JP2022040898A - Optical comb parameter detector and optical comb parameter detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、光コムパラメータ検出装置及び光コムパラメータ検出方法に関する。 The present disclosure relates to an optical comb parameter detection device and an optical comb parameter detection method.
等間隔に並んだ複数の周波数モード(縦モード)を有する超短パルスレーザである光コム(「光周波数コム」とも呼ばれる。)が知られている(非特許文献1参照)。光コムは、繰り返し周波数frep及びオフセット周波数fCEOの2つのパラメータによって表される。具体的には、光コムに含まれるn番目のモード周波数f(n)は、「f(n)=n×frep+fCEO」と表される。 An optical comb (also referred to as an "optical frequency comb"), which is an ultrashort pulse laser having a plurality of frequency modes (longitudinal modes) arranged at equal intervals, is known (see Non-Patent Document 1). The optical comb is represented by two parameters, the repeat frequency f rep and the offset frequency f CEO . Specifically, the nth mode frequency f (n) included in the optical comb is expressed as "f (n) = n × f rep + f CEO ".
光コムは、精密な分光計測等に利用され得るが、光コムを用いた計測を行うためには、光コムを定義する上記2つのパラメータ(すなわち、繰り返し周波数frep及びオフセット周波数fCEO)を予め検出しておく必要がある。繰り返し周波数frepについては、光コムを十分な帯域を有するフォトディテクタに入射させることにより、比較的容易に検出することができる。一方、オフセット周波数fCEOを検出するためには、一例として以下のような処理を行う必要がある。 The optical comb can be used for precise spectroscopic measurement and the like, but in order to perform the measurement using the optical comb, the above two parameters (that is, the repetition frequency frep and the offset frequency f CEO ) that define the optical comb are set. It is necessary to detect it in advance. The repetition frequency frep can be detected relatively easily by injecting an optical comb into a photodetector having a sufficient band. On the other hand, in order to detect the offset frequency f CEO , it is necessary to perform the following processing as an example.
非特許文献1には、オフセット周波数fCEOを検出する手法である“self-referencing technique”が開示されている。この手法では、1オクターブ以上のスペクトル成分を有する光コムの第1波長成分(例えば1000nm)と第1波長成分の2倍の波長成分である第2波長成分(例えば2000nm)とが取得される。第2波長成分が光コムのn番目のモード周波数f(n)に対応する場合、第1波長成分は光コムの2n番目のモード周波数f(2n)に相当する。ここで、2n番目のモード周波数f(2n)は、「f(2n)=2n×frep+fCEO」と表される。また、n番目のモード周波数f(n)の第二高調波(「第二次高調波」とも呼ばれる。)の周波数は、「2f(n)=2n×frep+2fCEO」と表される。従って、第1波長成分の周波数(すなわち、f(2n))と第2波長成分の第二高調波の周波数(すなわち、2f(n))との差周波数を求めることにより、オフセット周波数fCEOを検出することができる。
Non-Patent
非特許文献1には、上述した手法において必要となる1オクターブ以上のスペクトル成分を得るために、光コムの出力(入射パルス)を高非線形ファイバに入射させ、高非線形ファイバによる非線形効果によって当該光コムのスペクトルを拡大させる手法が開示されている。
In
しかしながら、このような高非線形ファイバは、一部のファイバメーカーによって製造される特注品であり、比較的高価且つ希少であるため、容易に入手することができない。また、オフセット周波数成分fCEOの検出に寄与するスペクトル(すなわち、オフセット周波数成分fCEOの検出に必要となる周波数成分)は、高非線形ファイバによって得られるスペクトルのごく一部であり、大部分のスペクトル成分が無駄になるため、効率が悪い。 However, such highly non-linear fibers are custom-made products manufactured by some fiber manufacturers, and are relatively expensive and rare, so that they cannot be easily obtained. Further, the spectrum contributing to the detection of the offset frequency component f CEO (that is, the frequency component required for the detection of the offset frequency component f CEO ) is a small part of the spectrum obtained by the highly nonlinear fiber, and most of the spectra. It is inefficient because the ingredients are wasted.
そこで、本開示の一側面は、光コムのオフセット周波数を容易且つ効率良く検出することができる光コムパラメータ検出装置及び光コムパラメータ検出方法を提供することを目的とする。 Therefore, one aspect of the present disclosure is to provide an optical comb parameter detection device and an optical comb parameter detection method capable of easily and efficiently detecting an optical comb offset frequency.
本開示の一側面に係る光コムパラメータ検出装置は、繰り返し周波数とオフセット周波数とによって特定される複数の周波数モードを有する光コムを発生させる光コム発生部と、光コムを入射パルスとして入力することにより、ストークスパルス及びアンチストークスパルスの少なくとも一方を発生させるパルス発生部と、入射パルス及びストークスパルスの一方である第1パルスと、入射パルス及びアンチストークスパルスの一方であり且つ第1パルスとは異なる第2パルスと、に基づいて、オフセット周波数を検出する検出部と、を備える。 The optical comb parameter detection device according to one aspect of the present disclosure is to input an optical comb generator that generates an optical comb having a plurality of frequency modes specified by a repetition frequency and an offset frequency, and an optical comb as an incident pulse. Therefore, the pulse generating part that generates at least one of the Stokes pulse and the anti-Stokes pulse, the first pulse which is one of the incident pulse and the Stokes pulse, and the one of the incident pulse and the anti-Stokes pulse and the first pulse are different from each other. A second pulse and a detection unit for detecting an offset frequency based on the second pulse are provided.
上記光コムパラメータ検出装置によれば、入射パルスに基づいて発生させたストークスパルス及びアンチストークスパルスの少なくとも一方を用いることで、容易且つ効率良く光コムのオフセット周波数を検出することができる。より具体的には、従来手法(例えば、“self-referencing technique”)と異なり、高非線形ファイバによる非線形効果によって光コム(入射パルス)自体のスペクトルを拡大させる必要がない。このため、入手が比較的困難である高非線形ファイバを用意する必要がない。また、適切に選択された第1パルスと第2パルスとに基づいて、効率良くオフセット周波数を検出することができる。 According to the optical comb parameter detection device, the offset frequency of the optical comb can be easily and efficiently detected by using at least one of the Stokes pulse and the anti-Stokes pulse generated based on the incident pulse. More specifically, unlike the conventional method (for example, “self-referencing technique”), it is not necessary to expand the spectrum of the optical comb (incident pulse) itself by the non-linear effect of the highly non-linear fiber. Therefore, it is not necessary to prepare a highly nonlinear fiber, which is relatively difficult to obtain. Further, the offset frequency can be efficiently detected based on the appropriately selected first pulse and second pulse.
パルス発生部は、分散シフトファイバを含んでもよい。この場合、分散シフトファイバを用いた比較的簡易な構成によって、ストークスパルス及びアンチストークスパルスの少なくとも一方を発生させることができる。 The pulse generator may include a distributed shift fiber. In this case, at least one of the Stokes pulse and the anti-Stokes pulse can be generated by a relatively simple configuration using the distributed shift fiber.
上記光コムパラメータ検出装置は、パルス発生部の下流で第1パルスの第1光路と第2パルスの第2光路とを分離し、検出部の上流で第1パルス及び第2パルスを合波する光学系と、第1光路及び第2光路の少なくとも一方に設けられ、第1パルス及び第2パルスの位相を合わせるために時間遅延を生じさせる遅延制御部と、を更に備えてもよい。上記構成によれば、第1パルスと第2パルスとの間の位相ずれを適切に補正することができる。 The optical comb parameter detection device separates the first optical path of the first pulse and the second optical path of the second pulse downstream of the pulse generation unit, and combines the first pulse and the second pulse upstream of the detection unit. An optical system and a delay control unit provided in at least one of the first optical path and the second optical path and causing a time delay in order to match the phases of the first pulse and the second pulse may be further provided. According to the above configuration, the phase shift between the first pulse and the second pulse can be appropriately corrected.
