JPH01115184A - Ultrashort optical pulse generator - Google Patents

Ultrashort optical pulse generator

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JPH01115184A
JPH01115184A JP62271867A JP27186787A JPH01115184A JP H01115184 A JPH01115184 A JP H01115184A JP 62271867 A JP62271867 A JP 62271867A JP 27186787 A JP27186787 A JP 27186787A JP H01115184 A JPH01115184 A JP H01115184A
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JP
Japan
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optical pulse
pulse
optical
semiconductor laser
ultrashort
Prior art date
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Pending
Application number
JP62271867A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiro Fujita
俊弘 藤田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01115184A publication Critical patent/JPH01115184A/en
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  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

PURPOSE:To realize a light source having a high timing coherence by integrating a mode synchronous optical pulse oscillator with means for frequency- discriminating an output optical pulse light from the oscillator. CONSTITUTION:The output optical pulse 20 of a mode synchronous semiconductor laser 10 generates an ultrashort optical pulse train, and its optical spectrum is oscillated in longitudinal multimodes at the round-trip frequency interval of a resonator. Then, the pulse 20 is incident to an optical frequency discriminator 30, thereby easily obtaining a desired oscillation optical spectrum. The output optical pulse 40 of the discriminator 30 is oscillated in an ultrashort pulse, and has a high timing coherence. Thus, a light source having an ultrashort optical pulse and a high timing coherence can be easily realized.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光通信、光情報処理、光コンピュータ等に用
いられる光等の超短光パルス発生装置に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an ultrashort optical pulse generator for use in optical communications, optical information processing, optical computers, and the like.

(従来の技術) 半導体レーザを用いてρsec (ピコ秒)オーダーの
短パルスを発生させるのは重要な技術であり、従来から
半導体レーザを用いて短パルスを発生させる方法として
モード同期の手法がある。そのモード同期には、大別す
ると能動モード同期、受動モード同期の2つがある。前
者は半導体レーザへの注入電流を共振器のラウンドトリ
ップ周波数で変調を行ない、後者は共振器内に可飽和吸
収体を挿入することによって行なう、いずれの場合も、
第5図(a)に示すようなモード同期半導体レーザ10
0の出力光パルス101は、第5図(b)に示すような
短パルス発振をし、そのパルス幅は1〜20psec程
度である。この時発振光スペクトルは第5図(c)に示
すように共振器のラウンドトリップ周波数に対応する間
隔で縦マルチモード発振をしている。
(Prior art) Generating short pulses on the order of ρsec (picoseconds) using a semiconductor laser is an important technology, and mode-locking is a conventional method for generating short pulses using a semiconductor laser. . The mode locking can be roughly divided into two types: active mode locking and passive mode locking. The former modulates the current injected into the semiconductor laser with the round-trip frequency of the resonator, and the latter involves inserting a saturable absorber into the resonator. In both cases,
A mode-locked semiconductor laser 10 as shown in FIG. 5(a)
The output light pulse 101 of 0 oscillates as a short pulse as shown in FIG. 5(b), and its pulse width is about 1 to 20 psec. At this time, the oscillation light spectrum exhibits longitudinal multimode oscillation at intervals corresponding to the round trip frequency of the resonator, as shown in FIG. 5(c).

また一方において、半導体レーザ素子のコヒーレント化
研究の進歩により、CW状態では縦単一モード発振でス
ペクトル波幅を極めて狭い光源が実現されるようになっ
てきている。
On the other hand, with the progress of research on making semiconductor laser devices coherent, it has become possible to realize a light source that oscillates in a single longitudinal mode and has an extremely narrow spectral wave width in the CW state.

(発明が解決しようとする問題点) このようなコヒーレントな半導体レーザでも電流変調を
行なうど、波長チャーピングと呼ばれるスペクトル拡が
りが誘起されてしまう。従って超高速で変調された半導
体レーザで超短光パルスを発生しかつ高い時間的コヒー
レンスを有する光源は存在しない。
(Problems to be Solved by the Invention) Even in such a coherent semiconductor laser, when current modulation is performed, spectrum broadening called wavelength chirping is induced. Therefore, there is no light source that generates ultrashort optical pulses using a semiconductor laser modulated at ultrahigh speed and has high temporal coherence.

以上の点に鑑がみ、本発明が解決しようとする間諸点は
、超高速短パルスで発振する半導体レーザでかつ高い時
間的コヒーレンスを有するような光源を実現することに
ある。
In view of the above points, the present invention aims to realize a light source that is a semiconductor laser that oscillates with ultra-high-speed short pulses and has high temporal coherence.

