JP4026117B2

JP4026117B2 - Optical block

Info

Publication number: JP4026117B2
Application number: JP2002034397A
Authority: JP
Inventors: 昌俊賀川; 利男中村
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: JP2003232906A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ光によるパルス波の逓倍を行うための方法等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は従来におけるパルス逓倍する方法を表す図である。この方法では、図９に示すような構成部品を用いて構成する。図９において、スプリッタ（９０１）は、入力されるパルス波形のレーザ光（以下、このレーザ光を入力光という）を分岐する。遅延器（９０２）は、光ファイバ（９０４）を通過する入力光を遅延させるために設けたものである。遅延器（９０２）による入力光の遅延時間（位相）は、製造する段階で任意に設定できる。カプラ（９０３）は、光ファイバ（９０４）及び光ファイバ（９０５）を通過してきた光を合成する。光ファイバ（９０４）と光ファイバ（９０５）とは長さが異なる。
【０００３】
次にパルス逓倍方法について説明する。スプリッタ（９０１）は入力光を２分岐する。２分岐された入力光（以下、分岐光という）はそれぞれ光ファイバ（９０４）及び光ファイバ（９０５）内を進行する。遅延器（９０２）は、光ファイバ（９０４）を進行する分岐光が光ファイバ（９０５）を通過する分岐光と比較して、あらかじめ設定した遅延時間だけ遅延されるようにする。ここでは、半周期分の時間を遅延時間として設定する。カプラ（９０３）は、光ファイバ（９０４）及び光ファイバ（９０５）をそれぞれ通過した分岐光を合成する。これにより、合成によって得られた光は、入力光が有するパルス周期の半分の周期を有するレーザ光として出力される。
【０００４】
また、ここでは遅延器（９０２）を設けているが、単に光ファイバ（９０４）の長さを調整することにより、光ファイバ（９０４）を進行する分岐光の経路を光ファイバ（９０５）を進行する分岐光の経路よりも長くして遅延させる（位相を遅らせる）ことによっても同様の効果を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成部品を用いて装置を構成した場合には、次のような問題が生じる。まず、スプリッタ（９０１）、カプラ（９０３）等の構成部品の小型化を図ることが困難である。それに、スプリッタ（９０１）、カプラ（９０３）を作製するためには融着等の工程を行う必要があるため高価になる。しかも、ファイバ型の構成では環境温度等による摂動のため、設定した遅延時間が著しく変動してしまい、精度が低い。
【０００６】
そこで、上記のような問題を解決し、低価格で、高精度にパルス波の逓倍を行えるようなパルス逓倍方法、システム等を実現し、そのために必要となる光学ブロックを得る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため、本発明に係る光学ブロックは、入力されたパルス波形のレーザ光を２分岐する第１の半透明膜と、分岐された一方の光を反射する全反射鏡と、全反射鏡が反射した光と分岐された他方の光とを合成する第２の半透明膜とを備えている。
【０００８】
本発明においては、第１の半透明膜がレーザ光を分岐し、一方の光を全反射鏡が反射し、第２の半透明膜が分岐したそれぞれの光を合成する光学ブロックを構成することにより、スプリッタ、遅延器及びカプラを兼ね備えた光学ブロックを得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
図１は本発明の第１の実施の形態に係る、パルス逓倍を実現するための光学ブロックを表す図である。光学ブロックは、入力光が入力される入射面（１０１）、出力光が出力される出射面（１０２）を有している。また、半透過膜であるハーフミラー（１０３）、（１０４）及び全反射ミラー（１０５）、（１０６）を有する。ここで、ハーフミラー（１０３）及び全反射ミラー（１０５）は、入射面（１０１）に対して４５°の角度を成している。また、出射面（１０２）は、入射面（１０１）と平行に対抗して設けられている。そして、ハーフミラー（１０４）及び全反射ミラー（１０６）は出射面（１０２）に対して４５°の角度を成している。また、光学ブロックの斜視図を図１（ｂ）に示す。なお、光学ブロックの各々の構成要素の材質等は、本発明では特に限定するものではなく、任意好適に設計してよい。
【００１１】
本実施の形態は、光学ブロックのハーフミラー（１０３）を用いて入力光を分岐し、一方の光の経路を他方の光よりも長くして一定時間遅延させた上で、再度ハーフミラー（１０４）において合成することで入力光に対する出力光の周波数を逓倍するようにしたものである。したがって、本実施の形態における光学ブロックは、従来用いられていたスプリッタ、遅延器及びカプラの役割を１つで果たすものである。そのため、装置の小型化を図ることができる。
【００１２】
図２は光学ブロックの各寸法及び屈折率の関係を表す図である。図２のように、各寸法をｌ、ｍ、ｄ、ｈとする。そして、ハーフミラー（１０２）によって分岐された２つの光（以下、分岐されたそれぞれの光を第１分岐光、第２分岐光ということにする）が、ハーフミラー（１０４）によって合成されるまでの光路差Ｌをｌ、ｍ、ｄ及び屈折率ｎを用いて表すと次式（１）のように表される。
Ｌ＝２ｎｌ＋（ｎ−１）（ｍ＋ｄ） …（１）
【００１３】
ここで、光路差Ｌは半周期分の遅延が生じるように設計する。すなわち、次式（２）が成立するような光路差Ｌとなるように、屈折率ｎを考慮した上で、（１）式のｌ、ｍ及びｄを設定する。ここで、ｋ＝は０、１、２…である。また、ｃは真空中の光速（ｍ／ｓ）を表し、Ｂはパルス周期（時間）を表している。
Ｌ／ｃ＝（２ｋ＋１）Ｂ …（２）
