JPH1083004A - 光パルス列生成方式及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】任意の時間波形のパルスを生成できる光パルス
列生成方式及び装置を提供する。 【解決手段】周波数間隔の均等な周波数スペクトルを持
つ光を半導体レーザ光源１、光強度変調器３、及び零分
散ファイバ６（ａ）〜６（ｆ）を用いて発生させ、周波
数分離フィルタ１１によって空間スペクトルに分離した
後で、多チャンネル可変減衰器１２でそれぞれの周波数
毎に所定の減衰を与えた後に、光混合器１３で混合して
目的の時間波形を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の所属する技術分野】本発明は光ファイバ通信等
の光源に用いる光パルス列生成技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、高速光パルスの形を制御する技術
として提案されていた方法は、ポンプ極短パルス光を回
折格子を用いてフーリエ変換により時間パルスを空間ス
ペクトル分布へ展開し、適当な空間フィルタを通過させ
て各成分の振幅と位相を調整した後に、回折格子対を逆
行させて、逆フーリエ変換により制御された空間スペク
トル分布から任意の時間波形を得るというものであり、
回折格子上の同一の光軸を行きと帰りの二回に渡って光
が通過する。

【０００３】図２はこのパルス整形を行うための光学系
を示しており、２１はレーザ、２２はビームスプリッタ
ー、２３は回折格子、２４は空間フィルタ、２５は垂直
反射ミラー、２６は出力ビームである。

【０００４】図２の光学系において、レーザ２１からの
出力ビームは、回折格子２３を通過することで周波数ス
ペクトルから空間スペクトルに展開される。空間スペク
トルに展開されたビームは垂直反射ミラー２５によって
回折格子を逆行するが、その光路上で回折格子２３と垂
直反射ミラー２５との間に、位相をよび振幅を整形する
ための空間フィルタ２４を挿入することで、逆フーリエ
変換後のパルスの波形を制御することが出来る。整形さ
れた出力ビーム２６はビームスプリッター２２を介して
光軸から取り出される。

【０００５】また、図３は本方式により矩形波に整形さ
れた光パルスの時間波形である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本方式
は原理上、整形精度が光学部品の空間的安定度、有限の
開口、回折格子の空間分解能に依存しているため、自ず
から部品の加工技術等に制限され、空間フィルタや回折
格子の構造の寸法に起因する物理的な制約のために、生
成できるパルス光の幅は実質的に使用範囲がサブｐｓｅ
ｃ程度までに限定され、更に、十分な分解能を得るため
には一定の光路長を必要としており、通信などの汎用シ
ステムに組み込む際に小型化と、経済化が困難である。
また、本方式で良好な整形を得るためには精密な光学調
整が不可欠であり、技術的にも熟練を要するため、実用
には適さないという欠点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記に鑑み提案
されたもので、単一縦モード連続発振レーザ光と、生成
すべき光パルスの繰り返し周波数でレーザ光を変調して
得られる１対の側帯波の光の３つの光波をポンプ光とな
るように増幅して光ファイバに入射し、零分散光ファイ
バの第三次の非線型光学効果である四波混合により生成
すべき光パルスの繰り返し周波数に等しい周波数の間隔
で複数の光波を発生させ、光ファイバからの出力光を、
各周波数スペクトル成分毎に空間的に分離し、それぞれ
の光に対して独立に、所定の減衰を与えた後合波して、
生成すべきパルス波形の周波数スペクトルに対応する包
絡線の周波数スペクトルを合成することによって、所定
の繰り返し周波数で所望の波形の光パルスを発生させる
光パルス列生成方式を提供するものである。

【０００８】本発明は、また、単一縦モード連続発振レ
ーザ光を変調して側帯波を付加する光変調器と、ポンプ
光を得るためにレーザ光を増幅する光増幅器と、ポンプ
光の周波数に対して分散がほぼ零になる、いわゆる零分
散光ファイバに入射して、第三次の非線形光学効果に起
因する四波混合により変調周波数の逓倍の新たな高調波
成分を次々と発生させる零分散光ファイバによって構成
する光周波数コムジェネレータと、各周波数スペクトル
成分を空間的に分離する光周波数分離フィルタと、分離
された各周波数スペクトル成分に、独立に所定の減衰を
与える可変光減衰器と、減衰した各周波数スペクトル成
分を合波する光混合器からなる光パルス列生成装置を提
供するものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、具体的には、光の周波
数スペクトルの逆フーリエ変換が時間波形になることを
利用して、任意の時間波形の光パルスを発生させる方法
であり、先ず大まかな動作原理は、周波数間隔の均等な
周波数スペクトルを持つ光を、光強度変調器と零分散フ
ァイバを用いて発生させ、周波数分離フィルタによって
空間スペクトルに展開した後に、それぞれの成分に所定
の減衰を与えて、スペクトル分布を観測したときの包絡
線の形を整え、各々の成分を混合して、目的の時間波形
を得るものである。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の実施例の具体的な構成を図面
に従い説明する。図１は本実施例の整形光パルス列生成
装置の構成図であり、１は室温連続発振可能な波長可変
狭線幅半導体レーザ光源、２は光アイソレータ、３は光
強度変調器であり、この実施例では電気光学効果を用い
た光変調素子を用いている。

