JPH0795618B2 - 光フアイバラマンソリトンレ−ザ - Google Patents

光フアイバラマンソリトンレ−ザ

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JPH0795618B2
JPH0795618B2 JP62033512A JP3351287A JPH0795618B2 JP H0795618 B2 JPH0795618 B2 JP H0795618B2 JP 62033512 A JP62033512 A JP 62033512A JP 3351287 A JP3351287 A JP 3351287A JP H0795618 B2 JPH0795618 B2 JP H0795618B2
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light
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optical fiber
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恵之 青海
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES 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
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30Lasers, 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
    • H01S3/302Lasers, 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 in an optical fibre

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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、光パルス幅が数ピコ秒以下であって、高速度
の光通信に適用しうる光ソリトンを発生する光ファイバ
ラマンソリトンレーザに関するものである。
[従来の技術] この種の光ファイバラマンソリトンレーザの基本構成は
既に文献に述べられている(たとえば、中沢,“ソリ
トン・レーザ",固体物理,Vol.21,No.9,pp.47−57(198
6),M.N.Islam,L.F.Mollenauer,“Fiber raman ampl
ification soliton laser,"XIV Inter−national Confe
rence on Quantum Electronics,Digest of Technical P
apers,TUHH1,San Fran−cisco.,1986参照)。
まず、光ソリトンについて概説する。
光パルスの時間幅(以下パルス幅という)が1ピコ秒程
度以下で、尖頭値が10mW以下程度の光パルスが光ファイ
バ中を伝搬すると、一般にパルス幅は大きくなる。この
原因は、光の伝搬速度が光の波長に依存する、いわゆる
群速度分散の効果によるものである。光源から発せられ
る光がパルス状であると、理想的な光源であっても側帯
波が生じるので、この影響を避けられない。伝搬する光
の強度が例えば尖頭値で100mW程度以上に大きくなる
と、光ファイバにおける光が通過する部分(コアとい
う)の屈折率が光強度の関数となり(光カー効果とい
う)、前記の光パルスの伝搬とは異なった伝搬をする。
光カー効果は、光パルスの立ち上がり部分の光の波長を
長波長側に、また光パルスの立ち下がり部分の光の波長
を短波長側にシフトさせる作用をもち、光の自己位相変
調と呼ばれている。石英系光ファイバは通常1.3μm帯
において群速度分散が零となり、それより長波長側は異
常分散領域と呼ばれ、この領域では波長が長い程伝搬速
度は遅くなる。以上のことから、異常分散領域で強い光
パルスが伝搬していると自己位相変調効果と群速度分散
がつり合ってパルス幅が変化しない光パルスの存在が理
解できる。このような光パルスを光ソリトンと呼んでお
り、時間波形はセコンドハイパブリック(sech)の形を
していることが知られている。
つぎに、誘導ラマン散乱について概説する。
光ファイバ中を尖頭値強度1W程度以上の光パルスや連続
光が入射して伝搬すると、光ファイバ中に入射した光の
周波数とは異なる光が発生する。これは光ファイバを構
成する格子の固有振動で入射光が変調されるためであ
る。光強度が大きいと、変調されて発生した光が格子の
振動に寄与するようになり、発振状態に到る。新たに発
生する光は、光ファイバの場合は波長が入射光の波長よ
り長く、ストークス光と呼ばれる。この状態では光ファ
イバはストークス波長で利得をもつ媒体と等価である。
ここで、従来の光ファイバラマンソリトンレーザの基本
構成図を第2図に示す。
第2図において、11は光パルス列を発生する励起光源、
12は光の結合器としてのダイクロイックミラー、13は光
ファイバ、14,15および16はレンズ、17,18,19および110
は光線である。
ここで、光の伝搬経路は、光ファイバ13とレンズ26およ
び27とダイクロイックミラー12とで光閉ループを形成す
る。このダイクロイックミラー12は、かかる光閉ループ
に光を入射し、あるいはこの光閉ループから光を取り出
す光結合器である。
励起光源からは、一定時間間隔で光パルスを生起させ、
その光パルスの列を光結合器としてのダイクロイックミ
ラー12を介して光閉ループに入射させる。光閉ループ中
の光ファイバ12には、その入射した光パルスによって誘
導ラマン散乱光パルスが発生する。ここで、この誘導ラ
マン散乱パルス光が光ファイバ12を伝搬してダイクロイ
ックミラー12に到達するのと同時に、他の光パルスがこ
のダイクロイックミラー12に入射するように、光閉ルー
プの光路長を調節しておく。
第2図において、励起光源11はカラーセンタレーザであ
り、パルス幅10ピコ秒程度,尖頭値100W程度のパルス出
力光を発生する。この出力光の波長は可変であるが、例
えば1.45μmである。ダイクロイックミラー12は波長1.
