JPH08171103A - 周波数チャープ制御・補償装置および制御・補償方法 - Google Patents
周波数チャープ制御・補償装置および制御・補償方法Info
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- JPH08171103A JPH08171103A JP7243182A JP24318295A JPH08171103A JP H08171103 A JPH08171103 A JP H08171103A JP 7243182 A JP7243182 A JP 7243182A JP 24318295 A JP24318295 A JP 24318295A JP H08171103 A JPH08171103 A JP H08171103A
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- chirp
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の主たる課題は、高速チューニングさ
れたレーザーの非線形周波数チャープを補償する新技術
（装置および方法）を提示することである。 【解決手段】 波長チューナブル・レーザー１０の光学
経路内に配設されており、少なくとも一次の周波数チャ
ープを補償するように設計されているチャープ・プロフ
ァイルをもつブラッグ格子１１を、少なくとも一つは含
んでいることを特徴とする光学的手段である周波数チャ
ープ制御・補償用の装置およびその方法。前記周波数チ
ャープをブラッグ格子１１で補償することにより、波長
チューナブル・レーザー１０から広帯域超短パルス列を
生成することができる。
れたレーザーの非線形周波数チャープを補償する新技術
（装置および方法）を提示することである。 【解決手段】 波長チューナブル・レーザー１０の光学
経路内に配設されており、少なくとも一次の周波数チャ
ープを補償するように設計されているチャープ・プロフ
ァイルをもつブラッグ格子１１を、少なくとも一つは含
んでいることを特徴とする光学的手段である周波数チャ
ープ制御・補償用の装置およびその方法。前記周波数チ
ャープをブラッグ格子１１で補償することにより、波長
チューナブル・レーザー１０から広帯域超短パルス列を
生成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光信号に含まれる
高次のチャープの非線形性を制御および補償するための
装置と方法とに関し、光信号処理の技術分野に属する。
高次のチャープの非線形性を制御および補償するための
装置と方法とに関し、光信号処理の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】帯域幅が限定されたパルスは、所定のス
ペクトラムにおける最短のパルスであり、そのスペクト
ラムの全ての成分が時間軸上でオーバラップしている
（位相が同じである）ことに特徴がある。帯域幅限定パ
ルスの持続時間Δτは、その周波数スペクトラムの幅Δ
ｖに反比例している（ Δτ∝１／Δｖ ）。
ペクトラムにおける最短のパルスであり、そのスペクト
ラムの全ての成分が時間軸上でオーバラップしている
（位相が同じである）ことに特徴がある。帯域幅限定パ
ルスの持続時間Δτは、その周波数スペクトラムの幅Δ
ｖに反比例している（ Δτ∝１／Δｖ ）。
【０００３】逆に、帯域幅が限定されていないパルス
は、周波数チャープをもつ。帯域幅限定パルスを得るた
めには、この周波数チャープが補償される必要がある。
既存の補償技術は、主としてモードロック・レーザーか
らのパルスを扱うものである。モードロック・レーザー
・システムにおいては、レーザー・キャビティーの中ま
たは外に設けられた分散遅延ラインを用いてチャープの
制御と補償とを行っている。この用途では、プリズム、
回折格子、ギヤス・トールニス(Gires-Tournois)干渉
計、または多層ミラーが、レーザー・キャビティーの内
部や外部に設けられている。
は、周波数チャープをもつ。帯域幅限定パルスを得るた
めには、この周波数チャープが補償される必要がある。
既存の補償技術は、主としてモードロック・レーザーか
らのパルスを扱うものである。モードロック・レーザー
・システムにおいては、レーザー・キャビティーの中ま
たは外に設けられた分散遅延ラインを用いてチャープの
制御と補償とを行っている。この用途では、プリズム、
回折格子、ギヤス・トールニス(Gires-Tournois)干渉
計、または多層ミラーが、レーザー・キャビティーの内
部や外部に設けられている。
【０００４】チャープ補償の一例がフォークらの文献
（ Fork et al., Opt. Lett. 12, 483(1987) ）に報告
されている。ここでは、線型および二次の周波数チャー
プを補償するために、一次の分散が１０００ｆｓ2 程
度、二次の分散が１０００ｆｓ3程度のレーザーの外側
に配設された一対の回折格子および四つのプリズムが使
われた。
（ Fork et al., Opt. Lett. 12, 483(1987) ）に報告
されている。ここでは、線型および二次の周波数チャー
プを補償するために、一次の分散が１０００ｆｓ2 程
度、二次の分散が１０００ｆｓ3程度のレーザーの外側
に配設された一対の回折格子および四つのプリズムが使
われた。
【０００５】もう一つの例としては、スティングルらの
文献（ A.Stingl et al., Opt. Lett. 19, 204 (1994)
）に報告されたものがある。これは、モードロック・
Ｔｉ：サファイヤ・レーザーのキャビティーの内側で周
波数チャープの補償を行うために、特別に設計された多
層ミラーを用いるものである。こうすると、一次のチャ
ープを除去することが可能になる。この際の分散の大き
さは、５０ｆｓ2 程度であり、これは、スペクトルの広
がりが６０ｎｍを越える（持続時間）１４ｆｓ未満の帯
域幅限定パルスを実現するのに十分である。
文献（ A.Stingl et al., Opt. Lett. 19, 204 (1994)
）に報告されたものがある。これは、モードロック・
Ｔｉ：サファイヤ・レーザーのキャビティーの内側で周
波数チャープの補償を行うために、特別に設計された多
層ミラーを用いるものである。こうすると、一次のチャ
ープを除去することが可能になる。この際の分散の大き
さは、５０ｆｓ2 程度であり、これは、スペクトルの広
がりが６０ｎｍを越える（持続時間）１４ｆｓ未満の帯
域幅限定パルスを実現するのに十分である。
【０００６】これらの技術の本質的な成果は、最短の光
パルスの生成であった。同光パルスは、６〜１０ｆｓの
長さであり、光の（波動の）ほんの２〜３周期分の長さ
にしか過ぎない。ガルバナスカスらの三つの文献（ Gal
vanauskas et al., El. Lett. 27, 2394(1991) / Galva
nauskas et al., Appl. Phys. Lett. 63, 1742(1993) /
Galvanauskas et al., Opt. Lett. 19, 1043 (1994)）
に、小型チューナブル・レーザーの最近の発達により、
新しい短パルス生成技術の発達が促された旨、記載され
ている。ここで、小型チューナブル・レーザーとは、例
えば、三セクション分散ブラッグ反射、三セクション分
散フィードバック、チューナブル・ツイン・ガイド（導
波路の一種）、垂直カップラー、カップルド・キャビテ
ィー・レーザー・ダイオード、その他を指す。この技術
（新しい短パルス生成技術）は、チューナブル・レーザ
ーの放射波長の高速チューニングを、広い帯域幅のパル
スを得るために使用している。この広帯域幅パルスは、
超短持続時間に圧縮変換されるべきものである。この技
術を用いているシステムは、ロバスト性、小型、高信頼
性などの特性をもち、任意のパルス反復率で高パルスエ
ネルギーを発揮できる上に、比較的安価である。それゆ
え、このシステムは利点が大きく、在来のモードロック
・レーザーにとって代わるものと目されている。
パルスの生成であった。同光パルスは、６〜１０ｆｓの
長さであり、光の（波動の）ほんの２〜３周期分の長さ
にしか過ぎない。ガルバナスカスらの三つの文献（ Gal
vanauskas et al., El. Lett. 27, 2394(1991) / Galva
nauskas et al., Appl. Phys. Lett. 63, 1742(1993) /
Galvanauskas et al., Opt. Lett. 19, 1043 (1994)）
に、小型チューナブル・レーザーの最近の発達により、
新しい短パルス生成技術の発達が促された旨、記載され
ている。ここで、小型チューナブル・レーザーとは、例
えば、三セクション分散ブラッグ反射、三セクション分
散フィードバック、チューナブル・ツイン・ガイド（導
波路の一種）、垂直カップラー、カップルド・キャビテ
ィー・レーザー・ダイオード、その他を指す。この技術
（新しい短パルス生成技術）は、チューナブル・レーザ
ーの放射波長の高速チューニングを、広い帯域幅のパル
スを得るために使用している。この広帯域幅パルスは、
超短持続時間に圧縮変換されるべきものである。この技
