JP3486612B2 - Ultrashort pulse fiber laser light source - Google Patents

Ultrashort pulse fiber laser light source

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JP3486612B2
JP3486612B2 JP2001022230A JP2001022230A JP3486612B2 JP 3486612 B2 JP3486612 B2 JP 3486612B2 JP 2001022230 A JP2001022230 A JP 2001022230A JP 2001022230 A JP2001022230 A JP 2001022230A JP 3486612 B2 JP3486612 B2 JP 3486612B2
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pulse
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用光源とし
て用いられるパルス幅が狭くかつ波形の整った光パルス
を発生させるモード同期リングレーザを改良し、パルス
幅がサブピコ秒の超短光パルスを発生させる超短パルス
ファイバレーザ光源に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention improves a mode-locking ring laser used as a light source for optical communication, which generates an optical pulse having a narrow pulse width and a uniform waveform, and an ultrashort optical pulse having a pulse width of sub-picosecond. The present invention relates to an ultra-short pulse fiber laser light source for generating light.

【0002】また、本発明は、フェムト秒光源として、
光サンプリング、時間分解分光、光学素子の評価用の光
源として用いられる超短パルスファイバレーザ光源に関
する。
The present invention also provides a femtosecond light source,
The present invention relates to an ultrashort pulse fiber laser light source used as a light source for optical sampling, time-resolved spectroscopy, and evaluation of optical elements.

【0003】[0003]

【従来の技術】パルス幅が1ピコ秒(1×10-12 秒)未
満の超短光パルス(サブピコ秒光パルス)を発生させる
レーザとしては、従来から波長600 nmを中心とした色
素レーザが使用されてきた。色素レーザは、有機色素を
溶媒に溶かしてレーザ媒質として使用するので、液体の
循環装置が必要であり、また有機色素は化学的に不安定
であるので劣化が早く、その溶液を頻繁に交換する必要
があるなど取り扱いが煩雑であった。さらに、色素レー
ザにエネルギーを供給するための励起光源として大型で
大出力のYAGレーザやガスレーザなどを必要とし、そ
の繰り返し周波数は数十メガヘルツ以下であった。
2. Description of the Related Art As a laser for generating an ultrashort light pulse (sub-picosecond light pulse) having a pulse width of less than 1 picosecond (1 × 10 -12 second), a dye laser centered at a wavelength of 600 nm has been conventionally used. Has been used. A dye laser requires a liquid circulation device because it uses an organic dye dissolved in a solvent as a laser medium, and since the organic dye is chemically unstable, it deteriorates quickly and its solution is frequently replaced. Handling was complicated, such as when it was necessary. Furthermore, a large-sized and high-output YAG laser or gas laser is required as an excitation light source for supplying energy to the dye laser, and the repetition frequency thereof is several tens of megahertz or less.

【0004】このような取り扱いが煩雑な欠点を克服し
たものとして、波長700 nm〜1μm帯のチタン・サフ
ァイヤ・レーザがあるが、光パルスの繰り返し周波数は
数十ないし数百メガヘルツであり、光通信で必要となる
10ギガヘルツ以上とすることは困難であった。
There is a titanium sapphire laser having a wavelength of 700 nm to 1 μm that overcomes the drawbacks of complicated handling, but the repetition frequency of the optical pulse is several tens to several hundreds of megahertz, and optical communication is performed. Needed in
It has been difficult to achieve above 10 GHz.

【0005】一方、単一モード光ファイバでリング共振
器を構成したモード同期リングレーザは、従来から安定
なパルス光源として知られており、光通信実験や部品・
材料の評価用の光源として用いられている。現在、これ
らのモード同期リングレーザから出力される光パルスの
最小パルス幅は約1ピコ秒程度であり、これからさらに
細い光パルスを発生させるには光パルス圧縮器等を用い
てパルス圧縮する必要があった。
On the other hand, a mode-locking ring laser in which a ring resonator is constructed by a single-mode optical fiber has been known as a stable pulse light source, and has been used in optical communication experiments and parts / components.
It is used as a light source for material evaluation. At present, the minimum pulse width of the optical pulse output from these mode-locked ring lasers is about 1 picosecond, and it is necessary to perform pulse compression using an optical pulse compressor or the like in order to generate an even narrower optical pulse. there were.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、光パルス圧
縮器を使用した場合には、光パルスの裾が圧縮されずに
残ったり、主となるパルス以外に小さな寄生パルスが発
生するなどの欠点があり、波形の整った光パルスを発生
させることは困難であった。
By the way, when the optical pulse compressor is used, there are drawbacks such that the tail of the optical pulse remains uncompressed and a small parasitic pulse is generated in addition to the main pulse. However, it was difficult to generate a light pulse having a well-shaped waveform.

