JPH0654827B2 - ソリトンレーザ発振方法および装置 - Google Patents
ソリトンレーザ発振方法および装置Info
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- JPH0654827B2 JPH0654827B2 JP63180211A JP18021188A JPH0654827B2 JP H0654827 B2 JPH0654827 B2 JP H0654827B2 JP 63180211 A JP63180211 A JP 63180211A JP 18021188 A JP18021188 A JP 18021188A JP H0654827 B2 JPH0654827 B2 JP H0654827B2
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- light
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ファイバ中の非線形光学効果のうち、零分
散波長もしくはその近傍における誘導４光子混合を用い
て光ソリトンを発生するソリトンレーザーの発振方法お
よび装置に関するものである。
散波長もしくはその近傍における誘導４光子混合を用い
て光ソリトンを発生するソリトンレーザーの発振方法お
よび装置に関するものである。
［従来の技術］ ソリトンレーザーの従来例としては、レーザー共振器
内部に単一モードファイバを挿入する方法と、誘導ラ
マン散乱を用いる方法とがある。
内部に単一モードファイバを挿入する方法と、誘導ラ
マン散乱を用いる方法とがある。
の方法は、ATT Bell研のMollenauerとStolenが提案し
た方式（Ｌ．Ｆ．Mollenauer and R.H.Stolen"The Soli
ton Laser"Opt.Lett.vol.９，13（1984）であり、その
構成例を第７図に示す。
た方式（Ｌ．Ｆ．Mollenauer and R.H.Stolen"The Soli
ton Laser"Opt.Lett.vol.９，13（1984）であり、その
構成例を第７図に示す。
第７図において、１はモード同期YAGレーザー光源、２
および２′はレーザー共振器用ミラー、３および３′は
結合用レンズ、４は単一モード光ファイバ、５はカラー
センターレーザー結晶（kcl）、６は光パルス（ソリト
ン）出力用半透過鏡である。
および２′はレーザー共振器用ミラー、３および３′は
結合用レンズ、４は単一モード光ファイバ、５はカラー
センターレーザー結晶（kcl）、６は光パルス（ソリト
ン）出力用半透過鏡である。
YAGレーザ励起によりカラーセンター結晶５を励起して
1.5μｍ帯光パルスをミラー２と２′との間に形成され
た共振器内に作り出す。そのパルスを光ファイバ４に導
くことにより光ソリトン化する。すなわち、ミラー２と
２′との間の共振器内の光パルスの波長において、光フ
ァイバ４中では負の群速度分散をもつように設定し、こ
の光ファイバ４中の自己位相変調効果とその群速度分散
とが釣り合うことによって光ソリトンを発生させてい
る。この方式では、光ファイバ４内において自己位相変
調効果以外の非線形光学効果は利用しないが、その代わ
りにレーザー媒質（kcl）５を用いる必要がある。
1.5μｍ帯光パルスをミラー２と２′との間に形成され
た共振器内に作り出す。そのパルスを光ファイバ４に導
くことにより光ソリトン化する。すなわち、ミラー２と
２′との間の共振器内の光パルスの波長において、光フ
ァイバ４中では負の群速度分散をもつように設定し、こ
の光ファイバ４中の自己位相変調効果とその群速度分散
とが釣り合うことによって光ソリトンを発生させてい
る。この方式では、光ファイバ４内において自己位相変
調効果以外の非線形光学効果は利用しないが、その代わ
りにレーザー媒質（kcl）５を用いる必要がある。
の方法は本発明者が先に提案した誘導ラマン散乱を利
用する方法であり、その構成例を第８図および第９図に
示す。第８図は直線共振器形ラマンソリトンレーザーで
あり、第９図はリング形ラマンソリトンレーザーであ
る。かかる方法は、H.A.Haus and M.Nakazawa “Theory
of the Fiber Raman Soliton Laser”J.Opt.Soc.Ame.B
4巻，652(1987)にその理論が詳述されており、また、中
沢正隆，中島隆，青海恵之による特願昭59-40495号およ
び青海恵之，中沢正隆による特願昭62-33512号にその原
理が提案されている。
用する方法であり、その構成例を第８図および第９図に
示す。第８図は直線共振器形ラマンソリトンレーザーで
あり、第９図はリング形ラマンソリトンレーザーであ
る。かかる方法は、H.A.Haus and M.Nakazawa “Theory
of the Fiber Raman Soliton Laser”J.Opt.Soc.Ame.B
4巻，652(1987)にその理論が詳述されており、また、中
沢正隆，中島隆，青海恵之による特願昭59-40495号およ
び青海恵之，中沢正隆による特願昭62-33512号にその原