【００１１】また、４（ａ）、４（ｂ）は光増幅器であ
り、この実施例ではエルビウム・ドープ・ファイバ・ア
ンプを用いている。５は光周波数フィルタ、６（ａ）、
６（ｂ）、６（ｃ）、６（ｄ）、６（ｅ）、６（ｆ）は
何れも零分散ファイバ、７（ａ）、７（ｂ）、７
（ｃ）、７（ｄ）、７（ｅ）は偏波無依存アイソレータ
である。尚、上記した構成を便宜的に光周波数コム発生
装置Ａと称する。

【００１２】８は偏波コントローラであり、本実施例で
は半波長板と四分の一波長板を組み合わせたものを用い
ている。９は偏光ビームスプリッター、１０は偏波コン
トロール用の光検出器である。１１は周波数分離フィル
タであり、本実施例では導波路列回折格子モジュールを
用いている。１２は多チャンネル可変減衰器であり、本
実施例では導波路型可変減衰器を複数個用いている。１
３は光混合器であり、本実施例ではスターカプラを用い
ている。尚、上記光周波数コム発生装置Ａ以降の構成を
便宜的に光周波数フィルタ部Ｂと称する。

【００１３】また、１４は基本波スペクトル、１５は強
度変調後のスペクトル、１６は光周波数コムのスペクト
ル、１７（ａ）、１７（ｂ）、１７（ｃ）は分離された
各々の成分スペクトル、１８（ａ）、１８（ｂ）、１８
（ｃ）は可変減衰後の各々の成分スペクトル、１９は光
混合後の出射スペクトル、２０は出射スペクトルの時間
波形である。本実施例では時間波形２０が矩形波になる
ように、スペクトル１８（ａ）〜１８（ｃ）を得るため
の減衰量を多チャンネル可変減衰器１２を制御してい
る。

【００１４】図１において、光アイソレータ２によって
戻り光雑音の影響を除去した半導体レーザ光源の光周波
数ｆｃの基本波１４を光強度変調器３に入射した際に、
光強度変調器３によって発生する側帯波の周波数は各々
ｆｃ＋Δｆ、ｆｃ−Δｆである。ここでΔｆは変調周波
数であり、この値は光強度変調器３に印加するマイクロ
波の周波数によって決定する。そして、変調出力光１５
は光増幅器４（ａ）、４（ｂ）で増幅され、零分散ファ
イバ６（ａ）に入射する。

【００１５】この際、光増幅器４（ａ）から発生する光
増幅器４（ａ）の増幅自然放出光による背景光は光周波
数フィルタ５によって除去される。零分散ファイバ６
（ａ）に入射した増幅光はファイバ内の第三次の非線型
光学効果による四光波混合過程を経て、多数の等間隔周
波数成分を持つ光周波数コム１６に変化する。偏波無依
存アイソレータ７（ａ）〜７（ｅ）は連結された零分散
ファイバ６（ａ）〜６（ｆ）の境界間での光共振を防止
している。

【００１６】生成された光周波数コム１６は偏波コント
ロール用モニタ１０を参照しながら、偏波コントローラ
８によって周波数分離フィルタ１１への最適結合条件に
調整される。光周波数コム１６は周波数分離フィルタ１
１によってそれぞれの成分１７（ａ）〜１７（ｃ）に分
離され、多チャンネル可変減衰器１２に入射し、それぞ
れ所定の減衰を受けて、スペクトル１８（ａ）から１８
（ｃ）を生成する。スペクトル１８（ａ）〜１８（ｃ）
は光混合器１３を介して混合され、出射スペクトル１９
を生成する。

