JP2016525230A - 散逸ソリトンモードにおけるファイバ型光パラメトリック発振器 - Google Patents

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Abstract

共振キャビティを含む光ファイバパラメトリック増幅器が提供される。共振キャビティは、負の波長分散を有する線形光ファイバ利得媒質と、正の波長分散を有する非線形光ファイバ利得媒質とを含む。

Description

本発明は、一般に、ファイバを用いる光パラメトリック発振器に関する。
光パラメトリック相互作用に基づく光源は、電子遷移に基づく既存の利得材料が提供できないレーザ波長を使用できるようにするため、関心を持たれる。光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）は、種々の結晶におけるχ（２）非線形光応答又は光ファイバにおけるχ（３）非線形応答を利用することにより実現可能である。
光ファイバ型のＯＰＯ（ＦＯＰＯ）は、低コストでアライメントフリーの小型レーザシステムを実現する一方で非常に広い波長可変範囲及び高出力動作を提供する潜在能力を有するため特に魅力的である。
ＦＯＰＯの動作は、基本的に、２つのポンプ光子がファイバと相互作用して信号光子及びアイドラ光子を生成する縮退四波混合（ＦＷＭ）に基づく。信号光子及びアイドラ光子の実際の周波数は、ポンプレーザの波長、ピークパワー、並びに光ファイバの分散プロファイルに依存する位相整合条件により定義される。ＯＰＯをポンピングする２つの一般的な方法が存在する。第１の方法は連続ポンピングであり、その場合、ポンプレーザは連続波レーザであるか、あるいはＯＰＯキャビティのラウンドトリップ時間に比較して長いパルスを生成するレーザである。第２の方法は、パルスポンプレーザの同期ポンピングに基づく。第２の方法において、ポンプレーザはＯＰＯキャビティと同期される。
超高速同期ポンプＦＯＰＯ（Ultrafast synchronously pumped FOPOs)が過去に示された。しかし、過去のＦＯＰＯの出力パルスエネルギー及びピークパワーは非常に小さかった。出力パルスエネルギー及びピークパワーに関して最良である過去に生成された超高速ＦＯＰＯは、パルスエネルギーが最大で２ｎＪでありピークパワーが〜１２ｋＷであった。これを達成するために使用された技術は、ファイバ長が２ｃｍと短く、キャビティの残りの部分は自由空間光学系を使用するものであった。本実現例は、非線形効果の悪影響を回避したが、大部分で自由空間構成要素を使用する必要があるため、自由空間のアライメントが必要であり、そのようなシステムに伴う問題を有した。全て又は大部分がファイバのレーザキャビティにおける高出力超高速ＦＯＰＯが必要とされる。高出力パルスエネルギーを提供しつつＦＯＰＯの放出波長を広範囲にわたり調節させる機能が更に必要とされる。
本発明の一実施形態は、ポンプ波長において第１のパルス時間幅を有する光ポンプパルスを受信する入力ポートと、共振キャビティとを備える光ファイバパラメトリック増幅器である。共振キャビティは、光ポンプパルスを共振キャビティに結合する第１のカプラと、線形光ファイバ利得媒質から出射したポンプパルスの強度を増加し且つ第１のポンプパルス時間幅を第２のポンプパルス時間幅に増加する負の波長分散を有する線形光ファイバ利得媒質と、線形光ファイバ利得媒質から出射した光にパラメトリック利得を提供し、線形光利得媒質から出射したポンプパルスからのエネルギーを非線形光ファイバ利得媒質から出射した第１の信号パルス時間幅を有する信号パルスに伝達する正の波長分散を有する非線形光ファイバ利得媒質と、パワースプリッタとを備える。パワースプリッタは、非線形光ファイバ利得媒質から出射した光を受信し、非線形光ファイバ利得媒質から出力ポートに出射して共振キャビティから出射する光の第１の部分と、非線形光ファイバ利得媒質から出射して、共振キャビティにフィードバックされて線形光ファイバ利得媒質を通過する光の第２の部分とを提供する。線形光ファイバ利得媒質は、線形光ファイバ利得媒質から出射した第１のパルス時間幅を有する信号パルスのパルス時間幅を第２の信号パルス時間幅に増加する。
他の一実施形態において、共振キャビティの平均波長分散は正常分散範囲内である。
他の一実施形態において、パワースプリッタにより提供される非線形光ファイバ利得媒質から出射した光の第２の部分は、第１のカプラを介して共振キャビティにフィードバックされる。
他の一実施形態において、光ポンプパルスを提供するシードレーザを更に備える。
他の一実施形態において、共振キャビティは光遅延線を更に備える。
他の一実施形態において、線形利得媒質はエルビウム添加光ファイバ増幅器である。
他の一実施形態において、共振キャビティは、光利得を提供せず且つ非線形光ファイバ利得媒質の波長分散より大きい波長分散を有する非利得ファイバを更に備える。
他の一実施形態において、出力ポートから出射する光のピーク波長は、ポンプパルスの繰返し率を変更することにより変更される。
他の一実施形態において、共振キャビティは、信号パルスを含む第１の波長範囲を有する信号光とアイドラ波長が第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を有するアイドラ光とに共振キャビティ内の光を分割する第１の波長分割多重化装置と、信号光とアイドラ光とを組み合わせ、組み合わされた光が共に共振キャビティを通って戻る第２の波長分割多重化装置と、第１の波長分割多重化装置からの信号を第２の波長分割多重化装置に結合する第１のファイバと、第１の波長分割多重化装置からの信号を第２の波長分割多重化装置に結合する第２のファイバとを更に備える。
他の一実施形態において、第１のファイバの長さは第２のファイバの長さと異なる。
他の一実施形態において、第１のファイバの材料特性は第２のファイバの材料特性と異なる。
他の一実施形態において、出力ポートから出射する光のピーク波長は、ポンプパルスの繰返し率、ポンプパルスの中心波長、ポンプパルスのピークパワー、ポンプパルスの繰返し周波数からなる群から選択されるポンプパルスの少なくとも２つの特性を変更することにより変更される。
他の一実施形態において、信号パルスはソリトンであり、パルスブレーキングは共振キャビティにおける散逸ソリトンモード同期により防止される。
他の一実施形態において、出力ポートから出射する光のピーク波長は共振キャビティの長さを変更することにより変更され、共振キャビティ内にスペクトルフィルタが存在しない。
更なる特徴及び態様は、添付の図面を参照して例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるだろう。
本明細書に組み込まれ且つ本明細書の一部を構成する添付の図面は、例示的な実施形態を示す。
ＦＯＰＯの第１の例示的な実施形態を示す図である。 第１の例示的な実施形態に対する信号波長及びアイドラ波長を示す図である。 第１の例示的な実施形態に対する分散マップを示す図である。 第１の例示的な実施形態のパワー及びスペクトルを示す図である。 分散シフトファイバにおける光パワーの変化を示す図である。 共振キャビティ内を伝搬するパルスのエネルギー及び時間幅の変化を示す図である。 ＦＯＰＯの第２の実施形態を示す図である。 高非線形ファイバである導波管におけるポンプ光とパラメトリック利得スペクトルとの間の関係を示す図である。 利得スペクトル幅の変化のシミュレーション結果を示す図である。 利得スペクトル幅の変化のシミュレーション結果を示す図である。 ＦＯＰＯの第６の実施形態を示す図である。 ＦＯＰＯの第１０の実施形態を示す図である。 実験結果を示す図である。 実験結果を示す図である。 実験結果を示す図である。 ＦＯＰＯの第１１の実施形態を示す図である。 波長可変範囲を示す図である。 波長可変範囲を示す図である。 波長可変範囲を示す図である。 波長可変範囲を示す図である。 ＦＯＰＯの第１３の実施形態を示す図である。 波長可変範囲を示す図である。 波長可変範囲を示す図である。 波長可変範囲を示す図である。 波長可変範囲を示す図である。 波長可変範囲を示す図である。 波長可変範囲を示す図である。 ＦＯＰＯにおいて使用されるファイバの分散を示す図である。
添付の図面を参照して、実施形態を以下に説明する。
パルスブレーキングの原因となる非線形歪みは、希土類添加利得ファイバに基づく一般的な超高速ファイバレーザにおいて出力ピークパワー及びパルスエネルギーを制限する主要な要因である。ＯＰＯのレーザキャビティにおける非線形歪みを減少するために、共振器内で高いチャープパルスを有するように設計されてもよい。このことは、キャビティ内部のピークパワーを効果的に低減し、パルスエネルギーをスケーリングする機能を提供する。ＯＰＯを正常分散レジームで動作することは、ポンプ、アイドラ及び信号のうちの１つ以上又は全てに対してＯＰＯのレーザキャビティにおいてチャープパルスが形成されることを保証するのに役立つ。正常分散レジームは、ＯＰＯの共振キャビティ全体の長さ平均分散がｐｓ／ｎｍ／ｋｍの単位で０を下回る場合を示す。異常分散レジームは、ＯＰＯの共振キャビティ全体の長さ平均分散がｐｓ／ｎｍ／ｋｍの単位で０を上回る場合を示す。
第１の例示的な実施形態
第１の例示的な実施形態は、正常分散レジームで動作する同期ポンピング光ファイバパラメトリック発振器（ＦＯＰＯ）である。ＦＯＰＯは、出力においてチャープパルスを生成することにより、パルスブレーキングを発生させずに多くのパルスエネルギーをスケーリングできるようにする。１６００ｎｍにおけるＦＯＰＯの平均出力は〜６０ｍＷであり、これは１．４５ｎＪのパルスエネルギー及び〜５５％のスロープパワー変換効率に対応する。ＦＯＰＯから直接出力されるパルスは高くチャープされ（〜３ｐｓの時間幅）、異常分散を有する一般的な光ファイバ圧縮器を使用することによりキャビティの外側で１８０ｆｓに圧縮可能であった。
