JP3464373B2 - Pulse light generator - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はパルス光発生装置に
関し、特に、光パルスを用いた超高速光伝送システムに
用いて好適なパルス光発生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pulsed light generator, and more particularly to a pulsed light generator suitable for use in an ultrahigh speed optical transmission system using optical pulses.
【0002】[0002]
【従来の技術】図4は従来のパルス光発生装置の一例を
示す構成図である。以下、図4を参照して従来のパルス
光発生装置の動作を説明する。2. Description of the Related Art FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional pulsed light generator. The operation of the conventional pulsed light generator will be described below with reference to FIG.
【0003】図4において、41は基準信号発振器、4
2は光パルス発生装置、43は光増幅器である。44は
低分散光ファイバ、45は光出力ポートである。基準信
号発振器41より発生した電気信号は、光パルス発生装
置42に入力されて一定の繰り返し周波数の光パルスを
発生させるために使用される。通常、この基準信号とし
ては、低雑音発振器から発生された正弦波が用いられ
る。In FIG. 4, 41 is a reference signal oscillator and 4 is a reference signal oscillator.
2 is an optical pulse generator, and 43 is an optical amplifier. Reference numeral 44 is a low dispersion optical fiber, and 45 is an optical output port. The electrical signal generated by the reference signal oscillator 41 is input to the optical pulse generator 42 and used to generate an optical pulse having a constant repetition frequency. Usually, a sine wave generated from a low noise oscillator is used as this reference signal.
【0004】光パルス発生装置42は、入力した基準信
号の周波数、またはその整数倍の周波数、またはその整
数分の1に等しい周波数の光パルスを発生させる。光パ
ルス発生装置42としては、モード同期ファイバリング
レーザ、モード同期半導体レーザ、利得変調半導体レー
ザ、衝突パルスモード同期レーザなどを用いることがで
きる。The optical pulse generator 42 generates an optical pulse having a frequency equal to the frequency of the input reference signal, an integral multiple thereof, or an integral fraction thereof. As the optical pulse generator 42, a mode-locked fiber ring laser, a mode-locked semiconductor laser, a gain modulation semiconductor laser, a collision pulse mode-locked laser, or the like can be used.
【0005】ここで、図4ないし図7を参照してモード
同期ファイバリングレーザについて説明する。A mode-locked fiber ring laser will be described below with reference to FIGS.
【0006】図5はモード同期ファイバリングレーザの
構成例を示す図である。図5(a)は基本構成を示し、
図5(b)はモード同期で得られる代表的なスペクトル
特性を示し、図5(c)はその出力波形の時間応答特性
を示す。FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a mode-locked fiber ring laser. FIG. 5A shows the basic configuration,
FIG. 5B shows a typical spectrum characteristic obtained by mode locking, and FIG. 5C shows a time response characteristic of the output waveform.
【0007】図5(a)において、51は発振器、52
はパワーアンプ、53は光変調器である。54は光ファ
イバ、55は光増幅器、56は光アイソレータ、57は
出力用光ファイバカップラである。In FIG. 5A, reference numeral 51 is an oscillator, and 52 is an oscillator.
Is a power amplifier, and 53 is an optical modulator. 54 is an optical fiber, 55 is an optical amplifier, 56 is an optical isolator, and 57 is an output optical fiber coupler.
【0008】図5(a)において、所定の周波数を有す
る発振器51の出力は、パワーアンプ52によって増幅
されて光変調器53に印加される。光変調器53は、電
気光学効果によって光の損失あるいは位相を発振出力の
周波数で変調する。光増幅器55は、変調された光パル
スを増幅する。光アイソレータ56は、光パルスの進行
方向を規定し、反射戻り光を遮断する。出力用光ファイ
バカップラ57は、増幅された光パルスを外部に取り出
すために用いられる。In FIG. 5A, the output of the oscillator 51 having a predetermined frequency is amplified by the power amplifier 52 and applied to the optical modulator 53. The optical modulator 53 modulates the loss or phase of light with the frequency of the oscillation output by the electro-optical effect. The optical amplifier 55 amplifies the modulated optical pulse. The optical isolator 56 defines the traveling direction of the optical pulse and blocks the reflected return light. The output optical fiber coupler 57 is used to take out the amplified optical pulse to the outside.
【0009】変調器53と、光増幅器55と、光アイソ
レータ56と、出力用光ファイバカップラ57は光ファ
イバ54を介してリング状に結合され、これによりリン
グ共振器58が構成される。また、光増幅器55として
は、主にエルビウム(Er)やネオジウム(Nd)など
の希土類を添加した希土類ドープ光ファイバ増幅器や、
半導体レーザ増幅器が用いられる。The modulator 53, the optical amplifier 55, the optical isolator 56, and the output optical fiber coupler 57 are coupled in a ring shape via the optical fiber 54, and thereby a ring resonator 58 is formed. As the optical amplifier 55, a rare earth-doped optical fiber amplifier mainly added with a rare earth such as erbium (Er) or neodymium (Nd),
A semiconductor laser amplifier is used.
【0010】図6は、希土類ドープ光ファイバ増幅器の
構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a rare earth-doped optical fiber amplifier.
