によって形成される中空部の中央に板状ガラス14を介して光伝送ガラス12を保持するものであり、そのガラス内部を光が伝播することは予定されていない。 The hollow glass fiber 13 holds the light transmission glass 12 through the plate glass 14 in the center of the hollow portion formed by the air holes 11, and light is not expected to propagate through the glass. .
板状ガラス14は光伝送ガラス12を中空部中央に保持するものであり、その厚みは好ましくは0.05〜1.5μmである。0.05μm未満では光ファイバ10を切断したときに板状ガラス14が破損し光伝送ガラス12を保持できなくなるおそれがある。典型的には0.1μm以上である。1.5μm超では光伝送ガラス12から板状ガラス14への光の漏れが大きくなって光の閉じ込めが不十分になるおそれがある。好ましくは0.5μm以下である。
The plate-like glass 14 holds the light transmission glass 12 at the center of the hollow portion, and the thickness thereof is preferably 0.05 to 1.5 μm. If the thickness is less than 0.05 μm, when the
空孔11は光伝送ガラス12、中空ガラスファイバ13および板状ガラス14によって画されているが、少なくとも光伝送ガラス12の空孔11と接する部分、中空ガラスファイバ13の空孔11と接する部分および板状ガラス14は同一組成のガラスからなる、または同一組成のガラスからなることが好ましい。 The air holes 11 are defined by the light transmission glass 12, the hollow glass fiber 13, and the plate glass 14, but at least a portion in contact with the air holes 11 in the light transmission glass 12, a portion in contact with the air holes 11 in the hollow glass fiber 13, and The plate-like glass 14 is preferably made of glass having the same composition, or made of glass having the same composition.
板状ガラス14は前記例示ガラスであることが好ましく、光伝送ガラス12についても同様である。
光伝送ガラス12がこのようなガラスでないと、ガラス間の熱的性質が異なるために安定した成形が困難になるおそれがある。
The plate-like glass 14 is preferably the exemplified glass, and the same applies to the light transmission glass 12.
If the optical transmission glass 12 is not such a glass, the thermal properties between the glasses are different, so that stable molding may be difficult.
光伝送ガラス12の横断面の内接円の直径(d)は通常0.2〜10μmであり、典型的には0.5〜4μmである。
中空ガラスファイバ13の中空部の横断面の外接円の直径(d')は、(1+21/2)d以上であることが好ましい。(1+21/2)d未満では光の閉じ込めが不十分になり伝播損失が大きくなるおそれがある。より好ましくは3d以上、特に好ましくは4d以上である。一方、d'は16d以下であることが好ましい。16d超では、光ファイバ10の強度が低下する、空孔11に異物が混入しやすくなる、光ファイバ10を切断しようとしたときに板状ガラス14を破壊するおそれがある、などの問題の発生が懸念される。
中空ガラスファイバ13の外径は、光ファイバ10をITU−T勧告G.652で標準化された石英光ファイバ(SMF)と融着する場合、125±2μmであることが好ましい。
The diameter (d) of the inscribed circle in the cross section of the light transmission glass 12 is usually 0.2 to 10 μm, and typically 0.5 to 4 μm.
The diameter (d ′) of the circumscribed circle in the cross section of the hollow portion of the hollow glass fiber 13 is preferably (1 + 2 1/2 ) d or more. If it is less than (1 + 2 1/2 ) d, the light is not sufficiently confined and the propagation loss may increase. More preferably, it is 3d or more, Most preferably, it is 4d or more. On the other hand, d ′ is preferably 16 d or less. If it exceeds 16 d, problems such as the strength of the
The outer diameter of the hollow glass fiber 13 is the same as that of the ITU-T Recommendation G. When fused with a quartz optical fiber (SMF) standardized by 652, it is preferably 125 ± 2 μm.