術を用いているシステムは、ロバスト性、小型、高信頼
性などの特性をもち、任意のパルス反復率で高パルスエ
ネルギーを発揮できる上に、比較的安価である。それゆ
え、このシステムは利点が大きく、在来のモードロック
・レーザーにとって代わるものと目されている。
【０００７】これまでに実演されている連続チューニン
グの帯域幅は、１０ｎｍ程度である。しかし、チューニ
ング・レンジの可能性としては、レーザー媒体のゲイン
帯域と同程度の広さまでのレンジが得られるはずであ
り、１００ｎｍを越える可能性もある。このレンジは、
帯域幅が限定された１００ｆｓ未満の持続時間と対応し
ている。
グの帯域幅は、１０ｎｍ程度である。しかし、チューニ
ング・レンジの可能性としては、レーザー媒体のゲイン
帯域と同程度の広さまでのレンジが得られるはずであ
り、１００ｎｍを越える可能性もある。このレンジは、
帯域幅が限定された１００ｆｓ未満の持続時間と対応し
ている。
【０００８】上記の広いチューニング・レンジの可能性
は、未だ十分には実用化されていない。これは、チュー
ナブル・レーザーから得られるパルスのチャープ非線形
性が高いせいであり、在来の技術ではこのようなチャー
プを補償することができなかったのである。ガルバナス
カスらの文献（ Galvanauskas et al., Opt. Lett. 19,
1043 (1994)前出）には、実験的に次のことが提示され
ている。すなわち、三セクションＤＢＲレーザー・ダイ
オードおよび一対の回折格子を使用して、ほんの１〜２
ｎｍの帯域幅のパルスしか、帯域幅の制限（２ｐｓ程度
のパルス持続時間）内に圧縮し切ることができない。非
線形圧縮器を付加すれば、上記パルスはさらに短くされ
て２３０ｆｓまで縮まるが、パルスの質は劣化し、裾が
広い台形状になり、衛星のようなパルスが現れてしま
う。
は、未だ十分には実用化されていない。これは、チュー
ナブル・レーザーから得られるパルスのチャープ非線形
性が高いせいであり、在来の技術ではこのようなチャー
プを補償することができなかったのである。ガルバナス
カスらの文献（ Galvanauskas et al., Opt. Lett. 19,
1043 (1994)前出）には、実験的に次のことが提示され
ている。すなわち、三セクションＤＢＲレーザー・ダイ
オードおよび一対の回折格子を使用して、ほんの１〜２
ｎｍの帯域幅のパルスしか、帯域幅の制限（２ｐｓ程度
のパルス持続時間）内に圧縮し切ることができない。非
線形圧縮器を付加すれば、上記パルスはさらに短くされ
て２３０ｆｓまで縮まるが、パルスの質は劣化し、裾が
広い台形状になり、衛星のようなパルスが現れてしま
う。
【０００９】（高速チューニング技術とチャープ非線形
性）高速チューニング技術によれば、図１に示すよう
に、チャープ・パルスはチューナブル・レーザーから直
接生成され、レーザー・キャビティーの外で圧縮され
る。一般に、連続チューナブル・レーザーには、ゲイン
・エレメント、放射周波数をシフトさせるフェーズ・モ
デュレーター、およびキャビティー内で長手方向の単一
モードのみを通すチューナブル狭帯域フィルターが含ま
れている。
性）高速チューニング技術によれば、図１に示すよう
に、チャープ・パルスはチューナブル・レーザーから直
接生成され、レーザー・キャビティーの外で圧縮され
る。一般に、連続チューナブル・レーザーには、ゲイン
・エレメント、放射周波数をシフトさせるフェーズ・モ
デュレーター、およびキャビティー内で長手方向の単一
モードのみを通すチューナブル狭帯域フィルターが含ま
れている。
【００１０】高速チューニングを達成するためには、レ
ーザー・キャビティーは十分に短くあるべきであり、フ
ェーズ・モデュレーターおよびチューナブル・フィルタ
ーの速度は十分に高くあるべきである。分散遅延ライン
（例えば回折格子や標準光ファイバ）による圧縮を容易
にするために、チャープ持続時間が１ｎｓ程度にするこ
ともできる。この程度の速度であれば、電気適な手段
（ Galvanauskas et al., Appl. Phys. Lett. 63, 1742
(1993)参照）で達成することができる。
ーザー・キャビティーは十分に短くあるべきであり、フ
ェーズ・モデュレーターおよびチューナブル・フィルタ
ーの速度は十分に高くあるべきである。分散遅延ライン
（例えば回折格子や標準光ファイバ）による圧縮を容易
にするために、チャープ持続時間が１ｎｓ程度にするこ
ともできる。この程度の速度であれば、電気適な手段
（ Galvanauskas et al., Appl. Phys. Lett. 63, 1742
(1993)参照）で達成することができる。
【００１１】三セクション・チューナブル・レーザー・
ダイオードの一例を、図２に示す。図３〜図７に示すよ
うなチューナブル構造も実現可能である。これらは、互
いに三つの基本コンポーネントの組み合わせ方が異なっ
ている。今のところ、高速波長チューニングができる構
造は、全て半導体レーザー・ダイオードである。波長チ
ューニングは、キャリヤ・コンセントレーションの変化
または電気光学効果の利用により、半導体材料の屈折率
を変更して行われている。
ダイオードの一例を、図２に示す。図３〜図７に示すよ
うなチューナブル構造も実現可能である。これらは、互
いに三つの基本コンポーネントの組み合わせ方が異なっ
ている。今のところ、高速波長チューニングができる構
造は、全て半導体レーザー・ダイオードである。波長チ
ューニングは、キャリヤ・コンセントレーションの変化
または電気光学効果の利用により、半導体材料の屈折率
を変更して行われている。
【００１２】原則として、他の型式のチューナブルな小
型レーザー構造もまた、集積電気光学技術、キャリヤ注
入技術、または他の電気的に制御された変調器（モデュ
レータ）および濾波器（フィルタ）を使用して開発する
ことが可能である。同小型レーザー構造としては、例え
ば、短キャビティー・ファイバー・レーザー、導波路
（ウェーブガイド）レーザー、および小型ソリッドステ
ート・レーザーなどがある。
型レーザー構造もまた、集積電気光学技術、キャリヤ注
入技術、または他の電気的に制御された変調器（モデュ
レータ）および濾波器（フィルタ）を使用して開発する
ことが可能である。同小型レーザー構造としては、例え
ば、短キャビティー・ファイバー・レーザー、導波路
（ウェーブガイド）レーザー、および小型ソリッドステ
ート・レーザーなどがある。
【００１３】チャープの非線形性を定義すると便利であ
る。チャープ・パルスの瞬間の周波数は、次のべき級数
に展開される。
る。チャープ・パルスの瞬間の周波数は、次のべき級数
に展開される。
【００１４】
【数１】 ω（ｔ）＝ω0 ＋ω1 ｔ＋ω2 ｔ2 ＋ω3 ｔ3 ＋・・・ ここで、ω0 は当該パルスの中心周波数であり、帯域幅
の限定されたパルスでは、ω（ｔ）＝ω0 となるはずで
ある。その他の各項は、一次、二次および高次の周波数
チャープにそれぞれ対応しており、帯域幅の限定された
パルスでは存在しないはずである。
の限定されたパルスでは、ω（ｔ）＝ω0 となるはずで
ある。その他の各項は、一次、二次および高次の周波数
チャープにそれぞれ対応しており、帯域幅の限定された
パルスでは存在しないはずである。
【００１５】高速チューニングにより生成されたチャー
プ・パルスが、数１の展開式において線形項 ω1 ｔ
のみをもつ場合には、どの線形分散遅延ラインを用いて
も容易に帯域幅の限定されたパルスが得られる。しかし
ながら、チューナブル・レーザーのキャビティーの内部
の幾つものプロセスを経るうちに、高次のチャープ項が
加わり、通常、普通の手段では補償できないまでに高次
の項が大きくなってしまう。
プ・パルスが、数１の展開式において線形項 ω1 ｔ
のみをもつ場合には、どの線形分散遅延ラインを用いて
も容易に帯域幅の限定されたパルスが得られる。しかし
ながら、チューナブル・レーザーのキャビティーの内部
の幾つものプロセスを経るうちに、高次のチャープ項が
加わり、通常、普通の手段では補償できないまでに高次
の項が大きくなってしまう。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、高速チューニングされたレーザーの非線形周波数チ
ャープを補償する新技術（装置および方法）を提示する
ことである。
は、高速チューニングされたレーザーの非線形周波数チ
ャープを補償する新技術（装置および方法）を提示する
ことである。
【００１７】
（装置発明）本発明の第１構成は、波長チューナブル・
レーザーの光学経路内に配設されており、少なくとも一
次の周波数チャープを補償するように設計されているチ
ャープ・プロファイルをもつブラッグ格子を、少なくと
も一つは含んでいることを特徴とする光学的手段であっ
て、前記周波数チャープを補償することにより、前記波
長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生
成する周波数チャープ制御・補償装置である。
レーザーの光学経路内に配設されており、少なくとも一
次の周波数チャープを補償するように設計されているチ
ャープ・プロファイルをもつブラッグ格子を、少なくと
も一つは含んでいることを特徴とする光学的手段であっ
