JP3558499B2 - 光ファイバ、光源装置及びシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高ピークパワーの光パルスの入射による非線形光学効果に基いて発生するスーパーコンティニウム光又はアイドラ光等の非線形現象光を出射する光ファイバ及び光源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信技術の発展に伴い、短パルス光であり、かつ、波長幅の広い光源が期待されている。こうした光源に関する技術として、高ピークパワーの光パルスを光非線形媒質中に入射させたときの、波長幅の広いパルス光であるスーパーコンティニウム（ＳＣ）光の発生が注目されている。
【０００３】
近年、非線形媒質として光ファイバ（以後、ＳＣファイバとも呼ぶ）を使用した、ＳＣ光の生成の実験がなされ、発表されている（「森 他：１９９２年電子情報通信学会秋季大会 Ｃ−２５５、ｐｐ４−２７７（以後、従来例１と呼ぶ）」、「森 他：１９９３年電子情報通信学会秋季大会 Ｂ−９２０、ｐｐ４−１６１（以後、従来例２と呼ぶ）」、「Ｔ． Ｍｏｒｉｏｋａ ｅｔ ａｌ．：ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ， ７ｔｈ Ｊｕｌｙ １９９４， Ｖｏｌ．３０， Ｎｏ．１４， ｐｐ１１６６−１１６８（以後、従来例３と呼ぶ）」、 「Ｔ． Ｍｏｒｉｏｋａ ｅｔ ａｌ．：ＯＦＣ’９６， ＰＤ２１， １９９６（以後、従来例４と呼ぶ）」、「Ｔ． Ｍｏｒｉｏｋａ ｅｔ ａｌ．：ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ， ２２ｎｄ Ｊｕｎｅ １９９５， Ｖｏｌ．３１， Ｎｏ．１３（以後、従来例５と呼ぶ）」など）。
【０００４】
従来例１は、波長分散（正常分散または異常分散）や長さの異なる光ファイバに、零分散領域に中心波長を有するピークパワーが数１０Ｗのピコ秒パルス光を入射した場合のＳＣ光の発生の実験結果を開示している。そして、光ファイバが異常分散を有する場合の方が、正常分散を有する場合よりもＳＣ光の帯域が広いことを開示している。
【０００５】
従来例２は、波長分散（分散フラットまたは分散シフト）や長さの異なる光ファイバに、半導体レーザ（ＬＤ）からのパルス光を入射した場合のＳＣ光の発生の実験結果を開示している。そして、光ファイバが分散フラット型の分散を有する場合の方が、分散シフト型の分散を有する場合よりもＳＣ光の帯域が広いことを開示している。
【０００６】
従来例３は、ＳＣ光用の光ファイバとして、長さが３［ｋｍ］、波長が１５４１ｎｍにおいて分散値が０．１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］の分散シフトファイバを使用した場合のＳＣ光の発生を開示している。
【０００７】
従来例４および従来例５は、ＳＣ光用の光ファイバとして、分散シフトファイバを使用した場合の、入射端と出射端とにおけるスペクトルを開示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１〜５では、ＳＣ光については開示されているものの、ＳＣ光を発生するための光ファイバに関しては開示されていない。本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、波長幅が広く、波長幅での平坦性が高いＳＣ光やアイドラ光等の非線形現象光を効率的に生成するのに好適な光ファイバ及び光源装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ファイバは、入力される所定波長のパルス光に応じて非線形現象光を出力する光ファイバであって、非線形現象光の主要生成領域は、パルス光の進行に伴い、波長分散が正の値から減少する分散減少領域を備えることを特徴とする。非線形現象光は、スーパーコンティニウム光又はアイドラ光等の非線形現象によって発生する光である。光ファイバが、上記分散減少領域を備える場合、これらの非線形現象光が効率的にかつ広帯域に発生する。
【００１０】
また、分散減少領域内において、パルス光の進行方向に伴って波長分散が、正の値から負の値まで減少している場合には更に効率的にスーパーコンティニウム光が発生する。信号光と異なる波長のポンプ光を入力して、所定の波長領域で非線形現象光を生成する光ファイバであって、信号光波長帯で分散スロープの絶対値が０．０４（ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ）以下であり、光ファイバの長手方向に零分散波長を５ｎｍ以上増加又は減少させた場合には、アイドラ光等の非線形現象光が効率的に発生する。
【００１１】
この分散減少領域は、所定位置で１．５μｍ帯の零分散波長を有することが好ましい。この場合、入力されるパルス光を励起光として信号光を同時に前記光ファイバに導入すると、効率的にアイドラ光等の非線形現象光を発生させることができる。
【００１２】
分散減少領域は、偏波保持ファイバを含むことが望ましく、非線形現象光の発生するための四光波混合が発生しやすくなり、さらに効率的に非線形現象光を発生させることができる。
【００１３】
また、光ファイバ１ｍあたりの平均外径が長手方向に２μｍ以上増加又は減少している部分を含む場合や、光ファイバの外径に対するコアの直径の比が長さ方向に０．００５以上増加又は減少している部分を含む場合には、効率的に非線形現象光を発生させることができる。
【００１４】
さらに、非線形現象光の発生のためには、分散減少領域は、コア及びコアを囲むクラッドを有し、コアの直径及びクラッドの直径は共に長手方向に沿って減少している部分を含むことが望ましく、コアの石英に対する比屈折率差は＋１．２％以上であり、クラッドのコア近傍の石英に対する比屈折率差は−０．６％以下であることが望ましい。
【００１５】
また、非線形現象光を発生させるためには、分散減少領域の所定波長領域内の分散スロープは、−０．１（ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ）以上、０．１（ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ）以下であることが望ましい。
【００１６】
この分散減少領域の所定波長領域内の分散スロープの絶対値が、０．０４（ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ）以下である場合には、アイドラ光等の非線形現象光を効率的に発生させることができる。
【００１７】
非線形現象光を発生させるためには、前記パルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋ、分散減少領域の非線形屈折率ｎ_２、及び実効コア断面積Ａ_ｅｆｆは、（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞４．５×１０^−１０の関係を満たすことが望ましい。
【００１８】
また、パルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋ、分散減少領域の非線形屈折率ｎ_２、及び実効コア断面積Ａ_ｅｆｆは、（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞６．４×１０^−１２の関係を満たすことが更に望ましい。
【００１９】
この場合、特に非線形屈折率ｎ_２が、４×１０^−２０（ｍ^２／Ｗ）以上であれば更に好適に非線形現象光を発生させることができる。
【００２０】
また、本発明の光源装置は、前記光ファイバと、光ファイバの一端に光学的に結合しパルス光を出射する光源とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の光源システムは、前記光ファイバと、光ファイバの一端に光学的に結合しパルス光を出射する光源と、光ファイバの他端に光学的に結合した光分波器を備えたことを特徴とする。光源から出射されたパルス光は光ファイバに入射して広い波長範囲のスーパーコンティニウム光等の非線形現象光として出力されるが、これは光分波器で波長毎に分離され、波長多重の通信に利用することができる。
【００２２】
また、本発明の光源システムは、前記光ファイバと、光ファイバの一端に光学的に結合しパルス光を出射する光源と、パルス光とともに複数の信号光をファイバの一端に結合させる光合波器とを備えたことを特徴とする。複数の信号光は励起光とともに光合波器によって光ファイバに入力されるため、複数のアイドラ光を発生させることができる。
【００２３】
また、励起光を発生する光源と、励起光及び信号光が入力され、非線形現象光を出射する光ファイバとを備えた光源装置において、信号光の波長帯における光ファイバの分散スロープの絶対値は０．０４（ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ）以下であり、光ファイバの零分散波長は励起光の波長を含む所定の波長範囲内で光ファイバの長手方向に沿って変化している場合には、アイドラ光等の非線形現象光の発生を行うことができる。本発明では、励起光の波長の値に拘らず、光ファイバのいずれかの地点において零分散波長とこれを一致させることができるため、効率的にアイドラ光等の非線形現象光の発生させることができる。特に、励起光の波長が可変可能である場合には、アイドラ光は信号光に対して対称な位置の波長を有するため、励起光の波長を変えることによって、信号光の波長を変えることなくアイドラ光の波長を変えることができる。
【００２４】
なお、上述の現象発生の考えられる原理等について以下に説明する。すなわち、上記光ファイバでは、高ピークパルス光が分散減少領域に入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ内での光の波長分布に、パルス光の立ち上がりで波長が長く、パルス光の立ち下がりで波長が短い負のチャープが発生する。分散減少領域に入力した光は、少なくとも当初は、異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、波長分布の発生とパルス圧縮とが同時に進行する。
【００２５】
分散が長手方向に減少していると、圧縮が更に効率的に行われてパルスピークパワーが大きくなるが、すると非線形現象がより起こりやすくなり、スペクトルの広がりが発生する。
【００２６】
光カー効果の自己位相変調、四光波混合等によって、このように広い波長範囲の波長の光を得ることができ、スーパーコンティニウム光となる。効率的な四光波混合を促進するためには、異なる波長の光が略同一時刻かつ略同一位置に存在して相互作用する必要があるが、こうした相互作用を効率良く行なうには、異なる波長の光の間での群速度の差が小さいことが望ましい。
【００２７】
光が進行するべき方向において、異常分散で始まって、波長分散が減少する分散減少領域を備える光ファイバでは、スーパーコンティニウム光発生の主要部である分散減少領域で、主に自己位相変調や四光波混合等よりスーパーコンティニウム光を生成している。
【００２８】