【0011】図6において、61はErドープファイ
バ、62は波長多重合波器、63は励起光源である。希
土類ドープ光ファイバの一端( 図中左端) から光パルス
が入射され、増幅された光パルスがその他端( 図中右
端) から出射される。励起光源63からの励起光は、希
土類ドープ光ファイバの光パルスの出射端、入射端、あ
るいはその両端に接続された波長多重合波器62を介し
て、希土類ドープ光ファイバに入射される。希土類ドー
プ光ファイバでは、この励起光によって光パルスを増幅
する。In FIG. 6, 61 is an Er-doped fiber, 62 is a wavelength multiplex wave device, and 63 is an excitation light source. An optical pulse is incident from one end (left end in the figure) of the rare earth-doped optical fiber, and an amplified optical pulse is emitted from the other end (right end in the figure). The excitation light from the excitation light source 63 is incident on the rare earth-doped optical fiber through the wavelength multiplex wave multiplexer 62 connected to the emission end, the incidence end, or both ends of the optical pulse of the rare earth-doped optical fiber. In the rare earth-doped optical fiber, the optical pulse is amplified by this excitation light.
【0012】図6(a)は波長多重合波器62が希土類
ドープ光ファイバの出射端に接続される後方励起構成
を、図6(b)は波長多重合波器62が希土類ドープ光
ファイバの入射端に接続される前方励起構成を、図6
(c)は波長多重合波器62が希土類ドープ光ファイバ
の入射端と出射端の間に接続される双方向励起構成をそ
れぞれ示す。FIG. 6 (a) shows a backward pumping configuration in which the wavelength multiplexing polymer wave 62 is connected to the emitting end of the rare earth-doped optical fiber, and FIG. 6 (b) shows the wavelength multiplexing polymer wave 62 of the rare earth-doped optical fiber. A forward excitation configuration connected to the entrance end is shown in FIG.
(C) shows a bidirectional pumping configuration in which the wavelength multiplexing polymer wave 62 is connected between the entrance end and the exit end of the rare earth-doped optical fiber.
【0013】次に、図7を参照して、光増幅器55を構
成し得る半導体レーザ増幅器について説明する。Next, referring to FIG. 7, a semiconductor laser amplifier which can constitute the optical amplifier 55 will be described.
【0014】図7は半導体レーザ増幅器の構成例を示す
図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor laser amplifier.
【0015】図7において、71は駆動電源( 電流源)
、72は半導体レーザ増幅器である。半導体レーザ増
幅器72は、入力される光パルスを駆動電源71から供
給される電流に応じて増幅し、増幅された光パルスを出
力する構成になっている。In FIG. 7, reference numeral 71 is a drive power source (current source).
, 72 are semiconductor laser amplifiers. The semiconductor laser amplifier 72 is configured to amplify the input light pulse according to the current supplied from the drive power supply 71 and output the amplified light pulse.
【0016】ここで、図5に戻って、モード同期ファイ
バリングレーザの動作原理について説明する。Now, returning to FIG. 5, the operation principle of the mode-locked fiber ring laser will be described.
【0017】リング共振器58の光路長をL、リング共
振器58の各構成要素( 53,55,56,57) の物
理長をh、各構成要素の屈折率をnとすると、光路長L
はそれぞれの物理長hi にそれぞれの屈折率ni を乗じ
た値(すなわち、それぞれの光路長)の和であり、次式
(1)により算出される。When the optical path length of the ring resonator 58 is L, the physical length of each component (53, 55, 56, 57) of the ring resonator 58 is h, and the refractive index of each component is n, the optical path length L
Is the sum of the values obtained by multiplying the respective physical lengths h i by the respective refractive indices n i (that is, the respective optical path lengths), and is calculated by the following equation (1).
【0018】[0018]
【数1】L=Σhi ni (1)
ところで、図5のリング共振器58では、fr=c/L
(ただし、cは光速度)で与えられる周波数間隔をもつ
多数の縦モードが存在する。## EQU1 ## L = Σh i n i (1) By the way, in the ring resonator 58 of FIG. 5, fr = c / L
There are a number of longitudinal modes with a frequency spacing given by (where c is the speed of light).
【0019】ここで、リング共振器58内の光変調器5
3により繰り返し周波数fm=N×fr(ただし、Nは
1以上の整数)の光変調を行うと、図5(b)に示すよ
うに、周波数間隔N×frの全ての縦モードの位相が揃
うモード同期発振状態となる。またこのとき、図5
(c)に示すように、繰り返し周波数が1/(N×f
r)の光パルス列が得られる。なお、各光パルスのパル
ス幅は、多数の縦モードスペクトルの包絡線で定まる発
振スペクトル幅δνの逆数に対応し、このスペクトルの
包絡線の中心が中心波長(中心周波数νo)となる( 図
5(b)参照) 。Here, the optical modulator 5 in the ring resonator 58
When the optical modulation with the repetition frequency fm = N × fr (where N is an integer of 1 or more) is performed by 3, the phases of all the longitudinal modes of the frequency interval N × fr are aligned as shown in FIG. 5B. The mode-locked oscillation state is set. Also at this time, FIG.
As shown in (c), the repetition frequency is 1 / (N × f
The optical pulse train of r) is obtained. The pulse width of each optical pulse corresponds to the reciprocal of the oscillation spectrum width δν determined by the envelope of many longitudinal mode spectra, and the center of the envelope of this spectrum is the central wavelength (center frequency νo) (FIG. (See (b)).
【0020】次に、光パルス発生装置42を構成し得る
モード同期半導体レーザと利得変調半導体レーザについ
て、図8と図9を参照して説明する。Next, a mode-locked semiconductor laser and a gain-modulated semiconductor laser which can constitute the optical pulse generator 42 will be described with reference to FIGS. 8 and 9.
