JP3610529B2 - コヒーレント白色光源 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、励起用光パルスの波長の両側に超広帯域のコヒーレント白色光を発生させるコヒーレント白色光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超広帯域の白色光を発生させる従来方法として、種々の非線形光学媒質をピコ秒〜フェムト秒の超短光パルスで励起し、３次の非線形光学効果の複合効果によりその光スペクトルを飛躍的に広げる方法が知られている。非線形光学媒質としては、キセノンなどの気体、ＣＳ_２，Ｄ_２Ｏ，ＣＣｌ_４などの液体、ガラス，光ファイバ，半導体などの固体等、種々のものが用いられる （Ｐ．Ｌ．Ｂａｌｄｅｃｋ， Ｒ．Ａｌｆａｎｏ，“ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｆｏｕｒ−ｐｈｏｔｏｎ ｓｐｅｃｔｒａ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ ｐｕｌｓｅｓ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ”，Ｊ．ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈ．， ＬＴ−５， ｐｐ．１７１２−１７１５， １９８７）。
【０００３】
非線形光学媒質として多モード光ファイバを用いた構成により得られた白色光スペクトルは、図１０に示すように断続的で複雑な内部構造をもち、発生した波長範囲において滑らかで一定のスペクトル強度になっていなかった。さらに、発生には １００Ｗ程度以上の励起パワーが必要であり、発生用光源として固体レーザなどの高出力大型レーザ（繰り返し周波数 １００ＭＨｚ程度）を用いざるを得なかった。したがって、ギカＨｚ以上の高繰り返し周波数を必要とする通信用の光源には適用できなかった。
【０００４】
また、発生した白色パルスのコヒーレンス性が劣っているので、白色スペクトルから一部の波長成分を光バンドパスフィルタなどの波長選択手段で抜き出しても、パルス幅がバンド幅のフーリエ変換で決まる最小のパルス幅を有するトランスフォームリミット（ＴＬ）パルスを得ることができなかった。具体的には、文献（▲１▼ Ｒ．Ｄｏｒｓｉｎｖｉｌｉｅ， ｅｔ ａｌ．， “ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ３−ｐｓ ｐｕｌｓｅｓ ｂｙ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ａ ２５−ｐｓ ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｎｄ：ＹＡＧ ｌａｓｅｒ ｐｕｌｓｅ ｉｎ ａ ｌｉｑｕｉｄ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔ．，２７， ｐｐ．１６−１８， １９８８、▲２▼ Ｍ．Ｎ．Ｉｓｌａｍ， ｅｔ ａｌ．， “ Ｂｒｏａｄ ｂａｎｄｗｉｄｔｈｓ ｆｒｏｍ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｓｏｌｉｔｏｎｓ ｉｎ ｆｉｂｅｒｓ”， Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．， １４， ｐｐ．３７０−３７２， １９８９）に述べられているように、得られた白色パルスの時間帯域幅積（パルス幅とスペクトル幅の積）はＴＬパルスに対応する最小値に比べてその数倍から１０倍に達している。これは、一定のパルス幅に対してバンド幅が数倍から１０倍も必要であることを意味し、分散の影響を受ける光ファイバ通信用光源へ白色パルスを適用することは困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来方法による白色パルスが複雑なスペクトル構造をもつこと、大きな励起パワーを必要とすること、コヒーレンス性が低いことは、３次の非線形光学効果として主に誘導ラマン散乱と自己位相変調、相互位相変調や高次の空間横モード間の位相整合を用いた４光波混合との複合効果を利用していることに起因している。
