JPS6321626A - 短光パルス発生装置 - Google Patents

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、パルス幅が数ｐｓ以下の短光パルスを発生す
る装置に関するものである。

（従来の技術及び問題点） 従来のパルス圧縮形短光パルス発生装置は、光ファイバ
として比屈折率差Δ＝０．３％、コア半径ａ＝５μｍ程
度の単一モード光ファイバを用いていたために半導体レ
ーザやＦセンタ・レーザ等のように光パワーがそれほど
大きくない光源に対しては、非線形効果、が小さいので
有効にパルス圧縮ができないという欠点があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、従来のかかる欠点を解決し、半導体レーザや
Ｆセンタ・レーザを光源として用いた場合にも、パルス
幅が数ｐｓ以下の短光パルスを発生する装置を提供する
ものである。

本発明は、コアの比屈折率差Δを大きくすると同時に、
コア半径を小さくしてコア断面積を従来のファイバの約
１７５〜１７１０以下とすることによって光力−効果（
光の強さによって光ファイバの屈折率が変化する効果）
を増大させることを最も大きな特徴としており、この点
が従来の短光パルス発生装置と異なるところである。

以下、本発明を図面を参照し実施例により詳細に説明す
る。

（実施例） 第１図は、本発明の実施例を示す図であり、レーザ装置
１で発生されたレーザ光は、コリメートレンズ２，３を
通って単一モード光ファイバ４に入射され、さらにその
出力はコリメートレンズ５を通り、一対の相対向する回
折格子６，７によってパルス幅を圧縮されて出射される
。第２図は単一モード光ファイバの屈折率分布を示す。

単一モード光ファイバの屈折率分布は、 で表わされ、こ＼で Δ＝（・１・−・２・）／２・１・　　　　　（２５″
ｎ１：コアの屈折率の最大値 ｎ２：クラッドの屈折率 ｒ：コアの中心からの距離 α：屈折率分布指数 ａ：コア半径 である。

第２図において、実線は実際の屈折率分布、破線は等価
ステップ形屈折率分布を表わしている。

コアとクラッドの屈折率差はΔ＝２．９％であり、コア
半径はａ＝１．１５μｍである。コアの屈折率分布指数
はα＝２であるから、等価ステップ形屈折率分布のコア
半径ａ、は ａ３ミｐａ（３） 率差は、 Δ、＝ｑ２Δ　　　　　　　　　　　　　　（５）α なる関係式より１．ｄ、　＝２．４１％である。なお、
これらの関係式については、Ｈ，Ｍａｔｓｕｍｕｒａ　
（松材）等の”　Ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　
ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒｓ　ｈａｖｉｎｇ
　ａｎ　ａｒｂｉｔｒａｒｙ　１ｎｄｅｘ　ｐｒｏｆｉ
ｌｅ　　（任意のインデクスプロフィルを有する単一モ
ードファイバの正規化）”、　Ａｐｐｌ、　０ｐｔｉｃ
ｓ、、　Ｖｏｌ、１９＋　Ｎｏ、１８＋　ｐｐ。

３１５１−３１５８．１９８０を参照されたい。

また、コアの屈折率の等価的な値ｎ’ｓは式（５）を用
いて ｎ’ｓ　＝　Ｌ　（１−Δ（１−ｑ”）　）　　　　　
　（７）と表わせる。

第１図のパルス圧縮装置において、回折格子対における
光の分散は負、すなわち波長の長い成分が遅く辷るから
、光源からのパルスを有効に圧縮するためには、光ファ
イバーの分散は正でなければならい。

ステップ形単一モード光ファイバの分散は、１，３〜１
．７μｍの波長において十分に良い近似をもって次式で
与えられる。

ｓ＝ｓ、＋ｓｗ　　　　　　　　　　　　　　　（８）
（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）　　（９） （ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）　　、α０） こ−で、λ、λ、はμｍ単位で与えられ、λ。はで与え
られる。

式（８）、　（９）、　ＱＯ）よ、すＳ＞Ｏとするため
の条件を求めると、 となる。こ＼で、さらに式ｆ３）、　（５）を用いると
、となる。−例として、第２図に示すΔ＝２．９％、α
＝２の単一モード光ファイバの分散がλ＝１．５５μｍ
において正となるための条件を弐〇でより求めると、 ａ＜１．７３μｓ　　　　　　　　　　　　　　Ｑ荀と
なる。第２図のファイバのコア半径はａ　＝１．１５μ
ｍであるから弐〇〇の条件を満足しており、実際に測定
した分散の値はλ＝１．５５μＩにおいて５＝７８ｐｓ
／ｋａ＋／ｎｍであった。