(実施例1)
モル%表示の組成が、Bi2O3 53.23%、B2O3 27.61%、Ga2O3 8.96%、In2O3 1%、ZnO 4.48%、BaO 4.23%、CeO2 0.5%、であるガラスが得られるように原料を調合、混合して250gの調合原料を作製した。この調合原料を白金ルツボに入れ大気雰囲気中で1000℃に2時間保持して溶解し、得られた溶融ガラスを板状に流し出し、引続き370℃に4時間保持後常温まで冷却する徐冷を行った。
Example 1
The composition expressed in terms of mol% is Bi 2 O 3 53.23%, B 2 O 3 27.61%, Ga 2 O 3 8.96%, In 2
このようにして得られたガラスから厚み1mm、大きさ20mm×20mmのガラス板を作製し、その両面を鏡面研磨して得られたサンプル板について、波長1550nmの光に対する屈折率をメトリコン社製モデル2010プリズムカプラを用いて測定したところ2.111であった。 A glass plate having a thickness of 1 mm and a size of 20 mm × 20 mm was prepared from the glass thus obtained, and the refractive index for light having a wavelength of 1550 nm was measured for a sample plate obtained by mirror-polishing both surfaces of the model plate. It was 2.111 when measured using a 2010 prism coupler.
また、前記ガラスから斜辺が40mm、短辺が20mm、斜辺と短辺の間の角度が60°である厚み10mmの直角三角形のプリズムを作製し、斜辺面と長辺面を鏡面研磨したサンプルブロックについて、次のようにしてガラスの材料分散Dm(単位:ps/nm/km)を算出した。すなわち、サンプルブロックの波長(λ)492〜1710nmにおける屈折率nλを、カルニュー光学工業社製精密屈折率測定装置GMR−1を用いて最小偏角法により求めた。このnλを(1)式のセルマイヤーの多項式にフィッテングさせ、フィッテングパラメータp1、p2、p3およびp4を決めた。
nλ 2=p1+p2・λ2/(λ2−p3)+p4・λ2 (1)
(1)式で表されるnλを用いて(2)式から波長1550nmにおけるDmを算出したところ−170ps/nm/kmであった。
Dm=−1015(λ/c)・d2nλ/dλ2 (2)。
Also, a sample block in which a right-angled triangular prism having a thickness of 10 mm with an oblique side of 40 mm, a short side of 20 mm, and an angle between the oblique side and the short side of 60 ° is manufactured from the glass, and the oblique side and the long side are mirror-polished. The glass material dispersion D m (unit: ps / nm / km) was calculated as follows. That is, the refractive index n λ at the wavelength (λ) of 492 to 1710 nm of the sample block was determined by the minimum deviation method using a precision refractive index measuring device GMR-1 manufactured by Kalnew Optical Industry Co., Ltd. This n λ was fitted to the Selmeier polynomial in the equation (1), and the fitting parameters p 1 , p 2 , p 3 and p 4 were determined.
nλ 2 = p 1 + p 2 · λ 2 / (λ 2 −p 3 ) + p 4 · λ 2 (1)
When D m at a wavelength of 1550 nm was calculated from the equation (2) using n λ represented by the equation (1), it was −170 ps / nm / km.
D m = −10 15 (λ / c) · d 2 n λ / dλ 2 (2).
先に述べたと同様にして得られた溶融ガラスを、内径が28mm、高さが120mmであるSUS310S製の茶筒状モールド(底面を有する円筒状モールド)に流し出し、徐冷してガラス棒を得た。
このガラス棒にプロソニック社製超音波加工機USM−3CNCを用いて内径4mmの貫通孔6個を形成した。なお、これら6個の孔の中心軸はガラス棒の中心軸から5mm離れ、また隣り合う孔同士の間隔が1mmとなるようにした。
The molten glass obtained in the same manner as described above is poured into a SUS310S tea tube mold (cylindrical mold having a bottom surface) having an inner diameter of 28 mm and a height of 120 mm, and slowly cooled to obtain a glass rod. It was.
Six through holes with an inner diameter of 4 mm were formed on this glass rod using an ultrasonic machine USM-3CNC manufactured by Prosonic Corporation. The central axis of these six holes was 5 mm away from the central axis of the glass rod, and the interval between adjacent holes was 1 mm.
