WO2007066759A1

WO2007066759A1 - 光圧縮器および極短パルス光源

Info

Publication number: WO2007066759A1
Application number: PCT/JP2006/324557
Authority: WO
Inventors: Atsushi Oguri; Shunich Matsushita
Original assignee: The Furukawa Electric Co., Ltd.
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2007-06-14
Also published as: EP1962135A1; JP4913396B2; JP2007163579A; US7769262B2; EP1962135A4; US20090016669A1

Abstract

短パルス光を出射する光パルス発生器１１１と、光パルス発生器１１１が出射した短パルス光を光増幅する光増幅器１１２と短パルス光を圧縮する光圧縮器１２０とを備え、光圧縮器１２０が、ビームスプリッタ１２１１、２と、入射したパルス光を圧縮する光ファイバ１２２１、２、１２３１、２と、入射した光の偏光方向を９０度回転させて光ファイバ１２３１、２に戻す偏光回転手段１２４１、２と、ビームスプリッタ１２１１、２の出射側に設けられた偏波保持光ファイバ１２５１、２とからなる段を有し、前段の偏波保持光ファイバ１２５１と後段のビームスプリッタ１２１２とが接続されるように構成される。

Description

明細書

光圧縮器および極短パルス光源

技術分野

[0001] 本発明は、光通信、光計測、材料加工、物理学等において用いる光圧縮器および極短パルス光源に関し、特に、光ファイバを用いてパルス光を圧縮し極短パルス光を生成する光圧縮器および極短パルス光源に関する。

背景技術

[0002] 近年、光通信の高速化の要請に伴、、サブピコ秒等のパルス長の短!、極短パルス光が必要となってきている力電気回路の高速ィ匕の限界により極短パルス光を発生させることは困難になってきている。そのため、このような極短パルス光を、光ファイバの波長分散と非線形性を利用することで、パルス長を圧縮する光ファイバ圧縮器を用いて極短パルス光を発生する極短パルス光源が開発された。図 11は、上記の極短パルス光源の構成を概念的に示す図である。

[0003] 図 11において、極短パルス光源 1は、例えば数ピコ秒のパルス長のパルス光を出射するパルス光源 11と、パルス光源 11が出射したパルス光を光増幅する EDFA (Er -Doped Fiber Amplifier)等の光増幅器 12と、光増幅したパルス光を圧縮する光ファィバ等カゝらなる圧縮器 13とを備えるように構成される。

[0004] 図 12は、圧縮器 13に用いる光ファイバの例を示す図である。圧縮器 13を構成する光ファイバとして、まず、ファイバ長手で波長分散が減少する DDF (Dispersion- Deer easing Fiber_G例えば、非特許文献 1参照。）、分散の異なる複数の光ファイバを用いてファイバ長手方向の分散プロファイルを変化させる SDPF (Step-like Dispersion Pr ◦filed Fiber₀例えば、非特許文献 2参照。）、および分散の異なる 2種類の光ファイバを用いてファイバ長手方向の分散プロファイルを変化させる CDPF (Comb-like Dispe rsion Profiled Fiber_G例えば、非特許文献 3参照。）などの、光ファイバの波長分散と非線形性を利用する断熱ソリトン圧縮器がある。断熱ソリトン圧縮は基本ソリトンに光ファイバ中で緩や力な摂動を与え、非線形と分散の効果により光パルスを圧縮する方法であり、時間波形やスペクトル形状の劣化が少ない優れた圧縮方法である。 DD F方式は波長分散を緩やかに減少させることができるため、理想的な断熱ソリトン圧縮を行うことができる。し力しながら、波長分散が理想的に光ファイバ長手で減少するような光ファイバの作製は困難である。そこで、異なる波長分散を持つ複数の光ファィバを組み合わせてることにより、平均波長分散をファイバ長手で減少させ、近似的に DDFプロファイルを実現する SDPFと CDPFが提案された。しかしながら、圧縮効率、製造の容易性等の観点から、非線形媒質として HNLF (Highly Non-Linear Fibe r)の高い非線形性と、分散媒質として SMF (Single Mode Fiber)の波長分散とを利用する CPF (Comb-like Profiled Fiber。例えば、非特許文献 4参照。）を用いることがより好ましい。