【0007】本発明は、光パルス圧縮器を用いず、モー
ド同期リングレーザからサブピコ秒のパルス幅を有し、
かつ波形の整った光パルスを直接発生させることができ
る超短パルスファイバレーザ光源を提供することを目的
とする。
The present invention does not use an optical pulse compressor, has a sub-picosecond pulse width from a mode-locked ring laser,
Another object of the present invention is to provide an ultrashort pulse fiber laser light source which can directly generate a light pulse having a well-shaped waveform.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】石英ガラスを主成分とす
る光ファイバでは、波長1.55μm帯において、波長が長
くなるほど伝搬速度が遅くなる異常分散特性をもつ。一
方、光ファイバ中を伝搬する光信号は、光カー効果によ
り自己位相変調を受ける。これらの事象から、光ファイ
バ中を伝搬する光信号は、非線形シュレディンガ方程式 i(∂u/∂z)+(1/2)(∂2u/∂t2)+|u|2u=0 …(1) によって表される。
[Means for Solving the Problems] An optical fiber whose main component is silica glass has an anomalous dispersion characteristic in which the propagation speed becomes slower as the wavelength becomes longer in the wavelength band of 1.55 μm. On the other hand, the optical signal propagating in the optical fiber undergoes self-phase modulation due to the optical Kerr effect. From these events, the optical signal propagating in the optical fiber has a nonlinear Schrodinger equation i (∂u / ∂z) + (1/2) (∂ 2 u / ∂t 2 ) + | u | 2 u = 0 … Represented by (1).

【0009】式(1) の第1項は光の伝搬を表し、第2項
は光ファイバの群速度分散効果を表し、第3項は光カー
効果を表している。式(1) の安定解の中で次数の最も低
い解は、双曲線正割関数(sech関数) u(z,t) =sech(t) exp(iz/2) …(2) で表される「光ソリトンパルス」である。光ソリトンパ
ルスは、光ファイバの群速度分散によるパルス広がり
と、光カー効果により光パルスが細くなる効果が釣り合
うことにより、光ファイバ中を伝搬しても波形が変化せ
ず、またパルス内の位相は常に一定という特徴がある
(参考文献1:G.P.アグラワール著「非線形ファイバー
光学」、吉岡書店、1997年発行)。
The first term of the equation (1) represents the propagation of light, the second term represents the group velocity dispersion effect of the optical fiber, and the third term represents the optical Kerr effect. The lowest-order solution among the stable solutions of equation (1) is represented by the hyperbolic secant function (sech function) u (z, t) = sech (t) exp (iz / 2) (2) It is an "optical soliton pulse". The optical soliton pulse is a pulse spread due to the group velocity dispersion of the optical fiber and the effect of narrowing the optical pulse due to the optical Kerr effect, so that the waveform does not change even when propagating in the optical fiber, and the phase in the pulse does not change. Is always constant (Reference 1: GP Non-linear Fiber Optics by Aglawar, published by Yoshioka Shoten, 1997).

【0010】そこで、光ソリトンパルスを直接発生する
モード同期リングレーザから、サブピコ秒パルスを発生
させることができれば、上記の課題を解決することがで
きる。
Therefore, if the sub-picosecond pulse can be generated from the mode-locking ring laser that directly generates the optical soliton pulse, the above problem can be solved.

【0011】光ソリトンパルスには断熱的に波形を変化
させると、波形を保ったままパルス幅が変化する特徴が
ある。この断熱的な変化を生じさせるには、光ソリトン
パルスを群速度分散が進行方向に対して変化する光ファ
イバに入力すればよい。例えば、群速度分散が進行方向
に対して減少する光ファイバに入力するとパルス幅が圧
縮され、群速度分散が進行方向に対して増加する光ファ
イバに入力するとパルス幅が伸長する(参考文献2:S.
V.Chernikov 他,Electron.Lett., vol.28, p.1842,19
92) 。
The optical soliton pulse is characterized in that when the waveform is changed adiabatically, the pulse width changes while maintaining the waveform. In order to cause this adiabatic change, an optical soliton pulse may be input to an optical fiber whose group velocity dispersion changes in the traveling direction. For example, the pulse width is compressed when input to an optical fiber whose group velocity dispersion decreases in the traveling direction, and the pulse width is expanded when input to an optical fiber whose group velocity dispersion increases in the traveling direction (Reference 2: S.
V. Chernikov et al., Electron. Lett., Vol. 28, p. 1842, 19
92).