【0021】図8はモード同期半導体レーザの構成例を
示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a mode-locked semiconductor laser.
【0022】図8において、81は半導体レーザ、82
と84はレンズ、83は光強度変調器である。85は反
射鏡、86は発振器、87は出力光取り出し用ハーフミ
ラーである。光強度変調器83は、光パルスが往復する
反射鏡85と出力光取り出し用ハーフミラー87間の光
路の中央に位置する。光パルスがこの光路を往復する周
波数の2倍の周波数、またはその整数倍に等しい周波数
で駆動されることによって、モード同期ファイバリング
レーザと同じ原理でモード同期動作が実現され、これに
より短光パルス列を発生させる。In FIG. 8, 81 is a semiconductor laser and 82
Reference numerals 84 and 84 are lenses, and 83 is a light intensity modulator. Reference numeral 85 is a reflecting mirror, 86 is an oscillator, and 87 is an output light extracting half mirror. The light intensity modulator 83 is located at the center of the optical path between the reflecting mirror 85 and the output light extracting half mirror 87 in which the optical pulse reciprocates. The optical pulse is driven at a frequency twice as high as the frequency that reciprocates in this optical path, or a frequency equal to an integral multiple thereof, so that the mode-locked operation is realized by the same principle as that of the mode-locked fiber ring laser. Generate.
【0023】なお、半導体レーザ81、光強度変調器8
3および反射鏡85が同一半導体基板上にモノリシック
集積化されている場合には、図8中のレンズ82と84
は不要である。The semiconductor laser 81 and the light intensity modulator 8
3 and the reflecting mirror 85 are monolithically integrated on the same semiconductor substrate, lenses 82 and 84 in FIG.
Is unnecessary.
【0024】また、図8(b)に示すように、図8
(a)の構成を左右対称に配置し、中央に可飽和吸収媒
質88を配置することによって、短光パルス発生が可能
な衝突パルスモード同期レーザを構成することができ
る。Further, as shown in FIG.
By arranging the configuration of (a) symmetrically and disposing the saturable absorbing medium 88 in the center, a collision pulse mode-locked laser capable of generating a short optical pulse can be constructed.
【0025】図9は、利得変調半導体レーザの構成例を
示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a gain modulation semiconductor laser.
【0026】図9において、91は発振器、92は増幅
器、93は直流電源、94は直バイバイアス回路、95
は半導体レーザ、96は正常分散ファイバ、97は出力
光端子である。In FIG. 9, 91 is an oscillator, 92 is an amplifier, 93 is a DC power supply, 94 is a direct bi-bias circuit, and 95 is.
Is a semiconductor laser, 96 is a normal dispersion fiber, and 97 is an output optical terminal.
【0027】発振器91の出力は、増幅器92によって
増幅される。この増幅出力はバイアス回路94によって
直流電源93からの直流電圧と重畳され、半導体レーザ
95に入力される。発振器91の発振周波数が1GHz
程度以上の場合、半導体レーザ95は緩和振動によって
30ps程度の短光パルスを発生させる。半導体レーザ
95が発生した光パルスは、出力光端子97から出力さ
れる。The output of the oscillator 91 is amplified by the amplifier 92. The amplified output is superposed on the DC voltage from the DC power supply 93 by the bias circuit 94 and input to the semiconductor laser 95. Oscillation frequency of oscillator 91 is 1 GHz
In the case of above a certain level, the semiconductor laser 95 generates a short light pulse of about 30 ps by relaxation oscillation. The optical pulse generated by the semiconductor laser 95 is output from the output optical terminal 97.
【0028】ここで、半導体レーザ95が発生した光パ
ルスは、パルスの時間経過によって波長が長波長方向に
変化する周波数チャーピングを有している。この周波数
チャーピングを除去するためには、発生した光パルスを
正常分散ファイバ96を通して出力するようにすればよ
い。正常分散ファイバ96によってパルス幅は約10p
sに圧縮され、出力光端子97から出力される。Here, the optical pulse generated by the semiconductor laser 95 has frequency chirping in which the wavelength changes in the long wavelength direction with the passage of time of the pulse. In order to remove this frequency chirping, the generated optical pulse may be output through the normal dispersion fiber 96. Pulse width is about 10p due to normal dispersion fiber 96
It is compressed to s and output from the output optical terminal 97.
【0029】図4に戻って説明すると、光パルス発生装
置42から発生された光パルスは、次の2つの特徴を有
する。Returning to FIG. 4, the optical pulse generated from the optical pulse generator 42 has the following two characteristics.
【0030】1)パルス幅が10ps以下である。1) The pulse width is 10 ps or less.
【0031】2)パルスの時間帯域幅積が、トランスフ
ォームリミット(TL)光パルスでの値に比べて2倍以
内である。2) The time bandwidth product of the pulse is within twice the value for the transform limit (TL) light pulse.
【0032】特に、モード同期ファイバリングレーザ、
モード同期半導体レーザなどでは、ほぼ完全なTL光パ
ルスを発生させることができる。In particular, a mode-locked fiber ring laser,
A mode-locked semiconductor laser or the like can generate almost perfect TL light pulses.
【0033】これらの特徴を有する光パルスを光増幅器
43で増幅した後、低分散光ファイバ44に入射する。
低分散光ファイバ44は、その分散値が、光パルス発生
装置42から発生する光パルスの波長の近傍(約20n
m以内)で零分散を有するように選ばれている。After the optical pulse having these characteristics is amplified by the optical amplifier 43, it is incident on the low dispersion optical fiber 44.
