JPH01277220A

JPH01277220A - 光パルス波形制御方法

Info

Publication number: JPH01277220A
Application number: JP10862888A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Aoki; 青木　▲やす▼弘
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1989-11-07
Anticipated expiration: 2010-10-11
Also published as: JPH0795174B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光通信や光信号処理において用いられる光パ
ルス波形制御方法に関する。

（従来の技術）近年、超高速光通信・光信号処理あるいは超高速分光研
究への応用などを目的として、パルス幅がピコ秒程度の
光パルスのパルス幅を圧縮したり、また、そのパルス波
形を任意に整形する光パルス波形制御に関する検討が活
発に進められている（例えば、レーザ研究、第１５巻（
１９８７年）、８３２−１０２５ページ）。

この光パルス波形制御方式の有力な一手段として、光フ
ァイバの自己位相変調効果を用いて光パルスに周波数チ
ャーピングを与えた後に、周波数によって伝搬時間が異
なる分散効果を持つ分散媒質を通す方式が知られている
（ジャーナル、オブ・オプティカル・ソサエティー・オ
ブ・アメリカ誌、第Ｂ−１巻（１９８４年）、１３９−
１４９ページ）。ここで、分散媒質としては、光フアイ
バ自身や回折格子対あるいはプリズム対が用いられてい
る。

（発明が解決しようとする課題）従来の光パルス波形制御方式では、波形制御に不可決な
周波数チャーピングを十分に生じさせるために、通常数
１００ｍＷ程度以上の光ピークパワーが必要であった。

しかしながら、現在このような高ビークパワーの光パル
スが得られるレーザ光源は、色素レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧ
レーザあるいはカラーセンターレーザ等のみであり、そ
の発振波長域が限られている。この結果、従来の方式で
は、広範囲な波長域において光パルスの波形制御を行な
うことができなかった。

また、従来の自己位相変調効果を用いる方式では、周波
数チャーピング特性が光パルス自身の波形によって決ま
るために制御性に乏しく、このために任意に波形を制御
することは極めて困難であった。

本発明の目的は、上述のような従来技術の欠点を除去し
、広範囲な波長域において光パルスの波形制御ができる
とともに、従来に比べて制御性に富む光パルス波形制御
方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、信号光パルスと、この信号光パルスと波長が
異なる制御光パルスとを媒質に入射させ、前記信号光パ
ルスに生じる周波数変化λ、ｄｔ（ここで、ｘｃ（３）は相互位相変調効果に関連した媒
質の３次の非線形感受率、Ｌは制御光パルスと信号光パ
ルスが相互作用する媒質の長さ、ｎは媒質の屈折率、Ｃ
は真空中の光速、Ｉ、（ｔ）は制御光パルスの光強度、
λ８は信号光パルスの波長である。）と前記媒質自身も
しくは他の媒質の分散とを用いて前記信号光パルスの波
形を制御することを特徴とする光パルス波形制御方法で
ある。

（作用）本発明では、波形制御に必要な信号光パルスの周波数チ
ャーピングを信号光パルスとは波長が異なる新たな制御
光パルスによって媒質に誘起される相互位相変調効果に
よって生じさせている。即ち、信号光パルスおよび制御
光パルスの周波数をそれぞれω５．ω、とすると、媒質
中には次式の様な周波数ω８の非線形分極が誘起される
。

Ｐ（ω５）＝Ｘｃ（３）ＩＥ（ω、）２１Ｅ（ω、）＋
Ｘ５（３）ＩＥ（ω５）１２Ｅ（ωＳ）・・・（１）ただし、Ｅ（ωｓ）、Ｅ（ω、）は、それぞれ信号光パ
ルス、制御光パルスの複素電界振幅である。また、Ｘ、
（３）、Ｘｏ（３）は、それぞれ自己位相変調効果、相
互位相変調効果に関連した媒質の３次の非線形感受率（
単位：ｅｓｕ）である（例えば、レーザハンドブック（
朝食書店、稲場文男他扁集、昭和４８年）、４０１ペー
ジ）。

