JP2840713B2 - 光パルス整形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超短光パルスの波形を任意に整形する光パル
ス整形方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来の代表的な光パルス整形方法について説明する。

第５図に示すものは従来の光パルス整形方法の光学系
である。図において、１はレーザ光源、２は光ファイ
バ、３、４は１対の回折格子、５はレンズ、６はスリッ
ト、７はマスク、８はミラー、９はハーフミラー、10は
レーザパルス、11はチャープパルス、12は整形されたパ
ルスである。10のレーザパルスを２の光ファイバを通過
させると、光パルスの強度がある程度強いときには光フ
ァイバの自己位相変調効果によって、光パルスの先頭部
分、後方の部分はそれぞれ負および正の周波数変調を受
ける。光パルスの波長が1,3μｍよりも短い場合には、
光ファイバの正の波長分散があるためパルス幅は拡が
り、ファイバの色分散特性によって周波数は線形のチャ
ーピングとなる。

第６図において、（ａ）線形チャーピングを受けたパ
ルス波形、（ｂ）周波数、（ｃ）周波数スペクトラム、
（ｄ）時間差を補正して圧縮した短パルスである。周波
数スペクトラムは、矩形に近くなっている。この光パル
スを３と４の回折格子の間を往復させることによって、
周波数成分毎に空間的に分離し、さらに周波数の相違に
よって生じる光路差が線形チャーピングと逆特性になる
ことを利用して、時間差を補正して短パルスに圧縮す
る。したがって、回折格子の間隔はパルス幅に相当する
光路長差を与えるように設定しなければならない。６の
スリットは波形の裾引きの原因となる周波数成分を除去
するためのものである。光パルスを往復させることの利
点は、光路長差を２倍にできるだけではなく、４の直後
で拡がったビームを９の光パルスの取り出し地点で集光
できることである。

この光学系内の４の回折格子の直後では周波数毎に空
間的な分離ができた状態にあるので、以下に述べるよう
な周波数成分毎に空間的な操作が必要なパルス整形を行
うことができる。予め生成すべき光パルス波形をフーリ
エ変換して周波数スペクトラムを求め、所望の周波数成
分のみを透過させるパターンを有する７のマスクを通過
させることによって不要の周波数成分を除去し、８のミ
ラーで反射させ同一の光路を逆進させ空間的に広がった
光パルスを１点に集光した後、９のハーフミラーで反射
させて取り出すことによって最終的に光パルス波形の整
形が完了する。第７図に示すものは、この数値計算結果
であり、左側が周波数スペクトラムであり、右側がその
光パルス波形である。（ａ）のスペクトラムから（ｂ）
のように中心部分を除去すると、パルス波形を整形でき
ることがわかる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら本パルス整形方法においては、不要な周
波数整形をマスクによって遮断し除去するので、周波数
成分の一部が失われる。したがって、所期の処理が終了
した後次段でまた別な波形整形を行うことは不可能であ
った。

本発明の目的は、従来のパルス波形整形方法におい
て、一部の周波数成分が処理の過程で失われるという欠
点を解決し、所期のパルス波形整形の処理が終了した
後、次段でまた別な波形整形を行うことが可能な手段を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は光増幅をパルス波形整形の手段として用いる
ことを最も主要な特徴とし、整形後も元の周波数成分が
全て保存される点が従来の技術とは異なる。

［作用］ この発明の光パルス整形方法によれば、一部の周波数
成分を処理の過程で失わせることなく、波形整形後も全
周波数成分を保存できるので、次段でまた別な波形成形
を行うことができる。

［実施例］ （１）第１実施例 以下、図面をもって詳細を説明する。第１図は本発明
の光パルス整形方法の光学系を示す図であり、１はレー
ザ光源、２は光ファイバ、3,4は１対の回折格子、５は
レンズ、６はスリット、８はミラー、９はハーフミラ
ー、13−１はErドープファイバを利得媒質とする光増幅
ユニット、10はレーザパルス、11はチャープパルス、12
は整形されたパルスである。

次に、光増幅ユニット13−１を第２図によって説明す
る。図において、13−１の光増幅ユニットであり、14の
Erドープファイバを利得媒質とする光増幅素子の１次元
アレイ、15はポンプ光源、16はポンプ光源用のマスク、
17は合分波器、18は信号波長の光のみを通過させる帯域
通過フィルタ、19は１次元のレンズアレイから成る。な
お、Erドープファイバを増幅素子として用いるので、１
のレーザ光源の波長は、利得が最大となる1.55μｍと
し、15のポンプ光源の励起効率の高い波長0.98μｍのレ
ーザとする。均一な周波数スペクトル分布を生成する過
程までは従来法と同一であるので、それ以降の処理につ
いてのみ説明する。

先ず、予め生成すべき光パルス波形をフーリエ変換し
て周波数スペクトラムを求める。増幅すべき周波数成分
の位置にある光増幅素子のみを選択的に励起するため
に、16のマスクで該当する光増幅素子のみを照射するよ
うポンプ光透過させる。このポンプ光と増幅すべき信号
光の周波数成分を17の合波器で合波して14のファイバに
入射させ、信号光を増幅する。光ファイバを通過した光
は８のミラーで反射し、同一の光路を逆進して再度光フ
ァイバで増幅された後、18の波長フィルタでポンプ光が
除去され増幅された光のみが通過し、4,3の回折格子で
回折され９のハーフミラーで系の外部に取り出されるこ
とによって最終的に光パルス波形の整形が完成する。