45μmでは反射し、波長1.55μmでは30%反射する波長
依存生を持っている。励起光源11からの出力光線17はレ
ンズ14によりダイクロイックミラー12に導かれ、ここで
の反射光線19はレンズ15を介して光ファイバ13に導かれ
る。
光ファイバ13は長さ500mの単一モード偏波保持ファイバ
であり、1.3μm付近に零分散波長をもつ。前述の励起
光源11からの光パルスが光ファイバ13を伝搬すると、自
己位相変調効果と誘導ラマン散乱が生ずるが、パルス幅
が広いため、自己位相変調効果は小さい。励起光とスト
ークス光は光ファイバ13を伝搬し、レンズ16により集光
して得た光線110が再びダイクロイックミラー12に入射
する。このミラー12で励起光は反射し、光線18として光
学系の外部に放出されるが、ストークス光のかなりの部
分はミラー12からレンズ15を介して光ファイバ13に再入
射する。この再入射と同時に励起光源11からの他の光パ
ルスが入射するように、励起光源の光パルス励起速度あ
るいは光路長を調節しておくことによって、ストークス
光は光ファイバ13を伝搬するとともに励起光によって増
幅される。
定常状態では励起光源11の強度や光学系の光損失,光学
系の光路長で決まるパルス幅や強度のストークス光パル
ス列をダイクロイックミラー12を通して光学系外に取り
出し得る。光ファイバ13中のストークス光の強度が大き
くなって自己位相変調効果をひき起こし、群速度分散の
効果とつり合う程度になれば、ストークス光は前述の光
ソリトンとなる。誘導ラマン散乱の利得帯域幅は数10nm
におよぶ程広く、また波長によって伝搬速度が異なるた
め、光路長を変調させることによる、光ソリトンの波長
を可変することができる。
従来の光ファイバラマンソリトンレーザでは、光ファイ
バはGeO2ドープ石英コアまたは純石英コアをもつ光ファ
イバであるので、ストークス光は長波長側に約450cm-1
シフトする(シフト量は波長の逆数の下で表わされ、単
位cm-1をカイザと呼ぶ)。
[発明が解決しようとする問題点] 一方、石英系光ファイバの最低損失波長は1.55μm付近
にあるため、この波長でストークス光を得るためには、
励起光源波長としては1.45μm程度が必要である。この
ような発振波長をもつ励起光源としてはカラーセンタレ
ーザがあるのみであるが、かかるカラーセンタレーザを
用いて光ファイバラマンソリトンを発生させるために
は、一般には入手不可能な特殊なレーザ用結晶が必要で
あり、しかもまた、かかるカラーセンタレーザであって
出力が小さく波長可変範囲も小さいという欠点を有す
る。
そこで、本発明の目的は、石英系光ファイバの最低光損
失帯である1.6μm帯で大きい出力をもつ光ファイバラ
マンソリトンレーザを提供することにある。
[問題点を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明は、光の伝搬
経路が光閉ループを成し、光閉ループは光ファイバと当
該光閉ループに光を入射しあるいは当該光閉ループから
光を取り出すための光結合器を含み、光源から一定時間
間隔で光パルスを発生させ、その光パルス列を光結合器
から光閉ループに入射させ、その入射した光パルスによ
り光ファイバ中で誘導ラマン散乱光パルスを発生させ、
誘導ラマン散乱光パルスが光閉ループ内を伝搬して光結
合部に到達するのと同時に、光パルス列の他の1つの光
パルスが光結合部に入射するように光閉ループの光路長
を調節した光ファイバラマンソリトンレーザにおいて、
光源はエルビュームレーザであり、光ファイバのコアに
GeO2,SiO2およびFの少なくとも一つを含むことを特徴
とする。
[作 用] 従来の技術では、励起光源としては特殊な結晶を用いる
カラーセンタレーザを用いているが、カラーセンタレー
ザはYAGレーザを励起光源としているので、YAGレーザの
出力の数分の1の出力しか得られない欠点がある。これ
に対し、本発明では、励起光源としてエルビュームレー
ザを用い、かつ光ファイバのコアにGeO2,SiO2およびF
の少なくとも一つをドープしている。エルビュームレー
ザは発振波長が1.54μm近傍にあり、出力もYAGレーザ
程度であるため、このエルビュームレーザと例えばGeO2
ドープ石英コアまたは純石英コアファイバとを組み合わ
せることによって、1.65μm近傍にストークス光が得ら
れる。石英系光ファイバは1.65μmでも十分低損失であ
るので、このようにエルビュームレーザを用いる場合
に、本発明は十分に高い実用的な利用価値をもつ。
[実施例] 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の実施例の基本構成であって、ここで、
21は励起光源としてのエルビュームレーザであり、その
発振波長は1.54μm近傍である。22は光パルス圧縮器で
ある。この光パルス圧縮器22は零分散が励起光源波長以
上にある光ファイバと格子ペア等による逆分散媒質で構
成できる。なお、エルビュームレーザのモードロック出
力のパルス幅が30ピコ秒以下であれば、かかる光パルス
圧縮器22は不要であるが、100ピコ秒程度での場合には
必要である。23はダイクロックミラーであって、波長1.