そして、波長分散が光の進行方向で変化することにより、四光波混合が発生する光の波長付近で零分散波長の一種の走査が行われることになるので、様々な波長の光同士で四光波混合が発生しやすくなり、広い波長範囲の波長の光が生成される。この結果、広い波長範囲でのスーパーコンティニウム光が発生する。
【００２９】
なお、分散減少領域以外の部分は、スーパーコンティニウム光の波長範囲で分散の絶対値が小さいこと、また、分散スロープの絶対値の小さな分散フラットファイバを使用することが、四光波混合およびスーパーコンティニウム光に含まれる各波長の光の相互作用長が長くなる点から望ましい。
【００３０】
分散減少領域は波長分散が異なる複数の光ファイバを備え、これらの複数の光ファイバが長手方向に縦続接続されている構成でもよい。
【００３１】
波長分散が異なる複数の光ファイバを長手方向に縦続接続して、光ファイバを構成するので、この光ファイバを容易に製造可能である。
【００３２】
なお、上記光ファイバにおいて、（ｉ）正の値であ る第１の平均波長分散値を有する第１の光ファイバと、（ｉｉ）第１の平均波長分散値よりも小さな第２の平均波長分散値を有するとともに、第１の光ファイバの光を出射すべき端面に光を入射すべき端面が接続された第２の光ファイバとを備えることを特徴としてもよい。この光ファイバでは、光の進行方向における波長分散の減少変化が離散的となるが、自己位相変調や四光波混合等の発生について上記と同様に作用する。なお、この光ファイバでは、光の進行方向で波長分散が増加しない構成とすることを条件に、更に適当な波長分散値を有する光ファイバを第２の光ファイバの下流側に縦続接続してもよい。
【００３３】
分散減少領域の各位置における、スーパーコンティニウム光の生成波長域での波長に関する分散スロープが、−０．１［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］〜０．１［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］である場合、分散減少領域の各位置における波長間での分散の差が小さい。したがって、非線形光学効果である光カー効果が効率的に発現し、広い波長範囲のスーパーコンティニウム光を生成することができる。
【００３４】
また、広い波長範囲のスーパーコンティニウム光の生成の観点からは、分散スロープの絶対値は小さい程好ましい。例えば、分散スロープ値が、−０．０４［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］〜０．０４［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］となる分散フラットファイバを使用することが好ましい。
【００３５】
なお、分散スロープに関しては絶対値が問題であり、絶対値が同一であれば、値の符号が異なっていても、スーパーコンティニウム光の波長幅への寄与はあまり変わらない。
【００３６】
分散減少領域において、光が進行すべき方向で、分散スロープが、例えば、正の値から負の値まで、または、負の値から正の値まで変化し、分散スロープが一定である場合よりも群遅延差が低減される場合、分散減少領域での分散スロープを、光の進行方向で極性が変化する程度に変化させることにより、分散スロープが一定である場合よりも、分散減少領域における群遅延差を低減することができる。この結果、各波長の光の時間領域での重なりが増加し、効率的にスーパーコンティニウム光を発生することができる。
【００３７】
分散減少領域が１．５μｍ帯に零分散波長を有する場合には、以下の利点を有する。近年、石英ガラスを主材とする光ファイバの使用にあたって、光ファイバを伝搬させる光としては、伝送損失が低い１．５μｍ帯の波長の光が多用される。したがって、波長分散による波形の歪の防止の観点から、光ファイバとして、１．５μｍ帯に零分散波長を有する光ファイバが使用される。この場合、１．５μｍ帯に零分散波長を有するので、１．５μｍ帯の波長を有するスーパーコンティニウム光の成分については、波長分散の影響が低減され、好適なスーパーコンティニウム光の出力を得ることができる。なお、１．３μｍ帯でのＳＣ光の発生を行う場合には、零分散波長を１．３μｍ帯の波長に設定することが好適である。
【００３８】
更に、零分散波長を１．３μｍ帯または１．５μｍ帯の波長として、１．３μｍ帯および１．５μｍ帯のＳＣ光を発生させることも可能である。
【００３９】
上記分散減少領域が偏波保持特性を有する場合、以下に利点を有する。非線形光学効果の発現の度合いは、媒体物質の組成と伝搬光の偏波面の方向とに依存する。したがって、このように分散減少領域が偏波保持特性を有する場合、同一の条件で、時間を隔てて光パルスが入力した場合、同様の非線形光学効果が発現し、安定したスーパーコンティニウム光の発生が行なわれる。また、四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生する。したがって、この光ファイバでは、スーパーコンティニウム光の発生の過程で偏波面が保持されるので、自己位相変調や四光波混合によって発生した各波長の光は同様の偏波面方向を有し、効率良くスーパーコンティニウム光を発生することができる。
【００４０】
分散減少領域において、非線形屈折率ｎ_２と実効コア断面積Ａ_ｅｆｆと入射したパルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋとの間に、（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞０．０３×１０^−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０^−８、の関係が成り立つ場合、以下の利点を有する。屈折率ｎは、入力光のパワーレベルＰの関数であり、ｎ（Ｐ）＝ｎ_０＋（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ …（２）、ここで、ｎ_０：０次屈折率、と表すことができる。そして、（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐが大きい程、非線形光学効果の発現が顕著となり、効率良くスーパーコンティニウム光が生成される。なお、入力光のパワーレベルＰが同一であれば、（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）が大きい程、非線形光学効果の発現が顕著となり、効率良くスーパーコンティニウム光が生成される。
【００４１】
この光ファイバでは、（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞０．０４５×１０^−８としたので、効率的に数１０ｎｍ以上の波長幅でＳＣ光が生成される。なお、通常の半導体レーザと光ファイバ増幅器とを用いた場合に容易に得られるピークパワーレベルＰ_ｐｅａｋは１．５［Ｗ］程度であるので、（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）＞０．０３［１／Ｗ］とすることで、効率的に数１０ｎｍ以上の波長幅でＳＣ光が生成される。
【００４２】
また光源装置は、（ａ）所定の波長の高ピークパルス光を発生するパルス光発生手段と、（ｂ）パルス光発生手段が発生した高ピークパルス光を入力し、スーパ−コンティニウム光を生成する上記光ファイバとを備える。この光源装置では、パルス光発生手段が所定の波長の高ピークパルス光を発生し、発生した高ピークパルス光を上記光ファイバへ入力する。高ピークパルス光がこの光ファイバに入力して進行すると、上記で説明したように、スーパーコンティニウム光を生成し、光源の出力として出力する。
【００４３】
このパルス光発生手段は、（ｉ）短パルス光を発生するパルス光発生器と、（ｉｉ）パルス光発生器から 出力された短パルス光を入力し、増幅して出力する光増幅器とを備えていてもよい。この場合、高ピークパルス光の発生にあたっては、パルス光発生器が発生した短パルス光を、光増幅器で増幅することにより、高ピークパルス光を得ることとすることにより、パルス光発生器が単体で高ピークパルス光を発生することを必要とせずに済み、容易にスーパーコンティニウム光を出力する光源を実現できる。なお、上記光ファイバはスーパーコンティニウム光だけななく、アイドラ光の発生にも有効である。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の光ファイバと光源装置の実施の形態を説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の光源装置の第１実施形態の構成図である。図１に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１０とを備える。
【００４６】
図２は、光ファイバ３１０の構成図であり、長手方向（光の進行方向）における、波長分散の分布を示している。図２に示すように、光ファイバ３１０は、光増幅器２００からの高ピークパルス光の入射端での波長分散Ｄ_ＩＮが正の値であり、長手方向に沿って、波長分散Ｄが線形に減少する。
【００４７】
本実施形態の光源装置では、まず、光パルス発生器１００が、所定波長の短パルス光を発生する。光パルス光発生器１００から出力された短パルス光は、光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力される。そして、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３１０に入力する。
【００４８】
光ファイバ３１０に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３１０内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３１０に入力した光は、波長分散が正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少していると、パルスはさらに強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【００４９】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負へ変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【００５０】
図２に示すように、光ファイバ３１０は、その波長分散Ｄが進行方向の位置Ｚの関数であって、
Ｄ（Ｚ）＝Ｄ_ＩＮ−（ΔＤ）・Ｚ…（３）
と表される。したがって、光が進行すると、自己位相変調によるスペクトル拡大は発生しにくくなるが、進行による異なる波長の光の間での位相差の発生は徐々に低減する。このため、波長分散Ｄが進行方向の位置Ｚに依存せず、
Ｄ（Ｚ）＝Ｄ_ＩＮ…（４）
が成り立つ場合に比べて、異なる波長の光の時間的な重なりが大きくなり、効率的に四光波混合が発生する。
【００５１】
すなわち、光ファイバ３１０では、光が進行するべき方向において、異常分散で始まって、波長分散が減少する分散減少領域を備え、ＳＣ光発生の主要部である分散減少領域で、異常分散によるパルス圧縮、自己位相変調、四光波混合等の非線形現象によりＳＣ光を生成している。
【００５２】