上記光コムパラメータ検出装置は、第1光路及び第2光路の少なくとも一方に設けられ、第1パルス及び第2パルスの少なくとも一方の偏光方向を調整する偏光調整部を更に備えてもよく、偏光調整部は、第1パルスの偏光方向と第2パルスの偏光方向とが略一致するように、第1パルス及び第2パルスの少なくとも一方の偏光方向を調整してもよい。上記構成によれば、合波される第1パルスと第2パルスとの干渉強度を高めることができるため、検出部において検出されるオフセット周波数の信号強度を大きくすることができる。 The optical comb parameter detection device may be provided in at least one of the first optical path and the second optical path, and may further include a polarization adjusting unit for adjusting the polarization direction of at least one of the first pulse and the second pulse. The unit may adjust the polarization direction of at least one of the first pulse and the second pulse so that the polarization direction of the first pulse and the polarization direction of the second pulse are substantially the same. According to the above configuration, since the interference intensity between the first pulse and the second pulse to be combined can be increased, the signal intensity of the offset frequency detected by the detection unit can be increased.
上記光コムパラメータ検出装置は、第1光路及び第2光路の少なくとも一方に設けられ、第1パルスのパルス幅と第2パルスのパルス幅とが略一致するように、第1パルス又は第2パルスのパルス幅を調整するパルス幅調整部を更に備えてもよい。上記構成によれば、合波される第1パルスと第2パルスとの干渉強度を高めることができるため、検出部において検出されるオフセット周波数の信号強度を大きくすることができる。 The optical comb parameter detection device is provided in at least one of the first optical path and the second optical path, and the first pulse or the second pulse is provided so that the pulse width of the first pulse and the pulse width of the second pulse substantially match. A pulse width adjusting unit for adjusting the pulse width of the above may be further provided. According to the above configuration, since the interference intensity between the first pulse and the second pulse to be combined can be increased, the signal intensity of the offset frequency detected by the detection unit can be increased.
上記光コムパラメータ検出装置は、検出部の上流に設けられ、第1パルス及び第2パルスの所定の周波数帯の成分を通過させるバンドパスフィルタと、を更に備えてもよく、検出部は、バンドパスフィルタを通過した第1パルス及び第2パルスの成分に基づいて、オフセット周波数を検出してもよい。上記構成によれば、バンドパスフィルタによってオフセット周波数を検出するために不要な周波数帯のスペクトル成分(すなわち、ノイズとなる成分)を除去することができるため、検出部において検出されるオフセット周波数の信号のS/N比を大きくすることができる。 The optical comb parameter detection device may further include a bandpass filter provided upstream of the detection unit and passing components in a predetermined frequency band of the first pulse and the second pulse, and the detection unit may further include a band. The offset frequency may be detected based on the components of the first pulse and the second pulse that have passed through the pass filter. According to the above configuration, since the spectral component of the frequency band (that is, the component that becomes noise) unnecessary for detecting the offset frequency can be removed by the bandpass filter, the signal of the offset frequency detected by the detection unit can be removed. S / N ratio can be increased.
上記光コムパラメータ検出装置は、検出部の入力側の端部に接続され、第1パルス及び第2パルスを通過させることにより、第1パルスのビーム形状と第2パルスのビーム形状とを揃える光導波路部を更に備えてもよい。上記構成によれば。光導波路部を通過した第1パルス及び第2パルスのビーム形状が揃うことにより、第1パルス及び第2パルスのコヒーレンスを向上させることができる。その結果、検出部において検出されるオフセット周波数の信号強度を大きくすることができる。 The optical comb parameter detection device is connected to the end on the input side of the detection unit, and by passing the first pulse and the second pulse, the optical wave shape of the first pulse and the beam shape of the second pulse are aligned. Further, a waveguide portion may be provided. According to the above configuration. By aligning the beam shapes of the first pulse and the second pulse that have passed through the optical waveguide portion, the coherence of the first pulse and the second pulse can be improved. As a result, the signal strength of the offset frequency detected by the detection unit can be increased.
上記光コムパラメータ検出装置は、パルス発生部と検出部との間に配置され、第1パルス及び第2パルスを伝送する分散補償ファイバを更に備えてもよく、分散補償ファイバは、パルス発生部の波長分散と逆の特性を有してもよい。上記構成によれば、分散シフトファイバ(パルス発生部)において生じた第1パルスと第2パルスとの間の時間遅延を、分散補償ファイバによって打ち消すことができる。これにより、上述したような第1パルスと第2パルスとの光路を分離する光学系を用いることなく、第1パルス及び第2パルスの位相を合わせることができる。 The optical comb parameter detection device may be further provided with a dispersion compensating fiber for transmitting the first pulse and the second pulse, which is arranged between the pulse generation unit and the detection unit, and the dispersion compensation fiber is the pulse generation unit. It may have the opposite characteristics to the wavelength dispersion. According to the above configuration, the time delay between the first pulse and the second pulse generated in the dispersion shift fiber (pulse generation unit) can be canceled by the dispersion compensation fiber. This makes it possible to match the phases of the first pulse and the second pulse without using an optical system that separates the optical path between the first pulse and the second pulse as described above.
上記光コムパラメータ検出装置は、第1パルスの第二高調波を発生させる第二高調波発生部を更に備えてもよく、第1パルスは、第2パルスの2倍の波長を有してもよく、検出部は、第1パルスの第二高調波と第2パルスとの差周波数を、オフセット周波数として検出してもよい。上記構成によれば、1オクターブの波長差を有する第1パルス及び第2パルスから、オフセット周波数を適切に検出することができる。 The optical comb parameter detection device may further include a second harmonic generation unit that generates a second harmonic of the first pulse, and the first pulse may have a wavelength twice that of the second pulse. Often, the detection unit may detect the difference frequency between the second harmonic of the first pulse and the second pulse as an offset frequency. According to the above configuration, the offset frequency can be appropriately detected from the first pulse and the second pulse having a wavelength difference of one octave.
上記光コムパラメータ検出装置は、第1パルスの第三高調波を発生させる第三高調波発生部と、第2パルスの第二高調波を発生させる第二高調波発生部と、を更に備えてもよく、第1パルスは、第2パルスの1.5倍の波長を有してもよく、検出部は、第1パルスの第三高調波と第2パルスの第二高調波との差周波数を、オフセット周波数として検出してもよい。上記構成によれば、2/3オクターブの波長差を有する第1パルス及び第2パルスから、オフセット周波数を適切に検出することができる。 The optical comb parameter detection device further includes a third harmonic generation unit that generates the third harmonic of the first pulse, and a second harmonic generation unit that generates the second harmonic of the second pulse. The first pulse may have a wavelength 1.5 times that of the second pulse, and the detection unit may have a frequency difference between the third harmonic of the first pulse and the second harmonic of the second pulse. May be detected as an offset frequency. According to the above configuration, the offset frequency can be appropriately detected from the first pulse and the second pulse having a wavelength difference of 2/3 octave.
上記光コムパラメータ検出装置は、光コム発生部とパルス発生部との間に設けられ、光コム発生部により発生された光コムを増幅させる増幅部を更に備えてもよく、増幅部により増幅された光コムのパルスエネルギーは、1nJ以上であってもよい。上記構成によれば、パルス発生部に入射する光コムのパルスエネルギーを増幅させることにより、ストークスパルス又はアンチストークスパルスの波長シフト量を増大させることができる。これにより、所定の大きさ(例えば、1オクターブ又は2/3オクターブ)の波長差を有する第1パルス及び第2パルスを適切に得ることができる。 The optical comb parameter detection device may be provided between the optical comb generation unit and the pulse generation unit, and may further include an amplification unit that amplifies the optical comb generated by the optical comb generation unit, and is amplified by the amplification unit. The pulse energy of the optical frequency comb may be 1 nJ or more. According to the above configuration, the wavelength shift amount of the Stokes pulse or the anti-Stokes pulse can be increased by amplifying the pulse energy of the optical comb incident on the pulse generating portion. Thereby, the first pulse and the second pulse having a wavelength difference of a predetermined magnitude (for example, one octave or two-thirds octave) can be appropriately obtained.
