JP2724278B2 - Optical pulse generator - Google Patents

Optical pulse generator

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JP2724278B2
JP2724278B2 JP5091815A JP9181593A JP2724278B2 JP 2724278 B2 JP2724278 B2 JP 2724278B2 JP 5091815 A JP5091815 A JP 5091815A JP 9181593 A JP9181593 A JP 9181593A JP 2724278 B2 JP2724278 B2 JP 2724278B2
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pulse generator
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トレイド ハーヴェイ ジョージ
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光パルス発生器に関す
る。更に詳細には、本発明は調波モード同期リングレー
ザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical pulse generator. More particularly, the present invention relates to harmonic mode-locked ring lasers.

【0002】[0002]

【従来の技術】1992年2月18日に出願された米国
特許出願第07/835,813号明細書には、調波モ
ード同期レーザを光パルス源(特に、ソリトン伝送用に
使用することができるパルス源)として利用することの
利点が記載されている。ソリトンは、単一モードファイ
バの特定の非線形作用によりファイバ内の色分散作用を
補正する、特定の形状、幅およびエネルギーを有する光
パルスである。従って、各パルスは、その形状およびパ
ルス幅を維持しながら、単一モードファイバ内を長距離
にわたって伝搬できる。ソリトン伝送のその他の利点
は、伝送信号の増幅用に、反復器ではなく、エルビウム
増幅器を使用できること、および、ソリトン伝送によれ
ば波長分割多重化と偏光分割多重化が可能であり、これ
により、伝送ライン容量を更に増大させることができる
ことである。
BACKGROUND OF THE INVENTION US patent application Ser. No. 07 / 835,813, filed Feb. 18, 1992, discloses the use of a harmonically mode-locked laser in an optical pulse source, particularly for soliton transmission. The advantage of using it as a possible pulse source is described. A soliton is an optical pulse having a specific shape, width and energy that corrects for chromatic dispersion effects in a single mode fiber due to specific non-linear effects in the fiber. Thus, each pulse can propagate over long distances in a single mode fiber while maintaining its shape and pulse width. Other advantages of soliton transmission include the ability to use an erbium amplifier, rather than an iterator, for amplifying the transmitted signal, and that soliton transmission allows wavelength division multiplexing and polarization division multiplexing, That is, the transmission line capacity can be further increased.

【0003】米国特許出願第07/835,813号明
細書に記載された調波モード同期レーザは、閉ループ共
振器路内に配置されたエルビウムファイバ増幅器を励起
するために光ポンプを使用する。閉ループ共振器路内の
光電子変調器は適当な周波数で駆動され、閉ループ共振
器路の隣接共振モード間の周波数間隔に調波的に関連す
る繰り返し速度を有するパルスのレーザ光を発生する。
米国特許出願第07/835,813号明細書に記載さ
れた発明の特徴は、光路がリングレーザの光パルスのパ
ルス繰り返し速度に概ね等しい自由スペクトル範囲を有
するファブリペロー光共振器を有することである。ファ
ブリペロー共振器は出力として取り出されるパルスのエ
ネルギー、形状および幅を等化する傾向がある。しか
し、米国特許出願第07/835,813号明細書に記
載された発明によっても、調波モード同期レーザはその
パルス化された出力が明らかに不安定である。
The harmonic mode-locked laser described in US patent application Ser. No. 07 / 835,813 uses an optical pump to excite an erbium fiber amplifier located in a closed loop resonator path. The optoelectronic modulator in the closed loop resonator path is driven at an appropriate frequency to generate a pulsed laser beam having a repetition rate that is harmonically related to the frequency spacing between adjacent resonant modes of the closed loop resonator path.
A feature of the invention described in US patent application Ser. No. 07 / 835,813 is that it has a Fabry-Perot optical cavity whose optical path has a free spectral range approximately equal to the pulse repetition rate of the light pulses of the ring laser. . Fabry-Perot resonators tend to equalize the energy, shape and width of the pulse taken as output. However, even with the invention described in US patent application Ser. No. 07 / 835,813, the harmonically mode-locked laser is clearly unstable in its pulsed output.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、安定なパルス化出力を発生することができる調波モ
ード同期レーザを提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a harmonically mode-locked laser capable of producing a stable pulsed output.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】米国特許出願第07/8
35,813号明細書に記載された調波モード同期レー
ザの不安定性は温度変動により生じる閉ループ路の微小
な長さ変化により発生されることが突き止められた。こ
の不安定性を解決するため、本発明では、光路から第1
および第2の光ビームを引き出す。この第1および第2
の光ビームは、周波数から外れるがレーザの略中心動作
周波数とは交差する光パスバンドを有する第1および第
2の光フィルタからそれぞれ配向される。
SUMMARY OF THE INVENTION US patent application Ser. No. 07/8
It has been determined that the instability of the harmonically mode-locked laser described in U.S. Pat. No. 5,813,13 is caused by small changes in the length of the closed loop caused by temperature fluctuations. In order to solve this instability, in the present invention, the first
And extract a second light beam. This first and second
Are respectively directed from first and second optical filters having optical passbands that deviate from the frequency but intersect the substantially center operating frequency of the laser.