そして、波長分散が光の進行方向で変化することにより、四光波混合が発生する光の波長付近で、零分散波長の一種の走査が行われることになるので、様々な波長の光同士で四光波混合が発生しやすくなり、広い波長範囲の波長の光が生成される。
【００５３】
なお、本実施形態においては、光ファイバの分散スロープの絶対値が小さいことが望ましい。分散スロープの絶対値が小さいと、波長が異なる光での時間的な重なりが大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなるからである。
【００５４】
また、分散スロープの長手方向に関する積分値の絶対値が小さい程、波長が異なる光での時間的な重なりが大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなる。
【００５５】
また、分散減少領域での波長分散値は正の値から負の値まで変化することが好ましい。
【００５６】
分散スロープが所定波長範囲で正であるファイバにおいて、波長分散値が正の値を有する場合には、入射した高ピークパルス光の波長よりも短い波長の光が生成されやすく、波長分散値が負の値を有する場合には、入射した高ピークパルス光の波長よりも長い波長の光が生成されやすい。
【００５７】
したがって、分散減少領域での波長分散値は正の値から負の値まで変化していると、入射した高ピークパルス光の波長に対して短長両側の波長帯の光が効率的に生成されるので、広い波長範囲でのＳＣ光を発生する。
【００５８】
更に、自己位相変調や四光波混合の原因となる非線形光学効果であるカー効果は、非線形屈折率が大きい程、また、光強度密度が大きい程、発現しやすくなる。数１０ｎｍ以上の波長幅とするには、非線形屈折率ｎ_２と実効コア断面積Ａ_ｅｆｆと高ピークパルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋとの間に、
（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞０．０３×１０^−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０^−８…（１）
の関係が成り立つことが必要である。
【００５９】
図３は、高ピークパルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋが１．５［Ｗ］のときの非線形屈折率ｎ_２と実効コア断面積Ａ_ｅｆｆとの比の値とＳＣ光の波長幅との関係を示すグラフである。なお、以下で、光ファイバの長さをＬで、分散スロープをＤ_ＳＬＯＰと記す。
【００６０】
この実測にあたっては、光ファイバ３１０として、
Ｄ_ＩＮ＝１〜４［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝０．５〜２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０３５［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
の特性の光ファイバを使用した。
【００６１】
また、光ファイバ３１０に入力する高ピークパルス光は、
パルス中心波長（λ０）＝１５５０［ｎｍ］
パルスピークパワー＝１．５［Ｗ］
パルス幅＝３．５［ｐｓ］（半値全幅）
とした。
【００６２】
そして、種々のＤ_ＩＮとΔＤとを組合せて、非線形屈折率ｎ_２と実効コア断面積 Ａ_ｅｆｆとの比の値とＳＣ光の波長幅とを計算した。
【００６３】
図３から、高ピークパルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋが１．５［Ｗ］のとき、ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ＞０．０３×１０^−８［１／Ｗ］であれば、Ｄ_ＩＮとΔＤとの組合せにかかわらず、光周波数の変位の幅ｗｆが５０００［ＧＨｚ］程度以上のＳＣ光が生成されて出力された。
【００６４】
なお、光周波数の変位の幅ｗｆと波長範囲ｗλとの関係は、
ｗλ〜（λ０^２／Ｃ）・ｗｆ…（５）
ここで、Ｃ：光速度、
で表され、光周波数の変位の幅ｗｆを［ＴＨｚ］単位で、波長範囲ｗλを［ｎｍ］単位で表したとき、λ０＝１５５０［ｎｍ］とすると、
ｗλ〜８ｗｆ…（６）
となる。
【００６５】
すなわち、高ピークパルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋが１．５［Ｗ］のとき、ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ＞０．０３×１０^−８［１／Ｗ］であれば、約４０ｎｍ以上の波長幅のＳＣ光が出力される。
【００６６】
また、本実施形態では、光ファイバ３１０が偏波保持ファイバであって偏波面保持特性を有することが好ましい。四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生するからである。
【００６７】
以下に、本実施形態の光源装置の実施例を説明する。
【００６８】
（実施例１）
図４は、実施例１の光源装置の構成図である。図４に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１１とを備える。
【００６９】
光ファイバ３１１は、
Ｄ_ＩＮ＝１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝１／３［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０７［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ_２＝２．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝５０［μｍ^２］
の分散シフトファイバである。
【００７０】
図５は、本実施例での高ピークパルス光と生成されたＳＣ光とのスペクトルを示すグラフである。図５（ａ）は光ファイバ３１１に入力する高ピークパルス光のスペクトルを示すグラフであり、図５（ｂ）は光ファイバ３１１から出力されるＳＣ光とのスペクトルを示すグラフである。
【００７１】
光ファイバ３１１に入力する高ピークパルス光は、図５（ａ）に示すスペクトル分布を有するとともに、
パルス中心波長（λ０）＝１５５０［ｎｍ］
パルスピークパワー＝１．５［Ｗ］
パルス幅＝３．５［ｐｓ］（半値全幅）
とした。
【００７２】
図５（ｂ）に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約５０００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約４０ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００７３】
（実施例２）
図６は、実施例２の光源装置の構成図である。図６に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１２とを備える。
【００７４】
光ファイバ３１２は、
Ｄ_ＩＮ＝１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝０．５［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ_２＝２．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝５０［μｍ^２］
の分散フラットファイバである。
【００７５】
図７は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３１２に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【００７６】
図７に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１２０００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約９６ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００７７】
本実施例は、実施例１と比べてＳＣ光の波長幅が拡大した。
【００７８】
（実施例３）
図８は、実施例３の光源装置の構成図である。図８に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１３とを備える。
【００７９】
光ファイバ３１３は、
Ｄ_ＩＮ＝０．７［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝１／３［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ_２＝２．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝５０［μｍ^２］
の分散フラットファイバである。
【００８０】
図９は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３１３に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【００８１】
図９に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分（±５［ｄＢ］程度以内）の光周波数の変位の幅ｗｆが約１００００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約８０ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００８２】
本実施例は、実施例１と比べて、実施例２と同様にＳＣ光の波長幅が拡大した。
【００８３】
（実施例４）
本実施例は、ＳＣ光の波長幅と分散スロープＤ_ＳＬＯＰとの関係を系統的に計測したものである。
【００８４】
図１０は、実施例４の光源装置の構成図である。図１０に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１４とを備える。
【００８５】
光ファイバ３１４は、
Ｄ_ＩＮ＝２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０１〜０．２［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ_２＝６．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝１０［μｍ^２］
の分散フラットファイバである。
【００８６】
図１１および図１２は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。図１１（ａ）はＤ_ＳＬＯＰ＝０．２の場合、図１１（ｂ）はＤ_ＳＬＯＰ＝０．１の場合、図１１（ｃ）はＤ_ＳＬＯＰ＝０．０８の場合、図１１（ｄ）はＤ_ＳＬＯＰ＝０．０５の場合、図１２（ａ）はＤ_ＳＬＯＰ＝０．０３の場合、図１２（ｂ）はＤ_ＳＬＯＰ＝０．０２の場合、および、図１２（ｃ）はＤ_ＳＬＯＰ＝０．０１の場合を示す。なお、光ファイバ３１４に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【００８７】