(問題点を解決するための手段) 上記のような光源すなわち超短パルス発生装置を実現す
るため、本発明は、半導体レーザを具備してなるモード
同期光パルス発振器と、前記発振器からの出力光パルス
光の周波数弁別を行なう手段の一体化を行なうものであ
る。
(Means for Solving the Problems) In order to realize the above-mentioned light source, that is, an ultrashort pulse generator, the present invention provides a mode-locked optical pulse oscillator including a semiconductor laser, and an output light source from the oscillator. This is to integrate means for frequency discrimination of pulsed light.

(作 用) このように一体化を行なうことにより、簡便にその出力
光が時間的にコヒーレントである超短光パルス発生装置
を実現することができる。
(Function) By performing the integration in this manner, it is possible to easily realize an ultrashort optical pulse generator whose output light is temporally coherent.

(実施例) 本発明の一実施例を第1図および第2図を用いて説明し
、また実際に行なった本発明の基礎を与える実験の一実
施例を第3図及び第4図を用いて説明する。
(Example) An example of the present invention will be explained using FIGS. 1 and 2, and an example of an experiment that was actually conducted to provide the basis of the present invention will be explained using FIGS. I will explain.

第1図は、本発明による超短光パルス発生装置の構成図
であり、モード同期半導体レーザ10の出力光パルス2
0は超短光パルス列を発生しているが、その光スペクト
ルは共振器のラウンドトリップ周波数間隔で縦多モード
発振している。そこでこの出力光パルス20を光学的な
周波数弁別器30へ入射することにより、容易に所望の
発振光スペクトルを得ることができ1周波数弁別器30
の出力光パルス40は超短パルス発振をしておりかつ高
い時間的なコヒーレンスを有している。
FIG. 1 is a block diagram of an ultrashort optical pulse generator according to the present invention, in which the output optical pulse 2 of a mode-locked semiconductor laser 10 is
0 generates an ultrashort optical pulse train, but its optical spectrum is longitudinally multimode oscillated at the round trip frequency interval of the resonator. Therefore, by inputting this output light pulse 20 into an optical frequency discriminator 30, a desired oscillation light spectrum can be easily obtained.
The output optical pulse 40 is an ultrashort pulse oscillation and has high temporal coherence.

この様子を第2図を用いて説明する。モード同期半導体
レーザ10の出力光パルス20の光周波数スペクトルは
第2図(a)に示されているように多モードで発振して
いるが1周波数弁別器30の出力光パルス40の光周波
数スペクトルは第2図(b)に示されているように任意
のモードを1つだけ選択することが可能であり、単一モ
ード発振する。またこの時の出力光パルス40は第2図
(C)に示されているように超短光パルス発振をしてい
る。
This situation will be explained using FIG. 2. The optical frequency spectrum of the output optical pulse 20 of the mode-locked semiconductor laser 10 oscillates in multiple modes as shown in FIG. As shown in FIG. 2(b), it is possible to select only one arbitrary mode, and oscillates in a single mode. Further, the output optical pulse 40 at this time is ultrashort optical pulse oscillation as shown in FIG. 2(C).

次に、本発明の基礎を与える実験の一実施例を第3図及
び第4図を用いて説明する。
Next, an example of an experiment that provides the basis of the present invention will be described using FIGS. 3 and 4.

モード同期半導体レーザ10を構成するために、A I
 G a A s半導体レーザ1の片端面出射光2をレ
ンズ3で平行光4とし、これを回折格子5に入射させ、
その平行光4を再びレンズ3を通過させ。
In order to configure the mode-locked semiconductor laser 10, A I
The light 2 emitted from one end surface of the GaAs semiconductor laser 1 is converted into parallel light 4 by a lens 3, and this is made incident on a diffraction grating 5.
The parallel light 4 is passed through the lens 3 again.