このガラス棒を用い、次のようにして前記エアクラッド型非線形光ファイバを作製した。まず、6個の孔が形成され直径が28mm、長さが130mmのロッドガラスを418℃でリドローし、直径3.5mmのガラスロッドを得た。次に、このガラスロッドの一端を封じ、その封止部を下にして外径が15mm、内径が6mmのガラス管の中に入れ、その後ガラス管の下端を封じた。
ガラスロッドとガラス管の間の空間を−60kPaで減圧し、ガラスロッドの6個の孔を30〜40kPaで加圧して膨張させるようにしながら425℃に加熱してガラスロッドとガラス管とを同時にリドローし、直径5mmのプリフォームを得た。
Using this glass rod, the air-clad nonlinear optical fiber was produced as follows. First, a rod glass having six holes formed, a diameter of 28 mm, and a length of 130 mm was redrawn at 418 ° C. to obtain a glass rod having a diameter of 3.5 mm. Next, one end of the glass rod was sealed, put in a glass tube having an outer diameter of 15 mm and an inner diameter of 6 mm with the sealing portion down, and then the lower end of the glass tube was sealed.
The space between the glass rod and the glass tube is depressurized at −60 kPa, and the glass rod and the glass tube are simultaneously heated by heating to 425 ° C. while the six holes of the glass rod are pressurized and expanded at 30 to 40 kPa. Redraw was performed to obtain a preform having a diameter of 5 mm.
このプリフォームを、孔を5kPaで加圧しながら線引き温度425℃、線引き速度6mm/minの条件で線引きし、前記dが2.8μm、前記d’が17.3μm、ファイバ径が125μm、前記板状ガラスの厚みが0.25μmである非線形光ファイバを得た(以下、光ファイバAという)。
光ファイバAの横断面の走査電子顕微鏡(SEM)写真を図3に示す。挿入写真は中空部の拡大写真である。
The preform was drawn under the conditions of a drawing temperature of 425 ° C. and a drawing speed of 6 mm / min while pressurizing the hole at 5 kPa, d was 2.8 μm, d ′ was 17.3 μm, fiber diameter was 125 μm, the plate A nonlinear optical fiber having a glass-like thickness of 0.25 μm was obtained (hereinafter referred to as optical fiber A).
A scanning electron microscope (SEM) photograph of a cross section of the optical fiber A is shown in FIG. The inserted photograph is an enlarged photograph of the hollow portion.
光ファイバAのGVDをホモダイン干渉法を用いて測定したところ、その絶対値は20±10ps/nm/kmであった。中空部を有するようにすることにより前述の式(1)によって算出された材料分散DmよりGVDを著しく小さくすることができた。
また、光ファイバAについて四光波混合により非線形定数γを算出したところ、700±70W−1km−1であった。
When the GVD of the optical fiber A was measured using the homodyne interferometry, the absolute value was 20 ± 10 ps / nm / km. By having the hollow portion, the GVD could be made significantly smaller than the material dispersion Dm calculated by the above formula (1).
The nonlinear constant γ calculated for the optical fiber A by four-wave mixing was 700 ± 70 W −1 km −1 .
また、46cmの長さを有する光ファイバAを用いて次のようにしてスペクトル変化光を発生させた。
中心波長が1560nm、パルス幅が500fs、平均出力が4mW、繰り返し周波数が48MHzであるフェムト秒光パルスを出力するIMRA社製ファイバレーザー(商品名:フェムトライト)に、その出力されたフェムト秒光パルスを15dB減衰させるアッテネータを接続した。
In addition, spectrum changing light was generated as follows using the optical fiber A having a length of 46 cm.
The output femtosecond optical pulse is output to an IMRA fiber laser (trade name: femtolite) that outputs a femtosecond optical pulse having a center wavelength of 1560 nm, a pulse width of 500 fs, an average output of 4 mW, and a repetition frequency of 48 MHz. An attenuator for attenuating 15 dB was connected.
別に用意した980nmの励起光を発生する励起光源(光出力:200mW)と前記アッテネータとをカプラにつなぎこみ、前記フェムト秒光パルスと前記励起光とをカプラにより合波した。
カプラはEDFAに接続され、フェムト秒光パルスは最大250Wまで増幅された。
A separately prepared pump light source (light output: 200 mW) for generating pump light of 980 nm and the attenuator were connected to a coupler, and the femtosecond optical pulse and the pump light were combined by the coupler.
The coupler was connected to an EDFA and femtosecond light pulses were amplified up to 250W.