理が提案されている。
第８図および第９図において、７はモード同期レーザー
光源、８はダイクロイック波長選択ミラーである。
光源、８はダイクロイック波長選択ミラーである。
第８図または第９図のいずれの方法においても、レーザ
ー光源７からの光パルスによって光ファイバ４に誘導ラ
マン散乱を発生させる。その結果得られるストークス光
パルスの、ミラー２および２′で構成される直線形共振
器またはリング共振器内での伝搬時間を光源７の繰り返
し周期の整数倍に設定しておくことが重要である。この
ように設定すると、ストークス光が励起光により各ルー
プごとに有効に増幅され、最終的には定常的なソリトン
となる。この際、ストークス光パルスの波長を負の群速
度分散に設定しておくことは、の方法と同じである。
ー光源７からの光パルスによって光ファイバ４に誘導ラ
マン散乱を発生させる。その結果得られるストークス光
パルスの、ミラー２および２′で構成される直線形共振
器またはリング共振器内での伝搬時間を光源７の繰り返
し周期の整数倍に設定しておくことが重要である。この
ように設定すると、ストークス光が励起光により各ルー
プごとに有効に増幅され、最終的には定常的なソリトン
となる。この際、ストークス光パルスの波長を負の群速
度分散に設定しておくことは、の方法と同じである。
の方法では、誘導ラマン散乱の利得により光ファイバ
共振器の損失を打ち消し、光ソリトンを定常的に発生さ
せるから、第７図のレーザー媒質５は必要ではない利点
がある。また、共振器長をΔｌだけ変化させると、光フ
ァイバの群速度分散Ｄ（λ）を介してソリトンの波長を
Δλだけ可変できる。すなわち、 で与えられる。このとき、ｌはフィイバ共振器の長さで
あり、Ｃは光速である。このように共振器長ｌを変化さ
せることにより波長を容易に可変できることは、多波長
のソリトンを作り出す上でも有効な方法である。
共振器の損失を打ち消し、光ソリトンを定常的に発生さ
せるから、第７図のレーザー媒質５は必要ではない利点
がある。また、共振器長をΔｌだけ変化させると、光フ
ァイバの群速度分散Ｄ（λ）を介してソリトンの波長を
Δλだけ可変できる。すなわち、 で与えられる。このとき、ｌはフィイバ共振器の長さで
あり、Ｃは光速である。このように共振器長ｌを変化さ
せることにより波長を容易に可変できることは、多波長
のソリトンを作り出す上でも有効な方法である。
［発明が解決しようとする課題］ このように、従来の技術としてはラマンソリトンレーザ
ーが存在するが、誘導４光子混合（Stimulated FourPho
ton Mixing以下SFPMと略す）を用いてソリトンレーザー
を構成する方法は、これまで、何ら提案されていなかっ
た。これは、SFPMが非常に高強度な励起パルス、例えば
Ｑスイッチモードロックされたレーザーパルス等によっ
てのみ観測にかかり、しかも高強度パルスを用いるため
に雑音が大きく、またその他の非線形効果も同時に起こ
るために、制御性が悪く、実用上問題点が多いとされて
いたためである。
ーが存在するが、誘導４光子混合（Stimulated FourPho
ton Mixing以下SFPMと略す）を用いてソリトンレーザー
を構成する方法は、これまで、何ら提案されていなかっ
た。これは、SFPMが非常に高強度な励起パルス、例えば
Ｑスイッチモードロックされたレーザーパルス等によっ
てのみ観測にかかり、しかも高強度パルスを用いるため
に雑音が大きく、またその他の非線形効果も同時に起こ
るために、制御性が悪く、実用上問題点が多いとされて
いたためである。
そこで、本発明の目的は、ソリトンなどの高精度な光パ
ルスの発生には従来雑音成分が多く不向きであると言わ
れていたSFPMを利用し、光ファイバの零分散波長もしく
はその近傍でSFPMを励起することにより低雑音でかつ高
効率な光ソリトン増幅を可能して、光共振器によりソリ
トン発振を実現するソリトンレーザー発振方法および装
置を提供することにある。
ルスの発生には従来雑音成分が多く不向きであると言わ
れていたSFPMを利用し、光ファイバの零分散波長もしく
はその近傍でSFPMを励起することにより低雑音でかつ高
効率な光ソリトン増幅を可能して、光共振器によりソリ
トン発振を実現するソリトンレーザー発振方法および装
置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 以上の目的を達成するために、本発明方法は、光ファイ
バにより光ファイバ共振器を構成し、該光ファイバ共振
器に、該光ファイバ共振器を構成する光ファイバの零分
散波長にほぼ等しい波長をもつ励起光パルスを導き、前
記光ファイバから取り出されるストークス光の前記光フ
ァイバ共振器内での伝搬時間を励起光パルスのパルス繰
り返し周期の整数倍に設定して、前記励起光パルスと前
記ストークス光とを同期させて、その同期状態の下で前
記光ファイバ共振器を前記励起光パルスにより励振して
ストークス光および反ストークス光を含む誘導四光子混
合を発生させることにより、前記ストークス光を有効に
増幅してそのエネルギーを増加させて前記光ファイバ共
振器において自己位相変調効果を誘起させ、前記ストー