The dispersion value of the low-dispersion optical fiber 44 is close to the wavelength of the optical pulse generated by the optical pulse generator 42 (about 20 n).
It has been chosen to have zero variance within m).
【0034】このような条件を満たす低分散光ファイバ
44に光パルス発生装置42が発生した光パルスを増幅
した光パルスが入射すると、低分散光ファイバ44中
で、光非線形効果によって光スペクトルが広がる現象
(スーパーコンティニュアム;SC)が見られる。SC
では、スペクトルの広がり幅は200nm以上に達す
る。スーパーコンティニュアム現象の特徴は、広がった
スペクトル中で、光のコヒーレンスが少なくとも10n
m以上は保たれているという点である。When an optical pulse obtained by amplifying the optical pulse generated by the optical pulse generator 42 is incident on the low dispersion optical fiber 44 satisfying the above condition, the optical spectrum spreads in the low dispersion optical fiber 44 due to the optical nonlinear effect. Phenomenon (Super Continuum; SC) is seen. SC
Then, the spread width of the spectrum reaches 200 nm or more. The characteristic of the supercontinuum phenomenon is that the coherence of light is at least 10n in the broad spectrum.
The point is that m or more is maintained.
【0035】従って、このSCによって広がったスペク
トルを入射光パルスのスペクトル幅よりも広い帯域幅を
有する光バンドパスフィルタによって切り取ると、入射
光パルスのパルス幅よりもパルス幅の狭い光パルスを発
生させることができる。この現象を利用して、パルス幅
が数psから170fsまでの極短パルスを発生できる
ことが確認されている。Therefore, when the spectrum spread by this SC is cut out by an optical bandpass filter having a wider bandwidth than the spectral width of the incident light pulse, an optical pulse having a pulse width narrower than the pulse width of the incident light pulse is generated. be able to. It has been confirmed that this phenomenon can be used to generate an extremely short pulse having a pulse width of several ps to 170 fs.
【0036】極短パルス発生の詳細な実験結果は、
“T.Morioka,S.Kawani shi ,K.
Mori,and M.Saruwatari”Tra
nsform−limited,femtosecon
d WDM pulse generation by
spectral filtering of gi
gahertz supercontinuum”,E
lectron.Lett”vol.,30,pp.1
166−1168,1994.”に記載されている。Detailed experimental results of the generation of ultrashort pulses are as follows.
“T. Morioka, S. Kawan i sh i , K.
Mori, and M.M. Saruwatari "Tra
nsform-limited, femtosecond
d WDM pulse generation by
spectral filtering of gi
gahertz supercontinuum ”, E
electron. Lett "vol., 30, pp. 1
166-1168, 1994. "It is described in.
【0037】[0037]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来技術には次に述べるような問題点があった。すなわ
ち、出力する光パルスのパルス幅を100fs以下とす
るには切り出すスペクトルの帯域を10nm以上に広げ
る必要があるが、スペクトル帯域が10nmを超えるよ
うになると、発生したSC光のスペクトルの長波長側と
短波長側においてパワー変動および位相差が生じるた
め、切り出す帯域をこれ以上広げても光パルスの時間応
答におけるパルス幅を減少させることは困難である。However, the above-mentioned prior art has the following problems. That is, in order to reduce the pulse width of the output optical pulse to 100 fs or less, it is necessary to widen the spectrum band to be cut out to 10 nm or more, but when the spectrum band exceeds 10 nm, the long wavelength side of the spectrum of the generated SC light is generated. Since the power fluctuation and the phase difference occur on the short wavelength side, it is difficult to reduce the pulse width in the time response of the optical pulse even if the band to be cut out is further expanded.
【0038】そこで、本発明は上述した従来技術の課題
に鑑みてなされたものであって、発生したSC光を、そ
の内部に生成している入射光パルスの繰り返し周波数に
相当する周波数間隔の輝線スペクトル成分毎に別々に取
り出し、各成分に独立に光強度および光位相の調節を行
ってから各成分を合波して出力光パルスのパルス幅が最
小となるようにすることで、極めて時間幅の狭い光パル
スを発生させることこのできるパルス光発生装置を提供
することを目的としている。Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the generated SC light is a bright line having a frequency interval corresponding to the repetition frequency of the incident light pulse generated therein. By extracting each spectral component separately, adjusting the optical intensity and optical phase independently for each component, and then combining each component to minimize the pulse width of the output optical pulse, the time width is extremely small. It is an object of the present invention to provide a pulsed light generator capable of generating a narrow light pulse.
【0039】[0039]
【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に記載の本発明の装置では、所定の周波数
で繰り返す光パルスを発生する光パルス発生手段と、前
記光パルスの波長の近傍に零分散を有する光学手段であ
って、前記光パルスに基づく入射光により前記繰り返し
周波数に相当する周波数間隔のスペクトル成分を有する
スーパーコンティニュアム光を発生する光学手段とを備
えるパルス光発生装置において、前記スーパーコンティ
ニュアム光を構成する、前記光パルスに基づく前記入射
光の前記繰り返し周波数に相当する周波数間隔のスペク
トル成分毎に前記スペクトル成分を選択的に透過して分
離する分離手段と、前記分離した各スペクトル成分に対
して独立的に強度と位相を調節することで、各スペクト
ル成分の強度を一定にするとともに各スペクトル成分の
位相差を最小にする調節手段と、前記調節手段により調
節して得られた各スペクトル成分を合波する光合波手段
とを備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, in the device of the present invention as defined in claim 1, an optical pulse generating means for generating an optical pulse repeated at a predetermined frequency, and a wavelength of the optical pulse are provided. Pulsed light generation having an optical means having zero dispersion in the vicinity of, and generating supercontinuum light having a spectral component of a frequency interval corresponding to the repetition frequency by incident light based on the optical pulse. In the device, the incident based on the light pulse, which constitutes the supercontinuum light
A spectrum with a frequency interval corresponding to the repetition frequency of light.