第１の例示的な実施形態１００は、正常分散レジームで動作する同期ポンピングＦＯＰＯであり、図１に示すように小型Ｅｒ添加フェムト秒ファイバレーザであってもよいポンプ源（シードレーザ、ポンプレーザ）１０２によりポンピングされる。ＦＯＰＯは、出力１０４においてチャープパルスを生成することにより、パルスブレーキングを発生させずに多くのパルスエネルギーをスケーリングできるようにした。１６００ｎｍにおいてＦＯＰＯから取得された平均出力は〜６０ｍＷであり、これは〜１．４５ｎＪのパルスエネルギー（４２ＭＨｚの繰返し率を考慮する）及び〜５５％のスロープパワー変換効率に対応する。ＦＯＰＯから直接出力されるパルスは、〜３ｐｓの時間幅で高くチャープされたが、ＦＯＰＯキャビティの外側で〜１８０ｆｓに圧縮可能であった（異常分散を有する一般的な光ファイバを使用することにより）。
図１は、正常分散ＦＯＰＯキャビティを概略的に示す図である。ポンプ源は、ファイバテーパがカーボンナノチューブ／ポリマ合成可飽和吸収体に埋め込まれた１５６０ｎｍで動作するＥｒ添加フェムト秒ファイバレーザであった。本実施形態におけるレーザの繰返し率は、約４．９ｍのキャビティ長さに対応する４２ＭＨｚである。シードレーザ１０２は、４００ｆｓのパルス時間幅及び約〜１ｍＷの平均出力で略変換限界パルスを放出した。シードレーザ１０２は、第１の偏光制御器１０６ａに結合された。第１の偏光制御器１０６ａは、波長分割多重化装置（ＷＤＭ）カプラ１０８ａのＣポートに接続されてもよい。第１のＷＤＭカプラ１０８ａは、Ｃ／Ｌバンド溶融ファイバカプラであってもよい。
シードレーザからのパルス列は、第１のＷＤＭカプラ１０８ａを使用してＦＯＰＯキャビティに結合される。第１のＷＤＭカプラ１０８ａの多重ポートは、第２のＷＤＭカプラ１０８ｂの信号ポートに接続される。第２のＷＤＭカプラ１０８ｂは、９８０／１５５０溶融ファイバカプラであってもよい。第１の９８０ｎｍポンプレーザ１１０ａは、第２のＷＤＭカプラ１０８ｂのポンプポートに接続される。溶融ファイバカプラの多重ポートは、Ｅｒ添加ファイバ（ＥＤＦ）１１２に結合される。ＥＤＦ１１２は、第３のＷＤＭカプラ１０８ｃの多重ポートに接続される。第３のＷＤＭカプラ１０８ｃは、９８０／１５５０溶融ファイバカプラであってもよい。第２の９８０ｎｍポンプレーザ１１０ｂは、第３の溶融ファイバカプラ１０８ｃのポンプポートに接続される。
シードレーザからのパルス列は、ＦＯＰＯキャビティの内部に配置された上述のＥｒ添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）により増幅される。パルスは、ＥＤＦＡにシードとして入射し、ポンプとして出射する。ＥＤＦ１１２の長さは２４ｍであり、上述したように両側からポンピングされた。ＥＤＦの分散は、１５６０ｎｍにおいて約−２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、１６００ｎｍにおいて−１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。ＥＤＦＡの後の増幅されたポンプパルス列の最大平均パワーは約１７５ｍＷであると測定された（使用可能な９８０ｎｍのポンプパワーにより制限された）。
ＥＤＦＡの出力は第３のＷＤＭ１０８ｃの信号ポートから出射し、当該信号ポートは、パラメトリック利得媒質として使用される分散シフトファイバ（ＤＳＦ）１１４に接続される。ＤＳＦ１１４は、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃ．によりパラメトリック利得媒質（長さ〜５ｍ）として製造される一般的なＤＳＦであってもよい。ＤＳＦ１１４の零分散波長（ＺＤＷ）は１５４８ｎｍであってもよい。ＤＳＦ１１４のＺＤＷにおける分散スロープは０．０７ｐｓ２／ｎｍ／ｋｍであった。ＤＳＦ１１４の出力は、パワースプリッタ１１６の入力ポートに接続される。パワースプリッタ１１６は、溶融ファイバカプラであってもよい。パワースプリッタは、９０％／１０％の分割比を有する。９０％出力ポートは、出力信号１０４を生成する。１０％出力ポートは、光遅延線（ＯＤＬ）１１８に接続される。キャビティ長は、ファイバ結合型ＯＤＬ１１８を使用して数ｃｍ以内で調節されてもよい。ＯＤＬ１１８の出力は偏光制御器１０６ｂに接続されて、偏光制御器１０６ｂは第１のＷＤＭカプラ１０８ａのＬポートに接続される。このようにして、ＦＯＰＯに対する共振リングキャビティが完成する。
パラメトリック位相整合条件の理論に基づいて、生成された信号波長及びアイドラ波長はそれぞれ、図２に示すように約１５１０ｎｍ及び約１６１０ｎｍであると計算された。
図３は、ＯＰＯキャビティの分散マップを示す図である。アイドラ波長（１６００ｎｍ）における平均キャビティ分散は、約−９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであると推定され、これは正常分散レジームである。残留ポンプ光を除去してＦＯＰＯの安定性を向上するために、ダイクロイックフィルタがＯＤＬ１１８において更に挿入されてもよい。ダイクロイックフィルタは、生成された信号波も阻止するため、アイドラ波のみが共振リングキャビティ内をラウンドトリップして共振する。当該キャビティにおいて必要なＥＤＦ及びＤＳＦが長いため、ポンプレーザのキャビティ長の７倍でＦＯＰＯを動作した（ＥＤＦ及びＤＳＦ以外のキャビティの残りの部分は、一般的なＳＭＦ−２８ファイバで構成した）。従って、キャビティ内を同時に循環する７つのアイドラパルスが存在した。
他の一実施形態において、キャビティの全長を短くしてキャビティのラウンドトリップ毎に１つのアイドラパルスのみが存在するようにするために、キャビティは短いＥＤＦ１１２を使用してもよい。
２つの偏光制御器１０６ａ及び１０６ｂは、ポンプ及び共振アイドラ波の偏光状態を最適化して最良の変換効率を達成するために使用された。他の一実施形態において、偏光維持ファイバが全体を通して使用されてもよい。
ＦＯＰＯキャビティ内にＥＤＦＡを導入することは、複数の重要な利点を提供する新規の特徴である。ＥＤＦは、チャープパルスの動作に対して必要な正常分散を提供する。１５６０ｎｍポンプパルスも、ＥＤＦを通って伝搬することにより同様の正のチャープを取得した。利得、カー非線形性及び正常分散の相互作用により、ポンプパルスはピコ秒の範囲に広げられた。これは、適切なチャープ同期及びキャビティ内の共振アイドラとの時間重複を保証する。ＦＯＰＯのキャビティ長は、ポンプを阻止するダイクロイックフィルタを除去し且つ外部のポンプパルス列をオフにすることで、ＥＤＦにより提供された利得からＦＯＰＯ自体（約１５７０ｎｍ）にレーザを当てられるようにすることにより、正確に測定可能である。その場合、レーザキャビティ長に直接接続される正確な縦モード間隔は、高速光検知器及びＲＦスペクトル分析器を使用することにより測定可能である。一般に、ＯＰＯはキャビティ長の完全な一致が達成される場合のみ発振するため、ＯＰＯのキャビティ長とポンプレーザのキャビティ長とを一致させるには非常に時間がかかる。本方法により、迅速で正確なキャビティ長の推定が可能になり、ＦＯＰＯを構成するのに必要な時間が短縮される。
他の一実施形態は、リングキャビティが一方向に動作することを保証するためにアイソレータを含む。アイソレータは、第１のＷＤＭカプラ１０８ａと第２のＷＤＭカプラ１０８ｂとの間に位置するファイバ結合型アイソレータであってもよい。アイソレータは、ＯＤＬ１１８内に位置する自由空間アイソレータであってもよい。アイソレータは、パワースプリッタ１１６の１０％ポートと第１のＷＤＭカプラ１０８ａとの間に位置してもよい。アイソレータは、Ｃバンド、Ｃ＋Ｌバンド又はＬバンドに対して最適化されてもよい。アイソレータは、ダイクロイックフィルタを含んでもよい。
第１の例示的な実施形態の実験結果
ＦＯＰＯ１００の動作中、ポンプパワーが約６５ｍＷの閾値レベルを上回って増加され次第、アイドラパルスが生成される。ポンプパワーの関数であるＦＯＰＯの出力１０４の変化を図４に示す。異なるポンピングパワー（７０ｍＷ、１２０ｍＷ及び１７５ｍＷ）におけるポンプ波、信号波及びアイドラ波の光スペクトルの変化を図４に更に示す。ＦＯＰＯのアイドラ波の明確な矩形スペクトル形状が観察された。これは、正常分散レジームで動作しているモード同期レーザに対する通常のスペクトル形状である。最高使用可能ポンプパワーにおいて、ＦＯＰＯの半値全幅（ＦＷＨＭ）スペクトル帯域幅は２０ｎｍであると測定された。これは、デチャープ後の〜１７０ｆｓパルスをサポートできる。高ポンプパワーにおいて、複数のＦＷＭピーク（信号波／ポンプ波とアイドラ波／ポンプ波の相互作用による）が更に観察された。ＤＳＦのＺＤＷが１５４８ｎｍであり、１５６０ｎｍポンプの短波長側における位相整合に好ましくなるため、短波長側におけるＦＷＭピークは更に顕著であった。
〜１７５ｍＷのポンプパワーにおいて、アイドラのみの生成された最高出力は〜６０ｍＷであると測定された（１５６０ｎｍの残留ポンプ光及び〜１５２５ｎｍの生成された信号光を除去するためにダイクロイックフィルタを使用した後）。これは、４２ＭＨｚの繰返し率を考慮した場合の〜１．４５ｎＪのアイドラパルスエネルギーに対応する。変換された出力と総ポンプパワーとの比として定義される最大パワー変換効率は、１７５ｍＷポンプパワーにおいて３４％であると計算された。推定スロープ変換効率は〜５５％であった。この達成された高変換効率は、縮退ＦＷＭ利得（ポンプからアイドラ／信号へ）及び追加ＦＷＭ利得（ポンプ及びアイドラから信号へ）に起因すると考えられる。次節において、これを更に明確にする。
キャビティの離調に対するＦＯＰＯの頑強性を調べるために、キャビティ長を調節して出力スペクトルシフトを観察した。ＦＯＰＯのキャビティ長は全体で６ｍｍまで変更でき、十分なパワー出力が依然として観察された。共振アイドラ信号波長は、調節範囲全体に対して１５８５ｎｍから１６１５ｎｍにシフトした。出力スペクトルの包絡線は、ＤＳＦ利得スペクトルの計算された形状を適切に反映した。
アイドラパルスは、ＦＯＰＯの出力において高くチャープされた。累積チャープを補償する（又はデチャープする）ために、一般的なシングルモードファイバ（ＳＭＦ−２８）を使用した。ＦＯＰＯの出力付近のパルス時間幅は〜３ｐｓであった。パルスは、〜１０ｍのＳＭＦ−２８を使用して、フーリエ限界パルス幅（transform limited duration）である〜１８０ｆｓ付近に圧縮可能であった。ピークパワーは、１．４５ｎＪパルスエネルギーの場合に約８ｋＷであると推定された。