クス光における当該自己位相変調効果と負の群速度分散
とを釣り合わせることによりソリトンパルスを発生する
ことを特徴とする。
バにより光ファイバ共振器を構成し、該光ファイバ共振
器に、該光ファイバ共振器を構成する光ファイバの零分
散波長にほぼ等しい波長をもつ励起光パルスを導き、前
記光ファイバから取り出されるストークス光の前記光フ
ァイバ共振器内での伝搬時間を励起光パルスのパルス繰
り返し周期の整数倍に設定して、前記励起光パルスと前
記ストークス光とを同期させて、その同期状態の下で前
記光ファイバ共振器を前記励起光パルスにより励振して
ストークス光および反ストークス光を含む誘導四光子混
合を発生させることにより、前記ストークス光を有効に
増幅してそのエネルギーを増加させて前記光ファイバ共
振器において自己位相変調効果を誘起させ、前記ストー
クス光における当該自己位相変調効果と負の群速度分散
とを釣り合わせることによりソリトンパルスを発生する
ことを特徴とする。
本発明方法の他の形態では、励起光パルスの強度を可変
とすることにより、ソリトンパルスの波長を変化させる
ことを特徴とする。
とすることにより、ソリトンパルスの波長を変化させる
ことを特徴とする。
本発明装置は、光ファイバを有する光ファイバ共振器
と、波長1.0〜1.6μｍ帯において前記光ファイバの零分
散波長にほぼ等しい波長の光パルスを発生させるレーザ
ー光源と、前記光パルスを励起光パルスとして前記光フ
ァイバに導く手段と、前記光ファイバから取り出される
ストークス光を前記光ファイバに入射させる手段とを具
え、前記光ファイバから取り出されるストークス光の前
記光ファイバ共振器内での伝搬時間を励起光パルスのパ
ルス繰り返し周期の整数倍に設定して、前記励起光パル
スと前記ストークス光とを同期させて、その同期状態の
下で前記光ファイバ共振器を前記励起光パルスにより励
振してストークス光および反ストークス光を含む誘導四
光子混合を発生させ、その誘導四光子混合によって生ず
るストークス光の負の群速度分散と前記光ファイバ共振
器における自己位相変調効果とを釣り合わせることによ
って、前記光ファイバ共振器から光ソリトンを発生させ
るようにしたことを特徴とする。
と、波長1.0〜1.6μｍ帯において前記光ファイバの零分
散波長にほぼ等しい波長の光パルスを発生させるレーザ
ー光源と、前記光パルスを励起光パルスとして前記光フ
ァイバに導く手段と、前記光ファイバから取り出される
ストークス光を前記光ファイバに入射させる手段とを具
え、前記光ファイバから取り出されるストークス光の前
記光ファイバ共振器内での伝搬時間を励起光パルスのパ
ルス繰り返し周期の整数倍に設定して、前記励起光パル
スと前記ストークス光とを同期させて、その同期状態の
下で前記光ファイバ共振器を前記励起光パルスにより励
振してストークス光および反ストークス光を含む誘導四
光子混合を発生させ、その誘導四光子混合によって生ず
るストークス光の負の群速度分散と前記光ファイバ共振
器における自己位相変調効果とを釣り合わせることによ
って、前記光ファイバ共振器から光ソリトンを発生させ
るようにしたことを特徴とする。
［作用］ 本発明では、単一モード光ファイバもしくは偏波保持光
ファイバにより光ファイバ共振器を構成し、その光ファ
イバ共振器を光ファイバの零分散波長もしくはその近傍
に設定した励起光パルスにより同期励起することによ
り、すなわち、ストークス光の光ファイバ共振器内での
伝搬時間を励起光パルスの繰り返し周期の整数倍に設定
し、励起光パルスとストークス光との同期をとって、励
起光パルスにより光ファイバ共振器を励振することによ
って、ストークス光および反ストークス光を含むSFPMを
発生させ、その結果生ずるストークス光において負の群
速度分散と自己位相変調効果とを釣り合わせることによ
りストークス光をソリトン化する。
ファイバにより光ファイバ共振器を構成し、その光ファ
イバ共振器を光ファイバの零分散波長もしくはその近傍
に設定した励起光パルスにより同期励起することによ
り、すなわち、ストークス光の光ファイバ共振器内での
伝搬時間を励起光パルスの繰り返し周期の整数倍に設定
し、励起光パルスとストークス光との同期をとって、励
起光パルスにより光ファイバ共振器を励振することによ
って、ストークス光および反ストークス光を含むSFPMを
発生させ、その結果生ずるストークス光において負の群
速度分散と自己位相変調効果とを釣り合わせることによ
りストークス光をソリトン化する。
このように、本発明では、励起波長を光ファイバの零分
散波長もしくはその近傍に設定することにより、励起光
パルス，ストークス光パルス，および反ストークス光パ
ルス間の群遅延時間差を小さくせしめ、低い励起入力で
も長い相互作用長にわたる有効なSFPMを実現できる。し
かもまた、本発明においては、光ファイバ共振器へ入射
する励起光パルスの光強度を変えることにより、非線形
位相変化量を変化させ、ソリトンの発振波長を可変させ
ることができる。
散波長もしくはその近傍に設定することにより、励起光
パルス，ストークス光パルス，および反ストークス光パ
ルス間の群遅延時間差を小さくせしめ、低い励起入力で