て、前記周波数チャープを補償することにより、前記波
長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生
成する周波数チャープ制御・補償装置である。
【００１８】本発明の第２構成は、上記第１構成におい
て、前記光学的手段は、直列に配設されている複数のチ
ャープ・ブラッグ格子を含み、該ブラッグ格子のそれぞ
れが、互いに異なる次数の周波数チャープを補償するよ
うに設計されていることを特徴とする。本発明の第３構
成は、上記第１構成において、前記光学的手段は、イン
ファイバー・チャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つ
は含んでいることを特徴とする。
て、前記光学的手段は、直列に配設されている複数のチ
ャープ・ブラッグ格子を含み、該ブラッグ格子のそれぞ
れが、互いに異なる次数の周波数チャープを補償するよ
うに設計されていることを特徴とする。本発明の第３構
成は、上記第１構成において、前記光学的手段は、イン
ファイバー・チャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つ
は含んでいることを特徴とする。
【００１９】本発明の第４構成は、上記第３構成におい
て、前記光学的手段は、光ファイバー内にオーバーラッ
プされている前記インファイバー・チャープ・ブラッグ
格子を複数個含んでおり、該格子のそれぞれが、互いに
異なる次数の周波数チャープを補償するように設計され
ていることを特徴とする。本発明の第５構成は、上記第
１構成において、前記光学的手段は、前記波長チューナ
ブル・レーザーのキャビティー内に配設されていること
を特徴とする。
て、前記光学的手段は、光ファイバー内にオーバーラッ
プされている前記インファイバー・チャープ・ブラッグ
格子を複数個含んでおり、該格子のそれぞれが、互いに
異なる次数の周波数チャープを補償するように設計され
ていることを特徴とする。本発明の第５構成は、上記第
１構成において、前記光学的手段は、前記波長チューナ
ブル・レーザーのキャビティー内に配設されていること
を特徴とする。
【００２０】本発明の第６構成は、上記第１構成におい
て、前記光学的手段は、前記波長チューナブル・レーザ
ーのキャビティー外に配設されていることを特徴とす
る。本発明の第７構成は、上記第１構成において、少な
くとも一つの他の次数の周波数チャープの補償を行う電
気的手段をも備えていることを特徴とする。本発明の第
８構成は、上記第７構成において、前記電気的手段は、
電気バルス信号を生成するパルス信号源、該パルス信号
を分割する分割手段、該分割手段に直列に接続され互い
に並列に配設されて各々がそれぞれの所定の次数の効果
を該信号に対して発揮する複数の補償チャンネル、該補
償チャンネルの複数の出力を合成する合成手段、および
該合成手段で合成された出力を前記波長チューナブル・
レーザーに駆動入力として入力する入力手段を備えてい
ることを特徴とする。
て、前記光学的手段は、前記波長チューナブル・レーザ
ーのキャビティー外に配設されていることを特徴とす
る。本発明の第７構成は、上記第１構成において、少な
くとも一つの他の次数の周波数チャープの補償を行う電
気的手段をも備えていることを特徴とする。本発明の第
８構成は、上記第７構成において、前記電気的手段は、
電気バルス信号を生成するパルス信号源、該パルス信号
を分割する分割手段、該分割手段に直列に接続され互い
に並列に配設されて各々がそれぞれの所定の次数の効果
を該信号に対して発揮する複数の補償チャンネル、該補
償チャンネルの複数の出力を合成する合成手段、および
該合成手段で合成された出力を前記波長チューナブル・
レーザーに駆動入力として入力する入力手段を備えてい
ることを特徴とする。
【００２１】本発明の第９構成は、周波数チャープの少
なくとも一つの次数を補償するとともにパルス信号源を
有する電気的手段、該信号に所定の次数の効果を及ぼす
手段を含む少なくとも一つの補償チャンネル、および該
補償チャンネルの出力を前記波長チューナブル・レーザ
ーに駆動入力として入力する入力手段を備えており、前
記周波数チャープを補償することにより、前記波長チュ
ーナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成する
ことを特徴とする周波数チャープ制御・補償装置であ
る。
なくとも一つの次数を補償するとともにパルス信号源を
有する電気的手段、該信号に所定の次数の効果を及ぼす
手段を含む少なくとも一つの補償チャンネル、および該
補償チャンネルの出力を前記波長チューナブル・レーザ
ーに駆動入力として入力する入力手段を備えており、前
記周波数チャープを補償することにより、前記波長チュ
ーナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成する
ことを特徴とする周波数チャープ制御・補償装置であ
る。
【００２２】本発明の第１０構成は、周波数チャープの
少なくとも一つの次数を補償するとともにパルス信号源
を有する電気的手段、該パルス信号を分割する分割手
段、該分割手段に直列に接続され互いに並列に配設され
て各々がそれぞれの所定の次数の効果を該信号に対して
発揮する複数の補償チャンネル、該補償チャンネルの複
数の出力を合成する合成手段、および該合成手段で合成
された出力を前記波長チューナブル・レーザーに駆動入
力として入力する入力手段を備えており、前記周波数チ
ャープを補償することにより、前記波長チューナブル・
レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴
とする周波数チャープ制御・補償装置である。
少なくとも一つの次数を補償するとともにパルス信号源
を有する電気的手段、該パルス信号を分割する分割手
段、該分割手段に直列に接続され互いに並列に配設され
て各々がそれぞれの所定の次数の効果を該信号に対して
発揮する複数の補償チャンネル、該補償チャンネルの複
数の出力を合成する合成手段、および該合成手段で合成
された出力を前記波長チューナブル・レーザーに駆動入
力として入力する入力手段を備えており、前記周波数チ
ャープを補償することにより、前記波長チューナブル・
レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴
とする周波数チャープ制御・補償装置である。
【００２３】本発明の第１１構成は、上記第１０構成に
おいて、前記補償チャンネルは、それぞれ、前記パルス
信号を積分して線形または非線形の効果を生じる積分手
段を有することを特徴とする。本発明の第１２構成は、
上記第１０構成において、前記補償チャンネルのうち最
初の該チャンネルは、前記パルス信号に線形または一次
の効果を及ぼす一つの積分器を有し、該チャンネルに続
く各該補償チャンネルは、補償すべき周波数チャープの
次数に相当する個数が直列に接続されている複数の積分
器を有することを特徴とする。
おいて、前記補償チャンネルは、それぞれ、前記パルス
信号を積分して線形または非線形の効果を生じる積分手
段を有することを特徴とする。本発明の第１２構成は、
上記第１０構成において、前記補償チャンネルのうち最
初の該チャンネルは、前記パルス信号に線形または一次
の効果を及ぼす一つの積分器を有し、該チャンネルに続
く各該補償チャンネルは、補償すべき周波数チャープの
次数に相当する個数が直列に接続されている複数の積分
器を有することを特徴とする。
【００２４】本発明の第１３構成は、上記第１２構成に
おいて、前記積分手段のうち少なくとも一つは、蓄電器
に並列に電気接続されている同軸トランスミッション・
ラインから構成されていることを特徴とする。本発明の
第１４構成は、上記第１０構成において、周波数チャー
プのうち少なくとも一つの次数を補償するように設計さ
れているチャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラ
ッグ格子を少なくとも一つは有し前記波長チューナブル
・レーザーの光路内に配設されている光学的手段をも備
えていることを特徴とする。
おいて、前記積分手段のうち少なくとも一つは、蓄電器
に並列に電気接続されている同軸トランスミッション・
ラインから構成されていることを特徴とする。本発明の
第１４構成は、上記第１０構成において、周波数チャー
プのうち少なくとも一つの次数を補償するように設計さ
れているチャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラ
ッグ格子を少なくとも一つは有し前記波長チューナブル
・レーザーの光路内に配設されている光学的手段をも備
えていることを特徴とする。
【００２５】本発明の第１５構成は、上記第１４構成に
おいて、前記光学的手段は、非線形チャープ・ブラッグ
格子を少なくとも一つは有することを特徴とする。本発
明の第１６構成は、上記第１４構成において、前記光学
的手段は、線形チャープ・ブラッグ格子を少なくとも一
つは有することを特徴とする。 （方法発明）本発明の第１７構成は、パルス信号を生成
する信号生成ステップ、同時に該パルス信号を複数の補
償チャンネルに配信する配信ステップ、該補償チャンネ
ルのそれぞれにおいて所定の次数の効果を生じさせる補