【0012】したがって、サブピコ秒のパルス幅を有
し、かつ波形の整った光パルスを発生する超短パルスフ
ァイバレーザ光源は、次のような構成により可能であ
る。まず、群速度分散の平均値が異常分散である単一モ
ード光ファイバでリング共振器を形成したモード同期リ
ングレーザを構成し、1ピコ秒程度のパルス幅で安定に
発振させる。ここで、リング共振器内で断熱的にパルス
幅を圧縮する分散減少部分を設け、細くなった光パルス
を取り出す。この細い光パルスをそのままリング共振器
内を周回させると、再度分散減少部分を通過するときに
さらに圧縮を受け、ついには光パルスが崩れてしまう。
そこで、リング共振器内に断熱的にパルス幅を伸長する
分散増加部分を設け、分散減少部分によって圧縮された
光パルスのパルス幅を元に戻すことにより、安定性と光
パルスの細さを両立させる。
Therefore, an ultrashort pulse fiber laser light source having a sub-picosecond pulse width and generating an optical pulse with a well-shaped waveform can be constructed by the following configuration. First, a mode-locked ring laser in which a ring resonator is formed by a single-mode optical fiber having an anomalous dispersion of the average group velocity dispersion is constructed and stably oscillated with a pulse width of about 1 picosecond. Here, a dispersion-reduced portion that adiabatically compresses the pulse width is provided in the ring resonator, and a thinned optical pulse is extracted. When this thin optical pulse is circulated in the ring resonator as it is, it is further compressed when passing through the dispersion reduced portion again, and the optical pulse is finally destroyed.
Therefore, by providing a dispersion increasing part that adiabatically expands the pulse width in the ring resonator and restoring the pulse width of the optical pulse compressed by the dispersion decreasing part, both stability and thinness of the optical pulse are achieved. Let

【0013】このように本発明の基本構成は、1ピコ秒
程度のパルス幅で安定に光ソリトンパルスを発生するモ
ード同期リングレーザであるので、安定できれいな波形
の光パルスが得られる。このモード同期リングレーザの
単一モード光ファイバの一部または全部として、断熱的
なパルス圧縮を行う分散減少部分(異常分散の大きさが
光パルスの進行方向に対して減少する分散減少光ファイ
バ)と、断熱的なパルス伸長を行う分散増加部分(異常
分散の大きさが光パルスの進行方向に対して増加する分
散増加光ファイバ)を組み込み、その前後で波形が変化
しないように構成すれば、光パルスの崩壊を防ぎなが
ら、分散減少光ファイバ(パルス圧縮部)の出口におい
て細く安定な光パルスを得ることができる。
As described above, since the basic configuration of the present invention is a mode-locking ring laser which stably generates an optical soliton pulse with a pulse width of about 1 picosecond, an optical pulse having a stable and clean waveform can be obtained. A dispersion-reducing portion for performing adiabatic pulse compression as a part or all of the single-mode optical fiber of this mode-locked ring laser (dispersion-reducing optical fiber in which the magnitude of the anomalous dispersion decreases with respect to the traveling direction of the optical pulse). By incorporating a dispersion-increasing portion (a dispersion-increasing optical fiber in which the magnitude of the anomalous dispersion increases with respect to the traveling direction of the optical pulse) that performs adiabatic pulse expansion, and configuring it so that the waveform does not change before and after that, It is possible to obtain a thin and stable optical pulse at the exit of the dispersion-decreasing optical fiber (pulse compression unit) while preventing the optical pulse from collapsing.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図1は、本発
明の第1の実施形態を示す。図において、光増幅器1、
帯域透過型光フィルタ2、光変調器3、単一モード光フ
ァイバ4、光パルスのパワーの一部を出力光として取り
出す出力カプラ5、光パルスの周回方向を決める光アイ
ソレータ6は、リング状に結合して通常のモード同期リ
ングレーザを構成する。光増幅器1としては、波長1.55
μm帯ではエルビウム添加光ファイバ増幅器または半導
体光増幅器を用いることができる。光変調器3は、強度
変調器または位相変調器を用いることができる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In the figure, an optical amplifier 1,
The band-pass type optical filter 2, the optical modulator 3, the single-mode optical fiber 4, the output coupler 5 that extracts a part of the power of the optical pulse as output light, and the optical isolator 6 that determines the circulation direction of the optical pulse are formed in a ring shape. Combined to form a normal mode-locked ring laser. The optical amplifier 1 has a wavelength of 1.55
In the μm band, an erbium-doped optical fiber amplifier or a semiconductor optical amplifier can be used. The light modulator 3 can use an intensity modulator or a phase modulator.

【0015】以上のモード同期リングレーザの構成にお
いて、異常分散の単一モード光ファイバ4を用い、パル
ス幅1ps程度の安定な光ソリトンパルスを得る。この
レーザでは、単一モード光ファイバ4内における波形は
近似的に一定と見なすことができる。
In the structure of the mode-locked ring laser described above, a stable optical soliton pulse having a pulse width of about 1 ps is obtained by using the single mode optical fiber 4 with anomalous dispersion. In this laser, the waveform in the single mode optical fiber 4 can be regarded as approximately constant.