第２の例示的な実施形態
図７を参照して、第２の例示的な実施形態７００を説明する。第１の例示的な実施形態１００と共通の構成を第１の例示的な実施形態と同一の図中符号で示し、説明を省略する。
第２の例示的な実施形態７００は、ＥＤＦＡを含まないことを除いて、第１の例示的な実施形態１００と同一である。第２の例示的な実施形態７００は、シングルモードファイバ７２０を更に含む。
第１の例示的な実施形態の数値シミュレーション
ＦＯＰＯキャビティ周辺のアイドラパルスの形成及び変化をシミュレートするために、現実的な実験パラメータを使用する数値シミュレーションを使用できる。モデルは、非線形シュレディンガー方程式に基づいて作成されてもよい。式を数値的に解くために、相互作用表示における４次ルンゲ・クッタ（ＲＫ４−ＩＰ）法が使用されてもよい。ポンプパルスはガウス形状を有すると仮定した。共振アイドラ波長は、ＤＳＦを推定するための位相整合曲線を使用して計算されてもよい。その場合、ポンプパルスとアイドラパルスとの間の遅延は、キャビティ同期条件を満たすためにキャビティにおいて使用される全てのファイバの分散プロファイルを使用して計算されてもよい。ポンプパワーに依存して、ＦＯＰＯキャビティにおける共振アイドラ波は約１００回のラウンドトリップ後に定常状態に到達した。１７５ｍＷのポンプパワーを使用した場合、時間幅３．７ｐｓのアイドラ波のきれいなガウス時間プロファイルがシミュレートされたＦＯＰＯの出力において取得された。その波長は〜１６００ｎｍであった。本出願人は、これらの結果は実験結果と十分に一致することを確認した。
ポンプパワーの関数であるＦＯＰＯの出力の変化及び３つの異なる出力に対応する出力スペクトルは、上記の実験から観察されたものと十分に一致する。高い変換効率は、補助ラマン過程により達成可能である。しかし、本出願人は、上記の実験結果及び数値結果を得るためにキャビティ内フィルタが使用されなかったこと、並びに石英ファイバにおけるラマン利得のピークは約１６７０ｎｍである（１５６０ｎｍでポンピングされた場合）が本例における生成されたアイドラ（１６００ｎｍ）はラマン利得のピークから非常に離れていたことから、補助ラマン過程は第１の例示的な実施形態１００に当てはまらないと判定した。本出願人は、新しいメカニズムが第１の例示的な実施形態の設定に関係すると結論付けた。実験結果及びシミュレーション結果を精査することにより、本出願人は、アイドラにおける光子数と信号における光子数とが同一でないと判定した。本出願人は、観察された高い変換効率はポンプ光子と生成された信号光子との間で生じる追加ＦＷＭ過程によるものであり、これが実際にアイドラ波に追加エネルギーを供給したと結論付けた。この新しいメカニズムを確認するために、ポンプパワーが１７５ｍＷに固定された場合のＤＳＦファイバにおけるポンプ波、信号波、アイドラ波及び生成されたＦＷＭ波に含まれるパルスエネルギーのシミュレートされた変化を図５に示す。ＤＳＦの最初の１ｍにおいて、縮退ＦＷＭがポンプパルスにより発生し、信号／アイドラ波が徐々に成長した。ＤＳＦの約１．５ｍ以降、ポンプ波と信号波との間に別のＦＷＭ過程が出現したため、アイドラの成長速度は信号より速かった。ＤＳＦの１．５ｍ〜３ｍにおいて、信号波が成長し、第１のＦＷＭ波及び約１６００ｎｍにおける信号に同時にエネルギーを伝達していた。ＤＳＦの３ｍ以降、信号波の成長は止まった。ポンプから受け取ったエネルギーの全ては、すぐに信号波及び第１のＦＷＭ波に伝達された。これにより、ＤＳＦの終端においてアイドラ波が信号波よりはるかに高いエネルギーを有する理由が説明される。
ＦＯＰＯキャビティ周辺のレーザパルスの変化を更に理解するために、キャビティ周辺の生成されたアイドラ波及びポンプ波のパルスエネルギー及びパルス時間幅を図６に示す。点Ａ、点Ｂ及び点Ｃにおける１５６０ｎｍ及び１６００ｎｍのパルスプロファイルを示す。結果は、ＥＤＦを点Ａから点Ｂに通過した場合、生成されたアイドラパルス及びポンプパルスの双方が非常に大きくチャープされ且つ時間に関して広がったことを示す。ＥＤＦを通って点Ａから点Ｂに伝搬したことにより、アイドラパルスの時間幅（ＦＷＨＭにおける）は２．７ｐｓから８．５ｐｓに増加し、ポンプパルスは０．４ｐｓから５．５ｐｓに広がった。数値シミュレーションでは、本段階においてＥＤＦの利得によりポンプパルスのみが大幅に増幅された。点Ｂから点ＣのＤＳＦにおいて、ポンプエネルギーはパラメトリック相互作用を介してアイドラに伝達した。ＤＳＦの前半部分において、アイドラの中心部分が他の部分より速く成長したため、パルス幅は狭くなった（８．５ｐｓから３．５ｐｓに減少した）。それに対して、ポンプパルス時間幅は、ポンプの中心部分が低下したため増加した。ＤＳＦの後半部分において、ポンプの中心部分がエネルギーの大部分をアイドラに伝達した際に、アイドラの前縁及び後縁がパルスの中心部分より増幅されたため、アイドラの時間幅は僅かに増加し始めた。当該区間において、ポンプ時間幅は僅かに減少した。ＤＳＦの終端において、ポンプの中心部分はアイドラ波に完全に変換されるため、点Ｃにおけるパワープロファイルにより示されるように時間プロファイルに穴が形成され、増幅されたアイドラ波の時間プロファイルはガウス形状に非常に近かった。ＤＳＦの後、アイドラの９０％がキャビティの出力に結合された。ＳＭＦ−２８において、アイドラの１０％のみが伝搬する。ＳＭＦ−２８の異常分散のため、その時間幅は３．７ｐｓから２．７ｐｓに減少する。同一の変化が次のラウンドトリップにおいて再度繰り返した。
ＦＯＰＯの出力の波長調節（wavelength tuning）
多くの場合、第１の例示的な実施形態１００及び第２の実施形態７００で説明したような波長調節可能なＦＯＰＯを作成することが望ましい。それにより、ＦＯＰＯの出力波長は調節可能である。従来技術の波長調節方法は、共振キャビティ内にフィルタを配置することを含む。本出願人は、ＦＯＰＯを波長調節させるために使用できる種々の波長調節方法を発見した。波長調節は、ＦＯＰＯの共振キャビティの長さ、シードパルスの繰返し率又はポンプパルスの波長を変更することにより達成可能である。これらの方法は、別個に又は互いに組み合わせて使用可能である。
パラメトリック利得のために使用されるファイバの長さが長いほどパラメトリック利得が狭いため、長いファイバはスペクトルフィルタとして機能する。その場合、波長調節は、シードパルスの波長又はパワーを変更することにより達成可能である。
通常、ＦＯＰＯにおいて使用されるポンプパルスは非常に狭く、式（０）で説明される。
Ｐ０＝Ｐ０（ｔ） （０）
しかし、スペクトル幅が十分に狭い場合、パルスを連続波として扱うことができる。従って、以下の説明において、ポンプ光をＣＷ光源として扱うことができる。式（１）〜（５）において、信号又はアイドラに対する利得をＧｉにより説明する。以下に説明する導波管の一例はＤＳＦ１１４である。
γ：導波管１１４の非線形係数
Ｐ０：ポンプパワー
Ｌ：導波管１１４の長さ
ｎ２：導波管１１４の非線形指数
Ａｅｆｆ：導波管１１４の有効範囲
β２、β４：導波管１１４の２次分散パラメータ及び４次分散パラメータ
λｐ：ポンプ光の中心波長
ωｐ：ポンプ光の角周波数
ωｓ：信号光の角周波数
ωｉ：アイドラ光の角周波数。
パラメータｇは有理数であると仮定するのが適切であるため、Δβに対する制限は、式（３）から式（６）であると導出されてもよい。
従って、式（７）に列挙する以下の条件において、最大利得Ｇｉ及びエッジにおける利得Ｇｉが生じる。
式（７）及び式（４）に従って、最大利得及び利得エッジにおけるポンプと信号又はアイドラとの間の周波数差Δωは以下のように計算される。式（８）は、最大利得における周波数差Δωｍａｘを説明する。式（９）は、一方の利得エッジにおける周波数差Δωｅｄｇｅ１を説明する。式（１０）は、一方の利得エッジにおける周波数差Δωｅｄｇｅ２を説明する。
式（１）で説明するように、利得スペクトルは導波管の長さの関数である。導波管の長さが増加するにつれて、利得スペクトル幅は減少する。しかし、ポンプ光の強度が一定に維持される場合、パラメータ「ｇ」が変更されないため、利得スペクトルのピーク波長は変化しない。
それに対して、半値全幅における利得スペクトル幅は以下の式（１１）及び（１２）により計算可能である。式（１１）により計算されるエッジ波長は、式（６）〜（１０）により計算されるエッジ波長より中心波長に近い。
図８は、導波管１１４におけるポンプ光とパラメトリック利得スペクトルとの間の関係を示す図である。利得スペクトル領域は、式（６）〜（１０）により制限される。そのため、式（１１）及び（１２）により計算されるエッジ波長は、式（６）〜（１０）により計算される波長より中心波長から遠い。これは、スペクトルに対する可能な矩形形状を示す。それに加えて、ポンプ光の波長が導波管１１４の零分散波長に近いため、ポンプパルスの波形は維持される。パルスの強度は導波管１１４に沿って小さくなり、エネルギーはポンプから信号及び／又はアイドラに伝達されると予想される。
信号又はアイドラパルスのスペクトル、ＦＯＰＯの総分散及びポンプパルスの繰返し率の間の関係を導出するために、１次分散を考慮する。第２の実施形態２００のようなファイバパラメトリック発振器の場合、信号及びアイドラパルスのラウンドトリップ時間は式（１３）により推定される。
ｎＨＮＬＦ（ω）：パラメトリック利得に対する高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）１１４の周波数ωにおける指数
ｎＯＤＣＦ（ω）：発振器を作成するための発振器分散制御ファイバ（ＯＤＣＦ）７２０の周波数ωにおける指数
β１，ＨＮＬＦ（ω）：高非線形ファイバ（ＨＮＬＦ）の周波数ωにおける１次分散。１次分散は群速度に等しく、すなわち導波管におけるパルス伝搬速度に等しい
β１，ＯＤＣＦ（ω）：発振器分散制御ファイバ（ＯＤＣＦ）の周波数ωにおける１次分散。この場合、ＯＤＣＦは、キャビティ全体の分散を制御するためにＨＮＬＦと組み合わされて使用されるもう１つのファイバである
ｃ：真空中の光速度
ω０：導波管の零分散における角周波数
ωＳ／ｉ：信号光／アイドラ光の角周波数
ＬＨＮＬＦ：ＨＮＬＦの長さ
ＬＯＤＣＦ：ＯＤＣＦの長さ。
指数ｎ（ω）と分散β（ω）との間の関係は、式（１４）により説明される。この場合、指数ｎ（ω）は、線形項及び非線形項の双方を含む総屈折率である。