図１１および図１２に示すように、Ｄ_ＳＬＯＰが０．１以下で、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１００００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、Ｄ_ＳＬＯＰが０．１以下で、約８０ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００８８】
（実施例５）
図１３は、実施例５の光源装置の構成図である。図１３に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１５とを備える。
【００８９】
光ファイバ３１５は、
Ｄ_ＩＮ＝２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］
Ｄ_ＳＬＯＰ：０．０１〜−０．０１［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］で線形に減少
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ_２＝３．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝５０［μｍ^２］
の分散フラットファイバである。
【００９０】
図１４は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３１５に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【００９１】
図１４に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約３００００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約２４０ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００９２】
（第２実施形態）
図１５は、本発明の光源装置の第２実施形態の構成図である。図１５に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３２０とを備える。
【００９３】
図１６は、光ファイバ３２０の長手方向（光の進行方向）における、波長分散の分布を示すグラフである。
【００９４】
本実施形態は、第１実施形態と比べて、光ファイバ３２０が、図１６に示すように、光増幅器２００からの高ピークパルス光の入射端での波長分散Ｄ_ＩＮが正の値であることは同様であるが、長手方向に沿って、波長分散Ｄが非直線的に減少する点が異なる。
【００９５】
本実施形態の光源装置では、第１実施形態と同様に、光パルス発生器１００が発生した短パルス光が光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力され、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３２０に入力する。
【００９６】
以後、第１実施形態と同様にして、光ファイバ３２０に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３２０内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３２０に入力した光は、波長分散が正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少しているとパルスは更に強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【００９７】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負へ変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【００９８】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、光ファイバの分散スロープの絶対値が小さいことが望ましく、また、分散スロープの長手方向に関する積分値の絶対値が小さい程、波長が異なる光での時間的な重なりが大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなる。
【００９９】
更に、第１実施形態と同様に、自己位相変調や四光波混合の原因となる非線形光学効果であるカー効果は、非線形屈折率が大きい程、また、光強度密度が大きい程、発現しやすくなる。数１０ｎｍ以上の波長幅とするには、非線形屈折率ｎ_２と実効コア断面積Ａ_ｅｆｆと高ピークパルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋとの間に、
（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞０．０３×１０^−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０^−８ …（１）
の関係が成り立つことが必要である。
【０１００】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、光ファイバ３２０が偏波保持ファイバであって偏波面保持特性を有することが好ましい。四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生するからである。
【０１０１】
以下、本実施形態の実施例を説明する。
【０１０２】
（実施例６）
図１７は、実施例６の光源装置の構成図である。図１７に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３２１とを備える。
【０１０３】
光ファイバ３２１は、
Ｄ_ＩＮ＝１．８［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
Ｄ_ＯＵＴ＝−０．１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ_２＝２．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝５０［μｍ^２］
の分散フラットファイバである。
【０１０４】
図１８は、本実施例でのＳＣ光の生成の測定結果を示すグラフである。なお、光ファイバ３２１に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【０１０５】
図１８に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１２０００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約９６ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【０１０６】
（第３実施形態）
図１９は、本発明の光源装置の第３実施形態の構成図である。図１９に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３３０とを備える。
【０１０７】
図２０は、光ファイバ３３０の長手方向（光の進行方向）における、波長分散の分布を示すグラフである。
【０１０８】
本実施形態は、第１実施形態と比べて、光ファイバ３２０が、図２０に示すように、光増幅器２００からの高ピークパルス光の入射端での波長分散Ｄ_ＩＮが正の値であることは同様であるが、長手方向に沿って、波長分散Ｄが離散的に減少する点が異なる。
【０１０９】
こうした光ファイバは、各区間の波長分散値Ｄｉを有する、各区間の長さＬｉの光ファイバを接続することによって得られる。
【０１１０】
本実施形態の光源装置では、第１実施形態と同様に、光パルス発生器１００が発生した短パルス光が光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力され、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３３０に入力する。
【０１１１】
以後、第１実施形態と同様にして、光ファイバ３３０に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３３０内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３３０に入力した光は、波長分散が正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少しているとパルスは更に強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【０１１２】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負へ変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【０１１３】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、光ファイバの分散スロープの絶対値が小さいことが望ましく、また、分散スロープの長手方向に関する積分値の絶対値が小さい程、波長が異なる光での時間的な重なりが大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなる。
【０１１４】
更に、第１実施形態と同様に、自己位相変調や四光波混合の原因となる非線形光学効果であるカー効果は、非線形屈折率が大きい程、また、光強度密度が大きい程、発現しやすくなる。数１０ｎｍ以上の波長幅とするには、非線形屈折率ｎ_２と実効コア断面積Ａ_ｅｆｆと高ピークパルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋとの間に、
（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞０．０３×１０^−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０^−８ …（１）
の関係が成り立つことが必要である。
【０１１５】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、光ファイバ３３０が偏波保持ファイバであって偏波面保持特性を有することが好ましい。四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生するからである。
【０１１６】
以下、本実施形態の実施例を説明する。
【０１１７】
（実施例７）
図２１は、実施例７の光源装置の構成図である。図２１に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３３１とを備える。
【０１１８】
光ファイバ３３１は、図２１に示すように、各区間の長さＬｉが全て５００［ｍ］であり、