【０００６】
これらの白色パルスの発生メカニズムは次の通りである。まず、励起光の波長から媒質固有のラマンシフト量だけずれた波長を中心にしてラマン光が発生する、もしくは高次の横モード間の位相整合により励起光の波長を中心にして多数の４光波混合成分が発生する。励起光パワーをさらに増加すると、これら新しく発生したスペクトル成分が十分成長した後に、それぞれが自己位相変調、相互位相変調によりさらに広がり励起光とこれらの成分のスペクトルは互いに重なりあって白色光となる。このとき発生したスペクトルは複雑な形状となり、必要となる励起光パワーはラマン散乱、４光波混合、自己位相変調、相互位相変調が複合しているために大きくなる。また、白色光スペクトルは自己位相変調、相互位相変調により複雑な位相変調を受けるので各波長成分の位相関係は乱れ、その結果コヒーレンス性が劣化する。
【０００７】
したがって、従来技術では連続的で滑らかなスペクトル構造を有し、高いコヒーレンスをもった白色パルスは得られず、その応用も大型レーザを使用した実験室での分光評価その他に限られていた。
本発明は、複雑なスペクトル構造をもたず、一様で連続的なスペクトルを有する超広帯域で高いコヒーレンスを有する白色パルスを低励起パワーで発生させることができるコヒーレント白色光源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、波長λ₀ を中心に発生するコヒーレント白色光のスペクトル幅に等しい波長範囲Δλで長さがlnＧ₀／(２｜γ｜Ｐ）以上であり、分散スロープの絶対値が16（｜γ｜Ｅ)／(Δλ² lnＧ₀)以下であり、かつ波長λ₀ での分散の絶対値が（16／πｃ)・λ₀ ²｜γ｜Ｐ／(Δλ)²以下である光導波路を備え、この光導波路に波長λ₀ の励起光パワーを入力する（請求項１）。ここで、γは光導波路の３次非線形係数、Ｅは励起用光パルスの１パルス当たりのエネルギー、Ｐは光導波路中の励起用光パルスのピークパワー（光導波路に入力される励起用光パルスのピークパワーをＰ₀ としたときＰ＝αＰ₀ 、αは補正係数）、Ｇ₀ は４光波混合光強度の利得で２以上（最適値は自然対数ｅ）、ｃは真空中の光速である。
【０００９】
励起用光パルスは光導波路に対してＮ次のソリトン光であり、α＝ １．２Ｎである（請求項２）。
光導波路の波長λ_０ における分散の絶対値が伝搬方向に減少し、光導波路の白色光発生領域の分散の最大値をＤｍａｘ（λ_０）とし、分散の最小値をＤｍｉｎ（λ_０）としたときに、補正係数αが｜Ｄｍａｘ（λ_０）／Ｄｍｉｎ（λ_０）｜であり、Ｄｍａｘ（λ_０）・γ＞０かつＤｍｉｎ（λ_０）・γ＞０である（請求項３）。
【００１０】
また、光導波路の波長λ_０ における分散の絶対値が伝搬方向に単調減少する（請求項４）。
励起用光パルスは光導波路の分散が励起用光パルスの波長で常分散の場合はレッドシフトチャーピングを有する光パルスであり、光導波路の分散が励起用光パルスの波長で異常分散の場合はブルーシフトチャーピングを有する光パルスであり、励起用光パルスのパルス幅，スペクトル幅をΔｔ_０，Δνとしたときに補正係数αが ９．１Δｔ_０・Δν以下である（請求項５）。
【００１１】
光導波路の出力端に、光導波路に励起用光パルスを入力する手段に光増幅器を含む構成である（請求項６）。
光導波路の出力端に、光導波路の分散を補償する分散補償手段を接続した構成である（請求項７）。
光導波路の出力端に、出力される励起用光パルスを除去する帯域除去フィルタを接続した構成である（請求項８）。
【００１２】
【作用】
本発明のコヒーレント白色光源における白色光発生原理について、図２を参照して説明する。