従って、式（１３）は、式（１５）で説明するように、βに関して書くように変換可能である。
ＯＤＣＦの場合、ＯＤＣＦは複数の種類のファイバから構成可能である。従って、式（１５）の第２項を式（１６）で説明する。式（１６）で説明されるように、複数の種類及び長さの複数のファイバが存在する。
ポンプ源１０２により生成されるポンプパルスは繰返し率ｆｒｅｐ及び時間幅Δτを有すると仮定する。利得パルスは、ポンプパルス幅Δτと同一の時間幅を有する。また、β１，ＨＮＬＦ（ωｓ／ｉ）の１次分散がβ１，ＨＮＬＦ（ωｐ）と異なる場合でも、約ωｓ／ｉの光角周波数における利得パルスは１／（β１，ＨＮＬＦ（ωｐ））のポンプパルスと同一の速度で移動する。従って、ＨＮＬＦの長さは、式（１７）で説明されるように、パルス、信号及びアイドラが重複する期間に基づいて計算される。
しかし、利得スペクトル領域は式（６）〜（１０）により制限され、式（１７）で計算されるように長さにより制限される。非線形ファイバが長い場合、ポンプ、信号及びアイドラは重複せず、その場合、式（６）〜（１０）は関係なくなる。
繰返し率とＦＯＰＯにおけるラウンドトリップとの関係
利得パルスの時間幅はΔτであると仮定する。従って、発振パルスの増幅を説明するために、式（１８）を導出できる。
式（１５）、（１６）及び（１８）に従って、式（１９）は発振パルスの増幅を更に説明する。
式（１９）から、信号パルス又はアイドラパルスの中心波長及びエッジ波長を式（２０）〜（２２）で説明するように計算できる。
ωｓ／ｉ＿ｃ：信号光／アイドラ光の中心角周波数
ωｓ／ｉ＿ｆｗｈｍｌ：ＦＷＨＭにおける信号光／アイドラ光の角周波数
ωｓ／ｉ＿ｆｗｈｍ２：ＦＷＨＭにおける信号光／アイドラ光の別の角周波数。
式（２０）により説明するように、信号光及びアイドラ光の中心波長は、ＦＯＰＯの総分散及びポンプパルスの繰返し率により判定される。従って、ポンプパルスの繰返し率を変更することにより、信号又はアイドラの波長を制御できる。
更に、信号光及びアイドラ光のスペクトル幅は、分散又はポンプパルスの時間的パルス幅により判定される。従って、発振器の分散の設計及び／又はポンプパルス幅により、スペクトル幅を制御できる。これは、実際はポンプパルスの時間的形状がスペクトルフィルタとして機能することを意味する。式（２１）及び（２２）は信号パルス及びアイドラパルスのスペクトル幅を成形する要素の全てを完全に説明するものでなく、他の非線形効果が発振器内に更に存在する。
第３の例示的な実施形態
第３の例示的な実施形態は、上述した第２の実施形態７００の特定の例である。本実施形態において、零分散波長は１０５０ｎｍであり、パラメトリック利得に対するＨＮＬＦ１１４の３次分散は６．７１７７６Ｅ−４１ｓ３／ｍであり、パラメトリック利得に対するＨＮＬＦ１１４の４次分散は−９．８３４８３Ｅ−５６ｓ４／ｍである。ポンプレーザ１０２により生成されるポンプパルスに対して、出力波長は１０４０ｎｍであり、平均パワーは４Ｗであり、繰返し率は１５ＭＨｚであり、時間的パルス幅は１０ｐｓであり、スペクトル幅は０．１１ｎｍである。
図９Ａ及び図９Ｂは、ポンプパルスの波長が１０４０ｎｍから１０６０ｎｍに変更される際のＨＮＬＦ１１４の長さＬＨＮＬＦに依存する利得スペクトル幅の変化のシミュレーション結果を示す。図９Ａに示すように、ポンプパルスの中心波長が１０４０ｎｍであり且つＬＨＮＬＦが０．０１ｍである場合、信号の利得スペクトルは７６３ｎｍ〜８０４ｎｍである。図９Ｂに示すように、ポンプパルスの中心波長が１０４０ｎｍであり且つＬＨＮＬＦが０．０１ｍである場合、アイドラの利得スペクトルは１４６９ｎｍ〜１６３２ｎｍである。
第４の例示的な実施形態
第４の例示的な実施形態は、上述した第２の実施形態７００の特定の例である。本実施形態において、ファイバ７２０は、零分散波長が１３００ｎｍであり、３次分散が６．６１８５９Ｅ−４１ｓ３／ｍであり、４次分散が−４．５９２９５Ｅ−５６ｓ４／ｍであるシングルモードファイバ（ＳＭＦ）である。当該ファイバは、７７６ｎｍ〜８２４ｎｍの範囲において正常の負の２次分散を有する。１３００ｎｍにおけるβ０＿ＯＤＣＦが７，１２５，０００［１／ｍ］であり且つファイバ７２０の長さＬＯＤＣＦが１３．５２ｍであるため、ＯＤＬ１１８は、７６３ｎｍ〜８０４ｎｍの波長に対する１５ＭＨｚの繰返し率に対して０ｃｍから約４ｃｍに調節されてもよい。ＨＮＬＦ１１４は、第３の例示的な実施形態において使用されるファイバと同一である。ポンプパルス時間幅は１０ｐｓであり、出力スペクトル幅は、式（２１）及び（２２）により約６ｎｍであると計算される。
第５の例示的な実施形態
第５の例示的な実施形態は、上述した第２の実施形態７００の別の特定の例である。本実施形態は、ファイバ７２０が正常分散ファイバ（ＮＤＦ）であることを除いて、第４の例示的な実施形態と同様である。この第５の例示的な実施形態において、ファイバ７２０は、アイドラの波長範囲において正常分散を有し、アイドラ光の波長領域における発振器のために使用される。ファイバ７２０は、零分散波長が１３５０ｎｍであり、３次分散が−２．５０３３９Ｅ−４０ｓ３／ｍであり、４次分散が−３．４３２４９Ｅ−５５ｓ４／ｍであるＮＤＦファイバである。１３５０ｎｍにおけるβ０＿ＯＤＣＦが６，７３５，０００［１／ｍ］であり且つファイバ７２０の長さＬＯＤＣＦが１３．８ｍであるため、ＯＤＬ１１８は、１４６９ｎｍ〜１６３２ｎｍの波長に対する１５ＭＨｚの繰返し率に対して０ｃｍから約４ｃｍに調節されてもよい。ポンプパルス時間幅は１０ｐｓであり、出力スペクトル幅は、式（２１）及び（２２）により、１４６９ｎｍにおいて約２５ｎｍであり、１６３２ｎｍにおいて１５ｎｍであると計算される。
第６の例示的な実施形態
図１０を参照して、第６の例示的な実施形態１０００を説明する。前述の実施形態と共通の構成を同一の図中符号で示し、説明を省略する。前述の実施形態と比較して、信号パルス及びアイドラパルスは第４のＷＤＭカプラ１０２４ａにより分割され、第５のＷＤＭカプラ１０２４ｂにより後で再結合される。信号光は、第４の実施形態において説明したＳＭＦ１０２０ファイバに結合され、アイドラ光は、第５の実施形態において使用したＮＤＦ１０２２に結合される。ＳＭＦ１０２０のファイバ長は１３．５２ｍであり、ＮＤＦ１０２２は１３．８ｍである。
第７の例示的な実施形態
第７の例示的な実施形態は、上述した第２の実施形態７００の別の特定の例であり、以下に説明する相違点を除いて第４の例示的な実施形態と同様である。ポンプレーザ１０２は、波長を１０４０ｎｍから１０６０ｎｍに調節可能な波長可変レーザである。ＨＮＬＦ１１４の長さは１ｍである。従って、中心波長は７７８ｎｍから８３５ｎｍに調節され、信号のスペクトル幅は３．５ｎｍから５ｎｍに変更される。ＦＯＰＯにおいて、ファイバ７２０はＳＭＦであり、長さは１２．７ｍである。ＯＤＬ１１８の長さは４ｃｍから６ｃｍに調節される。
第８の例示的な実施形態
第８の例示的な実施形態は、上述した第２の実施形態７００の特定の例であり、以下に説明する相違点を除いて第５の例示的な実施形態と同様である。第７の例示的な実施形態と同様に、ポンプレーザ１０２は、波長を１０４０ｎｍから１０６０ｎｍに調節可能な波長可変レーザである。ＦＯＰＯの中心波長は１４５１ｎｍから１５６８ｎｍに調節され、スペクトル幅は１４．８ｎｍから１３．６ｎｍに変更される。ＦＯＰＯにおいて、ファイバ７２０はＮＤＦであり、長さは１２．９ｍである。ＯＤＬの長さは１１ｃｍから１４ｃｍに調節される。
第９の例示的な実施形態
第９の例示的な実施形態は、以下に説明する相違点を除いて、上述した第６の実施形態１０００の別の例である。第７の例示的な実施形態と同様に、ポンプレーザ１０２は、波長を１０４０ｎｍから１０６０ｎｍに調節可能な波長可変レーザである。ＨＮＬＦ１１４のファイバ長は１ｍである。ＳＭＦ１０２０のファイバ長は１３．５２ｍであり、ＮＤＦ１０２２は１２．９８ｍである。ＯＤＬ１１８の長さは０ｃｍから３ｃｍに調節される。
上述した第２〜第９の実施形態は、散逸ソリトンのモード同期によるファイバにおける非線形効果に基づいて、パルスブレーキングを防止する。従って、スペクトルフィルタを用いずに、散逸ソリトンのモード同期に基づいて高出力を達成できる。スペクトルフィルタを除去することにより、波長の調節性が維持されるため、発振器の長さを調節するだけで波長を変えることができる。
第１０の実施形態
第１０の実施形態１１００は、ポンプ源１０２としてフェムト秒の固定波長ファイバレーザを使用する調節範囲の広い正常分散ＦＯＰＯである。正常分散レジームでＦＯＰＯを動作することにより、最大１．３ｎＪのパルスエネルギーで１３６０ｎｍ〜１８３５ｎｍの波長可変範囲が達成された。ＦＯＰＯキャビティの外部で数ｍの一般的なシングルモードファイバ（ＳＭＦ−２８）を使用してデチャープした後、出力パルス時間幅は〜２００ｆｓに到達した。
図１１を参照して、第１０の実施形態１１００を説明する。前述の実施形態と共通の構成を第１の例示的な実施形態と同一の図中符号で示し、説明を省略する。図１１は、正常分散ＦＯＰＯ源１１００である第１０の実施形態を概略的に示す図である。源１１００は、ＦＯＰＯ共振キャビティ及びシードレーザ１０２である２つの部分に分割可能である。シードレーザ１０２は、発振器１１２６及び１つ以上の増幅器を含む。
発振器
発振器１１２６は波長可変レーザである。発振器１１２６は、１つ以上の光ファイバ、溶融ファイバ及びファイバ結合型マイクロ光学構成要素を含む光ファイバリングレーザであってもよい。発振器１１２６は、エルビウム添加ファイバであってもよい第１の線形利得媒質１１３０ａを含む。第１の線形利得媒質１１３０ａは、別のドーパントを有する別の利得媒質又はファイバであってもよい。第１の線形利得媒質１１３０ａの第１の端部は、第１のＷＤＭカプラ１１３２ａの第１のポートに結合される。第１のＷＤＭカプラ１１３２ａは、ＷＤＭカプラ１０８ｂと同様又は同一であってもよい。第１のＷＤＭカプラ１１３２ａは信号ポート及びポンプポートを含んでもよく、第１のＷＤＭカプラ１１３２ａは合分波器として動作されてもよい。第１のポンプレーザ１１３４ａは第１のＷＤＭカプラ１１３２ａのポンプポートに結合され、第１のＷＤＭカプラ１１３２ａはポンプ光を第１の線形利得媒質１１３０ａの第１のポートに渡し、第１の線形利得媒質１１３０ａは信号光を放出する。信号光は、第１の線形利得媒質１１３０ａからカプラ１１３２ａの第１のポートに結合される。カプラ１１３２ａは信号を信号ポートに渡す。第１のポンプレーザ１１３４ａ及び第１の線形利得媒質１１３０ａは、逆ポンプ構成で構成されてもよい。第１のポンプレーザ１１３４ａは、９８０ｎｍファイバ結合型レーザであってもよい。カプラ１１３２ａは、溶融ファイバカプラであってもよい。あるいは、第１のポンプレーザ１１３４ａは１４８０ｎｍレーザであってもよく、第１のＷＤＭカプラ１１３２ａは、ダイクロイックフィルタを用いるファイバ結合型マイクロ光学構成要素であってもよい。