【００１４】
図３は光学ブロックを進行する光の経路及びパルス信号の関係を表した図である。図３に基づいて周波数逓倍方法について説明する。ここで屈折率ｎについてはｎ＝１として説明することにする。レーザ光源装置（図示せず）から光ファイバ等を介したレーザ光は、例えばロッドレンズにより平行にされ、入力光として光学ブロックの入射面（１０１）と垂直に入射される（図３（ｂ））。進行した入力光は、ハーフミラー（１０３）によって２方向に分岐される（ただし、それぞれのパワー（パルス振幅）は図３（ｂ）のように約半分となる）。
【００１５】
第１分岐光は反射されずに入射光の延長線上をハーフミラー（１０４）の方向に直進する（図３（ｂ））。もう一方の第２分岐光は反射されて入射光と垂直に、全反射ミラー（１０５）の方向に進行する。第２分岐光は、全反射ミラー（１０５）により反射され、再度進行方向とは垂直に、全反射ミラー（１０６）の方向（つまり、入射光及び他方の分岐光と同方向）に進行する。そして、さらに全反射ミラー（１０６）により再度垂直に反射され、ハーフミラー（１０４）の方向に進行する（図３（ｂ））。そして、ハーフミラー（１０４）により２つの分岐光が合成され、合成された光は出射面（１０２）から出力光として出力されることになる（図３（ｂ））。出力光におけるパルスの振幅は入力光のものよりは小さくなる（２回ハーフミラーを介するので理論的には、図３（ｂ）のように約１／４になる）が、小型化を図ることができる。
【００１６】
光路差Ｌは半周期の遅延（例えば周波数が２０ＧＨｚでは２５ｐｓ（２５×１０^-12ｓ））が生じるように設計しているため、入力光の２倍のパルスを有する出力光（２０ＧＨｚでは４０ＧＨｚ）を得ることができる。
【００１７】
以上のように第１の実施の形態によれば、入力光を分岐する役割を果たすためのハーフミラー（１０３）、分岐後の経路長を異ならせたそれぞれの光を再度合成するハーフミラー（１０４）で少なくとも構成された光学ブロックを用いてパルスの逓倍を図るようにしたので、従来のスプリッタ、遅延器及びカプラの役割を１つで果たすので、構成が簡易になり、装置全体の小型化を図ることができる。しかも、複雑な工程を必要とせずに作製することができるので、低価格なパルスの逓倍を実現することができる。
【００１８】
実施形態２．
図４は本発明の第２の実施の形態に係るブロックを表す図である。図４のブロックは、底辺が平行四辺形の角柱である。角は４５゜である。４０１の面はハーフミラーで構成される。また、４０２の面は全反射ミラーで構成される。
【００１９】
図５は図４のブロックを２個接合して作製した光学ブロックである。２個のブロックは接合面５０７で接合される。光学ブロックは、入力光が入力される入射面（５０１）、出力光が出力される出射面（５０２）を有している。また、半透過膜であるハーフミラー（５０３）、（５０４）及び全反射ミラー（５０５）、（５０６）を有している。ハーフミラー（５０３）及び全反射ミラー（５０５）は、入射面（５０１）に対して４５°の角度を成している。また、出射面（５０２）は、入射面（５０１）と平行に対抗して設けられている。そして、ハーフミラー（５０４）及び全反射ミラー（５０６）は出射面（５０２）に対して４５°の角度を成している。なお、光学ブロックの各々の構成要素の材質等は、本発明では特に限定するものではなく、任意好適に設計してよい。
【００２０】
そして、各寸法を図５に示すようにｌ、ｍとする。ハーフミラー（５０３）によって分岐された２つの光（以下、分岐されたそれぞれの光を第１分岐光、第２分岐光ということにする。）が、ハーフミラー（５０５）によって合成されるまでの光路差Ｌをｌ、ｍ及び屈折率ｎを用いて表すと次式（１）のように表される。また、第１の実施の形態と同様に、（２）式が成立するような光路差Ｌとなるように、屈折率ｎを考慮してｌ及びｍを設定する。
Ｌ＝２ｎｌ＋（ｎ−１）ｍ …（３）
【００２１】
本実施の形態は、簡便に作製できる光学ブロックについて説明するものである。図４のような底辺が平行四辺形のブロックを２個接合することにより、スプリッタ、遅延器及びカプラの役割を１つで果たす光学ブロックを得ることができる。
【００２２】
図６は光学ブロックを進行する光の経路を表した図である。図６に基づいてパルス周波数の逓倍方法について説明する。ここで屈折率ｎについてはｎ＝１として説明することにする。レーザ装置（図示せず）から光ファイバ等を介したレーザ光は、例えばロッドレンズにより平行にされ、入力光として光学ブロックの入射面（５０１）と垂直に入射される。進行した入力光は、ハーフミラー（５０３）によって２方向に分岐される（ただし、それぞれのパワーは約半分となる）。以下、分岐されたそれぞれの光を第１の実施の形態と同様に第１分岐光、第２分岐光ということにする。
【００２３】
第１分岐光は反射されずに入射光の延長線上をハーフミラー（５０３）の方向に直進する。もう一方の第２分岐光は反射されて入射光と垂直に、全反射ミラー（５０５）の方向に進行する。第２分岐光は、全反射ミラー（５０５）により反射され、再度進行方向とは垂直に、全反射ミラー（５０６）の方向（つまり、入射光及び他方の分岐光と同方向）に進行する。そして、さらに全反射ミラー（５０６）により再度垂直に反射され、ハーフミラー（５０４）の方向に進行する。そして、ハーフミラー（５０４）により２つの分岐光が合成され、合成された光は出射面（５０２）から出力光として出力されることになる。
【００２４】
光路差Ｌは半周期の遅延（例えば２０ＧＨｚでは２５ｐｓ（２５×１０^-12ｓ））が生じるように設計しているため、入力光のパルス周波数の２倍のパルス周波数を有する出力光（２０ＧＨｚでは４０ＧＨｚ）を得ることができる。
【００２５】
以上のように、第２の実施の形態によれば、２つの同じブロックを張り合わせることにより、簡単に光学ブロックを作製することができ、構成が簡単で低価格なパルスの逓倍を実現することができる。
【００２６】
実施形態３．