半導体レーザ1に帰還させる。この時、変調回路を内蔵
した電源6により、この共振器のラウンドトリップ周波
数と等して周波数で注入電流の変調を行なう。半導体レ
ーザ1のレンズ3側の端面は反射防止膜コーティングが
施こされており1本モード同期半導体レーザのCW状態
でのしきい値電流は20m Aであり、モード同期を得
るために注入電流をパルス変調する時はバイアス電流を
しきい値電流の0.7倍にバイアスし、ピーク電流値は
しきい値電流の2.5倍とした。また半導体レーザ1は
ペルチェ素子を内蔵した温度安定器7により温度安定化
を行なった。半導体レーザの反対側端面からの出射光8
はレンズ9で出力光パルス20とされ、周波数弁別器3
0へ入射される。ここで周波数弁別器30としてはファ
プリーペローエタロンを用いた。この出力光パルス40
はその特性を測定する光学系に導びいた。まず測定光学
系からの反射光の影響を除去するために光学的アイソレ
ータ41を用いる。本アイソレータは30dBのアイソ
レーション比のものを2段用い、トータルで60dBは
確保されている。アイソレータ41からの出射光42は
3つのビームスプリッタ50.70.80及び反射鏡9
0により、4つの被測定ビーム51.71.81.91
に分割される。ビーム51は光パルス幅を測定するため
にオートコリレータ52に導びかれる。その構成はビー
ム51はビームスプリッタ53により2つのビーム54
゜55に分割され、コーナーキューブミラー56.57
により反射され、またビームスプリッタ53により両ビ
ーム54.55はコリニア−なビーム58とする。ビー
ム58はレンズ59により第2次高調波発生用の結晶L
il0,60に入射し、第2次高調波光61はレンズ6
2で光電子増倍管63に結像される。この時ブルーフイ
ルタロ4を用いて第2次高調波光のみ光電子増倍管に導
びいた。コーナーキューブミラー56はモータ65にマ
ウントされており、モータ位置変化が遅延時間に対応し
、その電気出力66および光市子増倍管63の出力67
をペンレコーダ68で記録して観測した。ビーム71は
高分解能を有するファプリーペロー干渉計72およびオ
シロスコープ73により光学スペクトルを測定した。ビ
ーム81はレンズ82で高速PINホトダイオード83
に結合され、サンプリングオシロスコープ84で波形観
測した。ビーム91はレンズ92でモノクロメータ93
で分光されTVカメラ94及びモニターテレビ95で光
学スペクトルを観測した。
It is fed back to the semiconductor laser 1. At this time, the injected current is modulated at a frequency equal to the round trip frequency of this resonator using a power supply 6 having a built-in modulation circuit. The end face of the semiconductor laser 1 on the lens 3 side is coated with an anti-reflection film, and the threshold current of a single mode-locked semiconductor laser in the CW state is 20 mA. When performing pulse modulation, the bias current was set to 0.7 times the threshold current, and the peak current value was set to 2.5 times the threshold current. Further, the temperature of the semiconductor laser 1 was stabilized by a temperature stabilizer 7 having a built-in Peltier element. Emitted light 8 from the opposite end facet of the semiconductor laser
is made into an output optical pulse 20 by the lens 9, and the frequency discriminator 3
0. Here, a Fapley-Perot etalon was used as the frequency discriminator 30. This output light pulse 40
led to an optical system to measure its properties. First, an optical isolator 41 is used to eliminate the influence of reflected light from the measurement optical system. This isolator uses two stages with an isolation ratio of 30 dB, ensuring a total of 60 dB. The output light 42 from the isolator 41 is transmitted through three beam splitters 50, 70, 80 and a reflecting mirror 9.
0, the four measured beams 51.71.81.91
divided into. Beam 51 is directed to autocorrelator 52 to measure the optical pulse width. Its configuration is that a beam 51 is divided into two beams 54 by a beam splitter 53.
Divided into ゜55, corner cube mirror 56.57
The beams 54 and 55 are reflected by the beam splitter 53 into a collinear beam 58. The beam 58 is passed through a lens 59 to a crystal L for second harmonic generation.
The second harmonic light 61 enters the lens 6
2, an image is formed on a photomultiplier tube 63. At this time, only the second harmonic light was guided to the photomultiplier tube using Blue Filter Taro 4. The corner cube mirror 56 is mounted on a motor 65, and the motor position change corresponds to the delay time, and its electrical output 66 and the output 67 of the photomultiplier tube 63 are
was recorded and observed using a pen recorder 68. The optical spectrum of the beam 71 was measured using a high-resolution Fapley-Perot interferometer 72 and an oscilloscope 73. Beam 81 passes through lens 82 to high speed PIN photodiode 83
The waveform was observed using a sampling oscilloscope 84. Beam 91 passes through lens 92 and monochromator 93
The optical spectrum was observed using a TV camera 94 and a monitor TV 95.

モード同期半導体レーザ10のバイアス条件を変化させ
サンプリングオシロスコープ84の波形を観測しながら
最もパルス幅の短かいところで&31測した。モード同
期半導体レーザを構成するのに回折格子5を用いたため
、モニターテレビ95で観測される縦モードは単一であ
る。
While changing the bias conditions of the mode-locked semiconductor laser 10 and observing the waveform of the sampling oscilloscope 84, measurements were taken at the shortest pulse width. Since the diffraction grating 5 is used to configure the mode-locked semiconductor laser, a single longitudinal mode is observed on the monitor television 95.

第4図に測定した結果を示す、第4図(a)はオートコ
リレータで測定された第2次相関波形を示しており、ピ
ーク値の強度3に対して、すそが1になだらかに落ちる
きれいな波形を示しており、超短パルス発振しているこ
とが確認された。この時ファプリーペロー干渉計72の
出カフ3を第4図(b)に示す。図に示すように非常に
きれいに1本のモードで発振しており、高い時間的コヒ
ーレンスを有する光源として利用できることがわかった
The measurement results are shown in Figure 4. Figure 4(a) shows the second-order correlation waveform measured with an autocorrelator. It was confirmed that ultra-short pulse oscillation was occurring. At this time, the output cuff 3 of the Fapley-Perot interferometer 72 is shown in FIG. 4(b). As shown in the figure, it was found that it oscillated very clearly in one mode, and could be used as a light source with high temporal coherence.

