JP2843478B2 - 光学信号を制御するための装置および光学導波路中の光学信号を制御する方法 - Google Patents
光学信号を制御するための装置および光学導波路中の光学信号を制御する方法Info
- Publication number
- JP2843478B2 JP2843478B2 JP5070354A JP7035493A JP2843478B2 JP 2843478 B2 JP2843478 B2 JP 2843478B2 JP 5070354 A JP5070354 A JP 5070354A JP 7035493 A JP7035493 A JP 7035493A JP 2843478 B2 JP2843478 B2 JP 2843478B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- signal
- mode
- pump
- wavelength
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/365—Non-linear optics in an optical waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/3515—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam
- G02F1/3521—All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam using a directional coupler
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
- H01S3/067—Fibre lasers
- H01S3/06754—Fibre amplifiers
- H01S3/06783—Amplifying coupler
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Description
【０００１】
【発明の分野】この発明は一般に光学導波路装置に関
し、より特定的には２モードの導波路中で光エネルギの
伝播を制御するために２モードの光学導波路を組み入れ
る装置に関する。
し、より特定的には２モードの導波路中で光エネルギの
伝播を制御するために２モードの光学導波路を組み入れ
る装置に関する。
【０００２】
【０００３】
【光ファイバ】光ファイバは外部被覆によって囲まれた
中心コアを有する光学導波路である。コアおよび被覆の
屈折率は光ファイバ中で伝播する光エネルギがファイバ
によってうまく案内されるように選択される。
中心コアを有する光学導波路である。コアおよび被覆の
屈折率は光ファイバ中で伝播する光エネルギがファイバ
によってうまく案内されるように選択される。
【０００４】当該技術分野で周知のように、１つの光フ
ァイバはある条件で１つ以上の伝播経路を提供し得る。
これらの伝播経路は普通、ファイバの通常モードと呼ば
れ、それはファイバを通る独立した光路として概念化さ
れてもよい。通常モードは独特の電界分布パターンを有
し、それは振幅を除いては光がファイバを通って伝播す
るときに変わらないままでいる。さらに、各通常モード
は独特の伝播速度でファイバを通って伝播する。
ァイバはある条件で１つ以上の伝播経路を提供し得る。
これらの伝播経路は普通、ファイバの通常モードと呼ば
れ、それはファイバを通る独立した光路として概念化さ
れてもよい。通常モードは独特の電界分布パターンを有
し、それは振幅を除いては光がファイバを通って伝播す
るときに変わらないままでいる。さらに、各通常モード
は独特の伝播速度でファイバを通って伝播する。
【０００５】特定の光ファイバによって支持され得るモ
ードの数はそこを通って伝播する光の波長によって決定
される。もし波長が「２次モードのカットオフ」波長よ
りも長ければ（つまり光の周波数がカットオフ周波数よ
りも小さい）、ファイバは１つのモードのみを支持す
る。もし波長がカットオフよりも短ければ（つまり、光
の周波数がカットオフ周波数よりも大きい）、ファイバ
はより高次のモードを支持し始める。カットオフには近
いがファイバよりも短い波長については、基本つまり１
次モード、および次のつまり２次モードのみを支持す
る。波長が減少すると、ファイバは他のモードたとえば
３次、４次モード等を支持する。
ードの数はそこを通って伝播する光の波長によって決定
される。もし波長が「２次モードのカットオフ」波長よ
りも長ければ（つまり光の周波数がカットオフ周波数よ
りも小さい）、ファイバは１つのモードのみを支持す
る。もし波長がカットオフよりも短ければ（つまり、光
の周波数がカットオフ周波数よりも大きい）、ファイバ
はより高次のモードを支持し始める。カットオフには近
いがファイバよりも短い波長については、基本つまり１
次モード、および次のつまり２次モードのみを支持す
る。波長が減少すると、ファイバは他のモードたとえば
３次、４次モード等を支持する。
【０００６】通常モードの各々（たとえば、１次、２次
等）は直交している、つまり普通はこれらのモードの光
の間に結合がない。モードの電界ベクトルの配向はその
モードの光の偏光、つまり直線垂直または直線水平を規
定する。これらのモードのおよび対応する電界パターン
のより完全な議論が次になされる。
等）は直交している、つまり普通はこれらのモードの光
の間に結合がない。モードの電界ベクトルの配向はその
モードの光の偏光、つまり直線垂直または直線水平を規
定する。これらのモードのおよび対応する電界パターン
のより完全な議論が次になされる。
【０００７】モード間に選択的結合を設けるために光フ
ァイバのモードの直交性を利用する多数の装置が作られ
てきた。たとえば、本発明の譲受人に譲渡された「ファ
イバ光学モードのカプラ（Fiber Optic Model Couple
r)」と題された同時係属中の米国特許出願連続番号第88
4,871 号は、１次モードから２次モードへおよびその反
対に光エネルギを結合する装置を説明する。本発明の譲
受人に譲渡された「ファイバ光学インターモード結合単
側波帯周波数シフタ（Fiber Optic Inter-Mode Couplin
g Single-Sideband Frequency Shifter)」と題された米
国特許出願連続番号第820,513 号および第909,503 号の
両方は、光エネルギの周波数をシフトする一方で１つの
伝播モードから他の伝播モードへ光エネルギを結合する
周波数シフタを開示する。本発明の譲受人に譲渡された
「ファイバ光学モード選択器（Fiber Optic Mode Selec
tor)」と題された米国特許出願連続番号第820,411 号
は、１次および２次伝播モードのうちの一方で伝播する
光エネルギを１次および２次伝播モードの他方から分離
する装置を開示する。
ァイバのモードの直交性を利用する多数の装置が作られ
てきた。たとえば、本発明の譲受人に譲渡された「ファ
イバ光学モードのカプラ（Fiber Optic Model Couple
r)」と題された同時係属中の米国特許出願連続番号第88
4,871 号は、１次モードから２次モードへおよびその反
対に光エネルギを結合する装置を説明する。本発明の譲
受人に譲渡された「ファイバ光学インターモード結合単
側波帯周波数シフタ（Fiber Optic Inter-Mode Couplin
g Single-Sideband Frequency Shifter)」と題された米
国特許出願連続番号第820,513 号および第909,503 号の
両方は、光エネルギの周波数をシフトする一方で１つの
伝播モードから他の伝播モードへ光エネルギを結合する
周波数シフタを開示する。本発明の譲受人に譲渡された
「ファイバ光学モード選択器（Fiber Optic Mode Selec
tor)」と題された米国特許出願連続番号第820,411 号
は、１次および２次伝播モードのうちの一方で伝播する
光エネルギを１次および２次伝播モードの他方から分離
する装置を開示する。
【０００８】
【ネオジムおよびエルビウムドーピングされた光ファイ
バ】ドーピングされたファイバは光源および増幅器とし
て興味深く商業的に応用されてきた。近年、ドーピング
されたファイバ特にエルビウムドーピングされたファイ
バが可能な光源として、かつ増幅目的のために特に１５
００ｎｍでの低損失ファイバ通信ウィンドウにおいて注
目を集めてきている。エルビウムドーパントがファイ
バ、典型的にはシリカファイバに適切にドーピングされ
る場合、高利得を得ることが可能である。エルビウムド
ーピングされたファイバから発せられる光は同様のモー
ドサイズの他のファイバへ容易に結合する。エルビウム
ドーピングされたファイバはまた相対的に熱的に安定し
ている。さらに、エルビウムドーピングされたファイバ
はネオジムドーピングされたファイバよりも長い波長の
光を発し、その光は放射誘起された損失メカニズムに対
するファイバの感度を少なくする。
バ】ドーピングされたファイバは光源および増幅器とし
て興味深く商業的に応用されてきた。近年、ドーピング
されたファイバ特にエルビウムドーピングされたファイ
バが可能な光源として、かつ増幅目的のために特に１５
００ｎｍでの低損失ファイバ通信ウィンドウにおいて注
目を集めてきている。エルビウムドーパントがファイ
バ、典型的にはシリカファイバに適切にドーピングされ
る場合、高利得を得ることが可能である。エルビウムド
ーピングされたファイバから発せられる光は同様のモー
ドサイズの他のファイバへ容易に結合する。エルビウム
ドーピングされたファイバはまた相対的に熱的に安定し
ている。さらに、エルビウムドーピングされたファイバ
はネオジムドーピングされたファイバよりも長い波長の
光を発し、その光は放射誘起された損失メカニズムに対
するファイバの感度を少なくする。
【０００９】増幅された自然放出の理論的分析は、『光
波技術刊行物（Journal of Lightwave Technology)』第
７巻、No.5、835-845 頁（1989年５月）中のイー・デサ
ルビア（E. Desurvire) 他著の論文「エルビウムドーピ
ングされた１モードファイバの自然放出の増幅（Amplif
ication of Spontaneous Emission in Erbium-DopedSin
gle-Mode Fiber)」に記載される。１５３５ｎｍで超蛍
光源としてかつ９８０ｎｍでポンピングされるエルビウ
ムドーピングされたシリカファイバの動作はまた、スプ
リンガ−ベルラグ・ベルリン（Springer-Verlag Berli
n) 、ハイデルベルグ（Heidelberg) １９８９年の『光
ファイバセンサ（Optical Fiber Sensors)』の『スピリ
ンガ物理予稿集（Springer Proceedings in Physics)』
第４４巻中のピー・アール・モーケル（P. R. Morkel)
著の論文「ファイバジャイロスコープのためのエルビウ
ムドーピングされたファイバ超ルミネッセント光源（Er
bium-Doped Fiber Superluminescent Source for the F
iber Gyroscope) 」において報告される。この論文は超
蛍光出力パワーの種類をポンプパワーとファイバ長とを
用いて分析し、かつファイバ長、ポンプパワーおよびフ
ァイバ温度に対する超蛍光放出のスペクトルの依存を観
察する。
波技術刊行物（Journal of Lightwave Technology)』第
７巻、No.5、835-845 頁（1989年５月）中のイー・デサ
ルビア（E. Desurvire) 他著の論文「エルビウムドーピ
ングされた１モードファイバの自然放出の増幅（Amplif
ication of Spontaneous Emission in Erbium-DopedSin
gle-Mode Fiber)」に記載される。１５３５ｎｍで超蛍
光源としてかつ９８０ｎｍでポンピングされるエルビウ
ムドーピングされたシリカファイバの動作はまた、スプ
リンガ−ベルラグ・ベルリン（Springer-Verlag Berli
n) 、ハイデルベルグ（Heidelberg) １９８９年の『光
ファイバセンサ（Optical Fiber Sensors)』の『スピリ
ンガ物理予稿集（Springer Proceedings in Physics)』
第４４巻中のピー・アール・モーケル（P. R. Morkel)
著の論文「ファイバジャイロスコープのためのエルビウ
ムドーピングされたファイバ超ルミネッセント光源（Er
bium-Doped Fiber Superluminescent Source for the F
iber Gyroscope) 」において報告される。この論文は超
蛍光出力パワーの種類をポンプパワーとファイバ長とを
用いて分析し、かつファイバ長、ポンプパワーおよびフ
ァイバ温度に対する超蛍光放出のスペクトルの依存を観
察する。
【００１０】ネオジム対シリカは４レベルシステムで表
されるが、Ｅｒ対シリカは３レベルシステムでより正確
に表される。Ｅｒ対シリカの３レベル遷移はネオジムに
対応する４レベル遷移よりもかなり複雑である。エルビ
ウムにおいて、接地状態および下位レーザ状態は１つの
状態に組合わされる。したがって上位および下位レーザ
レベルはボルツマン統計に従って占有されたままであ
る。信号放出および信号吸収はともに可能である。これ
ら２つのプロセスは大抵放射および吸収断面を別個に規
定することによって分離され、それらの断面は各々の場
合において作用するレベルの占有の可能性によって重み
付けされる。放射は上位レーザ状態の占有された下位レ
ベルから下位レーザ状態まで発生し、一方吸収は下位レ
ーザ状態の占有された下位レベルから上位レーザ状態ま
で発生する。したがって放射断面のプロットは吸収断面
よりも低い周波数（より長い波長）へシフトされる。
されるが、Ｅｒ対シリカは３レベルシステムでより正確
に表される。Ｅｒ対シリカの３レベル遷移はネオジムに
対応する４レベル遷移よりもかなり複雑である。エルビ
ウムにおいて、接地状態および下位レーザ状態は１つの
状態に組合わされる。したがって上位および下位レーザ
レベルはボルツマン統計に従って占有されたままであ
る。信号放出および信号吸収はともに可能である。これ
ら２つのプロセスは大抵放射および吸収断面を別個に規
定することによって分離され、それらの断面は各々の場
合において作用するレベルの占有の可能性によって重み
付けされる。放射は上位レーザ状態の占有された下位レ
ベルから下位レーザ状態まで発生し、一方吸収は下位レ
ーザ状態の占有された下位レベルから上位レーザ状態ま
で発生する。したがって放射断面のプロットは吸収断面
よりも低い周波数（より長い波長）へシフトされる。
【００１１】
【ドーピングされたファイバの非線形光学応用】光源お
よび増幅器としての可能性に加えて、ドーピングされた
ファイバは非線形光学系に基づくあらゆる種類の新規の
活性装置についての興味ある媒質となれるようである。
よび増幅器としての可能性に加えて、ドーピングされた
ファイバは非線形光学系に基づくあらゆる種類の新規の
活性装置についての興味ある媒質となれるようである。
【００１２】
【光スイッチ】ローカルエリアネットワーク、センサア
レイおよび電気通信システムを含む多数の応用のため
に、ミリ秒からサブピコ秒の応答時間を有する全ファイ
バスイッチが必要とされる。この分野における研究の多
くは高速装置に焦点をおいてきた。『オプチカルレター
ズ（Optical Letters)』第１３巻、No.9、776-778 、１
９８８年９月中のエイチ・ジー・パーク（H. G. Park)
他著の論文「楕円コア２モードファイバを使用する光学
カースイッチ（Optical Kerr switch using elliptical
core two-mode fiber) 」は、純粋シリカファイバ中の
ナノ秒スイッチを報告している。しかしながら、シリカ
は光学非線形性が弱いため、これは多量のポンプパワー
と長さとを必要とする。かなり大きな非線形性を示す半
導体ドーピングされたガラスはファイバ装置においてピ
コ秒応答を生み出し、これは『オプチカルレターズ（Op
tical Letters)』14、６、317-319 、１９８９年３月中
のデー・コター（D. Cotter)他著の「半導体ドーピング
されたファイバにおける光学非線形性のピコ秒ポンプ−
プローブ干渉計測定（Picosecond pump-probe interfer
ometric measurement of optical nonlinearity in sem
iconductor-doped fibers)」に示される。半導体ドーピ
ングされたガラスはまた『応用物理レターズ（Applied
Physics Letters)』、53、13、1144-1146 、１９８８年
９月中のエヌ・フィンリスン（N. Finlayson) 他著の
「非線形カプラにおける可飽和吸収により誘起されるピ
コ秒スイッチング（Picosecond switching induced by
saturable absorption in a nonlinear directional co
upler)」において示される。両方の場合ともこれらのガ
ラスはなお高いポンプパワーを必要としかつ信号のかな
りの吸収損失をもたらす。
レイおよび電気通信システムを含む多数の応用のため
に、ミリ秒からサブピコ秒の応答時間を有する全ファイ
バスイッチが必要とされる。この分野における研究の多
くは高速装置に焦点をおいてきた。『オプチカルレター
ズ（Optical Letters)』第１３巻、No.9、776-778 、１
９８８年９月中のエイチ・ジー・パーク（H. G. Park)
他著の論文「楕円コア２モードファイバを使用する光学
カースイッチ（Optical Kerr switch using elliptical
core two-mode fiber) 」は、純粋シリカファイバ中の
ナノ秒スイッチを報告している。しかしながら、シリカ
は光学非線形性が弱いため、これは多量のポンプパワー
と長さとを必要とする。かなり大きな非線形性を示す半
導体ドーピングされたガラスはファイバ装置においてピ
コ秒応答を生み出し、これは『オプチカルレターズ（Op
tical Letters)』14、６、317-319 、１９８９年３月中
のデー・コター（D. Cotter)他著の「半導体ドーピング
されたファイバにおける光学非線形性のピコ秒ポンプ−
プローブ干渉計測定（Picosecond pump-probe interfer
ometric measurement of optical nonlinearity in sem
iconductor-doped fibers)」に示される。半導体ドーピ
ングされたガラスはまた『応用物理レターズ（Applied
Physics Letters)』、53、13、1144-1146 、１９８８年
９月中のエヌ・フィンリスン（N. Finlayson) 他著の
「非線形カプラにおける可飽和吸収により誘起されるピ
コ秒スイッチング（Picosecond switching induced by
saturable absorption in a nonlinear directional co
upler)」において示される。両方の場合ともこれらのガ
ラスはなお高いポンプパワーを必要としかつ信号のかな
りの吸収損失をもたらす。
【００１３】したがってポンプソースに対するパワー要
求が低くかつ信号吸収損失が低い実用的にコンパクトで
信頼性のある非線形光学カプラに対する必要性がなお存
在する。
求が低くかつ信号吸収損失が低い実用的にコンパクトで
信頼性のある非線形光学カプラに対する必要性がなお存
在する。
【００１４】
【発明の概要】この発明の第１の局面に従って、光学信
号を制御するための装置が開示され、この装置は活性媒
質でドーピングされた光学導波路を含み、導波路は第１
および第２の空間伝播モードを有し、第１および第２の
モードはそれぞれ第１および第２の屈折率を有し、さら
にポンプ信号を空間モードの少なくとも１つに導入して
第１および第２の屈折率のうちの少なくとも１つを光学
的に摂動するように結合されるポンプソースを含み、ポ
ンプ信号は光学信号の空間強度分布を制御可能に変更す
る。
号を制御するための装置が開示され、この装置は活性媒
質でドーピングされた光学導波路を含み、導波路は第１
および第２の空間伝播モードを有し、第１および第２の
モードはそれぞれ第１および第２の屈折率を有し、さら
にポンプ信号を空間モードの少なくとも１つに導入して
第１および第２の屈折率のうちの少なくとも１つを光学
的に摂動するように結合されるポンプソースを含み、ポ
ンプ信号は光学信号の空間強度分布を制御可能に変更す
る。
【００１５】第２の空間モードは好ましくは第１の空間
モードよりも上位である。光学導波路は非円形断面を有
してもよく、断面の寸法は導波路が１つの安定強度パタ
ーンにおいてのみより上位のモードの光を案内するよう
に選択される。
モードよりも上位である。光学導波路は非円形断面を有
してもよく、断面の寸法は導波路が１つの安定強度パタ
ーンにおいてのみより上位のモードの光を案内するよう
に選択される。
【００１６】有効屈折率のうちの少なくとも１つの摂動
は第１および第２のモードのうちの１つで伝播する光学
信号成分を位相シフトし得る。ポンプソースはパワーを
有し、かつポンプ信号の強度を変えて、約πであり得る
位相シフトを変更してもよい。
は第１および第２のモードのうちの１つで伝播する光学
信号成分を位相シフトし得る。ポンプソースはパワーを
有し、かつポンプ信号の強度を変えて、約πであり得る
位相シフトを変更してもよい。
【００１７】ポンプ信号の位相は好ましくは光学信号の
光エネルギを第１のモードから第２のモードへ反復的に
切換える。
光エネルギを第１のモードから第２のモードへ反復的に
切換える。
【００１８】ポンプ信号はＰabs ／（１−ｅｘｐ（σp
Ｎ0 Ｌ＋Ｐabs ／ＡＩp,sat ）よりも大きいポンプパワ
ーを有してもよく、ここでＰabs は式（２４）によって
与えられ、σp はポンプソースについての吸収断面積で
あり、Ｎ0 は活性媒質についての全種の母密度であり、
Ｌは光学導波路の長さであり、Ａはポンプ信号によって
照射された光学導波路の領域であり、かつＩp,sat は式
（１３）によって与えられる。光学導波路の長さは好ま
しくは式（２７）によって与えられるＬmin よりも長
い。
Ｎ0 Ｌ＋Ｐabs ／ＡＩp,sat ）よりも大きいポンプパワ
ーを有してもよく、ここでＰabs は式（２４）によって
与えられ、σp はポンプソースについての吸収断面積で
あり、Ｎ0 は活性媒質についての全種の母密度であり、
Ｌは光学導波路の長さであり、Ａはポンプ信号によって
照射された光学導波路の領域であり、かつＩp,sat は式
（１３）によって与えられる。光学導波路の長さは好ま
しくは式（２７）によって与えられるＬmin よりも長
い。
【００１９】光学導波路は好ましくは第１および第２の
モードで伝播する光の間の位相関係に起因する光学強度
分布パターンを有し、光学強度分布パターンは少なくと
も２つのローブを有する。
モードで伝播する光の間の位相関係に起因する光学強度
分布パターンを有し、光学強度分布パターンは少なくと
も２つのローブを有する。
【００２０】活性媒質は好ましくはエルビウム等の希土
類である。これはまた半導体材料であってもよい。
類である。これはまた半導体材料であってもよい。
【００２１】光学信号は第１の波長を有しかつポンプ信
号は第２の波長を有する。第２の波長は好ましくは活性
媒質の吸収遷移に近い。第１の波長は活性媒質の他の吸
収遷移に近くてもよく、それにより特定の位相シフトの
ためにポンプソースのパワーを低減しかつ光学信号の損
失を増大する。吸収遷移および他の吸収遷移は同一であ
ってもよい。第１の波長はまた活性媒質の他の吸収遷移
から離れて選択されてもよく、それにより特定の位相シ
フトのためにポンプソースのパワーを増大しかつ光学信
号の損失を低減する。
号は第２の波長を有する。第２の波長は好ましくは活性
媒質の吸収遷移に近い。第１の波長は活性媒質の他の吸
収遷移に近くてもよく、それにより特定の位相シフトの
ためにポンプソースのパワーを低減しかつ光学信号の損
失を増大する。吸収遷移および他の吸収遷移は同一であ
ってもよい。第１の波長はまた活性媒質の他の吸収遷移
から離れて選択されてもよく、それにより特定の位相シ
フトのためにポンプソースのパワーを増大しかつ光学信
号の損失を低減する。
【００２２】光学導波路は好ましくはシリカを含む。活
性媒質は好ましくはシリカ中で高い溶解性限度を有す
る。光学導波路はエルビウムドーピングされたシリカ光
ファイバであってもよい。
性媒質は好ましくはシリカ中で高い溶解性限度を有す
る。光学導波路はエルビウムドーピングされたシリカ光
ファイバであってもよい。
【００２３】光学信号は式（２１）によって与えられる
信号損失を光学導波路中で受けるかもしれない。
信号損失を光学導波路中で受けるかもしれない。
【００２４】活性媒質は発振器強度を有する。発振器強
度は好ましくは１以上である。この発明の第２の局面に
従って、光学信号を制御するための装置が開示され、こ
の装置は、少なくとも第１および第２の空間伝播モード
を支持する光伝播媒質を含む活性媒質でドーピングされ
た光学導波路を含み、光学導波路は第１の空間伝播モー
ドで伝播する光についての第１の有効屈折率と、第２の
空間伝播モードで伝播する光についての第１の有効屈折
率とは異なる第２の有効屈折率とを有し、その結果一方
のモードで伝播する光は他方のモードで伝播する光の位
相伝播速度とは異なる位相伝播速度で伝播し、さらにこ
の装置は第１の光学波長で第１の光学入力信号を光学導
波路に与える光学信号ソースを含み、第１の光学波長は
第１の光学入力信号が、第１の空間伝播モードで光学導
波路中で伝播する第１の空間モード成分と第２の空間伝
播モードで伝播する第２の空間モード成分とを有するよ
うに選択され、第１の空間モード成分は第１の光学入力
信号が光学導波路中で伝播するときに第２の空間モード
成分に対して位相シフトされ、さらにこの装置は第２の
光学入力信号を第２の光学波長で光学導波路に与えるポ
ンプソースを含み、第２の光学波長は第２の光学入力信
号が少なくとも第１の空間伝播モードで光学導波路中で
伝播するように選択され、第２の光学入力信号は第１の
有効屈折率を第２の有効屈折率に対して摂動してその量
を変えるように選択可能な強度を有し、それにより第１
の光学入力信号の第１の空間伝播モード成分は、第１お
よび第２の空間伝播モード成分が光学導波路中で伝播す