光導波路中に入力された励起用光パルスは、自己位相変調によりそのスペクトル幅が励起波長の両側に対称に広がる（▲１▼）。自己位相変調によるスペクトル広がりが４光波混合の帯域に重なり始めると、自己位相変調によって広がったスペクトル成分を種にして、４光波混合の利得曲線▲２▼に沿ってスペクトルがその利得帯域幅までコヒーレントに広がり始める（▲３▼）。そして、しだいに励起光パワーが減少して励起光パワーの平方根に比例する利得帯域幅が減少し始めると、その時点でスペクトル広がりが停止する。
【００１３】
このとき発生した白色光スペクトルは、その発生過程から明らかなように励起波長の両側に徐々に広がっていくので連続的で一様となる。また、発生した白色パルスのコヒーレンスは、４光波混合光が発生する際の励起用光パルスのコヒーレンスにより決まり、励起用光パルスにコヒーレンスの高いパルスを用いれば白色光のコヒーレンスも高くなる。さらに、４光波混合の種となるスペクトル成分を発生する自己位相変調は低励起パワーで起こり、また一定の利得帯域を与える４光波混合の必要励起パワーは分散に比例して減少するので、低分散の光導波路を用いれば励起パワーの低減化も可能である。
【００１４】
また、光導波路にその分散の絶対値が伝搬方向に徐々に（できれば単調に）減少するものを用いれば、励起用光パルスはコヒーレンスを保持しながら断熱パルス圧縮が起こってピーク値が増加する。これにより、ピーク値の平方根に比例し、分散値の平方根に逆比例する４光波混合の利得帯域は図２（２） の▲４▼に示すように一挙に広がり、発生する白色パルスの帯域も飛躍的に増加する（請求項３，４）。
【００１５】
また、光導波路の分散に合わせて励起用光パルスのチャーピングを設定することにより、光導波路の分散によるチャーピングが補償され、パルスを圧縮することができる（請求項５）。
励起用光パルスを増幅して光導波路に入力することにより、発生する白色光の帯域を広げることができる（請求項６）。
【００１６】
光導波路の出力端に分散補償手段を接続することにより、光導波路の分散により生じた白色光のチャーピングを補償することができる（請求項７）。
光導波路の出力端に帯域除去フィルタを接続することにより、白色光から強い励起用光パルスのみを除去することができる（請求項８）。
以上示したように、本発明のコヒーレント白色光源は、単一モード光導波路中における励起用光パルスの自己位相変調、相互位相変調、ならびに広い波長範囲にわたる高効率でコヒーレントな光パラメトリック４光波混合を用いて、励起光波長の両側の広い波長範囲で一様なスペクトル強度と高いコヒーレンス（可干渉性）を有する超広帯域白色パルスを低励起パワーで発生させることができる。
【００１７】
【実施例】
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例を示す。
図において、分散スロープと分散の大きさが規定されている白色光発生用光導波路１１に中心波長λ_０ の励起用光パルスを入力すると、パルス性を保ちながら波長λ_０ を中心にしてΔλの波長範囲の白色パルスが出力される。
【００１８】
以下、白色光発生用光導波路１１の分散スロープと分散の大きさに関する規定を導出する。
４光波混合の理論から、最大利得を与える励起光（波長λ_０）と４光波混合光（波長λ_ｆ ）との光角周波数差Ω_Ｓ（＝２πｃ｜１／λ_０−１／λ_ｆ｜：ｃは真空中の光速）は、光導波路の３次非線形係数をγ（＝２πｎ_２／（λＡ_ｅｆｆ）〔１／（Ｗ ｋｍ）〕：ｎ_２ は光導波路の非線形屈折率〔ｍ^２／Ｗ〕、Ａ_ｅｆｆ は光導波路の有効断面積〔ｍ^２〕）、光導波路中の励起用光パルスのピークパワーをＰ〔Ｗ〕、光導波路の分散をβ_２ 〔ｐｓ^２／ｋｍ〕とすると、
Ω_Ｓ ＝（２｜γ｜Ｐ／｜β_２｜）^１／２ 〔ＴＨｚ〕 …（１）
となる。また、光導波路の長さをＬ〔ｋｍ〕とすると、Ω_Ｓ における４光波混合光強度の利得Ｇ_０ は、
Ｇ_０ ＝ｅｘｐ（２｜γ｜ＰＬ） …（２）
で与えられる。
【００１９】