[0005] 上記の極短パルス光源 1では、通常、光ファイバ内で偏光方向の変化が生じやすく、一般に直線偏向出力の光を得ることが困難である。そこで、偏光方向を保持させるために偏波保持材を有する光ファイバで圧縮器 13を作成する方法が開示されている（例えば、非特許文献 1参照)。一方、図 13に示すように、モードロック型の極短パルス発振器において、ミラー付きファラデー回転子を用いて共振器内の偏光状態の変動を補償し、 1つの偏光状態で動作する技術が開示された (例えば、非特許文献 5 参照)。

[0006] 図 13において、極短パルス光源 2は、励起光源 21と、 WDM (Wavelength Division al Multiplexer) 22、 EDF30、 Polarizer24、波長板 25、ミラー付きファラデー回転子 2 8、集光レンズ 27、ファラデー回転子 26、ミラー 29から構成される。励起光源 21は W DM22を介して EDF30を励起する。ミラー付きファラデー回転子 28は入射光に対して偏光を 90度回転した光を出力する。そして、ファラデー回転子 26とミラー付きファラデー回転子 28の間を往復することで、非偏波保持ファイバにおける偏光の変動が補償される。そのため、ファラデー回転子 28からの入力の直線偏向光に対して、垂直な直線偏向を有する光を得ることができる。

[0007] 非特許文献 1 :ケー.アール.タムラおよびェム.ナカザヮ著：「偏波保持型分散フラット分散減少型パルス圧縮器からの 54フェムト秒 10GHzソリトンの発生」、ォプテイクスレター、 26卷、 762頁、 2001年（K. R. Tamura and M. Nakazawa:"54— fs, 10— GHz soliton generation from a polarization-maintaining dispersion-flattened dispersion— d ecreasing fiber pulse compressor," Optical Letter, Vol.26, p.762, 2001.)。

非特許文献 2 :エス.ヴィ.チェルニコフら著：「ソリトンパルスの発生および生成用の光ファイバ内のステップ状分散プロファイルの実験的実証」、エレクトロニクスレター、卷、 433貞、 1994 (S.V. Chernikov et al.: Experimental demonstration of step- li ke dispersion profiling in optical fibre for soliton pulse generation and compression," Electron. Letter, Vol.30, p.433, 1994.)

非特許文献 3 :エス.ヴィ.チェルニコフら著：「ソリトンパルス列発生用の櫛状分散プ口ファイルファイバ」、ォプテイクスレター、 19卷、 539頁、 1994 (S.V. Chernikov et al.: 'し omblike dispersion-profiled fiber for soliton pulse train generation , Opt. Let t" Vol.19, p.539, 1994.)

非特許文献 4 :ケー.ィガラシら著：「高非線形ファイバを用いて平均分散を調節した櫛状分散プロファイルファイバを使用しての、超高品質ピュア 160GHzサブピコ秒のソリトン列の発生」、 CLEO2003、 CMH7頁、 2003 (K. Igarashi et al.: "Ultra- highly pu re 160 GHz subpicosecond solitontrain generation with average dispersion-managed comb-like dispersion profiled fiber using highly-nonlinear fiber," CLEO2003, CMH 7, 2003.)

非特許文献 5 :ェム.ィー.ファーマンら著：「360fsパルスを生成する、環境変動に強いカー効果型モードロック Erファイバレーザ」、ォプテイクスレター、 19卷、 43頁、 1 994 (M. E. Fermann et al., 'Environmentally Stable Kerr- type mode- lock erbium fi ber laser producing 360- fs pulse", Optical Letter, Vol. 19, p.43, 1994.)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

し力しながら、このような従来の光ファイバの波長分散と非線形性を利用して極短パルス光を発生する極短パルス光源では、偏波保持型の特殊な光ファイバでノルス圧縮器を構成すると、光ファイバが高価になるという問題がある。ここで、偏波保持型の特殊なファイバとは、パルス圧縮に最適な波長分散と非線形性を有するように製造された偏波保持型のファイバを意味し、通常の SMFを偏波保持型にした偏波保持ファィバ（以下、 PM - SMF (Polarization Maintaining- SMF)という。）を意味するものではない。また、 SDPFや CDPF, CPFのように異なる光ファイバを多段接続することでパルス圧縮する構成においては、コアの構造が異なることに加え接続の向きが限定される等のため接続が煩雑になること、偏波保持材を有する特殊な光ファイバが高価であること等の問題がある。また、接続の困難性の増大に伴い、特性の低下、特性のばらつきの増大、信頼性の低下等の問題が生ずる。