るとき第１の光学入力信号の第２の空間モード成分に対
して位相シフトされる。
度は好ましくは１以上である。この発明の第２の局面に
従って、光学信号を制御するための装置が開示され、こ
の装置は、少なくとも第１および第２の空間伝播モード
を支持する光伝播媒質を含む活性媒質でドーピングされ
た光学導波路を含み、光学導波路は第１の空間伝播モー
ドで伝播する光についての第１の有効屈折率と、第２の
空間伝播モードで伝播する光についての第１の有効屈折
率とは異なる第２の有効屈折率とを有し、その結果一方
のモードで伝播する光は他方のモードで伝播する光の位
相伝播速度とは異なる位相伝播速度で伝播し、さらにこ
の装置は第１の光学波長で第１の光学入力信号を光学導
波路に与える光学信号ソースを含み、第１の光学波長は
第１の光学入力信号が、第１の空間伝播モードで光学導
波路中で伝播する第１の空間モード成分と第２の空間伝
播モードで伝播する第２の空間モード成分とを有するよ
うに選択され、第１の空間モード成分は第１の光学入力
信号が光学導波路中で伝播するときに第２の空間モード
成分に対して位相シフトされ、さらにこの装置は第２の
光学入力信号を第２の光学波長で光学導波路に与えるポ
ンプソースを含み、第２の光学波長は第２の光学入力信
号が少なくとも第１の空間伝播モードで光学導波路中で
伝播するように選択され、第２の光学入力信号は第１の
有効屈折率を第２の有効屈折率に対して摂動してその量
を変えるように選択可能な強度を有し、それにより第１
の光学入力信号の第１の空間伝播モード成分は、第１お
よび第２の空間伝播モード成分が光学導波路中で伝播す
るとき第１の光学入力信号の第２の空間モード成分に対
して位相シフトされる。
【００２５】活性媒質は好ましくはエルビウム等の希土
類である。活性媒質はまた半導体材料であってもよい。
第１の波長は第２の波長よりも短かくてもよい。第１の
波長は活性媒質の第１の吸収共振に近くてもよく、かつ
第２の波長は活性媒質の第２の吸収共振に近くてもよ
い。第１の波長はたとえば約９０６ｎｍであり、かつ第
２の波長はたとえば約１．４８μｍである。
類である。活性媒質はまた半導体材料であってもよい。
第１の波長は第２の波長よりも短かくてもよい。第１の
波長は活性媒質の第１の吸収共振に近くてもよく、かつ
第２の波長は活性媒質の第２の吸収共振に近くてもよ
い。第１の波長はたとえば約９０６ｎｍであり、かつ第
２の波長はたとえば約１．４８μｍである。
【００２６】第１の空間伝播モードは好ましくは基本Ｌ
Ｐ01伝播モードであり、第２の空間伝播モードは２次Ｌ
Ｐ11伝播モードである。光学導波路は楕円コアを有する
２モード光ファイバであってもよい。
Ｐ01伝播モードであり、第２の空間伝播モードは２次Ｌ
Ｐ11伝播モードである。光学導波路は楕円コアを有する
２モード光ファイバであってもよい。
【００２７】この発明の好ましい実施例において、光学
導波路は２モードの光ファイバであり、導波路の第１の
空間モードは光ファイバの基本ＬＰ01空間伝播モードで
あり、かつ導波路の第２の空間モードは光ファイバの２
次ＬＰ11空間伝播モードであり、第２の光学入力信号の
実質的にすべての光は光ファイバの基本ＬＰ01空間伝播
モードで伝播し、さらに第１の光学信号の光は光ファイ
バの基本ＬＰ01空間伝播モードおよび２次ＬＰ11伝播モ
ードにおいて実質的に等しく伝播する。
導波路は２モードの光ファイバであり、導波路の第１の
空間モードは光ファイバの基本ＬＰ01空間伝播モードで
あり、かつ導波路の第２の空間モードは光ファイバの２
次ＬＰ11空間伝播モードであり、第２の光学入力信号の
実質的にすべての光は光ファイバの基本ＬＰ01空間伝播
モードで伝播し、さらに第１の光学信号の光は光ファイ
バの基本ＬＰ01空間伝播モードおよび２次ＬＰ11伝播モ
ードにおいて実質的に等しく伝播する。
【００２８】第１の光学入力信号の第１の空間モード成
分と第２の空間モード成分との間の位相関係は少なくと
も第１および第２のローブを有する強度分布パターンを
生成するかもしれず、第１の波長での第１および第２の
ローブの光の強度は第１の空間モード成分と第２の空間
モード成分との間の位相関係に従って変化する。この発
明の装置は第１の波長での第１および第２のローブのう
ちの１つの光の強度を検出するための装置をさらに含ん
でもよく、強度は第２の光学入力信号の強度に従って変
化する。第１の波長での第１および第２のローブのうち
の１つの光を検出するための装置は好ましくは光学検出
器を含む。
分と第２の空間モード成分との間の位相関係は少なくと
も第１および第２のローブを有する強度分布パターンを
生成するかもしれず、第１の波長での第１および第２の
ローブの光の強度は第１の空間モード成分と第２の空間
モード成分との間の位相関係に従って変化する。この発
明の装置は第１の波長での第１および第２のローブのう
ちの１つの光の強度を検出するための装置をさらに含ん
でもよく、強度は第２の光学入力信号の強度に従って変
化する。第１の波長での第１および第２のローブのうち
の１つの光を検出するための装置は好ましくは光学検出
器を含む。
【００２９】光学導波路は好ましくは入力端部と出力端
部との間の長さを有し、その長さは出力端部で第１の光
学入力信号の第１の空間モード成分と第２の空間モード
成分とが相対的位相差Ｎπを有するように選択され、こ
こでＮは整数（０、１、２、３、…）に等しく、その結
果第２の入力信号が第１の低強度を有する場合には第１
の波長の実質的にすべての光の強度が出力端部で光学強
度分布パターンの第１のローブに集中され、かつ第２の
入力信号の強度が増大すると第１のローブ中の光の強度
が減少する。
部との間の長さを有し、その長さは出力端部で第１の光
学入力信号の第１の空間モード成分と第２の空間モード
成分とが相対的位相差Ｎπを有するように選択され、こ
こでＮは整数（０、１、２、３、…）に等しく、その結
果第２の入力信号が第１の低強度を有する場合には第１
の波長の実質的にすべての光の強度が出力端部で光学強
度分布パターンの第１のローブに集中され、かつ第２の
入力信号の強度が増大すると第１のローブ中の光の強度
が減少する。
【００３０】この発明の装置は第１および第２のローブ
のうちの選択された１つでの光の強度を検出するための
手段をさらに含んでもよい。
のうちの選択された１つでの光の強度を検出するための
手段をさらに含んでもよい。
【００３１】この発明の第３の局面に従って、光学導波
路中の光学信号を制御する方法が開示され、この方法
は、光学導波路がその中で伝播する少なくとも第１およ
び第２の空間伝播モードの光を支持するように選択され
た形状を有する、活性媒質でドーピングされた光学導波
路を与えるステップを含み、第１および第２の空間伝播
モードは第１および第２の有効屈折率をそれぞれ有する
ので、第１および第２の空間伝播モードのうちの一方で
伝播する光は第１および第２の空間伝播モードのうちの
他方で伝播する光の位相伝播速度とは異なる位相速度で
伝播し、さらにこの方法は第１の光学信号が導波路の第
１および第２の空間伝播モードで実質的に等しい光の強
度で光学導波路中で伝播するように、第１の波長を有す
る第１の光学信号を光学導波路中に入力するステップを
含み、第１の空間伝播モードで伝播する光は第２の空間
伝播モードで伝播する光の位相伝播速度とは異なる位相
速度で伝播し、それにより第１の空間伝播モードで伝播
する光と第２の空間伝播モードで伝播する光との間に光
学位相差を引き起こし、この光学位相差は光学導波路の
長さに沿って変化し、さらにこの方法は第２の波長を有
する第２の光学信号を光学導波路中に入力して第１の光
学信号を制御するステップを含み、第２の光学信号は第
１の空間伝播モードの光学導波路中で伝播し、さらにこ
の方法は、第２の光学信号が第１の空間伝播モードで伝
播する第１の光学信号の光の位相速度を変えるように第
１の有効屈折率を第２の有効屈折率に対して摂動するの
に十分大きい強度を有するように、第２の光学信号の強
度を選択的に調節するステップとを含み、それにより第
１の空間伝播モードで伝播する光と第２の空間伝播モー
ドで伝播する光との間に付加的光学位相差を導入し、こ
の付加的光学位相差は光学導波路の出力で光学強度分布
パターンの第１および第２のローブの強度に変化を引き
起こす。
路中の光学信号を制御する方法が開示され、この方法
は、光学導波路がその中で伝播する少なくとも第１およ
び第２の空間伝播モードの光を支持するように選択され
た形状を有する、活性媒質でドーピングされた光学導波
路を与えるステップを含み、第１および第２の空間伝播
モードは第１および第２の有効屈折率をそれぞれ有する
ので、第１および第２の空間伝播モードのうちの一方で
伝播する光は第１および第２の空間伝播モードのうちの
他方で伝播する光の位相伝播速度とは異なる位相速度で
伝播し、さらにこの方法は第１の光学信号が導波路の第
１および第２の空間伝播モードで実質的に等しい光の強
度で光学導波路中で伝播するように、第１の波長を有す
る第１の光学信号を光学導波路中に入力するステップを
含み、第１の空間伝播モードで伝播する光は第２の空間
伝播モードで伝播する光の位相伝播速度とは異なる位相
速度で伝播し、それにより第１の空間伝播モードで伝播
する光と第２の空間伝播モードで伝播する光との間に光
学位相差を引き起こし、この光学位相差は光学導波路の
長さに沿って変化し、さらにこの方法は第２の波長を有
する第２の光学信号を光学導波路中に入力して第１の光
学信号を制御するステップを含み、第２の光学信号は第
１の空間伝播モードの光学導波路中で伝播し、さらにこ
の方法は、第２の光学信号が第１の空間伝播モードで伝
播する第１の光学信号の光の位相速度を変えるように第
１の有効屈折率を第２の有効屈折率に対して摂動するの
に十分大きい強度を有するように、第２の光学信号の強
度を選択的に調節するステップとを含み、それにより第
１の空間伝播モードで伝播する光と第２の空間伝播モー
ドで伝播する光との間に付加的光学位相差を導入し、こ
の付加的光学位相差は光学導波路の出力で光学強度分布
パターンの第１および第２のローブの強度に変化を引き
起こす。
【００３２】この発明の方法は好ましくは光学導波路の
出力の光学強度分布パターンの第１および第２のローブ
の強度の変化を検出するステップを含む。強度の変化を
検出するステップは、光学強度分布パターンの第１およ
び第２のローブからの光を光学検出器へ向けるステップ
を含んでもよい。
出力の光学強度分布パターンの第１および第２のローブ
の強度の変化を検出するステップを含む。強度の変化を
検出するステップは、光学強度分布パターンの第１およ
び第２のローブからの光を光学検出器へ向けるステップ
を含んでもよい。
【００３３】この発明の方法はさらに、実質的にすべて
の光の強度が最初は光学強度分布パターンの第１および
第２のローブのうちの一方にあるように、第２の光学信
号を光学導波路に入力するステップに先行して、光学導
波路の長さを調節するステップを含んでもよい。第２の
光学信号の強度を選択的に調節するステップは第２の光
学信号の強度を選択するステップを含んでもよく、第１
の波長の実質的にすべての光の強度は光学強度分布パタ
ーンの第１および第２のローブのうちの他方にある。
の光の強度が最初は光学強度分布パターンの第１および
第２のローブのうちの一方にあるように、第２の光学信
号を光学導波路に入力するステップに先行して、光学導
波路の長さを調節するステップを含んでもよい。第２の
光学信号の強度を選択的に調節するステップは第２の光
学信号の強度を選択するステップを含んでもよく、第１
の波長の実質的にすべての光の強度は光学強度分布パタ
ーンの第１および第２のローブのうちの他方にある。
【００３４】この発明の他の局面に従って、活性媒質で
ドーピングされた光学導波路を含む光学モード結合装置
が開示され、この装置は導波路の伝播モード間で光学導
波路中で伝播する光学信号を結合し、光学信号はモード
について光学信号ビート長を有し、導波路は異なる屈折
率を有する材料で形成される案内構造を含み、かつ光学
信号のビート長に対して間隔ごとに空間を設けられた摂
動を有して、１つの伝播モードから他のモードへ光学信
号を累積的に結合させる。
ドーピングされた光学導波路を含む光学モード結合装置
が開示され、この装置は導波路の伝播モード間で光学導
波路中で伝播する光学信号を結合し、光学信号はモード
について光学信号ビート長を有し、導波路は異なる屈折
率を有する材料で形成される案内構造を含み、かつ光学
信号のビート長に対して間隔ごとに空間を設けられた摂
動を有して、１つの伝播モードから他のモードへ光学信
号を累積的に結合させる。
【００３５】光学導波路は、導波路が基本空間モードの
摂動信号の一部とより高次の空間モードの他の部分とを
案内するように、選択される断面寸法を有する非円形の
断面を有してもよく、導波路の断面寸法はさらに、より
高いモードの導波路によって案内される摂動信号が１つ
の安定強度パターンにおいてのみ伝播するように選択さ
れる。基本空間モードは２つの偏光モードを含んでもよ
く、コアの断面寸法はさらに基本モードの偏光モードが
縮退しないように選択される。
摂動信号の一部とより高次の空間モードの他の部分とを
案内するように、選択される断面寸法を有する非円形の
断面を有してもよく、導波路の断面寸法はさらに、より
高いモードの導波路によって案内される摂動信号が１つ
の安定強度パターンにおいてのみ伝播するように選択さ
れる。基本空間モードは２つの偏光モードを含んでもよ
く、コアの断面寸法はさらに基本モードの偏光モードが
縮退しないように選択される。
【００３６】より高次の空間モードの１つの強度パター
ンは２つの偏光モードを含んでもよく、コアの断面寸法
はさらにこれらの偏光モードが縮退しないように選択さ
れる。
ンは２つの偏光モードを含んでもよく、コアの断面寸法
はさらにこれらの偏光モードが縮退しないように選択さ
れる。
【００３７】導波路のコアは楕円形の断面を有してもよ
い。導波路の屈折率摂動は好ましくは光学的カー効果に
よって作られる。伝播モードは好ましくは導波路の１次
および２次空間モードである。導波路は好ましくは非円
形の断面を有する。
い。導波路の屈折率摂動は好ましくは光学的カー効果に
よって作られる。伝播モードは好ましくは導波路の１次
および２次空間モードである。導波路は好ましくは非円
形の断面を有する。
【００３８】この発明の他の局面に従って、光学導波路
中の光学信号を制御する方法が開示され、この方法は活
性媒質でドーピングされた光学導波路を与えるステップ
を含み、光学導波路は少なくとも第１および第２の空間
伝播モードを有し、第１および第２の空間伝播モードは
第１および第２の屈折率をそれぞれ有し、さらにこの方
法は第１の波長を有する光学信号を光学導波路に入力す
るステップと、第２の波長を有するポンプ信号を光学導
波路中に入力して第１および第２の屈折率のうちの少な
くとも１つを光学的に摂動するステップと、ポンプ信号
の強度を選択的に調節して光学信号の空間強度摂動を制
御可能に変えるステップとを含む。
中の光学信号を制御する方法が開示され、この方法は活
性媒質でドーピングされた光学導波路を与えるステップ
を含み、光学導波路は少なくとも第１および第２の空間
伝播モードを有し、第１および第２の空間伝播モードは
第１および第２の屈折率をそれぞれ有し、さらにこの方
法は第１の波長を有する光学信号を光学導波路に入力す
るステップと、第２の波長を有するポンプ信号を光学導
波路中に入力して第１および第２の屈折率のうちの少な
くとも１つを光学的に摂動するステップと、ポンプ信号
の強度を選択的に調節して光学信号の空間強度摂動を制
御可能に変えるステップとを含む。
【００３９】この発明の方法はさらに、活性媒質が高い
発振器強度を有するように活性媒質を選択するステップ
を含んでもよい。この方法はさらに、第２の波長が活性
媒質の吸収遷移に近くなるように選択するステップを含
んでもよい。
発振器強度を有するように活性媒質を選択するステップ
を含んでもよい。この方法はさらに、第２の波長が活性
媒質の吸収遷移に近くなるように選択するステップを含
んでもよい。
【００４０】この発明の方法は、第１の波長が活性媒質
の吸収遷移に近くなるように、または活性媒質の吸収遷
移から離れるように選択するステップを含んでもよい。
この方法はさらに、第１および第２の波長が活性媒質の
同一の吸収遷移に近くなるように選択するステップを含
んでもよい。この方法は、第２の波長が活性媒質の吸収
遷移に近くなるように選択するステップを含んでもよ
く、かつ第１の波長が吸収遷移から離れるように選択す
るステップをさらに含んでもよい。
の吸収遷移に近くなるように、または活性媒質の吸収遷
移から離れるように選択するステップを含んでもよい。
この方法はさらに、第１および第２の波長が活性媒質の
同一の吸収遷移に近くなるように選択するステップを含
んでもよい。この方法は、第２の波長が活性媒質の吸収
遷移に近くなるように選択するステップを含んでもよ
く、かつ第１の波長が吸収遷移から離れるように選択す
るステップをさらに含んでもよい。
【００４１】この発明の方法は、第１および第２のモー
ドのうちの１つで伝播する光学信号成分を位相シフトす
るステップを含んでもよい。光学信号は光学導波路での
伝播の間に損失を経験するかもしれない。ポンプソース
はパワーを有し、かつ屈折率のうちの少なくとも１つの
摂動は第１および第２のモードのうちの１つの光学信号
の成分を位相シフトし得る。この方法はさらに、光学信
号の損失を最小限にしかつ特定の位相シフトのためのポ
ンプソースのパワーを最小限にするように第１の波長を
選択するステップを含み、第１の波長が活性媒質の吸収
遷移に近ければポンプパワーは低減されかつ信号の損失
が増大され、かつ反復的に第１の波長が活性媒質の吸収
遷移から離れて選択されればポンプパワーは増大されか
つ信号の損失が低減される。
ドのうちの１つで伝播する光学信号成分を位相シフトす
るステップを含んでもよい。光学信号は光学導波路での
伝播の間に損失を経験するかもしれない。ポンプソース
はパワーを有し、かつ屈折率のうちの少なくとも１つの
摂動は第１および第２のモードのうちの１つの光学信号
の成分を位相シフトし得る。この方法はさらに、光学信
号の損失を最小限にしかつ特定の位相シフトのためのポ
ンプソースのパワーを最小限にするように第１の波長を
選択するステップを含み、第１の波長が活性媒質の吸収
遷移に近ければポンプパワーは低減されかつ信号の損失
が増大され、かつ反復的に第１の波長が活性媒質の吸収
遷移から離れて選択されればポンプパワーは増大されか
つ信号の損失が低減される。
【００４２】光学導波路は長さを有しかつポンプソース
はパワーを有する。屈折率のうちの少なくとも１つの摂
動は第１および第２のモードのうちの１つの光学信号の
成分を位相シフトし得る。この方法はさらに、特定の位
相シフトのために光学導波路の長さとポンプソースのパ
ワーとの両方を最小限にするように光学導波路の長さと
ポンプソースのパワーとを選択するステップを含んでも
よく、最小の長さは式（２７）を実証しかつ最小の電力
は式（２６）を実証する。
はパワーを有する。屈折率のうちの少なくとも１つの摂
動は第１および第２のモードのうちの１つの光学信号の
成分を位相シフトし得る。この方法はさらに、特定の位
相シフトのために光学導波路の長さとポンプソースのパ
ワーとの両方を最小限にするように光学導波路の長さと
ポンプソースのパワーとを選択するステップを含んでも
よく、最小の長さは式（２７）を実証しかつ最小の電力
は式（２６）を実証する。
【００４３】
【好ましい実施例の詳細な説明】この発明は、好ましく
はカットオフより短い波長で動作する光学導波路を含
み、その結果この導波路は基本および２次案内モードの
両方を支持する。基本および２次案内モードは、光学導
波路を通る、２つの実質的に独立した経路を与えるので
この装置は２チャンネル光学伝播媒質として使用され得
る。この発明の実施例は好ましくは、２次モードのただ
１つの安定空間配向が導波路中で支持されるように選択
されたコアの形状を有する光学導波路を使用する。光学
導波路は活性材料を含み、かつ好ましい実施例において
はドーピングされた光ファイバを含む。
はカットオフより短い波長で動作する光学導波路を含
み、その結果この導波路は基本および２次案内モードの
両方を支持する。基本および２次案内モードは、光学導
波路を通る、２つの実質的に独立した経路を与えるので
この装置は２チャンネル光学伝播媒質として使用され得
る。この発明の実施例は好ましくは、２次モードのただ
１つの安定空間配向が導波路中で支持されるように選択
されたコアの形状を有する光学導波路を使用する。光学
導波路は活性材料を含み、かつ好ましい実施例において
はドーピングされた光ファイバを含む。
【００４４】
【この発明の一般的原理】この発明の非線形光学カプラ
は、アール・エイチ・パンテル（R. H. Pantell)他著の
「量子エレクトロニクスの原則（Fundamentals of Quan
tum Electronics)」第２章および第５章、ウィリー（Wi
ley)、ニューヨーク、１９６９年において示されるよう
に、光学非線形性は吸収共振近くでかなり強調され得る
という原理を用いる。希土類ドーピングされたファイバ
は、多数の吸収遷移を提出し、かつ好ましくはこの発明
の好ましい実施例で用いられる。この発明の非線形カプ
ラは好ましくは、プローブ信号およびポンプ信号が同時
に注入される短いドーピングされたファイバを用いる。
ポンプ信号が電子をある励起された状態に励起すると、
それは電子分布を変化させ、これによりドーパントの吸
収共振近くの信号波長について案内領域の屈折率を修正
する。この率の変化は小さいが、十分に長いファイバに
おいては、何ミリワットかの量の低いポンプパワーでさ
えも実質的な位相シフトを生み出すことができる。
は、アール・エイチ・パンテル（R. H. Pantell)他著の
「量子エレクトロニクスの原則（Fundamentals of Quan
tum Electronics)」第２章および第５章、ウィリー（Wi
ley)、ニューヨーク、１９６９年において示されるよう
に、光学非線形性は吸収共振近くでかなり強調され得る
という原理を用いる。希土類ドーピングされたファイバ
は、多数の吸収遷移を提出し、かつ好ましくはこの発明
の好ましい実施例で用いられる。この発明の非線形カプ
ラは好ましくは、プローブ信号およびポンプ信号が同時
に注入される短いドーピングされたファイバを用いる。
ポンプ信号が電子をある励起された状態に励起すると、
それは電子分布を変化させ、これによりドーパントの吸
収共振近くの信号波長について案内領域の屈折率を修正
する。この率の変化は小さいが、十分に長いファイバに
おいては、何ミリワットかの量の低いポンプパワーでさ
えも実質的な位相シフトを生み出すことができる。
【００４５】したがって、この発明の非線形光学カプラ
は好ましくは、波長が光学導波路中の共振遷移に近くに
中心決めされて光学プローブ信号によって経験される位
相シフトを修正するポンプ信号を用いる。共振は材料の
吸収放出においてピークが存在する波長である。共振は
共振電子遷移として説明される。活性媒質のスペクトル
は幾つかの共振遷移を含み得る。これから説明するよう
に、プローブ信号は光学導波路の活性媒質の共振遷移近
くに中心決めされてもよいが、共振遷移から離調されて
もよい。この発明のカプラは低いポンプパワーを用い、
信号波長で吸収を実質的に低減する。
は好ましくは、波長が光学導波路中の共振遷移に近くに
中心決めされて光学プローブ信号によって経験される位
相シフトを修正するポンプ信号を用いる。共振は材料の
吸収放出においてピークが存在する波長である。共振は
共振電子遷移として説明される。活性媒質のスペクトル
は幾つかの共振遷移を含み得る。これから説明するよう
に、プローブ信号は光学導波路の活性媒質の共振遷移近
くに中心決めされてもよいが、共振遷移から離調されて
もよい。この発明のカプラは低いポンプパワーを用い、
信号波長で吸収を実質的に低減する。
【００４６】この発明の原理は、共振近くの遷移を励起
する場合、電子分布が変化しかつこの遷移の材料の屈折
率に対するコントリビューションもまた変化するという
ことにある。上に述べたように、この効果は純粋シリカ
中に存在するが非常に弱く、ドーピングされていない純
粋シリカファイバには、高ポンプパワー（何１０ワット
のオーダでの）と、長いファイバ（何１０メートルのオ
ーダでの）とが切換えに必要とされる位相シフトπを誘
起するために必要とされる。この発明において、非線形
係数は共振近くでかなり強調される。例として、エー・
エム・グラス（A. M. Glass)著の「光学情報処理のため
の材料（Materials for optical information processi
ng) 」『サイエンス（Science)』、226 、657-662 （19
84年）と、デー・エフ・イートン（D. F. Eaton)著の
「非線形光学材料（Nonlinear optical materials)」
『サイエンス』、253 、281-287 、（1991年）と、ジー
・アイ・スティージマン（G. I. Stegeman) 他著の「３
次非線形集積光学系（Third order nonlinear integrat
ed optics)」『光波技術刊行物』、６、953-970 （1988
年）とを参照されたい。ポンプ波長はドーパントの吸収
共振に近くあるように選択され、その結果ファイバを下
って進むとき、それは徐々に吸収される。工程中でそれ
はドーパントの接地状態から幾分励起された状態に電子
を励起し、それによりこの遷移の電子のコントリビュー
ションおよび材料の屈折率を修正する。より低い強度の
信号については、１つの遷移からのχコントリビューシ
ョンは電子母集団の再分布の結果として生じる非線形効
果と同一である。デー・エフ・イートン著の「非線形光
学材料」『サイエンス』、253 、281-287 、（1991年）
を参照されたい。
する場合、電子分布が変化しかつこの遷移の材料の屈折
率に対するコントリビューションもまた変化するという
ことにある。上に述べたように、この効果は純粋シリカ
中に存在するが非常に弱く、ドーピングされていない純
粋シリカファイバには、高ポンプパワー（何１０ワット
のオーダでの）と、長いファイバ（何１０メートルのオ
ーダでの）とが切換えに必要とされる位相シフトπを誘
起するために必要とされる。この発明において、非線形
係数は共振近くでかなり強調される。例として、エー・
エム・グラス（A. M. Glass)著の「光学情報処理のため
の材料（Materials for optical information processi
ng) 」『サイエンス（Science)』、226 、657-662 （19
84年）と、デー・エフ・イートン（D. F. Eaton)著の