ここで、上記（１）式に示した非線形分極を含むマック
スウェル方程式を解くと、制御光パルスとともに媒質を
伝搬した後の信号光パルスには以下の様な位相変化Δφ
が生ずることが導かれる。

ΔΦ＝ΔΦＳ十ΔφＣ・・・（２）である。

また、Ｌは制御光パルスと信号光パルスが相互作用する
媒質の長さ、ｎは媒質の屈折率、Ｃは真空中の光速、Ｉ
、（ｔ）、ＩＪ）はそれぞれ制御光パルス、信号光パル
スの光強度（Ｗ／ｍ２）である。

この位相変化Δφによって、信号光パルスには次式の様
な周波数チャーピングΔωが生じる。

ｄΔΦ Δω＝−□　　　　　　　　　　　　・・・（６）ｔここで、媒質の非共鳴領域では、Ｘ５（３）＝Ｘｏ（３
）である。したがって、即ち、とする。

信号光パルスの光強度の時間変化量が制御光パルスの光
強度の時間変化量に比べて十分に小さい場合や信号光パ
ルスの光パワーが制御光パルスの光パワーに比べて十分
に小さい場合には、（６）式は以下の様に近似できる。

この式から明らかなように、本発明では制御光パルスに
よって信号光パルスに周波数チャーピングを生ぜしめる
ことができる。したがって、本発明においては信号光パ
ルスの光パワーは小さくても良いので、従来の様に高出
力レーザを用いる必要がなく、信号光パルス光源として
半導体レーザなどを用いることができる。ここで、半導
体レーザは、その活性層の組成を変えることによって、
０．６５１１ｍ−１０μｍ帯の広範囲に渡って発振が実
現されている。したがって、この発明では、従来に比べ
て、広い波長域に渡って光パルスの波形制御が可能にな
る。また、（７）式から明らかなように、本発明では制
御光パルスの強度や波形あるいは時間タイミングを変え
ることによって、信号光パルスに生ずる周波数チャーピ
ングの値や形状を変化させ得るので従来に比べて制御性
に富んだ光パルス波形制御方法が実現できる。

（実施例）次に、図面を参照して本発明の光パルス波形制御方法に
ついて詳細に説明する。

第１図は、本発明による第１の実施例の構成図である。

どの図において、信号光パルス光源１は発振波長が約１
．５５ｐｍのＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰還型半導体
レーザ、制御光パルス光源２は波長１．３２ｐｍのモー
ド同期ＹＡＧレーザ、レンズ３１，３２は先球セルフォ
ックレンズ、光フアイバカップラ４１．４２は、いずれ
も波長１．３２ｐｍでの結合効率が１で、波長１．５５
ｐｍ帯および波長１．２１１ｍ帯での結合効率が０であ
る２人力２出力の単一モード光ファイバカップラである
。即ち、この光フアイバカップラは、例えば、各々のフ
ァイバ入力端に波長１．５５１１ｍおよび波長１．３２
ｐｍの光を入射すれば、同波長の光が合波されて同一の
ファイバ出力端より出射され光合波器として動作する。

また、一つのファイバ入力端に波長１．５５１１ｍと波
長１．３２ｐｍの光が同時に入射された場合には、それ
ぞれの光が異なったファイバ出力端より出射され、光分
波器として動作する。さらに、この図において、光ファ
イバ５は、コア径１０ｐｍ、長さ５００ｍの単一モード
シリカファイバ、発振器６は、最大出力６Ｗ、発振周波
数１００ＭＨｚの正弦波発振器である。ここで、この正
弦波発振器の出力は２分岐され、一方は、１．３２１１
ｍＹＡＧレーザのモード同期を行なうために使用され、
他方の出力は、遅延線７を通った後に前記のＩｎＧａＡ
ｓＰ／ＩｎＰ分布帰還型半導体レーザに印加されている
。ここで、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰還型半導体レ
ーザは無バイアス状態で前記の正弦波電圧が印加される
ことによってパルス幅が約３５ｐｓ、繰り返し周波数が
１００ＭＨｚの信号光パルス列を出射している。また、
波長１．３２μｍのモード同期ＹＡＧレーザからは、パ
ルス幅が約１８０ｐｓ、繰り返し周波数１００ＭＨｚの
制御光パルス列が出射されている。