6μm以下では光を反射し、波長1.6μm以上の光は30%
以下の割合で反射させる反射特性を有するものを用いる
のが好適である。24は光ファイバであり、そのコアには
GeO2またはSiO2またはFが10モル%以上含まれている。
25,26および27は、それぞれ、光パルス圧縮器22とダイ
クロイックミラー23、ダイクロイックミラー23と光ファ
イバ24の両端面の各間に配置されたレンズである。
ここで、光の伝搬経路が光閉ループを成し、その光閉ル
ープは、光ファイバ24とその光閉ループに光を入射しあ
るいはその光閉ループから光を取り出すためのレンズ2
6,27および光結合器としてのダイクロイックミラー23と
を含む。励起光源21からは、一定時間間隔で光パルスを
発生し、その光パルス列を光結合器23から光閉ループに
入射させ、その入射した光パルスにより光フィアバ24中
で誘導ラマン散乱光パルスを発生させる。この誘導ラマ
ン散乱光パルスは、光閉ループ内を伝搬して、光結合部
23に到達する。それと同時に、光パルス列の他の1つの
光パルスが光結合部23に入射するように光閉ループの光
路長をあらかじめ調節しておく。
励起光源21からの光が光ファイバ24に入射すると、励起
光強度は誘導ラマン散乱のしきい値より十分大きいので
ストークス光が発生し、この光ファイバ24中を伝搬す
る。光パルスの尖頭値としては数kW以上が容易に得られ
る。
この光ファイバ24のコアにはGeO2,SiO2またはFが存在
し、GeO2,SiO2またはFによるストークス光は約450cm-1
だけ波長がシフトする。このような光ファイバに波長1.
54μmのエルビュームレーザからの出力光を入射し、そ
の入射光強度を増加していくと、光ファイバの出射端で
ストークス光が観測される。
第1図において、光ファイバ24を伝搬してきたストーク
ス光は波長が約1.66μmであり、ダイクロイックミラー
23で一部は反射し、残りは再度光ファイバ24に入射す
る。このとき、同時に励起光源21からの光パルスが光フ
ァイバ24に入射し、ストークス光はさらに増幅される。
このような動作により、GeO2,SiO2またはFによるスト
ークス光パワーは定常状態で位相変調効果をひき起こす
のに十分な強度となり、ダイクロイックミラー23から光
ソリトンとして波長1.66μm光パルスを取り出すことが
できる。
以上の説明では、コアにGeO2,SiO2またはFを含んだ例
を示したが、これら材料が複数種類含まれていても同様
に作用するものである。
[発明の効果] 以上説明したように、光ファイバラマンソリトンレーザ
において、本発明によれば、励起光源と光ファイバとを
適切に組み合せることにより、石英系光ファイバの最低
損失帯である1.6μm帯において高出力な光ソリトンを
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明光ファイバラマンソリトンレーザの実施
例を示す構成図、 第2図は従来例を示す構成図である。 11……励起光源となるカラーセンタレーザ、 12……光結合器となるダイクロイックミラー、 13……1.3μm付近に零分散波長をもつ光ファイバ、 14,15,16……レンズ、 17,18,19,110……光線、 21……エルビュームレーザ、 22……光パルス圧縮器、 23……ダイクロイックミラー、 24……光ファイバ、 25,26,27……レンズ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光の伝搬経路が光閉ループを成し、該光閉
    ループは光ファイバと当該光閉ループに光を入射しある
    いは当該光閉ループから光を取り出すための光結合器を
    含み、光源から一定時間間隔で光パルスを発生させ、そ
    の光パルス列を前記光結合器から前記光閉ループに入射
    させ、その入射した光パルスにより前記光ファイバ中で
    誘導ラマン散乱光パルスを発生させ、該誘導ラマン散乱
    光パルスが前記光閉ループ内を伝搬して前記光結合部に
    到達するのと同時に、前記光パルス列の他の1つの光パ
    ルスが前記光結合部に入射するように前記光閉ループの
    光路長を調節した光ファイバラマンソリトンレーザにお
    いて、前記光源はエルビュームレーザであり、前記光フ
    ァイバのコアにGeO2,SiO2およびFの少くとも一つを含
    むことを特徴とする光ファイバラマンソリトンレーザ。
JP62033512A 1987-02-18 1987-02-18 光フアイバラマンソリトンレ−ザ Expired - Lifetime JPH0795618B2 (ja)

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