[0009] 本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、直線偏光出力の光パルスを得るために、偏波保持材を有する特殊な光ファイバと、その間の接続を必要としない光圧縮器および極短パルス光源を提供するものである。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明に係る第 1の態様は、光路上に配置され、光路中を 2つの異なる方向から入射する光のうちの一方の方向から入射する光を通過させて前記光路中に出射し、他の方向から入射する光を別の光路に出射する光デバイスと、前記光デバイスを通過した光が入射する側に設けられ、入射したパルス光を圧縮するための 1種類以上の光ファイバと、前記光ファイバの、前記光デバイスを通過した光が出射する側に設けられ、偏光方向を 90度変化させて前記光ファイバに戻す偏光回転手段とを有する 1 つ以上のブランチを備え、隣り合う前記ブランチと前記ブランチとが光学的に直列に接続されてヽることを特徴とする光圧縮器である。

[0011] 本発明に係る第 2の態様は、第 1の態様において、前記光デバイスが、ビームスプリッタもしくは、サーキユレータによって構成されることを特徴とする。

[0012] 本発明に係る第 3の態様は、第 1の態様において、前記ブランチ毎に、前記パルス光の偏光方向を保持する偏波保持光ファイバを備え、各前記ブランチは、対応する前記ビームスプリッタの出射側に前記偏波保持光ファイバが接続され、前記偏波保持光ファイバを介して次の前記ブランチと光学的に直列に接続されていることを特徴とする。

[0013] 本発明に係る第 4の態様は、第 2の態様において、前記偏波保持光ファイバが、前記パルス光の偏光方向を保持する単一モード光ファイバによって構成されていることを特徴とする。

[0014] 本発明に係る第 5の態様は、第 1の態様において、前記偏光回転手段が、前記パルス光が入射する面と反対側の面に反射鏡を有するミラー付きファラデー回転子によって構成されて、ることを特徴とする。

[0015] 本発明に係る第 6の態様は、第 1乃至第 3の態様のいずれか 1つにおいて、いずれ力 1つ以上の前記ブランチを構成する前記光ファイバが、光学特性の非線形性を利用してパルス光のスペクトルを広げる高非線形ファイバを有することを特徴とする。

[0016] 本発明に係る第 7の態様は、第 1乃至第 3の態様のいずれか 1つにおいて、いずれ力 1つ以上の前記ブランチを構成する前記光ファイバが単一モード光ファイバを有し、各前記単一モード光ファイバが波長分散を利用してパルス光を圧縮することを特徴とする。

[0017] 本発明に係る第 8の態様は、第 1乃至第 3の態様のいずれか 1つにおいて、いずれ力 1つ以上の前記ブランチを構成する前記光ファイバが、高非線形ファイバと単一モード光ファイバを有し、各前記高非線形ファイバが光学特性の非線形性を利用してパルス光のスペクトルを広げ、各前記単一モード光ファイバが波長分散を利用してパルス光を圧縮することを特徴とする。

[0018] 本発明に係る第 9の態様は、第 6または第 8の態様にぉ、て、入射したパルス光が、前記高非線形ファイバと前記単一モード光ファイバまたは前記偏光方向を保持する単一モード光ファイバとを交互に通過するように構成されたことを特徴とする。

[0019] 本発明に係る第 10の態様は、第 1乃至第 3の態様のいずれか 1つにおいて、いずれカ 1つ以上の前記ブランチを構成する前記光ファイバが単一モード光ファイバを有し、入射したパルス光が、前記単一モード光ファイバと前記偏光方向を保持する単一モード光ファイバとを交互に通過するように構成され、波長分散が近似的に通過経路で減少することを特徴とする。

[0020] 本発明に係る第 11の態様は、第 1乃至第 3の態様のいずれか 1つにおいて、いずれカ 1つ以上の前記ブランチを構成する前記光ファイバが単一モード光ファイバを有し、前記単一モード光ファイバの波長分散が、出射側に近いブランチ程小さくなるように構成されたことを特徴とする。

[0021] 本発明に係る第 12の態様は、パルス光を出射するパルス光源と、前記パルス光源が出射したパルス光を圧縮する第 1乃至第 11の態様のいずれか 1つに記載の光圧縮器とを備えることを特徴とする極短パルス光源である。