【００１７】次に光周波数コム発生装置Ａで行われる零
分散ファイバを用いた光周波数コム生成の原理について
述べる。本実施例で利用される四光波混合過程は高電界
強度下において２個のポンプ光子及び１個のシグナル光
子から１個のアイドラ光子を発生するもので、光ファイ
バの第三次非線型光学効果に起因するものである。

【００１８】この際、シグナル光子の周波数をｆｓ、ポ
ンプ光子の周波数をｆｐ、アイドラ光子の周波数をｆａ
とすると、エネルギー保存則から４つの波の周波数の関
係は次式を満足しなければならない。

【００１９】

【数１】

【００２０】一方、４波は次式の運動量保存則を同時に
満足しなければならない。

【００２１】

【数２】

【００２２】但し、ｎｉは周波数ｆｉにおける屈折率で
ある。

【００２３】そしてｆａは数式１、数式２の連立方程式
の解として決定される。また、ポンプ光、シグナル光と
して取り扱われるのは光周波数コムのどの成分であって
も良く、一つの過程で発生したアイドラ光を新たなポン
プ光、もしくはシグナル光として四光波混合が可能であ
り、このことより多数の異なる周波数成分が次々と発生
し、尚且つその周波数間隔は、零分散ファイバに入射し
た変調光の変調周波数の逓倍であり、正確に等間隔の周
波数成分を持つ光周波数コムを発生させることが出来
る。

【００２４】更に、零分散ファイバを用いて光周波数コ
ムを発生させる本方式においては、パルス整形を行う際
の重要なパラメータの一つである、光周波数コムの各成
分の周波数間隔が、基本波の変調周波数によって決定さ
れることから、変調周波数を変更することで、光周波数
コムの周波数間隔を制御できる為、任意のパルス整形に
有用である。以上の理由から整形光パルス列生成の為の
光周波数コム発生方式として、従来に比べ非常に自由度
が高く優れているといえる。

【００２５】尚、この実施例では光周波数コム発生器に
入射する光として、波長可変狭線幅半導体レーザ光源１
の出力を光変調器３で変調後、光増幅器４（ａ）、４
（ｂ）で光強度を増幅して用いているが、本発明ではこ
れに限定されるものではなく、高効率な四光波混合に必
要な基本波及び側帯波の電界強度が得られる光周波数が
安定で且つコヒーレントな光を常温で連続供給でき、変
調周波数が可変である光源があればどのような光源であ
っても構わない。

【００２６】また、光周波数フィルタ５を光増幅器４
（ａ）と４（ｂ）の間に挿入しているが、光周波数フィ
ルタを光増幅器４（ｂ）と零分散ファイバ６（ａ）の間
に挿入しても構わなく、光増幅器４（ａ），４（ｂ）に
よる増幅自然放出光強度が信号光に対して十分小さけれ
ば省略しても構わない。

【００２７】更に、連結されている零分散ファイバ６
（ａ）〜６（ｆ）及び偏波無依存アイソレータ７（ａ）
〜７（ｅ）は、それぞれ本実施例の数に限らず、十分に
光周波数コムを発生できるものであれば、その数に増減
があっても構わない。

【００２８】次に、光周波数コムから整形光パルス列を
生成する光周波数フィルタＢの構成及び設計法を示す。

【００２９】光周波数コム発生装置Ａから出射した光
は、偏波面が特定できないため、偏波コントローラによ
って周波数分離フィルタ１１に最適結合するように偏波
面を補正する。本実施例で用いた周波数分離フィルタ１
１は入射光を光路長の異なる複数の光ファイバを通過さ
せることで、それぞれの光ファイバの出射光間に位相差
を生じさせ、入射光のスペクトルを光ファイバ列上に空
間的に展開する方式の導波路列回折光子モジュールであ
り、１２は光周波数フィルタ１１のそれぞれの出力端で
ある光ファイバに結合した多チャンネル可変減衰器であ
る。

【００３０】そして、光周波数コムのスペクトル１６
は、周波数分離フィルタを通過したスペクトル１７の重
ね合わせと等しい。スペクトル１７はそれぞれ多チャン
ネル可変減衰器の別々のチャンネルに結合しており、そ
れぞれ独立に減衰を与えることが出来る。