償ステップ、該補償チャンネルからの各出力を重合して
集合した非線形補償信号を合成する合成ステップ、およ
び該補償信号を駆動入力として波長チューナブル・レー
ザーに入力する駆動ステップの各ステップからなり、前
記周波数チャープを補償することによって前記波長チュ
ーナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成する
ことを特徴とする周波数チャープ制御・補償方法であ
る。
おいて、前記光学的手段は、非線形チャープ・ブラッグ
格子を少なくとも一つは有することを特徴とする。本発
明の第１６構成は、上記第１４構成において、前記光学
的手段は、線形チャープ・ブラッグ格子を少なくとも一
つは有することを特徴とする。 （方法発明）本発明の第１７構成は、パルス信号を生成
する信号生成ステップ、同時に該パルス信号を複数の補
償チャンネルに配信する配信ステップ、該補償チャンネ
ルのそれぞれにおいて所定の次数の効果を生じさせる補
償ステップ、該補償チャンネルからの各出力を重合して
集合した非線形補償信号を合成する合成ステップ、およ
び該補償信号を駆動入力として波長チューナブル・レー
ザーに入力する駆動ステップの各ステップからなり、前
記周波数チャープを補償することによって前記波長チュ
ーナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成する
ことを特徴とする周波数チャープ制御・補償方法であ
る。
【００２６】本発明の第１８構成は、周波数チャープの
うち少なくとも一つの次数を補償するように設計されて
いるチャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラッグ
格子が、少なくとも一つは前記波長チューナブル・レー
ザーの光路内に配設されている光学的手段を用いて、前
記周波数チャープを補償することにより、波長チューナ
ブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成すること
を特徴とする周波数チャープ制御・補償方法である。
うち少なくとも一つの次数を補償するように設計されて
いるチャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラッグ
格子が、少なくとも一つは前記波長チューナブル・レー
ザーの光路内に配設されている光学的手段を用いて、前
記周波数チャープを補償することにより、波長チューナ
ブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成すること
を特徴とする周波数チャープ制御・補償方法である。
【００２７】本発明の第１９構成は、パルス信号を生成
する信号生成ステップ、該パルス信号に所定の次数の効
果を与える補償手段を含む補償チャンネルを少なくとも
一つは提供する提供ステップ、該少なくとも一つの補償
チャンネルからの出力を駆動入力として波長チューナブ
ル・レーザーに入力する駆動ステップの各ステップから
なり、前記周波数チャープを補償することによって前記
波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を
生成することを特徴とする周波数チャープ制御・補償方
法である。
する信号生成ステップ、該パルス信号に所定の次数の効
果を与える補償手段を含む補償チャンネルを少なくとも
一つは提供する提供ステップ、該少なくとも一つの補償
チャンネルからの出力を駆動入力として波長チューナブ
ル・レーザーに入力する駆動ステップの各ステップから
なり、前記周波数チャープを補償することによって前記
波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を
生成することを特徴とする周波数チャープ制御・補償方
法である。
【００２８】本発明の第２０構成は、パルス信号源を提
供する信号提供ステップ、該パルス信号源からのパルス
信号を互いに並列に配設されている複数の補償チャンネ
ルに分割して配分する分割ステップ、該補償チャンネル
のそれぞれの中で該パルス信号に所定の次数の効果を与
える補償ステップ、各該補償チャンネルからの出力を合
成する合成ステップ、および該合成ステップで合成され
た出力を駆動入力として波長チューナブル・レーザーに
入力する駆動ステップの各ステップからなり、周波数チ
ャープを補償することによって前記波長チューナブル・
レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴
とする周波数チャープ制御・補償方法である。
供する信号提供ステップ、該パルス信号源からのパルス
信号を互いに並列に配設されている複数の補償チャンネ
ルに分割して配分する分割ステップ、該補償チャンネル
のそれぞれの中で該パルス信号に所定の次数の効果を与
える補償ステップ、各該補償チャンネルからの出力を合
成する合成ステップ、および該合成ステップで合成され
た出力を駆動入力として波長チューナブル・レーザーに
入力する駆動ステップの各ステップからなり、周波数チ
ャープを補償することによって前記波長チューナブル・
レーザーから広帯域超短パルス列を生成することを特徴
とする周波数チャープ制御・補償方法である。
【００２９】本発明の第２１構成は、上記第２０構成に
おいて、前記所定の次数の効果は、前記補償チャンネル
のうち少なくとも一つにおいて前記信号を少なくとも一
回は積分することにより生じるものであることを特徴と
する。本発明の第２２構成は、周波数チャープのうち少
なくとも一つの次数を補償するように設計されているチ
ャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラッグ格子
が、少なくとも一つは前記波長チューナブル・レーザー
の光路内に含まれている光学的手段を配設する光学補償
ステップ、および少なくとも一つの他の次数の該周波数
チャープを補償する電気的手段を提供する電気補償ステ
ップの各ステップからなり、前記周波数チャープを補償
することによって前記波長チューナブル・レーザーから
広帯域超短パルス列を生成することを特徴とする周波数
チャープ制御・補償方法である。
おいて、前記所定の次数の効果は、前記補償チャンネル
のうち少なくとも一つにおいて前記信号を少なくとも一
回は積分することにより生じるものであることを特徴と
する。本発明の第２２構成は、周波数チャープのうち少
なくとも一つの次数を補償するように設計されているチ
ャープ・プロファイルをもつチャープ・ブラッグ格子
が、少なくとも一つは前記波長チューナブル・レーザー
の光路内に含まれている光学的手段を配設する光学補償
ステップ、および少なくとも一つの他の次数の該周波数
チャープを補償する電気的手段を提供する電気補償ステ
ップの各ステップからなり、前記周波数チャープを補償
することによって前記波長チューナブル・レーザーから
広帯域超短パルス列を生成することを特徴とする周波数
チャープ制御・補償方法である。
【００３０】本発明の第２３構成は、上記第２２構成に
おいて、前記電気的手段は、パルス信号を生成し、該電
気的手段によって補償されるべき周波数チャープの次数
と対応している個数の補償チャンネルに該パルス信号を
分割して入力して、該補償チャンネルのそれぞれにおい
て該信号に所定の次数の効果を与えたのち、該補償チャ
ンネルの出力を合成して合成出力を生成し、該合成出力
を駆動入力として前記波長チューナブル・レーザーに入
力することを特徴とする。
おいて、前記電気的手段は、パルス信号を生成し、該電
気的手段によって補償されるべき周波数チャープの次数
と対応している個数の補償チャンネルに該パルス信号を
分割して入力して、該補償チャンネルのそれぞれにおい
て該信号に所定の次数の効果を与えたのち、該補償チャ
ンネルの出力を合成して合成出力を生成し、該合成出力
を駆動入力として前記波長チューナブル・レーザーに入
力することを特徴とする。
【００３１】（再び装置発明）本発明の第２４構成は、
周波数チャープのうち少なくとも一つの次数を補償する
ように設計されているチャープ・プロファイルをもつチ
ャープ・ブラッグ格子が、少なくとも一つは波長チュー
ナブル・レーザーの光路内に配設されている光学的手段
と、補償信号を生成し、該信号を駆動入力として該波長
チューナブル・レーザーに入力して、少なくとも一つの
他の次数の該周波数チャープを補償する電気的手段とか
らなり、前記周波数チャープを補償することにより、前
記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列
を生成することを特徴とする周波数チャープ制御・補償
装置である。
周波数チャープのうち少なくとも一つの次数を補償する
ように設計されているチャープ・プロファイルをもつチ
ャープ・ブラッグ格子が、少なくとも一つは波長チュー
ナブル・レーザーの光路内に配設されている光学的手段
と、補償信号を生成し、該信号を駆動入力として該波長
チューナブル・レーザーに入力して、少なくとも一つの
他の次数の該周波数チャープを補償する電気的手段とか
らなり、前記周波数チャープを補償することにより、前
記波長チューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列