【0016】そこで、本実施形態では、単一モード光フ
ァイバ4を2つに分け、その間に異常分散の大きさが光
パルスの進行方向に対して減少する単一モード光ファイ
バ(以下「分散減少光ファイバ」という)7と、異常分
散の大きさが光パルスの進行方向に対して増加する単一
モード光ファイバ(以下「分散増加光ファイバ」とい
う)8を光パルスの進行方向に従って挿入し、さらにそ
の間に出力カプラ5を配置した構成とする。すなわち、
分散減少光ファイバ7の出力側から光パルスを取り出す
構成とする。
Therefore, in the present embodiment, the single-mode optical fiber 4 is divided into two, and the size of the anomalous dispersion decreases in the meantime with respect to the traveling direction of the optical pulse. 7) and a single mode optical fiber (hereinafter referred to as “dispersion-increasing optical fiber”) 8 in which the magnitude of the anomalous dispersion increases with respect to the traveling direction of the optical pulse, according to the traveling direction of the optical pulse, Further, the output coupler 5 is arranged between them. That is,
The optical pulse is taken out from the output side of the dispersion reducing optical fiber 7.

【0017】なお、出力カプラ5と分散増加光ファイバ
8との間に、必要に応じて光増幅器9を挿入してもよ
い。また、単一モード光ファイバ4は必ずしも2つに分
ける必要はなく、また分散減少光ファイバ7および分散
増加光ファイバ8にその機能をもたせた場合には省略し
てもよい。すなわち、本レーザを光ソリトンパルスを発
生するモード同期リングレーザとして動作させるには、
用いる光ファイバ(4,7,8)の平均分散が異常分散
であればよい。
An optical amplifier 9 may be inserted between the output coupler 5 and the dispersion increasing optical fiber 8 if necessary. Further, the single mode optical fiber 4 does not necessarily have to be divided into two, and may be omitted when the dispersion decreasing optical fiber 7 and the dispersion increasing optical fiber 8 have their functions. That is, to operate this laser as a mode-locked ring laser that generates optical soliton pulses,
The average dispersion of the optical fibers (4, 7, 8) used may be anomalous dispersion.

【0018】単一モード光ファイバ4の群速度分散を例
えば4ps/km/nmとすると、ソリトン周期(参考文献1参
照)は約100 mとなる。分散減少光ファイバ7は、単一
モード光ファイバ4との接続による光パルスの乱れを抑
えるために、入口側の群速度分散の大きさをほぼ揃える
ことが好ましい。本例では、入力端で4ps/km/nmの群速
度分散をもつものを使用する。断熱圧縮過程ではパルス
幅と群速度分散は逆比例するので、2倍の圧縮率を得る
には出口側で入口側の半分の群速度分散、すなわち2ps
/km/nmの群速度分散となる分散減少光ファイバ7を用い
る。きれいな断熱圧縮を得るためには、群速度分散の大
きさが半減する長さをソリトン周期の約4倍以上にすれ
ばよい。このようにして圧縮された光パルスは、出力カ
プラ5を介して出力されるとともに分散増加光ファイバ
8に入力され、断熱伸長過程によって元のパルス幅に戻
され、他方の単一モード光ファイバ4に入力される。
If the group velocity dispersion of the single mode optical fiber 4 is 4 ps / km / nm, for example, the soliton period (see Reference 1) is about 100 m. It is preferable that the dispersion-reducing optical fiber 7 has substantially the same group velocity dispersion on the entrance side in order to suppress the disturbance of the optical pulse due to the connection with the single-mode optical fiber 4. In this example, one having a group velocity dispersion of 4 ps / km / nm at the input end is used. In the adiabatic compression process, the pulse width and group velocity dispersion are inversely proportional, so in order to obtain a double compression rate, the group velocity dispersion of the exit side and half of the inlet side, that is, 2ps
A dispersion reducing optical fiber 7 having a group velocity dispersion of / km / nm is used. In order to obtain a clean adiabatic compression, the length at which the magnitude of group velocity dispersion is halved may be set to about 4 times the soliton period or more. The optical pulse compressed in this way is output through the output coupler 5 and also input to the dispersion increasing optical fiber 8 and returned to the original pulse width by the adiabatic expansion process, and the other single mode optical fiber 4 Entered in.