Ｄ１＝２．０［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ２＝１．４［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ３＝０．８［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ４＝０．２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ５＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ６＝−０．２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ_２＝２．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝５０［μｍ^２］
の特性を有する。
【０１１９】
図２２は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３２１に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【０１２０】
図２２に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１２０００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約９６ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【０１２１】
（第４実施形態）
図２３は、本発明の光源装置の第４実施形態の構成図である。図２３に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する、光ファイバ３４１と光ファイバ３４２とからなる光ファイバ３４０とを備える。
【０１２２】
図２４は、光ファイバ３４０の長手方向（光の進行方向）における、波長分散の分布を示すグラフである。図２４に示すように、（ｉ）光ファイバ３４１では 、光増幅器２００からの高ピークパルス光の入射端での波長分散Ｄ_ＩＮが正の値であり、長手方向に沿って、波長分散Ｄが線形に減少し、（ｉｉ）光ファイバ３４２では、波長分散が小さな値を有する。
【０１２３】
こうした光ファイバは、各区間の波長分散値Ｄｉを有する、各区間の長さＬｉの光ファイバを接続することによって得られる。
【０１２４】
本実施形態の光源装置では、第１実施形態と同様に、光パルス発生器１００が発生した短パルス光が光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力され、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３４０の光ファイバ３４１に入力する。
【０１２５】
以後、第１実施形態と同様にして、光ファイバ３４１に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３４１内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３４１に入力した光は、波長分散が正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少しているとパルスは更に強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【０１２６】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負に変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【０１２７】
こうして生成されたＳＣ光は、光ファイバ３４１から出力され、光ファイバ３４２に入力し、光ファイバ３４２を伝搬後に出力される。
【０１２８】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、光ファイバ３４１の分散スロープの絶対値が小さいことが望ましく、また、分散スロープの長手方向に関する積分値の絶対値が小さい程、波長が異なる光での時間的な重なりが大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなる。
【０１２９】
更に、第１実施形態と同様に、光ファイバ３４１での自己位相変調や四光波混合の原因となる非線形光学効果であるカー効果は、非線形屈折率が大きい程、また、光強度密度が大きい程、発現しやすくなる。数１０ｎｍ以上の波長幅とするには、非線形屈折率ｎ_２と実効コア断面積Ａ_ｅｆｆと高ピークパルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋとの間に、
（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞０．０３×１０^−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０^−８ …（１）
の関係が成り立つことが必要である。
【０１３０】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、光ファイバ３４１が偏波保持ファイバであって偏波面保持特性を有することが好ましい。四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生するからである。
【０１３１】
以下、本実施形態の実施例を説明する。
【０１３２】
（実施例８）
図２５は、実施例８の光源装置の構成図である。図２５に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成して出力する、光ファイバ３４６と光ファイバ３４７とからなる光ファイバ３４５とを備える。
【０１３３】
光ファイバ３４６は、図２５に示すように、
Ｄ_ＩＮ＝０．８［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ΔＤ＝２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］、
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］、
Ｌ＝０．５［ｋｍ］
ｎ_２＝６．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝１０［μｍ^２］
の特性を有する。
【０１３４】
また、光ファイバ３４７は、図２５に示すように、
Ｄ_ＩＮ〜０［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ΔＤ〜０［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］、
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］、
Ｌ＝２．５［ｋｍ］
ｎ_２＝６．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝１０［μｍ^２］
の特性を有する。
【０１３５】
図２６は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３３５に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【０１３６】
図２６に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１００００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約８０ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【０１３７】
なお、本実施例においては、第１実施形態に対する第２または第３実施形態と同様の変形が可能である。
【０１３８】
（第５実施形態）
図２７は、本発明の光源装置の第５実施形態の構成図である。図２７に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する、光ファイバ３５１と光ファイバ３５２と光ファイバ３５３とからなる光ファイバ３５０とを備える。
【０１３９】
図２８は、光ファイバ３５０の長手方向（光の進行方向）における、波長分散の分布を示すグラフである。図２８に示すように、（ｉ）光ファイバ３５１では 、波長分散Ｄが小さな値を有し、（ｉｉ）光ファイバ３５２では、高ピークパルス光の入射端での波長分散Ｄ_ＩＮが正の値であり、長手方向に沿って、波長分散Ｄが線形に減少し、（ｉｉｉ）光ファイバ３５３では、波長分散Ｄが小さな値を有する。
【０１４０】
こうした光ファイバは、各区間の波長分散値Ｄｉを有する、各区間の長さＬｉの光ファイバを接続することによって得られる。
【０１４１】
本実施形態の光源装置では、第１実施形態と同様に、光パルス発生器１００が発生した短パルス光が光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力され、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３５０の光ファイバ３５１に入力する。そして、光ファイバ３５１を伝搬後に光ファイバ３５２に入力する。
【０１４２】
以後、第１実施形態と同様にして、光ファイバ３５２に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３５２内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３５２に入力した光は、波長分散が正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少しているとパルスは更に強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【０１４３】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負へ変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【０１４４】
こうして生成されたＳＣ光は、光ファイバ３５２から出力され、光ファイバ３５３に入力し、光ファイバ３５３を伝搬後に出力される。
【０１４５】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、光ファイバ３５２の分散スロープの絶対値が小さいことが望ましく、また、分散スロープの長手方向に関する積分値が略０であると、波長が異なる光での時間的な重なりがほぼ理想的に大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなる。
【０１４６】
更に、第１実施形態と同様に、光ファイバ３５２での自己位相変調や四光波混合の原因となる非線形光学効果であるカー効果は、非線形屈折率が大きい程、また、光強度密度が大きい程、発現しやすくなる。数１０ｎｍ以上の波長幅とするには、非線形屈折率ｎ_２と実効コア断面積Ａ_ｅｆｆと高ピークパルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋとの間に、