図７は第３の実施の形態に係るパルス逓倍装置を表すブロック図である。増幅器（７０１）は、ある周波数で入力される電気信号であるクロック信号（ここでは、クロック信号の周波数を２０ＧＨｚとする。）を増幅する。バイアス印加回路（７０２）は、増幅器（７０１）で増幅されたクロック信号に、直流成分を重畳する。増幅器（７０１）及びバイアス印加回路（７０２）は電気系統の装置である。
【００２７】
ＣＷレーザ光源（７０３）は、正弦波のレーザ光を出力する。本実施の形態では、ＤＦＢレーザ（Distributed FeedBack Laser：分布帰還型レーザ）を用いるものとする。ＤＦＢレーザは、スペクトル幅が狭く、ある決まった波長だけで発振する。電界吸収型変調器（Electro-Absorption Modulator）（７０４）は、電圧が印加されると光の吸収係数（透過率）を変化させ、入射光の強度を変化させる。光学ブロック部（７０５）は、第１又は第２の実施の形態で説明した光学ブロックである。ＣＷレーザ光源（７０３）、電界吸収型変調器（７０４）及び光学ブロック部（７０５）は、光系統の装置である。また、ＣＷレーザ光源（７０３）と電界吸収型変調器（７０４）とは一体で構成されている場合もある。
【００２８】
次にパルス発生装置のパルス発生動作について説明する。まず、電気系統の装置についての動作について説明する。ＣＷ電気信号であるクロック信号が増幅器（７０１）に入力される。増幅器（７０１）は、クロック信号を所定の振幅で増幅する。バイアス印加回路（７０２）は、増幅器（７０１）により増幅されたクロック信号に直流（ＤＣ）成分を重畳する。
【００２９】
次に光系統の装置の動作であるが、ＣＷレーザ光源（７０３）からは、ＣＷレーザ光が出力される。電界吸収型変調器（７０４）は、増幅器（７０１）により増幅され、バイアス印加回路（７０２）により直流成分が重疂されたクロック信号に基づいて、ＣＷレーザ光を変調する。電界吸収型変調器（７０４）により変調された短パルス列が入力光として光学ブロック部（７０５）に入力する。光学ブロックにおける逓倍については、第１又は第２の実施の形態で説明したことと同様であるので説明を省略する。これにより、パルス周波数が４０ＧＨｚの出力光が出力されることになる。
【００３０】
以上のように、第３の実施の形態によれば、第１及び第２の実施の形態で説明した光学ブロックを用いて、パルス逓倍装置を構成するようにしたので、構成が簡易になり、装置全体の小型化を図ることができる。また、低価格で実現することができる。
【００３１】
実施形態４．
図８は本発明の第４の実施の形態に係るパルス発生装置を表すブロック図である。図８において、図７と同じ図番を付しているものは第３の実施の形態で説明したことと同様の動作を行うので説明を省略する。温度調節装置（７０６）は、光学ブロックの温度調節をするための装置である。温度制御装置（７０７）は、温度調節装置（７０６）の温度調節の制御を行うための装置である。温度調節装置（７０６）において温度を調節するための素子、温度制御装置（７０７）の機構については、特に限定するものではなく、任意に設定してよい。
【００３２】
パルス周波数の逓倍を図る際、隣接するパルスの光の位相状態はそろっているか、半周期分位相がずれている（つまり、位相が０かπに調節されている）のが望ましい。しかし、実際には、レーザ光照射、周囲の温度変化等により温度が変化すると、調整した位相にずれが生じる。従来のような装置ではスプリッタ、カプラを用いるが、これらは融着という工程を必要とする。そのため、構成としては数十ｃｍ程度のファイバ長が必要であり、この長さに対し、１０^-8ｍオーダでの制御が必要になるので、その制御は非常に困難になる。また、上述した光学ブロックにおいても、屈折率が変化したり、周囲の温度により膨張することにより位相にずれが生じる。そこで、本実施の形態では温度調節装置（７０６）により温度を調整して光学ブロック温度を一定に保ち、位相のずれが一定になるように制御して精度を高めるものである。
【００３３】
次に動作について説明する。パルス発生動作については、第３の実施の形態で説明したことと同様の動作を行うので説明を省略する。光学ブロック部（７０５）の温度調節動作については、あらかじめ、測定等により、温度と位相差との関係について算出しておく。例えば、１×１０^-4の屈折率温度係数を持つ材料を用いて光路差Ｌが１８．７５×１０^-3ｍとなるように光学ブロック部（７０５）を作製しておく。この場合、１．１５℃温度が変化すると位相がπ（半波長）ずれることになる。
【００３４】
パルス波のレーザ光照射時（パルス逓倍動作実行中）に、分岐光１及び分岐光２の位相差をスペクトルアナライザ等（図示せず）により測定する。スペクトルアナライザを用いることにより、スペクトルを直接測定し、位相差を算出することができる。そして、温度制御装置（７０７）は、その測定結果及び温度と位相差との関係に基づいて温度調節装置（７０６）の温度制御を行い、光学ブロック部（７０５）の温度を一定（位相差がπ（半周期分））となるように保たせる。また、温度の設定によって任意の位相差に調節したり、変化させたりすることもできる。
【００３５】
以上のように、第４の実施の形態によれば、温度による光学ブロック部（７０５）の屈折率変化を抑えるために、温度調節装置（７０６）、温度制御装置（７０７）に光学ブロックの温度制御を行わせるようにしたので、高精度のパルス逓倍実現することができる。しかも、光学ブロック部（７０５）自体が小型であるために低価格で実現できる。
【００３６】
実施形態５．
上述の実施の形態においては、例として、周波数が２０ＧＨｚパルス波を４０ＧＨｚに逓倍する方法を示したが、本発明の周波数はこれに限定されるものではない。
【００３７】
実施形態６．
また、上述の実施の形態においては、パルスを２倍にする方法について説明したが、本発明ではこれに限定されるものではない。３倍、４倍等の逓倍にも適用することができる。
【００３８】
実施形態７．