[0022] 本発明に係る第 13の態様は、第 12の態様において、前記パルス光源が、短パルス光を出射する光パルス発生器と、前記光パルス発生器が出射した短パルス光を光増幅する光増幅器とを有することを特徴とする。

[0023] 本発明に係る第 14の態様は、第 12または第 13の態様において、前記光パルス発生器がピコ秒台の短パルス光を出射することを特徴とする。発明の効果

[0024] 本発明は、光ファイバ内をパルス光が往復することによって非偏波保持ファイバ中の偏波を補償する構成を採用しているため、パルス圧縮用の特殊な偏波保持型の光ファイバを必要としない光圧縮器および極短パルス光源を実現できる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施の態様の極短パルス光源のブロック構成を示す図である。

[図 2]図 2は、光パルス発生器の他の構成例を示す図である。

[図 3]図 3は、本発明の第 1の実施の態様の光圧縮器のブロック構成を示す図である

[図 4]図 4は、本発明の第 1の実施の態様の光圧縮器を構成する各段について、パルス光の圧縮という観点力説明する図である。

[図 5]図 5は、パルス光の圧縮の評価に用いた光圧縮器 120の構成の一例を示す図である。

[図 6]図 6は、図 5に示す構成の光圧縮器 120のスペクトルの一例を説明するための図である。

[図 7]図 7は、図 5に示す構成の光圧縮器 120等から出力されたパルス光の自己相関波形を示す図である。

[図 8]図 8は、本発明の第 2の実施の態様の光圧縮器のブロック構成を示す図である [図 9]図 9は、本発明の第 3の実施の態様の光圧縮器のブロック構成を示す図である [図 10]図 10は、本発明の第 3の実施の態様の光圧縮器の他のブロック構成を示す図である。

[図 11]図 11は、従来の極短パルス光源の構成を概念的に示す図である。

[図 12]図 12は、圧縮器 13に用いる光ファイバの例を示す図である。

[図 13]図 13は、モードロック型の極短パルス発振器の構成を概念的に示す図である

[図 14]図 14は、本発明の第 4の実施の様態の極短パルス光源の構成を示す図である。

[図 15]図 15は、図 14に示す構成の極短パルス光源 100中の光圧縮器 120への入出力パルスのスペクトルの一例を説明するための図である。

[図 16]図 16は、図 14に示す構成の極短パルス光源 100中の光圧縮器 120への入出力パルスの自己相関波形を説明するための図である。

[図 17]図 17は、図 14に示す構成の極短パルス光源 100の光圧縮器 120から出力される極短パルスと、従来の光圧縮器から出力される極短パルスの出力特性の時間依存性の比較を示す図である。

符号の説明

1 極短パルス光源

2 モードロック型超短パルス発振器

11 パルス光源

12 光増幅器

13 圧縮器

21 励起光源

22 WDM

23 EDF

24 ビームスプリッタ

25 波長板

26 ファラデー回転子

27 集光レンズ 28 ミラー付きファラデ

29 ミラー

100 極短パルス光源

110 パルス光源

111、 210 光パルス発生器

112 光増幅器

113 チヤープ補償器

114 種パルス発生器

115 バンドパスフィルタ

120、 220, 320, 420 光圧縮器

121 ゝ 121 、 221 、 321 、 421 偏光ビームスプリッタ

1 2 1〜4 1〜4 1〜4

122 、 122 、 222 、 322 、 422 HNLF

1 2 1〜4 1〜4 1〜4

123 ゝ 123 、 323 、 323 、 423 、 423 SMF

1 2 1 2 3 4

124 ゝ 124 、 224 、 324 、 424

1 2 1〜4 1〜4 1〜4 ミラー付きファラデー回転子

125 、 125 、 225 、 325 、 425 PM-SMF

発明を実施するための最良の形態

[0027] 以下、本発明の実施の態様について、図面を用いて説明する。

図 1は、本発明の第 1の実施の態様の極短パルス光源のブロック構成を示す図である。

図 1において、極短パルス光源 100は、数ピコ秒程度のパルス長の短パルス光を光増幅して出射するパルス光源 110と、パルス光源 110から出射したパルス光を圧縮する光圧縮器 120とを備えるように構成される。ここで、パルス光源 110は、数ピコ秒程度のパルス長の短パルス光を出射する光パルス発生器 111と、光パルス発生器 1 11が出射した短パルス光を光増幅する EDFA (Er-Doped Fiber Amplifier)等の光増幅器 112とを有する。