も長い相互作用長にわたる有効なSFPMを実現できる。し
かもまた、本発明においては、光ファイバ共振器へ入射
する励起光パルスの光強度を変えることにより、非線形
位相変化量を変化させ、ソリトンの発振波長を可変させ
ることができる。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図であって、
７は励起光源、９は光アイソレータ、８は励起光とスト
ークス光とを分離するためのダイクロイックミラー、３
および３′は結合レンズ、４は単一モード光ファイバま
たは偏波保持光ファイバ、10は可動型コーナキューブ、
11は偏波制御素子である。
７は励起光源、９は光アイソレータ、８は励起光とスト
ークス光とを分離するためのダイクロイックミラー、３
および３′は結合レンズ、４は単一モード光ファイバま
たは偏波保持光ファイバ、10は可動型コーナキューブ、
11は偏波制御素子である。
励起光源７からの励起光パルス列を、光アイソレータ９
からダイクロイックミラー８、さらに結合レンズ３を経
て光ファイバ４に結合する。このとき、励起光パルスの
波長は、光ファイバ共振器を構成する光ファイバ４の零
分散波長と一致するようにあるいはその近傍に設定して
おく。励起光パルスが光ファイバ４中を伝搬するにした
がい、雑音から発生したストークス光および反ストーク
ス光が形成され始める。やがてストークス光および反ス
トークス光は光ファイバ４に沿って増幅され、SFPMが発
生する。ここで、励起光がほぼ零分散波長に設定してあ
るため、励起光パルスとストークス光と反ストークス光
との間のパルスの群遅延時間差は第２図(a)に示すよう
に小さく、したがって、有効な相互作用が長距離にわた
って発生する。ここで、Ｖpは励起光パルスの群速度、
Ｖsはストークス光の群速度、、Ｖasは反ストークス光
の群速度である。
からダイクロイックミラー８、さらに結合レンズ３を経
て光ファイバ４に結合する。このとき、励起光パルスの
波長は、光ファイバ共振器を構成する光ファイバ４の零
分散波長と一致するようにあるいはその近傍に設定して
おく。励起光パルスが光ファイバ４中を伝搬するにした
がい、雑音から発生したストークス光および反ストーク
ス光が形成され始める。やがてストークス光および反ス
トークス光は光ファイバ４に沿って増幅され、SFPMが発
生する。ここで、励起光がほぼ零分散波長に設定してあ
るため、励起光パルスとストークス光と反ストークス光
との間のパルスの群遅延時間差は第２図(a)に示すよう
に小さく、したがって、有効な相互作用が長距離にわた
って発生する。ここで、Ｖpは励起光パルスの群速度、
Ｖsはストークス光の群速度、、Ｖasは反ストークス光
の群速度である。
第２図(b)および(c)は励起波長が、それぞれ、光ファイ
バ零分散の短波長側および長波長側に設定された場合で
あり、いずれもパルスの群遅延時間差が大きく有効な相
互作用が得られない。
バ零分散の短波長側および長波長側に設定された場合で
あり、いずれもパルスの群遅延時間差が大きく有効な相
互作用が得られない。
このようにして光ファイバ４から得られたストークス光
は、レンズ３′を経て可動形コーナキューブ10により反
射され、ついで偏波制御素子11により偏波制御されてか
ら、ダイクロイックミラー８に入射する。このダイクロ
イックミラー８は励起光に対しては高い反射率をもつよ
うに設定してあるが、ストークス光に対しては低い反射
率をもつように設定してある。したがって、このストー
クス光は再び光ファイバ４に入射し、かかるストークス
光に対してこの光ファイバ共振器が高いＱ値をもつ共振
器となり、定常的にストークス光でのレーザ発振が可能
となる。
は、レンズ３′を経て可動形コーナキューブ10により反
射され、ついで偏波制御素子11により偏波制御されてか
ら、ダイクロイックミラー８に入射する。このダイクロ
イックミラー８は励起光に対しては高い反射率をもつよ
うに設定してあるが、ストークス光に対しては低い反射
率をもつように設定してある。したがって、このストー
クス光は再び光ファイバ４に入射し、かかるストークス
光に対してこの光ファイバ共振器が高いＱ値をもつ共振
器となり、定常的にストークス光でのレーザ発振が可能
となる。
このとき注意したいのは、励起パルスとストークス光パ
ルスとの同期条件であり、可動形コーナーキューブ10に
より両者が重なるようにそのタイミングを調整する。最
終的に定常発振しているストークス光パルスは、第２図
(a)に示したように、負の群速度分散域に入っているの
で、自己位相変調効果と釣り合ってソリトンパルスにな
る。すなわち、SFPMの利得を用いてソリトンレーザー発
振が行なわれていることになる。
ルスとの同期条件であり、可動形コーナーキューブ10に
より両者が重なるようにそのタイミングを調整する。最
終的に定常発振しているストークス光パルスは、第２図
(a)に示したように、負の群速度分散域に入っているの
で、自己位相変調効果と釣り合ってソリトンパルスにな
る。すなわち、SFPMの利得を用いてソリトンレーザー発
振が行なわれていることになる。
すなわち、本発明では、励起光パルスの波長を光ファイ
バ共振器を構成する光ファイバの零分散波長もしくはそ