（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞０．０３×１０^−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０^−８…（１）、
の関係が成り立つことが必要である。
【０１４７】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、光ファイバ３５１、３５２が偏波保持ファイバであって偏波面保持特性を有することが好ましい。四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生するからである。
【０１４８】
以下、本実施形態の実施例を説明する。
【０１４９】
（実施例９）
図２９は、実施例９の光源装置の構成図である。図２９に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成して出力する、光ファイバ３５６と光ファイバ３５７と光ファイバ３５８とからなる光ファイバ３５５とを備える。
【０１５０】
光ファイバ３５６は、図２９に示すように、
Ｄ_ＩＮ＝０．２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ΔＤ〜０［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］、
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０３５［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］、
Ｌ＝１［ｋｍ］
ｎ_２＝５．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝１３．８５［μｍ^２］
の特性を有する。
【０１５１】
また、光ファイバ３５７は、図２９に示すように、
Ｄ_ＩＮ＝０．８［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ΔＤ＝１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］、
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０３５［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］、
Ｌ＝１［ｋｍ］
ｎ_２＝５．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝１３．８５［μｍ^２］
の特性を有する。
【０１５２】
また、光ファイバ３５８は、図２９に示すように、
Ｄ_ＩＮ＝０．２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ΔＤ〜０［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ^２］、
Ｄ_ＳＬＯＰ＝０．０３５［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］、
Ｌ＝１［ｋｍ］
ｎ_２＝５．０×１０^−２０［ｍ^２／Ｗ］
Ａ_ｅｆｆ＝１３．８５［μｍ^２］
の特性を有する。
【０１５３】
図３０は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３５５に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【０１５４】
図３０に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１２０００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約９６ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【０１５５】
なお、本実施例においては、第１実施形態に対する第２または第３実施形態と同様の変形が可能である。
【０１５６】
また、図３１に示すように、上記実施形態のＳＣ光用の光ファイバの所定位置Ｌ＝Ｌ_０における零分散波長は、入射パルス光の波長λ_０に一致する。波長λ_０における光ファイバの入射端Ｌ＝０の波長分散をＤ_ＩＮとし、光ファイバはどの位置においても、λ_０±２０ｎｍの波長範囲において一定の分散スロープＤ_ＳＬＯＰを有する。
【０１５７】
（第６実施形態）
ＳＣ光を発生させるためには、必ずしも分散スロープＤ_ＳＬＯＰがλ_０±２０ｎｍの波長範囲において一定である必要はなく、図３２に示すように、波長分散Ｄはλ_０±２０ｎｍの波長範囲において略一定（フラット（Ｄ_ＳＬＯＰ≒０）であってもよい。この光ファイバは所定の長さ方向のある位置において、２つの零分散波長を１５３０〜１５７０ｎｍの波長範囲内に有する。
【０１５８】
図３３は、図３２の特性を有するＳＣ光用光ファイバ３６０を用いた第６実施形態の光源装置を示す。図３３に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３６０とを備える。光ファイバ３６０は、光増幅器２００からの高ピークパルス光の入射端での波長分散Ｄ_ＩＮが正の値であり、長手方向に沿って、所定波長範囲λ_０±２０ｎｍ内の波長分散Ｄが線形に減少する。すなわち、長さＬ＝０における波長分散ＤはＤ_ＩＮであり、長さＬ＝Ｌ_０における波長分散Ｄは零であり、長さＬ＝Ｌにおける波長分散ＤはＤ_ＯＵＴである。
【０１５９】
本実施形態の光源装置では、まず、光パルス発生器１００が、所定波長の短パルス光を発生する。光パルス光発生器１００から出力された短パルス光は、光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力される。そして、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３６０に入力する。
【０１６０】
光ファイバ３６０に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３６０内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３６０に入力した光は、波長分散Ｄが正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少しているとパルスは更に強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【０１６１】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負へ変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【０１６２】
図３４は、このＳＣ光ファイバ３６０から出射される出射光のスペクトルを示す。なお、光ファイバ３６０の長さＬは１ｋｍである。このＳＣ光の波長スペクトルのピーク波長λ_０は１５５０ｎｍであり、最大強度より−２０ｄＢ低い強度レベルでの出射スペクトルが有する帯域幅をＳＣ帯域と定義すると、ＳＣ帯域は１００ｎｍ以上である。また、ピーク波長λ_０±５０ｎｍの波長帯域内における出射光のスペクトルの平坦度、すなわち、この範囲内の出射光強度の最大値と最小値との差は１５ｄＢ以内である。
【０１６３】
なお、この光ファイバ３６０に逆方向から同一の光パルスを入射した場合、図３５に示すスペクトルが得られた。この場合、出射光のスペクトルの拡大は小さくＳＣ帯域で３０ｎｍ以下である。勿論、出射光のスペクトルの平坦度、すなわち、出射光強度の最大値と最小値との差は１５ｄＢよりも大きい。なお、最も左側のピークは雑音光のスペクトルである。
【０１６４】
また、図３６に示す波長分散特性を有し、分散Ｄが長さ方向に一定である光ファイバに図３４の光パルスと同一の光パルスを入力した場合、図３７に示すようなスペクトルが得られた。この光ファイバの長さＬは１ｋｍであり、このスペクトルの平坦度は１５ｄＢよりも大きい。なお、最も左側のピークは雑音光のスペクトルである。
【０１６５】
次に、ＳＣ光について説明する。図３８は、図３１に示した波長分散特性を有し、分散Ｄが長さ方向Ｌに沿って線形に減少した図１に示す光ファイバ３１０からの出力光のスペクトルを示す。この光ファイバの分散スロープＤ_ＳＬＯＰは０．０３［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］であり、分散Ｄは３から−２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］まで減少する。本スペクトルの半値全幅は１６０ｎｍであり、ピーク波長λ_０±５０ｎｍの波長帯域内における出射光のスペクトルの平坦度、すなわち、出射光強度の最大値と最小値との差は１５ｄＢ以内である。したがって、ＳＣ光は、ピーク波長λ_０±５０ｎｍの波長帯域におけるスペクトルの平坦度が１５ｄＢ以内であって、半値全幅が少なくとも３０ｎｍ以上であり、好ましくは１００ｎｍ以上の光である。
【０１６６】
この光ファイバ３１０に逆方向から光を入射した場合には、図３９に示すスペクトルが得られた。これはＳＣ光ではなく、この光のピーク波長λ_０±５０ｎｍの波長帯域におけるスペクトルの平坦度は１５ｄＢよりも大きく、半値全幅は３０ｎｍよりも小さい。
【０１６７】
図４０は、この光ファイバ３１０の断面図である。この光ファイバ３１０はコア３１０ｘと、コア３１０ｘを取り囲む内側クラッド３１０_ＩＣと、内側クラッド３１０_ＩＣを取り囲む外側クラッド３１０_ＯＣとを備える。コア３１０の直径Ｄ_Ｃは、長さ方向（光の伝搬方向）に沿って線形に減少しており、内側クラッド３１０_ＩＣの直径Ｄ_ＩＣは長さ方向に沿って線形に減少しており、外側クラッド３１０_ＯＣの直径Ｄ_ＯＣは長さ方向に沿って線形に減少している。
【０１６８】
非線形光学効果を生ぜしめるためには、光ファイバ３１０の１ｋｍあたりの外径Ｄ_ＯＣの長さ方向変動量（Ｄ_ＯＣ／ｋｍ）は２μｍ／ｋｍ以上であることが好ましい。また、光ファイバ３１０の１ｋｍあたりの外径Ｄ_ＯＣに対するコアの直径Ｄ_Ｃの比率（Ｄ_Ｃ／Ｄ_ＯＣ）の長さ方向変動量（（Ｄ_Ｃ／Ｄ_ＯＣ）／ｋｍ）は、０．５％／ｋｍ以上であることが好ましい。なお、光ファイバ１ｍあたりの平均外径が、長手方向に２μｍ以上増加又は減少している部分を含むこととしてもよい。また、光ファイバの外径に対するコアの直径の比が長さ方向に０．００５以上増加又は減少している部分を含むこととしてもよい。
【０１６９】
図４１は、図４０に示した光ファイバの径方向の屈折率分布を示す。コア３１０ｘと外側クラッド３１０_ＯＣの比屈折率差△^＋（＝（ｎｃ−ｎ_ＯＣ）／ｎ_ＯＣ）は１．２％、内側クラッド３１０_ＩＣと外側クラッド３１０_ＯＣの比屈折率差△⁻（＝（ｎ_ＩＣ−ｎ_ＯＣ）／ｎ_ＯＣ）は−０．６％である。なお、ｎｃはコア３１０ｘの屈折率、ｎ_ＩＣは内側クラッド３１０_ＩＣの屈折率、ｎ_ＯＣは外側クラッドの屈折率である。また、非線形屈折率ｎ_２は３．８×１０^−１６（ｃｍ^２／Ｗ）であり、モードフィールド径ＭＦＤは５．２μｍである。