Separating means for separating and selectively transmits the spectral components in each torr component, by adjusting the independently magnitude and phase for each spectral component and the separation, the intensity of each spectral component constant In addition, it is characterized by comprising adjusting means for minimizing the phase difference between the spectral components and optical multiplexing means for multiplexing the spectral components obtained by the adjusting means.
【0040】ここで、請求項2に記載の本発明の装置で
は、前記光学手段と、前記分離手段と、前記調節手段
と、前記光合波手段は、それぞれ偏波保持の特性を有す
ることができる。Here, in the apparatus of the present invention as set forth in claim 2, each of the optical means, the separating means, the adjusting means, and the optical multiplexing means can have a polarization maintaining characteristic. .
【0041】[0041]
【作用】上記構成の請求項1に記載の本発明の装置で
は、光学手段が発生するスーパーコンティニュアム光の
より広いスペクトル範囲に対して短光パルスの発生条件
を満足させることができる。According to the apparatus of the present invention having the above-mentioned structure, the generation condition of the short optical pulse can be satisfied in a wider spectrum range of the supercontinuum light generated by the optical means.
【0042】また、上記構成の請求項2に記載の本発明
の装置では、光学手段以降の過程における偏波状態を一
定に保持することができる。Further, in the apparatus of the present invention having the above-mentioned structure, the polarization state in the process after the optical means can be kept constant.
【0043】[0043]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0044】(第1の実施の形態)図1は本発明を適用
した光パルス発生装置の第1の実施の形態を示す図であ
る。(First Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an optical pulse generator to which the present invention is applied.
【0045】図1において、101は基準信号発振器、
102は光パルス発生装置、103は光増幅器、104
は低分散光ファイバ、105は周期光フィルタ、106
は光出力ポートである。In FIG. 1, 101 is a reference signal oscillator,
102 is an optical pulse generator, 103 is an optical amplifier, 104
Is a low dispersion optical fiber, 105 is a periodic optical filter, 106
Is an optical output port.
【0046】基準信号発振器101より発生した電気信
号は、光パルス発生装置102に入力されて一定の繰り
返し周波数の光パルスを発生させるために使用される。
通常、この基準信号としては、低雑音発振器から発生さ
れた正弦波が用いられる。The electrical signal generated by the reference signal oscillator 101 is input to the optical pulse generator 102 and used to generate an optical pulse having a constant repetition frequency.
Usually, a sine wave generated from a low noise oscillator is used as this reference signal.
【0047】光パルス発生装置102は、入力した基準
信号の周波数、またはその整数倍の周波数、またはその
整数分の1に等しい周波数の光パルスを発生させる。光
パルス発生装置102としては、図4に示した光パルス
発生装置42と同様に、モード同期ファイバリングレー
ザ、モード同期半導体レーザ、利得変調半導体レーザ、
衝突パルスモード同期レーザなどを用いることができ
る。The optical pulse generator 102 generates an optical pulse having a frequency equal to the frequency of the input reference signal, an integral multiple thereof, or an integral fraction thereof. As the optical pulse generator 102, as in the optical pulse generator 42 shown in FIG. 4, a mode-locked fiber ring laser, a mode-locked semiconductor laser, a gain modulation semiconductor laser,
A collision pulse mode-locked laser or the like can be used.
【0048】したがって、光パルス発生装置102から
発生される光パルスもまた、前述した2つの特徴(パル
ス幅が10ps以下であること、およびパルスの時間帯
域幅積がトランスフォームリミット(TL)光パルスで
の値に比べて2倍以内であること)を有する。Therefore, the optical pulse generated from the optical pulse generator 102 also has the above-mentioned two characteristics (the pulse width is 10 ps or less, and the time bandwidth product of the pulse is a transform limit (TL) optical pulse). It should be within 2 times the value in.
【0049】これらの特徴を有する光パルスを光増幅器
103で増幅した後、低分散光ファイバ104に入射す
る。低分散光ファイバ104は、その分散値が、光パル
ス発生装置102から発生する光パルスの波長の近傍
(約20nm以内)で零分散を有するように選ばれてお
り、従来の技術において説明した通りに低分散光ファイ
バ104中でスーパーコンティニュアム現象が生じ、S
C光を発生させる。After the optical pulse having these characteristics is amplified by the optical amplifier 103, it is incident on the low dispersion optical fiber 104. The low dispersion optical fiber 104 is selected so that its dispersion value has zero dispersion in the vicinity (within about 20 nm) of the wavelength of the optical pulse generated from the optical pulse generator 102, and as described in the prior art. In the low dispersion optical fiber 104, a supercontinuum phenomenon occurs,
C light is generated.
【0050】従来技術を用いた方法よりもさらに幅の狭
い短光パルスを発生させるために本実施の形態では、よ
り広いスペクトル範囲のSC光に対して短光パルスの発
生条件を満足させるように、周期光フィルタ105によ
ってSC光スペクトルの内部構造を制御する構成とし
た。この周期光フィルタ105は、アレイ導波路格子フ
ィルタで構成することができる。In order to generate a short optical pulse having a width narrower than that of the method using the prior art, in the present embodiment, the generation condition of the short optical pulse is satisfied for the SC light in a wider spectrum range. The periodic optical filter 105 controls the internal structure of the SC optical spectrum. The periodic optical filter 105 can be composed of an arrayed waveguide grating filter.
