JP2942831B1 - Ultrashort light pulse generator - Google Patents
Ultrashort light pulse generatorInfo
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Abstract
【要約】
【課題】 ファブリ・ペロー光共振器内に、共振器内の
光走行周期に同期して駆動される電気光学位相変調素子
を挿入したファブリ・ペロー形電気光学変調器または変
形ファブリ・ペロー形電気光学変調器と、レーザ光源と
を具える超短光パルス生成器において、出力光パルスの
幅を短くするために、電気光学位相変調素子の位相変調
指数を大きくしても不必要なサテライトパルスを抑止す
る。
【解決手段】 反射鏡１、２を対向配置したファブリ・
ペロー光共振器３内に、共振器内の光走行周期に同期し
て駆動される電気光学位相変調素子４を挿入したファブ
リ・ペロー形電気光学変調器６にレーザ光源１０からレ
ーザビームを入射させる超短光パルス生成器において、
電気光学位相変調素子４として、位相変調指数が空間的
に分布したものを用い、電圧印加時に通過する光ビーム
に対してはビーム断面内で空間的変調勾配が生じ、共振
器としては高損失になるようにして不必要なサテライト
パルスの出現を抑圧する。Kind Code: A1 A Fabry-Perot type electro-optic modulator or modified Fabry-Perot in which an electro-optic phase modulation element driven in synchronization with a light traveling cycle in a resonator is inserted in a Fabry-Perot optical resonator. In an ultrashort optical pulse generator that includes an electro-optic modulator and a laser light source, it is unnecessary to increase the phase modulation index of the electro-optic phase modulator to reduce the width of the output optical pulse. Suppress the pulse. SOLUTION: A Fabry in which reflecting mirrors 1 and 2 are arranged to face each other.
A laser beam from a laser light source 10 is made incident on a Fabry-Perot type electro-optic modulator 6 in which an electro-optic phase modulation element 4 driven in synchronization with a light traveling cycle in the Perot optical resonator 3 is inserted. In an ultrashort optical pulse generator,
An electro-optic phase modulation element 4 having a spatially distributed phase modulation index is used. A spatial modulation gradient is generated in a beam cross section for a light beam passing when a voltage is applied, and a high loss as a resonator is obtained. Thus, the appearance of unnecessary satellite pulses is suppressed.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ファブリ・ペロー
光共振器内に共振器内光走行時間に同期して駆動される
電気光学位相変調素子を挿入したファブリ・ペロー形電
気光学変調器または変形ファブリ・ペロー形電気光学変
調器と、このファブリ・ペロー形電気光学変調器または
変形ファブリ・ペロー形電気光学変調器にコヒーレント
な光ビームを入射させる光源とを具える超短光パルス生
成器に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Fabry-Perot type electro-optical modulator or a modified version of the Fabry-Perot optical resonator in which an electro-optical phase modulation element driven in synchronization with the optical transit time in the resonator is inserted. Ultra-short light pulse generator comprising a Fabry-Perot type electro-optic modulator and a light source for injecting a coherent light beam into the Fabry-Perot type electro-optic modulator or the modified Fabry-Perot type electro-optic modulator It is.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電気光学位相変調素子をファブリ・ペロ
ー光共振器内部に挿入し、光の走行周期に同期した駆動
周波数で位相変調を行なう同期光変調器はファブリ・ペ
ロー形電気光学変調器と呼ばれ、これにコヒーレントな
光ビーム、例えばレーザビームを入射させると、変調周
期に比べて著しく短い光パルスの列が出力されることに
なる。本発明者はこのようなファブリ・ペロー形電気光
学変調器を用いる超短光パルス生成器の開発を進めてき
た。2. Description of the Related Art A synchronous optical modulator which inserts an electro-optical phase modulation element inside a Fabry-Perot optical resonator and performs phase modulation at a driving frequency synchronized with a traveling cycle of light is a Fabry-Perot type electro-optical modulator. In this case, when a coherent light beam, for example, a laser beam is incident on this, a train of light pulses that is significantly shorter than the modulation period is output. The present inventor has been developing an ultrashort optical pulse generator using such a Fabry-Perot type electro-optic modulator.
【０００３】このようなファブリ・ペロー形電気光学変
調器の開発の途中で、ファブリ・ペロー形電気光学変調
器を用いる超短光パルス生成器の問題の一つである光利
用効率の低さを解決した超短光パルス生成器を提案して
おり、特公平６−５４８２０号公報（特許第１９０９３
２１号）に記載されている。本明細書においては、この
改良型のファブリ・ペロー形電気光学変調器を、変形フ
ァブリ・ペロー形電気光学変調器と称することにする。
上述したファブリ・ペロー形変調器および変形ファブリ
・ペロー形電気光学変調器と、レーザ光源との組み合わ
せは優れた超短光パルス生成器を提供するものである。
すなわち、このような超短光パルス生成器では、レーザ
光源外部でパルス生成を行なうためレーザ光源の種類を
問わずに適用でき、レーザ内部に手を加えずにピコ秒か
らサブピコ秒の幅を有する超短光パルスが得られるとい
う優れた利点があるものである。In the course of the development of such a Fabry-Perot type electro-optic modulator, low light utilization efficiency, which is one of the problems of an ultrashort optical pulse generator using a Fabry-Perot type electro-optic modulator, has been developed. An ultrashort optical pulse generator that has been solved is proposed in Japanese Patent Publication No. 6-54820 (Patent No. 19093).
No. 21). In this specification, this improved Fabry-Perot electro-optic modulator is referred to as a modified Fabry-Perot electro-optic modulator.
The combination of the Fabry-Perot modulator and the modified Fabry-Perot modulator described above with a laser light source provides an excellent ultrashort optical pulse generator.
In other words, such an ultrashort optical pulse generator can be applied to any type of laser light source for generating a pulse outside the laser light source, and has a width of picoseconds to subpicoseconds without modifying the inside of the laser. There is an excellent advantage that an ultrashort light pulse can be obtained.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述したファブリ・ペ
ロー形電気光学変調器および変形ファブリ・ペロー形電
気光学変調器と、レーザ光源とを組み合わせて構成され
る超短光パルス生成器によって生成される超短光パルス
の幅は、変調周波数をｆm とし、位相変調の変調深さを
表す変調指数をΔθとし、ファブリ・ペロー光共振器の
フィネスをＦとすると、 パルス幅≒1/(2Δθ・f m ・Ｆ） --- (1) となる。したがって、変調周波数、フィネスおよび変調
指数を高くすればするほど生成される光パルスの幅を短
くできることがわかる。これらのパラメータの中で、変
調指数については、πラジアン以上に大きくすると多く
の不所望なサテライトパルスが出現するため、余り高く
することはできず、原理的に上限が存在する。しかし、
技術的には変調指数は100 ラジアン以上とすることが可
能であるので、変調指数に課せられた上述した上限が取
り払われればパルス幅を一桁程度短縮することができ
る。An ultrashort optical pulse generator is formed by combining the above-mentioned Fabry-Perot type electro-optic modulator and modified Fabry-Perot type electro-optic modulator with a laser light source. The pulse width of the ultrashort light pulse is given by assuming that the modulation frequency is f m , the modulation index representing the modulation depth of the phase modulation is Δθ, and the finesse of the Fabry-Perot optical resonator is F, the pulse width ≒ 1 / (2Δθ · f m · F) --- (1) Therefore, it is understood that the higher the modulation frequency, finesse, and modulation index, the shorter the width of the generated optical pulse. Among these parameters, if the modulation index is increased to π radians or more, many undesired satellite pulses appear, so that the modulation index cannot be made too high, and there is an upper limit in principle. But,
Technically, the modulation index can be 100 radians or more, so that if the above-mentioned upper limit imposed on the modulation index is removed, the pulse width can be reduced by about one digit.
【０００５】したがって、本発明の目的は、ファブリ・
ペロー形電気光学変調器または変形ファブリ・ペロー形
電気光学変調器における変調指数の上限を取り払い、よ
り幅の短い光パルスの発生が可能な超短光パルス生成器
を提供しようとするものである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a Fabry
An object of the present invention is to provide an ultrashort light pulse generator capable of generating a light pulse having a shorter width by removing the upper limit of the modulation index in the Perot-type electro-optic modulator or the modified Fabry-Perot-type electro-optic modulator.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、ファブリ・ペ
ロー光共振器内に、共振器内の光走行周期に同期して駆
動される電気光学位相変調素子を挿入したファブリ・ペ
ロー形電気光学変調器または変形ファブリ・ペロー形電
気光学変調器と、このファブリ・ペロー形電気光学変調
器または変形ファブリ・ペロー形電気光学変調器へコヒ
ーレントな光ビームを入射させる光源とを具える超短光
パルス生成器において、前記電気光学位相変調素子とし
て、位相変調指数が空間的に分布した電気光学位相変調
素子を設け、電圧印加時に通過する光ビームに対しては
ビーム断面内で空間的変調勾配が生じ、共振器としては
高損失になるようにして不必要なサテライトパルスの出
現を抑圧するように構成したことを特徴とするものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a Fabry-Perot electro-optic in which an electro-optic phase modulation element driven in synchronization with a light traveling cycle in the resonator is inserted into a Fabry-Perot optical resonator. An ultrashort light pulse comprising a modulator or modified Fabry-Perot electro-optic modulator and a light source for injecting a coherent light beam into the Fabry-Perot or modified Fabry-Perot electro-optic modulator In the generator, an electro-optic phase modulation element having a phase modulation index spatially distributed is provided as the electro-optic phase modulation element, and a spatial modulation gradient is generated in a beam cross section for a light beam passing when a voltage is applied. The resonator is characterized in that it has a high loss and suppresses the appearance of unnecessary satellite pulses.
【０００７】このような本発明による超短光パルス生成
器においては、前記変調指数が空間的に分布した電気光
学位相変調素子として、印加電圧によって光ビームの形
状が変化するような電気光学位相変調素子を設けること
ができる。このような光ビームの形状が変化する電気光
学位相変調素子としては、後述する実施例で示すよう
に、レンズ、プリズム、回折格子、レンズ格子を形成し
た電気光学位相変調素子を用いることができる。In such an ultrashort optical pulse generator according to the present invention, the electro-optic phase modulation element in which the modulation index is spatially distributed is an electro-optic phase modulation device in which the shape of a light beam is changed by an applied voltage. An element can be provided. As such an electro-optic phase modulation element in which the shape of the light beam changes, an electro-optic phase modulation element formed with a lens, a prism, a diffraction grating, and a lens grating can be used, as will be described in Examples described later.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】図１は本発明による超短光パルス
生成器の第１の実施例の構成を示す線図である。本例の
超短光パルス生成器は、ファブリ・ペロー形電気光変調
器を用いるものである。すなわち、入射側の反射鏡１
と、これから光学的に距離Ｌだけ離れた位置にある出射
側の反射鏡２とを対向して配置して構成されるファブリ
・ペロー光共振器３を具えている。このファブリ・ペロ
ー光共振器３の内部に、位相変調の変調深さを表す変調
指数が空間的に分布する電気光学位相変調素子４を挿入
し、この電気光学位相変調素子を駆動する高周波駆動電
源５に接続してファブリ・ペロー形電気光変調器６を構
成する。このようなファブリ・ペロー形電気光変調器６
と、コヒーレントなレーザビームを放射するレーザ光源
１０とを具える超短光パルス生成器によれば、レーザ光
源１０から放射される連続的なレーザ光１１を入射側の
反射鏡１から入射させると、出射側の反射鏡２からパル
ス出力光１２が出力される。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a first embodiment of an ultrashort optical pulse generator according to the present invention. The ultrashort optical pulse generator of this example uses a Fabry-Perot type electro-optical modulator. That is, the reflecting mirror 1 on the incident side
And a Fabry-Perot optical resonator 3 constituted by arranging a light-exiting-side reflecting mirror 2 which is optically separated by a distance L therefrom. An electro-optical phase modulation element 4 in which a modulation index representing the modulation depth of phase modulation is spatially distributed is inserted into the Fabry-Perot optical resonator 3, and a high-frequency drive power supply for driving the electro-optical phase modulation element 5 to form a Fabry-Perot type electro-optic modulator 6. Such a Fabry-Perot type electro-optic modulator 6
According to the ultrashort light pulse generator including the laser light source 10 that emits a coherent laser beam, the continuous laser light 11 emitted from the laser light source 10 The pulse output light 12 is output from the reflecting mirror 2 on the emission side.
【０００９】本発明では、ファブリ・ペロー形電気光学
変調器または変形ファブリ・ペロー形電気光学変調器の
電気光学位相変調素子として、変調深さ、すなわち変調
指数が空間的に分布する電気光学位相変調素子４を用い
るが、先ずこの電気光学位相変調素子について説明す
る。この電気光学位相変調素子４の具体的な構成は種々
あるが、それ自体は既知である。図２Ａ〜２Ｄは、位相
変調指数が空間的に分布する電気光学位相変調素子４の
構成の数例を示すものである。電気光学結晶２１の一方
の表面に形成されている電極２２を斜線で示す。この電
気光学結晶２１の他方の表面全体には電極が形成されて
いる。これらの電極間に電圧を印加すると、電気光学効
果により印加電圧に比例して屈折率が変化し、入射光ビ
ーム２３が電気光学位相変調素子２１を透過すると、出
射光ビーム２４には位相変調がかかる。この位相変調の
かかり方は光ビームの断面内で異なり、光ビームは位相
変化のみならずビーム形状変化も受ける。According to the present invention, as an electro-optic phase modulation element of a Fabry-Perot type electro-optic modulator or a modified Fabry-Perot type electro-optic modulator, an electro-optic phase modulation in which a modulation depth, that is, a modulation index is spatially distributed. The element 4 is used. First, the electro-optic phase modulation element will be described. There are various specific configurations of the electro-optic phase modulation element 4, but they are known per se. 2A to 2D show several examples of the configuration of the electro-optic phase modulation element 4 in which the phase modulation index is spatially distributed. The electrode 22 formed on one surface of the electro-optic crystal 21 is shown by oblique lines. Electrodes are formed on the entire other surface of the electro-optic crystal 21. When a voltage is applied between these electrodes, the refractive index changes in proportion to the applied voltage due to the electro-optic effect, and when the incident light beam 23 passes through the electro-optic phase modulation element 21, the output light beam 24 undergoes phase modulation. Take it. The manner in which this phase modulation is performed differs within the cross section of the light beam, and the light beam undergoes not only a phase change but also a beam shape change.
【００１０】図２Ａに示す電気光学位相変調素子では電
気光学結晶２１にレンズが形成され、印加電圧に応じて
凸レンズまたは凹レンズと変化するので、光ビームは収
斂されたり発散したりする。図２Ｂでは、電気光学結晶
２１に台形プリズムが形成され、出射光ビームは３つに
分かれてその向きが偏向される。図２Ｃに示す例では電
気光学結晶２１に回折格子が形成され、図２Ｄでは電気
光学結晶２１にレンズ格子が形成され、いずれの場合で
は印加電圧に応じて光ビームが回折されたりされなかっ
たりし、位相変調も同時に起こる。In the electro-optic phase modulation device shown in FIG. 2A, since a lens is formed on the electro-optic crystal 21 and changes into a convex lens or a concave lens according to the applied voltage, the light beam converges or diverges. In FIG. 2B, a trapezoidal prism is formed on the electro-optic crystal 21, and the emitted light beam is divided into three and its direction is deflected. In the example shown in FIG. 2C, a diffraction grating is formed on the electro-optic crystal 21, and in FIG. 2D, a lens grating is formed on the electro-optic crystal 21, and in each case, the light beam may or may not be diffracted depending on the applied voltage. , Phase modulation also occurs at the same time.
【００１１】先ず、本発明による超短光パルス生成器を
説明する前に、従来のファブリ・ペロー形電気光学位相
変調器を用いて超短光パルスを生成する原理を説明す
る。図１に示したように、ファブリ・ペロー形電気光学
変調器は、２枚の高反射率を持つ反射鏡１および２を対
向して構成したファブリ・ペロー光共振器３の内部に、
印加電圧に比例して光学長が変化する電気光学位相変調
素子４を配置し、この電気光学位相変調素子を高周波駆
動電源５に接続したものである。このようなファブリ・
ペロー形電気光学変調器においては、印加電圧に応じて
ファブリ・ペロー光共振器の光学長が変化するので、一
種の掃引形ファブリ・ペロー干渉計と考えることができ
る。Before describing the ultrashort optical pulse generator according to the present invention, the principle of generating an ultrashort optical pulse using a conventional Fabry-Perot type electro-optic phase modulator will be described. As shown in FIG. 1, the Fabry-Perot type electro-optic modulator includes a Fabry-Perot optical resonator 3 in which two reflecting mirrors 1 and 2 having high reflectivity are opposed to each other.
An electro-optic phase modulation element 4 whose optical length changes in proportion to an applied voltage is arranged, and this electro-optic phase modulation element is connected to a high-frequency drive power supply 5. Such a Fabry
In the Perot-type electro-optic modulator, the optical length of the Fabry-Perot optical resonator changes according to the applied voltage, and thus can be considered as a kind of swept Fabry-Perot interferometer.
【００１２】このような掃引形ファブリ・ペロー干渉計
において、光学長を或る値にとどめておいた場合の光周
波数νに対する透過度Ｔを図３に示す。ファブリ・ペロ
ー干渉計内の片道の光学長が半波長の整数倍、すなわち
往復で波長の整数倍になる波長の光が共振し、この干渉
計をよく通過する。光学位相でいうと、干渉計内の片道
の光学位相変化がπの整数倍、すなわち往復で２πの整
数倍となる周波数または波長の光が共振し、この干渉計
を低損失で通過することになる。FIG. 3 shows the transmittance T with respect to the optical frequency ν when the optical length is kept at a certain value in such a swept Fabry-Perot interferometer. Light having a wavelength at which the one-way optical length in the Fabry-Perot interferometer is an integral multiple of half a wavelength, that is, an integral multiple of the wavelength in a round trip, resonates and passes through the interferometer well. In terms of optical phase, light with a frequency or wavelength at which a one-way optical phase change in the interferometer is an integral multiple of π, that is, an integral multiple of 2π in a round trip, resonates and passes through this interferometer with low loss. Become.
【００１３】次に、特定の周波数のＣＷ発振単色光を入
射させてファブリ・ペロー干渉計の光学長をゆっくりと
変化させた場合、すなわち印加電圧をゆっくりと変化さ
せた場合の透過度Ｔを図４に示す。この図４から、掃引
形ファブリ・ペロー干渉計の光学長あるいは光学位相を
少し変化させるだけで、光の透過度Ｔが大きく変化する
ことがわかる。ここで、光学位相をｑπを挟んで前後に
緩やかに正弦波状に変調してやると、光学位相が丁度ｑ
π近傍になる毎に鋭い光透過が得られ、図５に示すよう
な光パルスが得られることになる。しかし、この鋭い透
過ピークは干渉計内の光の多重干渉による共鳴によって
生じているので、光が干渉計内を十分に何回も往復する
位の時間を与えずに高速で光学位相を変化させると、共
振が起こらなくなり、透過ピークは消滅して、光パルス
が得られなくなる。鋭い周波数選択性のあるフィルタの
共振周波数を高速で掃引できず、共振周波数帯域の逆数
程度の速さがその掃引可能速度限界となることは良く知
られている。Next, the transmittance T when the optical length of the Fabry-Perot interferometer is slowly changed by injecting CW oscillation monochromatic light of a specific frequency, that is, when the applied voltage is slowly changed is shown. It is shown in FIG. From FIG. 4, it can be seen that a slight change in the optical length or optical phase of the swept Fabry-Perot interferometer greatly changes the light transmittance T. Here, if the optical phase is gently modulated in a sine wave shape before and after qπ, the optical phase becomes just q
A sharp light transmission is obtained each time the value approaches π, and a light pulse as shown in FIG. 5 is obtained. However, since this sharp transmission peak is caused by resonance due to multiple interference of light in the interferometer, the optical phase changes at high speed without giving enough time for the light to reciprocate many times in the interferometer. Then, resonance does not occur, the transmission peak disappears, and an optical pulse cannot be obtained. It is well known that the resonance frequency of a filter having a sharp frequency selectivity cannot be swept at high speed, and the speed at which the frequency can be swept is about the reciprocal of the resonance frequency band.
【００１４】掃引速度が上述した掃引可能速度限界を越
えられる唯一の例外は、掃引の周期を光共振器、すなわ
ちファブリ・ペロー干渉計内の光走行周期と同期させた
場合である。すなわち、変調周波数をｆm 、ファブリ・
ペロー干渉計（ファブリ・ペロー光共振器）の光学長を
Ｌとするとき、 ｆm ＝ｐ×ｃ／（２Ｌ）ただし、ｐは整数 ---(2) となる場合だけである。この場合には、干渉計内を往復
する光は光学長が高速に時間的に変調されているにも拘
らず、いつも一定の光学長となっているように感じるの
で、一見、準静的な場合と同様に振る舞う。その結果、
図５に示すような光透過の時間変化が得られる。この場
合の透過波形はパルス的であり、その透過幅（半値全
幅）τは上述した(1) 式でも示したように、 τ≒１／（２Δθ・ｆm ・Ｆ） ---(3) となる。この(3) 式から明らかなように、フィネスＦが
大きいほど（共振器のＱが高いほど）、変調周波数ｆm
が高いほど、また変調振幅（変調指数）Δθが大きいほ
どパルス幅τは短くなることがわかる。The only exception that allows the sweep speed to exceed the sweepable speed limit described above is when the period of the sweep is synchronized with the optical transit period in the optical resonator, ie, Fabry-Perot interferometer. That is, the modulation frequency is f m ,
When Perot interferometer optical length (the Fabry-Perot optical resonator) and L, f m = p × c / (2L) Here, p is the only case where an integer --- (2). In this case, the light that reciprocates in the interferometer always seems to have a constant optical length despite the optical length being temporally modulated at high speed. Behave as if. as a result,
The time change of light transmission as shown in FIG. 5 is obtained. Transmission waveform in this case is pulsed, the transmission width (full width at half maximum) tau has been described above (1) as shown in formula, τ ≒ 1 / (2Δθ · f m · F) --- (3) Becomes The (3) As apparent from the equation, the more finesse F is larger (higher Q resonators), the modulation frequency f m
It can be seen that the pulse width τ becomes shorter as the modulation amplitude (modulation index) Δθ becomes larger.
【００１５】しかし、変調振幅がπラジアンを越える
と、図６に示すように中央のパルスの幅は狭くなるもの
の幅の広い次の透過ピークであるサテライトパルスも出
現し、出力光パルス波形は乱れることが分かる。この図
６は、ファブリ・ペロー電気光学変調器において、単色
光を入射させたときに位相変調の振幅、すなわち変調指
数がπラジアンを越えた場合の透過度の変化を表すもの
である。本発明においては、このような不必要なサテラ
イトパルスの出現を抑止するために、位相変調指数Δθ
がπラジアンを越えるようになると、ファブリ・ペロー
光共振器の損失が大きくなるようにしたものである。However, when the modulation amplitude exceeds π radian, as shown in FIG. 6, although the width of the central pulse is reduced, a satellite pulse, which is the next wider transmission peak, also appears, and the output light pulse waveform is disturbed. You can see that. FIG. 6 shows the change in transmittance when the amplitude of phase modulation, that is, the modulation index exceeds π radian, when monochromatic light is incident on the Fabry-Perot electro-optic modulator. In the present invention, in order to suppress the appearance of such unnecessary satellite pulses, the phase modulation index Δθ
Is larger than π radian, the loss of the Fabry-Perot optical resonator is increased.
【００１６】図６において、光学バイアスをθ0 ＝ｑπ
と設定した場合、所望の透過ピークはθ(t) ＝ｑπのと
ころであり、これは誘導位相が０のところ、つまり印加
電圧が０のところである。また、θ(t) ＝ｐπ（ｐ，ｑ
はともに整数で、ｐ≠ｑ）の透過ピークは不要なサテラ
イトパルスを発生する部分である。ここで、従来の超短
光パルス生成器における電気光学位相変調素子の代わり
に、上述したように変調指数が空間的に分布した電気光
学位相変調素子を用いた場合には、印加電圧が０のとき
には屈折率変化が生じないので、変調素子は単なる誘導
体平板である。この状態で入射光ビームがファブリ・ペ
ロー光共振器の共振ビームに整合していれば、共振は非
常にうまく起こる。In FIG. 6, the optical bias is θ 0 = qπ
, The desired transmission peak is at θ (t) = qπ, which is where the induced phase is zero, ie, where the applied voltage is zero. Θ (t) = pπ (p, q
Are integers, and the transmission peak of p ≠ q) is a portion that generates an unnecessary satellite pulse. Here, when the electro-optic phase modulation element in which the modulation index is spatially distributed as described above is used instead of the electro-optic phase modulation element in the conventional ultrashort optical pulse generator, the applied voltage is 0. Sometimes the refractive index does not change, so the modulator is simply a dielectric plate. In this state, if the incident light beam is matched to the resonance beam of the Fabry-Perot optical resonator, resonance occurs very well.
【００１７】一方、電圧が印加されて光ビームの中央部
がπの位相変化を受けると、θ(t)＝（ｑ±１）πとな
り、中央部の幾何学的な光線はこの共振器に共振する
が、変調器内の屈折率変化はビーム断面内で空間的に一
様でなく、レンズやプリズムや回折格子が等価的に構成
されるようになり、光ビームが広げられたり、絞られた
り、曲げられたり、回折されたりしてファブリ・ペロー
光共振器にうまく整合しなくなる。その結果として、不
所望な共振ピーク、すなわちサテライトパルスが消滅し
たり、あるいは非常に低くなる。θ(t) ＝（ｑ±ｎ）π
（ｎ＞２）ではさらにその効果が大きくなる。図７はこ
の様子を示したものであり、不必要なサテライトパルス
が著しく抑圧されていることがわかる。本発明ではこの
ような構成を採ることによって、位相変調の振幅（すな
わち位相変調指数）Δθを従来に比べてより一層大きく
することができ、電気光学位相変調素子４や変調用駆動
電源５が許せる範囲内でいくらでもΔθを大きくとるこ
とができる。このように位相変調指数に課せられた上限
が取り払われるので、出力パルス幅を１桁程度短縮する
ことができる。On the other hand, when the voltage is applied and the central portion of the light beam undergoes a phase change of π, θ (t) = (q ± 1) π, and the geometrical ray at the central portion is applied to this resonator. Resonance occurs, but the refractive index change in the modulator is not spatially uniform in the beam cross section, and lenses, prisms and diffraction gratings are equivalently configured, and the light beam is expanded or narrowed. They may be bent, bent, or diffracted and will not be well matched to the Fabry-Perot optical cavity. As a result, unwanted resonance peaks, ie, satellite pulses, disappear or become very low. θ (t) = (q ± n) π
In the case of (n> 2), the effect is further increased. FIG. 7 shows this state, and it can be seen that unnecessary satellite pulses are significantly suppressed. In the present invention, by adopting such a configuration, the amplitude of phase modulation (that is, the phase modulation index) Δθ can be further increased as compared with the related art, and the electro-optic phase modulation element 4 and the driving power supply 5 for modulation can be permitted. Δθ can be increased as much as possible within the range. Since the upper limit imposed on the phase modulation index is removed, the output pulse width can be reduced by about one digit.
【００１８】本発明による超短光パルス生成器の数値例
を示すと、反射鏡１および２として反射率をそれぞれ9
6.0% とし、電気光学位相変調素子４の挿入損失を片道
換算で2.0%とすると、フィネスＦは51.5となる。変調周
波数を10GHz として従来の超短光パルス生成器において
変調指数Δθ=0.8πラジアンの場合、出力光のパルス幅
は344 フェムト秒であったが、本発明による超短光パル
ス生成器の場合には、変調指数Δθ＝30ラジアンとする
と、出力光パルス幅は32フェムト秒となり、従来に比べ
１１分の１と著しく短くすることができる。このように
パルス幅の短い超短光パルスは、従来は色素レーザやチ
タンサファイアレーザなどのごく限られたレーザのモー
ド同期によってのみ得られていたが、本発明によればレ
ーザ光源外部で超短光パルスの生成を行なうので、どの
レーザ光源にも適用でき、その実用的な効果はきわめて
高いものである。A numerical example of the ultrashort optical pulse generator according to the present invention will be described.
If the insertion loss of the electro-optic phase modulation element 4 is set to 2.0% in one way conversion, the finesse F becomes 51.5. When the modulation frequency is 10 GHz and the modulation index is Δθ = 0.8π radian in the conventional ultrashort optical pulse generator, the pulse width of the output light is 344 femtoseconds. Assuming that the modulation index Δθ = 30 radians, the output light pulse width is 32 femtoseconds, which can be significantly shortened to 1/11 of the conventional value. Conventionally, an ultrashort light pulse having a short pulse width has been obtained only by mode locking of a very limited laser such as a dye laser or a titanium sapphire laser. Since the optical pulse is generated, it can be applied to any laser light source, and its practical effect is extremely high.