「非線形光学材料（Nonlinear optical materials)」
『サイエンス』、253 、281-287 、（1991年）と、ジー
・アイ・スティージマン（G. I. Stegeman) 他著の「３
次非線形集積光学系（Third order nonlinear integrat
ed optics)」『光波技術刊行物』、６、953-970 （1988
年）とを参照されたい。ポンプ波長はドーパントの吸収
共振に近くあるように選択され、その結果ファイバを下
って進むとき、それは徐々に吸収される。工程中でそれ
はドーパントの接地状態から幾分励起された状態に電子
を励起し、それによりこの遷移の電子のコントリビュー
ションおよび材料の屈折率を修正する。より低い強度の
信号については、１つの遷移からのχコントリビューシ
ョンは電子母集団の再分布の結果として生じる非線形効
果と同一である。デー・エフ・イートン著の「非線形光
学材料」『サイエンス』、253 、281-287 、（1991年）
を参照されたい。
【００４７】この発明は好ましくは適切な不純物でドー
ピングされた光ファイバを用い、この光ファイバはこの
不純物の吸収共振近くで光学的に励起されて強く強調さ
れた非線形磁化率を生み出す。そのためポンプおよび長
さの要求を各々幾つかのオーダの大きさ分低減し、かつ
非常に低いポンプパワー（数ミリワットの量）でセンチ
メートル長さでπの位相シフトを生み出すことが可能で
あるとモデルは示す。
ピングされた光ファイバを用い、この光ファイバはこの
不純物の吸収共振近くで光学的に励起されて強く強調さ
れた非線形磁化率を生み出す。そのためポンプおよび長
さの要求を各々幾つかのオーダの大きさ分低減し、かつ
非常に低いポンプパワー（数ミリワットの量）でセンチ
メートル長さでπの位相シフトを生み出すことが可能で
あるとモデルは示す。
【００４８】この非線形性効果は、イー・デサルビア著
の「エルビウムドーピングされたファイバ増幅器の複合
原子磁化率の研究（Study of the complex atomic susc
eptibility of erbium-doped fiber amplifier) 」『光
波技術刊行物』、８、10、1517-1527 、1990年10月にお
けるように、エルビウムドーピングされたファイバ増幅
器において最初にモデル化された。
の「エルビウムドーピングされたファイバ増幅器の複合
原子磁化率の研究（Study of the complex atomic susc
eptibility of erbium-doped fiber amplifier) 」『光
波技術刊行物』、８、10、1517-1527 、1990年10月にお
けるように、エルビウムドーピングされたファイバ増幅
器において最初にモデル化された。
【００４９】この発明の光学カプラは好ましくは、エル
ビウムドーピングされたファイバから作られかつ１．４
８μｍレーザダイオードでポンピングされた２モードの
ファイバ干渉計を含む。２モードファイバ干渉計は上記
のパークの引用文献およびビー・ワイ・キム（B. Y. Ki
m)他著の「２モードファイバ装置のための高度楕円コア
ファイバの使用（Use of highly elliptical core fibe
rs for two-mode fiber devices)」『オプチカルレター
ズ』、12、９、7290731 、1987年９月において説明され
る。信号波長を適切に選択することによって、強調され
た非線形性の利点を保持したままで信号の損失が無視で
きるほど小さくなる。
ビウムドーピングされたファイバから作られかつ１．４
８μｍレーザダイオードでポンピングされた２モードの
ファイバ干渉計を含む。２モードファイバ干渉計は上記
のパークの引用文献およびビー・ワイ・キム（B. Y. Ki
m)他著の「２モードファイバ装置のための高度楕円コア
ファイバの使用（Use of highly elliptical core fibe
rs for two-mode fiber devices)」『オプチカルレター
ズ』、12、９、7290731 、1987年９月において説明され
る。信号波長を適切に選択することによって、強調され
た非線形性の利点を保持したままで信号の損失が無視で
きるほど小さくなる。
【００５０】非線形係数と信号によって経験される誘起
された位相シフトとは、信号周波数のドーパントの遷移
周波数への近さに依存する。共振により近ければそれに
つれて非線形効果も強くなるが、また信号の吸収も強く
なる。したがって、どのくらいの量のパワーが位相シフ
トを生み出すために必要とされるかということと、どの
くらいの量の損失を信号が被るかということとの間にト
レードオフが存在する。
された位相シフトとは、信号周波数のドーパントの遷移
周波数への近さに依存する。共振により近ければそれに
つれて非線形効果も強くなるが、また信号の吸収も強く
なる。したがって、どのくらいの量のパワーが位相シフ
トを生み出すために必要とされるかということと、どの
くらいの量の損失を信号が被るかということとの間にト
レードオフが存在する。
【００５１】この発明の具体例を議論する前に、この発
明のより完全な理解を与えるために応用可能なモード理
論の概要が述べられる。以下はシリカガラス光ファイバ
に関連して説明されるが、当業者は与えられる概念はＬ
ｉＮｂＯ3 光ファイバ、集積光学系、半導体導波路等の
他の光学導波路に対しても応用可能であるということを
理解するであろう。モード理論はドーピングされていな
いシリカガラス光ファイバに関してなされる、なぜなら
これはモード伝播の理解を容易にするからである。光フ
ァイバがドーピングされているかまたはされていないか
ということはモード伝播の基礎的概念とは無関係であ
る。モード理論に関する詳細は本出願の譲受人に譲渡さ
れた米国特許第4,895,421 号にみられる。この特許はこ
こに引用により援用される。
明のより完全な理解を与えるために応用可能なモード理
論の概要が述べられる。以下はシリカガラス光ファイバ
に関連して説明されるが、当業者は与えられる概念はＬ
ｉＮｂＯ3 光ファイバ、集積光学系、半導体導波路等の
他の光学導波路に対しても応用可能であるということを
理解するであろう。モード理論はドーピングされていな
いシリカガラス光ファイバに関してなされる、なぜなら
これはモード伝播の理解を容易にするからである。光フ
ァイバがドーピングされているかまたはされていないか
ということはモード伝播の基礎的概念とは無関係であ
る。モード理論に関する詳細は本出願の譲受人に譲渡さ
れた米国特許第4,895,421 号にみられる。この特許はこ
こに引用により援用される。
【００５２】
【モード理論】シリカガラス光ファイバ１００の例示的
断面が図１に示される。ファイバ１００は内部コア１０
２および外部被覆１０４を含む。内部コア１０２は半径
ｒを有する。例示的ファイバ１００において、コアは屈
折率ｎcoを有し、かつ被覆は屈折率ｎclを有する。当該
技術分野で周知のように、コア屈折率ｎcoは光ファイバ
１００中で伝播する光学信号がうまく案内されるように
被覆屈折率ｎclよりも大きい。光ファイバ１００によっ
て案内されるモードの数はファイバ形状およびそこを通
って伝播する光学信号の波長に依存する。典型的には、
光ファイバが基本モードつまり１次モードのみをその上
で伝播する波長は「２次モードカットオフ」波長λc と
呼ばれ、これは次式：
断面が図１に示される。ファイバ１００は内部コア１０
２および外部被覆１０４を含む。内部コア１０２は半径
ｒを有する。例示的ファイバ１００において、コアは屈
折率ｎcoを有し、かつ被覆は屈折率ｎclを有する。当該
技術分野で周知のように、コア屈折率ｎcoは光ファイバ
１００中で伝播する光学信号がうまく案内されるように
被覆屈折率ｎclよりも大きい。光ファイバ１００によっ
て案内されるモードの数はファイバ形状およびそこを通
って伝播する光学信号の波長に依存する。典型的には、
光ファイバが基本モードつまり１次モードのみをその上
で伝播する波長は「２次モードカットオフ」波長λc と
呼ばれ、これは次式：
【００５３】
【数６】
【００５４】を用いて円形コアファイバについて計算さ
れ得る。もし光学信号の波長が波長λc よりも長ければ
（つまり、光学信号の周波数がカットオフ周波数よりも
小さければ）、光学信号の１次つまり基本伝播モードの
みがファイバによってうまく案内され、かつファイバに
よって伝播される。もし光学信号の波長がλc よりも短
かければ（つまり、光学信号の周波数がカットオフ周波
数よりも大きければ）、２次モード等のより高次のモー
ドが伝播を始める。
れ得る。もし光学信号の波長が波長λc よりも長ければ
（つまり、光学信号の周波数がカットオフ周波数よりも
小さければ）、光学信号の１次つまり基本伝播モードの
みがファイバによってうまく案内され、かつファイバに
よって伝播される。もし光学信号の波長がλc よりも短
かければ（つまり、光学信号の周波数がカットオフ周波
数よりも大きければ）、２次モード等のより高次のモー
ドが伝播を始める。
【００５５】円形コア光ファイバの真の１次および２次
モードと、そのそれぞれの電界振幅分布とが図２ａ−図
２ｈに示される。２つの１次モードは図２ａの電界パタ
ーン１０によって表される垂直に偏光されたＨＥ11モー
ドと、図２ｂの電界パターン１１２によって表される水
平に偏光されたＬＰ01モードとである。各図中の外円は
図１のファイバー１００のコア１０２の境界を表わす。
モードと、そのそれぞれの電界振幅分布とが図２ａ−図
２ｈに示される。２つの１次モードは図２ａの電界パタ
ーン１０によって表される垂直に偏光されたＨＥ11モー
ドと、図２ｂの電界パターン１１２によって表される水
平に偏光されたＬＰ01モードとである。各図中の外円は
図１のファイバー１００のコア１０２の境界を表わす。
【００５６】図２ｃに示されるように、ＬＰ01モードは
コア１０２の中心線について実質的に対称である電界振
幅分布１１６を有する。電界振幅分布１１６はコア１０
２の中心で集中し、かつコア１０２の中心からの距離が
増大すると減少する。電界振幅分布１１６の小部分はし
ばしばコアの境界を超えて拡張する。この拡張された電
界は通常、案内されたモードのエバネセントフィールド
と呼ばれる。
コア１０２の中心線について実質的に対称である電界振
幅分布１１６を有する。電界振幅分布１１６はコア１０
２の中心で集中し、かつコア１０２の中心からの距離が
増大すると減少する。電界振幅分布１１６の小部分はし
ばしばコアの境界を超えて拡張する。この拡張された電
界は通常、案内されたモードのエバネセントフィールド
と呼ばれる。
【００５７】４つの真の２次モードが図２ｄ−図２ｇに
示される。これらの４つの真のモードは図２ｄ−図２ｇ
の矢印の方向によって示される横電界の配向によって識
別され、通常、図２ｄの電界パターン１２０によって表
わされるＴＥ01モード、図２ｅの電界パターン１２２に
よって表わされるＴＭ01モード、図２ｆの電界パターン
１２４によって表わされるＨＥ21偶数モード、および図
２ｇの電界パターン１２６によって表わされるＨＥ21奇
数モードと呼ばれる。
示される。これらの４つの真のモードは図２ｄ−図２ｇ
の矢印の方向によって示される横電界の配向によって識
別され、通常、図２ｄの電界パターン１２０によって表
わされるＴＥ01モード、図２ｅの電界パターン１２２に
よって表わされるＴＭ01モード、図２ｆの電界パターン
１２４によって表わされるＨＥ21偶数モード、および図
２ｇの電界パターン１２６によって表わされるＨＥ21奇
数モードと呼ばれる。
【００５８】２次モードで伝播する例証的光学信号につ
いての電界振幅分布１３０が図２ｈに示される。示され
るように、電界振幅分布１３０はコアの中心線で実質的
に０に等しく、かつコアの境界近くで２つの最大振幅１
３２および１３４を有する。さらに示されるように、２
つの振幅最大値１３２および１３４は１８０°位相を異
にする。さらに、電界分布の大部分は２次モードのコア
の境界を超えて拡張するため、ＨＥ11モードについてよ
りも広いエバネセントフィールドを与える。
いての電界振幅分布１３０が図２ｈに示される。示され
るように、電界振幅分布１３０はコアの中心線で実質的
に０に等しく、かつコアの境界近くで２つの最大振幅１
３２および１３４を有する。さらに示されるように、２
つの振幅最大値１３２および１３４は１８０°位相を異
にする。さらに、電界分布の大部分は２次モードのコア
の境界を超えて拡張するため、ＨＥ11モードについてよ
りも広いエバネセントフィールドを与える。
【００５９】４つの真の２次モードの各々は互いに伝播
速度が僅かに異なる。したがって、１つ以上の真の２次
モードが２モードファイバ中でともに伝播する場合、２
次モードの強度分布は、４つのモードが伝播するときに
その４モード間の位相差の変化の結果としてのファイバ
の長さの関数として変化する。２次モードの断面強度分
布はほぼ縮退した４つのモード間で差動位相シフトを誘
起する環境の変化に応答して変化する。
速度が僅かに異なる。したがって、１つ以上の真の２次
モードが２モードファイバ中でともに伝播する場合、２
次モードの強度分布は、４つのモードが伝播するときに
その４モード間の位相差の変化の結果としてのファイバ
の長さの関数として変化する。２次モードの断面強度分
布はほぼ縮退した４つのモード間で差動位相シフトを誘
起する環境の変化に応答して変化する。
【００６０】２次伝播モードで伝播する光学信号の特性
をより容易に分析するために、モードの特性は、デー・
グロージ（D. Gloge) 著の「弱案内ファイバ（Weakly G
uiding Fibers)」『応用光学（Applied Optics) 』、第
１０巻、No.10 、1971年10月、2252-2258 頁において規
定されかつ詳細に説明される、モードについてのＬＰ近
似を用いて分析される。
をより容易に分析するために、モードの特性は、デー・
グロージ（D. Gloge) 著の「弱案内ファイバ（Weakly G
uiding Fibers)」『応用光学（Applied Optics) 』、第
１０巻、No.10 、1971年10月、2252-2258 頁において規
定されかつ詳細に説明される、モードについてのＬＰ近
似を用いて分析される。
【００６１】図３ａ−図３ｆを参照して、光ファイバま
たは他の円形コア導波路中の光学伝播のモード理論のよ
り良い理解が得られ、第１および第２のモードはグロー
ジの論文によって説明されるＬＰ近似に従って表わされ
る。各々の図の外円は再び図１の光ファイバ１００のコ
ア１０２の断面を表わす。コアサークル内のアウトライ
ンは電界分布を表わす。矢印は内部アウトラインと共に
偏光の向きを表わす。
たは他の円形コア導波路中の光学伝播のモード理論のよ
り良い理解が得られ、第１および第２のモードはグロー
ジの論文によって説明されるＬＰ近似に従って表わされ
る。各々の図の外円は再び図１の光ファイバ１００のコ
ア１０２の断面を表わす。コアサークル内のアウトライ
ンは電界分布を表わす。矢印は内部アウトラインと共に
偏光の向きを表わす。
【００６２】図３ａ−図３ｂはモードの基本ＬＰ01セッ
ト中の２つの偏光モードのフィールドパターンを示す。
図３ａのフィールドパターン１４０はＬＰ01基本モード
での垂直に偏光された光を表わし、かつ図３ｂのフィー
ルドパターン１４２は基本ＬＰ01モードでの水平に偏光
された光を表わす。
ト中の２つの偏光モードのフィールドパターンを示す。
図３ａのフィールドパターン１４０はＬＰ01基本モード
での垂直に偏光された光を表わし、かつ図３ｂのフィー
ルドパターン１４２は基本ＬＰ01モードでの水平に偏光
された光を表わす。
【００６３】図３ｃ−図３ｆは２次モードについてのＬ
Ｐ11近似を示す。図３ｃ−図３ｆに示されるように、各
々が電界分布について２つのローブを有する４つのＬＰ
11モードがある。図３ｃでＬＰ11モードパターン１５０
として、かつ図３ｄでＬＰ11モードパターン１５２とし
て表わされる２つのモードはＬＰ11偶数モードとここで
は呼ばれる。図３ｅでＬＰ11モードパターン１５４とし
て、かつ図３ｆでＬＰ 11モードパターン１５６として表
わされるその他の２つのＬＰ11モードはＬＰ11奇数モー
ドと呼ばれる。４つのＬＰ11モードはローブパターンの
配向およびローブパターン内の電界ベクトルの配向（つ
まり偏光ベクトル）によって識別される。たとえば、第
１のＬＰ11偶数モードフィールドパターン１５０（図３
ｃ）は、水平のゼロ電界ライン１６０について対称であ
る２つのローブを有する。２つのローブ内で、電界ベク
トルはゼロ電界ライン１６０に平行かつそれについて反
対称である。簡便さのために、ローブパターン１５０に
よって表わされるＬＰ11モードを水平に偏光されたＬＰ
11偶数モードと呼ぶ。
Ｐ11近似を示す。図３ｃ−図３ｆに示されるように、各
々が電界分布について２つのローブを有する４つのＬＰ
11モードがある。図３ｃでＬＰ11モードパターン１５０
として、かつ図３ｄでＬＰ11モードパターン１５２とし
て表わされる２つのモードはＬＰ11偶数モードとここで
は呼ばれる。図３ｅでＬＰ11モードパターン１５４とし
て、かつ図３ｆでＬＰ 11モードパターン１５６として表
わされるその他の２つのＬＰ11モードはＬＰ11奇数モー
ドと呼ばれる。４つのＬＰ11モードはローブパターンの
配向およびローブパターン内の電界ベクトルの配向（つ
まり偏光ベクトル）によって識別される。たとえば、第
１のＬＰ11偶数モードフィールドパターン１５０（図３
ｃ）は、水平のゼロ電界ライン１６０について対称であ
る２つのローブを有する。２つのローブ内で、電界ベク
トルはゼロ電界ライン１６０に平行かつそれについて反
対称である。簡便さのために、ローブパターン１５０に
よって表わされるＬＰ11モードを水平に偏光されたＬＰ
11偶数モードと呼ぶ。
【００６４】第２のＬＰ11偶数ローブパターン１５２
（図３ｄ）は水平ゼロ電界ライン１６２について対称で
ある。フィールドパターン１５２の２つのローブ内で、
電界ベクトルはゼロ電界ライン１６２に垂直かつそれに
ついて反対称である。電界パターン１５２によって表わ
されるＬＰ11モードは垂直に偏光されたＬＰ11偶数モー
ドと呼ばれる。
（図３ｄ）は水平ゼロ電界ライン１６２について対称で
ある。フィールドパターン１５２の２つのローブ内で、
電界ベクトルはゼロ電界ライン１６２に垂直かつそれに
ついて反対称である。電界パターン１５２によって表わ
されるＬＰ11モードは垂直に偏光されたＬＰ11偶数モー
ドと呼ばれる。
【００６５】第１のＬＰ11奇数モードフィールドパター
ン１５４は、垂直に配向されたゼロ電界ライン１６４に
ついて対称である２つのローブを有する。２つのローブ
内で、電界ベクトルはゼロ電界ライン１６４に垂直かつ
それについて反対称であり、したがってそれらは水平に
配向される。フィールドパターン１５４によって表わさ
れるＬＰ11モードはこうして水平に偏光されたＬＰ11奇
数モードと呼ばれる。
ン１５４は、垂直に配向されたゼロ電界ライン１６４に
ついて対称である２つのローブを有する。２つのローブ
内で、電界ベクトルはゼロ電界ライン１６４に垂直かつ
それについて反対称であり、したがってそれらは水平に
配向される。フィールドパターン１５４によって表わさ
れるＬＰ11モードはこうして水平に偏光されたＬＰ11奇
数モードと呼ばれる。
【００６６】第２のＬＰ11奇数モードの電界パターン１
５６は、垂直に配向されたゼロ電界ライン１６６につい
て対称な２つのローブを有する。２つのローブ内で、電
界ベクトルはゼロ電界ライン１６６に平行かつそれにつ
いて反対称である。こうして、電界パターン１５６によ
って表わされるＬＰ11モードは垂直に偏光されたＬＰ 11
奇数モードと呼ばれる。
５６は、垂直に配向されたゼロ電界ライン１６６につい
て対称な２つのローブを有する。２つのローブ内で、電
界ベクトルはゼロ電界ライン１６６に平行かつそれにつ
いて反対称である。こうして、電界パターン１５６によ
って表わされるＬＰ11モードは垂直に偏光されたＬＰ 11
奇数モードと呼ばれる。
【００６７】ＬＰモード近似において、図３ａ−図３ｆ
の６つの電界パターンの各々、特に２つのＬＰ01パター
ンおよび４つのＬＰ11パターンは互いに直交している。
言い換えれば、光学導波路に対する摂動がない場合は、
フィールドパターンの１つから他のいずれのフィールド
パターンにも光エネルギの結合が実質的に存在しない。
こうして、６つの電界パターンは光学導波路を通る独立
した光路と考えられ、それらは普通は互いに結合しな
い。
の６つの電界パターンの各々、特に２つのＬＰ01パター
ンおよび４つのＬＰ11パターンは互いに直交している。
言い換えれば、光学導波路に対する摂動がない場合は、
フィールドパターンの１つから他のいずれのフィールド
パターンにも光エネルギの結合が実質的に存在しない。
こうして、６つの電界パターンは光学導波路を通る独立
した光路と考えられ、それらは普通は互いに結合しな
い。
【００６８】光ファイバ１００のコア１０２および被覆
１０４の率がほぼ等しければ、２つのＬＰ01モードはほ
ぼ同じ伝播速度でファイバを通って進み、かつ４つの２
次ＬＰ11モードはほぼ同じ伝播速度でファイバを通って
進む。しかしながら、基本ＬＰ01モードのセットについ
ての伝播速度は２次ＬＰ11モードのセットについての伝
播速度よりも遅い。こうして、２つのモードのセット、
ＬＰ01およびＬＰ11は、光がファイバを通って伝播する
ときに互いに対して同位相および異位相で移動する。３
６０°（つまり、２πラジアン）分位相を異にするよう
に移動するために２セットのモードに必要な伝播の距離
は、通常ファイバのビート長と呼ばれ、それは数学的に
次式：
１０４の率がほぼ等しければ、２つのＬＰ01モードはほ
ぼ同じ伝播速度でファイバを通って進み、かつ４つの２
次ＬＰ11モードはほぼ同じ伝播速度でファイバを通って
進む。しかしながら、基本ＬＰ01モードのセットについ
ての伝播速度は２次ＬＰ11モードのセットについての伝
播速度よりも遅い。こうして、２つのモードのセット、
ＬＰ01およびＬＰ11は、光がファイバを通って伝播する
ときに互いに対して同位相および異位相で移動する。３
６０°（つまり、２πラジアン）分位相を異にするよう
に移動するために２セットのモードに必要な伝播の距離
は、通常ファイバのビート長と呼ばれ、それは数学的に
次式：
【００６９】
【数７】
【００７０】として表わされ、ここでＬB はビート長、
λは真空の光学波長、Δｎは２セットのモードの有効屈
折率の差、およびΔβは２セットのモードについての伝
播定数の差である。
λは真空の光学波長、Δｎは２セットのモードの有効屈
折率の差、およびΔβは２セットのモードについての伝
播定数の差である。
【００７１】２セットのモードＬＰ01およびＬＰ11間の
コヒーレントなパワー伝送は、２つのモードのビート長
に一致する周期的摂動を光ファイバ中に作ることによっ
て達成されることが先に示された。２モード間の光エネ
ルギの結合を制御して、光学信号の選択的結合、ろ波お
よび周波数シフトのために有用な装置を提供するように
多数の光学装置が構成されてきた。たとえばダブリュー
・ブイ・ソウリン（W.V. Sorin)他著の「２モード光フ
ァイバのための高選択的エバネセントモードのフィルタ
（Highly selective evanescent modal filter for two
-mode opticalfibers) 」『オプチックスレターズ』、
第11巻、No.9、1986年９月、581-583 頁、アール・シー
・ヤングキスト（R. C. Youngquist) 他著の「周期的結
合を使用する全ファイバ成分（All-fiber components u
sing periodic coupling) 」『ＩＥＥＥ予稿集（IEEE P
roceedings) 』、132 巻、Pt. J 、No.5、1985年10月、
277-286 頁、アール・シー・ヤングキスト他著の「２モ
ードファイバモードカプラ（Two-mode fiber modal cou
pler) 」『オプチックスレターズ』、第９巻、No.5、19
84年５月、177-179 頁、ジェイ・エヌ・ブレーク（J.
N. Blake)他著の「周期的マイクロベンディングを使用
するファイバ光学モードカプラ（Fiber-opticmodal cou
pler using periodic microbending)」『オプチックス
レターズ』、第11巻、No.3、1986年３月、177-179 頁、
ビー・ワイ・キム他著の「全ファイバ音響光学周波数シ
フタ（All-fiber acousto-optic frequency shifter)」
『オプチックスレターズ』、第11巻、No.6、1986年６
月、389-391 頁、およびジェイ・エヌ・ブレーク他著の
「２モードファイバを使用する全ファイバ音響周波数シ
フタ（All-fiber acousto-optic frequency shifter us
ing two-mode fiber) 」『ＳＰＩＥ予稿集（Proceeding
s of the SPIE)』、719 巻、1986年を参照されたい。こ
の発明はこれらの装置の多くのものに実質的な改良を提
供し、かつ光学信号をさらに制御するためにモード間の
結合を利用する多数の新規の装置を提供する。
コヒーレントなパワー伝送は、２つのモードのビート長
に一致する周期的摂動を光ファイバ中に作ることによっ
て達成されることが先に示された。２モード間の光エネ
ルギの結合を制御して、光学信号の選択的結合、ろ波お
よび周波数シフトのために有用な装置を提供するように
多数の光学装置が構成されてきた。たとえばダブリュー
・ブイ・ソウリン（W.V. Sorin)他著の「２モード光フ
ァイバのための高選択的エバネセントモードのフィルタ
（Highly selective evanescent modal filter for two
-mode opticalfibers) 」『オプチックスレターズ』、
第11巻、No.9、1986年９月、581-583 頁、アール・シー
・ヤングキスト（R. C. Youngquist) 他著の「周期的結
合を使用する全ファイバ成分（All-fiber components u
sing periodic coupling) 」『ＩＥＥＥ予稿集（IEEE P
roceedings) 』、132 巻、Pt. J 、No.5、1985年10月、
277-286 頁、アール・シー・ヤングキスト他著の「２モ
ードファイバモードカプラ（Two-mode fiber modal cou
pler) 」『オプチックスレターズ』、第９巻、No.5、19
84年５月、177-179 頁、ジェイ・エヌ・ブレーク（J.