の近傍に設定することにより、励起光，ストークス光，
および反ストークス光の群遅延時間差を小さくせしめ、
誘導四光子混合の相互作用を長くとり、かつストークス
光の波長を負の群速度分散に設定することによりソリト
ンパルスの発振を行う。
バ共振器を構成する光ファイバの零分散波長もしくはそ
の近傍に設定することにより、励起光，ストークス光，
および反ストークス光の群遅延時間差を小さくせしめ、
誘導四光子混合の相互作用を長くとり、かつストークス
光の波長を負の群速度分散に設定することによりソリト
ンパルスの発振を行う。
第３図は偏波制御素子11とコーナーキューブ10との間に
帯域制限素子12（ストークス光透過用光フィルタ）を挿
入した実施例であり、このようにすると、次のループに
ストークス光が入るときに、残りの反ストークス光と使
用済の励起光を遮断し、ストークス光のみを通過させる
ことにより雑音の少ないソリトンレーザーを構成でき
る。
帯域制限素子12（ストークス光透過用光フィルタ）を挿
入した実施例であり、このようにすると、次のループに
ストークス光が入るときに、残りの反ストークス光と使
用済の励起光を遮断し、ストークス光のみを通過させる
ことにより雑音の少ないソリトンレーザーを構成でき
る。
SFPMは材料分散，構造分散，および非線形屈折率のスト
ークスシフト量に対する位相変化量を、それぞれ、Δk
m，Δkw，ΔKSPMとするときに、それらの総合γが γ＝Δkm＋Δkw＋ΔKSPM＝０ (1) の条件のもとで、すなわち完全に位相整合がとれている
場合に、最大利得を生ずる。
ークスシフト量に対する位相変化量を、それぞれ、Δk
m，Δkw，ΔKSPMとするときに、それらの総合γが γ＝Δkm＋Δkw＋ΔKSPM＝０ (1) の条件のもとで、すなわち完全に位相整合がとれている
場合に、最大利得を生ずる。
ただし、ここで で与えられる。
ここで、na：反ストークス光の波長における光ファイバ での屈折率 ns：ストークス光の波長における光ファイバ での屈折率 np：励起光の波長における光ファイバでの屈折 率 n2：光ファイバでの非線形屈折率 Δｎ：光ファイバにおけるコアークラッドの屈
折 率差 ωａ：反ストークス光の周波数 ωｓ：ストークス光の周波数 ωｐ：励起光の周波数 ｃ：光速 ba：反ストークス光の周波数ωａにおける規 格化伝搬定数 bs：ストークス光の周波数ωｓにおける規 格化伝搬定数 bp：励起光の周波数ωｐにおける規 格化伝搬定数 Ip：励起光パワー である。
折 率差 ωａ：反ストークス光の周波数 ωｓ：ストークス光の周波数 ωｐ：励起光の周波数 ｃ：光速 ba：反ストークス光の周波数ωａにおける規 格化伝搬定数 bs：ストークス光の周波数ωｓにおける規 格化伝搬定数 bp：励起光の周波数ωｐにおける規 格化伝搬定数 Ip：励起光パワー である。
SFPMの利得ｇは３次の非線形性をＸ(3)とおくと、 と表わされる。その詳しい取扱いは中沢正隆“光ファイ
バ中の非線形光学”応用物理学会誌第56巻第10号総合報
告p.17〜40(1987)に述べられている。式(5)においてα
はファイバの構造に関係した比例定数である。この式か
ら分かるように、γ＝０すなわち位相整合が満たされた
条件のもとで ｇ＝αＸ(3)IP (6) なる利得をもつ。光ファイバ共振器において定常的なソ
リトン発振を実現するためには、光ファイバの損失を含
む共振器全体の損失をＬ、SFPMの利得をｇ、ファイバ長
をとすると、 を満たす必要がある。従って、振幅決定方程式としては 周波数決定方程式は Φ（ＩP）＝２ｍπ （ｍ＝１，２，３…）
(9) となる。式(8)において利得ｇはＩPの関数であるととも
に、ストークス光パルスの光振幅ＥSにも依存し、ＳＦ
ＰＭの利得により｜ＥS｜２すなわちストークス光強度
が増すと、励起光のDepletion（減衰）による飽和が発
生して、ｇ（｜ＥS｜２）が減少し、定常的なＥSが決定
される。一方、式(9)はストークス光の位相がＩPの関数
となっていることを示す。発振の周波数は最大利得が得
られるストークスシフトから求められ、これから式(9)
を満たすような整数ｍが決定される。
バ中の非線形光学”応用物理学会誌第56巻第10号総合報
告p.17〜40(1987)に述べられている。式(5)においてα
はファイバの構造に関係した比例定数である。この式か
ら分かるように、γ＝０すなわち位相整合が満たされた
条件のもとで ｇ＝αＸ(3)IP (6) なる利得をもつ。光ファイバ共振器において定常的なソ
リトン発振を実現するためには、光ファイバの損失を含
む共振器全体の損失をＬ、SFPMの利得をｇ、ファイバ長
をとすると、 を満たす必要がある。従って、振幅決定方程式としては 周波数決定方程式は Φ（ＩP）＝２ｍπ （ｍ＝１，２，３…）
(9) となる。式(8)において利得ｇはＩPの関数であるととも
に、ストークス光パルスの光振幅ＥSにも依存し、ＳＦ
ＰＭの利得により｜ＥS｜２すなわちストークス光強度
が増すと、励起光のDepletion（減衰）による飽和が発
生して、ｇ（｜ＥS｜２）が減少し、定常的なＥSが決定
される。一方、式(9)はストークス光の位相がＩPの関数
