JP4579710B2 - 後処理による高非線形ファイバにおける光発生の変更、増強および調整 - Google Patents
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Description
ファイバにおけるスーパーコンティニューム発生は公知であり、多くのファイバ導波路で立証されてきた。そのようなファイバの非線形相互作用は、実効面積、Aeff、および導波路分散などのファイバ特性により大きく影響される。ファイバの分散は、パルスが時間領域をどれほど速く広がるか、従って、パルスがファイバを通って伝搬するにつれてパルスのピーク・パワーがどれほど速く減少するかを決定する。加えて、Aeffが小さいファイバほど大きくなるパルスのピーク強度が、導波路内の非線形相互作用の大きさを決定する。
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・「DC」(すなわち、一様な)レベルのUV露光を使用する、分散および実効面積などの基礎的な導波路特性の変更。これらは、導波路に沿って一様であるかまたはゆっくり変化しうる。
・導波路分散が所望の値になるように、回折格子共鳴(grating resonance)から遠いか、または近い波長における導波路分散を制御し、調整するための、1つまたは複数のファイバ・ブラッグ回折格子の分散を利用したファイバ分散の変更。
これらの概念は、ファイバまたは平面導波路またはどのような光導波路構造体に対しても、等しく適用することができることを、特に述べておく。
ファイバにD2(重水素)を含浸させて、そのファイバ10cmを、エキシマ・レーザで励起された、周波数2倍化色素レーザ(パルス持続時間約20ns(ナノ秒)、繰り返し率30Hzおよび平均パワー25mW)からの242nmの走査、集束UV光線により露光した。強度は約246mJ/cm2/パルスであり、ファイバの各点の全UV線量は約2.5kJ/cm2であった。露光後のファイバ・プロファイルは、約0.005の屈折率変化を示す。同様に露光されたファイバを図1の構成で調べて、図2に示す結果を観測した。図2は、露光されていないファイバおよび露光されたファイバにおける同じ入力パルスによって発生したスーパーコンティニュームを示す。露光されたファイバは、短波長側で100nm広いスーパーコンティニューム帯域を示した。
ファイバ・ブラッグ回折格子が、ブラッグ共鳴に由来する強力な分散によって光ファイバの分散を変更するために使用できることは公知である[非特許文献7]。この分散を用いて、ファイバの非線形性およびブラッグ回折格子分散の相互作用に依存するブラッグ・ソリトン[非特許文献8]などのさまざまな非線形現象を観測した。しかし、これらの現象は、パルス帯域が常にブラッグ回折格子バンドギャップ(または、反射帯域と同等)に類似していると考えられる状態で生じ、従って、ファイバ分散が一定であると想定されるブラッグ回折格子近傍の小さな波長域に閉じ込められる。回折格子が強力な場合は、回折格子の分散は、バンドギャップから数十ナノメートル離れていてさえ、導波路を支配することができる。このブラッグ回折格子分散により、スーパーコンティニュームにおける強力な局所的増強が生じることを示す。回折格子は、どのようなブラッグ周期をも持ちうるので、スーパーコンティニュームのどこの場所にでもこの増強を設定しうる。
比較と考察:非線形光ファイバ中のブラッグ回折格子は、特に、ギャップ・ソリトンおよびパルス成形の分野で知られている。本明細書における重要な相違は、回折格子がパルス源の波長から離れた波長のところに書き込まれること、さらに、回折格子共鳴の帯域が、相互作用するパルス源の帯域より小さいオーダであることである。
この技術の興味のある重要な分解および可能性のある用途は:
・周波数計測などの用途のためのスーパーコンティニュームの広帯域化。
・ファイバに沿ってゆっくり変化して位置依存性分散プロファイルを作りだすDC露光による、スーパーコンティニュームの増強(平坦化、広帯域化、ノイズ低減化)。
