JP5994285B2 - 光パルス圧縮装置および光パルス圧縮方法 - Google Patents
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Description
1.1.光パルス圧縮装置の構成
図1は、第1実施形態の光パルス圧縮装置10のブロック図である。図1に示すように、第1実施形態の光パルス圧縮装置10は、光源部20、光パルス整形部30、圧縮部40、演算制御部50を含んで構成されている。なお、種光信号120を装置の外部から受け取ることが可能であれば、光源部20を除く構成、すなわち光パルス圧縮装置11の構成もとり得る。しかし、本実施形態では光源部20が含まれているとして説明する。
図2(A)は、本実施形態における光源部20の構成を例示する図である。光源部20は、単一周波数の光122を発生するレーザー22と、単一周波数の光122に基づいて、種光信号120として光周波数コムを生成する周波数コム発生器24を含む。周波数コム発生器24は、信号発生器26からの信号126によりコム間隔の設定が可能である。
図3は、本実施形態における光パルス整形部30が行う変調を説明する図である。なお、光パルス整形部は図3に示す構成であってもよいが、本実施形態における光パルス整形部30は後述する図4の構成を例として説明する。光パルス整形部30が行う変調の原理については、図3の構成でも図4の構成でも同じであるため、図3を用いて説明する。
図5は、本実施形態における圧縮部40の構成例を示す図である。圧縮部40は、位相変調部42と分散素子部44とを含む。圧縮部40は、特殊な分散減少ファイバーを用いておらず、光パルス圧縮装置10のコストを抑えることが可能である。
圧縮部40は、例えば雑音成分のない短光パルスである圧縮前パルス130を受け取っても、チャープやペデスタルを含む圧縮パルス140を出射する。本実施形態の光パルス圧縮装置10は、図7のように、演算制御部50が目標値150を逆伝播計算で求めることで、この問題を解決できる。なお、図7では、図1と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
ここで、本実施形態の光パルス圧縮装置10は、次のようなステップを含む光パルス圧縮方法を用いる。まず、演算制御部50が所望形状の圧縮パルス(目標パルス)を設定するステップを含み、演算制御部50において、目標パルスの波形およびスペクトルに基づいて、圧縮前パルスの波形、周波数成分ごとの振幅および位相の目標値を計算するステップを含む。また、その後に、光パルス整形部30が、圧縮前パルス130の周波数成分ごとの振幅および位相が目標値150と一致するように変調して、目標値150通りの周波数成分ごとの振幅と位相を持つ圧縮前パルス130を生成するステップを含む。また、最後に、生成した圧縮前パルス130を圧縮部40に導入することで、周波数帯域拡大と分散調整により圧縮して圧縮パルス140を出力するステップを含む。
第1実施形態の光パルス圧縮装置10の説明では、圧縮パルス140は目標パルスと一致するとしていた。しかし、例えば式(1)におけるパラメーターαが実際のファイバー損失とずれているような場合に、圧縮パルス140は目標パルスと完全には一致しない可能性がある。そこで、演算制御部50が実測値に基づいて目標値150を修正できる本変形例について説明する。なお、第1実施形態と同じ要素には同じ符号を付しており説明を省略する。
これらの例示に限らず、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
Claims (13)
- 種光信号のスペクトルの振幅および位相を周波数成分ごとに変調して光パルス整形を行い、当該光パルス整形により圧縮前パルスを生成する光パルス整形部と、
前記圧縮前パルスの周波数帯域を拡大するとともに、群速度分散を調整することで圧縮パルスを生成して出射する圧縮部と、
前記光パルス整形を行う前に、所望形状の前記圧縮パルスの波形およびスペクトルに基づいて前記圧縮前パルスの波形、周波数成分ごとの振幅および位相の目標値を計算するとともに、前記種光信号のスペクトルの振幅および位相を前記目標値と一致するように前記光パルス整形部を制御して前記圧縮前パルスを生成する演算制御部と、
を備え、
前記演算制御部は、
パルスの伝播を記述する方程式を基に、前記所望形状の前記圧縮パルスが前記圧縮部を逆伝播するプロセスに基づいて、前記圧縮前パルスの波形、周波数成分ごとの振幅および位相を計算して前記目標値を求める、光パルス圧縮装置。 - 請求項1に記載の光パルス圧縮装置において、