ここで、白色光が連続的に発生するためには、Ω_S において利得をもつ必要があるので、式(2) のＧ₀ は１より大きくなければならない。なお、Ｇ₀ は２以上とするのが好ましい。この条件より白色光発生に必要な光導波路長Ｌ_C は
Ｌ_C ＝ ln Ｇ ₀ ／(２｜γ｜Ｐ） …(3)
と求まる。
【００２０】
ところで、波長λ₀ の励起用光パルスと波長λ₀±Δλ／2の４光波混合光の光導波路長Ｌ_C における群遅延差τ〔ps〕は、分散スロープの絶対値を｜ｄＤ(λ)／ｄλ｜〔ps/nm²/km 〕として近似的に

と表せる。ここで、波長λ₀±Δλ／2の４光波混合光が発生するためには、励起用光パルスと４光波混合光との時間的な重なりが必要で、それは両者の群遅延差τが励起用光パルスのパルス幅Δt₀ (ps：半値全幅）以下であるという条件
Δt₀≧τ＝(lnＧ₀／16)｜ｄＤ(λ₀)／ｄλ｜・Δλ²／(｜γ｜Ｐ） …(5)
で表される。したがって、分散スロープの条件として
｜ｄＤ(λ₀)／ｄλ｜≦16（｜γ｜ＰΔt₀)／(Δλ²lnＧ₀) …(6)
が得られる。ここで、ＰΔt₀は励起用光パルスのエネルギーＥにほぼ等しいので、光導波路の分散スロープに関する条件式
｜ｄＤ(λ₀)／ｄλ｜≦16（｜γ｜Ｅ)／(Δλ² ln Ｇ ₀ ) …(7)
が得られる。
【００２１】
次に、光導波路が波長λ₀ の励起用光パルスから波長λ₀±Δλ／2の４光波混合光を発生させるためには、少なくとも式(1) で与えられる利得帯域（∝Ω_S ）がΔλ／４以上でなければならない。したがって、
Ω_S ＝（２｜γ｜Ｐ／｜β₂｜)^1/2≧２πｃΔλ／(４λ₀ ²） …(8)
でなければならない。ここで、β₂ とＤ(λ)の関係式
｜β₂｜＝λ²｜Ｄ(λ)｜／（２πｃ） …(9)
を用いて、光導波路の分散に関する条件式
｜Ｄ(λ₀)｜≦(16／πｃ)・λ₀ ²｜γ｜Ｐ／(Δλ)² …(10)
が求まる。式(10)は、少なくとも式(3) で規定される長さln Ｇ ₀ ／(２｜γ｜Ｐ）にわたって満たされなければならない。
【００２２】
なお、光導波路中の励起用光パルスのピークパワーＰと、光導波路に入力される励起用光パルスのピークパワーＰ_０ とは、励起用光パルスの波形変化等のために一般に異なる。これらは補正係数αを用いて、Ｐ＝αＰ_０ と表すことができる。また、光導波路が光増幅媒質である場合には、補正係数αはその光増幅度に等しい。
【００２３】
ところで、式（７） を変形すると、
Δλ≦４・｛（ｌｎＧ_０｜γ｜Ｅ）／｜ｄＤ（λ_０）／ｄλ｜｝^１／２ …（１１）
となり、分散スロープの絶対値｜ｄＤ（λ_０）／ｄλ｜ から白色光のスペクトル広がりを与える式が得られる。Ｇ_０ ＝ｅ（ｌｎＧ_０ ＝１）として、通常の単一モード光ファイバを用いた場合の実験パラメータｎ_２＝ ３．２×１０^−２０〔ｍ^２／Ｗ〕、γ＝２．５ 〔１／ｋｍ〕、分散スロープ０．０７〔ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ 〕、励起用光パルスのエネルギーＥ＝７〔ｐＪ〕（パルス幅Δｔ_０＝３．５ 〔ｐｓ〕、ピークパワー２〔Ｗ〕）とすると、波長範囲Δλ＜６３．２〔ｎｍ〕が求まる。これは、図３に示す実験結果（白色光スペクトル）とよく一致している。
【００２４】
また、さらに分散スロープの小さい単一モード光ファイバを用いた場合の実験結果を図４に示す。この場合の実験パラメータｎ_２＝３．２×１０^−２０ 〔ｍ^２／Ｗ〕、γ＝４．０ 〔１／ｋｍ〕、分散スロープ０．０１〔ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ 〕、励起用光パルスのエネルギーＥ＝７〔ｐＪ〕とすると、波長範囲Δλ＜２１１．７ 〔ｎｍ〕が求まり、これも実験結果とよく一致する。
【００２５】
また、Ｄ（λ_０）・γ＞０ の条件では、光導波路中を伝搬する励起用光パルスはソリトン光となる。なお、Ｄ（λ_０）＜０ は常分散、Ｄ（λ_０）＞０ は異常分散に対応し、例えば通常の光ファイバではγ＞０である。ソリトン光の次数Ｎは、