【0019】分散減少光ファイバ7と分散増加光ファイ
バ8は、同一特性のものを逆方向に使用してもよく、互
いに異なる特性のものを用いてもよい。このとき、出力
カプラ5の後段に光増幅器9を挿入し、出力を取り出す
ことに伴うリング共振器内のエネルギーの低下を補い、
波形の変化を対称にするようにしてもよい。また、光増
幅器9の利得(増幅率)を調整することにより、分散減
少光ファイバ7と分散増加光ファイバ8の特性のアンバ
ランスを補償することができる。すなわち、分散減少光
ファイバ7の入口と分散増加光ファイバ8の出口におけ
る光パルスが等しくなるように、分散減少光ファイバ7
および分散増加光ファイバ8の特性または光増幅器9の
利得を設計すればよい。
The dispersion-decreasing optical fiber 7 and the dispersion-increasing optical fiber 8 may have the same characteristics in opposite directions or may have different characteristics. At this time, the optical amplifier 9 is inserted in the subsequent stage of the output coupler 5 to compensate for the decrease in energy in the ring resonator caused by taking out the output,
The change in the waveform may be symmetrical. Further, by adjusting the gain (amplification factor) of the optical amplifier 9, it is possible to compensate the imbalance of the characteristics of the dispersion decreasing optical fiber 7 and the dispersion increasing optical fiber 8. That is, the dispersion decreasing optical fiber 7 is adjusted so that the optical pulses at the entrance of the dispersion decreasing optical fiber 7 and the exit of the dispersion increasing optical fiber 8 become equal.
The characteristics of the dispersion increasing optical fiber 8 or the gain of the optical amplifier 9 may be designed.

【0020】ここで、分散減少光ファイバ7および分散
増加光ファイバ8における群速度分散の減少/増加は、
必ずしも単調である必要はなく、また滑らかである必要
もない。なぜならば、信号光によって定まる分散距離
(参考文献1参照)に比較して、十分に短い距離で光フ
ァイバの群速度分散値を変化させた場合には、信号光の
振る舞いは局所的な群速度分散値によって決まるのでは
なく、群速度分散値の平均によって決まるからである。
したがって、例えば群速度分散の異なる光ファイバを多
数接続しても、「ある程度の距離の平均」として群速度
分散が増加/減少するように設定することができる(参
考文献3:中沢正隆他、応用物理学会英文論文誌34巻L
681 頁、1995年、参考文献4:S.V.Chernikov 他,Elec
tron.Lett., vol.29, p.1788,1993) 。
Here, the decrease / increase of group velocity dispersion in the dispersion decreasing optical fiber 7 and the dispersion increasing optical fiber 8 is as follows.
It need not be monotonic and need not be smooth. This is because when the group velocity dispersion value of the optical fiber is changed by a sufficiently short distance as compared with the dispersion distance determined by the signal light (see Reference 1), the behavior of the signal light is the local group velocity. This is because it is not determined by the dispersion value, but by the average of the group velocity dispersion values.
Therefore, even if a large number of optical fibers having different group velocity dispersions are connected, the group velocity dispersion can be set to increase / decrease as an "average of a certain distance" (reference document 3: Masataka Nakazawa et al., Application Journal of the Physical Society of Japan 34
681, 1995, Ref. 4: SVChernikov et al., Elec
tron.Lett., vol.29, p.1788, 1993).

【0021】図2は、分散減少光ファイバ7の群速度分
散特性(光パルスの進行方向の群速度分散値の変化)の
例を示す。なお、分散増加光ファイバ8においても同様
であるが、上述したように両者の特性が対称である必要
は必ずしもない。
FIG. 2 shows an example of group velocity dispersion characteristics of the dispersion-decreasing optical fiber 7 (change in group velocity dispersion value in the traveling direction of the optical pulse). The same applies to the dispersion-increasing optical fiber 8, but the characteristics of the both need not necessarily be symmetrical as described above.

【0022】図2(1) は光パルスの進行方向に沿って群
速度分散値が滑らかかつ直線的に変化する例、図2(2)
は光パルスの進行方向に沿って群速度分散値が滑らかか
つ非直線的に変化する例、図2(3) は光パルスの進行方
向に沿って群速度分散値が階段状に変化する例、図2
(4),(5) は光パルスの進行方向に沿って群速度分散値が
櫛形状に変化する例である。
FIG. 2 (1) shows an example in which the group velocity dispersion value changes smoothly and linearly along the traveling direction of the optical pulse, FIG. 2 (2)
Shows an example in which the group velocity dispersion value changes smoothly and non-linearly along the traveling direction of the light pulse, and FIG. 2 (3) shows an example in which the group velocity dispersion value changes stepwise along the traveling direction of the light pulse, Figure 2
(4) and (5) are examples in which the group velocity dispersion value changes in a comb shape along the traveling direction of the optical pulse.

【0023】図3は、第1の実施形態の各部の光パルス
波形を計算機で解析した結果を示す。群速度分散値の変
化を12ps/km/nmから3ps/km/nmと4倍とし、パルス幅の
圧縮比として4倍を得た例である。
FIG. 3 shows the result of computer analysis of the optical pulse waveform of each part of the first embodiment. This is an example in which the change in group velocity dispersion value is increased from 12 ps / km / nm to 3 ps / km / nm by 4 times, and the pulse width compression ratio is increased by 4 times.