検出部は、第1パルス及び第2パルスに基づいて、オフセット周波数と共に繰り返し周波数を検出してもよい。上記構成によれば、光コムの複数の周波数モードを特定するための2つのパラメータ(オフセット周波数及び繰り返し周波数)を同時に検出することができる。 The detection unit may detect the repeating frequency together with the offset frequency based on the first pulse and the second pulse. According to the above configuration, two parameters (offset frequency and repetition frequency) for specifying a plurality of frequency modes of the optical comb can be detected at the same time.
本開示の他の側面に係る光コムパラメータ検出方法は、繰り返し周波数とオフセット周波数とによって特定される複数の周波数モードを有する光コムを発生させるステップと、光コムを入射パルスとして入力することにより、ストークスパルス及びアンチストークスパルスの少なくとも一方を発生させるステップと、入射パルス及びストークスパルスの一方である第1パルスと、入射パルス及びアンチストークスパルスの一方であり且つ第1パルスとは異なる第2パルスと、に基づいて、オフセット周波数を検出するステップと、を含む。 The optical comb parameter detection method according to another aspect of the present disclosure comprises a step of generating an optical comb having a plurality of frequency modes specified by a repetition frequency and an offset frequency, and inputting the optical comb as an incident pulse. The step of generating at least one of the Stokes pulse and the anti-Stokes pulse, the first pulse which is one of the incident pulse and the Stokes pulse, and the second pulse which is one of the incident pulse and the anti-Stokes pulse and different from the first pulse. , A step of detecting the offset frequency based on, and the like.
上記光コムパラメータ検出方法によれば、入射パルスに基づいて発生させたストークスパルス及びアンチストークスパルスの少なくとも一方を用いることで、容易且つ効率良く光コムのオフセット周波数を検出することができる。より具体的には、従来手法(例えば、“self-referencing technique”)と異なり、高非線形ファイバによる非線形効果によって光コム(入射パルス)自体のスペクトルを拡大させる必要がない。このため、入手が比較的困難である高非線形ファイバを用意する必要がない。また、適切に選択された第1パルスと第2パルスとに基づいて、効率良くオフセット周波数を検出することができる。 According to the optical comb parameter detection method, the offset frequency of the optical comb can be easily and efficiently detected by using at least one of the Stokes pulse and the anti-Stokes pulse generated based on the incident pulse. More specifically, unlike the conventional method (for example, “self-referencing technique”), it is not necessary to expand the spectrum of the optical comb (incident pulse) itself by the non-linear effect of the highly non-linear fiber. Therefore, it is not necessary to prepare a highly nonlinear fiber, which is relatively difficult to obtain. Further, the offset frequency can be efficiently detected based on the appropriately selected first pulse and second pulse.
本開示の一側面によれば、光コムのオフセット周波数を容易且つ効率良く検出することができる光コムパラメータ検出装置及び光コムパラメータ検出方法を提供することが可能となる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide an optical comb parameter detection device and an optical comb parameter detection method capable of easily and efficiently detecting an optical comb offset frequency.
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
[第1実施形態]
図1に示されるように、第1実施形態に係る光コムパラメータ検出装置1Aは、光コム(「光周波数コム」とも呼ばれる。)を定義するパラメータである繰り返し周波数frep及びオフセット周波数fCEOを同時に検出可能な装置である。光コムは、周波数が制御された超短パルスレーザ(モード同期レーザ)である。図2に示されるように、光コムは、時間軸(時間領域)で見た場合、超短パルス列(図2の上側部分)として表される。光コムを構成する超短パルス列をフーリエ変換することにより、等間隔に周波数モード(縦モード)が並んだ光スペクトル(図2の下側部分)が得られる。すなわち、光コムは、周波数軸(周波数領域)で見た場合、櫛状の光スペクトルとして表される。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the optical comb
光コムは、繰り返し周波数frepとオフセット周波数fCEOとによって特定される複数の周波数モードを有する。より具体的には、光コムのn番目のモード周波数f(n)は、下記式(1)により表される。
f(n)=n×frep+fCEO …(1)
The optical comb has a plurality of frequency modes specified by a repeat frequency f rep and an offset frequency f CEO . More specifically, the nth mode frequency f (n) of the optical comb is expressed by the following equation (1).
f (n) = n × f rep + f CEO … (1)
光コムを用いた実験を行うためには、光コムの上記2つのパラメータ(すなわち、繰り返し周波数frep及びオフセット周波数fCEO)を予め検出しておく必要がある。繰り返し周波数frep及びオフセット周波数fCEOを検出し、安定したマイクロ波発振器又は周波数安定化レーザ等に対する位相制御を行うことにより、光コムの各モードの周波数f(n)を精密に定めることができる。このように上記2つのパラメータが制御された光コムは、分光計測等、様々な分野で利用され得る。 In order to carry out an experiment using an optical comb, it is necessary to detect the above two parameters of the optical comb (that is, the repetition frequency f rep and the offset frequency f CEO ) in advance. By detecting the repetition frequency f rep and the offset frequency f CEO and performing phase control for a stable microwave oscillator, a frequency-stabilized laser, or the like, the frequency f (n) of each mode of the optical comb can be precisely determined. .. The optical frequency comb in which the above two parameters are controlled can be used in various fields such as spectroscopic measurement.
図1に示されるように、光コムパラメータ検出装置1Aは、光コム発生器2(光コム発生部)と、光パルス増幅器3(増幅部)と、分散シフトファイバ4(パルス発生部)と、光学系OSを構成するダイクロイックミラー5、第二高調波発生部6、固定ミラー7、遅延制御部8、固定ミラー9、及びビームスプリッタ10と、検出部11と、を備える。光コムパラメータ検出装置1Aは、波長差が1オクターブである第1パルス及び第2パルスに基づいて、オフセット周波数fCEOを検出するように構成されている。本実施形態では一例として、第1パルスはストークスパルスであり、第2パルスはアンチストークスパルスである。
As shown in FIG. 1, the optical comb
光コム発生器2は、光コムを発生させる装置である。光コム発生器2は、例えば、フェムト秒パルスを出力するファイバレーザである。ファイバレーザのゲインファイバとしては、例えば、エルビウム(Er)、イットリビウム(Yb)、ツリウム(Tm)等が用いられる。一例として、光コム発生器2の中心波長は、ゲインファイバとしてエルビウム(Er)が用いられる場合には1550nm帯であり、ゲインファイバとしてイットリビウム(Yb)が用いられる場合には1000nm帯であり、ゲインファイバとしてツリウム(Tm)が用いられる場合には1900nm帯である。なお、光コム発生器2は、ファイバレーザに限られない。例えば、光コム発生器2は、チタンサファイアレーザであってもよい。この場合、光コム発生器2の中心波長は、例えば800nm帯である。また、光コム発生器2は、連続波レーザとマイクロリング共振器とを有するマイクロコムであってもよい。マイクロコムとは、シリコンナイトライド等の基板上に集積されたマイクロリング共振器に連続波レーザを入射させることにより光コムを発生させる装置である。この場合、光コム発生器2の中心波長は、連続波レーザの波長であり、例えば1550nm帯である。ここでは一例として、光コム発生器2のゲインファイバとしてエルビウム(Er)が用いられており、光コム発生器2の中心波長は1550nmであるものとする。 The optical comb generator 2 is a device that generates an optical comb. The optical comb generator 2 is, for example, a fiber laser that outputs a femtosecond pulse. As the gain fiber of the fiber laser, for example, erbium (Er), ytterbium (Yb), thulium (Tm) and the like are used. As an example, the center wavelength of the optical comb generator 2 is the 1550 nm band when erbium (Er) is used as the gain fiber, and the 1000 nm band when ytterbium (Yb) is used as the gain fiber, and the gain. When thulium (Tm) is used as the fiber, it is in the 1900 nm band. The optical comb generator 2 is not limited to the fiber laser. For example, the optical comb generator 2 may be a titanium sapphire laser. In this case, the center wavelength of the optical comb generator 2 is, for example, the 800 nm band. Further, the optical comb generator 2 may be a microcom having a continuous wave laser and a microring resonator. A microcom is a device that generates an optical comb by injecting a continuous wave laser into a microring resonator integrated on a substrate such as silicon nitride. In this case, the central wavelength of the optical comb generator 2 is the wavelength of the continuous wave laser, for example, in the 1550 nm band. Here, as an example, it is assumed that erbium (Er) is used as the gain fiber of the optical comb generator 2, and the central wavelength of the optical comb generator 2 is 1550 nm.