・局在化された波長位置におけるスーパーコンティニュームの増強を作りだすこと。CEO(Carrier−Envelope Offset)のうなり測定の、雑音に対する信号の比率を高めるので、例えば周波数計測に役立つことができる。
・ブラッグ回折格子共鳴波長またはチャープ(chirp)を調整することによって波長またはパワーを調整することができる、調整可能な増強を作りだすこと。
・パルス発生波長より少し長い位置に回折格子を設置することによって、調整可能な帯域を有するスーパーコンティニュームを作りだすこと。シミュレーションによれば、そのような位置はスーパーコンティニュームの発達を妨げることができる。
・可視光線の強力な成分を発生させること。
・種々の非線形プロセスの位相整合を行うこと。
・線形および非線形プロセスの際に、広帯域光源の偏光を複屈折導波路、UV誘発複屈折、または複屈折を有する周期構造を用いて操作すること。
・検出器を使用して、スーパーコンティニュームの形が問い合わせられるファイバ・センサを作製すること。1つまたは複数の波長の帯域、可干渉性、またはパワーが計測され、計測された量に変換されることになる。そのような量には、歪、温度、UV照射量、または非線形導波路と接触すると導波路の非線形特性を変化させる気体および液体が含まれる。
・制御可能な損失およびクラッド・モード分散による非線形相互作用を変更するために、回折格子クラッド・モード結合を使用すること。
・回折格子からファイバの外へ散乱する光の問い合わせ(interrogating)。そのような光は、ファイバに沿う位置の関数として、ファイバ内の光スペクトルの形を指し示すはずである。この測定は、ファイバに沿う、歪、温度またはその他の導波路の摂動を測定するための検知データとして使用することができる。また、そのような散乱光は、ファイバ内の非線形相互作用を研究し、設計するのに使用することができる。
・一次またはそれ以上の高次導波モードに対する回折格子結合(grating coupling)の利用。そのような共鳴は、ファイバ分散を変更することができる。また、このような共鳴を用いて非線形伝搬を制御しながら変更することができる。例えば、基本モードが部分的に高次モードと結合されている場合は、高次モードが異なる実効面積および異なる分散を有するので、全体の非線形性が減少することになる。従って、これらのモードに結合されている回折格子は、その結果得られる発生された光スペクトルを変更することになる。
また、ファイバ導波路および平面導波路を変更するさまざまな他の方法も可能である:
・歪および、ドーパントを拡散し、または凍結された歪を変更する熱処理は、導波路を実質的に変化させることができる。
・加熱、変形、または化学放射による露光を伴う、分極電場などの強力なDC電磁場による処理により、導波路の非線形および線形特性は変化させられる。また、この方法により、非線形性が調整可能になる。さらに、そのような方法は、ファイバの非線形または線形特性の一様でないまたは周期的な変化により、さまざまな非線形プロセスの位相整合を向上させることができる。
・また、マイクロベンド誘発回折格子、または一様な半径方向の圧縮などの機械的操作により、導波路の色および偏光モード分散特性を変更することができる。
・空気領域を有するファイバでは、光導波の線形および非線形特性を変化させうるさまざまな液体および気体が侵入することができる。
・感光性ファイバをエッチングおよび/またはテーパー化し、次いで回折格子を書き込むことにより、スーパーコンティニュームの発生に適した高非線形導波路を得ることができる。また、エッチングおよび/またはテーパー化された導波路は、分極場、変形、および追加の熱処理によって、非線形性を変更することができる。
ある種の非線形光ファイバにおける高パワー超短光パルスの伝搬により、広帯域のスーパーコンティニューム発生が生じることは公知である[非特許文献10、11]。他の多くの用途に加えて、非線形ファイバ内で発生されるオクターブにわたるスペクトルにより、周波数計測およびモード同期レーザの安定性に革命がもたらされた[非特許文献12、13]。しかし、現在のスーパーコンティニュームには、所与のファイバ分散および非線形性を設計し、作製する能力によってある程度決まる平坦性およびパワー分布などの限界がある。特に、周波数計測用途では、コンティニュームの広帯域化により大きな恩恵を受けるので、結果として生じるコンティニューム内の雑音を低減するために、非線形性のより小さなファイバが、一定の励起パワーのオクターブにわたって伸びていることが必要となる。[非特許文献14]。