前記演算制御部は、
前記光パルス整形部が生成した圧縮前パルス、および前記圧縮部が生成した圧縮パルスの少なくとも一方を受け取り、スペクトルおよび波形の少なくとも一方を実測して、前記目標値への修正を行う、光パルス圧縮装置。 - 請求項1又は2に記載の光パルス圧縮装置において、
前記圧縮部は、
周波数帯域を拡大する位相変調部と、
群速度分散を調整する分散素子部と、を含み、
前記位相変調部は、
位相変調器または非線形素子を含み、
前記分散素子部は、
回折格子対または分散ファイバーを含む、光パルス圧縮装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光パルス圧縮装置において、
前記種光信号を生成する光源部を含む、光パルス圧縮装置。 - 請求項4に記載の光パルス圧縮装置において、
前記光源部は、
単一周波数の光を発生するレーザーと、
前記単一周波数の光に基づいて、前記種光信号として光周波数コムを生成する周波数コム発生器を含む、光パルス圧縮装置。 - 請求項4に記載の光パルス圧縮装置において、
前記光源部は、
前記種光信号としてパルス光を生成するパルス光源を含む、光パルス圧縮装置。 - 請求項4乃至6のいずれか1項に記載の光パルス圧縮装置において、
前記光源部は、
前記種光信号の波長を可変とする機能を含む、光パルス圧縮装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光パルス圧縮装置において、
前記光パルス整形部は、
前記種光信号を回折させる平面導波路型回折格子と、
前記種光信号の振幅を周波数成分ごとに変調する強度変調器と、
前記種光信号の位相を周波数成分ごとに変調する位相変調器と、を含む、光パルス圧縮装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光パルス圧縮装置において、
前記光パルス整形部は、
前記種光信号を回折させる回折格子と、
前記種光信号の振幅および位相を周波数成分ごとに変調する空間変調器と、を含む、光パルス圧縮装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光パルス圧縮装置において、
前記光パルス整形部は、
奥行き方向に屈折率の分布構造を有する光ファイバーであって、当該分布構造により種光信号の周波数成分ごとに振幅および位相を変調する光ファイバーと、を含む、光パルス圧縮装置。 - 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の光パルス圧縮装置において、
前記圧縮部への入力光強度を調整するための光増幅器および/または光減衰器を含む、光パルス圧縮装置。 - 光パルス整形により圧縮前パルスを生成する光パルス整形部と、圧縮パルスを生成して出射する圧縮部と、前記光パルス整形部を制御して前記圧縮前パルスを生成する演算制御部と、を備えた光パルス圧縮装置の光パルス圧縮方法であって、
前記演算制御部において、所望形状の圧縮パルスを設定するステップと、
前記演算制御部において、前記所望形状の前記圧縮パルスの波形およびスペクトルに基づいて、前記圧縮前パルスの波形、周波数成分ごとの振幅および位相の目標値を計算する演算制御ステップと、
前記光パルス整形部において、前記演算制御部から前記目標値を取得し、受け取った種光信号の振幅および位相を周波数成分ごとに変調して、前記目標値通りの周波数成分ごと
の振幅と位相を持つ前記圧縮前パルスを生成するステップと、
前記光パルス整形部が生成した前記圧縮前パルスを前記圧縮部に導入することで、周波数帯域拡大と分散調整により圧縮して圧縮パルスを出力するステップと、を含み、
前記演算制御ステップでは、
前記演算制御部において、パルスの伝播を記述する方程式を基に、前記所望形状の前記圧縮パルスが前記圧縮部を逆伝播するプロセスに基づいて、前記圧縮前パルスの波形、周波数成分ごとの振幅および位相を計算して前記目標値を求める、光パルス圧縮方法。 - 請求項12に記載の光パルス圧縮方法において、
前記演算制御部が、前記光パルス整形部が生成した圧縮前パルス、および前記圧縮部が生成した圧縮パルスの少なくとも一方を受け取るステップと、
前記演算制御部が、スペクトルおよび波形の少なくとも一方を実測して、前記目標値への修正を行うステップと、を含む光パルス圧縮方法。
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