【００３１】本実施例では矩形波生成を行っており、光
周波数コムは時間軸で観測すればパルス光であり、その
時間波形のフーリエ変換を空間的に展開したものが、周
波数分離フィルタ１１の出射光の列である。本実施例で
はスペクトル１７のそれぞれの成分の相対強度の包絡線
が所定のｓｉｎｃ関数に沿うように多チャンネル可変減
衰器のそれぞれの減衰量を調整し、出射スペクトル１８
の重ね合わせの逆フーリエ変換が所望の時間パルス波形
になる。その際、光周波数コムの周波数間隔をΔｆ、ｓ
ｉｎｃ関数の正弦波成分の周期をΔＦ、矩形波のパルス
長をΔｔ、矩形波の繰り返し周波数をΔＴとすると、こ
れらは次式の関係を満たす。

【００３２】

【数３】

【００３３】

【数４】

【００３４】更に、本方式ではフーリエ展開されたそれ
ぞれの周波数成分に対して独立に減衰を行うことから、
本発明は実施例の矩形波生成に限らず、どのようなパル
ス形生成にも柔軟に対応する整形パルス列生成方法とし
て、従来方法に比べて簡便で且つ優れているといえる。

【００３５】以上、本発明を実施形態に基づいて説明し
たが、本発明は上記した実施形態に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載した構成を変更しない限
り、どのようにでも実施できる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
光変調器と零分散ファイバを利用して周波数間隔の均等
な光周波数コムを発生させているので、連続波光源から
可変のパルス幅の光パルスを生成することが出来る。

【００３７】更に、本発明においては、光変調器と零分
散ファイバを利用して周波数間隔の均等な光周波数コム
を発生させて、その各成分に導波路系で所定の減衰を与
えて、整形された光パルス波形を発生させているので、
振動揺らぎなどに対して安定で、尚且つ、小型モジュー
ル化が可能な整形パルス発生装置を実現できるなど、多
大な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における整形光パルス列発生
装置の構成図である。

【図２】従来のパルス整形装置の構成図である。

【図３】従来のパルス整形装置の出力の時間波形を示す
図である。

【符号の説明】

１ 波長可変狭線幅半導体レーザ光
源 ２ 光アイソレータ ３ 光強度変調器 ４（ａ）、４（ｂ） 光増幅器 ５ 光周波数フィルタ ６（ａ）〜６（ｆ） 零分散ファイバ ７（ａ）〜７（ｅ） 偏波無依存アイソレータ ８ 偏波コントローラ ９ 偏光ビームスプリッター １０ 光検出器 １１ 周波数分離フィルタ １２ 多チャンネル可変減衰器 １３ 光混合器 １４ 基本波スペクトル １５ 強度変調後のスペクトル １６ 光周波数コムのスペクトル １７（ａ）〜１７（ｃ） 分離された光周波数コムの成
分スペクトル １８（ａ）〜１８（ｃ） 可変減衰後の光周波数コムの
成分スペクトル １９ 光混合後の出射スペクトル ２０ 出射スペクトルの時間波形

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一縦モード連続発振レーザ光と、生成
   すべき光パルスの繰り返し周波数でレーザ光を変調して
   得られる１対の側帯波の光の３つの光波をポンプ光とな
   るように増幅して光ファイバに入射し、零分散光ファイ
   バの第三次の非線型光学効果である四波混合により生成
   すべき光パルスの繰り返し周波数に等しい周波数の間隔
   で複数の光波を発生させ、光ファイバからの出力光を、
   各周波数スペクトル成分毎に空間的に分離し、それぞれ
   の光に対して独立に、所定の減衰を与えた後合波して、
   生成すべきパルス波形の周波数スペクトルに対応する包
   絡線の周波数スペクトルを合成することによって、所定
   の繰り返し周波数で所望の波形の光パルスを発生させる
   ことを特徴とする光パルス列生成方式。
2. 【請求項２】 単一縦モード連続発振レーザ光を変調し
   て側帯波を付加する光変調器と、ポンプ光を得るために
   レーザ光を増幅する光増幅器と、ポンプ光の周波数に対
   して分散がほぼ零になる、いわゆる零分散光ファイバに
   入射して、第三次の非線形光学効果に起因する四波混合
   により変調周波数の逓倍の新たな高調波成分を次々と発
   生させる零分散光ファイバによって構成する光周波数コ
   ムジェネレータと、各周波数スペクトル成分を空間的に
   分離する光周波数分離フィルタと、分離された各周波数
   スペクトル成分に、独立に所定の減衰を与える可変光減
   衰器と、減衰した各周波数スペクトル成分を合波する光
   混合器からなることを特徴とする光パルス列生成装置。