増幅されたフェムト秒光パルスは光ファイバAに入射されたが、接続損失などによって伝送中に光パワーが一部損なわれたためにその入射された正味のフェムト秒光パルスの最大で120Wであった。 The amplified femtosecond optical pulse was incident on the optical fiber A, but the optical power was partially lost during transmission due to connection loss or the like, so that the maximum of the incident femtosecond optical pulse was 120 W. .
光ファイバAから出力されたフェムト秒光パルスのスペクトルを横河電機社製光スペクトラムアナライザAQ6317によって測定した。図4にスペクトルの測定結果を示す。また、その時間波形をアルネア社製オートコリレータHAC150によって測定した。 The spectrum of the femtosecond optical pulse output from the optical fiber A was measured with an optical spectrum analyzer AQ6317 manufactured by Yokogawa Electric Corporation. FIG. 4 shows the spectrum measurement results. Further, the time waveform was measured with an autocorrelator HAC150 manufactured by Arnea.
光ファイバAから出力されたフェムト秒光パルスの10dB波長範囲は1495〜1615nm、10dB幅は120nmであった。なお、光ファイバAに入射したフェムト秒光パルスのスペクトル広がりは10dB幅にして13nmであった。
また、光ファイバAへ入射するフェムト秒光パルスと光ファイバAから出力されたフェムト秒光パルスの時間波形に変化は見られず良質な赤外白色フェムト秒パルスを得ることができた。
また、光ファイバAから出力されたフェムト秒光パルスにおいて全エネルギーの45%がCバンド内に存在していた(以下、出力されたフェムト秒光パルス中のCバンド内の光のエネルギーの割合を波長変換効率という)。
The 10 dB wavelength range of the femtosecond optical pulse output from the optical fiber A was 1495 to 1615 nm, and the 10 dB width was 120 nm. The spectral spread of the femtosecond light pulse incident on the optical fiber A was 13 nm with a 10 dB width.
Further, no change was observed in the time waveform of the femtosecond light pulse incident on the optical fiber A and the femtosecond light pulse output from the optical fiber A, and a high-quality infrared white femtosecond pulse could be obtained.
In addition, 45% of the total energy in the femtosecond optical pulse output from the optical fiber A was present in the C band (hereinafter, the ratio of the energy of light in the C band in the output femtosecond optical pulse is expressed as follows. Called wavelength conversion efficiency).
励起光源の出力を下げると、光ファイバAから出力されたフェムト秒パルスのスペクトルはその幅は狭くなるが、前記波長変換効率は増大する。
10dB波長範囲がCバンドよりも広くなるような条件下で波長変換効率が最大になる条件を探索したところ、光ファイバAに入射するフェムト秒光パルスのピークパワーが50Wのときに波長変換効率が最大の61%になった。図4はこの条件でのスペクトルである。
表1は、光ファイバAに入射するフェムト秒光パルスのピークパワー(単位:W)と波長変換効率(単位:%)の関係を示す。ピークパワーが83〜50Wでは10dB波長範囲がCバンドよりも広く、25〜42Wでは10dB波長範囲はCバンド内にとどまった。本実施例においてCバンド内の光パワーが全光パワーの50%以上である高効率な赤外白色フェムト秒パルス(スペクトル変化光)を生成できるピークパワーは50〜67Wであった。
When the output of the excitation light source is lowered, the spectrum of the femtosecond pulse output from the optical fiber A becomes narrower, but the wavelength conversion efficiency increases.
When searching for a condition where the wavelength conversion efficiency is maximized under a condition where the 10 dB wavelength range is wider than the C band, the wavelength conversion efficiency is obtained when the peak power of the femtosecond light pulse incident on the optical fiber A is 50 W. The maximum was 61%. FIG. 4 shows a spectrum under this condition.
Table 1 shows the relationship between the peak power (unit: W) of the femtosecond optical pulse incident on the optical fiber A and the wavelength conversion efficiency (unit:%). When the peak power is 83 to 50 W, the 10 dB wavelength range is wider than the C band, and at 25 to 42 W, the 10 dB wavelength range stays within the C band. In this example, the peak power capable of generating a highly efficient infrared white femtosecond pulse (spectrum changing light) in which the optical power in the C band is 50% or more of the total optical power was 50 to 67 W.