を生成することを特徴とする周波数チャープ制御・補償
装置である。
【００３２】本発明の第２５構成は、上記第３構成にお
いて、前記複数のインファイバー・チャープ・ブラッグ
格子は、直列に配設されていることを特徴とする。
いて、前記複数のインファイバー・チャープ・ブラッグ
格子は、直列に配設されていることを特徴とする。
【００３３】
【作用および発明の効果】本発明の周波数チャープ制御
・補償装置および制御・補償方法は、上記の手段を有す
るので、高速チューニングされたレーザーの非線形周波
数チャープを補償する新技術を提供することができる。
すなわち、本発明においては、周波数チャープの制御お
よび補償は、非線形周波数チューニング、およびまた
は、特別に設計された非線形分散要素をレーザー・キャ
ビティーの内または外に設けることによりなされてい
る。したがって、本発明によれば、チャープを制御する
ことと高次のチャープ非線形性を補償することとによっ
て、高速チューニングされたレーザーの非線形周波数チ
ャープを補償することができるという効果がある。
・補償装置および制御・補償方法は、上記の手段を有す
るので、高速チューニングされたレーザーの非線形周波
数チャープを補償する新技術を提供することができる。
すなわち、本発明においては、周波数チャープの制御お
よび補償は、非線形周波数チューニング、およびまた
は、特別に設計された非線形分散要素をレーザー・キャ
ビティーの内または外に設けることによりなされてい
る。したがって、本発明によれば、チャープを制御する
ことと高次のチャープ非線形性を補償することとによっ
て、高速チューニングされたレーザーの非線形周波数チ
ャープを補償することができるという効果がある。
【００３４】また、本発明によれは、以前よりずっと持
続時間が短いパルス列の生成を可能にすることも可能に
なるという効果もある。さらに、本発明によれば、チュ
ーナブル・レーザーの全チューニング・レンジを包含す
るスペクトルをもつ、帯域幅の限定されたパルス列を生
成することが可能になるという効果もある。
続時間が短いパルス列の生成を可能にすることも可能に
なるという効果もある。さらに、本発明によれば、チュ
ーナブル・レーザーの全チューニング・レンジを包含す
るスペクトルをもつ、帯域幅の限定されたパルス列を生
成することが可能になるという効果もある。
【００３５】
【発明の実施の形態および実施例】本発明の周波数チャ
ープ制御・補償装置および制御・補償方法の実施の形態
については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、
以下の実施例等で明確かつ充分に説明する。本発明の一
実施例としての周波数チャープ制御・補償装置は、図８
に示すように、制御装置１２、チューナブル・レーザー
１０、およびレーザー・キャビティーの内または外に設
けられている分散コンポーネントであるチャープ補償構
造１１からなる。ここで、チューナブル・レーザー１０
は、狭帯域反射フィルター１、位相変調器（フェーズ・
モデュレーター）２、およびレーザー利得媒体３を含ん
でいる。一方、チャープ補償構造１１は、非線形分散コ
ンポーネント４および線形分散圧縮器５を有する。
ープ制御・補償装置および制御・補償方法の実施の形態
については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、
以下の実施例等で明確かつ充分に説明する。本発明の一
実施例としての周波数チャープ制御・補償装置は、図８
に示すように、制御装置１２、チューナブル・レーザー
１０、およびレーザー・キャビティーの内または外に設
けられている分散コンポーネントであるチャープ補償構
造１１からなる。ここで、チューナブル・レーザー１０
は、狭帯域反射フィルター１、位相変調器（フェーズ・
モデュレーター）２、およびレーザー利得媒体３を含ん
でいる。一方、チャープ補償構造１１は、非線形分散コ
ンポーネント４および線形分散圧縮器５を有する。
【００３６】ガルバナスカスらの二つの文献（ Galvana
uskas et al., El. Lett. 27, 2394(1991) / Galvanaus
kas et al., Appl. Phys. Lett. 63, 1742(1993)）で
は、立ち上がり時間がサブナノ秒であるナノ秒の電気パ
ルスを用いて、高速チューニングが実証されている。非
線形周波数パルスを制御するためは、さらに複雑な電気
チューニングが成される必要がある。電気的にチューニ
ングされたデバイスでは、チューニング電圧は次の形式
をとるはずである。
uskas et al., El. Lett. 27, 2394(1991) / Galvanaus
kas et al., Appl. Phys. Lett. 63, 1742(1993)）で
は、立ち上がり時間がサブナノ秒であるナノ秒の電気パ
ルスを用いて、高速チューニングが実証されている。非
線形周波数パルスを制御するためは、さらに複雑な電気
チューニングが成される必要がある。電気的にチューニ
ングされたデバイスでは、チューニング電圧は次の形式
をとるはずである。
【００３７】
【数２】 Ｖ（ｔ）＝ａ0 ＋ａ1 ｔ＋ａ2 ｔ2 ＋ａ3 ｔ3 ＋・・・ したがって、数２の各項の大きさを適切に選択すること
により、チャープの展開式（数１）中の非線形項は補償
されうる。
により、チャープの展開式（数１）中の非線形項は補償
されうる。
【００３８】チャープ非線形性を制御するために必要な
数２で表現される波形は、特別に設計されたパルス成形
技術により得られる。それには、先ず、非常に立ち上が
りが速く持続時間が長いステップ状の電気パルスを生成
する。例えば、立ち上がり時間が３００〜６００ｐｓ
で、持続時間が２〜３ｎｓのパルスである。次に、広帯
域電気積分器等を用いて電気波形を成形する。積分器を
直列に接続することにより、数２の展開式中の希望のい
ずれの項についてもその成分が得られる。たとえば、ス
テップ状のパルスを積分することによって、線形に増加
する成分が得られる。また、この線形増加成分を（もう
一度）積分することにより、二次の増加成分が得られ
る。三次以上の成分についても同様である。
数２で表現される波形は、特別に設計されたパルス成形
技術により得られる。それには、先ず、非常に立ち上が
りが速く持続時間が長いステップ状の電気パルスを生成
する。例えば、立ち上がり時間が３００〜６００ｐｓ
で、持続時間が２〜３ｎｓのパルスである。次に、広帯
域電気積分器等を用いて電気波形を成形する。積分器を
直列に接続することにより、数２の展開式中の希望のい
ずれの項についてもその成分が得られる。たとえば、ス
テップ状のパルスを積分することによって、線形に増加
する成分が得られる。また、この線形増加成分を（もう
一度）積分することにより、二次の増加成分が得られ
る。三次以上の成分についても同様である。
【００３９】広帯域積分器は、図９に示すように、同軸
トランスミッション・ライン４２に平行に接続された蓄
電器（キャパシター）４１をもつ回路である。（持続時
間）０．５〜２ｎｓのパルスの成形には、蓄電器４１の
電気容量の範囲は、約１〜２０ｐｆが適正である。この
ような積分器により実験的に得られた二次の波形および
三次の波形は、それぞれ図１０（ａ）および図１０
（ｂ）に示すように、理論的に計算された値と良く一致
している。
トランスミッション・ライン４２に平行に接続された蓄
電器（キャパシター）４１をもつ回路である。（持続時
間）０．５〜２ｎｓのパルスの成形には、蓄電器４１の
電気容量の範囲は、約１〜２０ｐｆが適正である。この
ような積分器により実験的に得られた二次の波形および
三次の波形は、それぞれ図１０（ａ）および図１０
（ｂ）に示すように、理論的に計算された値と良く一致
している。
【００４０】本発明に一致している実際の波形形成器の
一例を、図１１に示す。急激に立ち上がるナノ秒の電気
パルス列は、パルス発生器により生成され、多数のチャ
ンネル２２〜２５に配分される。チャンネル２２〜２５
の数は、要求される補償次数と一致している。チャンネ
ル２３〜２５のそれぞれが、直列に接続された積分器２
６〜３１を有しており、これらの積分器２６〜３１の数
によって、各チャンネル２３〜２５が何次の補償に充て
られるかが決まっている。最終的な波形は、各アンプＡ
を経て適切に増幅された各チャンネルの各波形の全て
が、一つに足し合わされた後に形成される。（最終的に
得られた波形の）この信号は、レーザー光源の駆動信号
として使用される。波形は、標準的なＲＦパワー・スプ
リッター２０およびコンバイナー２１により、分割およ
び合成される。各アンプＡにより各チャンネルでの電気
信号の大きさを制御することによって、チャープ非線形
性の各々の大きさを制御することが可能である。
一例を、図１１に示す。急激に立ち上がるナノ秒の電気
パルス列は、パルス発生器により生成され、多数のチャ
ンネル２２〜２５に配分される。チャンネル２２〜２５
の数は、要求される補償次数と一致している。チャンネ
ル２３〜２５のそれぞれが、直列に接続された積分器２
６〜３１を有しており、これらの積分器２６〜３１の数
によって、各チャンネル２３〜２５が何次の補償に充て
られるかが決まっている。最終的な波形は、各アンプＡ