N. Blake)他著の「周期的マイクロベンディングを使用
するファイバ光学モードカプラ（Fiber-opticmodal cou
pler using periodic microbending)」『オプチックス
レターズ』、第11巻、No.3、1986年３月、177-179 頁、
ビー・ワイ・キム他著の「全ファイバ音響光学周波数シ
フタ（All-fiber acousto-optic frequency shifter)」
『オプチックスレターズ』、第11巻、No.6、1986年６
月、389-391 頁、およびジェイ・エヌ・ブレーク他著の
「２モードファイバを使用する全ファイバ音響周波数シ
フタ（All-fiber acousto-optic frequency shifter us
ing two-mode fiber) 」『ＳＰＩＥ予稿集（Proceeding
s of the SPIE)』、719 巻、1986年を参照されたい。こ
の発明はこれらの装置の多くのものに実質的な改良を提
供し、かつ光学信号をさらに制御するためにモード間の
結合を利用する多数の新規の装置を提供する。
【００７２】４つのＬＰ11モードは光ファイバまたは他
の導波路を通る光エネルギの伝播のために４つの直交す
るチャネルを提供するが、大抵４つのチャネルを独立的
に完全に利用することは困難であるとわかる。上に説明
されたように、ＬＰ11モードは実モードの近似であり、
かつ円形コアファイバ１００中でほぼ縮退している。こ
のことは、曲げ、捩じりおよび横ストレス等の光ファイ
バ中の摂動によって引き起こされた結合に対してＬＰ11
モードを非常に感応しやすくする。さらに、ＬＰ11モー
ドは実モードの近似にすぎないので、ファイバ１００の
摂動がない場合でさえも少量の結合が存在する。実際の
結果では所与のモードでのＬＰ11モードの電界パターン
の伝播は安定していない。同様に、２つのＬＰ01偏光モ
ードの電界パターンもまた不安定である。
の導波路を通る光エネルギの伝播のために４つの直交す
るチャネルを提供するが、大抵４つのチャネルを独立的
に完全に利用することは困難であるとわかる。上に説明
されたように、ＬＰ11モードは実モードの近似であり、
かつ円形コアファイバ１００中でほぼ縮退している。こ
のことは、曲げ、捩じりおよび横ストレス等の光ファイ
バ中の摂動によって引き起こされた結合に対してＬＰ11
モードを非常に感応しやすくする。さらに、ＬＰ11モー
ドは実モードの近似にすぎないので、ファイバ１００の
摂動がない場合でさえも少量の結合が存在する。実際の
結果では所与のモードでのＬＰ11モードの電界パターン
の伝播は安定していない。同様に、２つのＬＰ01偏光モ
ードの電界パターンもまた不安定である。
【００７３】光ファイバまたは他の導波路において楕円
コア断面を使用することは複屈折を導入し、かつＬＰ01
１次モードの２つの偏光についての伝播定数を分離する
ことができることが先に示されてきた。伝播定数の分離
は信号の偏光をコア断面の主軸に固定する。楕円コアは
またＬＰ11モードパターンの伝播定数間の分離を増大さ
せることもまた示されてきた。これはモードの安定性を
高める。伝播定数β対光学導波路のコアの楕円性を表わ
す縮尺をあわせていない図が図４に示される。示される
ように、ＬＰ01伝播モードはＬＰ11伝播モードよりも大
きい伝播定数を有する。式（ｂ）より、伝播定数のこの
差は次式：
コア断面を使用することは複屈折を導入し、かつＬＰ01
１次モードの２つの偏光についての伝播定数を分離する
ことができることが先に示されてきた。伝播定数の分離
は信号の偏光をコア断面の主軸に固定する。楕円コアは
またＬＰ11モードパターンの伝播定数間の分離を増大さ
せることもまた示されてきた。これはモードの安定性を
高める。伝播定数β対光学導波路のコアの楕円性を表わ
す縮尺をあわせていない図が図４に示される。示される
ように、ＬＰ01伝播モードはＬＰ11伝播モードよりも大
きい伝播定数を有する。式（ｂ）より、伝播定数のこの
差は次式：
【００７４】
【数８】
【００７５】のようにＬＰ01とＬＰ11伝播モードとの間
のビート長に関連し、ここでΔβ01はＬＰ01モードとＬ
Ｐ11モードとの間の伝播定数の差であり、かつＬB01 は
ＬＰ01とＬＰ11モードとの間のビート長である。
のビート長に関連し、ここでΔβ01はＬＰ01モードとＬ
Ｐ11モードとの間の伝播定数の差であり、かつＬB01 は
ＬＰ01とＬＰ11モードとの間のビート長である。
【００７６】図４の左部分に示されるように、光学導波
路のコアが実質的に円形の場合、ＬＰ11奇数およびＬＰ
11偶数モードは実質的に同じ伝播定数を有する。しかし
ながら、光学導波路のコアが楕円の場合は、奇数ＬＰ11
モードおよび偶数ＬＰ11モードの伝播定数は異なる。こ
れは図４の右半分の伝播定数差Δβ11によって示され
る。示されるように、奇数ＬＰ11モードおよび偶数ＬＰ
11モードの伝播定数の差（Δβ11）は、楕円性が増大す
るにつれて増大する。楕円コアの光ファイバの使用はＬ
Ｐ11モードの直交するローブ配向の縮退を回避する手段
として提案されてきた。たとえばジェイ・ブレイク他著
の「２モードファイバを使用する全ファイバ音響光学周
波数シフタ」「ＳＰＩＥ予稿集」第719 巻、1986年を参
照されたい。
路のコアが実質的に円形の場合、ＬＰ11奇数およびＬＰ
11偶数モードは実質的に同じ伝播定数を有する。しかし
ながら、光学導波路のコアが楕円の場合は、奇数ＬＰ11
モードおよび偶数ＬＰ11モードの伝播定数は異なる。こ
れは図４の右半分の伝播定数差Δβ11によって示され
る。示されるように、奇数ＬＰ11モードおよび偶数ＬＰ
11モードの伝播定数の差（Δβ11）は、楕円性が増大す
るにつれて増大する。楕円コアの光ファイバの使用はＬ
Ｐ11モードの直交するローブ配向の縮退を回避する手段
として提案されてきた。たとえばジェイ・ブレイク他著
の「２モードファイバを使用する全ファイバ音響光学周
波数シフタ」「ＳＰＩＥ予稿集」第719 巻、1986年を参
照されたい。
【００７７】光ファイバのコアが楕円の場合のＬＰ01モ
ードと奇数および偶数ＬＰ11モードとの間の伝播定数の
上記の差はまた、カットオフ波長および対応するカット
オフ周波数の変化を結果として生じる。たとえば、円形
コア光ファイバについて、カットオフ波長は上記の式
（ａ）に説明されるようにファイバコアの半径に関連す
る。したがって、２次モードのカットオフ波長λc より
も上の波長（つまり、２次モードカットオフ周波数より
も低い周波数）を有する光学信号は、光ファイバ中で２
次モード以上で伝播しない。カットオフ波長λc よりも
短い波長を有する光学信号は２次モードで伝播する。も
し波長がさらに波長λc2へ低減されれば、３次以上のモ
ードは光学導波路によって支持される。円形コアの光学
導波路については、λc2は次式：
ードと奇数および偶数ＬＰ11モードとの間の伝播定数の
上記の差はまた、カットオフ波長および対応するカット
オフ周波数の変化を結果として生じる。たとえば、円形
コア光ファイバについて、カットオフ波長は上記の式
（ａ）に説明されるようにファイバコアの半径に関連す
る。したがって、２次モードのカットオフ波長λc より
も上の波長（つまり、２次モードカットオフ周波数より
も低い周波数）を有する光学信号は、光ファイバ中で２
次モード以上で伝播しない。カットオフ波長λc よりも
短い波長を有する光学信号は２次モードで伝播する。も
し波長がさらに波長λc2へ低減されれば、３次以上のモ
ードは光学導波路によって支持される。円形コアの光学
導波路については、λc2は次式：
【００７８】
【数９】
【００７９】によって求められ、ここでｒ、ｎcoおよび
ｎclは式（ａ）について上に説明される。当業者は前述
のものもまたカットオフ周波数によって表わされるとい
うことを理解するであろう。たとえば、第１のカットオ
フ波長λc は第１のカットオフ周波数ｆc に対応し、か
つ第２のカットオフ波長λc2は第１のカットオフ周波数
ｆc よりも大きい第２のカットオフ周波数ｆc2に対応す
る。特に、円形コア光学導波路については、もし第１の
カットオフ周波数ｆc が２．４０５に正規化されれば、
第２のカットオフ周波数ｆc2は３．８３２に正規化され
る。言い換えれば、第２のカットオフ周波数は第１のカ
ットオフ周波数の１．５９倍である（たとえば、ｆc2／
ｆc ＝３．８３２／２．４０５＝１．５９）。したがっ
て、２．４０５より小さい正規化された周波数を有する
光学信号はＬＰ01モードにおいてのみ光学導波路中で伝
播する。２．４０５から３．８３２の範囲の正規化され
た周波数を有する光学信号はまた２次ＬＰ11モードで伝
播する。３．８３２よりも大きい正規化された周波数を
有する光学信号はより高次のモードで伝播する。
ｎclは式（ａ）について上に説明される。当業者は前述
のものもまたカットオフ周波数によって表わされるとい
うことを理解するであろう。たとえば、第１のカットオ
フ波長λc は第１のカットオフ周波数ｆc に対応し、か
つ第２のカットオフ波長λc2は第１のカットオフ周波数
ｆc よりも大きい第２のカットオフ周波数ｆc2に対応す
る。特に、円形コア光学導波路については、もし第１の
カットオフ周波数ｆc が２．４０５に正規化されれば、
第２のカットオフ周波数ｆc2は３．８３２に正規化され
る。言い換えれば、第２のカットオフ周波数は第１のカ
ットオフ周波数の１．５９倍である（たとえば、ｆc2／
ｆc ＝３．８３２／２．４０５＝１．５９）。したがっ
て、２．４０５より小さい正規化された周波数を有する
光学信号はＬＰ01モードにおいてのみ光学導波路中で伝
播する。２．４０５から３．８３２の範囲の正規化され
た周波数を有する光学信号はまた２次ＬＰ11モードで伝
播する。３．８３２よりも大きい正規化された周波数を
有する光学信号はより高次のモードで伝播する。
【００８０】前述の関係はまた光学導波路のコアが楕円
またはある他の非円形形状を有する場合にあてはまる。
たとえば、アラン・ダブリュー・スナイダーおよびシュ
ー−ハング・ツェング（Allan W. Snyder and Xue-Heng
Zheng) 著の「任意断面の光ファイバ（Optical Fibers
of Arbitrary Cross-Sections) 」『アメリカ光学協会
刊行物（Journal of the Optical Society of Americ
a)』、第３巻、No.5、1986年５月、600-609 頁におい
て、多数の異なる導波路断面についての規定化ファクタ
が説明される。たとえば短軸の長さの２倍の長さの長軸
を有する楕円コア導波路は、短軸が同じ材料構成の対応
する円形コア光ファイバの直径と同じ長さを有する場
合、１．８８９の正規化されたカットオフ周波数を有す
る。言い換えれば、１．８８９の正規化された周波数よ
り下では１次ＬＰ01モードのみが伝播する。同様に、ス
ナイダーおよびツェングはＬＰ11偶数モードは正規化さ
れたカットオフ周波数２．５０５を有し、かつＬＰ11奇
数モードは正規化されたカットオフ周波数３．４２６を
有することを提案する。
またはある他の非円形形状を有する場合にあてはまる。
たとえば、アラン・ダブリュー・スナイダーおよびシュ
ー−ハング・ツェング（Allan W. Snyder and Xue-Heng
Zheng) 著の「任意断面の光ファイバ（Optical Fibers
of Arbitrary Cross-Sections) 」『アメリカ光学協会
刊行物（Journal of the Optical Society of Americ
a)』、第３巻、No.5、1986年５月、600-609 頁におい
て、多数の異なる導波路断面についての規定化ファクタ
が説明される。たとえば短軸の長さの２倍の長さの長軸
を有する楕円コア導波路は、短軸が同じ材料構成の対応
する円形コア光ファイバの直径と同じ長さを有する場
合、１．８８９の正規化されたカットオフ周波数を有す
る。言い換えれば、１．８８９の正規化された周波数よ
り下では１次ＬＰ01モードのみが伝播する。同様に、ス
ナイダーおよびツェングはＬＰ11偶数モードは正規化さ
れたカットオフ周波数２．５０５を有し、かつＬＰ11奇
数モードは正規化されたカットオフ周波数３．４２６を
有することを提案する。
【００８１】スナイダーおよびツェングは、短軸の長さ
と長軸の長さとの間で変化する比率を用いて、楕円コア
光学導波路についての前述の概念を次のように一般化す
る：
と長軸の長さとの間で変化する比率を用いて、楕円コア
光学導波路についての前述の概念を次のように一般化す
る：
【００８２】
【数１０】
【００８３】ここでｆc はＬＰ01モードについての正規
化されたカットオフ周波数であり、それより下では光エ
ネルギは楕円コア光ファイバのＬＰ01モードにおいての
み伝播し、ｆc2evenはＬＰ11偶数モードで伝播する光エ
ネルギについての正規化されたカットオフ周波数であ
り、それより下で光エネルギはＬＰ11奇数モードではな
くＬＰ11偶数モードにおいてのみ伝播し、さらにｆ
c2odd はＬＰ11奇数モードについての正規化されたカッ
トオフ周波数であり、それより下で光エネルギはＬＰ11
奇数モードおよびＬＰ11偶数モードで伝播するが、それ
より高次のモードでは伝播せず、ｂは楕円コアの短軸の
長さの２分の１であり、かつａは楕円コアの長軸の長さ
の２分の１である。式（ｅ）、式（ｆ）および式（ｇ）
は短軸の長さ２ｂの２倍の長軸の長さ２ａを有する楕円
コアファイバの数値を求め、上に説明されるように正規
化された周波数１．８８９、２．５０５および３．４２
６を得る。式（ｅ）、式（ｆ）および式（ｇ）はさらに
ｂ＝ａについて（つまり円形コアについて）数値を求め
て、上に説明されるように奇数および偶数モードの両方
に対してＬＰ01カットオフ周波数２．４０５およびＬＰ
11カットオフ周波数３．８３２を得る。
化されたカットオフ周波数であり、それより下では光エ
ネルギは楕円コア光ファイバのＬＰ01モードにおいての
み伝播し、ｆc2evenはＬＰ11偶数モードで伝播する光エ
ネルギについての正規化されたカットオフ周波数であ
り、それより下で光エネルギはＬＰ11奇数モードではな
くＬＰ11偶数モードにおいてのみ伝播し、さらにｆ
c2odd はＬＰ11奇数モードについての正規化されたカッ
トオフ周波数であり、それより下で光エネルギはＬＰ11
奇数モードおよびＬＰ11偶数モードで伝播するが、それ
より高次のモードでは伝播せず、ｂは楕円コアの短軸の
長さの２分の１であり、かつａは楕円コアの長軸の長さ
の２分の１である。式（ｅ）、式（ｆ）および式（ｇ）
は短軸の長さ２ｂの２倍の長軸の長さ２ａを有する楕円
コアファイバの数値を求め、上に説明されるように正規
化された周波数１．８８９、２．５０５および３．４２
６を得る。式（ｅ）、式（ｆ）および式（ｇ）はさらに
ｂ＝ａについて（つまり円形コアについて）数値を求め
て、上に説明されるように奇数および偶数モードの両方
に対してＬＰ01カットオフ周波数２．４０５およびＬＰ
11カットオフ周波数３．８３２を得る。
【００８４】楕円コア光学導波路の前述の特性は、ＬＰ
11奇数伝播モードを消去することによって光学導波路の
動作特性を改良するためにこの発明で有利に用いられ、
こうして２次モードの電界パターンに対してただ１つの
空間配向を与える。これは図５および図６ａ−図６ｇに
示される。
11奇数伝播モードを消去することによって光学導波路の
動作特性を改良するためにこの発明で有利に用いられ、
こうして２次モードの電界パターンに対してただ１つの
空間配向を与える。これは図５および図６ａ−図６ｇに
示される。
【００８５】図５は楕円コア２０２およびそれを取り囲
む被覆２０４を有する例示的光ファイバ２００を示す。
楕円コア２０２の寸法は、２次モードの２つの直交する
ローブパターンについてのカットオフ波長および周波数
がうまく分離されるように選択される。カットオフ周波
数ｆc2evenより上、かつカットオフ周波数c2odd より下
に選択された周波数範囲内の光学信号がファイバ２００
に与えられる。たとえば１．８８９に正規化された第１
のカットオフ周波数ｆc および２．５０５の第２の周波
数ｆc2evenを有する例示的光ファイバにおいて、入力光
学信号の周波数は１．８８９から２．５０５の範囲の正
規化された周波数を有するように選択される。したがっ
て、光源は、光源によって作られた実質的にすべての光
が第２のカットオフ周波数ｆc2even' よりも実質的に少
ない正規化された周波数を有し、かつ光の実質的な部分
が第１のカットオフ周波数ｆc よりも大きい正規化され
た周波数を有するように選択される。波長については、
光源によって作られた実質的にすべての光は第２のカッ
トオフ波長λc2even' よりも大きい１つ以上の波長を有
し、実質的な光の部分は第１のカットオフ波長λc より
も小さい少なくとも１つの波長を有する。したがって、
光ファイバに入る光は１次ＬＰ01モードまたはＬＰ11偶
数モードのいずれかでのみ伝播するようにされる。光学
信号の周波数はＬＰ11奇数モードについてのカットオフ
周波数よりも少なく選択されるので、ＬＰ11奇数モード
において実質的に全く光が伝播しない。
む被覆２０４を有する例示的光ファイバ２００を示す。
楕円コア２０２の寸法は、２次モードの２つの直交する
ローブパターンについてのカットオフ波長および周波数
がうまく分離されるように選択される。カットオフ周波
数ｆc2evenより上、かつカットオフ周波数c2odd より下
に選択された周波数範囲内の光学信号がファイバ２００
に与えられる。たとえば１．８８９に正規化された第１
のカットオフ周波数ｆc および２．５０５の第２の周波
数ｆc2evenを有する例示的光ファイバにおいて、入力光
学信号の周波数は１．８８９から２．５０５の範囲の正
規化された周波数を有するように選択される。したがっ
て、光源は、光源によって作られた実質的にすべての光
が第２のカットオフ周波数ｆc2even' よりも実質的に少
ない正規化された周波数を有し、かつ光の実質的な部分
が第１のカットオフ周波数ｆc よりも大きい正規化され
た周波数を有するように選択される。波長については、
光源によって作られた実質的にすべての光は第２のカッ
トオフ波長λc2even' よりも大きい１つ以上の波長を有
し、実質的な光の部分は第１のカットオフ波長λc より
も小さい少なくとも１つの波長を有する。したがって、
光ファイバに入る光は１次ＬＰ01モードまたはＬＰ11偶
数モードのいずれかでのみ伝播するようにされる。光学
信号の周波数はＬＰ11奇数モードについてのカットオフ
周波数よりも少なく選択されるので、ＬＰ11奇数モード
において実質的に全く光が伝播しない。
【００８６】前述のことは図６ａ−図６ｇに示される。
図６ａおよび図６ｂにおいて、ＬＰ 01１次モードについ
ての２つの偏光モードが示される。図６ａの電界パター
ン２１０は垂直に偏光されたＬＰ01モードについての電
界を表わし、かつ図６ｂの電界パターン２１２は水平に
偏光されたＬＰ01モードについての電界を表わす。当業
者は光ファイバ２００（図５）は１次ＬＰ01モードにつ
いて複屈折であり、かつ水平に偏光されたＬＰ01モード
は垂直に偏光されたＬＰ01モードよりも速く伝播すると
いうことを理解するであろう。ＬＰ01伝播モードについ
ての電界振幅分布２１４が図６ｃに示される。示される
ように、電界振幅分布２１４は円形コアファイバについ
ての図２ｃの電界振幅分布１１６と同様であり、コア２
０２の中心線近くでピーク振幅２１６を有する。
図６ａおよび図６ｂにおいて、ＬＰ 01１次モードについ
ての２つの偏光モードが示される。図６ａの電界パター
ン２１０は垂直に偏光されたＬＰ01モードについての電
界を表わし、かつ図６ｂの電界パターン２１２は水平に
偏光されたＬＰ01モードについての電界を表わす。当業
者は光ファイバ２００（図５）は１次ＬＰ01モードにつ
いて複屈折であり、かつ水平に偏光されたＬＰ01モード
は垂直に偏光されたＬＰ01モードよりも速く伝播すると
いうことを理解するであろう。ＬＰ01伝播モードについ
ての電界振幅分布２１４が図６ｃに示される。示される
ように、電界振幅分布２１４は円形コアファイバについ
ての図２ｃの電界振幅分布１１６と同様であり、コア２
０２の中心線近くでピーク振幅２１６を有する。
【００８７】図６ｄおよび図６ｅは楕円コアファイバ２
００についてのＬＰ11偶数モードを示す。図６ｄおよび
図６ｅのそれぞれに示されるように、垂直に偏光された
偶数モード電界パターン２２０および水平に偏光された
偶数モード電界パターン２２２はともに光ファイバ２０
０によってうまく案内される。図６ｆに示されるよう
に、ＬＰ11偶数モードは曲線２２４によって表わされる
電界振幅分布を有し、これはコアの１つの境界近くに第
１の最大値２２６を有し、かつコアの対向する境界近く
に第２の最大値２２８を有し、第１の最大値２２６およ
び第２の最大値２２８は１８０°位相を異にしている。
００についてのＬＰ11偶数モードを示す。図６ｄおよび
図６ｅのそれぞれに示されるように、垂直に偏光された
偶数モード電界パターン２２０および水平に偏光された
偶数モード電界パターン２２２はともに光ファイバ２０
０によってうまく案内される。図６ｆに示されるよう
に、ＬＰ11偶数モードは曲線２２４によって表わされる
電界振幅分布を有し、これはコアの１つの境界近くに第
１の最大値２２６を有し、かつコアの対向する境界近く
に第２の最大値２２８を有し、第１の最大値２２６およ
び第２の最大値２２８は１８０°位相を異にしている。
【００８８】電界パターン２３０（図６ｇ）によって表
わされるＬＰ11奇数垂直偏光モードおよび電界パターン
２３２（図６ｈ）によって表わされるＬＰ11奇数水平偏
光モードは、光学波長が第２のカットオフ波長λc2even
よりも上に選択される場合、光ファイバ２００によって
案内されない。したがって、フィールドパターン２３０
および２３２によって表わされるＬＰ11奇数モードの光
エネルギは伝播しない。したがって、円形コア導波路ま
たは僅かに楕円コアの導波路によって与えられるような
４つの縮退光学通信チャンネルを提供するのでなく、光
ファイバ２００の高度に楕円のコア２０２は２つのＬＰ
01モード伝播チャンネルおよび２つのＬＰ11偶数モード
伝播チャンネルのみを提供する。さらに、この通信チャ
ンネルはうまく規定されかつ安定しており、光ファイバ
２００の摂動がない場合は４つのチャンネルのいずれの
間にも結合が存在しない。したがって、光学信号は２次
ＬＰ11モードで開始されることができ、ＬＰ11偶数モー
ドにおいてのみ伝播する。２次ＬＰ11モードの奇数ロー
ブパターンの励起を回避する必要はない、なぜならそれ
らのローブパターン中の光エネルギは伝播しないからで
ある。さらに、光エネルギは奇数ローブパターンに結合
されない。
わされるＬＰ11奇数垂直偏光モードおよび電界パターン
２３２（図６ｈ）によって表わされるＬＰ11奇数水平偏
光モードは、光学波長が第２のカットオフ波長λc2even
よりも上に選択される場合、光ファイバ２００によって
案内されない。したがって、フィールドパターン２３０
および２３２によって表わされるＬＰ11奇数モードの光
エネルギは伝播しない。したがって、円形コア導波路ま
たは僅かに楕円コアの導波路によって与えられるような
４つの縮退光学通信チャンネルを提供するのでなく、光
ファイバ２００の高度に楕円のコア２０２は２つのＬＰ
01モード伝播チャンネルおよび２つのＬＰ11偶数モード
伝播チャンネルのみを提供する。さらに、この通信チャ
ンネルはうまく規定されかつ安定しており、光ファイバ
２００の摂動がない場合は４つのチャンネルのいずれの
間にも結合が存在しない。したがって、光学信号は２次
ＬＰ11モードで開始されることができ、ＬＰ11偶数モー
ドにおいてのみ伝播する。２次ＬＰ11モードの奇数ロー
ブパターンの励起を回避する必要はない、なぜならそれ
らのローブパターン中の光エネルギは伝播しないからで
ある。さらに、光エネルギは奇数ローブパターンに結合
されない。
【００８９】ＬＰ01モードおよびＬＰ11偶数モードの電
界強度パターンの安定性のために、２次ＬＰ11モードを
利用するために以前に開発されたファイバ光学装置の性
能が向上する。高度に楕円コアの導波路を利用する装置
の具体例を以下に説明する。
界強度パターンの安定性のために、２次ＬＰ11モードを
利用するために以前に開発されたファイバ光学装置の性
能が向上する。高度に楕円コアの導波路を利用する装置
の具体例を以下に説明する。
【００９０】
【この発明の非線形光学カプラの説明】この発明に従う
光学装置３００が図７に示される。装置３００の最も興
味ある応用のうちの１つは光学信号処理システム、光学
通信システム等における光学スイッチとしての使用であ
る。しかしながら、装置３００は他の応用にも用いられ
ることができるので、明細書全体を通じて非線形カプラ
と呼ばれる。非線形カプラ３００は、位相シフトが値π
を有するように特定される場合スイッチとして作用す
る。
光学装置３００が図７に示される。装置３００の最も興
味ある応用のうちの１つは光学信号処理システム、光学
通信システム等における光学スイッチとしての使用であ
る。しかしながら、装置３００は他の応用にも用いられ
ることができるので、明細書全体を通じて非線形カプラ
と呼ばれる。非線形カプラ３００は、位相シフトが値π
を有するように特定される場合スイッチとして作用す
る。
【００９１】図７に表わされる光学カプラ３００は実験
的性質のものである。同業者は商業的応用のための光学
カプラは異なる光学成分を有し、かつ異なる開始条件で
動作するということを認識するであろう。たとえば、こ
の発明の光学カプラは、信号ソースによって発せられる
信号またはポンプ信号が光ファイバに入る前に偏光され
るように、信号ソースとファイバとの間またはポンプソ
ースとファイバとの間に偏光器を含んでもよい。
的性質のものである。同業者は商業的応用のための光学
カプラは異なる光学成分を有し、かつ異なる開始条件で
動作するということを認識するであろう。たとえば、こ
の発明の光学カプラは、信号ソースによって発せられる
信号またはポンプ信号が光ファイバに入る前に偏光され
るように、信号ソースとファイバとの間またはポンプソ
ースとファイバとの間に偏光器を含んでもよい。
【００９２】図７の光学カプラ３００はエルビウムドー
ピングされた光ファイバ３０２を含む。光ファイバ３０
２は第１の端部部分３０４（入力部分とも呼ばれる）お
よび第２の端部部分３０６（出力部分とも呼ばれる）を
有する。ポンプ光源３２０が設けられ、これは波長λ1
を有する出力信号を発生する。図７に表わされる実施例
において、ポンプ光源３２０は光ファイバ３０２の第２
の端部部分３０６近くに有利に位置決めされる。したが
って、ポンプ光源３２０は後向きにファイバ３０２に結
合される。ポンプ光源３２０によって発せられたポンプ
信号は第２の端部部分３０６から第１の端部部分３０４
へ光ファイバ３０２中で逆方向に伝播する。図７に示さ
れる例示的実施例において、レンズ３６４（たとえば、
２０倍の顕微鏡対物レンズ等）はポンプソース３２０と
光ファイバ３０２の出力端部３０６との間に置かれて、
光ファイバ３０２の内部コア上に信号の焦点を合わせ
る。ポンプ光源３２０は１．４８μｍで放射するレーザ
ダイオードであってもよい。例証的レーザダイオードは
ＩｎＧａＡｓＰレーザダイオードである。１．４８μｍ
波長はＥｒ3+の4 Ｉ15/2−4 Ｉ 13/2 吸収と一致するの
で有利である。この波長は放射的に結合された遷移に近
く、かつ励起された状態からの吸収が実質的にない。λ
1 についてのこの波長の選択はポンプ効率を改良しかつ
所望されないファイバの加熱を最小限にする。１．４８
μｍで、ファイバはシングルモードである。実質的にす
べてのポンプ信号は光ファイバ３０２の対称的基本ＬＰ
01伝播モードに導入される。
ピングされた光ファイバ３０２を含む。光ファイバ３０
２は第１の端部部分３０４（入力部分とも呼ばれる）お
よび第２の端部部分３０６（出力部分とも呼ばれる）を
有する。ポンプ光源３２０が設けられ、これは波長λ1
を有する出力信号を発生する。図７に表わされる実施例
において、ポンプ光源３２０は光ファイバ３０２の第２
の端部部分３０６近くに有利に位置決めされる。したが
って、ポンプ光源３２０は後向きにファイバ３０２に結
合される。ポンプ光源３２０によって発せられたポンプ
信号は第２の端部部分３０６から第１の端部部分３０４
へ光ファイバ３０２中で逆方向に伝播する。図７に示さ
れる例示的実施例において、レンズ３６４（たとえば、
２０倍の顕微鏡対物レンズ等）はポンプソース３２０と
光ファイバ３０２の出力端部３０６との間に置かれて、
光ファイバ３０２の内部コア上に信号の焦点を合わせ
る。ポンプ光源３２０は１．４８μｍで放射するレーザ
ダイオードであってもよい。例証的レーザダイオードは
ＩｎＧａＡｓＰレーザダイオードである。１．４８μｍ
波長はＥｒ3+の4 Ｉ15/2−4 Ｉ 13/2 吸収と一致するの
で有利である。この波長は放射的に結合された遷移に近
く、かつ励起された状態からの吸収が実質的にない。λ
1 についてのこの波長の選択はポンプ効率を改良しかつ
所望されないファイバの加熱を最小限にする。１．４８
μｍで、ファイバはシングルモードである。実質的にす
べてのポンプ信号は光ファイバ３０２の対称的基本ＬＰ
01伝播モードに導入される。
【００９３】信号ソース３３０もまた設けられ、これは
有利にはレーザ信号ソースである。信号ソース３３０は
波長λ2 を有する相対的に低いパワー出力信号（プロー
ブ信号と呼ばれる）を発生する。図７の実施例におい
て、波長λ2 はＥｒ3+の4 Ｉ15 /2−4 Ｉ11/2吸収遷移を
調べるように選択される、すなわち９０８ｎｍのあたり
である。例示的信号ソースはＴｉ−サファイアレーザソ
ースである。プローブ信号は４０ｄＢ減衰器３２４に向
けられる。可変減衰器４２４はプローブ信号の伝播経路
に有利に含まれて、光ファイバ３０２の入力端部３０４
に与えられる信号ソース３３０のパワーを選択的に減衰
させる。プローブ信号はそれから光ファイバ３０２の第