また、上述の実施の形態で、屈折率、光学ブロックの形状に関する寸法等について示したが、本発明はこれらの数値においてだけ適用できるというわけではなく、数値を調整することによって様々に適用できる。また、レーザ光の分岐及び合成を一体化して行えるものであれば、特にブロックの構成を採ることもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、第１の半透明膜がレーザ光を分岐し、一方の光を全反射鏡が反射し、第２の半透明膜が分岐したそれぞれの光を合成する光学ブロックを構成するようにしたので、スプリッタ、カプラのような融着により作製される装置を用いなくても、小型化することができ、簡単な構成、低価格でパルス光の逓倍を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る、パルス逓倍を実現するための光学ブロックを表す図である。
【図２】光学ブロックの各寸法及び屈折率の関係を表す図である。
【図３】光学ブロックを進行する光の経路及びパルス信号の関係を表した図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るブロックを表す図である。
【図５】光学ブロックを進行する光の経路を表した図である。
【図６】図４のブロックを２個接合して作製した光学ブロックである。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るパルス発生装置を表すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係るパルス発生装置を表すブロック図である。
【図９】従来におけるパルス逓倍する方法を表す図である。
【符号の説明】
１０１、５０１入射面
１０２、５０２出射面
１０３、１０４、４０１、５０３、５０４ハーフミラー
１０５、１０６、４０２、５０５、５０６全反射ミラー
５０７接合面
７０１増幅器
７０２バイアス印加回路
７０３ＣＷレーザ光源
７０４電界吸収型変調器
７０５光学ブロック部
７０６温度調節装置
７０７温度制御装置
９０１スプリッタ
９０２遅延器
９０３カプラ
９０４、９０５光ファイバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for multiplying a pulse wave by laser light.
[0002]
[Prior art]
FIG. 9 is a diagram showing a conventional pulse multiplication method. In this method, a component as shown in FIG. 9 is used. In FIG. 9, a splitter (901) branches an input laser beam having a pulse waveform (hereinafter, this laser beam is referred to as input light). The delay device (902) is provided to delay the input light passing through the optical fiber (904). The delay time (phase) of the input light by the delay device (902) can be arbitrarily set at the stage of manufacturing. The coupler (903) combines light that has passed through the optical fiber (904) and the optical fiber (905). The lengths of the optical fiber (904) and the optical fiber (905) are different.
[0003]
Next, the pulse multiplication method will be described. The splitter (901) splits the input light into two. The bifurcated input light (hereinafter referred to as branched light) travels in the optical fiber (904) and the optical fiber (905), respectively. The delay device (902) delays the branched light traveling through the optical fiber (904) by a preset delay time compared to the branched light passing through the optical fiber (905). Here, the time for a half cycle is set as the delay time. The coupler (903) combines the branched lights that have passed through the optical fiber (904) and the optical fiber (905), respectively. Thereby, the light obtained by the synthesis is output as laser light having a period that is half the pulse period of the input light.
[0004]