第１のＷＤＭカプラ１１３２ａの信号ポートは、アイソレータ１１３６ａの入力ポートに接続される。アイソレータ１１３６ａは、アイソレータ１１３６ａの出力ポートに信号光を渡す。アイソレータ１１３６ａは、光がアイソレータ１１３６ａの出力ポートからの入力ポートに通過するのを阻止する。これにより、発振器１１２６のリングが一方向に動作することが保証される。アイソレータ１１３６ａ及び第１のＷＤＭカプラ１１３２ａは、単一の構成要素に組み合わされてもよい。
アイソレータ１１３６ａの出力ポートは、可飽和吸収体１１３８の入力に結合される。可飽和吸収体１１３８からの光は、光遅延線１１４０の入力に結合される。光遅延線からの光は、カプラ１１４２の入力ポートに結合される。カプラ１１４２はパワースプリッタである。パワースプリッタ１１４２は、入力ポートに結合された光を、第１の線形利得媒質１１３０ａに結合されてレーザキャビティに対するフィードバックを提供する第２のポートと、ポンプ源１０２の１つ以上の増幅器に伝えられる出力ポートとに分割する。パワースプリッタ１１４２は、５％／９５％の分割比を有してもよい。パワースプリッタ１１４２は、溶融光ファイバカプラであってもよい。パワースプリッタ１１４２は、マイクロ光学ファイバカプラスプリッタであってもよい。パワースプリッタ１１４２は、発振器の波長範囲に対して最適化されてもよい。
本明細書中で説明する発振器１１２６内の構成要素のうちの１つ以上は、効率向上又はコスト低減のために組み合わされてもよい。発振器の構成要素は、自由空間光学構成要素に置換されてもよい。発振器１１２６の繰返し率は、ＯＤＬ１１４０を変更することにより調節される。
線形増幅器
パワースプリッタ１１４２の出力ポートを通って発振器１１２６から出射した光は、第２のアイソレータ１１３６ｂの入力ポートに結合される。その後、光は第２のＷＤＭカプラ１１３２ｂの信号ポートに渡される。第２のポンプ１１３４ｂは、第２のＷＤＭカプラ１１３２ｂのポンプポートに結合される。第２のＷＤＭカプラ１１３２ｂは、信号光とポンプ光とを多重化し、第２のＷＤＭカプラ１１３２ｂの出力ポートを介して多重化光を出力する。ＷＤＭカプラの出力ポートは、第２の線形利得媒質１１３０ｂの入力に結合される。第２のアイソレータは、第２の線形利得媒質１１３０ｂからの信号が発振器１１２６に入射するのを阻止する。第２の線形利得媒質は、発振器１１２６により生成された光を増幅する。第２の線形利得媒質１１３０ｂから出射した増幅光は、バンドパスフィルタ１１２８を通過する。バンドパスフィルタ１１２８は、発振器により生成された波長範囲内の光のみを通過させるファイバ結合型マイクロ光フィルタであってもよい。
バンドパスフィルタ１１２８を通過した光は、第３のＷＤＭカプラ１１３２ｃの信号ポートに結合される。第３のポンプ１１３４ｃは、第３のＷＤＭカプラ１１３２ｃのポンプポートに結合される。第３のＷＤＭカプラ１１３２ｃは、信号光とポンプ光とを多重化し、第３のＷＤＭカプラ１１３２ｃの出力ポートを介して多重化光を出力する。第３のＷＤＭカプラ１１３２ｃの出力ポートは、第３の線形利得媒質１１３０ｃの入力に結合される。第３の線形利得媒質１１３０ｃの出力は、第４のＷＤＭカプラ１１３２ｄに結合される。第４のポンプ１１３４ｄは、第４のＷＤＭカプラ１１３２ｄのポンプポートに結合される。第４のＷＤＭカプラ１１３２ｄは、第３の線形利得媒質１１３０ｃからの増幅光を第４のＷＤＭカプラ１１３２ｄの信号ポートに結合する。第４のＷＤＭカプラ１１３２ｄは更に、ポンプ光を第３の線形利得媒質に結合する。
その後、増幅光は、シードレーザ１０２から出射してパラメトリック増幅器に入射する前にシードパルスのチャープを変更するために、分散補償ファイバ１１３６を通過する。
パラメトリック増幅器
シードレーザの出力は、第１の偏光制御器１０６ａを介してパラメトリック増幅器に結合される。第１の偏光制御器１０６ａは、Ｃ／ＬバンドＷＤＭカプラ１０８ａに結合される。シードレーザからのパルス列は、Ｃ／Ｌバンドカプラ１０８ａを使用してＦＯＰＯキャビティに結合される。第１のＷＤＭカプラ１０８ａの多重化ポートは、パラメトリック利得媒質として使用されるＤＳＦ等のＨＮＬＦ１１４に結合される。ＨＮＬＦ１１４の出力は、パワースプリッタ１１６の入力ポートに結合される。パワースプリッタ１１６の第１の出力ポートは、出力信号１０４を生成する。パワースプリッタ１１６の第２の出力ポートは、分散管理ファイバ１１２０の入力に結合される。分散管理ファイバ１１２０は、光パラメトリック発振器の総分散を制御するために使用される特定の分散及び長さを有する。分散管理ファイバ１１２０の出力は、Ｃ／Ｌバンドカプラ１０８ａのＬポートに結合される第２の偏光制御器１０６ｂに結合され、ＦＯＰＯに対する共振リングキャビティが完成する。
ＦＯＰＯの重要な特徴は、共振リングキャビティ全体にわたる平均分散／ユニット長が正常分散レジームであることである。ＦＯＰＯの別の特徴は、ＦＯＰＯの全長は一定であるが、ポンプレーザ１０２を調節することによりＦＯＰＯのピーク出力波長を調節できることである。
実験結果
本出願人は、第１０の実施形態に基づいて実験結果を得た。シード発振器１１２６の繰返し率は、ＯＤＬ１１４０を使用することにより〜１８．８ＭＨｚから〜１９．０ＭＨｚに調節可能であった。シード発振器１１２６は、〜１ｍＷの平均パワーで１５６０ｎｍにおいて〜４００ｆｓパルスを出力した。増幅器はＥｒファイバ１１３０ｂ及び１１３０ｃに基づき、２つの段階を有した。発振器からのパルス列は、第１の段階１１３０ｂにおいて〜２０ｍＷに増幅された。バンドパスフィルタ１１２８は１５６０ｎｍを中心とする１ｎｍの帯域幅を有し、過剰な非線形スペクトル広がり及びＡＳＥノイズを回避するために使用された。シードレーザ１０２の出力において、信号は〜１８０ｍＷに増大された。ＦＯＰＯの入力におけるポンプパルス時間幅は約５ｐｓであると推定され、パルスは高くチャープされた。ＨＮＬＦの長さは１．５ｍであった。パワースプリッタ１１６は、９０／１０％溶融ファイバ出力カプラであった。分散管理ファイバ１１２０は、７．５ｍのＤＣＦ−３８であった。
ＦＯＰＯにおいて使用されるファイバの１５６０ｎｍにおける分散を図１７に示す。キャビティにおいて使用される分散補償ファイバ（ＤＣＦ−３８）１１２０の長さが相対的に長いため、リングキャビティの平均分散は〜−２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。この正常分散により、散逸ソリトンがＦＯＰＯキャビティ内で形成される。ＦＯＰＯのキャビティ長に対応するようにシード発振器のキャビティ長を調節することにより、４０ｍＷを上回るポンプパワーにおいてパラメトリック発振が観察された。
シード発振器のキャビティ長をＯＤＬ１１４０で同調させた際のＦＯＰＯからの出力スペクトルを記録するために、光スペクトル解析器を使用した。いくつかのオフセットに対する測定されたスペクトルを図１２Ａに示す。ＯＤＬ１１４０のオフセットの関数である信号スペクトル及びアイドラスペクトルに対するピーク波長を図１２Ｂに示す。図１２Ｃは、ＦＯＰＯにより生成された信号及びアイドラのパワー及び帯域幅を示す図である。
本出願人は、１５６０ｎｍにおけるポンプがポンプ波長の両側の２つの対称な側波帯（信号及びアイドラ）にエネルギーを伝達したことを観察した。尚、生成された波がポンプから遠くなかった場合、更なる四波混合（ＦＷＭ）効果が発生し、それにより、複数の高次のＦＷＭピークが生成された。４７５ｎｍ（１３６０ｎｍ〜１８３５ｎｍ）の波長範囲を有する〜４００ｎｍの総調節範囲（１６ｍｍを超えるキャビティ長の調節による）が取得された。最大出力パルスエネルギーは〜１．３ｎＪであった。
第１１の例示的な実施形態
図１３を参照して、第１１の例示的な実施形態１３００を説明する。前述の実施形態と共通の構成を第１の例示的な実施形態と同一の図中符号で示し、説明を省略する。第１１の例示的な実施形態１３００は、ポンプレーザ１０２及びＦＯＰＯを含む。ピーク出力１０４は、ポンプレーザ１０２の繰返し率を調節することにより制御される。ポンプレーザ１０２の繰返し率は制御可能である。繰返し率を制御可能なポンプレーザ１０２は、アクティブモード同期レーザ、アクティブＱスイッチレーザ、強度変調により連続波（ＣＷ）レーザから生成されたパルスレーザ、あるいは位相変調によりＣＷレーザから生成されたパルスレーザであってもよい。
ポンプレーザ１０２は、ＷＤＭ１０８ａの第１の入力ポートに結合される。ＷＤＭ１０８ａは、ＷＤＭ１０８ａの出力ポートにポンプ光を渡す。ＷＤＭ１０８ａの出力ポートは、ＨＮＬＦ１１４の入力に結合される。ＨＮＬＦは、パラメトリック利得を提供する。ＨＮＬＦ１１４の出力は、フィルタ１３３８の入力ポートに結合される。フィルタ１３３８の出力は、パワースプリッタ１１６の入力ポートに結合される。パワースプリッタ１１６の第１の出力は、出力信号１０４を提供する。パワースプリッタ１１６の第２の出力は、ＷＤＭ１０８ａの第２の入力ポートに結合され、ポンプ信号と混合され、ＷＤＭ１０８ａから送出され、ＦＯＰＯに対するフィードバックを提供する。