実験:スーパーコンティニューム光源の構成を図8に示す。励起光源は、他所で詳しく述べている、Erをドープした、増幅されたモード同期ファイバ・レーザである[非特許文献17]。増幅器の出力は、スプライスされて、ある長さのHNLF(OFSデンマーク)に送られる;HNLFの出力は光スペクトル分析計(OSA)に送られる。ファイバ・レーザは、増幅器の後の単一モード・ファイバのピグテイルの末端で、46MHzの繰り返し率、30fs(フェムト秒)のパルス持続時間、および0.4Wの平均パワーを有していた。HNLFは、1478nmで分散ゼロ、1550nmにおいて1.19ps/(nm km)の分散および0.009ps/(nm2 km)の分散スロープ、約13μm2の実効面積、および約10.6W−1km−1の非線形係数を有していた。
本発明者らの特定のファイバは、一様なUV露光が有効であったが、すべてのファイバ変更については、必ずしもそうでなくてもよい。ある特定のファイバの応答は、露光されていないファイバの性能に依存する。しかし、スーパーコンティニューム発生に対するUV露光の利益は2倍になると考えられる。第1に、UV露光により、HNLFコアの屈折率を大きく増大させることができ、通常のファイバ製造法では数回の繰り返しが必要であった設計空間の領域を入手することが可能になる。第2に、実験およびシミュレーションから、コンティニューム・ファイバの長手方向に沿って分散変更することにより、スーパーコンティニューム法におけるさまざまな利益を得ることができることが分かった[非特許文献11、18]。以前の実験では、分散を変えると、異なる分散特性を有する、異なるHNLFの部分を一緒にスプライスしなければならなかった。将来は、そのような変更は、コンティニューム発生ファイバの長手方向に沿って、UV露光レベルをゆっくりと変化させることにより行うことができ、分散をマッピングしたHNLFにおけるスプライス損失を消去し、異なる分散を有するファイバの在庫を維持する必要性が軽減される。
Claims (7)
- 光源からの特定波長の光を入力部に入力したとき、出力部においてスーパーコンティニューム・スペクトルを発生させるのに適した光導波路であって、
高非線形導波路の部分を含み、その寸法を変化させることなく、分散および実効面積の少なくとも1つを変更することにより、発生したスーパーコンティニューム帯域を拡張するために、前記高非線形導波路の部分が少なくとも1つの製造後放射処理を受けている、導波路。 - 前記高非線形導波路の部分は高非線形光ファイバ(HNLF)を含む、請求項1に記載の光導波路。
- 前記高非線形導波路は単一の高非線形光ファイバ部分を含む、請求項2に記載の光導波路。
- 前記高非線形導波路の部分が、前記製造後放射処理として、紫外線(UV)放射に露光される、請求項1に記載の光導波路。
- 前記高非線形導波路の部分が、前記導波路で光化学反応を生成する電磁放射である化学線の放射に露光され、その分散、実効面積、又は前記分散及び前記実効面積の双方が変更されて、前記発生したスーパーコンティニューム帯域が拡張する、請求項1に記載の光導波路。
- スーパーコンティニューム放射光源であって、
特定波長および既知のパルス持続時間および繰り返し率を有する光源と、
前記光源に結合された高非線形導波路の部分とを含み、その寸法を変化させることなく、分散および実効面積の少なくとも1つを変更することにより、発生したスーパーコンティニューム帯域を拡張するために、前記高非線形導波路の部分が少なくとも1つの製造後放射処理を受けている、光源。 - 前記高非線形導波路の部分は高非線形光ファイバを含む、請求項6に記載の光源。
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