前述の従来法と本実施例の主な相違点は、従来法が生
成すべき光パルス波形の周波数スペクトラムに応じて、
所望の周波数成分のみを透過させマスクによって不要の
周波数成分を除去していたのに対して、本発明では所望
の周波数成分のみを選択的に増幅する点にある。光学系
の構成で従来と異なる箇所は、７のマスクによって不要
な周波数成分を除去するのと異なり、光増幅ユニットを
用いている点である。光パルスを利得媒質を往復させて
所望の周波数成分のみを選択的に増幅することによっ
て、不要な周波数の光強度に比べて光強度を十分に大き
くできるので、不要成分のパルス波形に与える影響は殆
んど無視できる。したがって、所望の周波数成分のみを
選択的に増幅することは不要な周波数を除去するのと等
価と見なせる。

（２）第２実施例 第３図に示すものは、第１図中の光増幅ユニット13−
１に代えて設けられた光増幅ユニット13−２であり、光
増幅媒質として光屈折結晶を用いたものである。20は光
屈折結晶を利得媒体とする光増幅素子の１次元アレイ、
21はポンプ光源用のマスク、22はポンプ光、23はポンプ
光と信号光の干渉によって形成された回折格子である。
第２実施例と異なる光増幅方法ついてのみ説明する。本
光増幅方法は２光波混合を用いるもので、微弱な信号光
とこれとコヒーレントなポンプ光を結晶に入射させる
と、結晶の光屈折効果によって両者の干渉縞に相当する
屈折率が変調を生じ回折格子が結晶内に形成される。ポ
ンプ光はこの回折格子によって回折され、信号光にその
エネルギーが移行し信号光が強められる。代表的な光屈
折結晶としては、BaTiO₃等の強誘電体結晶やGaAs等の化
合物半導体があり、光屈折効果の感度は使用波長によっ
て異なる。

（３）第３実施例 第４図に示すものは、第１図中の光増幅ユニット13−
１に代えて設けられた光増幅ユニット13−３であり、光
増幅媒質として半導体レーザを用いたもので、24は半導
体レーザの端面に無反射コートを施した光増幅素子の１
次元アレイ、25はそれらの電流源である。第１実施例お
よび第２実施例と異なる光増幅方法の部分のみを説明す
る。本光増幅素子の場合には、電流を順方向に注入し励
起状態を保っておき、そこに微弱な信号光を入射させ誘
導放出を引き起こさせ光増幅を行う。雑音の原因となる
自然放出光は18の狭帯域通過フィルタで除去する。信号
光の吸収を避けるためには、波長は半導体のエネルギー
幅よりも小さく（波長は長く）なければならない。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の光パルス整形方法に
よれば、一部の周波数成分が処理の過程で失われるとい
う従来の欠点を解決し、波形整形後も全周波数成分を保
存できるので、次段でまた別な波形成形を行うことがで
きるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光パルス整形方法の光学系を説明する
図、第２図は第１実施例の光増幅ユニット13−１の概略
構成図、第３図は第２実施例の光増幅ユニット13−２の
概略構成図、第４図は第３実施例の光増幅ユニット13−
３の概略構成図である。 第５図は従来の光パルス整形方法の光学系を説明する
図、第６図中（ａ）は線形チャーピングを受けたパルス
波形、（ｂ）は周波数、（ｃ）は周波数スペクトラム、
（ｄ）は時間差を補正して圧縮した短パルス、第７図は
従来法の光パルス整形の整形前（ａ）および整形後
（ｂ）の数値計算結果を示す図であり、それぞれ左側が
周波数スペクトラム、右側がその光パルス波形である。 3,4……一対の回折格子、５……レンズ、８……ミラ
ー、９……ハーフミラー、15……ポンプ光源、7,16,21
……マスク、14,20,24……増幅素子の一次アレイ。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光パルスを周波数成分毎に空間的に分離
   し、特定の周波数成分の光強度のみを選択的に増幅し、
   再び空間的に集光することによって、光パルス波形を整
   形する方法を、 周波数成分を空間的に分離する１対の回折格子および空
   間的に増幅率の制御が可能な光増幅ユニットを用いて行
   うことを特徴とする光パルス整形方法。
2. 【請求項２】前記光パルス整形方法において、前記光増
   幅ユニットがポンプ光強度によって増幅率の制御が可能
   な光増幅素子アレイ、該光増幅素子アレイを励起するポ
   ンプ光源、空間的に分離された周波数成分のうち増幅す
   べき特定の成分に対応するポンプ光源のみを透過するマ
   スクによって構成されることを特徴とする請求項１記載
   の光パルス整形方法。
3. 【請求項３】前記光パルス整形方法において、前記光増
   幅ユニットがポンプ光強度の空間分布によって増幅率の
   空間分布制御が可能な光増幅素子、該光増幅素子を励起
   するポンプ光源、空間的に分離された周波数成分のうち
   増幅すべき特定の成分に対応するポンプ光源のみを透過
   するマスクによって構成されることを特徴とする請求項
   １記載の光パルス整形方法。
4. 【請求項４】前記光パルス整形方法において、前記光増
   幅ユニットが励起電流によって増幅率の制御が可能な光
   増幅素子アレイ、該光増幅素子アレイを個別に励起し、
   かつ個別に電流制御が可能な電流源によって構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の光パルス整形方法。