この実施例において、上記の信号光パルス列と制御光パ
ルス列は、所定の時間タイミングで光フアイバカップラ
４１によって合波され光ファイバ５に入射されている。

そして、光フアイバ中で相互作用した後に、光フアイバ
カップラ４２によって信号光パルス列が分離されて取り
出されている。

本実施例では、制御光パルスを第２図に示すような３種
類の時間タイミングの（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に設定し
た。

すなわち、制御光パルスの立ち下がり時に信号光パルス
が入射される（Ａ）と、信号光パルスと制御パルスが同
じタイミングで入射される（Ｂ）と、制御光パルスの立
ち上がり時に信号光パルスが入射される（Ｃ）である。

ここではタイミングを変えて、愼りをかえているが、例
えば（Ａ）は、信号光パルスと重なっている右下がりの
のこぎり波に、（Ｃ）は同じく右上がりののこぎり波に
というように波形を変えてもよい。第３図および第４図
は、制御光パルスの時間タイミングを各々（Ａ）、（Ｂ
）、（Ｃ）に設定した場合に信号光パルスに生じた周波
数の変化（周波数チャーピング量）と、ファイバ伝搬前
後の信号光パルスの時間波形をそれぞれ示した図である
。この実施例で使用した単一モードシリカ光ファイバは
波長１．５５ｐｍにおいて１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの負分
散を有している。この負分散は、信号光パルスが第３図
（ＡＸＣ）の様な周波数チャーピングを持っている場合
にはパルス幅を拡げる方向に働く。したがって、制御光
パルスの時間タイミングを（Ａ）および（Ｃ）に設定し
た場合は、信号光パルスのパルス幅はファイバ伝搬によ
って拡がる。この実施例では、制御光パルスのピークパ
ワーが約５００ｍＷの時に、信号光パルスのパルス幅を
約１５０ｐｓまで拡げることができた。

一方、信号光パルスが第３図（Ｂ）の方向の周波数チャ
ーピングを有している場合には、負の分散はそのパルス
幅を圧縮させる働きをする。この結果、制御光パルスの
時間タイミングを第２図（Ｂ）に設定した場合には、本
実施例では信号光パルスのパルス幅を初期の３５ｐｓか
ら４ｐｓまで圧縮することができた。ここで、この場合
の制御光パルスのファイバ人力ピークパワーは約６００
ｍＷであった。

次に、信号光パルス光源１として、波長１．２ｐｍのＩ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ分布帰還型半導体レーザを用いて
同様な実験を行なった。この波長においては、単一モー
ド光ファイバは約Ｌｏｐｓ／ｎｍ／ｋｍの正の分散を有
している。この結果、この場合には、制御光パルスの時
間タイミングを第２図（Ａ）、（Ｃ）に設定した時に、
信号光パルスは約９ｐｓまでパルス圧縮され、−方、時
間タイミングを（Ｂ）に設定した時にそのパルス幅は約
１００ｐｓまで拡がった。

第５図は、本発明による第２の実施例の構成図である。

第１の実施例と大きく異なる点は、分散媒質として光フ
アイバ自身以外に回折格子対を付加している点である。

この図において、回折格子８１．８２は、いずれも溝の
本数が１８００本／ｍｍのものを使用しζその間隔が可
変にできるように配置されている。その他の構成は、第
１図に示した第１の実施例と同様であるので同一の要素
には同一の番号を付している。