【0051】図2は、アレイ導波路格子フィルタの構成
を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the structure of the arrayed waveguide grating filter.
【0052】図2において、201は光入力ポート、2
02は分波用アレイ導波路格子である。203−1〜2
03−k(kは自然数)はそれぞれ可変減衰器、204
−1〜204−kはそれぞれ可変位相調整器である。ま
た、205は合波用アレイ導波路格子、206は光出力
ポートである。In FIG. 2, 201 denotes an optical input port and 2
Reference numeral 02 is an array waveguide grating for demultiplexing. 203-1 ~ 2
03-k (k is a natural number) is a variable attenuator, 204
-1 to 204-k are variable phase adjusters, respectively. Further, 205 is an array waveguide grating for multiplexing, and 206 is an optical output port.
【0053】以下、図2のアレイ導波路格子フィルタの
動作について説明する。光入力ポート201から入射し
た光は、分波用アレイ導波路格子202によって、入射
した光の異なる波長成分に分けられてk本の出力端子か
ら出力される。すなわち、低分散光ファイバ104中で
生じたSC光を構成する輝線スペクトル成分が各成分毎
に切り出される。The operation of the arrayed waveguide grating filter shown in FIG. 2 will be described below. The light incident from the optical input port 201 is divided into different wavelength components of the incident light by the demultiplexing arrayed waveguide grating 202 and output from the k output terminals. That is, the bright line spectrum components forming the SC light generated in the low-dispersion optical fiber 104 are cut out for each component.
【0054】図3は分波用アレイ導波路格子202の1
番目からk番目の出力端子の周波数(波長)透過特性を
示す特性図である。FIG. 3 shows one of the demultiplexing array waveguide gratings 202.
It is a characteristic view which shows the frequency (wavelength) transmission characteristic of the output terminal of the kth to the kth.
【0055】foを基準信号発振器101の発振周波数
とすると、分波用アレイ導波路格子202の各出力端子
1〜kからは、同図に示すように、各出力の透過中心波
長(周波数)が、最も短波長ポートの透過光周波数をf
cとしてfoずつシフトした輝線スペクトル成分を透過
する。このように、入力したSC光は、その内部に生成
している入射光パルスの繰り返し周波数に相当する周波
数間隔の輝線スペクトル成分毎に良好な消光比で選択的
に透過され、各輝線成分に分離される。さらに、このk
本の輝線スペクトル成分は、それぞれ独立して、可変減
衰器203−1〜203−kおよび可変位相調整器20
4−1〜204−kによって強度および位相を調整され
た後、合波用アレイ導波路格子206によって再び合波
される。Assuming that fo is the oscillation frequency of the reference signal oscillator 101, the transmission center wavelength (frequency) of each output is output from each of the output terminals 1 to k of the demultiplexing arrayed waveguide grating 202, as shown in FIG. , The transmitted light frequency of the shortest wavelength port is f
A bright line spectrum component shifted by fo is transmitted as c. In this way, the input SC light is selectively transmitted with a good extinction ratio for each bright line spectrum component of the frequency interval corresponding to the repetition frequency of the incident light pulse generated inside, and separated into each bright line component. To be done. Furthermore, this k
The bright line spectral components of the book are independently variable attenuators 203-1 to 203-k and variable phase adjuster 20.
After the intensity and the phase are adjusted by 4-1 to 204-k, they are combined again by the combining array waveguide grating 206.
【0056】ここで、可変減衰器203−1〜203−
kおよび可変位相調整器204−1〜204−kによる
強度および位相の調整により、極短光パルスの発生条件
にとって最適な状態に設定する。Here, the variable attenuators 203-1 to 203-
By adjusting the intensity and the phase by the k and variable phase adjusters 204-1 to 204-k, the optimum condition is set for the generation condition of the ultrashort optical pulse.
【0057】この際に、k本の各輝線スペクトル成分の
振幅が等しく、かつ位相差がないように調節した場合に
は、合波用アレイ導波路格子206によって再合成され
た光パルスS(t)は、次式(2)で示される。At this time, when the amplitudes of the k bright line spectrum components are equal and there is no phase difference, the optical pulse S (t) recombined by the multiplexing array waveguide grating 206 is used. ) Is represented by the following equation (2).
【0058】[0058]
【数2】 [Equation 2]
【0059】上式は、周期インパルス波形をフーリエ級
数に展開したものに等しい。すなわち、再合成された光
パルスS(t)のパルス幅は極めて細いものとなること
を意味している。The above equation is equivalent to the expansion of the periodic impulse waveform into the Fourier series. That is, it means that the pulse width of the re-synthesized light pulse S (t) is extremely narrow.
【0060】一例として、合成した光輝線スペクトル列
の包絡線がガウス型であり、その半値幅が△λであると
して、再合成された光パルスの時間応答におけるパルス
幅について算出する。As an example, assuming that the envelope of the synthesized bright line spectrum sequence is Gaussian and the half width is Δλ, the pulse width in the time response of the recombined optical pulse is calculated.