【０１７０】
図４２は、上記光源装置を用いた光源システムを示す。光源１００は、光ファイバリングレーザであり、１．５５μｍ帯のパルス光を発生する。光源１００と光ファイバ増幅器２００とは光ファイバＯＰ１で接続されている。光ファイバ増幅器２００は、エルビウム添加ファイバ増幅器である。光ファイバ増幅器２００から出射された１．５５μｍ帯のパルス光は、光ファイバＯＰ２を介して上記いずれかのＳＣ光発生用光ファイバＦに入力される。光ファイバＦは、ＳＣ光を出力する。光ファイバＦから出力されたＳＣ光は光ファイバＯＰ３を介して光分波器ＤＭに入力される。ＳＣ光は、波長λ１、λ２及びλ３の成分を含む。光分波器ＤＭは、筐体ＨＳと、筐体ＨＳに取付けられた入力ポートＰ_ＩＮ、第１出力ポートＰ１、第２出力ポートＰ２、第３出力ポートＰ３と、筐体ＨＳ内に配置された複数の光学フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５を有する。光学フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５はダイクロイックミラーである。なお、この光分波器ＤＭは図示しない複数のレンズを内部に有する。
【０１７１】
光学フィルタＦ１は波長λ１の光を透過させ、波長λ２及びλ３の光を反射する。光学フィルタＦ２は少なくとも波長λ２及びλ３の光を反射する。光学フィルタＦ３は波長λ２の光を透過させ、波長λ３の光を反射する。光学フィルタＦ４は少なくとも波長λ３の光を反射する。光学フィルタＦ１を通過した波長λ１の光は、出力ポートＰ１に入力され、光ファイバＯＰ４を介して出力される。光学フィルタＦ３を通過した波長λ２の光は、出力ポートＰ２に入力され、光ファイバＯＰ５を介して出力される。光学フィルタＦ４で反射された波長λ３の光は出力ポートＰ３に入力され、光ファイバＯＰ６を介して出力される。
【０１７２】
上述の分散Ｄが光の進行方向に減少した光ファイバＦは、ＳＣ光の生成のみではなく、アイドラ光の生成にも用いることができる。
【０１７３】
図４３は、アイドラ光を発生する光源装置を示す。この装置は、１．５５μｍ帯の励起光（ポンプ光）を出射する光源１００と、光ファイバＯＰ１で接続され、励起光を増幅するエルビウム添加光ファイバ増幅器２００と、励起光及び複数の信号光λ_１０及びλ_２０が光ファイバＯＰ７を介して入力される光合波器ＷＤＭと、光合波器ＷＤＭで合波された光が入力される光ファイバＯＰ８及び光ファイバＦと、光ファイバＦから出射された光が入力される光ファイバＯＰ９とを有する。
【０１７４】
なお、励起光λ_Ｐのピークパワーは、励起光λ_Ｐ自身が光ファイバＦを通過することによってＳＣ光とならない程度に弱い。光合波器ＷＤＭには、複数の信号光λ_１０及びλ_２０が光ファイバＯＰ７を介して入力される。
【０１７５】
図４４は、光ファイバに入力される励起光λ_Ｐ、信号光λ_１０，λ_２０及び出射光λ_１０’，λ_２０’と光強度との関係を示す。信号光λ_１０が光ファイバＦに入力されると、励起光の波長λ_Ｐに対して対称な位置の波長の光、アイドラ光λ_１０’（＝λ_Ｐ−（λ_１０−λ_Ｐ））が光ファイバＦ内で発生し、出射される。信号光λ_２０が光ファイバＦに入力されると、励起光の波長λ_Ｐに対して対称な位置の波長の光、アイドラ光λ_２０’（＝λ_Ｐ−（λ_２０−λ_Ｐ））が光ファイバＦ内で発生し、出射される。すなわち、波長λ_１０’，λ_２０’を有するアイドラ光は、波長λ_１０，λ_２０を有する信号光と位相共役の関係にある。ここで、アイドラ光は四光波混合によって生成されていると考えられる。なお、光ファイバＦの分散Ｄは長さ方向に沿って減少しており、したがって、分散スロープが正の場合、零分散波長λ_０が長さ方向に沿って増加する。励起光源１００から出射される励起光の波長λ_Ｐは変えることができる。したがって、信号光λ_１０，λ_２０の波長を変えることなく、波長λ_Ｐを変えることによって、アイドラ光λ_１０’，λ_２０’の波長を変えることができ、その時のアイドラ光のパワーが急激に小さくなることを避けることができる。
【０１７６】
図４５〜図５１は、励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）とアイドラ光λ_１０’（又はλ_２０’）の強度（パワー）との関係を示すグラフである。励起光と信号光の入射パワーは各々１０ｄＢｍである。
【０１７７】
図４５は、励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）と信号光の波長λ_１０（ｎｍ）との波長差△λを５ｎｍとしつつ、励起光の波長λ_Ｐを可変した場合の励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）とアイドラ光λ_１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ_０は長さ方向に沿って一定であり、１５５０ｎｍである。この場合、励起光の波長λ_Ｐが零分散波長λ_０に一致した場合に、高いアイドラ光λ_１０’の強度が得られているが、λ_Ｐが１５３９ｎｍや１５６１ｎｍの付近でアイドラ光の出力パワーが急激に小さくなる、効率の谷が現われていることが分かる。
【０１７８】
図４６は、励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）と信号光の波長λ_１０（ｎｍ）との波長差△λを５ｎｍとし、励起光の波長λ_Ｐを可変した場合の励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）とアイドラ光λ_１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ_０は長さ方向に沿って１５４５ｎｍ〜１５５５ｎｍの間で線形に変化する。この場合、前記と同様に励起光の波長λ_Ｐが零分散波長λ_０に一致した場合に、高いアイドラ光λ_１０’の強度が得られているが、λ_Ｐを変えた時のアイドラ光の出力パワーの変化が小さくなっている。
【０１７９】
図４７は、励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）と信号光の波長λ_１０（ｎｍ）との波長差△λを５ｎｍとし、励起光の波長λ_Ｐを可変した場合の励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）とアイドラ光λ_１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ_０は長さ方向に沿って１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍの間で線形に変化する。この場合、前記と同様に励起光の波長λ_Ｐが零分散波長λ_０に一致した場合に、高いアイドラ光λ_１０’の強度が得られているが、λ_Ｐをアイドラ光の出力パワーの変化が前述よりも更に小さくなり、λ_Ｐ依存性の低い、すなわち、広帯域利用可能なファイバであることが分かる。
【０１８０】
図４８は、信号光の波長λ_１０（ｎｍ）を１５６０ｎｍとし、励起光の波長λ_Ｐを可変した場合の励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）とアイドラ光λ_１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ_０は長さ方向に沿って一定であり、１５５０ｎｍである。この場合、励起光の波長λ_Ｐが零分散波長λ_０に一致するかλ_０に近い場合に、高いアイドラ光λ_１０’の強度が得られる。しかし、λ_Ｐがλ_０よりも短くなるとアイドラ光の強度は急激に減少する。
【０１８１】
図４９は、信号光の波長λ_１０（ｎｍ）を１５６０ｎｍとし、励起光の波長λ_Ｐを可変した場合の励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）とアイドラ光λ_１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ_０は長さ方向に沿って１５４２ｎｍ〜１５５２ｎｍの間で線形に変化する。この場合、励起光の波長λ_Ｐが零分散波長λ_０の範囲内にある場合と、信号光の波長λ_１０から５ｎｍ以内にある場合に、高いアイドラ光λ_１０’の強度が得られているが、前記条件と異なり、λ_Ｐが１５５０ｎｍより短くなってもアイドラ光の強度はそれほど減少していない。なお、零分散波長λ_０は長さ方向に５ｎｍ以上線形に変化していれば高いアイドラ光λ_１０’の強度が得られることも確認している。
【０１８２】
図５０は、信号光の波長λ_１０（ｎｍ）を１５６０ｎｍとし、励起光の波長λ_Ｐを可変した場合の励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）とアイドラ光λ_１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ_０は長さ方向に沿って１５４５ｎｍ〜１５５５ｎｍの間で線形に変化する。この場合、１５４５ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長範囲内において略均一なアイドラ光λ_１０’の強度が得られる。これはλｐを可変にしてもアイドラ光の出力強度が変わらないことを意味し、アイドラ光の波長に任意性を持たせる、即ち、広帯域化が実現できることになる。
【０１８３】
図５１は、信号光の波長λ_１０（ｎｍ）を１５６０ｎｍとし、励起光の波長λ_Ｐを可変した場合の励起光の波長λ_Ｐ（ｎｍ）とアイドラ光λ_１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ_０は長さ方向に沿って１５４７ｎｍ〜１５５７ｎｍの間で線形に変化する。この場合、この場合、１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長範囲内において略均一なアイドラ光λ_１０’の強度が得られており、図５０の場合と同様、広帯域化が可能である。
【０１８４】
アイドラ光を効率良く発生させるためには、励起光の波長λ_Ｐが零分散波長λ_０と一致していることが望ましい。本光ファイバＦの零分散波長λ_０は、長手方向に異なっており、その範囲が励起光の波長λ_Ｐを含んでいる。励起光の波長λ_Ｐは、光ファイバＦの長手方向の所定位置における所定の零分散波長λ_０と一致する。したがって、本光ファイバＦは、励起光の波長λ_Ｐによらず、アイドラ光λ_１０’，λ_２０’を効率的に発生させることができる。なお、アイドラ光を効率良く発生させるためには、光ファイバＦの信号光の波長帯内の分散スロープＤ_ＳＬＯＰの絶対値が０．０４［ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ］以下であることが好ましい。また、信号光の波長帯内の分散ＤはファイバＦの長さ方向に減少もしくは増加する領域を含んでいることが好ましい。
【０１８５】