となっていることを示す。発振の周波数は最大利得が得
られるストークスシフトから求められ、これから式(9)
を満たすような整数ｍが決定される。
ここで注目したいのは、本発明によるソリトンレーザー
の波長可変方法である。従来のラマンソリトンレーザー
では共振器長を変化させて波長可変としていたのに対し
て、本発明では励起光の光強度を変えることのみによっ
てソリトンパルスの波長を容易に可変できる。すなわ
ち、式(4)からわかるように、励起光パワーＩPを変化さ
せると、ΔＫSPMが変化する。その結果、γ＝Δkm＋Δk
w＋ΔKSPMを零とするストークスシフト量Ωはそれに応
じて変化することになる。
の波長可変方法である。従来のラマンソリトンレーザー
では共振器長を変化させて波長可変としていたのに対し
て、本発明では励起光の光強度を変えることのみによっ
てソリトンパルスの波長を容易に可変できる。すなわ
ち、式(4)からわかるように、励起光パワーＩPを変化さ
せると、ΔＫSPMが変化する。その結果、γ＝Δkm＋Δk
w＋ΔKSPMを零とするストークスシフト量Ωはそれに応
じて変化することになる。
すなわち、本発明では、零分散波長における誘導四光子
混合のストークスシフト量の励起入力依存性を利用し
て、励起光パルスの強度を変化させることにより、ソリ
トンパルスの波長を変化させることができる。
混合のストークスシフト量の励起入力依存性を利用し
て、励起光パルスの強度を変化させることにより、ソリ
トンパルスの波長を変化させることができる。
実際にカラーセンターレーザーを用いて実験を行った結
果を第４図に示す。ここで、励起光源７からの励起光パ
ルスの波長は1.525μｍに設定し、そのパルス幅は約10p
s、繰り返し周波数は100MHz、ピーク出力は20Ｗとし
た。光ファイバ４としては、波長1.525μｍに零分散を
もつ分散シフトファイバとしてのシリカ系単一モード光
ファイバを用いた。光ファイバ共振器長は250ｍとし
た。
果を第４図に示す。ここで、励起光源７からの励起光パ
ルスの波長は1.525μｍに設定し、そのパルス幅は約10p
s、繰り返し周波数は100MHz、ピーク出力は20Ｗとし
た。光ファイバ４としては、波長1.525μｍに零分散を
もつ分散シフトファイバとしてのシリカ系単一モード光
ファイバを用いた。光ファイバ共振器長は250ｍとし
た。
第４図(a)は自己相関計で観測した本発明によるソリト
ンレーザーの発振波形であり、中央部に幅の狭いストー
クスソリトンパルスが観測された。これを拡大すると、
第４図(b)のようになり、そのパルス幅の半値全幅Δτ
FWHMは200fs(200×10-15秒)であった。そのスペクトル
を第４図(c)に示すが、中心に励起光、左側に反ストー
クス光、右側にストークス光が明瞭に観測された。スト
ークス光のスペクトル幅の半値全幅ΔνFWHMは約14nm
で、Δν・Δτの積は約0.32となりTransform Limitと
なっており、ソリトンパルスであることがわかる。
ンレーザーの発振波形であり、中央部に幅の狭いストー
クスソリトンパルスが観測された。これを拡大すると、
第４図(b)のようになり、そのパルス幅の半値全幅Δτ
FWHMは200fs(200×10-15秒)であった。そのスペクトル
を第４図(c)に示すが、中心に励起光、左側に反ストー
クス光、右側にストークス光が明瞭に観測された。スト
ークス光のスペクトル幅の半値全幅ΔνFWHMは約14nm
で、Δν・Δτの積は約0.32となりTransform Limitと
なっており、ソリトンパルスであることがわかる。
第５図の自己相関波形は、第３図に示した本発明の第２
の実施例による結果である。第４図(a)および(b)と比較
すると、ソリトンパルスが零レベルから立ち上がってお
り、より雑音の小さいソリトンレーザーとなっているこ
とがわかる。
の実施例による結果である。第４図(a)および(b)と比較
すると、ソリトンパルスが零レベルから立ち上がってお
り、より雑音の小さいソリトンレーザーとなっているこ
とがわかる。
第６図は第４図および第５図において励起入力を変化さ
せたときのソリトンパルスの出力の発振波長の変化を測
定したものであり、〇は測定結果、実線カーブは理論値
を示す。これによると、両者はよく一致しており、本発
明よりソリトンパルスの波長を可変とすることが実現さ
れていることがわかる。
せたときのソリトンパルスの出力の発振波長の変化を測
定したものであり、〇は測定結果、実線カーブは理論値
を示す。これによると、両者はよく一致しており、本発
明よりソリトンパルスの波長を可変とすることが実現さ
れていることがわかる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、単一モード光フ
ァイバもしくは偏波保持光ファイバにより光ファイバ共
振器を構成し、その光ファイバ共振器を光ファイバの零
分散波長もしくはその近傍に設定した励起光パルスによ
り同期励起することにより、すなわち、ストークス光の
光ファイバ共振器内での伝搬時間を励起光パルスの繰り
返し周期の整数倍に設定し、励起光パルスとストークス
光との同期をとって、励起光パルスにより光ファイバ共