(実施例2)
本発明に係る数値計算を、Cバンドの中央付近である1550nmの波長であるフェムト秒パルス光を入射した場合について以下に述べるようにして行った。
すなわち、スプリット・ステップ・フーリエ法を用いて、非線形光ファイバ内を伝播するパルス光の時間発展を記述する非線形シュレディンガー方程式の数値計算を行った。ここに非線形シュレディンガー方程式とは、G.P.アグラワール著 非線形ファイバー光学 原書第2版 吉岡書店発行に記載の式(2.3.35)である。
図5に計算プログラムのフローチャートを示す。
(Example 2)
The numerical calculation according to the present invention was performed as described below for a case where femtosecond pulsed light having a wavelength of 1550 nm, which is near the center of the C band, was incident.
That is, a numerical calculation of the nonlinear Schrodinger equation describing the time evolution of pulsed light propagating in the nonlinear optical fiber was performed using the split step Fourier method. Here, the non-linear Schrodinger equation means G. P. This is the formula (2.3.35) described by Agrawar Nonlinear Fiber Optics Original Edition 2nd edition published by Yoshioka Shoten.
FIG. 5 shows a flowchart of the calculation program.
GVD=−25 ps/nm/km、γ=800W−1km−1、伝播損失は2dB/m、入射パルスの中心波長は1560nm、ピークパワーは120Wの条件で計算した結果を実施例1の実測結果とともに図6に示すが、計算結果は実測結果をよく再現している。
The measurement result of Example 1 was calculated under the conditions of GVD = −25 ps / nm / km, γ = 800 W −1 km −1 ,
中心波長1550nm、パルス幅500fsのフェムト秒光パルスを、長さが50cm、γが800W−1km−1である光ファイバに入射したときの波長変換効率(Cバンドに含まれるエネルギーの割合)の計算結果を図7に示す。
ピークパワーが40W以下のとき波長変換効率は50%以上となる。ただし、20W以下では10dB波長範囲がCバンド全域に至らない。したがって、本実施例において高効率な白色フェムト秒光パルスを生成する入射フェムト秒パルス光のピークパワーは20W〜40Wである。
Wavelength conversion efficiency (ratio of energy contained in C band) when a femtosecond optical pulse having a center wavelength of 1550 nm and a pulse width of 500 fs is incident on an optical fiber having a length of 50 cm and γ of 800 W −1 km −1 The calculation results are shown in FIG.
When the peak power is 40 W or less, the wavelength conversion efficiency is 50% or more. However, at 20 W or less, the 10 dB wavelength range does not reach the entire C band. Therefore, in this embodiment, the peak power of the incident femtosecond pulse light that generates a highly efficient white femtosecond light pulse is 20 W to 40 W.
(比較例)
GVDが−280ps/nm/km、γが1100W−1km−1である酸化ビスマス系ガラスを用意して、実施例1において良好な結果が得られた50〜67Wのピークパワーでスペクトル変化光を発生させたところ、10dB波長範囲は1531〜1582nmであり、Cバンドをカバーしなかった。また、スペクトル変化光のパルス幅は3ps以上に伸びたが、このようなパルス幅の伸びは高速光通信にとって好ましくない。
(Comparative example)
A bismuth oxide glass having a GVD of −280 ps / nm / km and a γ of 1100 W −1 km −1 is prepared. When generated, the 10 dB wavelength range was 1531 to 1582 nm and did not cover the C band. Further, although the pulse width of the spectrum change light has increased to 3 ps or more, such an increase in the pulse width is not preferable for high-speed optical communication.
波長多重光通信、医療用観測機器(コヒーレントトモグラフィーなど)、超高速分光、赤外分光などの広帯域超短パルス光源に利用できる。 It can be used for broadband ultrashort pulse light sources such as wavelength multiplexing optical communication, medical observation equipment (such as coherent tomography), ultrafast spectroscopy, and infrared spectroscopy.
10:エアクラッド型光ファイバ(ホーリーファイバ)
11:空孔
12:光伝送ガラス
13:中空ガラスファイバ
14:板状ガラス
10: Air-clad optical fiber (Holy fiber)
11: Hole 12: Optical transmission glass 13: Hollow glass fiber 14: Sheet glass
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