Ｎ＝Ｔ_０・｛（｜γ｜Ｐ）／｜β_２｜｝^１／２ …（１２）
で与えられる。ここで、Ｔ_０ は光導波路に入力される励起用光パルスのパルス幅である。上述した励起用光パルスのパルス幅Δｔ_０との関係は、ガウス型波形の場合はΔｔ_０＝１．６６５Ｔ_０、ｓｅｃｈ^２ 波形の場合はΔｔ_０＝１．７６Ｔ_０ となる。
【００２６】
光導波路中では、一般に自己位相変調と分散との複合効果によりソリトン圧縮が起こり、圧縮されたソリトンパルス幅をΔｔ_Ｃとすると、Ｎ＞１０では
Ｆ_Ｃ ≡Δｔ_０／ｔ_Ｃ≒４．１ Ｎ …（１３）
と近似され、光導波路中のピークパワーＰは
Ｐ＝Ｆ_Ｃ・Ｑ_Ｃ・Ｐ_０ …（１４）
で表される。ここで、Ｑ_Ｃ は圧縮されたソリトンパルスの品質を表す係数であり、全体のパルスエネルギーに占める圧縮されたパルスのエネルギーの比として与えられる。Ｎ＝１０程度ではＱ_Ｃ ≒０．３ であり、式（１４）は
Ｐ≒１．２Ｎ・Ｐ_０ …（１５）
となり、補正係数αは １．２Ｎとなる（請求項２）。
【００２７】
（第２実施例）
図５は、本発明の第２実施例を示す（請求項３，４）。
図において、本実施例では白色光発生用光導波路として、長手方向に分散値が減少する分散分布型偏波保持光ファイバ１２を用いる。分散分布型偏波保持光ファイバ１２は、Ｄ（λ_０）・γ＞０ の条件の下で、光導波路中の波長λ_０ における分散の絶対値｜Ｄ（λ_０）｜ が白色光発生領域ΔＬ（＝Ｌ_１〜Ｌ_２）でゆっくりと平均的に減少する。ΔＬがソリトン長Ｌ_Ｓ ＝πＴ_０ ^２／（２｜β_２｜）に比べて十分大きい場合に白色光発生領域でソリトン断熱圧縮が起こり、励起用光パルスはそのソリトン次数を保存したままパルス圧縮を起こす。圧縮比は、ソリトン次数Ｎが一定である条件より、白色光発生領域における分散の最大値Ｄｍａｘ（λ_０）と最小値Ｄｍｉｎ（λ_０）を用いて、
｜Ｄｍａｘ（λ_０）／Ｄｍｉｎ（λ_０）｜ …（１６）
と求まる。ここで、励起用光パルスのエネルギーが保存されると仮定すると、式（１３）に示すＦ_Ｃ は、
Ｆ_Ｃ ＝｜Ｄｍａｘ（λ_０）／Ｄｍｉｎ（λ_０）｜ …（１７）
となり、光導波路中のピークパワーＰは
Ｐ＝｜Ｄｍａｘ（λ_０）／Ｄｍｉｎ（λ_０）｜・Ｐ_０ …（１８）
となるので、補正係数αが｜Ｄｍａｘ（λ_０）／Ｄｍｉｎ（λ_０）｜として求まる。
【００２８】
通常の光ファイバでは３次非線形係数γの符号は正であるので、分散Ｄ（λ_０）＞０であることが必要となる。また、半導体媒質ではγの符号が負であるものも存在するが、その場合には分散Ｄ（λ_０）＜０ であることが必要となる。本実施例のように分散の絶対値が減少する光導波路を用いる場合の利点は、励起用光パルスの品質（トランスフォームリミット性）を損なわずに光導波路中のピークパワーＰを増大させ、結果的に式（１） で与えられる励起用光パルスの平方根に比例し分散Ｄ（λ_０） の平方根に反比例する４光波混合の利得幅を飛躍的に増大させることができるところにある。さらに、光導波路中においても励起用光パルスはコヒーレンス性を維持しているので、コヒーレンスのよい白色光を発生させることができる。
【００２９】
（第３実施例）
図６は、本発明の第３実施例を示す（請求項５）。
図において、本実施例は、パルス内で瞬時光周波数が変化するチャーピングを有する励起用光パルスを光ファイバ１３に入力することを特徴とする。すなわち、光ファイバ１３の分散が常分散のとき（Ｄ（λ_０）＜０）、レッドシフトチャーピング（パルスの前側から後側にむけて瞬時光周波数が短波長側から長波長側に変化する）を有する励起用光パルスを用いる。このとき、光ファイバ１３では長波長が短波長よりも群速度が速いのでレッドシフトチャーピングは補償され、パルスは圧縮される。
【００３０】
また、光ファイバ１３の分散が異常分散のとき（Ｄ（λ_０）＞０）、ブルーシフトチャーピング（パルスの前側から後側にむけて瞬時光周波数が長波長側から短波長側に変化する）を有する励起用光パルスを用いる。このとき、光ファイバ１３では短波長が長波長よりも群速度が速いのでブルーシフトチャーピングは補償され、パルスは圧縮される。このときの光ファイバ１３の分散と励起用光パルス幅のファイバ長依存性を図６に示す。