また、光ファイバＦの非線形屈折率がｎ_２、実効コア断面積がＡ_ｅｆｆ、励起光λ_ＰのピークパワーがＰ_ｐｅａｋの時、非線形光学効果を生ぜしめるためには、ｎ_２≧３．２×１０^−２０（ｍ^２／Ｗ）、Ａ_ｅｆｆ≦５０×１０^−１２（ｍ^２）、Ｐ_ｐｅａｋ≧１０×１０^−３（Ｗ）であることが好ましく、したがって、（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）×Ｐ_ｐｅａｋ≧６．４×１０^−１２であることが好ましい。また、非線形光学効果を生ぜしめるためには、ｎ_２≧４×１０^−２０（ｍ^２／Ｗ）であることがさらに好ましい。また、非線形光学効果を生ぜしめるためには、図４０に示したコア３１０ｘと外側クラッド３１０_ＯＣの比屈折率差△^＋（＝（ｎｃ−ｎ_ＯＣ）／ｎ_ＯＣ）は１．２％以上、内側クラッド３１０_ＩＣと外側クラッド３１０_ＯＣの比屈折率差△^＋（＝（ｎ_ＯＣ−ｎ_ＩＣ）／ｎ_ＯＣ）は−０．６％以下であることが好ましい。なお、本例では、外側クラッド３１０_ＯＣの屈折率ｎ_ＯＣは石英の屈折率である。
【０１８６】
本発明は、上記の実施形態や実施例に限定されるものではなく変形が可能である。例えば、波長分散の減少の態様は、指数関数的などであってもよいし、また、ＳＣ光生成用の光ファイバの具体的な態様は、上記の実施例の数値の態様には限定されない。
【０１８７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した通り、本発明の光ファイバによれば、主要なスーパーコンティニウム光やアイドラ光等の非線形現象光の生成領域であって、光が進行するべき方向において、波長分散が増加することなく、少なくとも一部で波長分散が減少する分散減少領域を備えるので、高ピークパルス光が本発明の光ファイバの分散減少領域に入力すると、少なくとも入射当初から自己位相変調が、更に途中から四光波混合が、効率的に発生するので非線形現象光が効率的に生成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の光源装置の構成図。
【図２】第１実施形態で使用する光ファイバ３１０の説明図。
【図３】非線形屈折率と実効コア断面積との比の値とＳＣ光の波長幅との関係を示すグラフ。
【図４】実施例１の光源装置の構成図。
【図５】実施例１の光源装置での高ピークパルス光と生成されたＳＣ光とのスペクトルを示すグラフ。
【図６】実施例２の光源装置の構成図。
【図７】実施例２の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図８】実施例３の光源装置の構成図。
【図９】実施例３の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図１０】実施例４の光源装置の構成図。
【図１１】実施例４の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図１２】実施例４の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図１３】実施例５の光源装置の構成図。
【図１４】実施例５の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図１５】第２実施形態の光源装置の構成図。
【図１６】第２実施形態で使用する光ファイバ３２０の構成図。
【図１７】実施例６の光源装置の構成図。
【図１８】実施例６の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図１９】第３実施形態の光源装置の構成図。
【図２０】第３実施形態で使用する光ファイバ３２０の構成図。
【図２１】実施例７の光源装置の構成図。
【図２２】実施例７の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図２３】第４実施形態の光源装置の構成図。
【図２４】第４実施形態で使用する光ファイバ３２０の構成図。
【図２５】実施例８の光源装置の構成図。
【図２６】実施例８の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図２７】第５実施形態の光源装置の構成図。
【図２８】第５実施形態で使用する光ファイバ３２０の構成図。
【図２９】実施例９の光源装置の構成図。
【図３０】実施例９の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図３１】波長λ（ｎｍ）と波長分散Ｄとの関係を示すグラフ。
【図３２】波長λ（ｎｍ）と波長分散Ｄとの関係を示すグラフ。
【図３３】第６実施形態の光源装置の構成図。
【図３４】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図３５】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図３６】波長λ（ｎｍ）と波長分散（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）との関係を示すグラフ。
【図３７】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図３８】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図３９】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図４０】光ファイバの断面図。
【図４１】光ファイバ直径に沿った屈折率分布を示す図。
【図４２】ＳＣ光源装置を用いたシステムの構成図。
【図４３】アイドラ光源装置を用いたシステムの構成図。
【図４４】波長λ（ｎｍ）と光強度との関係を示すグラフ。
【図４５】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図４６】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図４７】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図４８】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図４９】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図５０】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図５１】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１００…パルス発生器、２００…光増幅器、３１０，３２０，３３０，３４０，３５０…光ファイバ、３４１，３４２，３５１，３５２，３５３…光ファイバ。

Claims (17)

1. 入力される所定波長のパルス光に応じて非線形現象光を出力する光ファイバであって、前記非線形現象光の主要生成領域は、前記パルス光の進行に伴い、波長分散が正の値から減少する分散減少領域を備えることを特徴とする光ファイバ。
2. 前記非線形現象光は、スーパーコンティニウム光であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
3. 前記光ファイバ１ｍあたりの平均外径が、長手方向に２μｍ以上増加又は減少している部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
4. 前記光ファイバの外径に対するコアの直径の比が長さ方向に０．００５以上増加又は減少している部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
5. 前記分散減少領域は、コア及び前記コアを囲むクラッドを有し、前記コアの直径及び前記クラッドの直径は共に長手方向に沿って増加又は減少している部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
6. 前記分散減少領域の所定波長領域内の分散スロープの絶対値は、０．０４（ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
7. 前記パルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋ、前記分散減少領域の非線形屈折率ｎ_２、及び実効コア断面積Ａ_ｅｆｆは、（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞６．４×１０^−１２の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
8. 前記分散減少領域において前記パルス光の進行に伴って波長分散が、正の値から負の値まで減少することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
9. 前記分散減少領域は、所定位置で１．５μｍ帯の零分散波長を有することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
10. 前記分散減少領域は、偏波保持ファイバを含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
11. コアの石英に対する比屈折率差は＋１．２％以上であり、クラッドの前記コア近傍の石英に対する比屈折率差は−０．６％以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の光ファイバ。
12. 前記分散減少領域の所定波長領域内の分散スロープは、−０．１（ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ）以上、０．１（ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
13. 前記パルス光のピークパワーＰ_ｐｅａｋ、前記分散減少領域の非線形屈折率ｎ_２、及び実効コア断面積Ａ_ｅｆｆは、（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）・Ｐ_ｐｅａｋ＞４．５×１０^−１０の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
14. 前記分散減少領域の非線形屈折率ｎ_２が、４×１０^−２０（ｍ^２／Ｗ）以上であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
15. 請求項１に記載の前記光ファイバと、前記光ファイバの一端に光学的に結合し前記パルス光を出射する光源と、を備えることを特徴とする光源装置。
16. 請求項１に記載の前記光ファイバと、前記光ファイバの一端に光学的に結合し前記パルス光を出射する光源と、前記光ファイバの他端に光学的に結合した光分波器を備えたことを特徴とする光源システム。
17. 請求項１に記載の前記光ファイバと、前記光ファイバの一端に光学的に結合し前記パルス光を出射する光源と、前記パルス光とともに複数の信号光を前記ファイバの前記一端に結合させる光合波器と、を備える光源システム。

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