Although a delay device (902) is provided here, the optical fiber (905) travels along the path of the branched light that travels through the optical fiber (904) simply by adjusting the length of the optical fiber (904). The same effect can be obtained by delaying (delaying the phase) longer than the branched light path.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the apparatus is configured using the above components, the following problems occur. First, it is difficult to reduce the size of components such as the splitter (901) and the coupler (903). In addition, in order to manufacture the splitter (901) and the coupler (903), it is necessary to perform a process such as fusing, which is expensive. Moreover, in the fiber type configuration, the set delay time fluctuates significantly due to perturbation due to the environmental temperature or the like, and the accuracy is low.
[0006]
Therefore, the above problems are solved, and a pulse multiplication method and system that can multiply the pulse wave with high accuracy at low cost are realized, and an optical block necessary for that purpose is obtained.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the optical block according to the present invention, the first semi-transparent film that divides the input laser light of the pulse waveform into two, the total reflection mirror that reflects one of the branched lights, and the total reflection mirror reflected And a second translucent film that synthesizes the light and the other branched light.
[0008]
In the present invention, the first semi-transparent film divides the laser light, and one light is reflected by the total reflection mirror, and the second semi-transparent film composes the optical block that synthesizes the respective lights. Thus, an optical block having a splitter, a delay device, and a coupler is obtained.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1. FIG.
FIG. 1 is a diagram showing an optical block for realizing pulse multiplication according to the first embodiment of the present invention. The optical block has an incident surface (101) through which input light is input and an output surface (102) through which output light is output. Moreover, it has half mirrors (103) and (104) and total reflection mirrors (105) and (106) which are semi-transmissive films. Here, the half mirror (103) and the total reflection mirror (105) form an angle of 45 ° with respect to the incident surface (101). Further, the emission surface (102) is provided in parallel with the incidence surface (101). The half mirror (104) and the total reflection mirror (106) form an angle of 45 ° with respect to the emission surface (102). A perspective view of the optical block is shown in FIG. In addition, the material of each component of the optical block is not particularly limited in the present invention, and may be arbitrarily designed.