【００１９】図８は、本発明による超短光パルス生成器
の他の実施例の構成を示す線図であり、図１に示した実
施例と対応する部分には同じ符号を付けて示し、その詳
細な説明は省略する。図１に示した第１の実施例におい
ては、ファブリ・ペロー形電気光学変調器６を具えるも
のとしたが、本例では変形ファブリ・ペロー形電気光学
変調器６１を用いるものである。この変形ファブリ・ペ
ロー形電気光学変調器６１は、図１に示した通常のファ
ブリ・ペロー形電気光学変調器６の入射側の反射鏡１を
２枚の反射鏡１ａおよび１ｂより成るファブリ・ペロー
干渉フィルタ３２で置き換えたものである。ただし、こ
のファブリ・ペロー干渉フィルタ３２の通過周波数は入
射光ビームの周波数に一致させている。FIG. 8 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the ultrashort optical pulse generator according to the present invention, in which parts corresponding to those of the embodiment shown in FIG. Detailed description is omitted. In the first embodiment shown in FIG. 1, the Fabry-Perot type electro-optical modulator 6 is provided, but in this embodiment, a modified Fabry-Perot type electro-optical modulator 61 is used. The modified Fabry-Perot type electro-optic modulator 61 is different from the normal Fabry-Perot type electro-optic modulator 6 shown in FIG. 1 in that the reflecting mirror 1 on the incident side is made up of two Fabry-Perot mirrors 1a and 1b. It is replaced with an interference filter 32. However, the pass frequency of the Fabry-Perot interference filter 32 is made to match the frequency of the incident light beam.
【００２０】このような変形ファブリ・ペロー電気光学
変調器６１は、上述したように本発明者の出願に係る特
公平６−５４８２０号公報に記載されているものであ
り、上述した第１の実施例に示すファブリ・ペロー形電
気光学変調器６と同様に動作するものである。すなわ
ち、第２および第３の反射鏡１ａおよび２の間に、上述
した第１の実施例と同様に、変調指数が空間的に分布す
る電気光学位相変調素子４を配置することにより、変調
指数を大きくしても出力光に不所望なパルスが発生する
ことなく、きわめて幅の短い超短光パルスを得ることが
できる。Such a modified Fabry-Perot electro-optic modulator 61 is described in Japanese Patent Publication No. 6-54820 filed by the inventor of the present invention as described above. It operates similarly to the Fabry-Perot type electro-optic modulator 6 shown in the example. That is, similarly to the above-described first embodiment, the electro-optic phase modulation element 4 in which the modulation index is spatially distributed is disposed between the second and third reflecting mirrors 1a and 2 to thereby obtain the modulation index. Even if is increased, an extremely short ultrashort light pulse can be obtained without generating an undesired pulse in the output light.
【００２１】本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば、図
２に示した電気光学位相変調素子では、電気光学結晶の
一方の表面に所定の形状の電極を設けた例を示したが、
電極は表面全体に設け、斜線を付けて示した部分の電気
光学結晶の光学軸の向きと、その他の部分の光学軸の向
きが逆になるように構成することもできる。The present invention is not limited to the above-described embodiment, and many modifications and variations are possible. For example, in the electro-optic phase modulation device shown in FIG. 2, an example is shown in which an electrode of a predetermined shape is provided on one surface of the electro-optic crystal.
The electrodes may be provided on the entire surface so that the direction of the optical axis of the electro-optic crystal in the hatched portion is opposite to the direction of the optical axis in the other portions.
【００２２】[0022]
【発明の効果】上述したように、本発明による超短光パ
ルス生成器によれば、ファブリ・ペロー形電気光学変調
器または変形ファブリ・ペロー形電気光学変調器を構成
する電気光学位相変調素子として、駆動電圧を印加した
ときには、通過する光ビームに対してはビーム断面内で
空間的な変調勾配が生じ、その結果として共振器として
は高損失となるように変調深さ、すなわち変調指数が空
間的に分布した電気光学位相変調素子を用いることによ
り、変調指数を大きくしても不必要なサテライトパルス
の出現を抑圧しながら、パルス幅のきわめて短い超短光
パルスを出力することができる。このような超短光パル
スは、光通信や光計測、光記録などの光エレクトロニク
ス全般に利用することができ、それぞれの用途におい
て、幅の短い超短光パルスを有利に利用することができ
る。As described above, according to the ultrashort optical pulse generator of the present invention, the electro-optical phase modulation element constituting the Fabry-Perot type electro-optic modulator or the modified Fabry-Perot type electro-optical modulator can be used. When a driving voltage is applied, a spatial modulation gradient is generated in the beam cross section for the light beam passing therethrough, and as a result, the modulation depth, that is, the modulation index is set so that the resonator has high loss. By using the electro-optical phase modulation elements distributed in a spatial manner, it is possible to output an ultrashort optical pulse having a very short pulse width while suppressing unnecessary satellite pulses from appearing even if the modulation index is increased. Such an ultrashort light pulse can be used in all optoelectronics such as optical communication, optical measurement, and optical recording, and in each application, an ultrashort light pulse having a short width can be advantageously used.
【図１】図１は、ファブリ・ペロー形電気光学変調器を
用いる本発明による超短光パルス生成器の一実施例の構
成を示す線図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of an ultrashort optical pulse generator according to the present invention using a Fabry-Perot type electro-optic modulator.
【図２】図２Ａ〜２Ｄは、同じくその電気光学位相変調
素子の構成の数例を示す線図である。FIGS. 2A to 2D are diagrams showing several examples of the configuration of the electro-optic phase modulation device.
【図３】図３は、ファブリ・ペロー光干渉計の光周波数
に対する透過特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a transmission characteristic with respect to an optical frequency of a Fabry-Perot optical interferometer.