【0006】下記で詳細に説明するように、ファブリペ
ロー光共振器の自由スペクトル範囲は、光路に沿って伝
搬される光の波長の変化として明示される光路長の変化
を可能にするのに十分な周波数により、パルス繰り返し
速度と厳密に等しい周波数から偏移される。第1および
第2の光フィルタを通過する光の強度差を検出する装置
を使用し、光路長を調整するためにこのような光強度差
に比例する信号を発生し、疑似温度誘発光路長変動を補
正することができる。
As will be described in detail below, the free spectral range of a Fabry-Perot optical resonator is sufficient to permit a change in optical path length, manifested as a change in wavelength of light propagating along the optical path. Deviating from a frequency that is exactly equal to the pulse repetition rate by a different frequency. A device for detecting the difference in intensity of light passing through the first and second optical filters is used to generate a signal proportional to such difference in light intensity to adjust the optical path length, thereby producing a pseudo temperature-induced optical path length variation. Can be corrected.

【0007】本発明の一実施例によれば、光路の光ファ
イバの一部を取り囲む抵抗器に強度差に比例する電流を
通すことにより、光路長の補正を行う。電流変化を用い
て温度を変化させ、そして、光ファイバの光路長を変化
させ、これにより、疑似光路長変化を補正する。本発明
のこの特徴は、微小ではあるが正確に決定された光路長
補正を行わなければならない位相シフターのような、調
波モード同期レーザ以外の装置でも使用できる。
According to one embodiment of the present invention, the correction of the optical path length is performed by passing a current proportional to the intensity difference through a resistor surrounding a part of the optical fiber in the optical path. The temperature is changed using the current change, and the optical path length of the optical fiber is changed, thereby correcting the pseudo optical path length change. This feature of the invention can also be used in devices other than harmonically mode-locked lasers, such as phase shifters, which must make small but accurately determined optical path length corrections.

【0008】[0008]

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細
に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

【0009】図1を参照する。閉ループ光伝送路の一部
が単一モード光ファイバ12により画成されている。
“単一モード”とは、単一横モードだけで光を伝送する
ファイバの能力を意味する。ファイバは多くの縦方向モ
ードを支持する。光カプラ13はポンプレーザ14から
の光エネルギーをエルビウムファイバ増幅器15に差し
向ける。エルビウムファイバ増幅器は例えば、ジャーナ
ル・オブ・ライトウエイブ・テクノロジー(Journal of
Lightwave Technology) ,Vol.LT-4,No.7(1986年
7月),870〜875頁に掲載されたエス・ビー・プ
ーレ(S.B.Poole)らの「希土類イオンを含有する低損失
光ファイバの成形加工および特徴」と題する論文中に開
示されたタイプの能動レーザ媒体であり、ポンプレーザ
14からのエネルギーにより適当に励起されたときに光
ファイバ路に沿って光を増幅する、或る長さのエルビウ
ムがドープされた光ファイバからなる。調波モード同期
リングレーザで光を増幅するために、その他の様々な種
類の能動レーザ媒体も使用できる。光エネルギーは光伝
送路により画成される閉ループの周囲を伝搬する。偏光
コントローラ17を使用し、リング内の偏光変動を補正
する。
Referring to FIG. A part of the closed loop optical transmission line is defined by the single mode optical fiber 12.
"Single mode" refers to the ability of a fiber to transmit light in a single transverse mode only. Fibers support many longitudinal modes. Optical coupler 13 directs light energy from pump laser 14 to erbium fiber amplifier 15. Erbium fiber amplifiers are available, for example, from the Journal of Lightwave Technology.
Lightwave Technology), Vol. LT-4, No. 7 (July 1986), pp. 870-875, "Formation of low-loss optical fibers containing rare earth ions" by SBPoole et al. An active laser medium of the type disclosed in the article entitled "Processing and Features," which amplifies light along an optical fiber path when properly pumped by energy from the pump laser 14. It consists of an optical fiber doped with erbium. Various other types of active laser media can also be used to amplify light with a harmonically mode-locked ring laser. Optical energy propagates around a closed loop defined by the optical transmission path. The polarization controller 17 is used to correct for polarization variations in the ring.

【0010】変調器18はコヒーレント光の強度を変調
し、コヒーレント光を一連のパルスの形に変化させる。
例えば、この変調器は、対応する繰り返し速度を有する
光パルスを生成するために電子オシレータ19により一
般的にギガヘルツ範囲の周波数で駆動される、公知のマ
ッハ−ゼンダー(Mach-Zehnder)ニオブ酸リチウム変調器
である。パルス繰り返し速度が、整数により分割される
光路周囲の光パルスの遷移時間に概ね等しい期間また
は、下記の式、 T=t/N (1) (式中、Tは光パルスの期間であり、tは閉ループ路周
囲の光パルスの遷移時間であり、Nは整数である)の関
係を有するように、変調周波数は選択される。
[0010] The modulator 18 modulates the intensity of the coherent light and changes the coherent light into a series of pulses.
For example, the modulator may be a known Mach-Zehnder lithium niobate modulation, typically driven at a frequency in the gigahertz range by an electronic oscillator 19 to produce light pulses having a corresponding repetition rate. It is a vessel. A period in which the pulse repetition rate is approximately equal to the transition time of the light pulse around the light path divided by an integer, or the following equation: T = t / N (1) (where T is the light pulse period and t Is the transition time of the light pulse around the closed loop path, and N is an integer).