【0061】ここで、例えば△λ=100nmとし、発
生する光パルスがトランスフォームリミットな光パルス
であると仮定すると、光パルスの時間帯域幅積は一定の
値(0.44)となる。半値幅の波長帯域100nmは
周波数帯域に換算して12THzとなるから、求める時
間幅は、3.6×10-14 [s]、すなわち36[f
s]となる。この時間パルス幅は、従来技術により達成
されている値の1/5程度の値とすることができる。Here, assuming that Δλ = 100 nm and the generated optical pulse is a transform-limited optical pulse, the time bandwidth product of the optical pulse becomes a constant value (0.44). Since the wavelength band 100 nm of the half width is 12 THz when converted into the frequency band, the time width to be obtained is 3.6 × 10 −14 [s], that is, 36 [f
s]. This time pulse width can be set to a value of about ⅕ of the value achieved by the prior art.
【0062】このように本実施の形態によれば、より広
いスペクトル範囲のSC光に対して短光パルスの発生条
件を満足させて出力光パルスのパルス幅が最小となるよ
うに調節することで極めて時間幅の狭い光パルスを発生
させ、従来よりも狭いパルス幅の光パルスを発生させる
ことができる。したがって、超高速光伝送や光信号処理
における波長可変の極短光パルス光源として本発明装置
を用いると、顕著な効果を奏することができる。As described above, according to this embodiment, the SC light in a wider spectrum range is adjusted so that the generation condition of the short optical pulse is satisfied and the pulse width of the output optical pulse is minimized. It is possible to generate an optical pulse having an extremely narrow time width and generate an optical pulse having a pulse width narrower than that of the conventional one. Therefore, when the device of the present invention is used as a wavelength tunable ultrashort optical pulse light source in ultrahigh-speed optical transmission or optical signal processing, remarkable effects can be obtained.
【0063】なお、分離された輝線スペクトル成分が可
変減衰器203−1〜203−kおよび可変位相調整器
204−1〜204−kを通過する順序が、図2とは逆
になるように構成してもよい。The order in which the separated bright line spectrum components pass through the variable attenuators 203-1 to 203-k and the variable phase adjusters 204-1 to 204-k is configured so as to be opposite to that in FIG. You may.
【0064】また、本実施の形態においては、分離した
各輝線スペクトルの振幅および位相を独立に制御するこ
とができるため、例にあげたガウス型の光パルス以外の
光パルスも自由に生成させることができる。Further, in the present embodiment, since the amplitude and phase of each separated bright line spectrum can be controlled independently, it is possible to freely generate optical pulses other than the Gaussian optical pulse mentioned in the example. You can
【0065】(他の実施の形態)上記した図1と図2中
の構成要素のうち、低分散光ファイバ104、分波用ア
レイ導波路格子202、可変減衰器203−1〜203
−k、可変位相調整器204−1〜204−k、合波用
アレイ導波路格子205をそれぞれ偏波保持構成とする
ことができる。(Other Embodiments) Of the components shown in FIGS. 1 and 2, the low-dispersion optical fiber 104, the demultiplexing array waveguide grating 202, and the variable attenuators 203-1 to 203-3 are included.
The -k, the variable phase adjusters 204-1 to 204-k, and the multiplexing array waveguide grating 205 can each have a polarization maintaining configuration.
【0066】上記の構成によれば、低分散光ファイバ1
04によるスーパーコンティニュアム光の発生から、周
期光フィルタ105によって最終的に合波した出力を得
るに至る過程でのすべての構成要素が偏波保持構成であ
るため、この過程における偏波状態を一定に保持するこ
とができる。このため、常に安定して短光パルスを発生
させることができるようになる。According to the above configuration, the low dispersion optical fiber 1
Since all the components in the process from the generation of supercontinuum light by 04 to the finally combined output by the periodic optical filter 105 are polarization-maintaining structures, the polarization state in this process is It can be held constant. Therefore, it becomes possible to always stably generate the short light pulse.
【0067】[0067]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に記載の
発明によれば、所定の周波数で繰り返す光パルスを発生
する光パルスを入射して発生された繰り返し周波数に相
当する周波数間隔のスペクトル成分を有するスーパーコ
ンティニュアム光のスペクトル成分を光パルスに基づく
入射光の繰り返し周波数に相当する周波数間隔のスペク
トル成分毎に選択的に透過して分離し、分離した各スペ
クトル成分に対して独立的に強度と位相を調節して極短
パルス発生条件を満たすようにし、調節して得られた各
スペクトル成分を合波することで、時間幅の極く短い光
パルスを発生することができ、超高速光伝送や光信号処
理における波長可変の極短光パルス光源として最適な装
置を提供することができる。As described above, according to the first aspect of the invention, the spectrum of the frequency interval corresponding to the repetition frequency generated by the incidence of the light pulse for generating the light pulse repeating at the predetermined frequency is incident. Based on optical pulse with spectral component of supercontinuum light with component
A spectrum with a frequency interval corresponding to the repetition frequency of the incident light.
Tol components are selectively transmitted and separated, and the intensity and phase are adjusted independently for each separated spectral component to satisfy the condition of ultrashort pulse generation, and each spectral component obtained by adjustment By multiplexing the above, it is possible to generate an optical pulse having an extremely short time width, and it is possible to provide an optimum device as a wavelength-tunable ultra-short optical pulse light source in ultra-high-speed optical transmission and optical signal processing.
【0068】また、請求項2に記載の発明によれば、ス
ーパーコンティニュアム光を発生する光学手段以降を偏
波保持構成としたので、光学手段以降の過程における偏
波状態を一定に保持することができるため、時間幅の極
く短い光パルスを常に安定して発生させることができる
効果がある。According to the second aspect of the invention, since the polarization maintaining structure is provided after the optical means for generating the supercontinuum light, the polarization state in the process after the optical means is maintained constant. Therefore, there is an effect that a light pulse having an extremely short time width can always be stably generated.