【0024】図3(1) は、分散減少光ファイバ7の入力
側A、分散減少光ファイバ7の出力側(分散増加光ファ
イバ8の入力側)B、分散増加光ファイバ8の出力側C
の光パルス波形を示す。A点からB点に至るまで徐々に
パルス幅が減少し、B点からC点に至るまで徐々にパル
ス幅が増加している様子がわかる。図3(2) はA点にお
ける光パルス波形であり、図3(3) はB点における光パ
ルス波形である。パルス幅は、各0.83ps、0.21psであ
り、ほぼ設計通りに4倍の圧縮比が得られていることが
わかる。
FIG. 3A shows an input side A of the dispersion decreasing optical fiber 7, an output side of the dispersion decreasing optical fiber 7 (an input side of the dispersion increasing optical fiber 8), and an output side C of the dispersion increasing optical fiber 8.
The optical pulse waveform of is shown. It can be seen that the pulse width gradually decreases from the point A to the point B, and gradually increases from the point B to the point C. FIG. 3 (2) is the optical pulse waveform at point A, and FIG. 3 (3) is the optical pulse waveform at point B. The pulse widths are 0.83ps and 0.21ps, respectively, and it can be seen that a compression ratio of 4 times is obtained almost as designed.

【0025】(第2の実施形態)図4は、本発明の第2
の実施形態を示す。図において、光増幅器1、帯域透過
型光フィルタ2、光変調器3、単一モード光ファイバ4
は、第1の実施形態と同様にリング状に結合してモード
同期リングレーザを構成する。本実施形態では、第1の
実施形態の出力カプラ5の位置に光サーキュレータ11
を挿入し、その第1ポートと第3ポートをリングに接続
する。光サーキュレータ11の第2ポートには、分散減
少光ファイバ7、双方向光増幅器12、光パルスの一部
を出力光として取り出し残りを反射する出力カプラ(例
えばハーフミラー)13を順に接続し、往復経路を形成
する。光サーキュレータ11は、第1ポートから入った
光パルスを第2ポートに出力し、第2ポートから入った
光パルスを第3ポートに出力する構成であり、第3ポー
トから入る光を遮断する(第4ポートを終端する)こと
により、第1の実施形態における光アイソレータ6の機
能ももたせることができる。
(Second Embodiment) FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention.
2 shows an embodiment of the present invention. In the figure, an optical amplifier 1, a bandpass optical filter 2, an optical modulator 3, and a single mode optical fiber 4 are shown.
Form a mode-locked ring laser by ring-shaped coupling as in the first embodiment. In this embodiment, the optical circulator 11 is placed at the position of the output coupler 5 of the first embodiment.
And connect its first and third ports to the ring. To the second port of the optical circulator 11, a dispersion-reducing optical fiber 7, a bidirectional optical amplifier 12, and an output coupler (for example, a half mirror) 13 for extracting a part of an optical pulse as output light and reflecting the rest are sequentially connected, and reciprocated. Form a path. The optical circulator 11 is configured to output the optical pulse input from the first port to the second port and output the optical pulse input from the second port to the third port, and block the light input from the third port ( By terminating the fourth port), the function of the optical isolator 6 in the first embodiment can be provided.

【0026】モード同期リングレーザを周回する光パル
スは、光サーキュレータ11の第1ポートから第2ポー
トに抜け、分散減少光ファイバ7に入力されてパルス圧
縮を受ける。圧縮された光パルスは、双方向光増幅器1
2および出力カプラ13を介して出力されるとともに、
その一部が出力カプラ13で反射し、双方向光増幅器1
2で増幅器されて分散減少光ファイバ7に逆方向から入
力される。これにより、分散減少光ファイバ7は分散増
加光ファイバとして機能して光パルスは元のパルス幅に
戻され、光サーキュレータ11を介してリング内に入力
される。すなわち、光パルスが分散減少光ファイバ7を
往復する構成により、分散減少光ファイバ7で光パルス
の圧縮と伸長が可能となる。
The optical pulse that circulates in the mode-locking ring laser passes through the optical circulator 11 from the first port to the second port, is input to the dispersion-reducing optical fiber 7, and is subjected to pulse compression. The compressed optical pulse is transmitted to the bidirectional optical amplifier 1
2 and output via the output coupler 13,
A part of it is reflected by the output coupler 13, and the bidirectional optical amplifier 1
The signal is amplified by 2 and input to the dispersion reducing optical fiber 7 from the opposite direction. As a result, the dispersion-decreasing optical fiber 7 functions as a dispersion-increasing optical fiber, the optical pulse is returned to the original pulse width, and is input into the ring via the optical circulator 11. That is, the configuration in which the optical pulse reciprocates in the dispersion-decreasing optical fiber 7 enables the dispersion-decreasing optical fiber 7 to compress and expand the optical pulse.