【００３１】
光ファイバ１３中で圧縮された励起用光パルスのパルス幅Δｔ_Ｃは、入力される励起用光パルスのスペクトル幅をΔν〔ＴＨｚ〕として、ガウス型の場合にはΔｔ_Ｃ＝０．４４／Δν〔ｐｓ〕で表される。したがって、光ファイバ１３中の励起用光パルスのピークパワーＰは、入力される励起用光パルスのパルス幅をΔｔ_０として、
Ｐ＝Δｔ_０／Δｔ_Ｃ・Ｐ_０ ＝ ２．３Δｔ_０・Δν・Ｐ_０ …（１９）
で与えられ、補正係数αは ２．３Δｔ_０・Δνとなる。また、ｓｅｃｈ^２ 型の場合には、Δｔ_Ｃ＝ ０．３１５／Δν〔ｐｓ〕で表されるので、
Ｐ＝Δｔ_０／Δｔ_Ｃ・Ｐ_０ ＝ ３．２Δｔ_０・Δν・Ｐ_０ …（２０）
で与えられ、補正係数αは ３．２Δｔ_０・Δνとなる。また、ローレンツ型の場合には、Δｔ_Ｃ＝０．１１／Δν〔ｐｓ〕で表されるので、
Ｐ＝Δｔ_０／Δｔ_Ｃ・Ｐ_０ ＝ ９．１Δｔ_０・Δν・Ｐ_０ …（２１）
で与えられ、補正係数αは ９．１Δｔ_０・Δνとなる。このように補正係数αはパルス波形により変化するが、ここでは最大値をとってα＝ ９．１Δｔ_０・Δνとする。
【００３２】
（第４実施例）
図７は、本発明の第４実施例を示す（請求項６）。
図において、本実施例は、白色光発生用光導波路１１の入力側に光増幅器１４を接続し、励起用光パルスとして変調光パルスを入力することを特徴とする。
変調光パルスを光増幅器１４で増幅して白色光発生用光導波路１１に入力すると、図のように変調された白色光が発生し、かつ白色光の波長範囲Δλを広げることができる。この白色光からバンドパス光フィルタやアレイ導波路型光フィルタなどの光分波器を用いて所定の波長成分を分離することにより、光周波数変換回路として機能させることができる。
【００３３】
（第５実施例）
図８は、本発明の第５実施例を示す（請求項７）。
図において、本実施例は、白色光発生用光導波路１１の出力端に、その分散を補償する分散補償媒質１５を接続したことを特徴とする。なお、分散補償媒質１５としては、光ファイバ、半導体や有機ポリマーなどの光導波路を用いることができる。
【００３４】
白色光発生用光導波路１１から出力される白色光は、図８に示すように光導波路の群遅延特性を反映してチャーピングを有しており、これを分散補償媒質１５に入力してチャーピングを補償する。この白色光はコヒーレントであるので、それを波長選択手段（バンドパス光フィルタやアレイ導波路型光フィルタなどの光分波器）を用いてフィルタリングすれば、光フィルタのバンド幅で決まるトランスフォームリミット光パルスを得ることができる。また、波長可変または多波長のピコ秒からフェムト秒パルスを容易に一括して発生させることができる。
【００３５】
（第６実施例）
図９は、本発明の第６実施例を示す（請求項８）。
図において、本実施例は、白色光発生用光導波路１１の出力端に帯域除去フィルタ１６を接続したことを特徴とする。これにより、白色光から強い励起用光パルスのみを除去することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコヒーレント白色光源は、複雑なスペクトル構造をもたず、一様で連続的なスペクトルを有し、超広帯域で高いコヒーレンスを有し、さらにＧＨｚの繰り返し周波数の白色パルスを低励起パワーで発生させることができる。
【００３７】
また、分散補償手段を用いてチャーピングを補償することにより、コヒーレントな白色光を出力させることができる。この分散補償手段と波長選択手段とを組み合わせることにより、任意のパルス幅の波長可変または多波長のコヒーレントパルス光源を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す図。
【図２】本発明のコヒーレント白色光源における白色光発生原理を説明する図。
【図３】通常の単一モード光ファイバを用いたときの白色光スペクトルを示す図。