【0011】図2を参照する。閉ループ路は一連の共鳴
周波数モードMを有する。式(1) に応じて、パルス繰り
返し速度f2 が生じる。パルス繰り返し速度f2 は概ね
次式により得られる。 f2 =Nf1 (2) (式中、f1 は、M1 とM2 の間の間隙のような、隣接
する共鳴リングモードM間の周波数間隙である)
Referring to FIG. The closed loop has a series of resonance frequency modes M. The pulse repetition rate f 2 is generated according to the equation (1). Pulse repetition rate f 2 is generally obtained by the following equation. f 2 = Nf 1 (2) (where f 1 is the frequency gap between adjacent resonant ring modes M, such as the gap between M 1 and M 2 )

【0012】周波数f1 は次式により得られる。 f1 =c/nl (3) (式中、cは光速であり、nは光ファイバの屈折率であ
り、lは閉ループ路の長さまたはレーザのリングの長さ
である)
The frequency f 1 is obtained by the following equation. f 1 = c / nl (3) where c is the speed of light, n is the index of refraction of the optical fiber, and l is the length of the closed loop path or the length of the laser ring.

【0013】米国特許出願第07/835,813号明
細書に記載されているように、レーザリングの一部は、
ハーフミラー25および26からなるファブリペロー共
振器24により画成されており、出力パルスの増幅度を
等化する作用を果たす。リング内を循環するパルストレ
インの一部は出力カプラ27により除去され、図1に図
示されているように出力パルスとして伝送される。これ
らのパルスは、単一モード光ファイバによる伝送用のソ
リトンとして使用すべき双曲線正割二乗パルスに十分に
近似しており、情報のソリトン伝送の公知の利点が得ら
れる。アイソレータ28がリング内に配置されており、
前記のように逆時計方向にリング内を伝搬させる。
[0013] As described in US patent application Ser. No. 07 / 835,813, a portion of the laser ring comprises:
It is defined by a Fabry-Perot resonator 24 composed of half mirrors 25 and 26, and functions to equalize the amplification degree of the output pulse. A part of the pulse train circulating in the ring is removed by the output coupler 27 and transmitted as an output pulse as shown in FIG. These pulses closely resemble hyperbolic secant squared pulses to be used as solitons for transmission over single mode optical fibers, providing the known advantages of soliton transmission of information. An isolator 28 is arranged in the ring,
As described above, the light propagates through the ring in the counterclockwise direction.

【0014】ファブリペロー共振器は図2に示されるよ
うに、非常に多数の等間隔共振モードR1 ...Rn
画成し、2個の隣接モードの周波数間隔(例えば、R2
とR3 の中心間間隔)として定義される自由スペクトル
範囲(FSR)を有する。FSRは次の式によっても得
られる。 FSR=c/2d (4) (式中、cは共振器内における光速であり、dは対向す
るミラー25および26間の光路長である)
The Fabry-Perot resonator has a large number of equally spaced resonance modes R 1 . . . R n and define the frequency spacing of two adjacent modes (eg, R 2
And the center-to-center spacing of R 3 ). FSR can also be obtained by the following equation. FSR = c / 2d (4) (where, c is the speed of light in the resonator, and d is the optical path length between the opposing mirrors 25 and 26)

【0015】米国特許出願第07/835,813号明
細書によれば、共振器24はリングレーザのパルス繰り
返し速度f2 に概ね等しいか、または FSR=f2 (5) の関係を満たすFSRを有するように構成されている。
この条件を満たす場合、ファブリペロー共振器は連続パ
ルスにより搬送されたエネルギーを等化し、それによ
り、発生パルストレインのパルス増幅度を等化する。共
振器モードRの共振ピークに最も近似的に一致するリン
グレーザモードMは、競合モードを抑制しながらレーザ
発光を起こす。前記の式(4) および(5) は、共振器24
内における光のラウンドトリップ時間が所望のパルス時
間と一致することを示している。
According to US patent application Ser. No. 07 / 835,813, the resonator 24 has an FSR that is approximately equal to the pulse repetition rate f 2 of the ring laser or that satisfies the relationship FSR = f 2 (5). It is configured to have.
If this condition is met, the Fabry-Perot resonator equalizes the energy carried by the continuous pulse, thereby equalizing the pulse amplitude of the generated pulse train. The ring laser mode M which most nearly coincides with the resonance peak of the resonator mode R emits laser light while suppressing the competitive mode. Equations (4) and (5) above describe the resonator 24
It is shown that the round trip time of the light within is equal to the desired pulse time.

【0016】ファブリペローモードの包絡線30は中心
周波数においてモードR4 を有するファブリペロー共振
器24の通過域を示す。図2の縦座標は様々な周波数で
共振器により通過された光強度の分数の測定単位であ
る。
The Fabry-Perot mode envelope 30 indicates the passband of the Fabry-Perot resonator 24 having mode R 4 at the center frequency. The ordinate in FIG. 2 is a unit of measure for the fraction of light intensity passed by the resonator at various frequencies.

【0017】内部ファブリペロー光共振器を付加する
と、調和モード同期リングレーザの望ましくないモード
を抑制することによりリングレーザの動作は安定化する
が、このレーザは依然として時々不安定性を示すことが
ある。図3はこのような不安定性の原因の一つを例証し
ている。リングの長さが20m程度である場合、温度が
たった0.005℃変化しただけでも、波長によりリン
グの長さは変化する。従って、モードM1 およびM2
周波数がシフトされ、ファブリペロー共振器におけるか
なり均等な損失を示す。これらのモードは両方ともレー
ザ動作を刺激し、モードビーティングを発生し、それに
より、出力パルスの増幅変動が生じる。
The addition of an internal Fabry-Perot optical cavity stabilizes the operation of the ring laser by suppressing undesirable modes of the harmonically mode-locked ring laser, but the laser may still sometimes exhibit instability. FIG. 3 illustrates one cause of such instability. When the length of the ring is about 20 m, the length of the ring changes depending on the wavelength even if the temperature changes by only 0.005 ° C. Thus, modes M 1 and M 2 are shifted in frequency and exhibit fairly uniform losses in the Fabry-Perot cavity. Both of these modes stimulate laser operation and produce mode beating, which results in amplified variations in the output pulse.