【0027】このように、本実施形態では、1つの分散
減少光ファイバ7を用いることにより、第1の実施形態
のように分散減少光ファイバ7と分散増加光ファイバ8
の特性の違いを考慮する必要はない。双方向光増幅器1
2は、出力カプラ13で出力を取り出すことに伴うリン
グ共振器内のエネルギーの低下を補い、光サーキュレー
タ11の第1ポートと第3ポートで光パルスを同じにす
るために、必要に応じて用いられる。
As described above, in this embodiment, by using one dispersion decreasing optical fiber 7, the dispersion decreasing optical fiber 7 and the dispersion increasing optical fiber 8 as in the first embodiment.
It is not necessary to consider the difference in the characteristics of. Bidirectional optical amplifier 1
2 is used as necessary in order to compensate for the decrease in energy in the ring resonator due to the output being taken out by the output coupler 13 and to make the optical pulses the same at the first port and the third port of the optical circulator 11. To be

【0028】また、図5に示すように、光サーキュレー
タ11に代えて光結合器14を用いる場合には、例えば
光結合器14の第1ポート側に光アイソレータ6を挿入
する必要がある。なお、図5では、図4に示す光サーキ
ュレータ11のポート番号に対応させて光結合器14の
ポート番号を記している。
Further, as shown in FIG. 5, when the optical coupler 14 is used in place of the optical circulator 11, it is necessary to insert the optical isolator 6 at the first port side of the optical coupler 14, for example. In FIG. 5, the port number of the optical coupler 14 is shown in correspondence with the port number of the optical circulator 11 shown in FIG.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超短パル
スファイバレーザ光源は、モード同期リングレーザ内に
分散減少光ファイバと分散増加光ファイバを組み合わせ
挿入することにより、分散減少光ファイバの出力側から
パルス幅がサブピコ秒の光パルスを安定して取り出すこ
とができる。
As described above, in the ultrashort pulse fiber laser light source of the present invention, the output of the dispersion-decreasing optical fiber is obtained by inserting the dispersion-decreasing optical fiber and the dispersion-increasing optical fiber in combination in the mode-locked ring laser. An optical pulse having a pulse width of sub-picosecond can be stably extracted from the side.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】分散減少光ファイバ7の群速度分散特性の例を
示す図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of group velocity dispersion characteristics of a dispersion decreasing optical fiber 7.

【図3】第1の実施形態の各部の光パルス波形を計算機
で解析した結果を示す図。
FIG. 3 is a view showing a result of analyzing a light pulse waveform of each part of the first embodiment by a computer.

【図4】本発明の第2の実施形態を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2の実施形態の変形例を示すブロッ
ク図。
FIG. 5 is a block diagram showing a modification of the second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光増幅器 2 帯域通過型光フィルタ 3 光変調器 4 単一モード光ファイバ(任意) 5 出力カプラ 6 光アイソレータ 7 分散減少光ファイバ 8 分散増加光ファイバ 9 光増幅器(任意) 11 光サーキュレータ 12 双方向光増幅器(任意) 13 出力カプラ 14 光結合器 1 Optical amplifier 2 Bandpass optical filter 3 Optical modulator 4 Single mode optical fiber (optional) 5 output coupler 6 Optical isolator 7 Dispersion reduced optical fiber 8 Dispersion-increasing optical fiber 9 Optical amplifier (optional) 11 Optical circulator 12 Bidirectional optical amplifier (optional) 13 Output coupler 14 Optical coupler

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 G02F 1/365 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 3/00-3/30 G02F 1/365