[0011]
In the present embodiment, the input light is split using the half mirror (103) of the optical block, the path of one light is made longer than the other light and delayed for a predetermined time, and then the half mirror (104) is again formed. ), The frequency of the output light is multiplied by the input light. Therefore, the optical block in the present embodiment plays the role of a splitter, a delay device, and a coupler that have been conventionally used. Therefore, the apparatus can be reduced in size.
[0012]
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the dimensions of the optical block and the refractive index. As shown in FIG. 2, each dimension is assumed to be l, m, d, and h. Until the two lights branched by the half mirror (102) (hereinafter, the branched lights are referred to as first branched light and second branched light) are combined by the half mirror (104). The optical path difference L is expressed by the following equation (1) using l, m, d, and the refractive index n.
L = 2nl + (n−1) (m + d) (1)
[0013]
Here, the optical path difference L is designed such that a delay corresponding to a half cycle occurs. That is, l, m, and d in the equation (1) are set in consideration of the refractive index n so that the optical path difference L is such that the following equation (2) is satisfied. Here, k = is 0, 1, 2,. C represents the speed of light in vacuum (m / s), and B represents the pulse period (time).
L / c = (2k + 1) B (2)
[0014]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the path of light traveling through the optical block and the pulse signal. The frequency multiplication method will be described with reference to FIG. Here, the refractive index n will be described as n = 1. Laser light from a laser light source device (not shown) through an optical fiber or the like is collimated by, for example, a rod lens and is incident as input light perpendicular to the incident surface (101) of the optical block (FIG. 3B). ). The advanced input light is branched in two directions by the half mirror (103) (however, each power (pulse amplitude) is about half as shown in FIG. 3B).
[0015]
The first branched light is not reflected and travels straight on the extension line of the incident light in the direction of the half mirror (104) (FIG. 3B). The other second branched light is reflected and travels in the direction of the total reflection mirror (105) perpendicular to the incident light. The second branched light is reflected by the total reflection mirror (105) and travels again in the direction of the total reflection mirror (106) (that is, in the same direction as the incident light and the other branched light) perpendicular to the traveling direction. Then, the light is further vertically reflected again by the total reflection mirror (106) and travels in the direction of the half mirror (104) (FIG. 3B). Then, the two branched lights are combined by the half mirror (104), and the combined light is output as output light from the emission surface (102) (FIG. 3B). The amplitude of the pulse in the output light is smaller than that in the input light (theoretically, it is about 1/4 as shown in FIG. 3B because it passes through the half mirror twice), but the size is reduced. Can do.
[0016]
Since the optical path difference L is designed to generate a half-cycle delay (for example, 25 ps (25 × 10 ⁻¹² s) at a frequency of 20 GHz), output light having a pulse twice that of the input light (40 GHz at 20 GHz). Can be obtained.
[0017]
As described above, according to the first embodiment, the half mirror (103) for performing the role of branching the input light, and the half mirror (104) for recombining the respective lights having different path lengths after the branching. ) At least the optical block configured is used to multiply the pulses, so that the conventional splitter, delay device, and coupler function as a single unit, which simplifies the configuration and reduces the overall size of the device. Can be planned. In addition, since it can be manufactured without requiring a complicated process, it is possible to realize multiplication of a low-cost pulse.
[0018]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a block according to the second embodiment of the present invention. The block in FIG. 4 is a prism having a parallelogram base. The angle is 45 °. The surface 401 is composed of a half mirror. The surface 402 is constituted by a total reflection mirror.
[0019]
FIG. 5 shows an optical block manufactured by joining two blocks of FIG. The two blocks are joined at the joining surface 507. The optical block has an incident surface (501) to which input light is input and an output surface (502) from which output light is output. Moreover, it has half mirrors (503) and (504) and total reflection mirrors (505) and (506) which are semi-transmissive films. The half mirror (503) and the total reflection mirror (505) form an angle of 45 ° with respect to the incident surface (501). The exit surface (502) is provided in parallel with the entrance surface (501). The half mirror (504) and the total reflection mirror (506) form an angle of 45 ° with respect to the emission surface (502). In addition, the material of each component of the optical block is not particularly limited in the present invention, and may be arbitrarily designed.