第１１の実施形態の特定の例において、シードレーザ１０２の出力波長は１５５０ｎｍで安定してもよい。シードレーザ１０２の繰返し率は、１５．３６３ＭＨｚから１５．３６６ＭＨｚに調節されてもよい。シードレーザからの出力は、ＷＤＭカプラ１０８ａを介して光ファイバパラメトリック発振器（ＦＯＰＯ）に結合される。ＦＯＰＯ共振キャビティは、１３１０ｎｍにおいて零分散及び０．０９２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する１０ｍのＳＭＦと、１５４８ｎｍにおいて零分散及び０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する５ｍのＨＮＬＦ１１４とを含む。当該ＦＯＰＯ共振キャビティにおける総分散は異常分散領域内である。従って、１５８０ｎｍ及び１６２０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ１５．３６６ＭＨｚ及び１５．３６３ＭＨｚである。
ＨＮＬＦ１１４において、パラメトリック過程が発生し、信号光及びアイドラ光が生成される。その後、信号光及びポンプ光は、本例ではロングパスフィルタであってもよいフィルタ１３３８により遮断される。パワースプリッタ１１６はアイドラ光の９０％を出力１０４に送出し、アイドラ光の１０％はＦＯＰＯに戻されて次のシードレーザパルスと重ねられる。
本例の利点は、波長調節が高速であること及びアイドラの波長領域において自由空間のアライメントがないことである。更に、発振されたパルスがソリトンレジームで動作されるため、パルス波形はｓｅｃｈ２状になる。図１４Ａは、フィルタ１３３８がロングパスフィルタである場合の波長可変範囲を示す図であり、ＦＯＰＯの総分散１４４０を波長に対して示す。信号波長は、破線１４４２により示される範囲である。ポンプ波長を破線１４４４により示す。アイドラ波長は範囲１４４６内である。シードレーザ１０２の繰返し率は分散範囲１４４８ａに対応し、これは範囲１４５０ａにより示される波長範囲と一致する。繰返し率とアイドラの波長との間の対応付けは、分散曲線１４４０により制御される。
第１２の例示的な実施形態
第１２の例示的な実施形態は、上述した第１１の例示的な実施形態１３００の別の特定の例である。シードレーザ１０２の出力波長は、１５５０ｎｍで安定してもよい。シードレーザ１０２の繰返し率は、１５．３６８ＭＨｚから１５．３６９ＭＨｚに調節されてもよい。シードレーザからの出力は、ＷＤＭカプラ１０８ａを介して光ファイバパラメトリック発振器（ＦＯＰＯ）に結合される。ＦＯＰＯ共振キャビティは、１３１０ｎｍにおいて零分散及び０．０９２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する１０ｍのシングルモードファイバ（ＳＭＦ）と、１５４８ｎｍにおいて零分散及び０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する５ｍのＨＮＬＦとを含む。当該ＦＯＰＯ共振キャビティにおける総分散は異常分散領域内である。従って、１５８０ｎｍ及び１６２０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ１５．３６９ＭＨｚ及び１５．３６８ＭＨｚである。
ＨＮＬＦ１１４において、パラメトリック過程が発生し、信号光及びアイドラ光が生成される。その後、アイドラ光及びポンプ光は、本例ではショートパスフィルタであってもよいフィルタ１３３８により遮断される。パワースプリッタ１１６はアイドラ光の９０％を出力１０４に送出し、アイドラ光の１０％はＦＯＰＯに戻されて次のシードレーザパルスと重ねられる。
図１４Ｂは、フィルタ１３３８がロングパスフィルタである場合の波長可変範囲を示す図であり、ＦＯＰＯの総分散１４４０を波長に対して示す。信号波長は、破線１４４２により示される範囲である。ポンプ波長を破線１４４４により示す。アイドラ波長は範囲１４４６内である。シードレーザ１０２の繰返し率は分散範囲１４４８ｂに対応する。これは、範囲１４５０ｂにより示される波長範囲と一致する。繰返し率とアイドラの波長との間の対応付けは、分散曲線１４４０により制御される。
第１３の例示的な実施形態
図１５を参照して、第１３の例示的な実施形態１４００を説明する。前述の実施形態と共通の構成を第１の例示的な実施形態と同一の図中符号で示し、説明を省略する。本構成は、ＤＣＦ１４２０がＨＮＬＦ１１４とフィルタ１３３８との間に存在することを除いて、図１３に示す第１１の例示的な実施形態と同一である。
第１３の例示的な実施形態の特定の例において、シードレーザ１０２の出力波長は１５５０ｎｍで安定してもよい。シードレーザ１０２の繰返し率は、１５．５２５ＭＨｚから１５．５２９ＭＨｚに調節されてもよい。シードレーザからの出力は、ＷＤＭカプラ１０８ａを介して光ファイバパラメトリック発振器（ＦＯＰＯ）に結合される。ＦＯＰＯ共振キャビティは、１５５０ｎｍにおいて−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ分散及び−０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する１０ｍの分散補償ファイバ（ＤＣＦ）と、１５４８ｎｍにおいて零分散及び０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する５ｍの高非線形ファイバ（ＨＮＦ）とを含む。当該ＦＯＰＯ共振キャビティにおける総分散は正常分散領域内である。従って、１５８０ｎｍ及び１６２０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ１５．５２５ＭＨｚ及び１５．５２９ＭＨｚである。
ＨＮＬＦ１１４において、パラメトリック過程が発生し、信号光及びアイドラ光が生成される。その後、信号光及びポンプ光は、本例ではロングパスフィルタであってもよいフィルタ１３３８により遮断される。パワースプリッタ１１６はアイドラ光の９０％を出力１０４に送出し、アイドラ光の１０％はＦＯＰＯに戻されて次のシードレーザパルスと重ねられる。
本例の利点は、波長調節が高速であること及びアイドラの波長領域において自由空間のアライメントがないことである。更に、発振されたパルスが散逸ソリトンレジームで動作されるため、パルスエネルギーはソリトンレジームで生成されるパルスより高い。図１６Ａは、フィルタ１３３８がロングパスフィルタである場合の波長可変範囲を示す図であり、ＦＯＰＯの総分散１４４０を波長に対して示す。信号波長は、破線１４４２により示される範囲である。ポンプ波長を破線１４４４により示す。アイドラ波長は、範囲１４４６内である。シードレーザ１０２の繰返し率は分散範囲１６４８ａに対応し、これは範囲１６５０ａにより示される波長範囲と一致する。繰返し率とアイドラの波長との間の対応付けは、分散曲線１４４０により制御される。
第１４の例示的な実施形態
第１４の例示的な実施形態は、上述した第１１の例示的な実施形態１３００の別の特定の例である。シードレーザ１０２の出力波長は１５５０ｎｍで安定してもよい。シードレーザ１０２の繰返し率は、１５．５１９ＭＨｚから１５．５２１ＭＨｚに調節されてもよい。シードレーザからの出力は、ＷＤＭカプラ１０８ａを介して光ファイバパラメトリック発振器（ＦＯＰＯ）に結合される。ＦＯＰＯ共振キャビティは、１３１０ｎｍにおいて−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ分散及び０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する１０ｍのＤＣＦと、１５４８ｎｍにおいて零分散及び０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する５ｍのＨＮＬＦとを含む。当該ＦＯＰＯ共振キャビティにおける総分散は正常分散領域内である。従って、１５２０ｎｍ及び１５４０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ１５．５１９ＭＨｚ及び１５．５２１ＭＨｚである。
ＨＮＬＦ１１４において、パラメトリック過程が発生し、信号光及びアイドラ光が生成される。その後、アイドラ光及びポンプ光は、本例ではショートパスフィルタであってもよいフィルタ１３３８により遮断される。パワースプリッタ１１６はアイドラ光の９０％を出力１０４に送出し、アイドラ光の１０％はＦＯＰＯに戻されて次のシードレーザパルスと重ねられる。
図１６Ｂは、フィルタ１３３８がロングパスフィルタである場合の波長可変範囲を示す図であり、ＦＯＰＯの総分散１４４０を波長に対して示す。信号波長は領域１４４２内である。ポンプ波長を破線１４４４により示す。アイドラ波長を破線１４４６により示す。シードレーザ１０２の繰返し率は分散範囲１６４８ｂに対応し、これは範囲１６５０ｂにより示される波長範囲と一致する。繰返し率とアイドラの波長との間の対応付けは、分散曲線１４４０により制御される。
第１５の例示的な実施形態
第１５の例示的な実施形態は、図１５を参照して説明した上述の第１３の例示的な実施形態１４００の特定の例の変形である。シードレーザ１０２の出力波長は１５５０ｎｍで安定してもよい。シードレーザ１０２の繰返し率は、４４．４９８３ＭＨｚから４４．４９９ＭＨｚに調節されてもよい。シードレーザからの出力は、ＷＤＭカプラ１０８ａを介して光ファイバパラメトリック発振器（ＦＯＰＯ）に結合される。ＦＯＰＯ共振キャビティは、１５５０ｎｍにおいて−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ分散及び−０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する０．１８ｍのＤＣＦ１４２０と、１５４８ｎｍにおいて零分散及び０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する５ｍのＨＮＬＦとを含む。当該ＦＯＰＯ共振キャビティにおける総分散は、１５５０ｎｍより短い波長において正常分散領域であり、１５５０ｎｍより長い波長領域において異常分散である。従って、１５２０ｎｍ及び１５４０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ４４．５４０７ＭＨｚ及び４４．５４１２ＭＨｚである。更に、１５８０ｎｍ及び１６２０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ４４．５４１４ＭＨｚ及び４４．５４０６ＭＨｚである。