光パルス増幅器3は、光コム発生器2と分散シフトファイバ4との間に設けられている。光パルス増幅器3は、光コム発生器2により発生された光コム(光パルス)を増幅させる。光パルス増幅器3は、例えば、Erファイバ、波長980nmの励起半導体レーザ(LD:Laser Diode)、及び波長分割(WDM)カプラ等によって構成され得る。この場合、励起LDの波長は、光コム発生器2により発生された光パルスの励起に適した波長であればよい。光パルス増幅器3によって増幅された光パルスのパラメータの一例を以下に示す。
・スペクトル半値全幅=100nm
・パルス幅=60fs
・平均パワー=355mW
・繰り返し周波数frep=30MHz
The
・ Half width of spectrum = 100 nm
・ Pulse width = 60 fs
・ Average power = 355mW
・ Repeat frequency f rep = 30MHz
なお、光パルス増幅器3の後段に位置する分散シフトファイバ4によってストークスパルス及びアンチストークスパルスを効率的に発生させる観点から、光パルス増幅器3によって増幅された後の光パルスは、正チャープしたパルスであることが好ましい。また、そのパルスエネルギーは、好ましくは1nJ以上であり、より好ましくは5nJ以上である。
From the viewpoint of efficiently generating Stokes pulse and anti-Stokes pulse by the distributed
分散シフトファイバ4は、光コム発生器2により発生された光コム(本実施形態では、光パルス増幅器3により増幅された後の光パルス)を入射パルスとして入力することにより、ストークスパルス及びアンチストークスパルスを発生させる。ストークスパルスは、入射パルスを長波長側にシフトさせた光パルス(すなわち、入射パルスよりも低い周波数を有する光パルス)である。アンチストークスパルスは、入射パルスを短波長側にシフトさせた光パルス(すなわち、入射パルスよりも高い周波数を有する光パルス)である。分散シフトファイバ4は、光コム発生器2の中心波長(本実施形態では、1550nm帯)においてゼロ分散を有する光ファイバである。
The distributed
図3は、ファイバ長が63.4mである分散シフトファイバ4に入射パルスが入力された場合に発生したストークスパルス及びアンチストークスパルスのスペクトルの一例を示す図である。なお、図3には、入射パルスのスペクトルも示されている。すなわち、図3において1550nm帯に位置するパルスは入射パルスに対応している。図3の例では、波長が2142nmにシフトしたストークスパルスと波長が1071nmにシフトしたアンチストークスパルスとが確認できる。また、図3の例では、ストークスパルス及びアンチストークスパルスのそれぞれについて複数のスペクトルピークが観測されている。これらは、高次のストークスパルス及びアンチストークスパルスを示している。オフセット周波数fCEOの検出には、1次のストークスパルス及びアンチストークスパルスが用いられてもよいし、高次のストークスパルス及びアンチストークスパルスが用いられてもよい。
FIG. 3 is a diagram showing an example of spectra of Stokes pulse and anti-Stokes pulse generated when an incident pulse is input to the
分散シフトファイバ4のファイバ長又は分散シフトファイバ4に入力される入射パルスのパルスエネルギーが増加すると、ストークスパルス及びアンチストークスパルスの波長シフト量(スペクトルシフト量)が増加する。従って、分散シフトファイバ4のファイバ長及び分散シフトファイバ4に入力される入射パルスのパルスエネルギーを調整することにより、ストークスパルスとアンチストークスパルスとの波長差を1オクターブにすることができる。本実施形態では、分散シフトファイバ4によって、波長が1071nmのアンチストークスパルスと、アンチストークスパルスの2倍の波長(2142nm)を有するストークスパルスと、が発生するものとする。
When the fiber length of the distributed
図4は、分散シフトファイバ4のファイバ長(DSF長)とストークスパルスの中心波長との関係を示す図である。この例では、光パルス増幅器3により増幅された後の光パルスのパルスエネルギーは2nJ程度である。図4に示されるように、分散シフトファイバ4のファイバ長が長いほど、ストークスパルスの波長シフト量が増加することが確認された。また、波長シフトを発生させるためには、少なくとも分散シフトファイバ4のファイバ長を1m以上にする必要がある。従って、分散シフトファイバ4のファイバ長は、例えば、1m以上1000km以下の範囲から選択され得る。なお、分散シフトファイバ4には0.5mW/m程度の伝搬ロスがあることがわかっている。このため、伝搬ロスを抑制する観点からは、分散シフトファイバ4のファイバ長は、1km以下であることが好ましい。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the fiber length (DSF length) of the distributed
図5は、光コム(分散シフトファイバ4に入力される入射パルス)のパルスエネルギーとストークスパルス及びアンチストークスパルスの各々の中心波長との関係の一例を示す図である。この例では、分散シフトファイバ4のファイバ長は63.4mである。図5に示されるように、光コム(入射パルス)のパルスエネルギーが大きいほど、ストークスパルスとアンチストークスパルスとの波長差が大きくなることが確認された。図5の例では、光コムのパルスエネルギーを10nJ程度とした場合に、ストークスパルスとアンチストークスパルスとの波長差が1オクターブに到達している。ただし、光コムのパルスエネルギーは、必ずしも10nJ以上にする必要はない。上述したように、分散シフトファイバ4のファイバ長を長くすることによっても波長シフト量を大きくすること(すなわち、ストークスパルスとアンチストークスパルスとの波長差を大きくすること)が可能であるからである。分散シフトファイバ4のファイバ長を適正な範囲内に収めつつストークスパルスとアンチストークスパルスとの波長差を確保する観点からは、光コムのパルスエネルギーは、好ましくは1nJ以上であり、より好ましくは5nJ以上である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the pulse energy of the optical frequency comb (the incident pulse input to the dispersion shift fiber 4) and the center wavelengths of the Stokes pulse and the anti-Stokes pulse. In this example, the fiber length of the distributed
分散シフトファイバ4によって発生されたストークスパルス及びアンチストークスパルスは、光学系OSによって空間的に分離される。光学系OSは、分散シフトファイバ4の下流でストークスパルスの第1光路L1とアンチストークスパルスの第2光路L2とを分離し、検出部11の上流でストークスパルス及びアンチストークスパルスを合波する光学系である。第1光路L1は、ダイクロイックミラー5、第二高調波発生部6、固定ミラー7、及びビームスプリッタ10をこの順に通る経路である。第2光路L2は、ダイクロイックミラー5、遅延制御部8、固定ミラー9、及びビームスプリッタ10をこの順に通る経路である。
The Stokes pulse and the anti-Stokes pulse generated by the distributed
図1に示されるように、分散シフトファイバ4の先端部4aから出射されたストークスパルス及びアンチストークスパルスは、ダイクロイックミラー5によって分離される。図1の例では、ダイクロイックミラー5は、ストークスパルスを透過させ、アンチストークスパルスを反射させるように構成されている。
As shown in FIG. 1, the Stokes pulse and the anti-Stokes pulse emitted from the
ダイクロイックミラー5を透過したストークスパルスは、第1光路L1に沿って、第二高調波発生部6に入射する。第二高調波発生部6は、ストークスパルスの第二高調波を発生させる。ストークスパルスの中心波長が2142nmの場合、ストークスパルスの第二高調波の中心波長は、その半分の1071nmとなる。第二高調波発生部6は、例えば、集光レンズ、第二高調波発生結晶、及びコリメートレンズ等によって構成され得る。第二高調波発生結晶は、例えば、市販されている周期分極反転又は角度位相整合等に用いられる非線形結晶(非線形光学結晶)である。非線形結晶の一例として、BBO結晶が挙げられる。第二高調波発生部6を通過したストークスパルス(第二高調波)は、固定ミラー7で反射して、ビームスプリッタ10に入射する。
The Stokes pulse transmitted through the