振器を励振することによって、ストークス光および反ス
トークス光を含むSFPMを発生させ、その結果生ずるスト
ークス光において負の群速度分散と自己位相変調効果と
を釣り合わせることによりストークス光をソリトン化す
るようにしたので、光ソリトンを用いた大容量通信方式
において低雑音なソリトン光源として利用できる利点が
あり、将来の超高速光通信用光源としてきわめて有効で
ある。また、本発明により得られるソリトンパルスは高
出力超短パルスであるから、光検出器および半導体光材
料の応答特性の評価等を行なうために応用できる利点が
ある。
ァイバもしくは偏波保持光ファイバにより光ファイバ共
振器を構成し、その光ファイバ共振器を光ファイバの零
分散波長もしくはその近傍に設定した励起光パルスによ
り同期励起することにより、すなわち、ストークス光の
光ファイバ共振器内での伝搬時間を励起光パルスの繰り
返し周期の整数倍に設定し、励起光パルスとストークス
光との同期をとって、励起光パルスにより光ファイバ共
振器を励振することによって、ストークス光および反ス
トークス光を含むSFPMを発生させ、その結果生ずるスト
ークス光において負の群速度分散と自己位相変調効果と
を釣り合わせることによりストークス光をソリトン化す
るようにしたので、光ソリトンを用いた大容量通信方式
において低雑音なソリトン光源として利用できる利点が
あり、将来の超高速光通信用光源としてきわめて有効で
ある。また、本発明により得られるソリトンパルスは高
出力超短パルスであるから、光検出器および半導体光材
料の応答特性の評価等を行なうために応用できる利点が
ある。
さらにまた、本発明によれば、励起光パルスの光強度を
変化させることにより波長可変ソリトンを実現できるの
で、波長多重ソリトン用光源を構成するのにも利用でき
る。
変化させることにより波長可変ソリトンを実現できるの
で、波長多重ソリトン用光源を構成するのにも利用でき
る。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、 第２図(a)〜(c)は本発明における群遅延の大小について
の説明図、 第３図は本発明の第２の実施例を示す構成図、 第４図(a)および(b)は第１図に示した本発明実施例の構
成による実時間波長を示す波形図、 第４図(c)は第１図に示した本発明実施例の構成による
スペクトルを示す図、 第５図は第３図に示した本発明の第２の実施例により得
られた低雑音光ソリトンの自己相関波形を示す波形図、 第６図は励起光強度を変化させることによりソリトンレ
ーザーの波長を可変させたときの測定結果を示す特性
図、 第７図はカラーセンターレーザーを用いた従来のソリト
ンレーザーの構成図、 第８図および第９図は、それぞれ、従来の直線共振器お
よびリング共振器形のファイバラマンソリトンレーザー
の各例を示す構成図である。 １……YAGレーザー光源、 ２，２′……レーザー鏡、 ３……結合用レンズ、 ４……単一モード光ファイバもしくは偏波保持光ファイ
バ、 ５……カラーセンターレーザー結晶、 ６……ソリトン出力用半透過鏡、 ７……モード同期レーザー光源、 ８……励起光とストークス光との分離用ダイクロイック
ミラー、 ９……光アイソレータ、 10……可動型コーナーキューブ、 11……偏波制御素子、 12……帯域制限用光フィルタ。
の説明図、 第３図は本発明の第２の実施例を示す構成図、 第４図(a)および(b)は第１図に示した本発明実施例の構
成による実時間波長を示す波形図、 第４図(c)は第１図に示した本発明実施例の構成による
スペクトルを示す図、 第５図は第３図に示した本発明の第２の実施例により得
られた低雑音光ソリトンの自己相関波形を示す波形図、 第６図は励起光強度を変化させることによりソリトンレ
ーザーの波長を可変させたときの測定結果を示す特性
図、 第７図はカラーセンターレーザーを用いた従来のソリト
ンレーザーの構成図、 第８図および第９図は、それぞれ、従来の直線共振器お
よびリング共振器形のファイバラマンソリトンレーザー
の各例を示す構成図である。 １……YAGレーザー光源、 ２，２′……レーザー鏡、 ３……結合用レンズ、 ４……単一モード光ファイバもしくは偏波保持光ファイ
バ、 ５……カラーセンターレーザー結晶、 ６……ソリトン出力用半透過鏡、 ７……モード同期レーザー光源、 ８……励起光とストークス光との分離用ダイクロイック
ミラー、 ９……光アイソレータ、 10……可動型コーナーキューブ、 11……偏波制御素子、 12……帯域制限用光フィルタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/094 3/10 Ｃ 8934−4Ｍ
Claims (3)
- 【請求項１】光ファイバにより光ファイバ共振器を構成
し、該光ファイバ共振器に、該光ファイバ共振器を構成
する光ファイバの零分散波長にほぼ等しい波長をもつ励
起光パルスを導き、前記光ファイバから取り出されるス
トークス光の前記光ファイバ共振器内での伝搬時間を励
起光パルスのパルス繰り返し周期の整数倍に設定して、
前記励起光パルスと前記ストークス光とを同期させて、
その同期状態の下で前記光ファイバ共振器を前記励起光