【0018】本発明によれば、レーザの閉ループリング
の長さの微小な変化を補償するのに使用できるエラー信
号を発生させるために、ファブリペロー共振器24を、
その最適周波数から僅かに離調または偏移させる。前記
の式(2) および(5) は、FSRが、隣接リングモードM
間の間隙距離の整数に等しくなければならないことを示
している。これが真実である場合、リングモードMのう
ちの一方は、図2に示されるように、各ファブリペロー
モードRの中心に位置する。図4では、ファブリペロー
共振器は、FSRがパルス繰り返し速度に正確に等しい
周波数からdfに等しい周波数まで偏移するように、離
調されている。
In accordance with the present invention, a Fabry-Perot resonator 24 is provided to generate an error signal that can be used to compensate for small changes in the length of the closed loop ring of the laser.
Slightly detune or deviate from its optimal frequency. Equations (2) and (5) above indicate that the FSR is
Indicates that the gap distance between them must be equal to an integer. If this is true, one of the ring modes M is located at the center of each Fabry-Perot mode R, as shown in FIG. In FIG. 4, the Fabry-Perot resonator is detuned such that the FSR shifts from a frequency exactly equal to the pulse repetition rate to a frequency equal to df.

【0019】単純化のために、図4は図2のM2 に対応
するリングモード(図4の各種ファブリペローモードR
内のもの)だけを示す。ファブリペロー共振器を離調さ
せると、リングの長さの微小な変化を、出力光の波長ま
たは周波数の検出可能な大きな変化として明示させるこ
とができる。この理由を図5で説明する。微小な長さ変
化が、ファブリペローモードR4 のリングモードM2
僅かに右に移動させると、その周波数における伝送強度
は激減するが、同じ長さ変化はファブリペローモードR
3 の対応するリングモードM2 を最大出力領域に移動さ
せる。この結果、微小な変化はモードR3 により画成さ
れる周波数の強度を著しく増大させ、そして、モードR
4 により画成される周波数の強度を低下させる。その証
拠に、M2 を反対方向に移動させるリング長の変化は、
周波数の優勢なシフトをファブリペロー共振モードR5
により画成される周波数に対して起こさせる。従って、
図5では、共振器R4 内でM2 が右へ移動すると、モー
ドR3 の光強度が増大し、そして、R4 内でM2 が左へ
移動すると、R5 の光強度は他のファブリペローモード
Rに関して増大する。これにより、光路長の微小な変化
は出力周波数の検出可能な変化として明示される。
For simplicity, FIG. 4 shows a ring mode corresponding to M 2 in FIG. 2 (various Fabry-Perot modes R in FIG. 4).
Inside) are shown. Detuning the Fabry-Perot resonator can reveal small changes in the length of the ring as detectable large changes in the wavelength or frequency of the output light. The reason will be described with reference to FIG. Small length changes, moving the ring mode M 2 of the Fabry-Perot modes R 4 slightly right, transmission strength is greatly reduced at that frequency, as long as the change is the Fabry-Perot mode R
3 corresponding ring mode M 2 is moved to the maximum output region. Consequently, a small change significantly increases the strength of the frequency defined by the mode R 3, and the mode R
4. Reduce the intensity of the frequency defined by 4 . As proof, change of ring length to move the M 2 in the opposite direction,
Dominant frequency shift is achieved by Fabry-Perot resonance mode R 5
For the frequency defined by Therefore,
In FIG. 5, when M 2 moves to the right in resonator R 4 , the light intensity of mode R 3 increases, and when M 2 moves to the left in R 4 , the light intensity of R 5 becomes the other. Increase for Fabry-Perot mode R. Thereby, a minute change in the optical path length is clearly indicated as a detectable change in the output frequency.

【0020】再び図1を参照する。光リング内を伝送さ
れる光の周波数変化を検出し、そして、このような周波
数変動に応じてリングに対して長さ調整を自動的に行う
ための装置32が図示されている。光路から二本の光ビ
ーム33および34を引き出すために、ビームスプリッ
ターが使用されている。ビーム部分35はリングの光路
の一部を構成する。ビーム部分33,34および35は
全て楔状エタロン37を通して配向される。このエタロ
ンは図示されているように、テーパ付の石英体である。
ここでは、ビーム33はエタロンの比較的薄い部分を通
して伝送され、ビーム34は比較的厚い部分を通して伝
送される。楔状エタロンを使用し、そして、矢線で示さ
れるようにエタロンを上下に移動させることにより、3
本の全てのビームに対応するエタロン伝送ピークの周波
数を同時に、かつ、同じ速度で変化させることができ
る。
Referring back to FIG. An apparatus 32 is shown for detecting frequency changes in light transmitted within the optical ring and for automatically making length adjustments to the ring in response to such frequency fluctuations. A beam splitter is used to extract two light beams 33 and 34 from the optical path. Beam portion 35 forms part of the optical path of the ring. Beam portions 33, 34 and 35 are all oriented through wedge-shaped etalon 37. The etalon is a tapered quartz body as shown.
Here, beam 33 is transmitted through a relatively thin portion of the etalon, and beam 34 is transmitted through a relatively thick portion. Using a wedge-shaped etalon and moving the etalon up and down as indicated by the arrows, 3
The frequency of the etalon transmission peak corresponding to all beams of the book can be changed simultaneously and at the same speed.

【0021】図6を参照する。エタロンは3本のビーム
の各々について光フィルタを構成し、曲線39はビーム
35の光パスバンドを示し、曲線40は光ビーム34の
パスバンドを示し、曲線41はビーム33のパスバンド
である。エタロンを上または下に移動させると、パスバ
ンド39の中心周波数fc は右または左に移動する。エ
タロンのテーパが一定で、ビーム33および34がビー
ム35の回りに対称的に配置された場合、周波数fc
シフトされたとしても、曲線40および41は曲線39
の回りに対称的に配置されるであろう。周波数fc にお
けるパスバンド40および41の交差は、パスバンド4
0および41が周波数fc に対して対称的であることを
意味する。
Referring to FIG. The etalon constitutes an optical filter for each of the three beams, with curve 39 indicating the optical passband of beam 35, curve 40 indicating the passband of light beam 34, and curve 41 indicating the passband of beam 33. Moving the etalon up or down, the center frequency f c of the pass band 39 is moved to the right or left. A tapered etalon is constant, when the beam 33 and 34 are symmetrically arranged around the beam 35, as the frequency f c is shifted, curves 40 and 41 are curves 39
Will be placed symmetrically around the The intersection of passbands 40 and 41 at frequency fc is equal to passband 4
0 and 41 means that is symmetrical with respect to the frequency f c.

【0022】ビーム33および34の強度は検出器39
および40により検出される。これらの検出器は、光強
度を電気的信号振幅に変換する常用の光検出器である。
パスバンド40および41は周波数依存性なので、光周
波数の変化は検出器39および40により検出された光
強度の変化により明示される。差動増幅器出力は長さ調
整装置43に入力される。長さ調整装置43はこのよう
な出力の関数としてリングレーザ光路の長さを調整す
る。
The intensity of the beams 33 and 34 is
And 40. These detectors are conventional photodetectors that convert light intensity into electrical signal amplitude.
Since the passbands 40 and 41 are frequency dependent, changes in optical frequency are manifested by changes in light intensity detected by detectors 39 and 40. The output of the differential amplifier is input to the length adjusting device 43. Length adjuster 43 adjusts the length of the ring laser beam path as a function of such output.

【0023】図7を参照する。長さ調整装置43は、コ
ーナーリフレクター46と結合された圧電スタック45
からなる。光路からの光12はミラー47、コーナーリ
フレクター46およびミラー48に向けられ、そして、
光路12に戻る。一方向における差動増幅器42からの
電圧はコーナーリフレクターをミラー47および48に
向かって押しつけ、その結果、光路が短縮されるが、別
方向における電圧は、差動増幅器からの電圧に比例する
量により光路を長くする。いうまでもなく、光路長調整
は、例えば、熱作用による疑似的な長さ変化を補償する
ためである。使用される各種パラメータは数学的に決定
できるが、実験的に決定するほうが実用的である。すな
わち、差動増幅器42からの異なる入力について必要な
長さ調整を実験的に較正するほうが一般的に一層実用的
である。
Referring to FIG. The length adjusting device 43 includes a piezoelectric stack 45 coupled to a corner reflector 46.
Consists of Light 12 from the optical path is directed to mirror 47, corner reflector 46 and mirror 48, and
Return to optical path 12. The voltage from the differential amplifier 42 in one direction pushes the corner reflectors toward the mirrors 47 and 48, thereby shortening the optical path, while the voltage in the other direction is increased by an amount proportional to the voltage from the differential amplifier. Increase the light path. Needless to say, the optical path length adjustment is performed, for example, to compensate for a pseudo length change due to thermal action. The various parameters used can be determined mathematically, but it is more practical to determine them experimentally. That is, it is generally more practical to experimentally calibrate the necessary length adjustments for different inputs from the differential amplifier 42.

【0024】前記の説明から明らかなように、ファブリ
ペロー共振器24の離調は、疑似的な長さ変化を補償す
るのに必要な、差動増幅器42からの差動電圧を発生す
るのに極めて有効である。すなわち、図5に示されるよ
うに、微小な長さ変化は共振器モードR4 からR3 まで
の強度の大きなシフトを発生させ、次いで、この大きな
シフトは、装置43(図1参照)による長さ調整を行う
ための有意な差動電圧を発生させることができる。図5
に示される離調がなければ、リングモードMにおけるシ
フトにより図3に明示された長さ変化は、長さ調整を行
うことのできる有意な差動電圧を発生させることは期待
できないであろう。図4の離調周波数dfは数学的に決
定することができるが、実験的に決定するほうがずっと
簡単である。すなわち、離調周波数dfは、図6に示さ
れたモードシフトを起こさせるほど十分に大きくなけれ
ばならないが、同時に、図2の隣接リングモードMの周
波数間隙f1 よりも小さくなければならない。
As is apparent from the above description, the detuning of the Fabry-Perot resonator 24 generates the differential voltage from the differential amplifier 42 necessary to compensate for pseudo length changes. Extremely effective. That is, as shown in FIG. 5, small length change generates a large shift in the intensity of the resonator mode R 4 to R 3, then, the large shift length by the device 43 (see FIG. 1) A significant differential voltage can be generated to make the adjustment. FIG.
Without the detuning shown in FIG. 3, the length change specified in FIG. 3 by the shift in the ring mode M would not be expected to produce a significant differential voltage for which the length adjustment could be made. Although the detuning frequency df in FIG. 4 can be determined mathematically, it is much easier to determine it experimentally. That is, the detuning frequency df is must be large enough to cause mode shift shown in FIG. 6, not at the same time, be less than the frequency gap f 1 of the adjacent ring modes M of FIG.

【0025】図8は、図1の長さ調整器43として使用
できる別の装置を示す。この装置は単一モード光ファイ
バ12の一部分からなる。図示されているように、この
単一モード光ファイバ12はクラッド層51内のコア層
50からなる。クラッド層の周囲は抵抗層52であり、
矢線で示されるように電流を導通する。抵抗層52は例
えば、厚さが約20ミクロンの錫または同様な抵抗性金
属であり、この層を通して、動作中に電流が導通され
る。差動増幅器42からの電圧は、抵抗層により電流を
低下させて光ファイバの温度を低下させるか、または、
抵抗層により電流を上昇させて光ファイバの温度を上昇
させる。温度変化は抵抗層52により取り囲まれている
光ファイバ部分の長さを僅かに変化させ、必要な長さ調
整を行う。
FIG. 8 shows another device which can be used as the length adjuster 43 of FIG. This device comprises a portion of a single mode optical fiber 12. As shown, this single mode optical fiber 12 comprises a core layer 50 within a cladding layer 51. Around the cladding layer is a resistance layer 52,
Conduct current as indicated by the arrow. Resistive layer 52 is, for example, tin or a similar resistive metal having a thickness of about 20 microns, through which current is conducted during operation. The voltage from the differential amplifier 42 reduces the current through the resistance layer to lower the temperature of the optical fiber, or
The current is increased by the resistance layer to increase the temperature of the optical fiber. The change in temperature slightly changes the length of the optical fiber portion surrounded by the resistance layer 52, and performs necessary length adjustment.

【0026】図8の長さ調整器は一般的に、図7の長さ
調整器よりも好ましい。被膜52は極めて正確に形成す
ることができ、光ファイバの長さ変化は極めて高い精度
でコントロールすることができる。温度が0.006℃
変化すると、長さが15メートルの光ファイバ部分を約
1波長だけシフトさせることができる。従って、図7の
長さ調整器よりも図8の長さ調整器によれば、一層大き
な、かつ、一層正確な長さ変化を得ることができる。
The length adjuster of FIG. 8 is generally preferred over the length adjuster of FIG. The coating 52 can be formed very accurately, and the length change of the optical fiber can be controlled with extremely high precision. Temperature is 0.006 ℃
When changed, the 15 meter long fiber optic section can be shifted by about one wavelength. Therefore, according to the length adjuster in FIG. 8 than in the length adjuster in FIG. 7, a larger and more accurate length change can be obtained.

【0027】この利点により図8の装置は、図1に示さ
れた回路以外の他の回路でも有益である。例えば、図8
の長さ調整器は光位相シフターとして使用できる。図9
を参照する。伝送ライン54および55からの光パルス
列を多重化しようとする場合、マルチプレクサ56によ
り多重化する前に、光パルス列の相対的位相を調整する
ことが望ましい。この目的のために、ラインの何れか一
方で位相シフター57を使用し、ライン55におけるパ
ルスの位相を微細に調整することができる。図8の装置
はこの目的に最適である。なぜなら、抵抗被膜52から
導通される電流の微小調整は光ファイバ部分の有効長さ
の微調整を行い、その結果、ファイバ部分により発生さ
れる位相シフトの微調整を行うからである。マルチプレ
クサは2本の伝送路からのパルスをインターリーブす
る。そして、この理由により、2組のパルスの相対的位
相をコントロールできることが重要である。位相シフタ
ーは、多くの光回路で有用であるように、光クロック回
路の位相調整の目的にも使用できる。位相シフターは、
パルス信号を使用する回路ばかりか、アナログ回路でも
有用である。
Due to this advantage, the device of FIG. 8 is also useful in circuits other than the circuit shown in FIG. For example, FIG.
Can be used as an optical phase shifter. FIG.
See If the optical pulse trains from the transmission lines 54 and 55 are to be multiplexed, it is desirable to adjust the relative phase of the optical pulse trains before multiplexing by the multiplexer 56. To this end, the phase of the pulse on line 55 can be finely adjusted using a phase shifter 57 on one of the lines. The device of FIG. 8 is best suited for this purpose. This is because the fine adjustment of the current conducted from the resistive coating 52 fine-tunes the effective length of the optical fiber portion, and consequently fine-tunes the phase shift generated by the fiber portion. The multiplexer interleaves the pulses from the two transmission paths. And for this reason, it is important to be able to control the relative phases of the two sets of pulses. The phase shifter can also be used for the purpose of adjusting the phase of an optical clock circuit, as is useful in many optical circuits. The phase shifter is
Analog circuits as well as circuits using pulse signals are useful.