ここで、分散シフトファイバ4において、長波長側のストークスパルスの帯域については異常分散であり、短波長側のアンチストークスパルスの帯域については正常分散である。このため、ストークスパルス及びアンチストークスパルスのそれぞれの分散シフトファイバ4内における伝搬速度が異なるため、ストークスパルスとアンチストークスパルスとの間で時間差が生じる。そこで、アンチストークスパルスの第2光路L2上に、ストークスパルス及びアンチストークスパルスの位相(すなわち、各パルスの発生タイミング)を合わせるための時間遅延を生じさせる遅延制御部8が設けられている。本実施形態では一例として、遅延制御部8は、互いに連動して動作する2つの可動ミラー8a,8bによって構成されている。図1において、可動ミラー8a,8bの位置を上方(ダイクロイックミラー5に近づく方向)に移動させると第2光路L2が短くなり、可動ミラー8a,8bの位置を下方(ダイクロイックミラー5から離れる方向)に移動させると第2光路L2が長くなる。このように、遅延制御部8は、可動ミラー8a,8bの位置を調整することで、第2光路L2の長さを調整し、時間遅延量を調整する。なお、遅延制御部8の形態は上記に限られない。遅延制御部8は、例えば、遅延ステージ、適切な分散を有する光ファイバ等によって構成されてもよい。遅延制御部8により制御される時間遅延量は、例えば数百ps程度である。遅延制御部8を通過したアンチストークスパルスは、固定ミラー9で反射して、ビームスプリッタ10に入射する。
Here, in the distributed
ビームスプリッタ10は、ストークスパルス(第二高調波)と、遅延制御部8によって適切な時間遅延を与えられたアンチストークスパルスと、を時間的及び空間的に合波する合波器として機能する。ビームスプリッタ10において合波されたストークスパルス(第二高調波)及びアンチストークスパルスは、検出部11に入射する。
The
検出部11は、ストークスパルス及びアンチストークスパルスに基づいて、オフセット周波数fCEOを検出する。検出部11は、例えばフォトディテクタ等である。以下、検出部11によるオフセット周波数fCEOの検出方法について詳細に説明する。
The
上述したように、本実施形態では、ストークスパルスの中心波長(2142nm)は、アンチストークスパルスの中心波長(1071nm)の2倍となっている。すなわち、ストークスパルスとアンチストークスパルスとの波長差は、1オクターブである。ここで、ストークスパルスが光コムのn番目のモード周波数f(n)に対応する場合、その半分の波長を有するアンチストークスパルスは光コムの2n番目のモード周波数f(2n)に対応する。 As described above, in the present embodiment, the center wavelength of the Stokes pulse (2142 nm) is twice the center wavelength of the anti-Stokes pulse (1071 nm). That is, the wavelength difference between the Stokes pulse and the anti-Stokes pulse is one octave. Here, when the Stokes pulse corresponds to the nth mode frequency f (n) of the optical comb, the anti-Stokes pulse having half the wavelength corresponds to the 2nth mode frequency f (2n) of the optical comb.
n番目のモード周波数f(n)を求めるための上記式(1)から、2n番目のモード周波数f(2n)は、下記式(2)により表される。また、n番目のモード周波数f(n)の第二高調波(2倍波)のモード周波数2f(n)は、下記式(3)により表される。また、下記式(3)と下記式(2)との差をとることにより、下記式(4)が得られる。
f(2n)=2n×frep+fCEO …(2)
2f(n)=2n×frep+2fCEO …(3)
2f(n)-f(2n)=fCEO …(4)
From the above equation (1) for obtaining the nth mode frequency f (n), the 2nth mode frequency f (2n) is expressed by the following equation (2). Further, the mode frequency 2f (n) of the second harmonic (second harmonic) of the nth mode frequency f (n) is represented by the following equation (3). Further, the following equation (4) can be obtained by taking the difference between the following equation (3) and the following equation (2).
f (2n) = 2n × f rep + f CEO … (2)
2f (n) = 2n × f rep + 2f CEO … (3)
2f (n) -f (2n) = f CEO ... (4)
従って、検出部11は、ストークスパルスの第二高調波(2f(n))とアンチストークスパルス(f(2n))との差周波数を、オフセット周波数fCEOとして検出することができる。
Therefore, the
また、繰り返し周波数frepについては、光コムの出力を十分な帯域を有するフォトディテクタに入射させることで検出することができる。すなわち、検出部11は、第1パルス及び第2パルスに基づいて、繰り返し周波数frepを検出することができる。本実施形態では、検出部11は、ストークスパルスの第二高調波及びアンチストークスパルスに基づいて、オフセット周波数fCEOと共に繰り返し周波数frepを検出することができる。上記構成によれば、光コムの複数の周波数モードを特定するための2つのパラメータ(すなわち、オフセット周波数fCEO及び繰り返し周波数frep)を同時に検出することができる。ただし、光コムパラメータ検出装置1Aは、オフセット周波数fCEOを検出するように構成された検出部11とは別に、繰り返し周波数frepを検出するための検出部を備えてもよい。繰り返し周波数frepを検出するための検出部は、例えば、光コム発生器2から分散シフトファイバ4までの経路において分岐した経路(分散シフトファイバ4に向かう経路とは別の経路)の先に配置され得る。
Further, the repetition frequency frep can be detected by incidenting the output of the optical comb on a photodetector having a sufficient band. That is, the
以上説明した光コムパラメータ検出装置1A及び光コムパラメータ検出装置1Aにより実行される光コムパラメータ検出方法によれば、入射パルスに基づいて発生させたストークスパルス及びアンチストークスパルスを用いることで、容易且つ効率良く光コムのオフセット周波数fCEOを検出することができる。より具体的には、従来手法(例えば、“self-referencing technique”)と異なり、高非線形ファイバによる非線形効果によって光コム(入射パルス)自体のスペクトルを拡大させる必要がない。このため、入手が比較的困難である高非線形ファイバを用意する必要がない。また、適切に選択された第1パルス及び第2パルス(本実施形態ではストークスパルス及びアンチストークスパルス)に基づいて、効率良くオフセット周波数fCEOを検出することができる。
According to the optical comb parameter detection method executed by the optical comb
また、光コムパラメータ検出装置1Aは、ストークスパルス及びアンチストークスパルスを発生させるパルス発生部として、分散シフトファイバ4を含んでいる。この場合、分散シフトファイバ4を用いた比較的簡易な構成によって、ストークスパルス及びアンチストークスパルスの少なくとも一方(本実施形態では、ストークスパルス及びアンチストークスパルスの両方)を発生させることができる。
Further, the optical comb
また、光コムパラメータ検出装置1Aは、分散シフトファイバの下流でストークスパルスの第1光路L1とアンチストークスパルスの第2光路L2とを分離し、検出部11の上流でストークスパルス及びアンチストークスパルスを合波する光学系OSと、第2光路に設けられ、ストークスパルス及びアンチストークスパルスの位相を合わせるために時間遅延を生じさせる遅延制御部8と、を備える。上記構成によれば、ストークスパルスとアンチストークスパルスとの間の位相ずれを適切に補正することができる。
Further, the optical comb
また、光コムパラメータ検出装置1Aは、ストークスパルスの第二高調波を発生させる第二高調波発生部6を備えている。ストークスパルスは、アンチストークスパルスの2倍の波長を有している。検出部11は、ストークスパルスの第二高調波とアンチストークスパルスとの差周波数を、オフセット周波数fCEOとして検出する。上記構成によれば、1オクターブの波長差を有するストークスパルス及びアンチストークスパルスから、オフセット周波数fCEOを適切に検出することができる。
Further, the optical comb
また、光コムパラメータ検出装置1Aは、光コム発生器2と分散シフトファイバ4との間に設けられ、光コム発生器2により発生された光コムを増幅させる光パルス増幅器3を備えている。光パルス増幅器3により増幅された光コムのパルスエネルギーは、1nJ以上(本実施形態では10nJ以上)である。上記構成によれば、分散シフトファイバ4に入射する光コムのパルスエネルギーを増幅させることにより、ストークスパルス又はアンチストークスパルスの波長シフト量を増大させることができる。これにより、所定の大きさ(本実施形態では1オクターブ)の波長差を有するストークスパルス及びアンチストークスパルスを適切に得ることができる。
Further, the optical comb