パルスにより励振してストークス光および反ストークス
光を含む誘導四光子混合を発生させることにより、前記
ストークス光を有効に増幅してそのエネルギーを増加さ
せて前記光ファイバ共振器において自己位相変調効果を
誘起させ、前記ストークス光における当該自己位相変調
効果と負の群速度分散とを釣り合わせることによりソリ
トンパルスを発生することを特徴とするソリトンレーザ
ー発振方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記励起
光パルスの強度を可変とすることにより、前記ソリトン
パルスの波長を変化させることを特徴とするソリトンレ
ーザー発振方法。 - 【請求項３】光ファイバを有する光ファイバ共振器と、 波長1.0〜1.6μｍ帯において前記光ファイバの零分散波
長にほぼ等しい波長の光パルスを発生させるレーザー光
源と、 前記光パルスを励起光パルスとして前記光ファイバに導
く手段と、 前記光ファイバから取り出されるストークス光を前記光
ファイバに入射させる手段と を具え、前記光ファイバから取り出されるストークス光
の前記光ファイバ共振器内での伝搬時間を励起光パルス
のパルス繰り返し周期の整数倍に設定して、前記励起光
パルスと前記ストークス光とを同期させて、その同期状
態の下で前記光ファイバ共振器を前記励起光パルスによ
り励振してストークス光および反ストークス光を含む誘
導四光子混合を発生させ、その誘導四光子混合によって
生ずるストークス光の負の群速度分散と前記光ファイバ
共振器における自己位相変調効果とを釣り合わせること
によって、前記光ファイバ共振器から光ソリトンを発生
させるようにしたことを特徴とするソリトンレーザー発
振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63180211A JPH0654827B2 (ja) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | ソリトンレーザ発振方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63180211A JPH0654827B2 (ja) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | ソリトンレーザ発振方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0231489A JPH0231489A (ja) | 1990-02-01 |
| JPH0654827B2 true JPH0654827B2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=16079341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63180211A Expired - Fee Related JPH0654827B2 (ja) | 1988-07-21 | 1988-07-21 | ソリトンレーザ発振方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0654827B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10386247B2 (en) * | 2016-09-29 | 2019-08-20 | Ofs Fitel, Llc | Extending a range of an optical fiber distributed sensing system |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5386314A (en) * | 1993-09-10 | 1995-01-31 | At&T Corp. | Polarization-insensitive optical four-photon mixer with orthogonally-polarized pump signals |
| JP4923300B2 (ja) * | 2006-08-31 | 2012-04-25 | 株式会社前川製作所 | 茶葉の保管方法及び装置 |
-
1988
- 1988-07-21 JP JP63180211A patent/JPH0654827B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10386247B2 (en) * | 2016-09-29 | 2019-08-20 | Ofs Fitel, Llc | Extending a range of an optical fiber distributed sensing system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0231489A (ja) | 1990-02-01 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |