JP3451312B2 - 光パルス発生方法およびその装置 - Google Patents
光パルス発生方法およびその装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光通信における
パルス信号を発生する光パルス発生方法およびその装置
に関しており、特に均質な光パルスを発生する能動モー
ド同期型レーザーを用いた光パルス発生方法およびその
装置に関している。
パルス信号を発生する光パルス発生方法およびその装置
に関しており、特に均質な光パルスを発生する能動モー
ド同期型レーザーを用いた光パルス発生方法およびその
装置に関している。
【０００２】
【従来の技術】光通信における伝送情報量の増加の方法
のひとつとして、ミリ波によって変調された光を発生す
る方法が求められており、その一つとしてモードロック
レーザを用いる方法が注目されている。なかでも，レー
ザ共振器中に光変調器とアイソレータとファブリーペロ
ーエタロンとを設置して光パルスを発生する方法は、位
相変調周波数ｆｍよりＫｍ倍高次の周波数ｆｐ（ｆｐ＝
Ｋｍ＊ｆｍ）のミリ波を容易に発生できることができる
ため、有望な構成とされている。また、リングレーザー
発振器中に、位相変調器とアイソレータとファブリーペ
ローエタロン（ＰＭ−Ｉ−ＦＰ）とを設置して光パルス
を発生する方法では、上記の方法に比べて２倍周波数の
パルス波を発生させる可能性が、アベディンらによって
最近示され、報告(Abedin, Onodera, Hyodo,”Higher O
rder FM Mode Locking for Pulse-Repetition-Rate Enh
ancement in Actively Mode-Locking Lasers: Theory a
nd Experiment,” IEEE Journal of Quantum Electroni
cs, VOL. 35. NO. 6. JUNE 1999)に記載されている。
のひとつとして、ミリ波によって変調された光を発生す
る方法が求められており、その一つとしてモードロック
レーザを用いる方法が注目されている。なかでも，レー
ザ共振器中に光変調器とアイソレータとファブリーペロ
ーエタロンとを設置して光パルスを発生する方法は、位
相変調周波数ｆｍよりＫｍ倍高次の周波数ｆｐ（ｆｐ＝
Ｋｍ＊ｆｍ）のミリ波を容易に発生できることができる
ため、有望な構成とされている。また、リングレーザー
発振器中に、位相変調器とアイソレータとファブリーペ
ローエタロン（ＰＭ−Ｉ−ＦＰ）とを設置して光パルス
を発生する方法では、上記の方法に比べて２倍周波数の
パルス波を発生させる可能性が、アベディンらによって
最近示され、報告(Abedin, Onodera, Hyodo,”Higher O
rder FM Mode Locking for Pulse-Repetition-Rate Enh
ancement in Actively Mode-Locking Lasers: Theory a
nd Experiment,” IEEE Journal of Quantum Electroni
cs, VOL. 35. NO. 6. JUNE 1999)に記載されている。
【０００３】本発明は、上記の、リングレーザー発振器
中に、位相変調器とアイソレータとファブリーペローエ
タロン（ＰＭ−Ｉ−ＦＰ）とを設置して光パルスを発生
する方法に類しているが、従来の構成では、均質なパル
ス波は得られなかったのに対し、本発明の構成では均質
パルスを発生できる点が異なっている。
中に、位相変調器とアイソレータとファブリーペローエ
タロン（ＰＭ−Ｉ−ＦＰ）とを設置して光パルスを発生
する方法に類しているが、従来の構成では、均質なパル
ス波は得られなかったのに対し、本発明の構成では均質
パルスを発生できる点が異なっている。
【０００４】従来のリングレーザー発振器中に、位相変
調器とアイソレータとファブリーペローエタロン（ＰＭ
−Ｉ−ＦＰ）とを設置して光パルスを発生する装置の構
成を図４に示して説明する。図４は，光増幅器１を持っ
たリングレーザ２００中に位相変調器３とアイソレータ
４とファブリーペローエタロン５（これらを総称して、
以下ＰＭ−Ｉ−ＦＰ系と記す）を挿入した構成になって
いて、光パルスは光増幅器１⇒結合器６⇒ＰＭ−Ｉ−Ｆ
Ｐ系⇒光増幅器１の方向に巡回し、結合器６から周期的
な光パルス列が出てくる構成を示している。
調器とアイソレータとファブリーペローエタロン（ＰＭ
−Ｉ−ＦＰ）とを設置して光パルスを発生する装置の構
成を図４に示して説明する。図４は，光増幅器１を持っ
たリングレーザ２００中に位相変調器３とアイソレータ
４とファブリーペローエタロン５（これらを総称して、
以下ＰＭ−Ｉ−ＦＰ系と記す）を挿入した構成になって
いて、光パルスは光増幅器１⇒結合器６⇒ＰＭ−Ｉ−Ｆ
Ｐ系⇒光増幅器１の方向に巡回し、結合器６から周期的
な光パルス列が出てくる構成を示している。
【０００５】一般に、ωｐ＝２π＊ｆｐとし、時刻をｔ
とするとき、ωｐ＊ｔ＝０π、２π、．．．とπの偶数
倍のときＰＭ−Ｉ−ＦＰをパルスが通過する０（ゼロ）
−状態とωｐ＊ｔ＝π、３π、．．．とπの奇数倍のと
きＰＭ−Ｉ−ＦＰをパルスが通過するπ（パイ）−状態
があることが報告されている。変調指数が低い場合に
は、モード同期レーザでは０−状態またはπ−状態のい
ずれかの状態で動作し、変調指数が高くなるに従って、
これらの状態は共存することも可能であり、変調指数が
低い場合の２倍のパルスが発生する様にすることができ
る。
とするとき、ωｐ＊ｔ＝０π、２π、．．．とπの偶数
倍のときＰＭ−Ｉ−ＦＰをパルスが通過する０（ゼロ）
−状態とωｐ＊ｔ＝π、３π、．．．とπの奇数倍のと
きＰＭ−Ｉ−ＦＰをパルスが通過するπ（パイ）−状態
があることが報告されている。変調指数が低い場合に
は、モード同期レーザでは０−状態またはπ−状態のい
ずれかの状態で動作し、変調指数が高くなるに従って、
これらの状態は共存することも可能であり、変調指数が
低い場合の２倍のパルスが発生する様にすることができ
る。
【０００６】また、特に、Ｋｍが偶数で高い変調指数の
場合、上記の０−状態とπ−状態とが共存するモードで
は、それぞれの状態に対するＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過特
性が異なり、このため光パルスの形状が周期的に変化す
ることが、上記の文献に報告されている。
場合、上記の０−状態とπ−状態とが共存するモードで
は、それぞれの状態に対するＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過特
性が異なり、このため光パルスの形状が周期的に変化す
ることが、上記の文献に報告されている。
【０００７】また、特にＫｍが奇数の場合は、ＰＭ−Ｉ
−ＦＰを光が通過する際に、時間と共に周期的に変化す
る位相の変化が生じる。このため、０−状態とπ−状態
とはそれぞれ実現できるが、共存できなくなり、変調周
波数のＫｍ倍のパルスが発生する。
−ＦＰを光が通過する際に、時間と共に周期的に変化す
る位相の変化が生じる。このため、０−状態とπ−状態
とはそれぞれ実現できるが、共存できなくなり、変調周
波数のＫｍ倍のパルスが発生する。
【０００８】以下では、これらの件について詳しく説明
する。一般に、位相変調器の透過率作用素Ｍは、変調指
数Δを変数とするベッセル関数Ｊｎを用いて、次式で与
えられることが知られている。
する。一般に、位相変調器の透過率作用素Ｍは、変調指
数Δを変数とするベッセル関数Ｊｎを用いて、次式で与
えられることが知られている。
【数１】
ファブリーペローエタロンでは、この高次成分を選択的
に透過させるので、Ｋをその次数として、その一次成分
の角周波数を、ωｐ＝Ｋωｍ、とすると、位相変調器と
ファブリーペローエタロンとからなる構成の透過率作用
素Ｍｃｏｍは、次式で与えられる。
に透過させるので、Ｋをその次数として、その一次成分
の角周波数を、ωｐ＝Ｋωｍ、とすると、位相変調器と
ファブリーペローエタロンとからなる構成の透過率作用
素Ｍｃｏｍは、次式で与えられる。
【数２】
数２において、Ｋが偶数のときには、数２は実数になる
ので、位相は変化せずに振幅のみが変調され、また、Ｋ
が奇数のときには、数２は複素数になり、位相も振幅も
変調されることがわかる。
ので、位相は変化せずに振幅のみが変調され、また、Ｋ
が奇数のときには、数２は複素数になり、位相も振幅も
変調されることがわかる。
【０００９】特にＫ＝２の場合に、数値解析した結果を
図５に示す様に、数２は、変調指数Δが小さい場合に
は、ωｐｔ＝π、および３πで、ピークを示し、正弦波
的に振動する特性（π−状態）を持つが、変調指数Δが
大きくなるに従って、ωｐｔ＝０、２π、で、新たなピ
ーク（０−状態）を示すことが分かる。このように変調
指数Δが大きい場合には、π―状態の２倍の周波数で振
動し、従って、位相変調周波数ｆｍの２Ｋ倍のパルスが
発生するする事がわかる。
図５に示す様に、数２は、変調指数Δが小さい場合に
は、ωｐｔ＝π、および３πで、ピークを示し、正弦波
的に振動する特性（π−状態）を持つが、変調指数Δが
大きくなるに従って、ωｐｔ＝０、２π、で、新たなピ
ーク（０−状態）を示すことが分かる。このように変調
指数Δが大きい場合には、π―状態の２倍の周波数で振
動し、従って、位相変調周波数ｆｍの２Ｋ倍のパルスが
発生するする事がわかる。
【００１０】また、Ｋ＝３の場合には、図６に示す様
に、変調指数の違いによって、ピーク位置が異なること
は起きておらず、ωｐｔ＝０、２π、および４πでピー
クを持ち（０−状態）、また、ωｐｔ＝π、３π、およ
び５πでもピークを持つ（０−状態）、ことが分かる。
しかしこれらの光は、図７に示される様に異なる位相変
調を受ける。ここで、光が光導波路を一周する時間に受
ける位相変調器による位相の変化量（０−状態の場合は
θ０、π―状態についてはθπとする）と、位相変調器
以外から受ける位相の変化量（θ１）との和は、レーザ
ー発振が起こるためには、概略ゼロないし２πの整数倍
でなければならない。一般に、θ０は、θπの逆符号に
なり等しくならないため、特別な場合を除いて、０−状
態とπ―状態とが同時にレーザー発振の条件を満たすこ
とは起こらない。このため、特別な場合を除いては、こ
れらの２組の状態が同時に出現することは無い。したが
って、この場合も、位相変調周波数ｆｍのＫ倍のパルス
が発生することが分かる。
に、変調指数の違いによって、ピーク位置が異なること
は起きておらず、ωｐｔ＝０、２π、および４πでピー
クを持ち（０−状態）、また、ωｐｔ＝π、３π、およ
び５πでもピークを持つ（０−状態）、ことが分かる。
しかしこれらの光は、図７に示される様に異なる位相変
調を受ける。ここで、光が光導波路を一周する時間に受
ける位相変調器による位相の変化量（０−状態の場合は
θ０、π―状態についてはθπとする）と、位相変調器
以外から受ける位相の変化量（θ１）との和は、レーザ
ー発振が起こるためには、概略ゼロないし２πの整数倍
でなければならない。一般に、θ０は、θπの逆符号に
なり等しくならないため、特別な場合を除いて、０−状
態とπ―状態とが同時にレーザー発振の条件を満たすこ
とは起こらない。このため、特別な場合を除いては、こ
れらの２組の状態が同時に出現することは無い。したが
って、この場合も、位相変調周波数ｆｍのＫ倍のパルス
が発生することが分かる。
【００１１】また、Ｋ＝４の場合は、図８に示す様に、
変調指数Δが小さい場合には、ωｐｔ＝０、２π、４
π、および６πで、ピークを示し（０−状態）、変調指
数Δが大きくなるに従って、ωｐｔ＝π、３π、５π、
および７πで新たなピークを示す（π−状態）。したが
ってこの場合は、大きな変調指数で、位相変調周波数ｆ
ｍの２Ｋ倍のパルスが発生する可能性があるが、均一な
波形では無い事がわかる。
変調指数Δが小さい場合には、ωｐｔ＝０、２π、４
π、および６πで、ピークを示し（０−状態）、変調指
数Δが大きくなるに従って、ωｐｔ＝π、３π、５π、
および７πで新たなピークを示す（π−状態）。したが
ってこの場合は、大きな変調指数で、位相変調周波数ｆ
ｍの２Ｋ倍のパルスが発生する可能性があるが、均一な
波形では無い事がわかる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の光パルス発生方
法およびその装置では、位相変調周波数ｆｍを高くした
り、変調指数Δを増加させて高次の周波数成分を用いて
単位時間に発生するパルス数を増大しているが、位相変
調器の物理的制限により位相変調周波数ｆｍや変調指数
Δを増加させることには限界がある。また、Ｋが偶数の
場合は、変調指数を大きく取ることによって単位時間に
発生するパルス数は位相変調周波数ｆｍの２Ｋ倍になる
が、振幅について均一なパルス波形は得られない。ま
た、Ｋが奇数の場合は、振幅について均一なパルス波形
が得られるが、単位時間に発生するパルス数は位相変調
周波数ｆｍの２Ｋ倍にならない。
法およびその装置では、位相変調周波数ｆｍを高くした
り、変調指数Δを増加させて高次の周波数成分を用いて
単位時間に発生するパルス数を増大しているが、位相変
調器の物理的制限により位相変調周波数ｆｍや変調指数
Δを増加させることには限界がある。また、Ｋが偶数の
場合は、変調指数を大きく取ることによって単位時間に
発生するパルス数は位相変調周波数ｆｍの２Ｋ倍になる
が、振幅について均一なパルス波形は得られない。ま
た、Ｋが奇数の場合は、振幅について均一なパルス波形
が得られるが、単位時間に発生するパルス数は位相変調
周波数ｆｍの２Ｋ倍にならない。
【００１３】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
単位時間に発生するパルス数が多く、かつ均一な波形の
パルスを発生する光パルス発生方法およびその装置を提
供することを目的とする。
単位時間に発生するパルス数が多く、かつ均一な波形の
パルスを発生する光パルス発生方法およびその装置を提
供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、光パルス発生方法に関し
ており、リング状の光路を持った能動モード同期型レー
ザーを用いてパルス列を発生させる際に、その光路上の
第１の変調手段により光を位相変調しその光路上の第１
の選択手段により変調信号の高調波成分を選択的に通過
させる手続と、その光路上にあって、第1の変調手段と
同じ変調指数と同じ変調周波数をもつ第２の変調手段に
より光を位相変調し、その光路上の第２の選択手段によ
り上記の第１の選択手段による高調波成分と同じ周波数
の高調波成分を選択的に通過させる手続と、を実質的に
連続して行ない、第1の変調手段の変調信号と第２の変
調手段の変調信号とは、上記のそれぞれの位相変調はゼ
ロ状態の光とパイ状態の光との合成透過率の脈動のそれ
ぞれのピーク値が等しくなるようにするために、第1の
変調手段から第２の変調手段（あるいは、第２の変調手
段から第１の変調手段）まで光パルスが伝搬するのに要
する時間をΔｔとし、第２の選択手段（あるいは、第１
の選択手段）の自由スペクトル間隔ｆｐに対する角周波
数をωｐ（＝２πｆｐ）とし、変調信号の角周波数ωｍ
とし、Ｋを、ωｐ＝Ｋ×ωｍを満たす自然数とし、ｎを
整数とし、πを円周率とするとき、φ＝（π／Ｋ）−ω
ｍ Δｔ＋２πｎ、なる位相差φをもつことを特徴として
いる。
に、請求項１に記載の発明は、光パルス発生方法に関し
ており、リング状の光路を持った能動モード同期型レー
ザーを用いてパルス列を発生させる際に、その光路上の
第１の変調手段により光を位相変調しその光路上の第１
の選択手段により変調信号の高調波成分を選択的に通過
させる手続と、その光路上にあって、第1の変調手段と
同じ変調指数と同じ変調周波数をもつ第２の変調手段に
より光を位相変調し、その光路上の第２の選択手段によ
り上記の第１の選択手段による高調波成分と同じ周波数
の高調波成分を選択的に通過させる手続と、を実質的に
連続して行ない、第1の変調手段の変調信号と第２の変
調手段の変調信号とは、上記のそれぞれの位相変調はゼ
ロ状態の光とパイ状態の光との合成透過率の脈動のそれ
ぞれのピーク値が等しくなるようにするために、第1の
変調手段から第２の変調手段（あるいは、第２の変調手
段から第１の変調手段）まで光パルスが伝搬するのに要
する時間をΔｔとし、第２の選択手段（あるいは、第１
の選択手段）の自由スペクトル間隔ｆｐに対する角周波
数をωｐ（＝２πｆｐ）とし、変調信号の角周波数ωｍ
とし、Ｋを、ωｐ＝Ｋ×ωｍを満たす自然数とし、ｎを
整数とし、πを円周率とするとき、φ＝（π／Ｋ）−ω
ｍ Δｔ＋２πｎ、なる位相差φをもつことを特徴として
いる。
【００１５】また、請求項２に記載の発明は、上記した
請求項１に記載の発明の構成に加えて、第１の変調手段
と第２の変調手段は、上記のリング状の光路の光を同一
周波数で同じ変調指数で変調するが、しかしあらかじめ
決められた位相差のある信号により光を位相変調するこ
とを特徴としている。
請求項１に記載の発明の構成に加えて、第１の変調手段
と第２の変調手段は、上記のリング状の光路の光を同一
周波数で同じ変調指数で変調するが、しかしあらかじめ
決められた位相差のある信号により光を位相変調するこ
とを特徴としている。
【００１６】また、請求項３に記載の発明は、光パルス
発生装置に関しており、それぞれがリング状の光路上に
配置された、光増幅器と、光導波路と、第１の変調手段
と、第１の変調手段に隣接して設けられた第１の変調手
段による変調信号の第１の高調波成分選択手段と、第２
の変調手段と、上記の第１の変調信号の高調波成分選択
手段と同じ周波数を選択する第２の変調手段に隣接して
設けられた第２の変調手段による変調信号の第２の高調
波成分選択手段とを持ち、第１の変調手段と第２の変調
手段とは、それぞれ同じ変調指数をもち、同じ変調周波
数の変調信号が印加された変調手段であり、その変調信
号については、ゼロ状態の光とパイ状態の光との合成透
過率の脈動のそれぞれのピーク値が等しくなるようにす
るために、その変調については、第1の変調手段から第
２の変調手段（あるいは、第２の変調手段から第１の変
調手段）まで光パルスが伝搬するのに要する時間をΔｔ
とし、第２の高調波成分選択手段（あるいは、第１の高
調波成分選択手段）の自由スペクトル間隔ｆｐに対する
角周波数をωｐ（＝２πｆｐ）とし、変調信号の角周波
数ωｍとし、Ｋを、ωｐ＝Ｋ×ωｍを満たす自然数と
し、ｎを整数とし、πを円周率とするとき、（π／Ｋ）
−ω ｍ Δｔ＋２πｎ、なる位相差φを持つ変調条件で上
記のそれぞれの位相変調を行なうことを特徴としてい
る。
発生装置に関しており、それぞれがリング状の光路上に
配置された、光増幅器と、光導波路と、第１の変調手段
と、第１の変調手段に隣接して設けられた第１の変調手
段による変調信号の第１の高調波成分選択手段と、第２
の変調手段と、上記の第１の変調信号の高調波成分選択
手段と同じ周波数を選択する第２の変調手段に隣接して
設けられた第２の変調手段による変調信号の第２の高調
波成分選択手段とを持ち、第１の変調手段と第２の変調
手段とは、それぞれ同じ変調指数をもち、同じ変調周波
数の変調信号が印加された変調手段であり、その変調信
号については、ゼロ状態の光とパイ状態の光との合成透
過率の脈動のそれぞれのピーク値が等しくなるようにす
るために、その変調については、第1の変調手段から第
２の変調手段（あるいは、第２の変調手段から第１の変
調手段）まで光パルスが伝搬するのに要する時間をΔｔ
とし、第２の高調波成分選択手段（あるいは、第１の高
調波成分選択手段）の自由スペクトル間隔ｆｐに対する
角周波数をωｐ（＝２πｆｐ）とし、変調信号の角周波
数ωｍとし、Ｋを、ωｐ＝Ｋ×ωｍを満たす自然数と
し、ｎを整数とし、πを円周率とするとき、（π／Ｋ）
−ω ｍ Δｔ＋２πｎ、なる位相差φを持つ変調条件で上
記のそれぞれの位相変調を行なうことを特徴としてい
る。
【００１７】また、請求項４に記載の発明は、上記した
請求項３に記載の発明の構成に加えて、第１の変調手段
に第１の変調信号を印加する第１の信号印加手段と、第
２の変調手段に第１の変調信号に同期した第２の変調信
号を印加する第２の信号印加手段とを備え、第１の変調
手段に印加する第１の変調信号と第２の変調手段に印加
する変調信号との間に位相差を与える手段と、を備えた
ことを特徴としている。
請求項３に記載の発明の構成に加えて、第１の変調手段
に第１の変調信号を印加する第１の信号印加手段と、第
２の変調手段に第１の変調信号に同期した第２の変調信
号を印加する第２の信号印加手段とを備え、第１の変調
手段に印加する第１の変調信号と第２の変調手段に印加
する変調信号との間に位相差を与える手段と、を備えた
ことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明では、ＰＭ−Ｉ−ＦＰ系を
２組直列に接続しそれぞれの位相変調器における変調指
数および変調周波数を同じにし、但し、位相差を適当に
設定することによりそれらの合成透過率の時間的変化が
振幅および位相について均一になるようにするものであ
る。以下に先ず本発明の原理を説明し、次に実施の形態
を図面に基づいて詳細に説明する。なお、装置の構成を
示す図面においては、同様のものないしは同様の機能を
有するものについては同一の記号を付して説明する。
２組直列に接続しそれぞれの位相変調器における変調指
数および変調周波数を同じにし、但し、位相差を適当に
設定することによりそれらの合成透過率の時間的変化が
振幅および位相について均一になるようにするものであ
る。以下に先ず本発明の原理を説明し、次に実施の形態
を図面に基づいて詳細に説明する。なお、装置の構成を
示す図面においては、同様のものないしは同様の機能を
有するものについては同一の記号を付して説明する。
【００１９】以下に、先ず、本発明の原理を説明する。
図１は，本発明の望ましい構成を示すブロック図であ
る。図１は、光増幅器１を持ったリングレーザ１００中
に第１の位相変調器３と第１のアイソレータ４と第１の
ファブリーペローエタロン５（これらを総称して、以下
第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系と記す）と、第２の位相変調器
６と第２のアイソレータ７と第２のファブリーペローエ
タロン８（これらを総称して、以下第２のＰＭ−Ｉ−Ｆ
Ｐ系と記す）とを挿入した構成になっていて、光パルス
は、光増幅器１⇒第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系⇒第２のＰＭ
−Ｉ−ＦＰ系⇒光増幅器１の方向に巡回し、結合器２か
ら周期的な光パルス列が出てくる構成を示している。こ
こで、第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系と第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ
系とは、概略同一性能のものである。
図１は，本発明の望ましい構成を示すブロック図であ
る。図１は、光増幅器１を持ったリングレーザ１００中
に第１の位相変調器３と第１のアイソレータ４と第１の
ファブリーペローエタロン５（これらを総称して、以下
第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系と記す）と、第２の位相変調器
６と第２のアイソレータ７と第２のファブリーペローエ
タロン８（これらを総称して、以下第２のＰＭ−Ｉ−Ｆ
Ｐ系と記す）とを挿入した構成になっていて、光パルス
は、光増幅器１⇒第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系⇒第２のＰＭ
−Ｉ−ＦＰ系⇒光増幅器１の方向に巡回し、結合器２か
ら周期的な光パルス列が出てくる構成を示している。こ
こで、第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系と第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ
系とは、概略同一性能のものである。
【００２０】次に図２を用いて本発明の提案する方法を
示す。第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系から第２のＰＭ−Ｉ−Ｆ
Ｐ系まで光パルスが伝搬するのに要する時間をΔｔとす
る。また、第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の変調信号を、
示す。第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系から第２のＰＭ−Ｉ−Ｆ
Ｐ系まで光パルスが伝搬するのに要する時間をΔｔとす
る。また、第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の変調信号を、
【数３】
とし、第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の変調信号を
【数４】
とする。ここで
【数５】
であり、ｎは整数とする。さらに、ファブリーペローエ
タロンの自由スペクトル間隔ｆｐに対する角周波数をω
ｐ（＝２πｆｐ）とするとき、ｆｐは変調周波数の整数
倍に一致させるので、Ｋを自然数として、
タロンの自由スペクトル間隔ｆｐに対する角周波数をω
ｐ（＝２πｆｐ）とするとき、ｆｐは変調周波数の整数
倍に一致させるので、Ｋを自然数として、
【数６】
とする。
【００２１】このとき既述の如く、時刻ｔにおける第１
のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の状態は
のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の状態は
【数７】
で決まり、時刻ｔ＋Δｔにおける第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ
系の状態は
系の状態は
【数８】
で決まる。ここで、数８と数７の差は、２πを法とし
て、
て、
【数９】
である。したがって、ある光パルスが第１のＰＭ−Ｉ−
ＦＰ系を０−状態（π−状態）の時に通過すると、第２
のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系をπ−状態（０−状態）の時に通過
することになる。また、各ＰＭ−Ｉ−ＦＰ系はπ／ωｐ
時間間隔で０−状態とπ−状態間を交互に変化している
ので、いま光パルス列の時間間隔がπ／ωｐである光パ
ルスが第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系に入射するとするとそれ
ぞれの光パルスは第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系では０−状態
（π−状態）で１回変調され、第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系
ではπ−状態（０−状態）でさらに１回変調されるの
で、これらの変調をあわせると、どの光パルスも同じ量
の変調をうけることになる。このことは、図１の方法に
よると繰り返し周期がωｐ／πである光パルス列を発生
できかつ、波形は均一であることを意味する。また、
ＦＰ系を０−状態（π−状態）の時に通過すると、第２
のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系をπ−状態（０−状態）の時に通過
することになる。また、各ＰＭ−Ｉ−ＦＰ系はπ／ωｐ
時間間隔で０−状態とπ−状態間を交互に変化している
ので、いま光パルス列の時間間隔がπ／ωｐである光パ
ルスが第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系に入射するとするとそれ
ぞれの光パルスは第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系では０−状態
（π−状態）で１回変調され、第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系
ではπ−状態（０−状態）でさらに１回変調されるの
で、これらの変調をあわせると、どの光パルスも同じ量
の変調をうけることになる。このことは、図１の方法に
よると繰り返し周期がωｐ／πである光パルス列を発生
できかつ、波形は均一であることを意味する。また、
【数１０】
であるから、発生する光パルス列繰り返し周期は２Ｋｆ
ｐでこれは従来方法の２倍である。
ｐでこれは従来方法の２倍である。
【００２２】図２に上の記述を説明するためにＫ＝２、
Δ＝３、ｎ＝０、ωｍΔｔ＝０．６として、信号と透過
率の例を示す。横軸はいずれもωｍ×ｔとしている。図
２（ａ）は変調信号で実線は第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の
変調信号、破線は第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の変調信号を
示す。図２（ｂ）は透過率の時間変化で実線は第１のＰ
Ｍ−Ｉ−ＦＰ系の透過率の時間変化、破線は第２のＰＭ
−Ｉ−ＦＰ系の透過率の時間変化を示す。図２（ｃ）は
第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系と第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の合
成透過率の時間変化である。
Δ＝３、ｎ＝０、ωｍΔｔ＝０．６として、信号と透過
率の例を示す。横軸はいずれもωｍ×ｔとしている。図
２（ａ）は変調信号で実線は第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の
変調信号、破線は第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の変調信号を
示す。図２（ｂ）は透過率の時間変化で実線は第１のＰ
Ｍ−Ｉ−ＦＰ系の透過率の時間変化、破線は第２のＰＭ
−Ｉ−ＦＰ系の透過率の時間変化を示す。図２（ｃ）は
第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系と第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の合
成透過率の時間変化である。
【００２３】従って、図１に示した信号発生器１０から
の変調信号を、位相変調器３に印加し、また、信号発生
器１０からの変調信号を、数５に示される位相差を与え
た後、位相変調器６に印加することにより、均一なパル
スが得られる。
の変調信号を、位相変調器３に印加し、また、信号発生
器１０からの変調信号を、数５に示される位相差を与え
た後、位相変調器６に印加することにより、均一なパル
スが得られる。
【００２４】次に、数値計算によるシミュレーションの
結果を図３に示す。図３（ａ）は、Ｋ＝２、ｆｍ＝１０
ＧＨｚ、Ｄ＝３、ファブリーペローエタロンのＦＳＲ
（FreeSpectral Range）＝２０ＧＨｚとしたときの第１
のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過率を実線で、また、第１のＰ
Ｍ−Ｉ−ＦＰ系と同様に構成された第２のＰＭ−Ｉ−Ｆ
Ｐ系の透過率を波線で示している。また、図３（ｂ）
は、それらの合成透過率を示し、図３（ｃ）は、結合器
からの出力を示している。ここで、２組の位相変調器に
加える位相変調信号の位相差は数４に従っている。その
結果、それらの合成透過率は図３（ｂ）に示すように、
０−状態とπ−状態の透過率曲線は同型となり、両状態
での透過光パルスにたいする変調は等しくなるので、図
３（ｃ）のように均一な光パルスが生成される。
結果を図３に示す。図３（ａ）は、Ｋ＝２、ｆｍ＝１０
ＧＨｚ、Ｄ＝３、ファブリーペローエタロンのＦＳＲ
（FreeSpectral Range）＝２０ＧＨｚとしたときの第１
のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過率を実線で、また、第１のＰ
Ｍ−Ｉ−ＦＰ系と同様に構成された第２のＰＭ−Ｉ−Ｆ
Ｐ系の透過率を波線で示している。また、図３（ｂ）
は、それらの合成透過率を示し、図３（ｃ）は、結合器
からの出力を示している。ここで、２組の位相変調器に
加える位相変調信号の位相差は数４に従っている。その
結果、それらの合成透過率は図３（ｂ）に示すように、
０−状態とπ−状態の透過率曲線は同型となり、両状態
での透過光パルスにたいする変調は等しくなるので、図
３（ｃ）のように均一な光パルスが生成される。
【００２５】次に変調周波数の３次の高調波について、
図１の構成を用いた場合について説明する。まず、図４
に示した従来のパルス発生装置では、図６に示す様にパ
ルスの振幅は均一であるが、図７に示す様に、パルスの
位相は均一でないことが分かっている。次に、本発明の
図１の構成の場合には、数３に示す位相差φを用いて、
第１および第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系を変調することによ
り、パルス光はこれらの合成としての位相変調をうけ
る。これは、図４に示した従来のパルス発生装置の場合
とは異なる変調であるので、導波路を再調整して位相に
関する上記の条件を満たす様に調整する必要が生じる
が、この調整により、容易にレーザー発振させることが
可能である。したがって、この２組のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系
の合成透過率では、０−状態およびπ−状態が共存する
状態になり、振幅の均一な、位相変調周波数ｆｍの２Ｋ
倍のパルスが発生することが分かる。
図１の構成を用いた場合について説明する。まず、図４
に示した従来のパルス発生装置では、図６に示す様にパ
ルスの振幅は均一であるが、図７に示す様に、パルスの
位相は均一でないことが分かっている。次に、本発明の
図１の構成の場合には、数３に示す位相差φを用いて、
第１および第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系を変調することによ
り、パルス光はこれらの合成としての位相変調をうけ
る。これは、図４に示した従来のパルス発生装置の場合
とは異なる変調であるので、導波路を再調整して位相に
関する上記の条件を満たす様に調整する必要が生じる
が、この調整により、容易にレーザー発振させることが
可能である。したがって、この２組のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系
の合成透過率では、０−状態およびπ−状態が共存する
状態になり、振幅の均一な、位相変調周波数ｆｍの２Ｋ
倍のパルスが発生することが分かる。
【００２６】また、図には示さないが、以下の変調指数
において、パルス幅が減少し、短いパルスを得るに当た
っても、本発明は有効なことが分かった。図３を得た条
件と同じ条件での数値計算によるシミュレーションで
は、変調指数Δについて、Ｋ＝２のとき、１．６＜Δ＜
３．１、Ｋ＝３のとき、１．８＜Δ、Ｋ＝４のとき、
２．３＜Δ＜２．５、および、３．５＜Δ＜５．８、の
場合に短いパルスが得られることが分かった。
において、パルス幅が減少し、短いパルスを得るに当た
っても、本発明は有効なことが分かった。図３を得た条
件と同じ条件での数値計算によるシミュレーションで
は、変調指数Δについて、Ｋ＝２のとき、１．６＜Δ＜
３．１、Ｋ＝３のとき、１．８＜Δ、Ｋ＝４のとき、
２．３＜Δ＜２．５、および、３．５＜Δ＜５．８、の
場合に短いパルスが得られることが分かった。
【００２７】上記では、Ｋ＝２，３、および４、につい
て説明したが、より高次のＫについても上記と同様の結
果が得られることは、容易に理解できる。
て説明したが、より高次のＫについても上記と同様の結
果が得られることは、容易に理解できる。
【００２８】
【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。請求
項１および２に記載の発明では、その方法を開示したの
で、単位時間に発生するパルス数が多く、かつ振幅およ
び位相において均一な波形のパルスを発生することがで
きるようになった。
以下に説明するような効果を奏することができる。請求
項１および２に記載の発明では、その方法を開示したの
で、単位時間に発生するパルス数が多く、かつ振幅およ
び位相において均一な波形のパルスを発生することがで
きるようになった。
【００２９】また、請求項３および４に記載の発明で
は、その装置の構成を開示したので、単位時間に発生す
るパルス数が多く、かつ振幅および位相において均一な
波形のパルスを発生することができるようになった。
は、その装置の構成を開示したので、単位時間に発生す
るパルス数が多く、かつ振幅および位相において均一な
波形のパルスを発生することができるようになった。
【図１】本発明の望ましい構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】透過率を示す図で、（ａ）は変調信号で、実線
は第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の変調信号、破線は第２のＰ
Ｍ−Ｉ−ＦＰ系の変調信号を示す。図２（ｂ）は透過率
の時間変化で実線は第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過率の
時間変化、破線は第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過率の時
間変化を示す。図２（ｃ）は第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系と
第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の合成透過率の時間変化であ
る。
は第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の変調信号、破線は第２のＰ
Ｍ−Ｉ−ＦＰ系の変調信号を示す。図２（ｂ）は透過率
の時間変化で実線は第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過率の
時間変化、破線は第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過率の時
間変化を示す。図２（ｃ）は第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系と
第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の合成透過率の時間変化であ
る。
【図３】数値計算によるシミュレーションの結果を示す
図で、（ａ）は、第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過率を実
線で、第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過率を波線で示し、
（ｂ）はそれらの合成透過率を示し、（ｃ）は結合器か
らの出力を示す図である。
図で、（ａ）は、第１のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過率を実
線で、第２のＰＭ−Ｉ−ＦＰ系の透過率を波線で示し、
（ｂ）はそれらの合成透過率を示し、（ｃ）は結合器か
らの出力を示す図である。
【図４】従来のリングレーザー発振器中に、アイソレー
タとファブリーペローエタロン（ＰＭ−Ｉ−ＦＰ）と位
相変調器とを設置して光パルスを発生する装置の構成を
示す図である。
タとファブリーペローエタロン（ＰＭ−Ｉ−ＦＰ）と位
相変調器とを設置して光パルスを発生する装置の構成を
示す図である。
【図５】数値解析による、変調周波数の第２次高調波の
透過特性を示す図である。
透過特性を示す図である。
【図６】数値解析による、変調周波数の第３次高調波の
透過特性を示す図である。
透過特性を示す図である。
【図７】数値解析による、変調周波数の第３次高調波の
位相特性を示す図である。
位相特性を示す図である。
【図８】数値解析による、変調周波数の第４次高調波の
透過特性を示す図である。
透過特性を示す図である。
１ 光増幅器
２ 結合器
３、６ 位相変調器
４、７ アイソレータ
５、８ ファブリーペローエタロン
１０ 信号発生器
１１ 移相器
２０ 光導波路
１００ 本発明のリングレーザ
２００ 従来のリングレーザ
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−85366（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−41566（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−321936（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−125124（ＪＰ，Ａ)
特開 昭48−100090（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−222790（ＪＰ，Ａ)
鹿谷元一 他，2000年電子情報通信学
会総合大会講演論文集エレクトロニクス
１，2000年 ３月 ７日，ｐｐ．377
Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ ｅｔ ａ
ｌ．，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ，1999年 ６月，Ｖｏｌ．35，Ｎ
ｏ．６，ｐｐ．875−890
Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ,
1999年11月15日，Ｖｏｌ．24，Ｎｏ.