ＨＮＬＦ１１４において、パラメトリック過程が発生し、信号光及びアイドラ光が生成される。その後、アイドラ光及びポンプ光は、本例ではショートパスフィルタであってもよいフィルタ１３３８により遮断される。パワースプリッタ１１６はアイドラ光の９０％を出力１０４に送出し、アイドラ光の１０％はＦＯＰＯに戻されて次のシードレーザパルスと重ねられる。
図１６Ｃは、フィルタ１３３８がバンドカットフィルタである場合の波長可変範囲を示す図であり、ＦＯＰＯの総分散１４４０を波長に対して示す。分散は、信号に対して正常分散であり、アイドラに対して異常分散である。信号波長は領域１４４２内である。ポンプ波長を破線１４４４により示す。アイドラ波長は範囲１４４６内である。シードレーザ１０２の繰返し率は分散範囲１６４８ｃに対応し、これは波長範囲１６５０ｃ１及び１６５０ｃ２と一致する。繰返し率とアイドラの波長との間の対応付けは、分散曲線１４４０により制御される。
第１６の例示的な実施形態
第１６の例示的な実施形態は、上述した第１１の例示的な実施形態１３００の別の特定の例であり、本実施形態において、シードレーザは、調節可能な繰返し率を有する波長可変パルスレーザである。シードレーザ１０２の発振器は、１５．００５ｍのラージモードエリアファイバ（ＬＭＡＦ）及び半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含んでもよい。ＬＭＡＦは、１５５０ｎｍの波長において３８．２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ分散及び０．０７３３ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有してもよい。ＳＯＡは、変調電流により駆動される。シードレーザ１０２は１５５５〜１５６０ｎｍで波長調節されてもよい。シードレーザ１０２の繰返し率は、１５．３６７ＭＨｚから１５．３６２ＭＨｚに調節されてもよい。シードレーザからの出力は、ＷＤＭカプラ１０８ａを介して光ファイバパラメトリック発振器（ＦＯＰＯ）に結合される。ＦＯＰＯ共振キャビティは、１３１０ｎｍにおいて零分散及び０．０９２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する１０ｍのＳＭＦと、１５４８ｎｍにおいて零分散及び０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する５ｍのＨＮＬＦ１１４とを含む。当該ＦＯＰＯ共振キャビティにおける総分散は異常分散領域内である。従って、１５８０ｎｍ及び１６２０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ１５．３６６ＭＨｚ及び１５．３６３ＭＨｚである。シード発振器の繰返し率とパラメトリック発振器の繰返し率とを同期することにより、波長可変範囲は拡張される。
ＨＮＬＦ１１４において、パラメトリック過程が発生し、信号光及びアイドラ光が生成される。その後、信号光及びポンプ光は、本例ではロングパスフィルタであってもよいフィルタ１３３８により遮断される。パワースプリッタ１１６はアイドラ光の９０％を出力１０４に送出し、アイドラ光の１０％はＦＯＰＯに戻されて次のシードレーザパルスと重ねられる。
本例の利点は、波長調節が高速であること及びアイドラの波長領域において自由空間のアライメントがないことである。更に、短い波長のシードパルスがアイドラ領域内の長い波長において利得を生成するため、シード発振器のパワーの変動を減少できる。更に、発振されたパルスがソリトンレジームで動作されるため、パルス波形はｓｅｃｈ２状になる。図１４Ｃは、フィルタ１３３８がロングパスフィルタであり且つシードレーザが波長可変である場合の波長可変範囲を示す図であり、ＦＯＰＯの総分散１４４０を波長に対して示す。信号波長は、破線１４４２により示される範囲である。ポンプ波長を領域１４４４で示す。アイドラ波長は範囲１４４６内である。シードレーザ１０２の繰返し率は分散範囲１４４８ａに対応し、これは範囲１４５０ｃにより示される波長範囲と一致する。繰返し率とアイドラの波長との間の対応付けは、分散曲線１４４０により制御される。シードレーザ１０２を波長調節させることにより、波長範囲１４５０ｃが拡張する。ポンプレーザの波長が調節されるため、ポンプレーザ波長領域における分散が重要であり、繰返し率のポンプ及びアイドラ（又は信号）の間の関係がＦＯＰＯの波長可変範囲を拡張又は抑制する。
第１７の例示的な実施形態
第１７の例示的な実施形態は、上述した第１１の例示的な実施形態１３００の別の特定の例であり、本例ではロングパルフィルタでなくショートパスフィルタであるフィルタ１３３８によりアイドラ光及びポンプ光が遮断されることを除いて、第１６の実施形態とほぼ同様である。また、シードレーザ１０２の繰返し率は、１５．３７２ＭＨｚから１５．３６７ＭＨｚに調節されてもよい。１５２０ｎｍ及び１５４０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ１５．３６９ＭＨｚ及び１５．３６８ＭＨｚである。
図１４Ｄは、フィルタ１３３８がショートパスフィルタである場合の波長可変範囲を示す図であり、ＦＯＰＯの総分散１４４０を波長に対して示し、シードレーザは波長可変である。信号波長は、範囲１４４２である。ポンプ波長を範囲１４４４により示す。アイドラ波長は、範囲１４４６内である。シードレーザ１０２の繰返し率は分散範囲１４４８ｄに対応し、これは範囲１４５０ｄにより示される波長範囲と一致する。繰返し率とアイドラの波長との間の対応付けは、分散曲線１４４０により制御される。アイドラの波長調節範囲１４５０ｄは、シードレーザ１０２の波長及び繰返し率を調節させることにより増加される。ＦＯＰＯの波長可変範囲を拡張するためには、シードレーザの繰返し率及び波長の双方を調節させることが重要である。
第１８の例示的な実施形態
第１８の例示的な実施形態は、安定シードレーザ１０２を第１６の実施形態で説明したのと同様の波長可変シードレーザ１０２に置換することを除いて、第１３の例示的な実施形態とほぼ同様である。シードレーザ１０２の発振器は、１４．８４８ｍのＬＭＡＦを含んでもよい。シードレーザ１０２の繰返し率は、波長に依存して１５．５２９ＭＨｚから１５．５２４ＭＨｚに調節されてもよい。
第１８の例示的な実施形態は、第１３の例示的な実施形態の特定の例と同一のファイバを有するＦＯＰＯを含む。図１６Ｄは、フィルタ１３３８がロングパスフィルタである場合の波長可変範囲を示す図であり、ＦＯＰＯの総分散１４４０を波長に対して示し、シードレーザ１０２は波長可変である。信号波長は、破線１４４２により示される範囲である。ポンプ波長は領域１４４４内である。アイドラ波長は範囲１４４６内である。シードレーザ１０２の繰返し率は分散範囲１６４８ｄに対応し、これは範囲１６５０ｄにより示される波長範囲と一致する。繰返し率とアイドラの波長との間の対応付けは、分散曲線１４４０により制御される。範囲１６５０ｄは、シードレーザ１０２の波長及び繰返し率を変更することにより拡張される。ＦＯＰＯの波長可変範囲を拡張するためには、シードレーザの繰返し率及び波長の双方を調節させることが重要である。
第１９の例示的な実施形態
第１９の例示的な実施形態は、安定シードレーザ１０２を第１６の実施形態で説明したのと同様の波長可変シードレーザ１０２に置換することを除いて、第１４の例示的な実施形態とほぼ同様である。シードレーザ１０２の発振器は、１４．８５５ｍのＬＭＡＦを含んでもよい。シードレーザ１０２の繰返し率は、波長に依存して１５．５２２ＭＨｚから１５．５１７ＭＨｚに調節されてもよい。１５２０ｎｍ及び１５４０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ１５．５１９ＭＨｚ及び１５．５２１ＭＨｚである。
第１９の例示的な実施形態は、第１３の例示的な実施形態の特定の例と同一のファイバを有するＦＯＰＯを含む。図１６Ｅは、フィルタ１３３８がショートパスフィルタである場合の波長可変範囲を示す図であり、ＦＯＰＯの総分散１４４０を波長に対して示し、シードレーザは波長可変である。信号波長は、破線１４４２により示す範囲である。ポンプ波長は領域１４４４内である。アイドラ波長は範囲１４４６内である。シードレーザ１０２の繰返し率は分散範囲１６４８ｅに対応し、これは範囲１６５０ｅにより示される波長範囲と一致する。繰返し率とアイドラの波長との間の対応付けは、分散曲線１４４０により制御される。範囲１６５０ｅは、シードレーザ１０２の波長及び繰返し率を変更することにより拡張される。ＦＯＰＯの波長可変範囲を拡張するためには、シードレーザの繰返し率及び波長の双方を調節させることが重要である。
第２０の例示的な実施形態
第２０の例示的な実施形態は、安定シードレーザ１０２を第１６の実施形態で説明したのと同様の波長可変シードレーザ１０２に置換することを除いて、第１５の例示的な実施形態とほぼ同様である。シードレーザ１０２の発振器は、５．１７５ｍのＬＭＡＦを含んでもよい。シードレーザ１０２の繰返し率は、波長に依存して４４．５５２ＭＨｚから４４．５３７ＭＨｚに調節されてもよい。
図１６Ｆは、フィルタ１３３８がバンドカットフィルタである場合の波長可変範囲を示す図であり、ＦＯＰＯの総分散１４４０を波長に対して示す。分散は、ポンプに対して正常分散であり、アイドラに対して異常分散である。信号波長は領域１４４２内である。ポンプ波長は領域１４４４内である。アイドラ波長は範囲１４４６内である。シードレーザ１０２の繰返し率は分散範囲１６４８ｆに対応し、これは波長範囲１６５０ｆ１及び１６５０ｆ２と一致する。繰返し率とアイドラの波長との間の対応付けは、分散曲線１４４０により制御される。
第２１の例示的な実施形態
第２１の例示的な実施形態は、第１６の例示的な実施形態とほぼ同様である。但し、シードレーザ１０２の発振器は、１５５０ｎｍにおいて−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ分散及び−０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する１５．２２８ｍのＤＣＦを含む。波長は１５５０ｎｍから１５６５ｎｍに波長調節され、繰返し率は、波長に依存して１５．３６３４ＭＨｚから１５．３６５７ＭＨｚに変更される。ポンプに対する分散は正常分散レジームであるが、アイドラに対する分散は異常分散レジームである。ＦＯＰＯの総分散は異常分散である。ＦＯＰＯの波長の出力は、ポンプの波長及びポンプの繰返し率を調節することにより波長調節されてもよい。