本実験では周波数弁別器30としてファプリーペローエ
タロンを用いたが、これは高分解能を有する回折格子で
あってもよく、また両者の組み合わせでもよい。
In this experiment, a Farpley-Perot etalon was used as the frequency discriminator 30, but it may be a diffraction grating with high resolution, or a combination of both.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、超短光パルスで
かつ高い時間的なコヒーレンスを有する光源を容易に実
現することができる。従って長距離の光フアイバ通信に
おいてファイバの波長分散の影響が容易に除去できる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, it is possible to easily realize a light source having ultra-short optical pulses and high temporal coherence. Therefore, the influence of wavelength dispersion of fiber can be easily removed in long-distance optical fiber communications.

またヘテロダインやホモダイン等の検波方式も可能とな
り、これらのや果は極めて大である。
Furthermore, detection methods such as heterodyne and homodyne become possible, and the consequences of these methods are extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明による超短光パルス発生装置の構成図、
第2図は本発明の効果を示す特性図、第3図は本発明の
基礎を与える実験の一実施例を示す図、第4図は実験結
果を示す特性図、第5図は従来の超短光パルス発生装置
の説明図である。 1 ・・・半導体レーザ、2,8 ・・・出射光、3.
9 ・・・ レンズ、4 ・・・平行光、5 ・・・回
折格子、6・・・電源、7・・・温度安定器、lO・・
・モード同期半導体レーザ、20゜40・・・出力光パ
ルス、30・・・周波数弁別器、41・・・アイソレー
タ、42・・・出射光、50、53.70.80・・・
 ビームスプリッタ、51、54.55.58.71.
81.91 ・・・ ビーム、52・・・オートコリレ
ータ、56.57・・・コーナーキューブミラー、59
.62.82.92・・・ レンズ、60・・・ Li
IO3結晶、61・・・第2次高調波光、63・・・光
電子増倍管、64・・・ブルーフィルタ、65・・・モ
ータ、66、67・・・電気出力、68・・・ペンレコ
ーダ、72・・・ファプリーペロー干渉計、73・・・
オシロスコープ、83・・・PINホトダイオード、8
4・・・サンプリングオシロスコープ、93・・・モノ
クロメータ、94・・・TVカメラ、95・・・モニタ
ーテレビ。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第1図 20,40  ・土カ丸パレス 第2図 第4図 !姑埼間(psec) 第5 (b) (C) 九用浪歇
FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrashort optical pulse generator according to the present invention;
Fig. 2 is a characteristic diagram showing the effects of the present invention, Fig. 3 is a diagram showing an example of an experiment providing the basis of the present invention, Fig. 4 is a characteristic diagram showing the experimental results, and Fig. 5 is a characteristic diagram showing the results of the experiment. FIG. 2 is an explanatory diagram of a short optical pulse generator. 1... Semiconductor laser, 2, 8... Emitted light, 3.
9... Lens, 4... Parallel light, 5... Diffraction grating, 6... Power supply, 7... Temperature stabilizer, lO...
・Mode-locked semiconductor laser, 20° 40... Output optical pulse, 30... Frequency discriminator, 41... Isolator, 42... Outgoing light, 50, 53.70.80...
Beam splitter, 51, 54.55.58.71.
81.91... Beam, 52... Autocorrelator, 56.57... Corner cube mirror, 59
.. 62.82.92... Lens, 60... Li
IO3 crystal, 61...Second harmonic light, 63...Photomultiplier tube, 64...Blue filter, 65...Motor, 66, 67...Electric output, 68...Pen recorder , 72...Fapley-Perot interferometer, 73...
Oscilloscope, 83...PIN photodiode, 8
4... Sampling oscilloscope, 93... Monochromator, 94... TV camera, 95... Monitor TV. Patent applicant Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Figure 1 20, 40 ・Tsuchikamaru Palace Figure 2 Figure 4! Kusaima (psec) 5th (b) (C) Kuyō Ronen

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 半導体レーザを具備してなるモード同期光パルス発振器
と、前記発振器からの出力光パルス光の周波数弁別を行
なう手段を一体化したことを特徴とする超短光パルス発
生装置。
1. An ultrashort optical pulse generator characterized by integrating a mode-locked optical pulse oscillator comprising a semiconductor laser and means for frequency discrimination of the output optical pulse light from the oscillator.
JP62271867A 1987-10-29 1987-10-29 Ultrashort optical pulse generator Pending JPH01115184A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03177090A (en) * 1989-12-05 1991-08-01 Sony Tektronix Corp Method of selecting light pulse generator and laser diode
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