１の端部部分３０４に入力される。図７に示される例示
的実施例において、レンズ３６６（たとえば２０倍の顕
微鏡対物レンズ等）が信号ソース３３０と光ファイバ３
０２の入力端部３０４との間に置かれて、光ファイバ３
０２の内部コア上にプローブ信号の焦点を合わせる。プ
ローブ信号は、第１の端部部分３０４に入射する実質的
にすべての光エネルギが基本（ＬＰ01）モードおよび２
次空間モード（ＬＰ11）で等しく伝播するように出され
る。信号ソース３３０からのプローブ信号は第１の端部
部分３０４から第２の端部部分３０６へ光ファイバ３０
２中で順方向に伝播する。
有利にはレーザ信号ソースである。信号ソース３３０は
波長λ2 を有する相対的に低いパワー出力信号（プロー
ブ信号と呼ばれる）を発生する。図７の実施例におい
て、波長λ2 はＥｒ3+の4 Ｉ15 /2−4 Ｉ11/2吸収遷移を
調べるように選択される、すなわち９０８ｎｍのあたり
である。例示的信号ソースはＴｉ−サファイアレーザソ
ースである。プローブ信号は４０ｄＢ減衰器３２４に向
けられる。可変減衰器４２４はプローブ信号の伝播経路
に有利に含まれて、光ファイバ３０２の入力端部３０４
に与えられる信号ソース３３０のパワーを選択的に減衰
させる。プローブ信号はそれから光ファイバ３０２の第
１の端部部分３０４に入力される。図７に示される例示
的実施例において、レンズ３６６（たとえば２０倍の顕
微鏡対物レンズ等）が信号ソース３３０と光ファイバ３
０２の入力端部３０４との間に置かれて、光ファイバ３
０２の内部コア上にプローブ信号の焦点を合わせる。プ
ローブ信号は、第１の端部部分３０４に入射する実質的
にすべての光エネルギが基本（ＬＰ01）モードおよび２
次空間モード（ＬＰ11）で等しく伝播するように出され
る。信号ソース３３０からのプローブ信号は第１の端部
部分３０４から第２の端部部分３０６へ光ファイバ３０
２中で順方向に伝播する。
【００９４】ポンプモードとＬＰ01信号モードとの空間
的重なりはＬＰ11信号モードとのものよりも大きい。し
たがって、ポンプ誘起された位相シフトはＬＰ11モード
についてよりもＬＰ01についての方が大きく、かつファ
イバ出力において、２モード間の干渉の結果として生じ
る信号の空間分布はポンプパワーとともに変化する。差
動位相シフトΔθが２ｍπ（ｍ＝整数）に等しい場合、
ＬＰ11モードの２つのローブのうちの一方の近傍でパワ
ーが建設的に増大し、かつΔθ＝（２ｍ＋１）πの場合
は他方のローブの近傍で増大する。位相シフトπはした
がって出力を一方のローブから他方のローブへ切換える
ために必要である。ファイバ中の信号パワーは、信号の
パワーおよび波長依存自己位相変調を避けるために、μ
Ｗレベル、つまり吸収飽和強度の十分下で有利に維持さ
れる。端部部分３０４で発せられる弱い信号はチョッパ
３４０によって機械的に１．７ｋＨｚあたりでチョップ
されかつロックイン増幅器３５０で分析される。
的重なりはＬＰ11信号モードとのものよりも大きい。し
たがって、ポンプ誘起された位相シフトはＬＰ11モード
についてよりもＬＰ01についての方が大きく、かつファ
イバ出力において、２モード間の干渉の結果として生じ
る信号の空間分布はポンプパワーとともに変化する。差
動位相シフトΔθが２ｍπ（ｍ＝整数）に等しい場合、
ＬＰ11モードの２つのローブのうちの一方の近傍でパワ
ーが建設的に増大し、かつΔθ＝（２ｍ＋１）πの場合
は他方のローブの近傍で増大する。位相シフトπはした
がって出力を一方のローブから他方のローブへ切換える
ために必要である。ファイバ中の信号パワーは、信号の
パワーおよび波長依存自己位相変調を避けるために、μ
Ｗレベル、つまり吸収飽和強度の十分下で有利に維持さ
れる。端部部分３０４で発せられる弱い信号はチョッパ
３４０によって機械的に１．７ｋＨｚあたりでチョップ
されかつロックイン増幅器３５０で分析される。
【００９５】ポンプ信号は、電気スイッチ等でポンプ光
源３２０への電気的入力を選択的に可能化および不能化
すること、ポンプ信号を変調すること、または他の従来
的手段によってオンおよびオフに切換えられる。ポンプ
光源３２０からのポンプ信号はビームスプリッタ３２２
へ向けられる。レーザ出力信号の約５０％の光エネルギ
がビームスプリッタ３２２を通過し、かつ光ファイバ３
０２の第２の端部部分３０６へ入力される。
源３２０への電気的入力を選択的に可能化および不能化
すること、ポンプ信号を変調すること、または他の従来
的手段によってオンおよびオフに切換えられる。ポンプ
光源３２０からのポンプ信号はビームスプリッタ３２２
へ向けられる。レーザ出力信号の約５０％の光エネルギ
がビームスプリッタ３２２を通過し、かつ光ファイバ３
０２の第２の端部部分３０６へ入力される。
【００９６】信号ソース３３０からの光エネルギは第２
の端部部分３０６から発せられ、かつビームスプリッタ
３２２、たとえばダイクロイックミラーによってλ2 検
出器３６０へ向けられる。ビームスプリッタ３２２は波
長λ2 で光学信号を反射するように選択され、その結果
信号ソース３３０から発せられたプローブ信号は好まし
くは大幅な減衰なくビームスプリッタ３２２を通って反
射される。ビームスプリッタ３２２はさらにポンプ波長
λ1 を実質的に通過させるように選択され、その結果、
ビームスプリッタ３２２上に入射された実質的にすべて
のポンプ信号はビームスプリッタ３２２を通過する。信
号ソース３３０は光ファイバ３０２の第１の端部３０４
と整列して位置決めされ、その結果プローブ信号は第１
の方向ライン３４２に沿ってビームスプリッタ３２２を
通過しかつ光ファイバ３０２の第１の端部３０４上に入
射される。ビームスプリッタ３２２は第１の方向ライン
３４２に対して４５°の角度で配向される。ポンプ信号
は４５°の角度でビームスプリッタ３２２上に入射さ
れ、かつ第１の方向ライン３４２に沿って光ファイバ３
０２の出力端部３０６へ向かってそこを通過する。した
がって、ビームスプリッタ３２２はポンプ信号を光ファ
イバ３０２の出力端部部分３０６へ向け、かつプローブ
信号を検出器３６０へ向けるように動作する。放射され
た光エネルギは、スクリーン３８２上への投射によって
観察される図７の強度パターン３８０によって表わされ
る。光学検出器３６０はフォト検出器または類似のもの
であってもよい。これはビームスプリッタ３２２によっ
て反射された光学出力信号が光学検出器３６０上に入射
されるようにビームスプリッタ３２２に対して４５°の
角度で位置決めされる。当該技術分野で公知のように、
光学検出器３６０は光学検出器３６０上に入射される光
学出力信号の強度に応答する電気出力信号を与える。電
気出力信号はたとえば増幅器（図示せず）によって有利
に増幅され、かつ増幅された出力信号は外部電子回路に
与えられる。たとえば、増幅器の出力はオシロスコープ
（図示せず）の入力に電気的に接続されてもよく、その
結果光学出力信号の検出された強度が測定できる。光学
的フィルタ（図示せず）もまたビームスプリッタ３２２
と光学検出器３６０との間に位置決めされてもよく、そ
の結果ビームスプリッタ３２２から出る光学出力信号
は、フィルタされた出力信号として光学検出器３６０上
に入射される前に光フィルタを通過する。好ましくは、
光フィルタはプローブ波長λ2 を有する、その上に入射
される実質的にすべての光を伝送する狭帯域パスフィル
タである。フィルタの帯域は、ポンプ波長λ1 を有する
実質的にすべての光をブロックするのに十分狭い。した
がって、プローブ波長λ2 を有する光学出力信号の成分
のみがフィルタ３６０を通過し、かつフィルタされた出
力信号として光学検出器３６０上に入射される。したが
って、光学検出器３６０の電気的出力はプローブ波長λ
2 を有する光学出力信号の成分のみの強度に応答する。
の端部部分３０６から発せられ、かつビームスプリッタ
３２２、たとえばダイクロイックミラーによってλ2 検
出器３６０へ向けられる。ビームスプリッタ３２２は波
長λ2 で光学信号を反射するように選択され、その結果
信号ソース３３０から発せられたプローブ信号は好まし
くは大幅な減衰なくビームスプリッタ３２２を通って反
射される。ビームスプリッタ３２２はさらにポンプ波長
λ1 を実質的に通過させるように選択され、その結果、
ビームスプリッタ３２２上に入射された実質的にすべて
のポンプ信号はビームスプリッタ３２２を通過する。信
号ソース３３０は光ファイバ３０２の第１の端部３０４
と整列して位置決めされ、その結果プローブ信号は第１
の方向ライン３４２に沿ってビームスプリッタ３２２を
通過しかつ光ファイバ３０２の第１の端部３０４上に入
射される。ビームスプリッタ３２２は第１の方向ライン
３４２に対して４５°の角度で配向される。ポンプ信号
は４５°の角度でビームスプリッタ３２２上に入射さ
れ、かつ第１の方向ライン３４２に沿って光ファイバ３
０２の出力端部３０６へ向かってそこを通過する。した
がって、ビームスプリッタ３２２はポンプ信号を光ファ
イバ３０２の出力端部部分３０６へ向け、かつプローブ
信号を検出器３６０へ向けるように動作する。放射され
た光エネルギは、スクリーン３８２上への投射によって
観察される図７の強度パターン３８０によって表わされ
る。光学検出器３６０はフォト検出器または類似のもの
であってもよい。これはビームスプリッタ３２２によっ
て反射された光学出力信号が光学検出器３６０上に入射
されるようにビームスプリッタ３２２に対して４５°の
角度で位置決めされる。当該技術分野で公知のように、
光学検出器３６０は光学検出器３６０上に入射される光
学出力信号の強度に応答する電気出力信号を与える。電
気出力信号はたとえば増幅器（図示せず）によって有利
に増幅され、かつ増幅された出力信号は外部電子回路に
与えられる。たとえば、増幅器の出力はオシロスコープ
（図示せず）の入力に電気的に接続されてもよく、その
結果光学出力信号の検出された強度が測定できる。光学
的フィルタ（図示せず）もまたビームスプリッタ３２２
と光学検出器３６０との間に位置決めされてもよく、そ
の結果ビームスプリッタ３２２から出る光学出力信号
は、フィルタされた出力信号として光学検出器３６０上
に入射される前に光フィルタを通過する。好ましくは、
光フィルタはプローブ波長λ2 を有する、その上に入射
される実質的にすべての光を伝送する狭帯域パスフィル
タである。フィルタの帯域は、ポンプ波長λ1 を有する
実質的にすべての光をブロックするのに十分狭い。した
がって、プローブ波長λ2 を有する光学出力信号の成分
のみがフィルタ３６０を通過し、かつフィルタされた出
力信号として光学検出器３６０上に入射される。したが
って、光学検出器３６０の電気的出力はプローブ波長λ
2 を有する光学出力信号の成分のみの強度に応答する。
【００９７】図７の実施例は幾つかの型のエルビウムド
ーピングされたファイバのうちの１つを有利に含み得
る。この発明の第１の例示的実施例において、光ファイ
バ３０２は６．７μｍのコア直径と、０．１３の開口数
（ＮＡ）と、約１．０８μｍのＬＰ11モードのカットオ
フとを有する。コアはＡｌ2 Ｏ3 −Ｐ2 Ｏ5 −ＳｉＯ2
からできてもよく、かつ１．３×１０+19 Ｅｒ3+ｉｏ
ｎｓ／ｃｍ3 でドーピングされてもよい。かかるファイ
バを用い、かつ研究所のテストによって課される制約内
で、入射ポンプパワーの約５５％がファイバ中に出され
る。ポンプ３２０がない場合、ローブのうちの１つのパ
ワーが最小となるまで光ファイバ３０２を引張すること
により干渉計３００を偏倚することができる。非線形位
相シフトΔθは、ポンプソース３２０によって発せられ
たポンプ信号が用いられる場合、このローブ中の相対的
パワーの変化として測定することができる。図７の実施
例において、上に説明された光ファイバ３０２と、上に
示されるように選択された波長λ1 およびλ2 を用い
て、干渉計コントラスト、つまり（Ｐmax −Ｐmin ）／
（Ｐmax ＋Ｐmin ）比が約０．５−０．７であると測定
され、ここでＰmax およびＰmin は（ファイバを引張る
ことによって観察されるように）ローブ中の最大および
最小パワーである。引張技術はジェイ・エヌ・ブレイク
他著の「高度楕円コア２モードファイバに対する抑制効
果（Strain effects on highly elliptical core two-m
ode fibers) 」『オプチカルレターズ』、12、９、732-
734 、1987年９月において説明される。このコントラス
トは開始条件が慎重に選択されれば増大可能であるとい
うことが理解されるであろう。
ーピングされたファイバのうちの１つを有利に含み得
る。この発明の第１の例示的実施例において、光ファイ
バ３０２は６．７μｍのコア直径と、０．１３の開口数
（ＮＡ）と、約１．０８μｍのＬＰ11モードのカットオ
フとを有する。コアはＡｌ2 Ｏ3 −Ｐ2 Ｏ5 −ＳｉＯ2
からできてもよく、かつ１．３×１０+19 Ｅｒ3+ｉｏ
ｎｓ／ｃｍ3 でドーピングされてもよい。かかるファイ
バを用い、かつ研究所のテストによって課される制約内
で、入射ポンプパワーの約５５％がファイバ中に出され
る。ポンプ３２０がない場合、ローブのうちの１つのパ
ワーが最小となるまで光ファイバ３０２を引張すること
により干渉計３００を偏倚することができる。非線形位
相シフトΔθは、ポンプソース３２０によって発せられ
たポンプ信号が用いられる場合、このローブ中の相対的
パワーの変化として測定することができる。図７の実施
例において、上に説明された光ファイバ３０２と、上に
示されるように選択された波長λ1 およびλ2 を用い
て、干渉計コントラスト、つまり（Ｐmax −Ｐmin ）／
（Ｐmax ＋Ｐmin ）比が約０．５−０．７であると測定
され、ここでＰmax およびＰmin は（ファイバを引張る
ことによって観察されるように）ローブ中の最大および
最小パワーである。引張技術はジェイ・エヌ・ブレイク
他著の「高度楕円コア２モードファイバに対する抑制効
果（Strain effects on highly elliptical core two-m
ode fibers) 」『オプチカルレターズ』、12、９、732-
734 、1987年９月において説明される。このコントラス
トは開始条件が慎重に選択されれば増大可能であるとい
うことが理解されるであろう。
【００９８】図８は３．４ｍの光ファイバと信号ソース
３３０によって発せられた９０６ｎｍの光プローブ信号
とについて吸収されたポンプパワーＰabs の関数として
測定された位相シフトを示す。ポンプ波長はなお１．４
８μｍに選択される。図８に示される実線４００はデー
タに対する線形の当てはめである。図８において、位相
シフトは０と２πとの間で変化し、一方吸収されたポン
プパワーはｍＷで表わされかつ０と１５ｍＷとの間で変
化する。出されたポンプパワーのうちの６５％から９８
％が飽和によるポンプパワーに依存して吸収される。位
相シフトは本質的には線形に進み、その傾斜Δθ／Ｐ
abs は０．２０ｒａｄ／ｍＷである。位相シフトπはＰ
abs ＝１５．５ｍＷ（約３１ｍＷが出力される）を必要
とし、これは１０５ｍＷ．ｍのファイバ長−出力ポンプ
パワー積ＰＬπ（注：この明細書においてＰＬのあとの
小文字πは本来下付き文字とされるべきものである）に
対応する。この図はドーピングされていないシリカファ
イバと同一の形状について報告された５３Ｗ．ｍのＰＬ
πの積に対する５００低減のファクタを表わす。
３３０によって発せられた９０６ｎｍの光プローブ信号
とについて吸収されたポンプパワーＰabs の関数として
測定された位相シフトを示す。ポンプ波長はなお１．４
８μｍに選択される。図８に示される実線４００はデー
タに対する線形の当てはめである。図８において、位相
シフトは０と２πとの間で変化し、一方吸収されたポン
プパワーはｍＷで表わされかつ０と１５ｍＷとの間で変
化する。出されたポンプパワーのうちの６５％から９８
％が飽和によるポンプパワーに依存して吸収される。位
相シフトは本質的には線形に進み、その傾斜Δθ／Ｐ
abs は０．２０ｒａｄ／ｍＷである。位相シフトπはＰ
abs ＝１５．５ｍＷ（約３１ｍＷが出力される）を必要
とし、これは１０５ｍＷ．ｍのファイバ長−出力ポンプ
パワー積ＰＬπ（注：この明細書においてＰＬのあとの
小文字πは本来下付き文字とされるべきものである）に
対応する。この図はドーピングされていないシリカファ
イバと同一の形状について報告された５３Ｗ．ｍのＰＬ
πの積に対する５００低減のファクタを表わす。
【００９９】図７に表わされるこの発明の第２の例示的
実施例において、光ファイバ３０２は以下の特性を有す
る、つまり、より小さなコア半径（２．２μｍ）と、よ
り大きなＮＡ（０．２２）と、より高いドーパントの濃
度（４．３×１０19ｉｏｎｓ／ｃｍ3 ）とを有するよう
に選択される。より高いドーピングはより短いファイバ
（０．９５４ｍ）の使用を許容する。ポンプ結合効率お
よび屈折吸収ポンプパワーは上に説明されたより長い光
ファイバ３０２と同様である。より高いエネルギの限界
のために、傾斜Δθ／Ｐabs は０．３９ｒａｄ／ｍＷに
増加する。位相シフトπは僅か８ｍＷの吸収されたポン
プパワーについて観察される（８．９ｍＷ出力）。ポン
プがない場合の信号の損失（冷たい損失（cold loss)と
も呼ばれる）は約０．２５ｄＢである。ＰＬπ積は８．
５ｍＷ．ｍであり、これはドーピングされていない光フ
ァイバに対する６２００低減のファクタである。
実施例において、光ファイバ３０２は以下の特性を有す
る、つまり、より小さなコア半径（２．２μｍ）と、よ
り大きなＮＡ（０．２２）と、より高いドーパントの濃
度（４．３×１０19ｉｏｎｓ／ｃｍ3 ）とを有するよう
に選択される。より高いドーピングはより短いファイバ
（０．９５４ｍ）の使用を許容する。ポンプ結合効率お
よび屈折吸収ポンプパワーは上に説明されたより長い光
ファイバ３０２と同様である。より高いエネルギの限界
のために、傾斜Δθ／Ｐabs は０．３９ｒａｄ／ｍＷに
増加する。位相シフトπは僅か８ｍＷの吸収されたポン
プパワーについて観察される（８．９ｍＷ出力）。ポン
プがない場合の信号の損失（冷たい損失（cold loss)と
も呼ばれる）は約０．２５ｄＢである。ＰＬπ積は８．
５ｍＷ．ｍであり、これはドーピングされていない光フ
ァイバに対する６２００低減のファクタである。
【０１００】より高い性能にもかかわらず、第２のより
短い光ファイバ３０２は信号開始条件により左右されや
すい。奇数および偶数ＬＰ11モードは異なる位相シフト
を経験する。モードのうちの１つはカットオフにより近
く、かつより小さい絶対位相シフトを見ると推定する。
偏光ウォークオフは他のコントリビューションであり得
る。これらの困難さはＬＰ11モードのみを保持する楕円
コアファイバを使用することにより容易に排除できる。
短い光ファイバ３０２は信号開始条件により左右されや
すい。奇数および偶数ＬＰ11モードは異なる位相シフト
を経験する。モードのうちの１つはカットオフにより近
く、かつより小さい絶対位相シフトを見ると推定する。
偏光ウォークオフは他のコントリビューションであり得
る。これらの困難さはＬＰ11モードのみを保持する楕円
コアファイバを使用することにより容易に排除できる。
【０１０１】非線形位相シフトはプローブ信号と共振周
波数との間の離調に依存する。孤立した遷移について
は、離調δυが低減すると（プローブ信号が共振に近く
なる）、位相シフトは最大値に増大すると予想され、そ
れから共振で０に低減する。ローレンツの線形について
は、この最大値はδυ＝Δυ／２で発生し、ここでΔυ
は遷移のＦＷＨＭ（最大値の半分での全幅）である。ポ
ンプパワーの必要を最小限にするのでこの周波数で動作
することは有利である。しかしながら、固定位相シフト
については離調が小さくなればなるほどプローブ信号吸
収が高くなるということを認識されたい。この吸収は損
失メカニズムを表わす。実際の応用においては、このメ
カニズムは好ましくはポンプパワーと損失との間のトレ
ードオフを通じて最小限にされる。ローレンツの線形に
ついてかつ共振から遠く離れて、損失はδυ-2として低
減し、一方非線形位相シフトはδυ-1としてのみ低減す
る。信号周波数を適切に選択することにより損失および
ポンプパワーの両方が合理的に低レベルで維持されると
いうことが理解されるであろう。
波数との間の離調に依存する。孤立した遷移について
は、離調δυが低減すると（プローブ信号が共振に近く
なる）、位相シフトは最大値に増大すると予想され、そ
れから共振で０に低減する。ローレンツの線形について
は、この最大値はδυ＝Δυ／２で発生し、ここでΔυ
は遷移のＦＷＨＭ（最大値の半分での全幅）である。ポ
ンプパワーの必要を最小限にするのでこの周波数で動作
することは有利である。しかしながら、固定位相シフト
については離調が小さくなればなるほどプローブ信号吸
収が高くなるということを認識されたい。この吸収は損
失メカニズムを表わす。実際の応用においては、このメ
カニズムは好ましくはポンプパワーと損失との間のトレ
ードオフを通じて最小限にされる。ローレンツの線形に
ついてかつ共振から遠く離れて、損失はδυ-2として低
減し、一方非線形位相シフトはδυ-1としてのみ低減す
る。信号周波数を適切に選択することにより損失および
ポンプパワーの両方が合理的に低レベルで維持されると
いうことが理解されるであろう。
【０１０２】図９において、非線形位相シフトがＰabs
＝１０ｍＷについての信号波長の関数としてプロットさ
れる。実線曲線５００は９７８ｎｍで中心決めされたガ
ウス線形への当てはめであり、線幅は２４ｎｍかつオフ
セットはπ／２ラジアンである。図１０は図９と同じフ
ァイバについての吸収スペクトルを示す。実線６００は
ガウス線形への当てはめであり（ＦＷＨＭ＝２９ｎ
ｍ）、中心線は２７８ｎｍであり、かつオフセットは
０．２６ｄＢ／ｍである。破線６１０はローレンツの線
形に対する当てはめである（ＦＷＨＭ＝２４ｎｍ、中心
線およびオフセット同じ）。図９および図１０の両方に
おいて、測定は上に説明されたより長いファイバに対応
する。図１０は９７８ｎｍの外側の領域、つまり領域９
００−９４５ｎｍおよび１０１５−１０６０ｎｍにおい
て小信号吸収スペクトルを示す。位相シフトは吸収ピー
ク（９７８ｎｍ）近くでは信頼性をもって測定できな
い、なぜなら信号が非常に強力に吸収されるからである
（図１０に示されるように約８ｄＢ／ｍ）。データはＬ
Ｐ11モードがカットオフに近づきかつ効果的に励起され
ない、遷移の長波長側では得られない。
＝１０ｍＷについての信号波長の関数としてプロットさ
れる。実線曲線５００は９７８ｎｍで中心決めされたガ
ウス線形への当てはめであり、線幅は２４ｎｍかつオフ
セットはπ／２ラジアンである。図１０は図９と同じフ
ァイバについての吸収スペクトルを示す。実線６００は
ガウス線形への当てはめであり（ＦＷＨＭ＝２９ｎ
ｍ）、中心線は２７８ｎｍであり、かつオフセットは
０．２６ｄＢ／ｍである。破線６１０はローレンツの線
形に対する当てはめである（ＦＷＨＭ＝２４ｎｍ、中心
線およびオフセット同じ）。図９および図１０の両方に
おいて、測定は上に説明されたより長いファイバに対応
する。図１０は９７８ｎｍの外側の領域、つまり領域９
００−９４５ｎｍおよび１０１５−１０６０ｎｍにおい
て小信号吸収スペクトルを示す。位相シフトは吸収ピー
ク（９７８ｎｍ）近くでは信頼性をもって測定できな
い、なぜなら信号が非常に強力に吸収されるからである
（図１０に示されるように約８ｄＢ／ｍ）。データはＬ
Ｐ11モードがカットオフに近づきかつ効果的に励起され
ない、遷移の長波長側では得られない。
【０１０３】図９は位相シフトが２つのコントリビュー
ション、つまり９７８−ｎｍ遷移に関連した共振条件
と、波長からほぼ独立しているオフセット条件とを有す
ることを示す。共振条件は９７８−ｎｍ共振ピークへ向
かって増大する。吸収スペクトルはＦＷＨＭ２９ｎｍで
ローレンツ線形よりもガウス線形に最良に適合する（図
１０参照）。図９において、位相シフトスペクトルは一
定のオフセットでガウス線形に適合する。この適合から
推量されるＦＷＨＭは２４ｎｍであり、これは測定され
た吸収線幅と一致する。９６５ｎｍ近くで発生する最大
の共振位相シフトは１７．４ｄＢの信号の冷たい損失に
ついて約０．９ラジアンである。共振から離れて、たと
えば９１６ｎｍで、共振位相シフトは０．１８ラジアン
だが、共振の冷たい損失は僅か０．２５ｄＢである。上
に議論されたように、位相シフト対冷たい損失の比率は
共振から離れてめざましく向上する。
ション、つまり９７８−ｎｍ遷移に関連した共振条件
と、波長からほぼ独立しているオフセット条件とを有す
ることを示す。共振条件は９７８−ｎｍ共振ピークへ向
かって増大する。吸収スペクトルはＦＷＨＭ２９ｎｍで
ローレンツ線形よりもガウス線形に最良に適合する（図
１０参照）。図９において、位相シフトスペクトルは一
定のオフセットでガウス線形に適合する。この適合から
推量されるＦＷＨＭは２４ｎｍであり、これは測定され
た吸収線幅と一致する。９６５ｎｍ近くで発生する最大
の共振位相シフトは１７．４ｄＢの信号の冷たい損失に
ついて約０．９ラジアンである。共振から離れて、たと
えば９１６ｎｍで、共振位相シフトは０．１８ラジアン
だが、共振の冷たい損失は僅か０．２５ｄＢである。上
に議論されたように、位相シフト対冷たい損失の比率は
共振から離れてめざましく向上する。
【０１０４】波長独立位相シフトを説明するために、２
つの可能な起源が想像され、これは熱的効果と、他の遷
移から発生する共振から遠く離れた非線形効果とであ
る。熱的効果はポンプレベルから準安定レベルまでの非
放射緩和から予想され、これはファイバの温度を僅かに
上昇させる。計算によればＰabs ＝１０ｍＷを用いて、
ファイバの断面にかかる安定状態の温度上昇は極めて均
一でありかつせいぜい０．２℃である。３．４ｍ長のマ
ッハ−ツェンダーファイバ干渉計において、この温度上
昇は１５πと推定される非常に大きな熱的位相シフトを
引き起こし得る。２モードファイバ干渉計において、温
度上昇は同じだが、それがあまりに均一なのでＬＰ01お
よびＬＰ11モードの両方の位相を実質的に等しくしかつ
０．０９ラジアンよりも少ないと計算されるとるに足ら
ない位相変化を引き起こす。２モード干渉計はしたがっ
てマッハ・ツェンダー干渉計に対して有利である、なぜ
ならこれは熱的効果に本質的に不感応であるからであ
る。マッハ・ツェンダー光ファイバにおいて、ポンプに
よる加熱は位相シフトの有力なソースである。この分析
はオフセットの起源が熱的ではないということを強く示
唆する。オフセットは、１つ以上の他の接地状態および
／または励起された状態のＥｒ3+の吸収遷移による非線
形性から発生すると推定される。非共振および共振成分
の測定された大きさは、単純量子電子モデルによって合
理的に十分予期される。非共振位相シフトは僅か０．５
ｄＢの非共振の冷たい損失について約π／２である（図
９および図１０参照）ことは重要であり、これは共振か
ら遠く離れて実質的な位相シフトが最小の信号損失ペナ
ルティで観察されることを示す。
つの可能な起源が想像され、これは熱的効果と、他の遷
移から発生する共振から遠く離れた非線形効果とであ
る。熱的効果はポンプレベルから準安定レベルまでの非
放射緩和から予想され、これはファイバの温度を僅かに
上昇させる。計算によればＰabs ＝１０ｍＷを用いて、
ファイバの断面にかかる安定状態の温度上昇は極めて均
一でありかつせいぜい０．２℃である。３．４ｍ長のマ
ッハ−ツェンダーファイバ干渉計において、この温度上
昇は１５πと推定される非常に大きな熱的位相シフトを
引き起こし得る。２モードファイバ干渉計において、温
度上昇は同じだが、それがあまりに均一なのでＬＰ01お
よびＬＰ11モードの両方の位相を実質的に等しくしかつ
０．０９ラジアンよりも少ないと計算されるとるに足ら
ない位相変化を引き起こす。２モード干渉計はしたがっ
てマッハ・ツェンダー干渉計に対して有利である、なぜ
ならこれは熱的効果に本質的に不感応であるからであ
る。マッハ・ツェンダー光ファイバにおいて、ポンプに
よる加熱は位相シフトの有力なソースである。この分析
はオフセットの起源が熱的ではないということを強く示
唆する。オフセットは、１つ以上の他の接地状態および
／または励起された状態のＥｒ3+の吸収遷移による非線
形性から発生すると推定される。非共振および共振成分
の測定された大きさは、単純量子電子モデルによって合
理的に十分予期される。非共振位相シフトは僅か０．５
ｄＢの非共振の冷たい損失について約π／２である（図
９および図１０参照）ことは重要であり、これは共振か
ら遠く離れて実質的な位相シフトが最小の信号損失ペナ
ルティで観察されることを示す。
【０１０５】これらの結果は、希土類でドーピングされ
たファイバにおいて利用可能な強力に強調された非線形
性が切換えのために用いられる、という概念を確認す
る。共振から離れた動作は少しの信号の損失で実質的な
位相シフトを生み出すことができる。この効果は、図７
の例示的実証例で示されるように特に重要である。図７
の例示的レーザ−ダイオード−ポンピングされたファイ
バカプラは、非常に効果的かつコンパクトな光学スイッ
チとして使用されることが可能である。
たファイバにおいて利用可能な強力に強調された非線形
性が切換えのために用いられる、という概念を確認す
る。共振から離れた動作は少しの信号の損失で実質的な
位相シフトを生み出すことができる。この効果は、図７
の例示的実証例で示されるように特に重要である。図７
の例示的レーザ−ダイオード−ポンピングされたファイ
バカプラは、非常に効果的かつコンパクトな光学スイッ
チとして使用されることが可能である。
【０１０６】他のドーパントも使用可能であるというこ
とを理解されたい。図７の実施例はドーパントとしてＥ
ｒ3+を用いる。実際エルビウムは迅速な切換えのために
は最適からは程遠い、なぜならその準安定的レベルは約
１０ｍｓに応答時間を制限するからである。この応答時
間はより高いポンプパワーとブリーチパルス(bleaching
pulses)とによって低減することができ、これはエス・
シー・フレミングおよびテー・ジェイ・ウィトリー（S.