【0028】米国特許出願第07/835,813号明
細書に記載されているように、本発明を具体化するリン
グレーザは一般的に、1.555ミクロンの波長で動作
する。波長1.48ミクロンで100ミリワットのレー
ザ出力をかけることができる。閉ループリングの全長は
20メートルである。変調器18は2.5ギガヘルツで
動作させることができる。図2のリングモードM間の周
波数間隙は一般的に、7メガヘルツであり、ファブリペ
ローモードRのFSRまたは中心対中心間隔は2.5ギ
ガヘルツである。各ファブリペローモードRの幅は16
メガヘルツであり、図4の離調周波数は100キロヘル
ツである。図6に示された楔状エタロン部分の帯域幅は
各々約60ギガヘルツである。図1の回路のその他の各
種パラメータは米国特許出願第07/835,813号
明細書に記載されている。
As described in US patent application Ser. No. 07 / 835,813, ring lasers embodying the present invention generally operate at a wavelength of 1.555 microns. A laser output of 100 milliwatts at a wavelength of 1.48 microns can be applied. The total length of the closed loop ring is 20 meters. The modulator 18 can operate at 2.5 GHz. The frequency gap between ring modes M in FIG. 2 is typically 7 megahertz, and the FSR or center-to-center spacing for Fabry-Perot mode R is 2.5 gigahertz. The width of each Fabry-Perot mode R is 16
Megahertz, and the detuning frequency in FIG. 4 is 100 kilohertz. The bandwidth of each of the wedge-shaped etalon sections shown in FIG. 6 is about 60 GHz. Various other parameters of the circuit of FIG. 1 are described in U.S. patent application Ser. No. 07 / 835,813.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安定なパルス化出力を発生することができる調波モード
同期レーザが得られる。
As described above, according to the present invention,
A harmonically mode-locked laser that can generate a stable pulsed output is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の代表的な実施例による調波モード同期
レーザの模式的な回路図である。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a harmonic mode-locked laser according to a representative embodiment of the present invention.

【図2】ファブリペロー共振器および図1の閉ループリ
ングの様々な共振モードの波形図である。
2 is a waveform diagram of various resonance modes of the Fabry-Perot resonator and the closed loop ring of FIG. 1;

【図3】ファブリペロー共振器および図1の閉ループリ
ングの様々な共振モードの波形図である。
3 is a waveform diagram of various resonance modes of the Fabry-Perot resonator and the closed loop ring of FIG. 1;

【図4】ファブリペロー共振器および図1の閉ループリ
ングの様々な共振モードの波形図である。
FIG. 4 is a waveform diagram of various resonance modes of the Fabry-Perot resonator and the closed loop ring of FIG. 1;

【図5】ファブリペロー共振器および図1の閉ループリ
ングの様々な共振モードの波形図である。
5 is a waveform diagram of various resonance modes of the Fabry-Perot resonator and the closed loop ring of FIG. 1;

【図6】図1の装置のフィルタ部分のパスバンドを示す
波形図である。
FIG. 6 is a waveform diagram showing a pass band of a filter portion of the device of FIG. 1;

【図7】図1の回路で使用できる長さ調整装置の一例の
模式的構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an example of a length adjusting device that can be used in the circuit of FIG. 1;

【図8】図1の回路で使用できる長さ調整装置の別の例
の模式的構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of another example of the length adjusting device that can be used in the circuit of FIG. 1;

【図9】本発明の別の実施例による位相シフターの模式
的構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a phase shifter according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 単一モード光ファイバ 13 光カプラ 14 ポンプレーザ 15 エルビウム増幅器 17 偏光コントローラ 18 変調器 19 電子オシレータ 24 ファブリペロー共振器 25,26 ハーフミラー 27 光カプラ 28 アイソレータ 30 包絡線 32 長さ調整装置 33,34,35 ビーム 37 楔状エタロン 39,40 検出器 42 差動増幅器 43 長さ調整器 45 圧電素子 46 コーナーリフレクター 50 コア層 51 クラッド層 52 抵抗層 54,55 伝送ライン 56 マルチプレクサ 57 位相シフター Reference Signs List 12 single mode optical fiber 13 optical coupler 14 pump laser 15 erbium amplifier 17 polarization controller 18 modulator 19 electronic oscillator 24 Fabry-Perot resonator 25, 26 half mirror 27 optical coupler 28 isolator 30 envelope 32 length adjusting device 33, 34 , 35 beam 37 wedge-shaped etalon 39, 40 detector 42 differential amplifier 43 length adjuster 45 piezoelectric element 46 corner reflector 50 core layer 51 clad layer 52 resistance layer 54, 55 transmission line 56 multiplexer 57 phase shifter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リン フレデリック モルヌール アメリカ合衆国 07722 ニュージャー ジー マンマウス カウンティー コル ツ ネック、キャリッジ ヒル ドライ ヴ 11 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Lynn Frederick Mornool United States 07722 New Jersey Manmouth County Colts Neck, Carriage Hill Drive 11