を経て適切に増幅された各チャンネルの各波形の全て
が、一つに足し合わされた後に形成される。（最終的に
得られた波形の）この信号は、レーザー光源の駆動信号
として使用される。波形は、標準的なＲＦパワー・スプ
リッター２０およびコンバイナー２１により、分割およ
び合成される。各アンプＡにより各チャンネルでの電気
信号の大きさを制御することによって、チャープ非線形
性の各々の大きさを制御することが可能である。
【００４１】電気的にチャープ補償を行う上記技術は、
実験的に効果が確認されている。すなわち、４ｎｍの波
長帯域をもつ周波数チャープ・パルス列が、三セクショ
ンＤＢＲレーザー・ダイオード（図２参照）により生成
された。（一次の）線形チャープは一対の回折格子で補
償され、残った（高次の）チャープは、スペクトル計お
よびストリーク・カメラで計測された。
実験的に効果が確認されている。すなわち、４ｎｍの波
長帯域をもつ周波数チャープ・パルス列が、三セクショ
ンＤＢＲレーザー・ダイオード（図２参照）により生成
された。（一次の）線形チャープは一対の回折格子で補
償され、残った（高次の）チャープは、スペクトル計お
よびストリーク・カメラで計測された。
【００４２】その結果、チャープ非線形性の電気的な制
御がなされなかった場合には、残留している二次のチャ
ープを補償するのに１０12ｆｓ3 程度の分散が必要であ
ると推定された。このケースでは、高次のチャープ成分
も補償されなくてはならない。一方、図１１に示す回路
構造により適正な電気波形が生成された場合には、三次
以上の高次チャープ成分は計測分解能以下に減少してお
り、二次チャープ成分の大きさは百分の一程度に低減さ
れていた。このチャープを補償するために必要とされる
二次分散の大きさは、１０10ｆｓ3 程度であると推定さ
れており、この程度の分散であれば標準的な装置で賄う
ことができる。
御がなされなかった場合には、残留している二次のチャ
ープを補償するのに１０12ｆｓ3 程度の分散が必要であ
ると推定された。このケースでは、高次のチャープ成分
も補償されなくてはならない。一方、図１１に示す回路
構造により適正な電気波形が生成された場合には、三次
以上の高次チャープ成分は計測分解能以下に減少してお
り、二次チャープ成分の大きさは百分の一程度に低減さ
れていた。このチャープを補償するために必要とされる
二次分散の大きさは、１０10ｆｓ3 程度であると推定さ
れており、この程度の分散であれば標準的な装置で賄う
ことができる。
【００４３】上記の方法以外にも、ピコ秒からナノ秒の
任意の波形の電気信号を生成する技術はある。たとえ
ば、（ピコ秒の）短いパルス列を生成することができ、
各パルスの大きさを制御して希望の波形の所定形状を形
成することが可能である。そして、このパルス列をフィ
ルターに通すことにより、連続した波形が得られる。光
チャープの補償には、周波数チャープ非線形性を補償す
る光学分散コンポーネントが用いられる。同コンポーネ
ントは、レーザー・キャビティーの外側で用いられるば
かりでなく、内側で用いられることもある。光学的な手
段は、残留したチャープを厳密に除去する目的で電気的
な制御手段に付け加えられること（前者）もあるし、主
要な補償コンポーネントとして使用される場合（後者）
もある。
任意の波形の電気信号を生成する技術はある。たとえ
ば、（ピコ秒の）短いパルス列を生成することができ、
各パルスの大きさを制御して希望の波形の所定形状を形
成することが可能である。そして、このパルス列をフィ
ルターに通すことにより、連続した波形が得られる。光
チャープの補償には、周波数チャープ非線形性を補償す
る光学分散コンポーネントが用いられる。同コンポーネ
ントは、レーザー・キャビティーの外側で用いられるば
かりでなく、内側で用いられることもある。光学的な手
段は、残留したチャープを厳密に除去する目的で電気的
な制御手段に付け加えられること（前者）もあるし、主
要な補償コンポーネントとして使用される場合（後者）
もある。
【００４４】電気制御に付加されている（前者の）場合
には、補償の大きさと補償次数への要求は緩和されるの
で、（上記コンポーネントとして）回折格子、プリズ
ム、干渉計または多層ミラーなどを使用することができ
る。一方、後者の場合には、分散光学コンポーネント
は、主要な補償コンポーネントとして使用されているの
で、制御可能な大きい非線形性分散をもつ新しい分散コ
ンポーネントが必要になる。これは、たとえば、ブラッ
グ格子を用いて実現することができる。線形チャープを
補償するには、線形チャープを施されたインファイバー
・ブラッグ格子を使用することができ、これについては
オーレットの文献（ Ouellette, Opt. Lett. 12, 847
(1987) ）で論じられている。
には、補償の大きさと補償次数への要求は緩和されるの
で、（上記コンポーネントとして）回折格子、プリズ
ム、干渉計または多層ミラーなどを使用することができ
る。一方、後者の場合には、分散光学コンポーネント
は、主要な補償コンポーネントとして使用されているの
で、制御可能な大きい非線形性分散をもつ新しい分散コ
ンポーネントが必要になる。これは、たとえば、ブラッ
グ格子を用いて実現することができる。線形チャープを
補償するには、線形チャープを施されたインファイバー
・ブラッグ格子を使用することができ、これについては
オーレットの文献（ Ouellette, Opt. Lett. 12, 847
(1987) ）で論じられている。
【００４５】本発明では、非線形の周波数チャープを補
償するために、非線形にチャープが施されているブラッ
グ格子が使用されている。ブラッグ格子の二次のチャー
プ形状は二次の周波数チャープの補償に有効であり、同
三次形状は同三次チャープの補償に有効であって、以下
同様である。光ファイバー内に直列またはオーバーラッ
プしてこのような格子を組み合わせることにより、いか
なる非線形チャープをも補償することができる分散構造
を、設計製作することができる。高速チューニングされ
たレーザーからの非線形チャープ・パルスの補償には、
ファイバー格子によって形成される分散をもって対処す
ることが十分に可能である。
償するために、非線形にチャープが施されているブラッ
グ格子が使用されている。ブラッグ格子の二次のチャー
プ形状は二次の周波数チャープの補償に有効であり、同
三次形状は同三次チャープの補償に有効であって、以下
同様である。光ファイバー内に直列またはオーバーラッ
プしてこのような格子を組み合わせることにより、いか
なる非線形チャープをも補償することができる分散構造
を、設計製作することができる。高速チューニングされ
たレーザーからの非線形チャープ・パルスの補償には、
ファイバー格子によって形成される分散をもって対処す
ることが十分に可能である。
【００４６】上記格子の分散の大きさは、格子の長さお
よび反射帯域幅によって定まる。現存の技術では、長さ
が１ｃｍ程度で帯域幅が１０〜２０ｎｍ程度の格子が、
カシヤップらの文献（ Kashyap et al., Electr. Lett
30, 996 (1994)）に報告されている。これらの格子は、
１０〜２０ｎｍまでの帯域幅をもつ１００ｐｓ程度まで
の（持続時間の）線形チャープから生じる周波数分散
を、十分に補償することができる。たとえば、二次の分
散は約１０11〜１０12ｆｓ3 になるであろう。
よび反射帯域幅によって定まる。現存の技術では、長さ
が１ｃｍ程度で帯域幅が１０〜２０ｎｍ程度の格子が、
カシヤップらの文献（ Kashyap et al., Electr. Lett
30, 996 (1994)）に報告されている。これらの格子は、
１０〜２０ｎｍまでの帯域幅をもつ１００ｐｓ程度まで
の（持続時間の）線形チャープから生じる周波数分散
を、十分に補償することができる。たとえば、二次の分
散は約１０11〜１０12ｆｓ3 になるであろう。
【００４７】図１２および図１３には、反射された光パ
ルスの周波数νのチャープに対する線形にチャープされ
たブラッグ格子の効果と、非線形にチャープされたブラ
ッグ格子の効果とが、それぞれ図示されている。チャー
プ・ブラッグ格子に入射した光パルスの波長の異なる成
分は、同格子の長手（奥行き）方向の異なる位置で反射
される。
ルスの周波数νのチャープに対する線形にチャープされ
たブラッグ格子の効果と、非線形にチャープされたブラ
ッグ格子の効果とが、それぞれ図示されている。チャー
プ・ブラッグ格子に入射した光パルスの波長の異なる成
分は、同格子の長手（奥行き）方向の異なる位置で反射
される。
【００４８】波長λのスペクトル成分に対して同格子に
より与えられる遅延時間は、Δτ＝２ΔＬ／ｖg であ
る。ここで、ｖg は格子構造内の光の群速度であり、Δ
Ｌは格子の始点から当該スペクトル成分が反射される位
置までの距離である。波長λのスペクトル成分は、ブラ
ッグ条件λB ＝２ｎΛ（ｘ）により定まる位置で反射さ
れることになる。ここで、ｎは屈折率であり、Λ（ｘ）
は格子内の位置によって決まる格子周期である。
より与えられる遅延時間は、Δτ＝２ΔＬ／ｖg であ
る。ここで、ｖg は格子構造内の光の群速度であり、Δ
Ｌは格子の始点から当該スペクトル成分が反射される位
置までの距離である。波長λのスペクトル成分は、ブラ