C. Fleming and T. J. Whitley)著の論文「エルビウム
ドーピングされたファイバ増幅器におけるポンプ誘起さ
れた屈折率変化の測定（Measurements of pump induced
refractive index change in Erbium doped fiber amp
lifier) 」『エレクトロニクスレターズ』、27、21、19
59−1961、1991年10月に示される。シミュレーションに
よれば半導体等の他のドーパントを用いれば、合理的な
ポンプパワーと信号損失の低さとの利点を保持しつつ、
応答時間をかなり短くすることが予測される。
とを理解されたい。図７の実施例はドーパントとしてＥ
ｒ3+を用いる。実際エルビウムは迅速な切換えのために
は最適からは程遠い、なぜならその準安定的レベルは約
１０ｍｓに応答時間を制限するからである。この応答時
間はより高いポンプパワーとブリーチパルス(bleaching
pulses)とによって低減することができ、これはエス・
シー・フレミングおよびテー・ジェイ・ウィトリー（S.
C. Fleming and T. J. Whitley)著の論文「エルビウム
ドーピングされたファイバ増幅器におけるポンプ誘起さ
れた屈折率変化の測定（Measurements of pump induced
refractive index change in Erbium doped fiber amp
lifier) 」『エレクトロニクスレターズ』、27、21、19
59−1961、1991年10月に示される。シミュレーションに
よれば半導体等の他のドーパントを用いれば、合理的な
ポンプパワーと信号損失の低さとの利点を保持しつつ、
応答時間をかなり短くすることが予測される。
【０１０７】図７の光学カプラ３００は以下のように動
作する。信号ソース３３０によって発生した光エネルギ
は、光エネルギが基本ＬＰ01モードと２次ＬＰ11モード
との間で均等に分布される状態で、波長λ2 で光ファイ
バ３０２の第１の端部部分３０４に有利に入力される。
ポンプソース３２０がオフの場合、信号ソース３３０か
らの光エネルギはＬＰ11モードからＬＰ01モードまで実
質的に光エネルギの結合なく光ファイバ３０２を介して
伝播する。光エネルギは光ファイバ３０２の第２の端部
部分３０６から発せられ、かつλ2 検出器３６０は基本
および１次モードにおいて同量の光エネルギを検出す
る。反対に、ポンプソース３２０が活性化される場合、
ポンプモードとλ2 光学プローブ信号のＬＰ01モードと
の空間の重なりは、λ2 光学プローブ信号のＬＰ11モー
ドとのものよりも大きい。したがって、ポンプ誘起され
た位相シフトはＬＰ11モードについてよりもＬＰ01モー
ドについての方が大きく、かつファイバ出力において、
２モード間の干渉の結果として生じる信号の空間分布は
ポンプパワーとともに変化する。差動位相シフトΔθが
２ｍπ（ｍは整数）の場合、ＬＰ11モードの２つのロー
ブのうちの一方の近くでパワーが建設的に大きくなり、
かつΔθ＝（２ｍ＋１）πの場合は他方のローブの近く
でパワーが大きくなる。位相シフトπはしたがって一方
のローブから他方のローブへの出力を切換えるために必
要である。ポンプのパワーに依存して、光ファイバ３０
２の第２の端部部分３０６から発せられる光エネルギは
波長λ2でＬＰ01またはＬＰ11伝播モードであり、かつ
ダイクロイックミラー３２２によってλ2 検出器３６０
に向けられる。したがって、λ2 検出器３６０の信号出
力はポンプソース３２０の活性／非活性によって与えら
れるオン／オフ制御に応答する。光学信号処理システム
または光学通信システムにおいて、第２の端部部分３０
６からのλ2 信号出力は、さらなる処理のために追加の
光学部品への入力として有利に与えられることができ
る。
作する。信号ソース３３０によって発生した光エネルギ
は、光エネルギが基本ＬＰ01モードと２次ＬＰ11モード
との間で均等に分布される状態で、波長λ2 で光ファイ
バ３０２の第１の端部部分３０４に有利に入力される。
ポンプソース３２０がオフの場合、信号ソース３３０か
らの光エネルギはＬＰ11モードからＬＰ01モードまで実
質的に光エネルギの結合なく光ファイバ３０２を介して
伝播する。光エネルギは光ファイバ３０２の第２の端部
部分３０６から発せられ、かつλ2 検出器３６０は基本
および１次モードにおいて同量の光エネルギを検出す
る。反対に、ポンプソース３２０が活性化される場合、
ポンプモードとλ2 光学プローブ信号のＬＰ01モードと
の空間の重なりは、λ2 光学プローブ信号のＬＰ11モー
ドとのものよりも大きい。したがって、ポンプ誘起され
た位相シフトはＬＰ11モードについてよりもＬＰ01モー
ドについての方が大きく、かつファイバ出力において、
２モード間の干渉の結果として生じる信号の空間分布は
ポンプパワーとともに変化する。差動位相シフトΔθが
２ｍπ（ｍは整数）の場合、ＬＰ11モードの２つのロー
ブのうちの一方の近くでパワーが建設的に大きくなり、
かつΔθ＝（２ｍ＋１）πの場合は他方のローブの近く
でパワーが大きくなる。位相シフトπはしたがって一方
のローブから他方のローブへの出力を切換えるために必
要である。ポンプのパワーに依存して、光ファイバ３０
２の第２の端部部分３０６から発せられる光エネルギは
波長λ2でＬＰ01またはＬＰ11伝播モードであり、かつ
ダイクロイックミラー３２２によってλ2 検出器３６０
に向けられる。したがって、λ2 検出器３６０の信号出
力はポンプソース３２０の活性／非活性によって与えら
れるオン／オフ制御に応答する。光学信号処理システム
または光学通信システムにおいて、第２の端部部分３０
６からのλ2 信号出力は、さらなる処理のために追加の
光学部品への入力として有利に与えられることができ
る。
【０１０８】図７の光学カプラの動作は図１１ａ−図１
１ｉの組を参照することによってよりよく理解される。
上に説明されたように、光学カー効果は、光学導波路中
で伝播する高強度の光エネルギに応答して光学導波路の
有効屈折率を変化させる。この発明は光学カー効果を使
用して、光学ポンプ信号に応答してプローブ信号から導
出された光学出力信号をオンおよびオフに選択的に切換
えるためのダイナミックカプラを提供する。２つの空間
伝播モードで光学導波路を通って伝播する光学信号は、
２モード間の差動有効屈折率に依存する光学ビート長を
有する。光学ビート長は、光学信号に２つの空間伝播モ
ード間の位相差に従って変化する別個の光学強度分布パ
ターンを持たせる。光学強度分布パターンは基本ＬＰ01
モードおよび２次ＬＰ11モードで伝播するポンプ信号に
ついて図１１ａ−図１１ｉに示される。プローブ信号が
２モード中で伝播する場合に同様の分布パターンがまた
光ファイバ３０２中に発生する。しかしながら、この発
明ではプローブ信号の強度は十分低いレベルに維持され
るので、光ファイバ３０２の有効屈折率に対する強度の
効果はポンプ信号のものと比較すると大したことはな
い。
１ｉの組を参照することによってよりよく理解される。
上に説明されたように、光学カー効果は、光学導波路中
で伝播する高強度の光エネルギに応答して光学導波路の
有効屈折率を変化させる。この発明は光学カー効果を使
用して、光学ポンプ信号に応答してプローブ信号から導
出された光学出力信号をオンおよびオフに選択的に切換
えるためのダイナミックカプラを提供する。２つの空間
伝播モードで光学導波路を通って伝播する光学信号は、
２モード間の差動有効屈折率に依存する光学ビート長を
有する。光学ビート長は、光学信号に２つの空間伝播モ
ード間の位相差に従って変化する別個の光学強度分布パ
ターンを持たせる。光学強度分布パターンは基本ＬＰ01
モードおよび２次ＬＰ11モードで伝播するポンプ信号に
ついて図１１ａ−図１１ｉに示される。プローブ信号が
２モード中で伝播する場合に同様の分布パターンがまた
光ファイバ３０２中に発生する。しかしながら、この発
明ではプローブ信号の強度は十分低いレベルに維持され
るので、光ファイバ３０２の有効屈折率に対する強度の
効果はポンプ信号のものと比較すると大したことはな
い。
【０１０９】図７の例示的実施例において、ポンプ信号
が光ファイバ３０２の第２の端部部分３０６に与えられ
るとき、光エネルギは基本モードにおいてのみ出され
る。もし他のポンプ波長が選択されれば、光エネルギは
２モードファイバ３０２の楕円コア中の１次ＬＰ01モー
ドと２次ＬＰ11モードとの間で等しく分布されるであろ
う。この等しい励起は、２つの空間モードが異なる位相
速度で光ファイバ３０２で伝播するときに、光ファイバ
３０２の長さに沿って断面強度分布中に周期パターンを
作り出すであろう。これは光ファイバ３０２の部分を表
わす図１２、および図１２の場所１１ａ−１１ａ、１１
ｂ−１１ｂ等の光学強度分布パターンの断面を表わす図
１１ａ−図１１ｉにおいて示される。図１１ａ−図１１
ｉにおいて、強度分布における光エネルギの存在は強度
パターンの濃い部分によって表わされ、かつ光エネルギ
の存在しないことはパターンの薄い部分によって示され
る。図１１ａ、図１１ｃ、図１１ｅ、図１１ｇおよび図
１１ｉは、２モード間の位相差がＮπでありかつ光学パ
ワーのほとんどが楕円コアの２分の１に集中している場
所で発生する、非常に非対称的な強度分布を示す。たと
えば、図１１ａは位相差が０（つまり０π）のときの強
度分布を示し、図１１ｃは位相差がπの場合の強度分布
を示し、かつ図１１ｅは位相差が２πのときの強度分布
を示す。位相差が（Ｎ＋１／２）πの場合、強度分布は
対称である。図１１ｂは位相差がπ／２のときの対称的
な強度分布を示し、かつ図１１ｄは位相差が３π／２の
ときの対称的強度分布を示す。図１２および図１１ａ−
図１１ｉに示されるように、モードの強度パターンは周
期的であり、光ファイバ３０２の長さに沿ってビート長
Ｌ B ごとに繰返す。
が光ファイバ３０２の第２の端部部分３０６に与えられ
るとき、光エネルギは基本モードにおいてのみ出され
る。もし他のポンプ波長が選択されれば、光エネルギは
２モードファイバ３０２の楕円コア中の１次ＬＰ01モー
ドと２次ＬＰ11モードとの間で等しく分布されるであろ
う。この等しい励起は、２つの空間モードが異なる位相
速度で光ファイバ３０２で伝播するときに、光ファイバ
３０２の長さに沿って断面強度分布中に周期パターンを
作り出すであろう。これは光ファイバ３０２の部分を表
わす図１２、および図１２の場所１１ａ−１１ａ、１１
ｂ−１１ｂ等の光学強度分布パターンの断面を表わす図
１１ａ−図１１ｉにおいて示される。図１１ａ−図１１
ｉにおいて、強度分布における光エネルギの存在は強度
パターンの濃い部分によって表わされ、かつ光エネルギ
の存在しないことはパターンの薄い部分によって示され
る。図１１ａ、図１１ｃ、図１１ｅ、図１１ｇおよび図
１１ｉは、２モード間の位相差がＮπでありかつ光学パ
ワーのほとんどが楕円コアの２分の１に集中している場
所で発生する、非常に非対称的な強度分布を示す。たと
えば、図１１ａは位相差が０（つまり０π）のときの強
度分布を示し、図１１ｃは位相差がπの場合の強度分布
を示し、かつ図１１ｅは位相差が２πのときの強度分布
を示す。位相差が（Ｎ＋１／２）πの場合、強度分布は
対称である。図１１ｂは位相差がπ／２のときの対称的
な強度分布を示し、かつ図１１ｄは位相差が３π／２の
ときの対称的強度分布を示す。図１２および図１１ａ−
図１１ｉに示されるように、モードの強度パターンは周
期的であり、光ファイバ３０２の長さに沿ってビート長
Ｌ B ごとに繰返す。
【０１１０】光ファイバ３０２等の光学導波路中に光学
パワーが存在することは、光学カー効果を介してガラス
媒質の屈折率を変える。この効果はガラス媒質の３次非
線形偏光のためであり、かつ光学パワーが小さいときに
も発生する。もしポンプソース３２０からのポンプ光が
基本ＬＰ01モードおよび２次ＬＰ11モードについてほぼ
等しい強度で光ファイバ３０２中へ出されると、光エネ
ルギと光ファイバ３０２のガラス媒質とのこの非線形相
互作用は、光ファイバ３０２の屈折率の周期的非対称摂
動を引き起こす。光ファイバ中の周期的摂動は、摂動の
周期性が２モードのビート長に一致する場合、光ファイ
バの２つの空間伝播モードの間に結合を引き起こすこと
ができる。周期的ストレスによって引き起こされるモー
ド結合の例は、ビー・ワイ・キム他著の「全ファイバ音
響光学周波数シフタ」『オプチックスレターズ』、第11
巻、No.6、1986年６月、389-391 頁、ジェイ・エヌ・ブ
レイク他著の「周期的マイクロベンディングを使用する
ファイバ光学モードカプラ」『オプチックスレター
ズ』、第11巻、No.3、1986年３月、177-179 頁、および
ジェイ・エヌ・ブレイク他著の「２モードファイバを使
用する全ファイバ音響光学周波数シフタ」『SPIE予稿
集』、第719 巻、1986年において示される。
パワーが存在することは、光学カー効果を介してガラス
媒質の屈折率を変える。この効果はガラス媒質の３次非
線形偏光のためであり、かつ光学パワーが小さいときに
も発生する。もしポンプソース３２０からのポンプ光が
基本ＬＰ01モードおよび２次ＬＰ11モードについてほぼ
等しい強度で光ファイバ３０２中へ出されると、光エネ
ルギと光ファイバ３０２のガラス媒質とのこの非線形相
互作用は、光ファイバ３０２の屈折率の周期的非対称摂
動を引き起こす。光ファイバ中の周期的摂動は、摂動の
周期性が２モードのビート長に一致する場合、光ファイ
バの２つの空間伝播モードの間に結合を引き起こすこと
ができる。周期的ストレスによって引き起こされるモー
ド結合の例は、ビー・ワイ・キム他著の「全ファイバ音
響光学周波数シフタ」『オプチックスレターズ』、第11
巻、No.6、1986年６月、389-391 頁、ジェイ・エヌ・ブ
レイク他著の「周期的マイクロベンディングを使用する
ファイバ光学モードカプラ」『オプチックスレター
ズ』、第11巻、No.3、1986年３月、177-179 頁、および
ジェイ・エヌ・ブレイク他著の「２モードファイバを使
用する全ファイバ音響光学周波数シフタ」『SPIE予稿
集』、第719 巻、1986年において示される。
【０１１１】この発明はまず第１の端部３０４と第２の
端部３０６との間の光ファイバ３０２の長さを調節する
ことによって動作し、第１の端部３０４にはプローブ信
号のみが入力として与えられる。光ファイバ３０２の長
さは、第２の端部３０６から出る出力光学信号の光学強
度分布パターンが、たとえばスクリーン３８２上または
光学強度分布パターンを観察するための他の手段で検出
されるような最大コントラストを有するように調節され
る。たとえば、光ファイバ３０２の短いセクション４０
０は光ファイバ３０２の全体の長さを選択的に調節する
ように従来のバイアス技術によって引張されることがで
き、その結果光学出力信号は図１１ａ、図１１ｅもしく
は図１１ｉにおいて上に示されるような光学強度分布パ
ターンか、または図１１ｃもしくは図１１ｇに示される
ような光学強度分布パターンを有する。これらの光学強
度分布パターンはプローブ信号Ｎπ（Ｎ＝０、１、２、
…）の２つのモード間の光学位相差に対応する。上に説
明されるように、これらの高コントラスト光学強度分布
パターンが発生するのは、対称的ＬＰ01モードが放射パ
ターンの一方の半分上で反対称ＬＰ11モードへ建設的に
増大して、光学強度分布パターンのローブを明るくし、
かつ他方の半分上で破壊的に増大して光学強度分布パタ
ーンのローブを暗くするためである。したがって、２モ
ード間で差動位相シフトを変化することにより、明ロー
ブおよび暗ローブの位置が交換される。たとえば上の図
１１ｃおよび図１１ｅを参照すると、明ローブは実線楕
円で表わされかつ暗ローブは実線楕円のない部分で表わ
される。
端部３０６との間の光ファイバ３０２の長さを調節する
ことによって動作し、第１の端部３０４にはプローブ信
号のみが入力として与えられる。光ファイバ３０２の長
さは、第２の端部３０６から出る出力光学信号の光学強
度分布パターンが、たとえばスクリーン３８２上または
光学強度分布パターンを観察するための他の手段で検出
されるような最大コントラストを有するように調節され
る。たとえば、光ファイバ３０２の短いセクション４０
０は光ファイバ３０２の全体の長さを選択的に調節する
ように従来のバイアス技術によって引張されることがで
き、その結果光学出力信号は図１１ａ、図１１ｅもしく
は図１１ｉにおいて上に示されるような光学強度分布パ
ターンか、または図１１ｃもしくは図１１ｇに示される
ような光学強度分布パターンを有する。これらの光学強
度分布パターンはプローブ信号Ｎπ（Ｎ＝０、１、２、
…）の２つのモード間の光学位相差に対応する。上に説
明されるように、これらの高コントラスト光学強度分布
パターンが発生するのは、対称的ＬＰ01モードが放射パ
ターンの一方の半分上で反対称ＬＰ11モードへ建設的に
増大して、光学強度分布パターンのローブを明るくし、
かつ他方の半分上で破壊的に増大して光学強度分布パタ
ーンのローブを暗くするためである。したがって、２モ
ード間で差動位相シフトを変化することにより、明ロー
ブおよび暗ローブの位置が交換される。たとえば上の図
１１ｃおよび図１１ｅを参照すると、明ローブは実線楕
円で表わされかつ暗ローブは実線楕円のない部分で表わ
される。
【０１１２】光学強度分布パターンによって示されるよ
うな光ファイバ３０２のコアの長軸に対する明暗ローブ
の相対的位置は、上に説明した調節ステップの間に達成
されるように光ファイバ３０２の長さを変えることによ
って調節される。したがって、光ファイバ３０２の長さ
は２つのローブの強度をスタティックにバイアスするよ
うに調節される。この発明では、明暗ローブの位置はポ
ンプ信号によって制御されてダイナミックオン−オフ切
換え作用を与える。ポンプ信号はこうして摂動信号とし
て作用する。
うな光ファイバ３０２のコアの長軸に対する明暗ローブ
の相対的位置は、上に説明した調節ステップの間に達成
されるように光ファイバ３０２の長さを変えることによ
って調節される。したがって、光ファイバ３０２の長さ
は２つのローブの強度をスタティックにバイアスするよ
うに調節される。この発明では、明暗ローブの位置はポ
ンプ信号によって制御されてダイナミックオン−オフ切
換え作用を与える。ポンプ信号はこうして摂動信号とし
て作用する。
【０１１３】上に説明されるように、ポンプ信号は基本
ＬＰ01空間伝播モードの光ファイバ３０２中で伝播す
る。ポンプ信号は光ファイバ３０２の有効屈折率を変化
させる光学カー効果が発生するのに十分高い強度を有す
る。しかしながら、ポンプ信号は光ファイバ３０２の基
本ＬＰ01モードにおいてのみ伝播するので、ポンプ信号
の光エネルギ分布は、それがプローブ信号のＬＰ11モー
ドに重なるよりも多くＬＰ01モードのプローブ信号に重
なる。こうして、光学カー効果は２次ＬＰ11モードの有
効屈折率に対してよりも基本ＬＰ01モードの有効屈折率
に対しての効果の方が大きい。２つのモードについての
有効屈折率に対するこの差動効果は、光ファイバ４００
のＬＰ11モードの伝播経路の長さに対してＬＰ01モード
の伝播経路の長さを変えるのと同じ効果を有する。した
がって、プローブ信号４３２のＬＰ 01モード成分とＬＰ
11モード成分との間に追加の位相差が導入される。追加
の位相差の導入は、出力信号４７０の光学強度分布パタ
ーンを最初に調節される本来の高コントラストパターン
から、異なる光学強度分布パターンへ変えさせる効果を
有する。ポンプ信号の強度は好ましくは追加のπ差動位
相シフトを導入するように選択され、その結果ポンプ信
号が活性のときに明ローブと暗ローブとの位置が交換さ
れる。
ＬＰ01空間伝播モードの光ファイバ３０２中で伝播す
る。ポンプ信号は光ファイバ３０２の有効屈折率を変化
させる光学カー効果が発生するのに十分高い強度を有す
る。しかしながら、ポンプ信号は光ファイバ３０２の基
本ＬＰ01モードにおいてのみ伝播するので、ポンプ信号
の光エネルギ分布は、それがプローブ信号のＬＰ11モー
ドに重なるよりも多くＬＰ01モードのプローブ信号に重
なる。こうして、光学カー効果は２次ＬＰ11モードの有
効屈折率に対してよりも基本ＬＰ01モードの有効屈折率
に対しての効果の方が大きい。２つのモードについての
有効屈折率に対するこの差動効果は、光ファイバ４００
のＬＰ11モードの伝播経路の長さに対してＬＰ01モード
の伝播経路の長さを変えるのと同じ効果を有する。した
がって、プローブ信号４３２のＬＰ 01モード成分とＬＰ
11モード成分との間に追加の位相差が導入される。追加
の位相差の導入は、出力信号４７０の光学強度分布パタ
ーンを最初に調節される本来の高コントラストパターン
から、異なる光学強度分布パターンへ変えさせる効果を
有する。ポンプ信号の強度は好ましくは追加のπ差動位
相シフトを導入するように選択され、その結果ポンプ信
号が活性のときに明ローブと暗ローブとの位置が交換さ
れる。
【０１１４】もし光学強度がポンプソース３２０の活性
前には最初に下位ローブ中にあるように、光ファイバ３
０２の長さが最初に調節されれば、ポンプ信号の活性は
光を下位ローブから上位ローブへ切換えさせるというこ
とが理解される。したがって、ポンプ信号がない場合に
２つのローブパターンのうちの明るい方を選択すること
により（つまり、光ファイバ３０２のスタティックバイ
アスを調節することにより）、ポンプ信号の活性により
検出器３６０によって検出される光学信号が「オン」か
ら「オフ」へまたは「オフ」から「オン」へ切換えられ
る。
前には最初に下位ローブ中にあるように、光ファイバ３
０２の長さが最初に調節されれば、ポンプ信号の活性は
光を下位ローブから上位ローブへ切換えさせるというこ
とが理解される。したがって、ポンプ信号がない場合に
２つのローブパターンのうちの明るい方を選択すること
により（つまり、光ファイバ３０２のスタティックバイ
アスを調節することにより）、ポンプ信号の活性により
検出器３６０によって検出される光学信号が「オン」か
ら「オフ」へまたは「オフ」から「オン」へ切換えられ
る。
【０１１５】これまで述べてきたこの発明のこの局面の
動作は、ポンプ信号がスタティック出力として与えられ
る実験的実施例に基づいていた。しかしながら、ポンプ
信号は一連のより短いまたはより長いポンプパルスとし
て与えられてより短いまたはより長い出力パルスを提供
できるということを理解されたい。この発明のこの局面
は、ポンプ信号は制御信号でありかつプローブ信号は制
御された信号であるような光学論理スイッチまたは他の
かかる装置において有利に用いられることができる。
動作は、ポンプ信号がスタティック出力として与えられ
る実験的実施例に基づいていた。しかしながら、ポンプ
信号は一連のより短いまたはより長いポンプパルスとし
て与えられてより短いまたはより長い出力パルスを提供
できるということを理解されたい。この発明のこの局面
は、ポンプ信号は制御信号でありかつプローブ信号は制
御された信号であるような光学論理スイッチまたは他の
かかる装置において有利に用いられることができる。
【０１１６】
【数学的分析】この発明の上述の動作は以下の数学的分
析を参照して理解される。
析を参照して理解される。
【０１１７】Ａ． ファイバモデル 電子エネルギレベルを有する材料で作られるコアを有す
るファイバは、２レベルシステムとして作られる。この
ファイバは周波数νp （波長λp ）で光学的に端部ポン
ピングされ、かつポンプとともに共伝播する周波数νs
（波長λs ）での信号によってプローブされ、これらは
両方共遷移周波数ν0 （波長λ0 ）の近傍であると仮定
される。数字７５０によって示される誘導吸収は、図１
３に示されるように接地状態７３０（レベル１）から励
起状態７４０（レベル２）へ速度Ｗ12で発生する。上位
レベルの電子は図１３に概略的に示されるように３つの
メカニズムを介して接地状態へ減衰して戻る。第１のメ
カニズムは寿命τf を特徴とする放射緩和７００、また
は蛍光、または自然放出であり、第２のメカニズムは寿
命τnrの非放射緩和７１０であり、これはフォノン結合
を介して発生し、さらに第３のメカニズムは速度Ｗ21を
特徴とする誘導放出７２０である。
るファイバは、２レベルシステムとして作られる。この
ファイバは周波数νp （波長λp ）で光学的に端部ポン
ピングされ、かつポンプとともに共伝播する周波数νs
（波長λs ）での信号によってプローブされ、これらは
両方共遷移周波数ν0 （波長λ0 ）の近傍であると仮定
される。数字７５０によって示される誘導吸収は、図１
３に示されるように接地状態７３０（レベル１）から励
起状態７４０（レベル２）へ速度Ｗ12で発生する。上位
レベルの電子は図１３に概略的に示されるように３つの
メカニズムを介して接地状態へ減衰して戻る。第１のメ
カニズムは寿命τf を特徴とする放射緩和７００、また
は蛍光、または自然放出であり、第２のメカニズムは寿
命τnrの非放射緩和７１０であり、これはフォノン結合
を介して発生し、さらに第３のメカニズムは速度Ｗ21を
特徴とする誘導放出７２０である。
【０１１８】レベル１およびレベル２はそれぞれ縮退ｇ
1 およびｇ2 を有すると仮定される。この分析に従っ
て、どちらかのレベル内のすべての縮退レベルは同じ母
集団を有する、つまり本質的に互いからΔＥ＝κＴより
も小さい範囲内にあり、ここでκはボルツマン定数であ
りかつＴは絶対温度である。この仮定の基に速度Ｗ12お
よびＷ21は次式を満たす：
1 およびｇ2 を有すると仮定される。この分析に従っ
て、どちらかのレベル内のすべての縮退レベルは同じ母
集団を有する、つまり本質的に互いからΔＥ＝κＴより
も小さい範囲内にあり、ここでκはボルツマン定数であ
りかつＴは絶対温度である。この仮定の基に速度Ｗ12お
よびＷ21は次式を満たす：
【０１１９】
【数１１】
【０１２０】ここでσ12（ν）およびσ21（ν）はそれ
ぞれ遷移の誘導吸収断面および誘導放出断面である。
ぞれ遷移の誘導吸収断面および誘導放出断面である。
【０１２１】次にレベル２の自然寿命τをポンプまたは
信号がない場合の寿命として規定することが有用であ
り、この場合Ｗ12＝Ｗ21＝０でありかつ電子は次式：
信号がない場合の寿命として規定することが有用であ
り、この場合Ｗ12＝Ｗ21＝０でありかつ電子は次式：
【０１２２】
【数１２】
【０１２３】によって与えられる速度τでレベル２から
レベル１へ減衰する。放射寿命τf は次式：
レベル１へ減衰する。放射寿命τf は次式：
【０１２４】
【数１３】
【０１２５】によって遷移の中心波長λ0 と発振器強度
ｆとの関数として表わすことができ、ここでｅおよびｍ
はそれぞれ電子の電荷および質量であり、ε0 は真空の
誘電率であり、ｎ0 は材料の屈折率であり、ｃは光の速
度であり、かつＫはＫ＝（ｎ0 2 ＋２）2/9 によって与
えられるローレンツ訂正ファクタである。
ｆとの関数として表わすことができ、ここでｅおよびｍ
はそれぞれ電子の電荷および質量であり、ε0 は真空の
誘電率であり、ｎ0 は材料の屈折率であり、ｃは光の速
度であり、かつＫはＫ＝（ｎ0 2 ＋２）2/9 によって与
えられるローレンツ訂正ファクタである。
【０１２６】吸収断面σ12（ν）は次式：
【０１２７】
【数１４】
【０１２８】によってこの２レベルシステムの分光器パ
ラメータに関連し、ここでλは周波数νに関連する波長
であり、かつｇ″（ν）は遷移の線形の虚部分である。
ラメータに関連し、ここでλは周波数νに関連する波長
であり、かつｇ″（ν）は遷移の線形の虚部分である。
【０１２９】２つの型の線形関数、ローレンツまたはガ
ウスが考えられ、第１の状況は純粋に均質に広げられた
遷移に適用され、かつ第２のものは純粋に非均質に広が
る遷移に適用される。以下の分析はローレンツの遷移に
限定され、これは周波数ν0（波長λ0 ）に中心決めさ
れ、かつδνに等しい最大値の半分での全幅（ＦＷＨ
Ｍ）を有する。この場合、遷移の線形の実部分ｇ′
（ν）および虚部分ｇ″（ν）は次式：
ウスが考えられ、第１の状況は純粋に均質に広げられた
遷移に適用され、かつ第２のものは純粋に非均質に広が
る遷移に適用される。以下の分析はローレンツの遷移に
限定され、これは周波数ν0（波長λ0 ）に中心決めさ
れ、かつδνに等しい最大値の半分での全幅（ＦＷＨ
Ｍ）を有する。この場合、遷移の線形の実部分ｇ′
（ν）および虚部分ｇ″（ν）は次式：
【０１３０】
【数１５】
【０１３１】によって与えられ、ｇ″（ν）は周波数空
間にわたって単一であるように正規化され、ここでΔν
＝ν−ν0 は線の中心ν0 からの離調である。
間にわたって単一であるように正規化され、ここでΔν
＝ν−ν0 は線の中心ν0 からの離調である。
【０１３２】図１４は線の中心Δν／δνからの正規化
された離調に対するこれら２つの関数の依存を示す。数
字８００によって表わされる虚部分ｇ″（ν）は線の中
心で最大であり、かつ１／Δν2 として線の中心から減
少する。数字８２０で表わされる実部分ｇ′（ν）は線
の中心で０であり、これは離調Δν＝δν／２について
最大値であり、かつ１／Δνとして線の中心から減衰す
る。これら２つの関数は非線形インデックス変化および
信号損失の周波数依存を含むので重要である。
された離調に対するこれら２つの関数の依存を示す。数
字８００によって表わされる虚部分ｇ″（ν）は線の中
心で最大であり、かつ１／Δν2 として線の中心から減
少する。数字８２０で表わされる実部分ｇ′（ν）は線
の中心で０であり、これは離調Δν＝δν／２について
最大値であり、かつ１／Δνとして線の中心から減衰す
る。これら２つの関数は非線形インデックス変化および