[0020]
And let each dimension be l and m as shown in FIG. Until two lights branched by the half mirror (503) (hereinafter, the branched lights are referred to as a first branched light and a second branched light) are combined by the half mirror (505). When the optical path difference L is expressed using l, m and the refractive index n, it is expressed as the following formula (1). Similarly to the first embodiment, l and m are set in consideration of the refractive index n so that the optical path difference L is established so that the expression (2) is established.
L = 2nl + (n−1) m (3)
[0021]
In the present embodiment, an optical block that can be easily manufactured will be described. By joining two blocks whose bases are parallelograms as shown in FIG. 4, an optical block that functions as a splitter, a delay device, and a coupler can be obtained.
[0022]
FIG. 6 is a diagram showing the path of light traveling through the optical block. A pulse frequency multiplication method will be described with reference to FIG. Here, the refractive index n will be described as n = 1. Laser light from a laser device (not shown) via an optical fiber or the like is collimated by, for example, a rod lens and is incident as input light perpendicular to the incident surface (501) of the optical block. The input light that has traveled is branched in two directions by the half mirror (503) (however, each power is about half). Hereinafter, each branched light is referred to as a first branched light and a second branched light as in the first embodiment.
[0023]
The first branched light is not reflected and travels straight in the direction of the half mirror (503) on the extension line of the incident light. The other second branched light is reflected and travels in the direction of the total reflection mirror (505) perpendicular to the incident light. The second branched light is reflected by the total reflection mirror (505) and travels again in the direction of the total reflection mirror (506) (that is, in the same direction as the incident light and the other branched light) perpendicular to the traveling direction. Then, the light is further vertically reflected again by the total reflection mirror (506) and proceeds in the direction of the half mirror (504). Then, the two branched lights are combined by the half mirror (504), and the combined light is output as output light from the emission surface (502).
[0024]
Since the optical path difference L is designed so that a half-cycle delay (for example, 25 ps (25 × 10 ⁻¹² s) at 20 GHz) occurs, output light having a pulse frequency twice that of the input light (at 20 GHz) 40 GHz) can be obtained.
[0025]
As described above, according to the second embodiment, an optical block can be easily manufactured by bonding two identical blocks together, and a simple and low-cost pulse multiplication can be realized. Can do.
[0026]
Embodiment 3. FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing a pulse multiplier according to the third embodiment. The amplifier (701) amplifies a clock signal (here, the frequency of the clock signal is 20 GHz) which is an electric signal input at a certain frequency. The bias application circuit (702) superimposes a DC component on the clock signal amplified by the amplifier (701). The amplifier (701) and the bias application circuit (702) are electrical devices.
[0027]
The CW laser light source (703) outputs a sine wave laser beam. In this embodiment, a DFB laser (Distributed FeedBack Laser) is used. The DFB laser has a narrow spectrum width and oscillates only at a certain wavelength. An electro-absorption modulator (704) changes the light absorption coefficient (transmittance) and changes the intensity of incident light when a voltage is applied. The optical block unit (705) is the optical block described in the first or second embodiment. The CW laser light source (703), the electroabsorption modulator (704), and the optical block unit (705) are optical system devices. In some cases, the CW laser light source (703) and the electroabsorption modulator (704) are integrally formed.
[0028]
Next, the pulse generation operation of the pulse generator will be described. First, the operation | movement about the apparatus of an electric system is demonstrated. A clock signal, which is a CW electric signal, is input to the amplifier (701). The amplifier (701) amplifies the clock signal with a predetermined amplitude. The bias application circuit (702) superimposes a direct current (DC) component on the clock signal amplified by the amplifier (701).
[0029]
Next, the operation of the apparatus of the optical system, CW laser light is output from the CW laser light source (703). The electroabsorption modulator (704) modulates the CW laser beam based on the clock signal amplified by the amplifier (701) and superimposed on the DC component by the bias application circuit (702). The short pulse train modulated by the electroabsorption modulator (704) is input to the optical block (705) as input light. Since the multiplication in the optical block is the same as that described in the first or second embodiment, the description thereof is omitted. As a result, output light having a pulse frequency of 40 GHz is output.
[0030]
As described above, according to the third embodiment, since the pulse multiplier is configured using the optical block described in the first and second embodiments, the configuration is simplified. The entire apparatus can be reduced in size. Moreover, it can be realized at a low price.
[0031]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a pulse generator according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 8, the same reference numerals as those in FIG. 7 perform the same operations as those described in the third embodiment, and thus description thereof is omitted. The temperature adjustment device (706) is a device for adjusting the temperature of the optical block. The temperature control device (707) is a device for controlling the temperature adjustment of the temperature adjustment device (706). The elements for adjusting the temperature in the temperature adjustment device (706) and the mechanism of the temperature control device (707) are not particularly limited and may be arbitrarily set.