[第1実施形態の変形例]
第1実施形態では、第1パルスとしてストークスパルスを利用し、第2パルスとしてアンチストークスパルスを利用する形態を例示したが、第1パルスと第2パルスとの組み合わせは上記に限られない。例えば、ストークスパルスと入射パルス(分散シフトファイバ4に入射した光コム)との波長差を1オクターブにすることが可能な場合には、第1パルスとしてストークスパルスが利用され、第2パルスとして入射パルスが利用されてもよい。この場合、ダイクロイックミラー5は、分散シフトファイバ4の先端部4aから出力されたストークスパルスを透過させ、分散シフトファイバ4の先端部4aから出力された入射パルスを反射させるように構成されればよい。また、入射パルスとアンチストークスパルスとの波長差を1オクターブにすることが可能な場合には、第1パルスとして入射パルスが利用され、第2パルスとしてアンチストークスパルスが利用されてもよい。この場合、ダイクロイックミラー5は、分散シフトファイバ4の先端部4aから出力された入射パルスを透過させ、分散シフトファイバ4の先端部4aから出力されたアンチストークスパルスを反射させるように構成されればよい。
[Modified example of the first embodiment]
In the first embodiment, a Stokes pulse is used as the first pulse and an anti-Stokes pulse is used as the second pulse, but the combination of the first pulse and the second pulse is not limited to the above. For example, when the wavelength difference between the Stokes pulse and the incident pulse (optical comb incident on the dispersion shift fiber 4) can be set to one octave, the Stokes pulse is used as the first pulse and is incident as the second pulse. Pulses may be utilized. In this case, the
また、光コム発生器2から出力される光コムのパルスエネルギーが十分大きい場合には、光パルス増幅器3は省略されてもよい。
Further, when the pulse energy of the optical comb output from the optical comb generator 2 is sufficiently large, the
また、遅延制御部8は、第2光路L2ではなく第1光路L1上に設けられてもよい。
Further, the
[第2実施形態]
図6を参照して、第2実施形態に係る光コムパラメータ検出装置1Bについて説明する。光コムパラメータ検出装置1Bは、第1偏光調整部12(偏光調整部)と、第2偏光調整部13(偏光調整部)と、パルス幅調整部14と、バンドパスフィルタ15と、光導波路部16と、を更に備える点で、光コムパラメータ検出装置1Aと主に相違している。
[Second Embodiment]
The optical comb
第1偏光調整部12は、第1光路L1上に設けられている。一例として、第1偏光調整部12は、ダイクロイックミラー5と第二高調波発生部6との間に設けられている。第1偏光調整部12は、第1光路L1を通る第1パルス(ストークスパルス又は入射パルス)の偏光方向を調整する。第1偏光調整部12は、例えば波長板等である。
The first
第2偏光調整部13は、第2光路L2上に設けられている。一例として、第2偏光調整部13は、遅延制御部8とパルス幅調整部14との間に設けられている。第2偏光調整部13は、第2光路L2を通る第2パルス(入射パルス又はアンチストークスパルスであり且つ第1パルスとは異なるパルス)の偏光方向を調整する。第2偏光調整部13は、例えば波長板等である。
The second
偏光調整部(本実施形態では、第1偏光調整部12及び第2偏光調整部13)は、第1パルスの偏光方向と第2パルスの偏光方向とが略一致するように、第1パルス及び第2パルスの少なくとも一方(本実施形態では、第1パルス及び第2パルスの各々)の偏光方向を調整する。上記構成によれば、ビームスプリッタ10において合波される第1パルスと第2パルスとの干渉強度を高めることができるため、検出部11において検出されるオフセット周波数fCEOの信号強度を大きくすることができる。
The polarization adjusting unit (in this embodiment, the first
パルス幅調整部14は、第2光路L2に設けられている。一例として、パルス幅調整部14は、第2偏光調整部13とビームスプリッタ10との間に設けられている。パルス幅調整部14は、第1パルスのパルス幅と第2パルスのパルス幅とが略一致するように、第2パルスのパルス幅を調整する。パルス幅調整部14は、例えばチャープミラー等である。上記構成によれば、ビームスプリッタ10において合波される第1パルスと第2パルスとの干渉強度を高めることができるため、検出部11において検出されるオフセット周波数fCEOの信号強度を大きくすることができる。なお、パルス幅調整部14は、第2光路L2ではなく第1光路L1に設けられてもよい。この場合、パルス幅調整部14は、第1パルスのパルス幅と第2パルスのパルス幅とが略一致するように、第1パルスのパルス幅を調整する。
The pulse
バンドパスフィルタ15は、ビームスプリッタ10の下流(検出部11の上流)に設けられている。バンドパスフィルタ15は、第1パルス及び第2パルスの所定の周波数帯の成分を通過させる。より具体的には、バンドパスフィルタ15は、第1パルスの第二高調波の周波数(上述した式(3)で表される「2f(n)」)及び第2パルスの周波数(上述した式(2)で表される「f(2n)」)とを含む周波数帯の成分を通過させ、それ以外の成分を通過させない(減衰させる)ように構成され得る。この場合、検出部11は、バンドパスフィルタ15を通過した第1パルス及び第2パルスの成分に基づいて、オフセット周波数fCEOを検出する。上記構成によれば、バンドパスフィルタ15によってオフセット周波数fCEOを検出するために不要な周波数帯のスペクトル成分(すなわち、ノイズとなる成分)を除去することができるため、検出部11において検出されるオフセット周波数fCEOの信号のS/N比を大きくすることができる。
The
光導波路部16は、検出部11の入力側の端部に接続されている。すなわち、光導波路部16は、バンドパスフィルタ15と検出部11との間に設けられている。光導波路部16は、バンドパスフィルタ15を通過した第1パルス及び第2パルスの成分を通過させることにより、第1パルスのビーム形状と第2パルスのビーム形状とを揃える機能を有する。光導波路部16は、例えば光ファイバ等である。上記構成によれば。光導波路部16を通過した第1パルス及び第2パルスのビーム形状が揃うことにより、第1パルス及び第2パルスのコヒーレンスを向上させることができる。その結果、検出部11において検出されるオフセット周波数fCEOの信号強度を大きくすることができる。
The
なお、光コムパラメータ検出装置1Bにおいて、第1偏光調整部12、第2偏光調整部13、パルス幅調整部14、バンドパスフィルタ15、及び光導波路部16の全てが設けられる必要がないことは言うまでもない。すなわち、光コムパラメータ検出装置1Bにおいて、第1偏光調整部12、第2偏光調整部13、パルス幅調整部14、バンドパスフィルタ15、及び光導波路部16の一部が省略されてもよい。例えば、上記の光コムパラメータ検出装置1Bは、第1パルスの偏光方向と第2パルスの偏光方向とを略一致させるための偏光調整部として、第1パルスの偏光方向を調整する第1偏光調整部12及び第2パルスの偏光方向を調整する第2偏光調整部13の両方を備えていたが、光コムパラメータ検出装置1Bは、第1偏光調整部12及び第2偏光調整部13のいずれか一方のみを備えてもよい。この場合、第1パルス及び第2パルスのうちの一方の偏光方向のみが、第1パルス及び第2パルスのうちの他方の偏光方向と略一致するように調整される。
In the optical comb
[第3実施形態]
図7を参照して、第3実施形態に係る光コムパラメータ検出装置1Cについて説明する。光コムパラメータ検出装置1A,1Bが、1オクターブの波長差を有する第1パルス及び第2パルスに基づいてオフセット周波数fCEOを検出したのに対して、光コムパラメータ検出装置1Cは、2/3オクターブの波長差を有する第1パルス及び第2パルスに基づいてオフセット周波数fCEOを検出するように構成されている。光コムパラメータ検出装置1Cは、第二高調波発生部6及び検出部11の代わりに第三高調波発生部21及び検出部23を備え、第二高調波発生部22を更に備える点で、光コムパラメータ検出装置1Aと主に相違している。以下、一例として、第1パルス(ストークスパルス又は入射パルス)の中心波長が1800nmであり、第2パルス(入射パルス又はアンチストークスパルスであり且つ第1パルスとは異なるパルス)の中心波長が1200nmであるものとして、光コムパラメータ検出装置1Cについて説明する。
[Third Embodiment]
The optical comb