第２２の例示的な実施形態
第２２の例示的な実施形態は、シードレーザの発振器が第２１の例示的な実施形態において使用した発振器と同様であることを除いて、第１７の例示的な実施形態とほぼ同様である。但し、１５．２２４ｍの同一のＤＣＦを使用し、繰返し率は、波長に依存して１５．３６８２ＭＨｚから１５．３６８９ＭＨｚに変更される。ポンプに対する分散は正常分散レジームであるが、信号の分散は異常分散レジームである。ＦＯＰＯの総分散は異常分散である。ＦＯＰＯの波長の出力は、ポンプの波長及びポンプの繰返し率を調節することにより波長調節されてもよい。
第２３の例示的な実施形態
第２３の例示的な実施形態は、シードレーザの発振器が第２１の例示的な実施形態において使用した発振器と同様であることを除いて、第１８の例示的な実施形態とほぼ同様である。但し、１５．０６９ｍの同一のＤＣＦを使用し、繰返し率は、波長に依存して１５．５２５５ＭＨｚから１５．５２７８ＭＨｚに変更される。ポンプ及びアイドラに対する分散は正常分散レジームである。ＦＯＰＯの総分散は正常分散である。ポンプレーザの波長が調節されるため、波長調節されたポンプレーザ波長領域における分散が重要であり、繰返し率のポンプ及びアイドラ（又は信号）の間の関係がＦＯＰＯの波長可変範囲を拡張又は抑制するために重要である。ＦＯＰＯの波長の出力は、ポンプの波長及びポンプの繰返し率を調節することにより波長調節されてもよい。
第２４の例示的な実施形態
第２４の例示的な実施形態は、シードレーザの発振器が第２１の例示的な実施形態において使用した発振器と同様であることを除いて、第１９の例示的な実施形態とほぼ同様である。但し、１５．０７６ｍの同一のＤＣＦを使用し、繰返し率は、波長に依存して１５．５８１４ＭＨｚから１５．５２０６ＭＨｚに変更される。ポンプ及び信号に対する分散は正常分散レジームである。ポンプレーザの波長が調節されるため、ポンプレーザ波長領域における分散がＦＯＰＯの波長調節性にとって重要である。ＦＯＰＯの総分散は正常分散である。ＦＯＰＯの波長の出力は、ポンプの波長及びポンプの繰返し率を調節することにより波長調節されてもよい。シードレーザは例１１と同一である。シードレーザの発振器は、１５５０ｎｍにおいて−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ分散及び−０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する１５．０７６ｍの分散補償ファイバ（ＤＣＦ）及びＳＯＡで構成される。波長は１５５０ｎｍから１５６５ｎｍに波長調節され、繰返し率は、波長に依存して１５．５１８４ＭＨｚから１５．５２０６ＭＨｚに変更される。
第２５の例示的な実施形態
第２５の例示的な実施形態は、シードレーザの発振器が第２１の例示的な実施形態において使用した発振器と同様であることを除いて、第２０の例示的な実施形態とほぼ同様である。但し、５．２５３ｍの同一のＤＣＦを使用し、繰返し率は、波長に依存して４４．５３９４ＭＨｚから４４．５４１６ＭＨｚに変更される。ポンプ及び信号に対する分散は正常分散であるが、アイドラに対する分散は異常分散である。ＦＯＰＯの波長の出力は、ポンプの波長及びポンプの繰返し率を調節することにより波長調節されてもよい。シードレーザからの出力は、光ファイバパラメトリック発振器（ＦＯＰＯ）に結合される。ＦＯＰＯは、１５５０ｎｍにおいて−４０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ分散及び−０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する０．１８ｍの分散補償ファイバ（ＤＣＦ）と、１５４８ｎｍにおいて零分散及び０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ分散スロープを有する５ｍの高非線形ファイバ（ＨＮＦ）とから構成されるため、当該ＦＯＰＯにおける総分散は、１５５０ｎｍより短い波長範囲において正常分散であり、１５５０ｎｍより長い波長範囲において異常分散である。従って、１５２０ｎｍ及び１５４０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ４４．５４０７ＭＨｚ及び４４．５４１２ＭＨｚである。それに対して、１５８０ｎｍ及び１６２０ｎｍにおけるラウンドトリップ周波数は、それぞれ４４．５４１４ＭＨｚ及び４４．５４０６ＭＨｚである。

Claims (14)

  1. ポンプ波長において第１のパルス時間幅を有する光ポンプパルスを受信する入力ポートと、
    前記光ポンプパルスを共振キャビティに結合する第１のカプラと、
    線形光ファイバ利得媒質から出射した前記光ポンプパルスの強度を増加し且つ第１のポンプパルス時間幅を第２のポンプパルス時間幅に増加する負の波長分散を有する線形光ファイバ利得媒質と、
    前記線形光ファイバ利得媒質から出射した光にパラメトリック利得を提供し、前記線形光ファイバ利得媒質から出射した前記光ポンプパルスからのエネルギーを非線形光ファイバ利得媒質から出射した第１の信号パルス時間幅を有する信号パルスに伝達する正の波長分散を有する非線形光ファイバ利得媒質と、
    前記非線形光ファイバ利得媒質から出射した光を受信するパワースプリッタであり、
    前記非線形光ファイバ利得媒質から出力ポートに出射して前記共振キャビティから出射する前記光の第１の部分と、
    前記非線形光ファイバ利得媒質から出射して、前記共振キャビティにフィードバックされて前記線形光ファイバ利得媒質を通過する前記光の第２の部分とを提供するパワースプリッタと、
    を備える共振キャビティとを備え、
    前記線形光ファイバ利得媒質は、前記線形光ファイバ利得媒質から出射した第１のパルス時間幅を有する前記信号パルスのパルス時間幅を第２の信号パルス時間幅に増加することを特徴とする光ファイバパラメトリック増幅器。
  2. 前記共振キャビティの平均波長分散は正常分散範囲内であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  3. 前記パワースプリッタにより提供される前記非線形光ファイバ利得媒質から出射した前記光の前記第２の部分は、前記第１のカプラを介して前記共振キャビティにフィードバックされることを特徴とする請求項１記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  4. 前記光ポンプパルスを提供するシードレーザを更に備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  5. 前記共振キャビティは光遅延線を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  6. 前記線形光ファイバ利得媒質はエルビウム添加光ファイバ増幅器であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  7. 前記共振キャビティは、光利得を提供せず且つ前記非線形光ファイバ利得媒質の前記波長分散より大きい波長分散を有する非利得ファイバを更に備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  8. 前記出力ポートから出射する前記光のピーク波長は、前記光ポンプパルスの繰返し率を変更することにより変更されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  9. 前記共振キャビティは、
    前記信号パルスを含む第１の波長範囲を有する信号光とアイドラ波長が前記第１の波長範囲と異なる第２の波長範囲を有するアイドラ光とに共振キャビティ内の前記光を分割する第１の波長分割多重化装置と、
    前記信号光と前記アイドラ光とを組み合わせ、前記組み合わされた光が共に前記共振キャビティを通って戻る第２の波長分割多重化装置と、
    前記第１の波長分割多重化装置からの信号を前記第２の波長分割多重化装置に結合する第１のファイバと、
    前記第１の波長分割多重化装置からの信号を前記第２の波長分割多重化装置に結合する第２のファイバと、
    を更に備えることを特徴とする請求項１記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  10. 前記第１のファイバの長さは前記第２のファイバの長さと異なることを特徴とする請求項９記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  11. 前記第１のファイバの材料特性は前記第２のファイバの材料特性と異なることを特徴とする請求項９記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  12. 前記出力ポートから出射する前記光のピーク波長は、前記光ポンプパルスの繰返し率、前記光ポンプパルスの中心波長、前記光ポンプパルスのピークパワー、前記光ポンプパルスの繰返し周波数からなる群から選択される前記光ポンプパルスの少なくとも２つの特性を変更することにより変更されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  13. 前記信号パルスはソリトンであり、パルスブレーキングは前記共振キャビティにおける散逸ソリトンモード同期により防止されることを特徴とする請求項１記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
  14. 前記出力ポートから出射する前記光のピーク波長は、前記共振キャビティの長さを変更することにより変更され、共振キャビティ内にスペクトルフィルタが存在しないことを特徴とする請求項１３記載の光ファイバパラメトリック増幅器。
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