[0032]
When attempting to multiply the pulse frequency, it is desirable that the phase states of the light of adjacent pulses are the same, or the phases are shifted by half a period (that is, the phase is adjusted to 0 or π). However, actually, when the temperature changes due to laser light irradiation, ambient temperature change, etc., the adjusted phase shifts. In the conventional apparatus, a splitter and a coupler are used, but these require a process of fusion. For this reason, a fiber length of about several tens of centimeters is required as a configuration, and control in the order of 10 ⁻⁸ m is required for this length, which makes control very difficult. Also in the optical block described above, a phase shift occurs due to a change in refractive index or expansion due to ambient temperature. Therefore, in the present embodiment, the temperature is adjusted by the temperature adjustment device (706) to keep the optical block temperature constant, and control is performed so that the phase shift is constant, thereby improving the accuracy.
[0033]
Next, the operation will be described. The pulse generation operation is the same as that described in the third embodiment, and a description thereof will be omitted. Regarding the temperature adjustment operation of the optical block unit (705), the relationship between the temperature and the phase difference is calculated in advance by measurement or the like. For example, the optical block portion (705) is prepared using a material having a refractive index temperature coefficient of 1 × 10 ^{−4 so} that the optical path difference L is 18.75 × 10 ⁻³ m. In this case, when the 1.15 ° C. temperature changes, the phase shifts by π (half wavelength).
[0034]
The phase difference between the branched light 1 and the branched light 2 is measured by a spectrum analyzer or the like (not shown) at the time of irradiating the pulsed laser beam (during execution of the pulse multiplication operation). By using a spectrum analyzer, the spectrum can be directly measured and the phase difference can be calculated. Then, the temperature control device (707) controls the temperature of the temperature adjustment device (706) based on the measurement result and the relationship between the temperature and the phase difference, and keeps the temperature of the optical block unit (705) constant (the phase difference is π (half period)). Further, it can be adjusted to an arbitrary phase difference or changed depending on the temperature setting.
[0035]
As described above, according to the fourth embodiment, the temperature of the optical block is controlled by the temperature adjusting device (706) and the temperature control device (707) in order to suppress the refractive index change of the optical block (705) due to temperature. Since the control is performed, highly accurate pulse multiplication can be realized. In addition, since the optical block portion (705) itself is small, it can be realized at a low price.
[0036]
Embodiment 5. FIG.
In the above-described embodiment, a method of multiplying a 20 GHz pulse wave by 40 GHz as an example is shown as an example, but the frequency of the present invention is not limited to this.
[0037]
Embodiment 6. FIG.
In the above-described embodiment, the method of doubling the pulse has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to multiplication such as 3 times or 4 times.
[0038]
Embodiment 7. FIG.
Further, in the above-described embodiment, the refractive index, the dimensions related to the shape of the optical block, and the like have been described. In addition, a block configuration is not particularly employed as long as the laser beam branching and synthesis can be integrated.
[0039]
【The invention's effect】
As described above , according to the present invention, the first translucent film divides the laser light, one light is reflected by the total reflection mirror, and the second semitransparent film synthesizes the respective lights. Since the optical block is configured, it is possible to reduce the size without using a fusion-bonded device such as a splitter or a coupler, and it is possible to realize multiplication of pulsed light with a simple configuration and low cost. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an optical block for realizing pulse multiplication according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between each dimension and refractive index of an optical block.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a path of light traveling through an optical block and a pulse signal.
FIG. 4 is a diagram illustrating a block according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating a path of light traveling through an optical block.
6 is an optical block manufactured by joining two blocks of FIG. 4;
FIG. 7 is a block diagram showing a pulse generator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a pulse generator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a conventional pulse multiplication method.
[Explanation of symbols]
101, 501 Incident surface 102, 502 Emission surface 103, 104, 401, 503, 504 Half mirror 105, 106, 402, 505, 506 Total reflection mirror 507 Joint surface 701 Amplifier 702 Bias application circuit 703 CW laser light source 704 Electroabsorption type Modulator 705 Optical block unit 706 Temperature adjustment device 707 Temperature control device 901 Splitter 902 Delay device 903 Coupler 904, 905 Optical fiber

Claims

A first translucent film for bifurcating the laser beam having the input pulse waveform;
A total reflection mirror that reflects one of the branched lights;
An optical block comprising a second translucent film that synthesizes the light reflected by the total reflection mirror and the other branched light.

The optical block according to claim 1, wherein the translucent film is a translucent mirror.