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光増幅器と、帯域通過型光フィルタと、
光変調器と、群速度分散の平均値が異常分散である単一
モード光ファイバをリング状に結合してリング共振器を
形成し、リング共振器内で発生する光ソリトンパルスを
外部に取り出す出力カプラを備えモード同期リングレー
ザであって、 前記単一モード光ファイバの一部または全部として、異
常分散の大きさが光ソリトンパルスの進行方向に対して
減少する分散減少光ファイバと、異常分散の大きさが光
ソリトンパルスの進行方向に対して増加する分散増加光
ファイバを用い、 前記分散減少光ファイバでパルス幅が断熱的に圧縮され
た光ソリトンパルスのパワーの一部を前記出力カプラか
ら取り出し、光ソリトンパルスの残りのパワーを前記分
散増加光ファイバに入力しパルス幅を断熱的に伸長して
前記リング共振器内を周回させる構成であり、 前記出力カプラと前記分散増加光ファイバとの間に光増
幅器を挿入し、前記分散減少光ファイバの入力側の光ソ
リトンパルスと前記分散増加光ファイバの出力側の光ソ
リトンパルスが等しくなるようにその利得を調整する構
成である ことを特徴とする超短パルスファイバレーザ光
源。
1. An optical amplifier, a bandpass optical filter,
An output that extracts an optical soliton pulse generated in the ring resonator to the outside by combining an optical modulator and a single-mode optical fiber in which the average value of group velocity dispersion is anomalous dispersion to form a ring resonator. A mode-locking ring laser provided with a coupler, as a part or all of the single-mode optical fiber, a dispersion-decreasing optical fiber whose magnitude of anomalous dispersion decreases with respect to the traveling direction of an optical soliton pulse, and anomalous dispersion Size is light
Using a dispersion increasing optical fiber that increases with respect to the traveling direction of the soliton pulse, a part of the power of the optical soliton pulse whose pulse width is adiabatically compressed by the dispersion decreasing optical fiber is extracted from the output coupler, and the optical soliton pulse is extracted. configuration der to circulate the ring resonator and the remaining power of extended pulse width input to the dispersion increases optical fiber adiabatically is, photosensitizers between said output coupler the dispersion increases optical fiber
Insert a width device and insert an optical source on the input side of the dispersion-reducing optical fiber.
Reton pulse and optical fiber at the output side of the dispersion-increasing optical fiber
The gain is adjusted so that the reton pulses are equal.
Ultrashort pulse fiber laser light source, which is a formed.
【請求項2】 光増幅器と、帯域通過型光フィルタと、
光変調器と、群速度分散の平均値が異常分散である単一
モード光ファイバをリング状に結合してリング共振器を
形成し、リング共振器内で発生する光パルスを外部に取
り出す出力カプラを備えたモード同期リングレーザであ
って、 前記リング共振器内に、光サーキュレータの第1ポート
と第3ポートを接続し、第1ポートからの入力光を出力
し第3ポートへの出力光を入力する第2ポートに前記出
力カプラを接続して往復経路を形成し、 前記光サーキュレータの第2ポートと前記出力カプラと
の間に、前記単一モード光ファイバの一部または全部と
して、前記光サーキュレータからみて異常分散の大きさ
が光パルスの進行方向に対して減少する分散減少光ファ
イバを挿入し、 前記分散減少光ファイバでパルス幅が
圧縮された光パルスのパワーの一部を前記出力カプラか
ら取り出し、光パルスの残りのパワーを前記出力カプラ
で反射して前記分散減少光ファイバに逆方向から入力
し、パルス幅を伸長して前記リング共振器内を周回させ
る構成であることを特徴とする超短パルスファイバレー
ザ光源。
2. An optical amplifier, a bandpass optical filter,
An output coupler that forms a ring resonator by combining an optical modulator and a single-mode optical fiber whose group velocity dispersion average is anomalous to form a ring resonator, and extracts the optical pulse generated in the ring resonator to the outside. A mode-locking ring laser comprising: a ring resonator, wherein a first port and a third port of an optical circulator are connected to each other, the input light from the first port is output, and the output light to the third port is output. The output coupler is connected to a second port for inputting to form a round-trip path, and the optical coupler is provided between the second port of the optical circulator and the output coupler as a part or all of the single mode optical fiber. A dispersion-decreasing optical fiber whose anomalous dispersion magnitude decreases with respect to the traveling direction of the optical pulse viewed from the circulator is inserted, and the power of the optical pulse whose pulse width is compressed by the dispersion-decreasing optical fiber is inserted. Is extracted from the output coupler, the remaining power of the optical pulse is reflected by the output coupler and input to the dispersion-reducing optical fiber from the opposite direction, and the pulse width is extended to circulate in the ring resonator. An ultra-short pulse fiber laser light source having a configuration.
【請求項3】 請求項2に記載の超短パルスファイバレ
ーザ光源において、 前記出力カプラと前記分散減少光
ファイバとの間に光増幅器を挿入し、前記光サーキュレ
ータの第1ポートの入力光パルスと、第3ポートの出力
光パルスが等しくなるようにその利得を調整する構成で
あることを特徴とする超短パルスファイバレーザ光源。
3. The ultrashort pulse fiber laser light source according to claim 2, wherein an optical amplifier is inserted between the output coupler and the dispersion-reducing optical fiber, and an optical pulse is input to the first port of the optical circulator. , An ultrashort pulse fiber laser light source having a configuration in which the gain is adjusted so that the output light pulses of the third port become equal.
【請求項4】 請求項2または請求項3に記載の超短パ
ルスファイバレーザ光源において、 前記光サーキュレータに代えて光結合器を用い、前記リ
ング共振器内に周回する光パルスの方向を一定にする光
アイソレータを挿入した構成であることを特徴とする超
短パルスファイバレーザ光源。
4. The ultrashort pulse fiber laser light source according to claim 2 or 3, wherein an optical coupler is used instead of the optical circulator, and a direction of an optical pulse circulating in the ring resonator is made constant. An ultrashort pulse fiber laser light source having a structure in which an optical isolator is inserted.
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