信号損失の周波数依存を含むので重要である。
【０１３３】Ｂ．非線形インデックス変化 ポンプがない場合、接地状態の母集団密度Ｎ1 は全種母
集団密度Ｎ0 に等しい。ポンプがオンにされると、接地
状態母集団のあるものが上位状態に励起され、それは屈
折率を変化させる。屈折率ｎに対する２レベル遷移のコ
ントリビューションは次式：
集団密度Ｎ0 に等しい。ポンプがオンにされると、接地
状態母集団のあるものが上位状態に励起され、それは屈
折率を変化させる。屈折率ｎに対する２レベル遷移のコ
ントリビューションは次式：
【０１３４】
【数１６】
【０１３５】によって与えられる。式５ａから、図１４
に示されるように屈折率に対するコントリビューション
は線の中心で０でありかつ離調Δνs ＝δν／２につい
て最大値である。ΔＮは次式：
に示されるように屈折率に対するコントリビューション
は線の中心で０でありかつ離調Δνs ＝δν／２につい
て最大値である。ΔＮは次式：
【０１３６】
【数１７】
【０１３７】として規定される母集団密度の差である。
式３のτf についての式を式６に代入すると、測定可能
な量の関数として屈折率についての新しい式が与えられ
る：
式３のτf についての式を式６に代入すると、測定可能
な量の関数として屈折率についての新しい式が与えられ
る：
【０１３８】
【数１８】
【０１３９】興味のある他のパラメータは信号によって
経験される損失であり、これは接地状態からの吸収から
発生する。この損失は吸収係数αs に関して次式：
経験される損失であり、これは接地状態からの吸収から
発生する。この損失は吸収係数αs に関して次式：
【０１４０】
【数１９】
【０１４１】によって特徴づけられ、ここでσ
12（νs ）は信号周波数νs での吸収断面である。
12（νs ）は信号周波数νs での吸収断面である。
【０１４２】式８はこの率がｇ′（νs ）に比例すると
示し、かつ式９は信号吸収損失係数がｇ″（νs ）に比
例すると示す。もし信号周波数がν0 の近くであれば、
ｇ″（νs ）は図１４に示されるように大きく、かつ信
号は強力な損失を被る。またｇ′（νs ）は線の中心で
０であり、信号は有限の率を得るために線の中心から離
調されなければならない。この率はΔνs ＝δν／２に
ついて最大であり、かつこれは信号の損失が線の中心の
半分になるので信号周波数の良好な選択であり得る。も
しさらなる信号損失の低減が所望されれば、図１４に示
されるように１／Δνs として減衰するｇ′（νs ）
は、１／Δνs 2 として減衰するｇ″（ν s ）よりもか
なり遅く減少するということを理解されたい。言い換え
れば、線の中心から遠く離れると、式９によって与えら
れる信号の損失に対する式８によって与えられるインデ
ックスの比率はΔνとして変化する。この単純な結果が
示すことは、線の中心から離れると、損失が率よりも速
く下がるということと、信号周波数の正しい選択は損失
と誘起された位相シフトとの相対的な大きさを制御する
方法であるということである。反対に、特定の位相シフ
トを得るために必要なポンプパワーと容認可能な信号の
損失の量との間で妥協がなされなければならないという
ことも意味する。
示し、かつ式９は信号吸収損失係数がｇ″（νs ）に比
例すると示す。もし信号周波数がν0 の近くであれば、
ｇ″（νs ）は図１４に示されるように大きく、かつ信
号は強力な損失を被る。またｇ′（νs ）は線の中心で
０であり、信号は有限の率を得るために線の中心から離
調されなければならない。この率はΔνs ＝δν／２に
ついて最大であり、かつこれは信号の損失が線の中心の
半分になるので信号周波数の良好な選択であり得る。も
しさらなる信号損失の低減が所望されれば、図１４に示
されるように１／Δνs として減衰するｇ′（νs ）
は、１／Δνs 2 として減衰するｇ″（ν s ）よりもか
なり遅く減少するということを理解されたい。言い換え
れば、線の中心から遠く離れると、式９によって与えら
れる信号の損失に対する式８によって与えられるインデ
ックスの比率はΔνとして変化する。この単純な結果が
示すことは、線の中心から離れると、損失が率よりも速
く下がるということと、信号周波数の正しい選択は損失
と誘起された位相シフトとの相対的な大きさを制御する
方法であるということである。反対に、特定の位相シフ
トを得るために必要なポンプパワーと容認可能な信号の
損失の量との間で妥協がなされなければならないという
ことも意味する。
【０１４３】Ｃ．ポンプパワーおよび母集団変化 非線形インデックス変化を計算するために、母集団差Δ
Ｎは好ましくはファイバ中に出されたポンプパワーに関
連づけられる。これは変化率の式によってなされ、その
式は２レベルレーザシステムについて次式：
Ｎは好ましくはファイバ中に出されたポンプパワーに関
連づけられる。これは変化率の式によってなされ、その
式は２レベルレーザシステムについて次式：
【０１４４】
【数２０】
【０１４５】として表わされ、ここでＷ12およびＷ21は
上に導入された誘導吸収速度および誘導放出速度であ
る。例として、ダブリュー・コーエクナ（W. Koechner)
著の「個体レーザ工学（Solid State Laser Engeneerin
g ）」、『オプチカルサイエンス（Optical Science)』
第１巻、スプリンガ・ベルラグ・サービシズ（Springer
Verlag Services）、ニューヨーク、1976年、およびイ
ー・デサルビア他著の「高利得エルビウムドーピングさ
れた進行波ファイバ増幅器（High-gain erbium-doped t
ravelling wave fiber amplifier）」『オプチックスレ
ターズ』、12、888-990 （1987年）を参照されたい。一
定速度で、ｄ／ｄｔは０でありかつ式１０ａおよび式１
０ｂのＮ1 およびＮ2 についての解は：
上に導入された誘導吸収速度および誘導放出速度であ
る。例として、ダブリュー・コーエクナ（W. Koechner)
著の「個体レーザ工学（Solid State Laser Engeneerin
g ）」、『オプチカルサイエンス（Optical Science)』
第１巻、スプリンガ・ベルラグ・サービシズ（Springer
Verlag Services）、ニューヨーク、1976年、およびイ
ー・デサルビア他著の「高利得エルビウムドーピングさ
れた進行波ファイバ増幅器（High-gain erbium-doped t
ravelling wave fiber amplifier）」『オプチックスレ
ターズ』、12、888-990 （1987年）を参照されたい。一
定速度で、ｄ／ｄｔは０でありかつ式１０ａおよび式１
０ｂのＮ1 およびＮ2 についての解は：
【０１４６】
【数２１】
【０１４７】である。式１および７から次式：
【０１４８】
【数２２】
【０１４９】が導出され、ここでγ＝１＋ｇ1 ／ｇ2 で
ある。この式は（１）ポンプパワーがない場合（Ｗ12＝
０）、母集団差はＮ0 ／ｇ1 に等しく、（２）ポンプが
用いられると、母集団差が減少し、かつ（３）非常に高
いポンプパワー（Ｗ12τ＞＞１）について母集団差は僅
かになるということを示す。
ある。この式は（１）ポンプパワーがない場合（Ｗ12＝
０）、母集団差はＮ0 ／ｇ1 に等しく、（２）ポンプが
用いられると、母集団差が減少し、かつ（３）非常に高
いポンプパワー（Ｗ12τ＞＞１）について母集団差は僅
かになるということを示す。
【０１５０】この点でポンプ飽和強度Ｉp,sat を、そこ
で母集団差ΔＮがそのポンピングされない値の半分にな
る強度として規定することが有用である。特に式１１か
らγＷ12τは１に等しい。２レベルシステムについて、
ポンピング速度Ｗ12は次式：
で母集団差ΔＮがそのポンピングされない値の半分にな
る強度として規定することが有用である。特に式１１か
らγＷ12τは１に等しい。２レベルシステムについて、
ポンピング速度Ｗ12は次式：
【０１５１】
【数２３】
【０１５２】によって、遷移の吸収断面および材料中へ
出されたポンプパワー強度Ｉp に関連させることが可能
であり、ここでＩp ＝Ｐp ／Ａであり、Ｐp はポンプパ
ワーであり、Ａはポンプビームによって照射された領域
であり、σp ＝σ12（νp ）はポンプについての吸収断
面であり、かつｈはプランク定数である。ポンプフォト
ンの最大の吸収および最良の利用のために、ポンプは以
下において遷移上に中心決めされる、つまりνp ＝ν0
と仮定される。式１２から次式が得られる：
出されたポンプパワー強度Ｉp に関連させることが可能
であり、ここでＩp ＝Ｐp ／Ａであり、Ｐp はポンプパ
ワーであり、Ａはポンプビームによって照射された領域
であり、σp ＝σ12（νp ）はポンプについての吸収断
面であり、かつｈはプランク定数である。ポンプフォト
ンの最大の吸収および最良の利用のために、ポンプは以
下において遷移上に中心決めされる、つまりνp ＝ν0
と仮定される。式１２から次式が得られる：
【０１５３】
【数２４】
【０１５４】この定義を用いて、式１１によって与えら
れる母集団差は次式：
れる母集団差は次式：
【０１５５】
【数２５】
【０１５６】として表わされる。端部がポンピングされ
た光ファイバの場合は、ｚ＝０で出されたポンプパワー
はファイバに沿って徐々に吸収され、そのためＰp はフ
ァイバに沿う位置ｚの関数である。母集団差ΔＮおよび
率もまたしたがってｚの関数である。ｚ−依存を考慮に
入れることはファイバに沿うポンプパワーの展開を次
式：
た光ファイバの場合は、ｚ＝０で出されたポンプパワー
はファイバに沿って徐々に吸収され、そのためＰp はフ
ァイバに沿う位置ｚの関数である。母集団差ΔＮおよび
率もまたしたがってｚの関数である。ｚ−依存を考慮に
入れることはファイバに沿うポンプパワーの展開を次
式：
【０１５７】
【数２６】
【０１５８】として書くことにより達成され、ここで最
初の項は接地状態からの吸収から立上がり、かつ第２の
項は励起状態から接地状態へ戻る放射から立上がる。式
１、式１４および式１５から次式が導出される。
初の項は接地状態からの吸収から立上がり、かつ第２の
項は励起状態から接地状態へ戻る放射から立上がる。式
１、式１４および式１５から次式が導出される。
【０１５９】
【数２７】
【０１６０】ここでαp ＝σp Ｎ0 は低ポンプレベルで
のポンプの吸収係数である。この最後の式は、吸収係数
は１／［１＋Ｉp ／Ｉp,sat ］として飽和するという周
知の結果を表わす。
のポンプの吸収係数である。この最後の式は、吸収係数
は１／［１＋Ｉp ／Ｉp,sat ］として飽和するという周
知の結果を表わす。
【０１６１】式１６のＰp （ｚ）についての解は次式：
【０１６２】
【数２８】
【０１６３】として示される。ポンプ強度がポンプ飽和
強度よりもかなり低い場合（Ｐp ＜＜Ｉp,sat Ａ）、不
飽和状態で予想されるように、式１７の左手の１次項は
無視でき、かつポンプパワーは長さとともに指数的に変
化する。飽和強度と比較可能またはそれよりも大きいポ
ンプ強度について、吸収係数は接地状態の大幅な減少の
ために低減し、かつポンプパワーのより小さなフラクシ
ョン（fraction) は吸収される。式１７においてｚ＝Ｌ
と設定すると、ファイバの出力端部でポンプパワーＰp
（Ｌ）を与えられる。このモデルの重要な量は次式：
強度よりもかなり低い場合（Ｐp ＜＜Ｉp,sat Ａ）、不
飽和状態で予想されるように、式１７の左手の１次項は
無視でき、かつポンプパワーは長さとともに指数的に変
化する。飽和強度と比較可能またはそれよりも大きいポ
ンプ強度について、吸収係数は接地状態の大幅な減少の
ために低減し、かつポンプパワーのより小さなフラクシ
ョン（fraction) は吸収される。式１７においてｚ＝Ｌ
と設定すると、ファイバの出力端部でポンプパワーＰp
（Ｌ）を与えられる。このモデルの重要な量は次式：
【０１６４】
【数２９】
【０１６５】によって与えられる、ファイバによって吸
収されるポンプパワーの総量である。 Ｄ．位相シフト ファイバの長さに沿う位相シフトφは次式：
収されるポンプパワーの総量である。 Ｄ．位相シフト ファイバの長さに沿う位相シフトφは次式：
【０１６６】
【数３０】
【０１６７】によって与えられ、その結果ポンプの存在
による位相の変化Δφは
による位相の変化Δφは
【０１６８】
【数３１】
【０１６９】であり、ここでΔＮ（ｚ）＝ｎ（Ｐp ）−
ｎ（Ｐp ＝０）である。式８および式１４から
ｎ（Ｐp ＝０）である。式８および式１４から
【０１７０】
【数３２】
【０１７１】が得られる。式１３および式１７−式１９
を組合わせると、Δφについての所望される式は：
を組合わせると、Δφについての所望される式は：
【０１７２】
【数３３】
【０１７３】となる。この式は、非線形位相シフトはフ
ァイバによって吸収されるポンプパワーとコア領域の逆
数とに比例することを示す。ファイバは演算λs ＝λp
＝λ0 の波長で本質的にシングルモードであるべきなの
で、コア領域Ａはλ0 2 にほぼ比例し、これは位相シフ
トがλ0 とほぼ線形にスケールすることを意味する。位
相シフトに等しい他のすべてはスペクトルの赤外線部分
においてより大きい。
ァイバによって吸収されるポンプパワーとコア領域の逆
数とに比例することを示す。ファイバは演算λs ＝λp
＝λ0 の波長で本質的にシングルモードであるべきなの
で、コア領域Ａはλ0 2 にほぼ比例し、これは位相シフ
トがλ0 とほぼ線形にスケールすることを意味する。位
相シフトに等しい他のすべてはスペクトルの赤外線部分
においてより大きい。
【０１７４】Ｅ．信号損失 上に指摘したように、共振近くの非線形インデックスの
強調は、接地状態吸収のために信号損失の増分を伴う。
ポンプがオンにされる場合、接地状態吸収は減少しかつ
信号損失もまた減少する。このことは幾つかの適用にお
いて問題を生み出す。実際、ポンプオフ信号の損失を最
小限に維持し、かつポンプによって誘起された信号吸収
の変化を最小限にすることが望ましい。この要求は、こ
の効果が強度変調された伝送システム中で使用されるス
イッチに実施される場合はより微妙となるが、一般には
主要な問題とは考えられない。次にポンプがオフの場合
の信号損失を分析する。
強調は、接地状態吸収のために信号損失の増分を伴う。
ポンプがオンにされる場合、接地状態吸収は減少しかつ
信号損失もまた減少する。このことは幾つかの適用にお
いて問題を生み出す。実際、ポンプオフ信号の損失を最
小限に維持し、かつポンプによって誘起された信号吸収
の変化を最小限にすることが望ましい。この要求は、こ
の効果が強度変調された伝送システム中で使用されるス
イッチに実施される場合はより微妙となるが、一般には
主要な問題とは考えられない。次にポンプがオフの場合
の信号損失を分析する。
【０１７５】信号損失の係数は式９によって与えられ
る。その式における断面を式４によって与えられる式で
おき替えることにより、信号損失ＬdB＝４．３４αs Ｌ
の次の式をｄＢの単位で得ることが可能である：
る。その式における断面を式４によって与えられる式で
おき替えることにより、信号損失ＬdB＝４．３４αs Ｌ
の次の式をｄＢの単位で得ることが可能である：
【０１７６】
【数３４】
【０１７７】Ｆ．周波数応答 このシステムの最大の動作周波数は、ポンプがオフにな
った後に励起されたレベル中の電子がどれだけ速く接地
状態に戻るかによって限定される。この緩和時間Ｔは次
式：
った後に励起されたレベル中の電子がどれだけ速く接地
状態に戻るかによって限定される。この緩和時間Ｔは次
式：
【０１７８】
【数３５】
【０１７９】によって与えられ、ここでτf は自然放出
の結果として得られ、かつτnrは非放射減衰の結果であ
る。近赤外線のシリカについて、ｎ0 ＝１．４５および
Ｋ＝１．８７であり、その結果式３はτf について次
式：
の結果として得られ、かつτnrは非放射減衰の結果であ
る。近赤外線のシリカについて、ｎ0 ＝１．４５および
Ｋ＝１．８７であり、その結果式３はτf について次
式：
【０１８０】
【数３６】
【０１８１】を与える。発振器強度１（ｆ＝１）を用い
て、非縮退遷移は（ｇ2 ＝１）であり、かつλ0 ＝１μ
ｍであり、そのためτf ＝５．５３ｎｓとなり、これは
０．１８Ｇｂｉｔ／ｓのτf -1に等しいビット速度に対
応する。１μｍ波長で、もし自然放出が唯一の減衰機構
ならば、これは達成可能なほぼ最大のビット速度であ
る。１Ｇｂｉｔ／ｓを超える速度を得るためには、非放
射減衰がなければならず、したがって以下に議論される
ようにこれはポンプパワーの増大を必要とする。こうし
て、速度とポンプパワーとの間で妥協がなされることと
なる。
て、非縮退遷移は（ｇ2 ＝１）であり、かつλ0 ＝１μ
ｍであり、そのためτf ＝５．５３ｎｓとなり、これは
０．１８Ｇｂｉｔ／ｓのτf -1に等しいビット速度に対
応する。１μｍ波長で、もし自然放出が唯一の減衰機構
ならば、これは達成可能なほぼ最大のビット速度であ
る。１Ｇｂｉｔ／ｓを超える速度を得るためには、非放
射減衰がなければならず、したがって以下に議論される
ようにこれはポンプパワーの増大を必要とする。こうし
て、速度とポンプパワーとの間で妥協がなされることと
なる。
【０１８２】Ｇ．π位相シフトのためのポンプパワー要
求および信号損失 大抵のスイッチの応用について、１つのチャンネルから
他のチャンネルへ干渉的にパワーを切換えるために、位
相シフトはπに等しくなければいけない。したがって、
それに対する位相シフトの大きさがπであるポンプパワ
ーを規定しかつ特徴づけることが有用である。このポン
プパワー要求は明らかにファイバ長に依存する。このシ
ステムに対する１つの優秀値はπ位相シフトについての
ポンプパワーとファイバ長との積である。
求および信号損失 大抵のスイッチの応用について、１つのチャンネルから
他のチャンネルへ干渉的にパワーを切換えるために、位
相シフトはπに等しくなければいけない。したがって、
それに対する位相シフトの大きさがπであるポンプパワ
ーを規定しかつ特徴づけることが有用である。このポン
プパワー要求は明らかにファイバ長に依存する。このシ
ステムに対する１つの優秀値はπ位相シフトについての
ポンプパワーとファイバ長との積である。
【０１８３】式２０からの興味ある観察は、大きさπの
位相シフトを得るために必要とされる吸収されたポンプ
パワーはファイバ長から独立しておりかつ次式：
位相シフトを得るために必要とされる吸収されたポンプ
パワーはファイバ長から独立しておりかつ次式：
【０１８４】
【数３７】
【０１８５】に等しい。必ずしもすべてのポンプパワー
がファイバによって吸収されるわけではないので、より
有用な量は出力されたまたは入力されたポンプパワーで
あり、それはレーザから必要とされるポンプパワーをよ
り良く表わしている。この量はファイバの端部でのポン
プパワーの等式から計算され（ｚ＝Ｌを用いる式１
７）、そこで差Ｐp （０）−Ｐp （Ｌ）は公知の量Ｐ
abs （式２４）によってとり変えられる。式１７によっ
て与えられるような、ポンプパワーについての非線形の
式はしたがって次式：
がファイバによって吸収されるわけではないので、より
有用な量は出力されたまたは入力されたポンプパワーで
あり、それはレーザから必要とされるポンプパワーをよ
り良く表わしている。この量はファイバの端部でのポン
プパワーの等式から計算され（ｚ＝Ｌを用いる式１
７）、そこで差Ｐp （０）−Ｐp （Ｌ）は公知の量Ｐ
abs （式２４）によってとり変えられる。式１７によっ
て与えられるような、ポンプパワーについての非線形の
式はしたがって次式：
【０１８６】
【数３８】
【０１８７】に単純化され、かつポンプパワーの要求は
【０１８８】
【数３９】
【０１８９】となる。式２６からＰp （０）＞０が必要
であるので、次の条件が導出される：
であるので、次の条件が導出される：
【０１９０】
【数４０】
【０１９１】この条件は好ましくは満たされる。こうし
て位相シフトπを得るために、最小値Ｌmin が存在し、
これは式１３および式２４から次式：
て位相シフトπを得るために、最小値Ｌmin が存在し、
これは式１３および式２４から次式：
【０１９２】
【数４１】
【０１９３】であるとわかる。ポンプパワーについての
等式（式２６）、信号損失についての等式（式２１）、
および位相シフトについての等式（式２０）はこの分析
の主要な結果である。これらの式は興味のある変数の遷
移およびファイバのパラメータに対する依存を提供す
る。
等式（式２６）、信号損失についての等式（式２１）、
および位相シフトについての等式（式２０）はこの分析
の主要な結果である。これらの式は興味のある変数の遷
移およびファイバのパラメータに対する依存を提供す
る。
【０１９４】これらの等式において長さＬは常に集中度
Ｎ0 によって乗じられるということを理解することは興
味深い。このことは集中度を増大する効果は他のパラメ
ータが変わらないとすれば、同じ比率で長さを減らすこ
とを意味する。このモデルの結論のうちの１つはしたが
って、非常に短い装置をつくり出すために、シリカ中で
高い可溶性限度を有するドーパントを選択することが重
要であるということである。
Ｎ0 によって乗じられるということを理解することは興
味深い。このことは集中度を増大する効果は他のパラメ
ータが変わらないとすれば、同じ比率で長さを減らすこ
とを意味する。このモデルの結論のうちの１つはしたが
って、非常に短い装置をつくり出すために、シリカ中で
高い可溶性限度を有するドーパントを選択することが重
要であるということである。
【０１９５】この発明の様々な実施例を上に説明してき
た。この発明は具体例を参照して説明されてきたが、そ
の説明はこの発明を例示すると意図され限定的であると
は意図されない。たとえば図７を参照して、当業者は示
されたバルク光学部品以外の手段もこの発明の装置をつ
くるために用いられることができるということを理解す
るべきである。たとえば２モード光ファイバ３０２の光
学強度分布パターンの選択されたローブからの光をシン
グルモード光ファイバへ結合するために、オフセット光
ファイバ接続 (splice) を用いることができる。かかる
接続はたとえば１９８７年２月２０日に出願されこの出
願の譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願連続
番号第017,882 号に示される。さらに、プローブ信号お
よびポンプ信号は光学導波路の同じ端部部分を通って入
力されることができる。ポンプソースは光学導波路の基
本モードおよび２次モード中でほぼ等しい励起を与える
ように選択されてもよいが、プローブ信号は基本空間モ
ードまたは２次空間モードの一方または他方において伝
播するようにされてもよい。光学導波路はまたＬＰ 11モ
ードストリッパ（stripper) をつくるためにきつく巻か
れたコイル状に形成されてもよい。最後に、図７の検出
システムは、検出されるべき光路の約半分をブロックす
るために光学マスクをさらに含んでもよい。かかるスト
リッパおよび光学マスクは１９９０年１月２３日に発行
されこの発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,895,42
1 号に説明される。この特許はここに引用により援用さ
れる。様々な他の修正および応用が当業者にとっては明
白である。
た。この発明は具体例を参照して説明されてきたが、そ
の説明はこの発明を例示すると意図され限定的であると
は意図されない。たとえば図７を参照して、当業者は示
されたバルク光学部品以外の手段もこの発明の装置をつ
くるために用いられることができるということを理解す
るべきである。たとえば２モード光ファイバ３０２の光
学強度分布パターンの選択されたローブからの光をシン
グルモード光ファイバへ結合するために、オフセット光
ファイバ接続 (splice) を用いることができる。かかる
接続はたとえば１９８７年２月２０日に出願されこの出
願の譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願連続
番号第017,882 号に示される。さらに、プローブ信号お
よびポンプ信号は光学導波路の同じ端部部分を通って入
力されることができる。ポンプソースは光学導波路の基
本モードおよび２次モード中でほぼ等しい励起を与える
ように選択されてもよいが、プローブ信号は基本空間モ
ードまたは２次空間モードの一方または他方において伝
播するようにされてもよい。光学導波路はまたＬＰ 11モ
ードストリッパ（stripper) をつくるためにきつく巻か
れたコイル状に形成されてもよい。最後に、図７の検出
システムは、検出されるべき光路の約半分をブロックす
るために光学マスクをさらに含んでもよい。かかるスト
リッパおよび光学マスクは１９９０年１月２３日に発行
されこの発明の譲受人に譲渡された米国特許第4,895,42
1 号に説明される。この特許はここに引用により援用さ
れる。様々な他の修正および応用が当業者にとっては明
白である。
【図１】例示的円形コア光ファイバの断面図である。
【図２】ａは図１の円形コア光ファイバの垂直偏光ＨＥ
11（基本）伝播モードについての電界強度分布パターン
を示し、ｂは図１の円形コア光ファイバの水平偏光ＨＥ
11（基本）伝播モードについての電界強度分布パターン
を示し、ｃはａおよびｂの強度分布パターンに対応する
電界振幅分布のグラフの図であり、ｄは図１の円形コア
光ファイバのＴＥ01（２次）伝播モードについての電界
強度分布パターンを示し、ｅは図１の円形コア光ファイ
バのＴＭ01（２次）伝播モードについての電界強度分布
パターンを示し、ｆは図１の円形コア光ファイバの偶数
ＨＥ21（２次）伝播モードについての電界強度分布パタ
ーンを示し、ｇは図１の円形コア光ファイバの奇数ＨＥ
21（２次）伝播モードについての電界強度分布パターン
を示し、さらにｈは図１の光ファイバの２次モードにつ
いての電界振幅分布パターンのグラフの図である。
11（基本）伝播モードについての電界強度分布パターン
を示し、ｂは図１の円形コア光ファイバの水平偏光ＨＥ
11（基本）伝播モードについての電界強度分布パターン
を示し、ｃはａおよびｂの強度分布パターンに対応する
電界振幅分布のグラフの図であり、ｄは図１の円形コア
光ファイバのＴＥ01（２次）伝播モードについての電界
強度分布パターンを示し、ｅは図１の円形コア光ファイ
バのＴＭ01（２次）伝播モードについての電界強度分布
パターンを示し、ｆは図１の円形コア光ファイバの偶数
ＨＥ21（２次）伝播モードについての電界強度分布パタ
ーンを示し、ｇは図１の円形コア光ファイバの奇数ＨＥ
21（２次）伝播モードについての電界強度分布パターン
を示し、さらにｈは図１の光ファイバの２次モードにつ
いての電界振幅分布パターンのグラフの図である。
【図３】ａおよびｂは図１の光ファイバの１次伝播モー
ドについてのＬＰ01近似を示す図であり、ｃ、ｄ、ｅお
よびｆは図１の光ファイバの２次伝播モードについての
ＬＰ11近似を示す図である。
ドについてのＬＰ01近似を示す図であり、ｃ、ｄ、ｅお
よびｆは図１の光ファイバの２次伝播モードについての
ＬＰ11近似を示す図である。
【図４】光学導波路の伝播定数対光学導波路のコアの楕
円性のスケール化されていないグラフの図である。
円性のスケール化されていないグラフの図である。
【図５】例示的楕円コアの断面図である。
【図６】ａおよびｂは図５の楕円コア光ファイバのＬＰ
01（基本）伝播モードについての電界強度パターンを示
し、ｃは図５の楕円コア光ファイバのＬＰ01伝播モード
についての電界振幅分布のグラフの図であり、ｄおよび
ｅは図５の楕円コア光ファイバの偶数ＬＰ11伝播モード
についての電界強度パターンを示し、ｆは図５の楕円コ
ア光ファイバの偶数ＬＰ11伝播モードについての電界振
幅分布のグラフの図であり、ｇおよびｈは図５の楕円コ
ア光ファイバの奇数ＬＰ11伝播モードについての電界強
度パターンを示す図である。
01（基本）伝播モードについての電界強度パターンを示
し、ｃは図５の楕円コア光ファイバのＬＰ01伝播モード
についての電界振幅分布のグラフの図であり、ｄおよび
ｅは図５の楕円コア光ファイバの偶数ＬＰ11伝播モード
についての電界強度パターンを示し、ｆは図５の楕円コ
ア光ファイバの偶数ＬＰ11伝播モードについての電界振
幅分布のグラフの図であり、ｇおよびｈは図５の楕円コ
ア光ファイバの奇数ＬＰ11伝播モードについての電界強
度パターンを示す図である。
【図７】ポンプソースからの光と信号ソースからの光と
がエルビウムドーピングされた光ファイバ中で対向して
伝播している、この発明の一局面に従って構成される光
学カプラを示す図である。
がエルビウムドーピングされた光ファイバ中で対向して
伝播している、この発明の一局面に従って構成される光
学カプラを示す図である。
【図８】信号波長９０６ｎｍ、ポンプ波長１．４８μ
ｍ、およびファイバ長３．４ｍについての図７の光ファ
イバによって吸収されたポンプパワーに対する非線形位
相シフトの測定された依存度を示す図である。
ｍ、およびファイバ長３．４ｍについての図７の光ファ
イバによって吸収されたポンプパワーに対する非線形位
相シフトの測定された依存度を示す図である。
【図９】位相シフトをＰabs ＝１０ｍＷについての信号
波長の関数としてプロットする図である。
波長の関数としてプロットする図である。
【図１０】図７の光ファイバについての吸収スペクトル
を示し、かつ信号吸収を信号波長の関数としてプロット
する図である。
を示し、かつ信号吸収を信号波長の関数としてプロット
する図である。