以上、一つの屈折率分布の実施例について述べたが、一
般的には１．３〜１．７μｍの波長において、弐（８）
、　（９）、　Ｑωで与えられる分散Ｓが正となるため
に、単一モード光ファイバは、等価テスップ形屈折率分
布の比屈折率差が、 Δ５＝ｑｔΔ＞０．０１　　　　　　　　　　０９すな
わち Δ〉０．０１／ｑ”　　　　　　　　　　　　　Ｑ６）
でなければならない。従って式（２）より与えられるコ
ア半径ａ３　も、 ８３９２μｍ　　　　　　　　　　　　　節となり、現
在通信用として一般に用いられている光ファイバのコア
径に比べて非常に小さい。通常の単一モード光ファイバ
のコア半径は５μｍ程度であるので、本発明による単一
モード光ファイバのコア断面積は従来の光ファイバの約
１７５〜１／１０であり、このためにコア内の光のパワ
ー密度は５〜１０倍大きくなり、光力−効果も生じ易く
なり、光パルス圧縮に有効である。

第３図（ａ）に、第１図におけるレーザ光１　（波長λ
＝１．５５μｌ１ｌ）のパルス波形を示す。パルスのＦ
−８Ｍ　（半値全幅）はΔｔ　＝３０ｐｓである。この
ようなパルスを単一モード光ファイバ４に入射すると、
カー効果による自己位相変調によって光の瞬時角周波数
は、 で与えられる。こ＼でω。＝２πｆ０＝２π（Ｃ／λ）
、Ｌはファイバ長、ｎＭＬ＝１．１Ｘ１０−”ｅｓｕは
非線形定数、Ｅは電界である。Ｌ＝１００ｍの時のチャ
ーピング特性（瞬時角周波数の拡がり特性）を第３図（
ｂｌに示す。光パルスの前縁は周波数が低下しく波長が
大きくなり）、後縁は周波数が増大（波長が小さくなる
）することが分る。

光ファイバの分散は正であるから、波長の長いパルスの
前縁の速度は波長の短かいパルスの後縁の速度より速い
ため、単一モード光ファイバ４から出射した光のパルス
幅は第３図（Ｃ）に示すように拡がる。Ｌ＝１００ｍの
場合にはパルス幅はＬｏｏｐｓとなる。しかし、第３図
（ｂｌ、　（Ｃ）から分るようにチャーピングがｔ／ｌ
ｏ　（こ＼でｔｏはパルスの半値半幅）に対して直線的
であり、光パルスの立ち上り、立ち下りが非常に急峻で
あるために、第３図（Ｃ１のパルスは負の分散を持つ回
折格子対６．７を通過すると第３図（ｄ）に示すように
非常に狭いパルス幅（Δｔ　＝０．８ｐｓ）の光となる
。

なお、回折格子６，７としては８００本／ｍｍの格子を
光軸に対して６０度傾けて用いているために、回折格子
の１ｍ当りの間隔に対するパルス前縁と後縁の伝ばん時
間差は３２ｐｓ／ｍである。第３図（Ｃ）に示すように
、パルス前縁と後縁の時間波がりは１００ｐｓであるの
で、回折格子対の間隔は１００　（ｐｓ）　／　３２（
ｐｓ／ｍ）　＝３．１３（ｍ）　とした。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば１．３〜１．７μ
ｍの波長におけるレーザ光を数ｐｓ以下に圧縮すること
ができるため、超高ビットレート光通信や物性測定に非
常に有利に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す図、第２図は、第１
図で用いている単一モード光ファイバの屈折率分布及び
等価ステップ形屈折率分布を表わす図、 第３図（ａｔ、　（ｃｌ、　（ｄｉはそれぞれレーザの
出射パルス波形、単一モード光ファイバの出射パルス波
形、回折格子対を通過したパルス波形、第３図（ｂ）は
単一モード光ファイバのチャーピング特性を表わす図で
ある。 １・・・レーザ装置 ２．３．５・・・コリメートレンズ ４・・・単一モード光ファイバ ６．７・・・回折格子 特許出願人　　日本電信電話株式会社 第２図 ｎ（ｒ θａｓ（２ｒ 第３図　（ａン 第３図（ｂ＞ 第３図（Ｃ） 第３図（ｄ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単一モード光ファイバと一対の相対向する回折格子
   を用いて光のパルス幅を圧縮する装置において、単一モ
   ード光ファイバの屈折率分布ｎ（ｒ）が ｎ（ｒ）＝ｎ＿１〔１−２Δ（ｒ／ａ）＾α〕＾１＾／
   ＾２で表わされ、ｎ＿１はコアの屈折率の最大値、ｒは
   コアの中心からの距離、 ａはコア半径、αは屈折率分布指数、 Δ（＝（ｎ＿１＾２−ｎ＿２＾２）／２ｎ＿１＾２、ｎ
   ＿２はクラッドの屈折率）はコアとクラッドの比屈折率
   差であるとき、１．３μｍ＜λ＜１．７μｍの波長の特
   定の波長の光に対して、比屈折率差Δが Δ＞０．０１／ｑ＾２ なる条件を満足し、同時にコア半径ａが ａ＜［λ＾２＿ｑ√Δ］／［〔３．２ｑ＾２ｎ＿１＿Ｓ
   λΔ＋０．１３７（λ−１．２７）〕ｐ］（μｍ）ｐ＝
   １−０．３８３／√α ｑ＝１−０．１７８／α ｎ＿１＿Ｓ＝ｎ＿１〔１−Δ（１−ｑ＾２）〕なる条件
   を満足することを特徴とする短光パルス発生装置。