第三高調波発生部21は、光コムパラメータ検出装置1A,1Bにおける第二高調波発生部6と同様に、第1光路L1上に設けられている。第三高調波発生部21は、第1パルスの第三高調波を発生させる。第1パルスの中心波長が1800nmの場合、第1パルスの第三高調波の中心波長は、その1/3の600nmとなる。第三高調波発生部21は、例えば、BBO,LBO等の複数の非線形光学結晶を含み得る。第三高調波は、例えば入射光(第1パルス)と第二高調波との和周波発生によって得られる。一例として、第三高調波発生部21は、まずBBO等の第1光学結晶に入射光(例えば中心波長が1800nmの光)を照射することにより、第二高調波(例えば中心波長が900nmの光)を発生させる。その後、第三高調波発生部21は、第1光学結晶を透過した入射光と第二高調波とをLBO等の第2光学結晶に入射させることで入射光と第二高調波との和周波を発生させることにより、第三高調波(例えば中心波長が600nmの光)を発生させる。
The third
第二高調波発生部22は、第2光路L2上に設けられている。本実施形態では一例として、第二高調波発生部22は、固定ミラー9とビームスプリッタ10との間に設けられている。第二高調波発生部22は、第2パルスの第二高調波を発生させる。第2パルスの中心波長が1200nmの場合、第2パルスの第二高調波の中心波長は、その半分の600nmとなる。第二高調波発生部22は、例えば、第二高調波発生部6と同様の部材である。
The second
検出部23は、第1パルスの第三高調波と第2パルスの第二高調波との差周波数を、オフセット周波数fCEOとして検出する。検出部23は、例えばフォトディテクタ等である。以下、検出部23によるオフセット周波数fCEOの検出方法について詳細に説明する。
The
上述したように、本実施形態では、第1パルスの中心波長(1800nm)は、第2パルスの中心波長(1200nm)の1.5倍となっている。すなわち、第1パルスと第2パルスとの波長差は、2/3オクターブである。ここで、第1パルスが光コムの2n番目のモード周波数f(2n)に対応する場合、その2/3の波長を有する第2パルスは光コムの3n番目のモード周波数f(3n)に対応する。 As described above, in the present embodiment, the center wavelength (1800 nm) of the first pulse is 1.5 times the center wavelength (1200 nm) of the second pulse. That is, the wavelength difference between the first pulse and the second pulse is 2/3 octave. Here, when the first pulse corresponds to the 2nth mode frequency f (2n) of the optical comb, the second pulse having a wavelength of 2/3 thereof corresponds to the 3nth mode frequency f (3n) of the optical comb. do.
n番目のモード周波数f(n)を求めるための上記式(1)から、2n番目のモード周波数f(2n)の第三高調波(3倍波)のモード周波数3f(2n)は、下記式(5)により表される。また、3n番目のモード周波数f(3n)の第二高調波(2倍波)のモード周波数2f(3n)は、下記式(6)により表される。また、下記式(5)と下記式(6)との差をとることにより、下記式(7)が得られる。
3f(2n)=6n×frep+3fCEO …(5)
2f(3n)=6n×frep+2fCEO …(6)
3f(2n)-2f(3n)=fCEO …(7)
From the above equation (1) for obtaining the nth mode frequency f (n), the mode frequency 3f (2n) of the third harmonic (third harmonic) of the second mode frequency f (2n) is the following equation. It is represented by (5). Further, the mode frequency 2f (3n) of the second harmonic (second harmonic) of the 3nth mode frequency f (3n) is represented by the following equation (6). Further, the following equation (7) can be obtained by taking the difference between the following equation (5) and the following equation (6).
3f (2n) = 6n x f rep + 3f CEO ... (5)
2f (3n) = 6n x f rep + 2f CEO ... (6)
3f (2n) -2f (3n) = f CEO ... (7)
従って、検出部23は、第1パルスの第三高調波(3f(2n))と第2パルスの第二高調波(2f(3n))との差周波数を、オフセット周波数fCEOとして検出することができる。
Therefore, the
光コムパラメータ検出装置1Cによれば、2/3オクターブの波長差を有する第1パルス及び第2パルスから、オフセット周波数fCEOを適切に検出することができる。
According to the optical comb
[第4実施形態]
図8を参照して、第4実施形態に係る光コムパラメータ検出装置1Dについて説明する。光コムパラメータ検出装置1Dは、光学系OSの代わりに、分散シフトファイバ4の先端部4aと検出部11の入力側の端部とを接続する分散補償ファイバ31を備える点で、光コムパラメータ検出装置1Aと主に相違している。分散補償ファイバ31は、分散シフトファイバ4と検出部11との間に配置され、第1パルス及び第2パルスを伝送する。光コムパラメータ検出装置1Dでは、第二高調波発生部6は、分散補償ファイバ31内に組み込まれている。例えば、非線形結晶である第二高調波発生部6が、分散補償ファイバ31と直接結合されている。
[Fourth Embodiment]
The optical comb
光コムパラメータ検出装置1Dでは、分散シフトファイバ4の先端部4aから出力された第1パルス(ストークスパルス又は入射パルス)及び第2パルス(入射パルス又はアンチストークスパルスであり且つ第1パルスとは異なるパルス)は、分散補償ファイバ31に直接入力される。分散補償ファイバ31は、分散シフトファイバ4の波長分散と逆の特性を有する光ファイバである。分散補償ファイバ31のファイバ長は、分散シフトファイバ4内で生じた第1パルス及び第2パルスの間の時間差をキャンセルするように、適切な長さに調整されている。
In the optical comb
光コムパラメータ検出装置1Dによれば、分散シフトファイバ4において生じた第1パルスと第2パルスとの間の時間遅延を、分散補償ファイバ31によって打ち消すことができる。これにより、第1パルスと第2パルスとの光路を分離する光学系(例えば、上述した光コムパラメータ検出装置1A,1B,1Cが備えていた光学系OS)を用いることなく、第1パルス及び第2パルスの位相を合わせることができる。すなわち、第1パルス及び第2パルスを空間的に分離して自由空間に出力する構成が不要となるため、装置構成の単純化を図ることができる。
According to the optical comb
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されない。上述した一の実施形態又は変形例における一部の構成は、他の実施形態又は変形例における構成に任意に適用することができる。例えば、光コムパラメータ検出装置1Cにおいて、光コムパラメータ検出装置1Bが備える構成(すなわち、第1偏光調整部12、第2偏光調整部13、パルス幅調整部14、バンドパスフィルタ15、及び光導波路部16)の一部又は全部が設けられてもよい。
Although one embodiment of the present disclosure has been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiment. Some configurations in one embodiment or variant described above can be optionally applied to the configurations in other embodiments or variants. For example, in the optical comb
また、上記実施形態では、光コムを発生させるパルス発生部として分散シフトファイバを例示したが、パルス発生部は、分散シフトファイバに限られない。パルス発生部は、入射パルスに対して時間的に早いストークスパルス、及び入射パルスに対して時間的に遅いアンチストークスパルスの少なくとも一方を発生させるものであればよい。 Further, in the above embodiment, the distributed shift fiber is exemplified as the pulse generating unit for generating the optical comb, but the pulse generating unit is not limited to the distributed shift fiber. The pulse generating unit may generate at least one of a Stokes pulse that is faster in time with respect to the incident pulse and an anti-Stokes pulse that is slower in time with respect to the incident pulse.