22，ｐｐ．1564−1566
Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ ｅｔ ａ
ｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，1998年 ９月 ７
日，Ｖｏｌ．73，Ｎｏ．10，ｐｐ．1311
−1313
Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ，1998年 ６月25日，Ｖｏｌ.
34，Ｎｏ．13，ｐｐ．1321−1322
Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ，1998年11月12日，Ｖｏｌ.
34，Ｎｏ．23，ｐｐ．2264−2265
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 3/00 - 5/50
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (4)
- 【請求項１】 リング状の光路を持った能動モード同期
型レーザーを用いてパルス列を発生させる際に、その光
路上の第１の変調手段により光を位相変調しその光路上
の第１の選択手段により変調信号の高調波成分を選択的
に通過させる手続と、その光路上にあって、第1の変調
手段と同じ変調指数と同じ変調周波数をもつ第２の変調
手段により光を位相変調し、その光路上の第２の選択手
段により上記の第１の選択手段による高調波成分と同じ
周波数の高調波成分を選択的に通過させる手続と、を実
質的に連続して行ない、 第1の変調手段の変調信号と第２の変調手段の変調信号
とは、第1の変調手段から第２の変調手段（あるいは、
第２の変調手段から第１の変調手段）まで光パルスが伝
搬するのに要する時間をΔｔとし、第２の選択手段（あ
るいは、第１の選択手段）の自由スペクトル間隔ｆｐに
対する角周波数をωｐ（＝２πｆｐ）とし、変調信号の
角周波数ωｍとし、Ｋを、ωｐ＝Ｋ×ωｍを満たす自然
数とし、ｎを整数とし、πを円周率とするとき、φ＝
（π／Ｋ）−ω ｍ Δｔ＋２πｎ、なる位相差φをもつこ
とを特徴とする光パルス発生方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の光パルス発生方法にお
いて、第１の変調手段と第２の変調手段は、上記のリン
グ状の光路の光を同一周波数で同じ変調指数で変調する
が、しかしあらかじめ決められた位相差のある信号によ
り光を位相変調することを特徴とする光パルス発生方
法。 - 【請求項３】 それぞれがリング状の光路上に配置され
た、光増幅器と、光導波路と、第１の変調手段と、第１
の変調手段に隣接して設けられた第１の変調手段による
変調信号の第１の高調波成分選択手段と、第２の変調手
段と、上記の第１の変調信号の高調波成分選択手段と同
じ周波数を選択する第２の変調手段に隣接して設けられ
た第２の変調手段による変調信号の第２の高調波成分選
択手段とを持ち、 第１の変調手段と第２の変調手段とは、それぞれ同じ変
調指数をもち、同じ変調周波数の変調信号が印加された
変調手段であり、 その変調については、第1の変調手段から第２の変調手
段（あるいは、第２の変調手段から第１の変調手段）ま
で光パルスが伝搬するのに要する時間をΔｔとし、第２
の高調波成分選択手段（あるいは、第１の高調波成分選
択手段）の自由スペクトル間隔ｆｐに対する角周波数を
ωｐ（＝２πｆｐ）とし、変調信号の角周波数ωｍと
し、Ｋを、ωｐ＝Ｋ×ωｍを満たす自然数とし、ｎを整
数とし、πを円周率とするとき、φ＝（π／Ｋ）−ω ｍ
Δｔ＋２πｎ、なる位相差φを持つ変調条件で上記のそ
れぞれの位相変調を行なうことを特徴とする光パルス発
生装置。 - 【請求項４】 請求項３に記載の光パルス発生装置にお
いて、第１の変調手段に第１の変調信号を印加する第１
の信号印加手段と、第２の変調手段に第１の変調信号に
同期した第２の変調信号を印加する第２の信号印加手段
と、第１の変調手段に印加する第１の変調信号と第２の
変調手段に印加する変調信号との間に位相差を与える手
段と、を備えたことを特徴とする光パルス発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061289A JP3451312B2 (ja) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | 光パルス発生方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000061289A JP3451312B2 (ja) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | 光パルス発生方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001251003A JP2001251003A (ja) | 2001-09-14 |
| JP3451312B2 true JP3451312B2 (ja) | 2003-09-29 |
Family
ID=18581442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000061289A Expired - Lifetime JP3451312B2 (ja) | 2000-03-06 | 2000-03-06 | 光パルス発生方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3451312B2 (ja) |
-
2000
- 2000-03-06 JP JP2000061289A patent/JP3451312B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９８年 ９月 ７日，Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．１０，ｐｐ．１３１１−１３１３ |
| Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９８年 ６月２５日，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．１３，ｐｐ．１３２１−１３２２ |
| Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９８年１１月１２日，Ｖｏｌ．３４，Ｎｏ．２３，ｐｐ．２２６４−２２６５ |
| Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１９９９年 ６月，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．６，ｐｐ．８７５−８９０ |
| Ｋ．Ｓ．Ａｂｅｄｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９９年１１月１５日，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．２２，ｐｐ．１５６４−１５６６ |
| 鹿谷元一 他，２０００年電子情報通信学会総合大会講演論文集エレクトロニクス１，２０００年 ３月 ７日，ｐｐ．３７７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001251003A (ja) | 2001-09-14 |
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