[0028] 図 2は、図 1の光パルス発生器 111の構成の例を示す図である。図 2の光パルス発生器は種パルス発生器 114と、種パルス発生器 114のチヤープを補償するためのチヤープ補償器 113から構成される。種パルス発生器 114は、直接変調型 DFB- LD (Di stributed Feedback Laser Diode)を 100〜300 ps程度の電気パルスで利得スィッチすることで発生させる構成を持つ。利得スィッチして発生させた光パルスは、チヤープを持つことがあるので、光パルスの各波長成分の光に所定の遅延時間を発生させパルスの時間波形を整えるチヤープ補償器 113を用いてチヤープを補償し、トランスフォームリミットな光パルスにする。具体的には、分散補償光ファイバでチヤープを補償するのがよい。以下、分散補償光ファイバが有するこの機能を分散補償という。

[0029] また、光パルス発生器 111は、例えば、 CW光を出射する波長可変光源 (Tunable Li ght Source :TLSともいう。）、 LN変調器および変調信号源を有し、波長可変光源が出射した CW光を LN変調器が変調信号源から出力された信号に応じて変調して所定のパルス長の短パルス光を出射する構成を有してもよい。ここで、光パルス発生器 111が出射する光パルスのパルス長は、例えば数ピコ秒程度である力必要に応じてその他の長さでも良い。光パルス発生器 111の構成は周知であるため、更なる説明を省略する。

[0030] 光増幅器 112は、光パルス発生器 111から出力したパルス光の波長帯の光を光パルスに最適なパルスエネルギーまで増幅するものであり、必要に応じて用いればょヽ。例えば、 EDF A等のファイバ増幅器、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Am plifier： SOA)等を用いることができる。

[0031] 図 3は、本発明の第 1の実施の態様の光圧縮器のブロック構成を示す図である。図 3において、光圧縮器 120は、偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter : PB S) 121 (i= l〜n)と、単位長さ当たりの非線形性が強い HNLF (Highly Non-Linear Fiber) 122 (i= l〜n)、 SMF (Single Mode Fiber) 123 (i= l〜n)、ミラー付きファラデー回転子 12 (i = 1〜n)と、入射した光の偏光方向を保持する偏波保持光フアイノ 125 (i= l〜n)とを有する。ここで、 nは自然数である。

[0032] ここで、 PBS121 (i= l〜！ 1)、単位長さ当たりの非線形性が強い HNLF122 (i= l 〜！ i)、 SMF123 (i= l〜n)、および、ミラー付きファラデー回転子 124 (i= l〜n)によって構成される部分を i (i= l〜_n)番目のブランチと、うものとする。また、 i (i= 1〜 n)番目のブランチと偏波保持光ファイバ 125 (i= l〜n)によって構成される部分を i( i= l〜n)番目の段と!/、うものとする。 [0033] 各 PBS121iは、光を直交する偏光方向分岐するようになっている。本発明では、 i 番目のブランチは、後述するように、 i番目のブランチを戻ってくるノルス光の偏光方向が入射のとき偏光方向と相対的に 90度の角度をなすように構成される。そして、各 PBS121は、入射したパルス光を透過させて i番目のブランチに出射させ、 i番目のブランチを戻ってきたパルス光を反射して偏波保持光ファイバ 125に出力するようになっている。

[0034] 各 HNLF122は、非線形定数が約 20 /W/kmで、波長分散が約- 0.2 ps/nm/kmのものを用いた。 HNLF122は、非線形定数がファイバ内の光の進行方向に対して特殊な分布を有するものである必要はなぐ一様となるものでよい。各 HNLF122において、パルス光は、非線形現象である自己位相変調により、新しい周波数成分を連続的に作り出す。すなわち、各 HNLF122への入射パルス光に対して、出力パルス光のスペクトルが広がることになる。また、自己位相変調によるチヤープを持つことになる。

[0035] 各 HNLF122を通過する際に、光パルスは、自己位相変調によるチヤープを持つ。具体的には、パルスの立ち上がり部分の周波数は搬送周波数より低くなり、パルスの立ち下がり部分の周波数は搬送周波数より高くなる。各 HNLF 122でスペクトルが広がったパルスのチヤープを、異常分散ファイバで補償することで、パルスを圧縮することが可能である。各 SMF123は、 16 ps/nm/km程度の異常分散を有する一般の単一モードファイバを用いて構成され、各 HNLF ^の往路で受ける自己位相変調によるチヤープを補償する役割をもつ。