【図1】本発明を適用した光パルス発生装置の第1の実
施の形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an optical pulse generator to which the present invention is applied.
【図2】第1の実施の形態の装置の構成要素であるアレ
イ導波路格子フィルタの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an arrayed-waveguide grating filter that is a component of the device according to the first embodiment.
【図3】アレイ導波路格子フィルタにおける各出力端子
の周波数(波長)透過特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing frequency (wavelength) transmission characteristics of each output terminal in the arrayed waveguide grating filter.
【図4】従来のパルス光発生装置の一例を示す構成図で
ある。FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of a conventional pulsed light generator.
【図5】モード同期ファイバリングレーザの構成例を示
す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a mode-locked fiber ring laser.
【図6】希土類ドープ光ファイバ増幅器の構成例を示す
図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a rare earth-doped optical fiber amplifier.
【図7】半導体レーザ増幅器の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor laser amplifier.
【図8】モード同期半導体レーザの各構成例を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram showing each configuration example of a mode-locked semiconductor laser.
【図9】利得変調半導体レーザの構成例を示す図であ
る。FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of a gain modulation semiconductor laser.
101 基準信号発振器 102 光パルス発生装置 103 光増幅器 104 低分散光ファイバ 105 周期光フィルタ 106,206 光出力ポート 201 光入力ポート 202 分波用アレイ導波路格子 203−1〜203−k 可変減衰器 204−1〜204−k 可変位相調整器 205 合波用アレイ導波路格子 101 Reference signal oscillator 102 optical pulse generator 103 Optical amplifier 104 Low dispersion optical fiber 105 periodic optical filter 106,206 Optical output port 201 Optical input port 202 Demultiplexing array waveguide grating 203-1 to 203-k variable attenuator 204-1 to 204-k variable phase adjuster 205 Array waveguide grating for multiplexing
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−236834(JP,A) 特開 平7−79212(JP,A) T.Morioka et al,1 Tbit/s(100Gbit/s*10c hannnel)OTDM/WDM t ransmission using a single supercont inuum WDM source,E lectronics Letter s,1996年 5月 9日,vol.32, no.10,pp.906−907 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/29 - 7/00 JICSTファイル(JOIS)Continuation of the front page (56) References JP-A-9-236834 (JP, A) JP-A-7-79212 (JP, A) T.M. Morioka et al, 1 Tbit / s (100 Gbit / s * 10 c channel) OTDM / WDM transmission using a single superindium WDM source, Eltronics Letters, May 5, 1996. 32, no. 10, pp. 906-907 (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/29-7/00 JISST file (JOIS)
Claims (2)
する光パルス発生手段と、前記光パルスの波長の近傍に
零分散を有する光学手段であって、前記光パルスに基づ
く入射光により前記繰り返し周波数に相当する周波数間
隔のスペクトル成分を有するスーパーコンティニュアム
光を発生する光学手段とを備えるパルス光発生装置にお
いて、 前記スーパーコンティニュアム光を構成する、前記光パ
ルスに基づく前記入射光の前記繰り返し周波数に相当す
る周波数間隔のスペクトル成分毎に前記スペクトル成分
を選択的に透過して分離する分離手段と、 前記分離した各スペクトル成分に対して独立的に強度と
位相を調節することで、各スペクトル成分の強度を一定
にするとともに各スペクトル成分の位相差を最小にする
調節手段と、 前記調節手段により調節して得られた各スペクトル成分
を合波する光合波手段とを備えることを特徴とするパル
ス光発生装置。1. An optical pulse generating means for generating an optical pulse repeating at a predetermined frequency, and an optical means having zero dispersion in the vicinity of the wavelength of the optical pulse, wherein the repeating frequency is generated by incident light based on the optical pulse. in the pulse light generating device and an optical means for generating a supercontinuum light having spectral components corresponding to the frequency interval, constituting the supercontinuum light, the light path
Corresponding to the repetition frequency of the incident light based on
A separating means for selectively transmitting and separating the spectral components for each spectral component of a frequency interval , and the intensity of each spectral component by independently adjusting the intensity and phase for each of the separated spectral components. Pulse light generation characterized in that it comprises: adjusting means for minimizing the phase difference between the spectral components and optical combining means for multiplexing the spectral components obtained by the adjusting means. apparatus.
調節手段と、前記光合波手段は、それぞれ偏波保持の特
性を有することを特徴とする請求項1に記載のパルス光
発生装置。2. The pulsed light generator according to claim 1, wherein the optical unit, the separating unit, the adjusting unit, and the optical combining unit each have a polarization maintaining characteristic.
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---|---|---|---|
JP34835597A JP3464373B2 (en) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | Pulse light generator |
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---|---|---|---|
JP34835597A JP3464373B2 (en) | 1997-12-17 | 1997-12-17 | Pulse light generator |
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JPH11183946A JPH11183946A (en) | 1999-07-09 |
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- 1997-12-17 JP JP34835597A patent/JP3464373B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
T.Morioka et al,1Tbit/s(100Gbit/s*10channnel)OTDM/WDM transmission using a single supercontinuum WDM source,Electronics Letters,1996年 5月 9日,vol.32,no.10,pp.906−907 |
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JPH11183946A (en) | 1999-07-09 |
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