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光伝送路を画成する手段(12)と、 前記伝送路内に含まれる能動レーザ媒体(15)と、 前記能動レーザ媒体に所定周波数のコヒレント光を放射
させる手段(14)と、 放射光を概ね均一なパルス繰り返し速度を有する連続的
なパルスとして前記伝送路に沿って亜光周波数で伝搬さ
せる手段(18)と、 前記伝送路の長さは前記パルス繰り返し速度の周期の整
数値に概ね等しく、 前記光伝送路から前記パルスの一部を除去する手段とか
らなる光パルス発生器において、 前記光伝送路は、等間隔共振を有する光共振器(32)
を含み、 隣接する共振は、前記パルス繰り返し速度に概ね等しい
周波数により分離され、 前記光伝送路から第1光ビーム(33)および第2光ビ
ーム(34)を引き出し、そして、周波数で置換され、
周波数fc で交差する光パスバンドを有する第1および
第2の光フィルタ(37)をそれぞれ介して、第1およ
び第2の光ビームを配向する手段が設けられ、 第1および第2の光フィルタを通過する光の強度差を検
出し、光伝送路の長さを調整するために、この強度差を
使用する手段(42,43)が設けられていることを特
徴とする光パルス発生器。
A means for defining an optical transmission path; an active laser medium included in the transmission path; and means for causing the active laser medium to emit coherent light having a predetermined frequency. Means (18) for propagating the emitted light as continuous pulses having a substantially uniform pulse repetition rate at the sublight frequency along the transmission line; and wherein the length of the transmission line is equal to the period of the pulse repetition rate. An optical resonator comprising: means for removing a part of the pulse from the optical transmission line, wherein the optical transmission line has an equispaced resonance.
Adjoining resonances are separated by a frequency that is approximately equal to the pulse repetition rate, extract a first light beam (33) and a second light beam (34) from the optical transmission line, and are replaced by a frequency;
Through the first and second optical filter (37) having an optical passband that intersect at a frequency f c, respectively, means are provided for orienting the first and second light beams, the first and second light An optical pulse generator provided with means (42, 43) for using the intensity difference to detect the intensity difference of the light passing through the filter and to adjust the length of the optical transmission line; .
【請求項2】 前記光伝送路は、閉ループ路であり、 前記光伝送路の主要部分は、単一モード光ファイバによ
り画成されていることを特徴とする請求項1の光パルス
発生器。
2. The optical pulse generator according to claim 1, wherein said optical transmission line is a closed loop, and a main part of said optical transmission line is defined by a single mode optical fiber.
【請求項3】 前記光共振器は、ファブリペロー共振器
であることを特徴とする請求項1の光パルス発生器。
3. The optical pulse generator according to claim 1, wherein said optical resonator is a Fabry-Perot resonator.
【請求項4】 前記光伝送路は、複数個の共振モードを
有し、 前記各モードは、周波数f1 により分離され、 前記ファブリペロー共振器は、パルス繰り返し速度と等
しい周波数からf1 未満の周波数だけ偏移する自由スペ
クトル範囲を有することを特徴とする請求項3の光パル
ス発生器。
4. The optical transmission line has a plurality of resonance modes, each mode being separated by a frequency f 1 , wherein the Fabry-Perot resonator has a frequency less than f 1 from a frequency equal to a pulse repetition rate. 4. An optical pulse generator according to claim 3, having a free spectral range shifted by frequency.
【請求項5】 前記第1および第2のフィルタは、単一
の楔状エタロンの部分からなり、 前記エタロンが光伝送路を横切るように、前記エタロン
を移動させる手段(45)が設けられていることを更に
特徴とする請求項1の光パルス発生器。
5. The first and second filters comprise a single wedge-shaped etalon, and means (45) are provided for moving the etalon so that the etalon crosses an optical transmission line. The optical pulse generator according to claim 1, further comprising:
【請求項6】 第1および第2の光ビームおよび光伝送
路は、全て概ね平行な路に沿って楔状エタロンと交差す
ることを特徴とする請求項5の光パルス発生器。
6. The light pulse generator of claim 5, wherein the first and second light beams and the light transmission path all intersect the wedge-shaped etalon along substantially parallel paths.
【請求項7】 前記伝送路の長さ調整に使用する手段
は、第1および第2のビームの路内の光検出器(39、
40)からなり、 光検出器の出力は、差動増幅器(42)に入力され、 差動増幅器の出力は、光伝送路の長さを調整する装置
(43)に入力されることを特徴とする請求項1の光パ
ルス発生器。
7. The means for adjusting the length of the transmission path includes a photodetector (39, 39) in the path of the first and second beams.
40), wherein the output of the photodetector is input to a differential amplifier (42), and the output of the differential amplifier is input to a device (43) for adjusting the length of the optical transmission line. 2. The optical pulse generator according to claim 1, wherein:
【請求項8】 前記光伝送路画成手段は、光ファイバか
らなり、 前記光伝送路の長さ調整手段(43)は、光ファイバの
一部(12)を選択的に抵抗加熱する手段(52)から
なることを特徴とする請求項1の光パルス発生器。
8. The optical transmission line defining means comprises an optical fiber, and the optical transmission line length adjusting means (43) selectively resistance-heats a portion (12) of the optical fiber. 52. The optical pulse generator according to claim 1, comprising:
【請求項9】 前記光ファイバの一部は、抵抗材料の被
膜が塗布された単一モード光ファイバからなり、 前記選択的加熱手段(52)は、抵抗金属被膜を通して
電流を通電する手段からなることを特徴とする請求項8
の光パルス発生器。
9. A portion of said optical fiber comprises a single mode optical fiber coated with a resistive material coating, and said selective heating means (52) comprises means for passing a current through a resistive metal coating. 9. The method according to claim 8, wherein
Light pulse generator.
【請求項10】 前記光を連続パルスとして伝搬する手
段は、光伝送路内の光伝送をパルス繰り返し速度に等し
い速度で変調する光変調器からなり;前記光伝送路は、
前記パルス繰り返し速度の周期の整数値に概ね等しい走
行時間を有する閉ループからなる;ことを特徴とする請
求項1の光パルス発生器。
10. The means for propagating light as a continuous pulse comprises an optical modulator for modulating optical transmission in an optical transmission line at a rate equal to a pulse repetition rate;
The optical pulse generator of claim 1, comprising a closed loop having a transit time approximately equal to an integer value of the pulse repetition rate period.
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