【図４】分散スロープの小さい単一モード光ファイバを用いたときの白色光スペクトルを示す図。
【図５】本発明の第２実施例を示す図。
【図６】本発明の第３実施例を示す図。
【図７】本発明の第４実施例を示す図。
【図８】本発明の第５実施例を示す図。
【図９】本発明の第６実施例を示す図。
【図１０】従来の白色光スペクトルを示す図。
【符号の説明】
１１ 白色光発生用光導波路
１２ 分散分布型偏波保持光ファイバ
１３ 光ファイバ
１４ 光増幅器
１５ 分散補償媒質
１６ 帯域除去フィルタ

Claims (8)

1. 光導波路に波長λ₀ の励起用光パルスを入力し、光導波路中における励起用光パルスの自己位相変調、相互位相変調、ならびに広い波長範囲にわたる高効率でコヒーレントな光パラメトリック４光波混合を用いて、励起光波長の両側に一様なスペクトル強度と高いコヒーレンスを有する超広帯域のコヒーレント白色光を発生させるコヒーレント白色光源において、
   前記光導波路の長さ、分散スロープの絶対値、分散の絶対値について、光導波路の３次非線形係数をγ、励起用光パルスの１パルス当たりのエネルギーをＥ、光導波路中の励起用光パルスのピークパワーをＰ（光導波路に入力される励起用光パルスのピークパワーをＰ₀ としたときＰ＝αＰ₀ 、αは補正係数）、４光波混合光強度の利得をＧ ₀ （Ｇ ₀ は２以上）、真空中の光速をｃとしたときに、波長λ₀ を中心に前記コヒーレント白色光のスペクトル幅に等しい波長範囲Δλで長さが
   ln Ｇ ₀ ／(２｜γ｜Ｐ）〔km〕
   以上であり、分散スロープの絶対値が
   16（｜γ｜Ｅ)／(Δλ² ln Ｇ ₀ ) 〔ps/nm²/km 〕
   以下であり、かつ波長λ0 での分散の絶対値が
   (16／πｃ)・λ₀ ²｜γ｜Ｐ／(Δλ)² 〔ps/nm/km〕
   以下である
   ことを特徴とするコヒーレント白色光源。
2. 請求項１に記載のコヒーレント白色光源において、
   励起用光パルスは光導波路に対してＮ次のソリトン光であり、補正係数αが1.2Ｎである
   ことを特徴とするコヒーレント白色光源。
3. 請求項１に記載のコヒーレント白色光源において、
   光導波路の波長λ₀ における分散の絶対値が伝搬方向に減少し、光導波路の白色光発生領域の分散の最大値をＤmax(λ₀)とし、分散の最小値をＤmin(λ₀)としたときに、補正係数αが｜Ｄmax(λ₀)／Ｄmin(λ₀)｜であり、Ｄmax(λ₀)・γ＞０かつＤmin(λ₀)・γ＞０である
   ことを特徴とするコヒーレント白色光源。
4. 請求項３に記載のコヒーレント白色光源において、
   光導波路の波長λ₀ における分散の絶対値が伝搬方向に単調減少する
   ことを特徴とするコヒーレント白色光源。
5. 請求項１に記載のコヒーレント白色光源において、
   励起用光パルスは光導波路の分散が励起用光パルスの波長で常分散の場合はレッドシフトチャーピングを有する光パルスであり、光導波路の分散が励起用光パルスの波長で異常分散の場合はブルーシフトチャーピングを有する光パルスであり、励起用光パルスのパルス幅，スペクトル幅をΔt0，Δνとしたときに補正係数αが9.1Δt₀・Δν以下である
   ことを特徴とするコヒーレント白色光源。
6. 請求項１に記載のコヒーレント白色光源において、
   光導波路に励起用光パルスを入力する手段に光増幅器を含む構成である
   ことを特徴とするコヒーレント白色光源。
7. 請求項１に記載のコヒーレント白色光源において、
   光導波路の出力端に、光導波路の分散を補償する分散補償手段を接続した構成である
   ことを特徴とするコヒーレント白色光源。
8. 請求項１に記載のコヒーレント白色光源において、
   光導波路の出力端に、出力される励起用光パルスを除去する帯域除去フィルタを接続した構成である
   ことを特徴とするコヒーレント白色光源。

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