【図１１】ａ−ｉは図１２の場所１１ａ−１１ａ、１１
ｂ−１１ｂ等でとられた電界強度パターンの断面図であ
る。
ｂ−１１ｂ等でとられた電界強度パターンの断面図であ
る。
【図１２】図７の光学カプラからの光ファイバの一部を
示す図である。
示す図である。
【図１３】２つのレベルを含む２レベルシステムを示
し、かつ図７の光ファイバの活性媒質中で発生する遷移
をモデル化する図である。
し、かつ図７の光ファイバの活性媒質中で発生する遷移
をモデル化する図である。
【図１４】線中心Δν／δνからの規定化された離調に
対するローレンツの遷移線形の実部分ｇ′（ν）および
虚部分ｇ″（ν）の依存を示す図である。
対するローレンツの遷移線形の実部分ｇ′（ν）および
虚部分ｇ″（ν）の依存を示す図である。
３００ 光学装置 ３０２ エルビウムドーピングされた光ファイバ ３２０、３３０ ポンプソース ３６０ 検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード・エイチ・パンテル アメリカ合衆国、94025 カリフォルニ ア州、メンロー・パーク、ノース・バル サミナ・ウェイ、170 (72)発明者 ロバート・ダブリュ・サドウスキ アメリカ合衆国、94305 カリフォルニ ア州、スタンフォード、ビレッジ、エス コンディード、50−シィ (72)発明者 ミッシェル・ジェイ・エフ・ディゴネッ ト アメリカ合衆国、93406 カリフォルニ ア州、パロ・アルト、ハーバード・スト リート、2307 (72)発明者 ハーバート・ジェイ・シャウ アメリカ合衆国、94305 カリフォルニ ア州、スタンフォード、アルバラード・ ロウ、719 (56)参考文献 特開 平２−259732（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298922（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/35 G02F 1/313
Claims (26)
- 【請求項１】 光学信号を制御するための装置であっ
て、活 性媒質を含む単一の光学導波路を含み、前記導波路は
第１および第２の空間伝播モードを有し、前記第１およ
び第２のモードはそれぞれ第１および第２の屈折率を有
し、さらにポンプ信号を前記空間モードのうちの少なく
とも１つに導入するように結合されて、前記第１および
第２の屈折率のうちの少なくとも１つを光学的に摂動す
るためのポンプソースを含み、前記ポンプ信号は前記光
学信号の空間強度分布を制御可能に変える、装置。 - 【請求項２】 前記第２の空間モードは前記第１の空間
モードよりも高次のモードである、請求項１に記載の装
置。 - 【請求項３】 光学導波路は、導波路が１つの安定強度
パターンにおいてのみ光を高次のモードへ案内するよう
に選択された断面寸法を有する非円形断面を有する、請
求項２に記載の装置。 - 【請求項４】 前記有効屈折率のうちの少なくとも１つ
は、前記第１および第２のモードのうちの１つで伝播す
る光学信号成分を位相シフトする、請求項１に記載の装
置。 - 【請求項５】 前記ポンプソースはパワーを有し、前記
ポンプソースは前記ポンプ信号の強度を変えて前記位相
シフトを変える、請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 前記位相シフトは約πである、請求項４
に記載の装置。 - 【請求項７】 前記ポンプ信号の位相は前記光学信号の
光エネルギを前記第１のモードから前記第２のモードへ
反復的に切換える、請求項６に記載の装置。 - 【請求項８】 前記ポンプ信号はポンプパワーを有し、
前記ポンプパワーはＰabs ／（１−ｅｘｐ（σp Ｎ0 Ｌ
＋Ｐabs ／ＡＩp,sat ）よりも大きく、Ｐab s は式 【数１】 によって与えられ、σp は前記ポンプソースについての
吸収断面であり、Ｎ0 は前記活性媒質についての全種母
集団密度であり、Ｌは光学導波路の長さであり、Ａはポ
ンプ信号によって照射された光学導波路の領域であり、
かつＩp,sat は式 【数２】 によって与えられる、請求項６に記載の装置。 - 【請求項９】 光学導波路の長さは式 【数３】 によって与えられるＬmin よりも長い、請求項８に記載
の装置。 - 【請求項１０】 前記光学導波路は前記第１のモードと
前記第２のモードとの間で伝播する光の間の位相関係に
よって引き起こされる光学強度分布パターンを有し、前
記光学強度分布パターンは少なくとも２つのローブを有
する、請求項８に記載の装置。 - 【請求項１１】 前記光学信号は第１の波長を有し、か
つ前記ポンプ信号は第２の波長を有し、前記第２の波長
は前記活性媒質の第１の吸収遷移に近い、請求項１に記
載の装置。 - 【請求項１２】 前記第１の波長は前記活性媒質の前記
第１の吸収遷移とは異なる第２の吸収遷移に近く、それ
により特定の位相シフトについて前記ポンプソースのパ
ワーを低減しかつ前記光学信号の損失を増大する、請求
項１１に記載の装置。 - 【請求項１３】 前記第１の波長は前記活性媒質の前記
第１の吸収遷移に近く、それにより特定の位相シフトに
ついて前記ポンプソースのパワーを低減しかつ前記光学
信号の損失を増大する、請求項１１に記載の装置。 - 【請求項１４】 前記第１の波長は前記活性媒質の前記
第２の吸収遷移から離れて選択され、それにより特定の
位相シフトについて前記ポンプソースのパワーを増大し
かつ前記光学信号の損失を低減する、請求項１１に記載
の装置。 - 【請求項１５】 前記光学導波路はシリカを含み、かつ
前記活性媒質はシリカ中に高可溶性限度を有する、請求
項１に記載の装置。 - 【請求項１６】 前記光学導波路はエルビウムドーピン
グされたシリカ光ファイバである、請求項１に記載の装
置。 - 【請求項１７】 前記活性媒質は発振器強度を有し、前
記発振器強度は１以上である、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１８】 光学導波路中の光学信号を制御する方
法であって、 活性媒質でドーピングされた単一の光学導波路を与える
ステップを含み、前記光学導波路は少なくとも第１およ
び第２の空間伝播モードを有し、前記第１および第２の
空間伝播モードはそれぞれ第１および第２の屈折率を有
し、さらに、 第１の波長を有する前記光学信号を前記光学導波路中に
入力するステップと、 第２の波長を有するポンプ信号を前記光学導波路中に入
力して、前記第１および第２の屈折率のうちの少なくと
も１つを光学的に摂動するステップと、 前記ポンプ信号の強度を選択的に調節して、前記光学信
号の空間強度分布を制御可能に変えるステップとを含
む、方法。 - 【請求項１９】 前記活性媒質が高発振器強度を有する
ように活性媒質を選択するステップをさらに含む、請求
項１８に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記第２の波長を前記活性媒質の吸収
遷移に近くなるように選択するステップをさらに含む、
請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２１】 前記第１の波長を前記活性媒質の吸収
遷移に近くなるように選択するステップをさらに含む、
請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２２】 前記第１および第２の波長を前記活性
媒質の同じ吸収遷移に近くなるように選択するステップ
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２３】 前記第２の波長を前記活性媒質の吸収
遷移に近くなるように選択するステップをさらに含み、
かつ前記第１の波長を前記吸収遷移から離れるように選
択するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方
法。 - 【請求項２４】 前記第１および第２のモードのうちの
１つで伝播する前記光学信号の成分を位相シフトするス
テップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２５】 前記光学信号は前記光学導波路中の伝
播の間に損失を経験し、前記ポンプソースはパワーを有
し、前記屈折率のうちの少なくとも１つの摂動は前記第
１および第２のモードのうちの１つで前記光学信号の成
分を位相シフトし、前記方法は前記光学信号の損失を最
小限にしかつ特定の位相シフトについて前記ポンプソー
スのパワーを最小限にするように前記第１の波長を選択
するステップをさらに含み、前記第１の波長が前記活性
媒質の吸収遷移に近い場合は前記ポンプパワーは低減さ
れかつ前記信号の損失は増大され、さらに反復的に前記
第１の波長が前記活性媒質の吸収遷移から離れて選択さ
れる場合は前記ポンプパワーは増大されかつ前記信号の
損失は低減される、請求項１８に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記光学導波路は長さを有しかつ前記
ポンプソースはパワーを有し、前記屈折率のうちの少な
くとも１つの摂動は前記第１および第２のモードのうち
の１つで前記光学信号の成分を位相シフトし、前記方法
は、特定の位相シフトについて前記光学導波路の長さお
よび前記ポンプソースのパワーの両方を最小限にするよ
うに前記光学導波路の長さおよび前記ポンプソースのパ
ワーを選択するステップをさらに含み、最小長は式 【数４】 を実証し、かつ最小パワーは式 【数５】 を実証する、請求項１８に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US861322 | 1992-03-31 | ||
| US07/861,322 US5311525A (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Nonlinear optical coupler using a doped optical waveguide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07261206A JPH07261206A (ja) | 1995-10-13 |
| JP2843478B2 true JP2843478B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=25335494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5070354A Expired - Lifetime JP2843478B2 (ja) | 1992-03-31 | 1993-03-29 | 光学信号を制御するための装置および光学導波路中の光学信号を制御する方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5311525A (ja) |
| EP (1) | EP0564100B1 (ja) |
| JP (1) | JP2843478B2 (ja) |
| AU (1) | AU661555B2 (ja) |
| DE (1) | DE69300887T2 (ja) |
| NO (1) | NO930875L (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5577057A (en) * | 1991-03-01 | 1996-11-19 | Telstra Corporation Limited | Modelocked lasers |
| DE4208858A1 (de) * | 1992-03-19 | 1993-09-23 | Sel Alcatel Ag | Faseroptischer verstaerker mit regelung der pumplicht-wellenlaenge |
| CA2143846C (en) * | 1992-09-08 | 1999-04-06 | Michael Andreja Fisher | Non-linear semiconductor optical device |
| JPH0697886A (ja) * | 1992-09-14 | 1994-04-08 | Ando Electric Co Ltd | 変位素子を光スイッチとする波長可変光パルス発生器 |
| US5450427A (en) * | 1994-10-21 | 1995-09-12 | Imra America, Inc. | Technique for the generation of optical pulses in modelocked lasers by dispersive control of the oscillation pulse width |
| US5621749A (en) * | 1995-09-06 | 1997-04-15 | Hewlett-Packard Company | Praseodymium-doped fluoride fiber upconversion laser for the generation of blue light |
| AUPN694595A0 (en) * | 1995-12-01 | 1996-01-04 | University Of Sydney, The | Method for inducing broad-band resonant nonlinearities in optical fibre and apparatus for use thereof |
| US5633964A (en) * | 1996-02-15 | 1997-05-27 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising a multi-stage erbium-doped fiber amplifier |
| DE19636236B4 (de) * | 1996-09-06 | 2004-09-16 | Evotec Technologies Gmbh | Diodenlasergepumpter Vielmoden-Wellenleiterlaser, insbesondere Faserlaser |
| US6212310B1 (en) | 1996-10-22 | 2001-04-03 | Sdl, Inc. | High power fiber gain media system achieved through power scaling via multiplexing |
| AU6646598A (en) * | 1997-01-02 | 1998-07-31 | Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Stable nonlinear mach-zehnder fiber switch |
| US7576909B2 (en) * | 1998-07-16 | 2009-08-18 | Imra America, Inc. | Multimode amplifier for amplifying single mode light |
| US7656578B2 (en) * | 1997-03-21 | 2010-02-02 | Imra America, Inc. | Microchip-Yb fiber hybrid optical amplifier for micro-machining and marking |
| US6783705B1 (en) | 1997-04-11 | 2004-08-31 | Waters Investments Limited | Calibration medium for wavelength calibration of U.V. absorbance detectors and methods for calibration |
| US6305851B1 (en) * | 2000-01-12 | 2001-10-23 | Ciena Corporation | Systems and methods for detecting imperfect connections in optical systems |
| US6377726B1 (en) | 2000-02-29 | 2002-04-23 | Lasercomm Inc. | Transverse mode transformer |
| KR20020032669A (ko) * | 2000-10-19 | 2002-05-04 | 이재승 | 광섬유를 통한 광신호 전송을 다루는 비선형편미분방정식의 수치해석 방법 |
| US20030223705A1 (en) * | 2002-06-03 | 2003-12-04 | Hill William F. | Method for terminating an optical waveguide into an optical component |
| FR2867574B1 (fr) * | 2004-03-12 | 2006-10-06 | Abx Sa | Dispositif de generation d'une lumiere polychromatique a spectre continu |
| JP5842277B2 (ja) * | 2013-02-04 | 2016-01-13 | 日本電信電話株式会社 | モード合分波器及びその設計方法 |
| CN111969401B (zh) * | 2020-08-31 | 2021-08-17 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 自启动Figure-9被动锁模光纤激光器的脉冲能量提升方法 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4768851A (en) * | 1983-11-30 | 1988-09-06 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Fiber optic modal coupler, interferometer and method of coupling spatial modes using same |
| US4828350A (en) * | 1986-01-17 | 1989-05-09 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Fiber optic mode selector |
| US4832437A (en) * | 1986-01-17 | 1989-05-23 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Fiber optic inter-mode coupling single side band frequency shifter |
| US4915468A (en) * | 1987-02-20 | 1990-04-10 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Apparatus using two-mode optical waveguide with non-circular core |
| US4741586A (en) * | 1987-02-20 | 1988-05-03 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Dynamic coupler using two-mode optical waveguides |
| JPH02259732A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 非線形光方向性結合器 |
| JPH02298922A (ja) * | 1989-05-15 | 1990-12-11 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光切替部品 |
| US5151908A (en) * | 1990-11-20 | 1992-09-29 | General Instrument Corporation | Laser with longitudinal mode selection |
| US5134620A (en) * | 1990-11-20 | 1992-07-28 | General Instrument Corporation | Laser with longitudinal mode selection |
| US5121460A (en) * | 1991-01-31 | 1992-06-09 | The Charles Stark Draper Lab., Inc. | High-power mode-selective optical fiber laser |
| US5140456A (en) * | 1991-04-08 | 1992-08-18 | General Instrument Corporation | Low noise high power optical fiber amplifier |
| US5159601A (en) * | 1991-07-17 | 1992-10-27 | General Instrument Corporation | Method for producing a tunable erbium fiber laser |
| US5191586A (en) * | 1991-07-18 | 1993-03-02 | General Instrument Corporation | Narrow band incoherent optical carrier generator |
-
1992
- 1992-03-31 US US07/861,322 patent/US5311525A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-03-03 AU AU33972/93A patent/AU661555B2/en not_active Ceased
- 1993-03-05 EP EP93301704A patent/EP0564100B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-03-05 DE DE69300887T patent/DE69300887T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-03-10 NO NO93930875A patent/NO930875L/no unknown
- 1993-03-29 JP JP5070354A patent/JP2843478B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5311525A (en) | 1994-05-10 |
| AU3397293A (en) | 1993-10-07 |
| AU661555B2 (en) | 1995-07-27 |
| NO930875L (no) | 1993-10-01 |
| EP0564100A2 (en) | 1993-10-06 |
| EP0564100A3 (ja) | 1994-02-23 |
| JPH07261206A (ja) | 1995-10-13 |
| DE69300887D1 (de) | 1996-01-11 |
| NO930875D0 (no) | 1993-03-10 |
| DE69300887T2 (de) | 1996-06-13 |
| EP0564100B1 (en) | 1995-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2843478B2 (ja) | 光学信号を制御するための装置および光学導波路中の光学信号を制御する方法 | |
| JP4619467B2 (ja) | 光信号のオール・オプティカル・スイッチングを行なうための装置、光ポンプを使用して光信号を切換えるための方法、および、サニャック干渉計ループを光スイッチとして使用する方法 | |
| JP5247030B2 (ja) | 単一偏波光ファイバレーザ及び増幅器 | |
| US6825974B2 (en) | Linearly polarized fiber amplifier | |
| CN103597675B (zh) | 拉曼分布反馈光纤激光器和使用该激光器的高功率激光器系统 | |
| Sohler et al. | Erbium-doped lithium niobate waveguide lasers | |
| Smith et al. | Acoustically tuned erbium-doped fiber ring laser | |
| US20110267612A1 (en) | Hollow Core Photonic Crystal Fibre Comprising a Fibre Grating in the Cladding and Its Applications | |
| JP2014515175A (ja) | 中赤外線および遠赤外線のための小型でコヒーレントで高輝度の光源 | |
| US6282016B1 (en) | Polarization maintaining fiber lasers and amplifiers | |
| Li et al. | Optically controlled tunable ultra-narrow linewidth fiber laser with Rayleigh backscattering and saturable absorption ring | |
| Qin et al. | Isolator-free unidirectional dual-wavelength thulium-doped fiber laser assisted by a two-mode fiber filter | |
| Qin et al. | Switchable and tunable thulium-doped fiber laser based on mode interference filter | |
| US8654800B2 (en) | Method and apparatus for controlling mode coupling in high power laser system | |
| Liu et al. | Switchable multi-wavelength fiber laser based on a taper-coupled microbottle resonator | |
| Bannerman et al. | Short single-frequency self-pulsing Brillouin-Raman distributed feedback fiber laser | |
| Wu et al. | All-fiber theta cavity multi-wavelength Tm-doped fiber laser based on a dual biconical taper filter | |
| Peng et al. | Switchable multi-wavelength actively Q-switched erbium-doped fiber laser based on nonlinear polarization rotation and Sagnac filter | |
| Antipov et al. | Low-threshold mode instability in few-mode Yb3+-doped fiber amplifiers: an overview of recent results | |
| Wu | Tapered silicon core fibres for optical parametric amplification and wavelength conversion in the telecom band | |
| Chen | Toward high energy ultrashort pulse all-fiber laser with normal dispersion thulium fiber | |
| Qiao | Brillouin Thulium Doped Fiber Laser at 1.9 μm and Bismuth Doped Fiber Laser at 1.7 μm | |
| Al-Janabi et al. | Switchable mode-locked ytterbium-doped fiber laser based on macrobending loss tuning of figure-eight knot fiber structure | |
| Rogers | Nonlinear optics and optical fibers | |
| Digonnet et al. | Single-mode fibre-optic components |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981006 |