1A,1B,1C,1D…光コムパラメータ検出装置、2…光コム発生器(光コム発生部)、3…光パルス増幅器(増幅部)、4…分散シフトファイバ(パルス発生部)、6…第二高調波発生部、8…遅延制御部、11,23…検出部、12…第1偏光調整部(偏光調整部)、13…第2偏光調整部(偏光調整部)、14…パルス幅調整部、15…バンドパスフィルタ、16…光導波路部、L1…第1光路、L2…第2光路、OS…光学系。 1A, 1B, 1C, 1D ... Optical comb parameter detector, 2 ... Optical comb generator (optical comb generator), 3 ... Optical pulse amplifier (amplification unit), 4 ... Distributed shift fiber (pulse generator), 6 ... 2nd harmonic generation unit, 8 ... Delay control unit, 11,23 ... Detection unit, 12 ... First polarization adjustment unit (polarization adjustment unit), 13 ... Second polarization adjustment unit (polarization adjustment unit), 14 ... Pulse width Adjustment unit, 15 ... band path filter, 16 ... optical waveguide section, L1 ... first optical path, L2 ... second optical path, OS ... optical system.
Claims (13)
前記光コムを入射パルスとして入力することにより、ストークスパルス及びアンチストークスパルスの少なくとも一方を発生させるパルス発生部と、
前記入射パルス及び前記ストークスパルスの一方である第1パルスと、前記入射パルス及び前記アンチストークスパルスの一方であり且つ前記第1パルスとは異なる第2パルスと、に基づいて、前記オフセット周波数を検出する検出部と、
を備える光コムパラメータ検出装置。 An optical comb generator that generates an optical comb having a plurality of frequency modes specified by a repetition frequency and an offset frequency,
A pulse generating unit that generates at least one of a Stokes pulse and an anti-Stokes pulse by inputting the optical comb as an incident pulse.
The offset frequency is detected based on the first pulse, which is one of the incident pulse and the Stokes pulse, and the second pulse, which is one of the incident pulse and the anti-Stokes pulse and is different from the first pulse. Detection unit and
An optical comb parameter detector equipped with.
前記第1光路及び前記第2光路の少なくとも一方に設けられ、前記第1パルス及び前記第2パルスの位相を合わせるために時間遅延を生じさせる遅延制御部と、を更に備える、請求項1又は2に記載の光コムパラメータ検出装置。 An optical system that separates the first optical path of the first pulse and the second optical path of the second pulse downstream of the pulse generation unit, and combines the first pulse and the second pulse upstream of the detection unit. When,
Claim 1 or 2 further includes a delay control unit provided in at least one of the first optical path and the second optical path and causing a time delay in order to match the phases of the first pulse and the second pulse. Optical comb parameter detector according to.
前記偏光調整部は、前記第1パルスの偏光方向と前記第2パルスの偏光方向とが略一致するように、前記第1パルス及び前記第2パルスの少なくとも一方の偏光方向を調整する、請求項3に記載の光コムパラメータ検出装置。 Further provided with a polarization adjusting unit provided in at least one of the first optical path and the second optical path and adjusting the polarization direction of at least one of the first pulse and the second pulse.
The polarization adjusting unit adjusts the polarization direction of at least one of the first pulse and the second pulse so that the polarization direction of the first pulse and the polarization direction of the second pulse substantially coincide with each other. The optical comb parameter detection device according to 3.
前記検出部は、前記バンドパスフィルタを通過した前記第1パルス及び前記第2パルスの成分に基づいて、前記オフセット周波数を検出する、請求項3~5のいずれか一項に記載の光コムパラメータ検出装置。 Further, a bandpass filter provided upstream of the detection unit and passing a component of a predetermined frequency band of the first pulse and the second pulse is provided.
The optical comb parameter according to any one of claims 3 to 5, wherein the detection unit detects the offset frequency based on the components of the first pulse and the second pulse that have passed through the bandpass filter. Detection device.
前記分散補償ファイバは、前記パルス発生部の波長分散と逆の特性を有する、請求項2に記載の光コムパラメータ検出装置。 A dispersion compensating fiber, which is arranged between the pulse generating unit and the detecting unit and transmits the first pulse and the second pulse, is further provided.
The optical comb parameter detection device according to claim 2, wherein the dispersion compensating fiber has characteristics opposite to those of the wavelength dispersion of the pulse generating unit.
前記第1パルスは、前記第2パルスの2倍の波長を有し、
前記検出部は、前記第1パルスの前記第二高調波と前記第2パルスとの差周波数を、前記オフセット周波数として検出する、請求項1~8のいずれか一項に記載の光コムパラメータ検出装置。 Further, a second harmonic generation unit for generating the second harmonic of the first pulse is provided.
The first pulse has twice the wavelength of the second pulse and has a wavelength twice that of the second pulse.
The optical comb parameter detection according to any one of claims 1 to 8, wherein the detection unit detects the difference frequency between the second harmonic of the first pulse and the second pulse as the offset frequency. Device.
前記第2パルスの第二高調波を発生させる第二高調波発生部と、を更に備え、
前記第1パルスは、前記第2パルスの1.5倍の波長を有し、
前記検出部は、前記第1パルスの前記第三高調波と前記第2パルスの前記第二高調波との差周波数を、前記オフセット周波数として検出する、請求項1~8のいずれか一項に記載の光コムパラメータ検出装置。 A third harmonic generator that generates the third harmonic of the first pulse,
A second harmonic generation unit that generates the second harmonic of the second pulse is further provided.
The first pulse has a wavelength 1.5 times that of the second pulse.
The detection unit detects the difference frequency between the third harmonic of the first pulse and the second harmonic of the second pulse as the offset frequency, according to any one of claims 1 to 8. The described optical comb parameter detector.
前記増幅部により増幅された前記光コムのパルスエネルギーは、1nJ以上である、請求項1~10のいずれか一項に記載の光コムパラメータ検出装置。 An amplification unit provided between the optical comb generation unit and the pulse generation unit to amplify the optical comb generated by the optical comb generation unit is further provided.
The optical comb parameter detection device according to any one of claims 1 to 10, wherein the pulse energy of the optical comb amplified by the amplification unit is 1 nJ or more.
前記光コムを入射パルスとして入力することにより、ストークスパルス及びアンチストークスパルスの少なくとも一方を発生させるステップと、
前記入射パルス及び前記ストークスパルスの一方である第1パルスと、前記入射パルス及び前記アンチストークスパルスの一方であり且つ前記第1パルスとは異なる第2パルスと、に基づいて、前記オフセット周波数を検出するステップと、
を含む光コムパラメータ検出方法。 Steps to generate an optical comb with multiple frequency modes specified by repetition frequency and offset frequency,
A step of generating at least one of a Stokes pulse and an anti-Stokes pulse by inputting the optical comb as an incident pulse,
The offset frequency is detected based on the first pulse, which is one of the incident pulse and the Stokes pulse, and the second pulse, which is one of the incident pulse and the anti-Stokes pulse and is different from the first pulse. Steps to do and
Optical comb parameter detection method including.
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