ッグ条件λB ＝２ｎΛ（ｘ）により定まる位置で反射さ
れることになる。ここで、ｎは屈折率であり、Λ（ｘ）
は格子内の位置によって決まる格子周期である。
【００４９】したがって、このような格子によって広帯
域の光パルスに誘導される周波数チャープは、Λ（ｘ）
の関数関係に従う。線形にチャープされた格子は線形に
チャープした光パルスを生じ、二次にチャープされた格
子は二次のチャープを生じ、以下同様である。実例を挙
げれば、発明者らは、線形チャープ格子および非線形チ
ャープ格子の分散特性の数値計算を行った。その結果、
波長１．５μｍで１５ｎｍの帯域幅をもちΛaver＝０．
２４７μｍである長さ２．４７ｍｍの格子において、線
形格子は０．７ｐｓ2 の線形分散を生じ、二次の（非線
形）格子は１０ 8 ｆｓ3 程度の二次の群速度分散を示し
た。
域の光パルスに誘導される周波数チャープは、Λ（ｘ）
の関数関係に従う。線形にチャープされた格子は線形に
チャープした光パルスを生じ、二次にチャープされた格
子は二次のチャープを生じ、以下同様である。実例を挙
げれば、発明者らは、線形チャープ格子および非線形チ
ャープ格子の分散特性の数値計算を行った。その結果、
波長１．５μｍで１５ｎｍの帯域幅をもちΛaver＝０．
２４７μｍである長さ２．４７ｍｍの格子において、線
形格子は０．７ｐｓ2 の線形分散を生じ、二次の（非線
形）格子は１０ 8 ｆｓ3 程度の二次の群速度分散を示し
た。
【００５０】このようなチャープ・ブラッグ格子は、光
ファイバー以外の媒体に組み込むことも可能である。た
とえば、導波路やバルク・ブラッグ格子などに組み込ん
でもよい。チャープが施されていない導波路内ブラッグ
格子は、現在では、チューナブル・レーザー・ダイオー
ド内で狭帯域光フィルターとして広く使われている。
（たとえば、三セクションＤＢＲやｎＤＦＢレーザー・
ダイオードなどに使用されている。）このような反射器
に、二次および高次の項をもつ空間的に非線形なチャー
プを導入することにより、非線形チャープのキャビティ
ー内補償が可能になる。
ファイバー以外の媒体に組み込むことも可能である。た
とえば、導波路やバルク・ブラッグ格子などに組み込ん
でもよい。チャープが施されていない導波路内ブラッグ
格子は、現在では、チューナブル・レーザー・ダイオー
ド内で狭帯域光フィルターとして広く使われている。
（たとえば、三セクションＤＢＲやｎＤＦＢレーザー・
ダイオードなどに使用されている。）このような反射器
に、二次および高次の項をもつ空間的に非線形なチャー
プを導入することにより、非線形チャープのキャビティ
ー内補償が可能になる。
【００５１】バルク・ブラッグ格子は、音響光学変調を
用いて実現できる。同音響光学変調は、ＲＦ電気波形に
より、音響光学クリスタル内での屈折率の周期的な変動
が励起されて起こる。ＲＦ波形のチャープを制御するこ
とにより、音波の進行方向に沿って伝搬する光の波動に
対し、適正にチャープされたブラッグ反射器を形成する
ことができる。このようなチャープ補償方法の利点は、
ＲＦ波形のチャープを調整することにより、チャープ非
線形性の大きさを制御できることである。
用いて実現できる。同音響光学変調は、ＲＦ電気波形に
より、音響光学クリスタル内での屈折率の周期的な変動
が励起されて起こる。ＲＦ波形のチャープを制御するこ
とにより、音波の進行方向に沿って伝搬する光の波動に
対し、適正にチャープされたブラッグ反射器を形成する
ことができる。このようなチャープ補償方法の利点は、
ＲＦ波形のチャープを調整することにより、チャープ非
線形性の大きさを制御できることである。
【００５２】なお、本発明は、以上の実施例に限定され
るものではなく、本発明の趣旨や思想を逸脱しない範囲
でのあらゆる変更および変形を含むものとする。
るものではなく、本発明の趣旨や思想を逸脱しない範囲
でのあらゆる変更および変形を含むものとする。
【図１】 高速波長チューニングによる超短パルス列の
生成を示す模式図
生成を示す模式図
【図２】 高速波長チューニング用レーザー構造の断面
図
図
【図３】 高速波長チューニング用レーザー構造の断面
図
図
【図４】 高速波長チューニング用レーザー構造の断面
図
図
【図５】 高速波長チューニング用レーザー構造の断面
図
図
【図６】 高速波長チューニング用レーザー構造の断面
図
図
【図７】 高速波長チューニング用レーザー構造の断面
図
図
【図８】 本発明の一実施例の周波数チャープ制御・補
償装置の模式図
償装置の模式図
【図９】 広帯域電気インテグレーターの模式図
【図１０】合成された電気波形を例示する組図 （ａ）二次の電気波形のグラフ （ｂ）三次の電気波形のグラフ
【図１１】任意の波形の電気波形を合成する回路のブロ
ック線図
ック線図
【図１２】線形チャープ・ブラッグ格子が反射パルスの
チャープに及ぼす影響を示す模式図
チャープに及ぼす影響を示す模式図
【図１３】非線形チャープ・ブラッグ格子が反射パルス
のチャープに及ぼす影響を示す模式図
のチャープに及ぼす影響を示す模式図
１０：チューナブル・レーザー １：狭帯域反射フィルター ２：位相変調器（フェーズ
・モデュレーター） ３：レーザー利得媒体 １１：チャープ補償構造（分散コンポーネント） ４：非線形分散コンポーネント ５：線形分散圧縮器 １２：制御装置 ４１：蓄電器（キャパシター） ４２：同軸トランス
ミッション・ライン ２２〜２５：チャンネル ２６〜３１：積分器 ２０：ＲＦパワー・スプリッター ２１：コンバイナ
ー Ａ：アンプ Ｉ：積分器
・モデュレーター） ３：レーザー利得媒体 １１：チャープ補償構造（分散コンポーネント） ４：非線形分散コンポーネント ５：線形分散圧縮器 １２：制御装置 ４１：蓄電器（キャパシター） ４２：同軸トランス
ミッション・ライン ２２〜２５：チャンネル ２６〜３１：積分器 ２０：ＲＦパワー・スプリッター ２１：コンバイナ
ー Ａ：アンプ Ｉ：積分器
Claims (25)
- 【請求項１】波長チューナブル・レーザーの光学経路内
に配設されており、少なくとも一次の周波数チャープを
補償するように設計されているチャープ・プロファイル
をもつブラッグ格子を、少なくとも一つは含んでいるこ
とを特徴とする光学的手段であって、 前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チ
ューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成す
る周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項２】前記光学的手段は、直列に配設されている
複数のチャープ・ブラッグ格子を含み、該ブラッグ格子
のそれぞれが、互いに異なる次数の周波数チャープを補
償するように設計されている請求項１記載の周波数チャ
ープ制御・補償装置。 - 【請求項３】前記光学的手段は、インファイバー・チャ
ープ・ブラッグ格子を少なくとも一つは含んでいる請求
項１記載の周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項４】前記光学的手段は、光ファイバー内にオー
バーラップされている前記インファイバー・チャープ・
ブラッグ格子を複数個含んでおり、該格子のそれぞれ
が、互いに異なる次数の周波数チャープを補償するよう
に設計されている請求項３記載の周波数チャープ制御・
補償装置。 - 【請求項５】前記光学的手段は、前記波長チューナブル
・レーザーのキャビティー内に配設されている請求項１
記載の周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項６】前記光学的手段は、前記波長チューナブル
・レーザーのキャビティー外に配設されている請求項１
記載の周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項７】少なくとも一つの他の次数の周波数チャー
プの補償を行う電気的手段をも備えている請求項１記載
の周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項８】前記電気的手段は、電気バルス信号を生成
するパルス信号源、該パルス信号を分割する分割手段、
該分割手段に直列に接続され互いに並列に配設されて各
々がそれぞれの所定の次数の効果を該信号に対して発揮
する複数の補償チャンネル、該補償チャンネルの複数の
出力を合成する合成手段、および該合成手段で合成され
た出力を前記波長チューナブル・レーザーに駆動入力と
して入力する入力手段を備えている請求項７記載の周波
数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項９】周波数チャープの少なくとも一つの次数を
補償するとともにパルス信号源を有する電気的手段、該
信号に所定の次数の効果を及ぼす手段を含む少なくとも
一つの補償チャンネル、および該補償チャンネルの出力
を前記波長チューナブル・レーザーに駆動入力として入
力する入力手段を備えており、 前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チ
ューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成す