回折格子対は、その間隔を変えることよって、その負の
分散量を変えることができる。即ち、この実施例の回折
格子対は０．０８ｐｓ／ｎｍ／ｃｍの分散特性を有して
いたので、その間隔を１ｃｍから２００ｃｍまで変える
ことによって負分散量を０．０８ｐｓ／ｎｍから１６ｐ
ｓ／ｎｍまで可変にできた。一方、長さ５００ｍの単一
モード光ファイバは９ｐｓ／ｎｍの負の分散を持ってい
る。従って、第２の実施例では全体としての負の分散量
をおよそ９ｐｓ／ｎｍから１７ｐｓ／ｎｍまで可変にで
きる。この結果、この実施例では、信号光パルスの波形
制御を行なう際に、分散量を最適な値に設定できるとい
う特長がある。例えば、第２の実施例の構成でパルス幅
圧縮の実験を行なったところ、パルス幅を１．５ｐｓま
で圧縮することができた。

以上、本発明による光パルス波形制御方法について実施
例を用いて説明したが、本発明はこれらの実施例に限ら
れることなくいくつかの変形が考えられる。

例えば、本実施例では相互位相変調効果を呈する媒質と
して単一モードシリカ光ファイバを用いたが、ＧｅＯ２
やＰ２Ｏ５等の他の組成の光ファイバ、あるいは半導体
、誘電体、有機材料などの他の材料でも良い。また、信
号光パルス光源１や制御光パルス光源２は、他の材料の
半導体レーザ、固体レーザ、ガスレーザ等のいかなる種
類のレーザでも良いし、波長域は限定されない。さらに
、分散媒質としては、プリズム対を用いることもでき、
その性能を有する限りいかなる素子、要素であってもよ
いことは言うまでもない。

なお、本発明の光パルス波形制御方法は、例えば、長距
離光通信における光フアイバ分散による信号光パルスの
波形歪みの補償などにも用いることができ、用途は限定
されない。

（発明の効果）以上説明したように、本発明では波形制御に必要な信号
光パルスの周波数チャーピングを、この信号光パルスと
波長が異なる制御光パルスによって媒質に誘起される相
互位相変調効果によって生じさせている。この結果、本
発明においては信号光パルスの光パワーは小さくて良い
ので、種々のレーザ光源を信号光パルス光源として使用
することができ、広い波長域に渡って光パルスの波形制
御ができるという利点がある。また、本発明では制御光
パルスの強度や波形あるいは時間タイミングを変えるこ
とによって、信号光パルスに生じる周波数チャーピング
の値や形状を任意に変化させ得るので従来に比べて制御
性に富んだ光パルス波形制御方法が実現できるという利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による第１の実施例の構成図、第２図
は、本発明の第１の実施例における信号光パルスと制御
光パルスの３種類の時間タイミングを示す図、第３図は
、本発明の第１の実施例における信号光パルスの周波数
の変化を示す図、第４図は本発明の第１の実施例におけ
るファイバ伝搬前後の信号光パルスの波形を示す図、第
５図は、本発明の第２の実施例の構成図である。１：信号光パルス光源、２：制御光パルス光源、３１．
３２：レンズ、４１，４２：光フアイバカップラ、５：
光ファイバ、６：発振器、７：遅延線、８：回折格子対
、８１．８２：回折格子。

Claims

【特許請求の範囲】信号光パルスと、この信号光パルスと波長が異なる制御
光パルスとを媒質に入射させ、前記信号光パルスに生じ
る周波数変化 Δω＝２ΠＬａＸ＿ｃ＾（＾３＾）／λ＿ｓ・ｄＩ＿ｐ
（ｔ）／ｄｔただし、ａ＝９６０Π＾２／ｎ＾２ｃ（ここで、Ｘ＿ｃ（３）は相互位相変調効果に関連した
媒質の３次の非線形感受率、Ｌは制御光パルスと信号光
パルスが相互作用する媒質の長さ、ｎは媒質の屈折率、
ｃは真空中の光速、Ｉ＿ｐ（ｔ）は制御光パルスの光強
度、λ＿ｓは信号光パルスの波長である。）と前記媒質
自身もしくは他の媒質の分散とを用いて前記信号光パル
スの波形を制御することを特徴とする光パルス波形制御
方法。