【図４】図４は、掃引形ファブリ・ペロー光干渉計の光
学長の静的変化に対する透過度の変化を示すグラフであ
る。FIG. 4 is a graph showing a change in transmittance with respect to a static change in the optical length of a swept Fabry-Perot optical interferometer.
【図５】図５は、掃引形ファブリ・ペロー光干渉計の光
学長の準静的変化に対する透過度の変化を示すグラフで
ある。FIG. 5 is a graph showing a change in transmittance with respect to a quasi-static change in the optical length of a swept Fabry-Perot optical interferometer.
【図６】図６は、従来のファブリ・ペロー形電気光学変
調器で変調指数がπを越えた場合の透過度の変化を示す
グラフである。FIG. 6 is a graph showing a change in transmittance when a modulation index exceeds π in a conventional Fabry-Perot type electro-optic modulator.
【図７】図７は、本発明による超短光パルス生成器のフ
ァブリ・ペロー形電気光学変調器で変調指数がπを越え
た場合の透過度の変化を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a change in transmittance when a modulation index exceeds π in the Fabry-Perot type electro-optic modulator of the ultrashort optical pulse generator according to the present invention.
【図８】図８は、変形ファブリ・ペロー形電気光学変調
器を用いる本発明による超短光パルス生成器の一実施例
の構成を示す線図である。FIG. 8 is a diagram showing the configuration of an embodiment of an ultrashort optical pulse generator according to the present invention using a modified Fabry-Perot type electro-optic modulator.
１ 入射側反射鏡、 ２ 出射側反射鏡、 ３ ファブ
リ・ペロー光共振器、４ 電気光学位相変調素子、 ５
駆動電源、 ６ ファブリ・ペロー形電気光学変調
器、 １０ レーザ光源、 １１ レーザビーム、 １
２ 出力光パルス、 ２１ 電気光学結晶、 ２２ 電
極、 ２３ 入射レーザビーム、 ２４出射レーザビー
ム、 ６１ 変形ファブリ・ペロー形電気光学変調器、
１ａ，１ｂ 反射鏡、 ３２ ファブリ・ペロー干渉
フィルタREFERENCE SIGNS LIST 1 entrance-side reflector, 2 exit-side reflector, 3 Fabry-Perot optical resonator, 4 electro-optic phase modulator, 5
Drive power supply, 6 Fabry-Perot electro-optic modulator, 10 laser light source, 11 laser beam, 1
2 output light pulse, 21 electro-optic crystal, 22 electrode, 23 incident laser beam, 24 emission laser beam, 61 modified Fabry-Perot type electro-optic modulator,
1a, 1b reflector, 32 Fabry-Perot interference filter
Claims (3)
内の光走行周期に同期して駆動される電気光学位相変調
素子を挿入したファブリ・ペロー形電気光学変調器また
は変形ファブリ・ペロー形電気光学変調器と、このファ
ブリ・ペロー形電気光学変調器または変形ファブリ・ペ
ロー形電気光学変調器へコヒーレントな光ビームを入射
させる光源とを具える超短光パルス生成器において、前
記電気光学位相変調素子として、位相変調指数が空間的
に分布した電気光学位相変調素子を設け、電圧印加時に
通過する光ビームに対してはビーム断面内で空間的変調
勾配が生じ、共振器としては高損失になるようにして不
必要なサテライトパルスの出現を抑圧するように構成し
たことを特徴とする超短光パルス生成器。1. A Fabry-Perot type electro-optic modulator or a modified Fabry-Perot type optical modulator in which an electro-optic phase modulation element driven in synchronization with a light traveling cycle in a resonator is inserted into a Fabry-Perot optical resonator. An ultrashort light pulse generator comprising an electro-optic modulator and a light source for injecting a coherent light beam into the Fabry-Perot or modified Fabry-Perot electro-optic modulator. An electro-optic phase modulation element in which the phase modulation index is spatially distributed is provided as a modulation element, and a spatial modulation gradient occurs in the beam cross section for the light beam passing when voltage is applied, resulting in a high loss as a resonator. An ultrashort optical pulse generator characterized in that it is configured to suppress the appearance of unnecessary satellite pulses.
学位相変調素子として、印加電圧によって光ビームの形
状が変化するような電気光学位相変調素子を設けた請求
項１に記載の超短光パルス生成器。2. The ultra-short light according to claim 1, wherein the electro-optic phase modulation element in which the modulation index is spatially distributed includes an electro-optic phase modulation element whose light beam shape is changed by an applied voltage. Pulse generator.
学位相変調素子として、レンズ、プリズム、回折格子、
レンズ格子を形成した電気光学位相変調素子を設けた請
求項２に記載の超短光パルス生成器。3. An electro-optic phase modulation element in which the modulation index is spatially distributed, wherein the electro-optic phase modulation element includes a lens, a prism, a diffraction grating,
3. The ultrashort optical pulse generator according to claim 2, further comprising an electro-optic phase modulation device having a lens grating.
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|---|---|---|---|
| JP25829398A JP2942831B1 (en) | 1998-09-11 | 1998-09-11 | Ultrashort light pulse generator |
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Publications (2)
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|---|---|
| JP2942831B1 true JP2942831B1 (en) | 1999-08-30 |
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