ることを特徴とする周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項１０】周波数チャープの少なくとも一つの次数
を補償するとともにパルス信号源を有する電気的手段、
該パルス信号を分割する分割手段、該分割手段に直列に
接続され互いに並列に配設されて各々がそれぞれの所定
の次数の効果を該信号に対して発揮する複数の補償チャ
ンネル、該補償チャンネルの複数の出力を合成する合成
手段、および該合成手段で合成された出力を前記波長チ
ューナブル・レーザーに駆動入力として入力する入力手
段を備えており、 前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チ
ューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成す
ることを特徴とする周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項１１】前記補償チャンネルは、それぞれ、前記
パルス信号を積分して線形または非線形の効果を生じる
積分手段を有する請求項１０記載の周波数チャープ制御
・補償装置。 - 【請求項１２】前記補償チャンネルのうち最初の該チャ
ンネルは、前記パルス信号に線形または一次の効果を及
ぼす一つの積分器を有し、該チャンネルに続く各該補償
チャンネルは、補償すべき周波数チャープの次数に相当
する個数が直列に接続されている複数の積分器を有する
請求項１０記載の周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項１３】前記積分手段のうち少なくとも一つは、
蓄電器に並列に電気接続されている同軸トランスミッシ
ョン・ラインから構成されている請求項１２記載の周波
数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項１４】周波数チャープのうち少なくとも一つの
次数を補償するように設計されているチャープ・プロフ
ァイルをもつチャープ・ブラッグ格子を少なくとも一つ
は有し前記波長チューナブル・レーザーの光路内に配設
されている光学的手段をも備えている請求項１０記載の
周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項１５】前記光学的手段は、非線形チャープ・ブ
ラッグ格子を少なくとも一つは有する請求項１４記載の
周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項１６】前記光学的手段は、線形チャープ・ブラ
ッグ格子を少なくとも一つは有する請求項１４記載の周
波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項１７】パルス信号を生成する信号生成ステッ
プ、 同時に該パルス信号を複数の補償チャンネルに配信する
配信ステップ、 該補償チャンネルのそれぞれにおいて所定の次数の効果
を生じさせる補償ステップ、 該補償チャンネルからの各出力を重合して集合した非線
形補償信号を合成する合成ステップ、 および該補償信号を駆動入力として波長チューナブル・
レーザーに入力する駆動ステップの各ステップからな
り、 前記周波数チャープを補償することによって前記波長チ
ューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成す
ることを特徴とする周波数チャープ制御・補償方法。 - 【請求項１８】周波数チャープのうち少なくとも一つの
次数を補償するように設計されているチャープ・プロフ
ァイルをもつチャープ・ブラッグ格子が、少なくとも一
つは前記波長チューナブル・レーザーの光路内に配設さ
れている光学的手段を用いて、前記周波数チャープを補
償することにより、波長チューナブル・レーザーから広
帯域超短パルス列を生成することを特徴とする周波数チ
ャープ制御・補償方法。 - 【請求項１９】パルス信号を生成する信号生成ステッ
プ、 該パルス信号に所定の次数の効果を与える補償手段を含
む補償チャンネルを少なくとも一つは提供する提供ステ
ップ、 該少なくとも一つの補償チャンネルからの出力を駆動入
力として波長チューナブル・レーザーに入力する駆動ス
テップの各ステップからなり、 前記周波数チャープを補償することによって前記波長チ
ューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成す
ることを特徴とする周波数チャープ制御・補償方法。 - 【請求項２０】パルス信号源を提供する信号提供ステッ
プ、 該パルス信号源からのパルス信号を互いに並列に配設さ
れている複数の補償チャンネルに分割して配分する分割
ステップ、 該補償チャンネルのそれぞれの中で該パルス信号に所定
の次数の効果を与える補償ステップ、 各該補償チャンネルからの出力を合成する合成ステッ
プ、 および該合成ステップで合成された出力を駆動入力とし
て波長チューナブル・レーザーに入力する駆動ステップ
の各ステップからなり、 周波数チャープを補償することによって前記波長チュー
ナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成するこ
とを特徴とする周波数チャープ制御・補償方法。 - 【請求項２１】前記所定の次数の効果は、前記補償チャ
ンネルのうち少なくとも一つにおいて前記信号を少なく
とも一回は積分することにより生じるものである請求項
２０記載の周波数チャープ制御・補償方法。 - 【請求項２２】周波数チャープのうち少なくとも一つの
次数を補償するように設計されているチャープ・プロフ
ァイルをもつチャープ・ブラッグ格子が、少なくとも一
つは前記波長チューナブル・レーザーの光路内に含まれ
ている光学的手段を配設する光学補償ステップ、 および少なくとも一つの他の次数の該周波数チャープを
補償する電気的手段を提供する電気補償ステップの各ス
テップからなり、 前記周波数チャープを補償することによって前記波長チ
ューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成す
ることを特徴とする周波数チャープ制御・補償方法。 - 【請求項２３】前記電気的手段は、パルス信号を生成
し、該電気的手段によって補償されるべき周波数チャー
プの次数と対応している個数の補償チャンネルに該パル
ス信号を分割して入力して、該補償チャンネルのそれぞ
れにおいて該信号に所定の次数の効果を与えたのち、該
補償チャンネルの出力を合成して合成出力を生成し、該
合成出力を駆動入力として前記波長チューナブル・レー
ザーに入力する請求項２２記載の周波数チャープ制御・
補償方法。 - 【請求項２４】周波数チャープのうち少なくとも一つの
次数を補償するように設計されているチャープ・プロフ
ァイルをもつチャープ・ブラッグ格子が、少なくとも一
つは波長チューナブル・レーザーの光路内に配設されて
いる光学的手段と、 補償信号を生成し、該信号を駆動入力として該波長チュ
ーナブル・レーザーに入力して、少なくとも一つの他の
次数の該周波数チャープを補償する電気的手段とからな
り、 前記周波数チャープを補償することにより、前記波長チ
ューナブル・レーザーから広帯域超短パルス列を生成す
ることを特徴とする周波数チャープ制御・補償装置。 - 【請求項２５】前記複数のインファイバー・チャープ・
ブラッグ格子は、直列に配設されている請求項３記載の
周波数チャープ制御・補償装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/312,912 US5633885A (en) | 1994-09-29 | 1994-09-29 | Frequency chirp control and compensation for obtaining broad bandwidth ultrashort optical pulses from wavelength-tunable lasers |
| US08/312912 | 1994-09-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08171103A true JPH08171103A (ja) | 1996-07-02 |
| JP3781205B2 JP3781205B2 (ja) | 2006-05-31 |
Family
ID=23213569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24318295A Expired - Fee Related JP3781205B2 (ja) | 1994-09-29 | 1995-09-21 | 周波数チャープ制御・補償装置および制御・補償方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5633885A (ja) |
| JP (1) | JP3781205B2 (ja) |
| DE (1) | DE19535809B4 (ja) |
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