[0036] 各ミラー付きファラデー回転子 124は、往路で例えば入射の方向の回りに偏光方向がファラデー回転角 Θだけ回転し、反射によって位相が反転して偏光方向が合計 Θ + 180度回転し、復路で出射の方向の周りに偏光方向が Θ度すなわち入射の方向の回りに Θ度回転し、合計 2 Θ + 180度、偏光方向が回転するようになっている。以下、上記のファラデー回転角 Θを 45度とし、各ミラー付きファラデー回転子 124 は、各ミラー付きファラデー回転子 124に入射するパルス光と出射するパルス光との偏光方向の相対的な角度が 90度になるように構成されて、るものとする。

[0037] 各偏波保持光ファイバ 125は、入射したパルス光の偏光方向を維持できるように構成された光ファイノからなる。具体的には、各偏波保持光ファイバ 12 は、例えば光学的な異方性による複屈折を有し、偏光方向を進行方向に直交する 1つの軸 (以下、偏光保持軸という。 )に固定できる光ファイノからなるのでもよい。

[0038] 各偏波保持光ファイバ 125は 16 ps/nm/km程度の異常分散をもつファイバであり、各ミラー付きファラデー回転子 124で反射され、各 HNLF122の復路で受ける自己位相変調によるチヤープを補償する役割を持つ。各偏波保持光ファイバ 125は SMF を偏波保持型にしたものであり、比較的安価で容易に入手可能な光ファイバである。

[0039] 図 4は、本発明の第 1の実施の態様の光圧縮器を構成する各段について、パルス光の圧縮という観点力も説明する図である。図 4の上段の図は、 HNLFと SMFとによつて構成される従来の CPF (Comb-like Profiled Fiber)を概念的に示す説明図であり、図 4の下段の図は、図 3の光圧縮器 120を構成する各段をパルス光の進行方向に見たときの等価的な光ファイバの配置を示す概念的に説明図である。

[0040] 光圧縮器 120を上記のように構成することによって、各段の光ファイバは、パルス光の圧縮という観点から図 4の下段に示すように配列したものと等価的になる。図 4すなわち、各段の光ファイバは、入射側力も、 HNLF122、 SMF123、 SMF123、 HN LF 122、 PM— SMF125の順番で光ファイバが配置された CPFと等価な配列になる。なお、 SMF123において、単一モード光ファイバの替わりに偏光方向を保持する単一モード光ファイバを用いてもよい。ここで、パルス光の圧縮という観点からは、各段の HNLF122、 SMF123、および PM— SMF125によって、 CPFに用いられる 2対の HNLFと SMFが構成される。図 3に示す構成では、光圧縮器 120は、 1番目の段と 2段目の段と力なるため、 CPFに用いられる 4対の HNLFと SMFが構成されるもとの等価になる。

[0041] 以下、本発明の第 1の実施の態様の極短パルス光源および光圧縮器の作用について説明する。まず、光パルス発生器 111を出射したパルス光は、光増幅器 112によって増幅されて、光圧縮器 120に入射する。光圧縮器 120に入射したパルス光は、 1番目の段で、 PBS121を透過して 1番目のブランチを HNLF 122、 SMF123 の順で通過し、ミラー付きファラデー回転子 124に入射する。ここで、 HNLF122および SMF123が偏光方向を保持するように構成されていないため、ミラー付きファラデ一回転子 124に入射したパルス光は、一般に、 HNLF122および SMF123が有する光学特性に応じて偏光方向が変化する。ミラー付きファラデー回転子 124に入射したノルス光は、偏光方向を 90度回転して反射する。ミラー付きファラデー回転子 124を出射したパルス光は、 1番目のブランチを SMF123、 HNLF122の順に往路で生じた偏光方向の変化を補償するように PBS 121側に戻る。その結果、 PBS 121に戻ったパルス光は、偏光方向が入射のときの偏光方向から 90度変化するため、 PBS121の出力ポートから取り出され、 PM— SMF125に出射する。 PM— S MF125に入射したパルス光は、偏光方向を保持したまま伝播し、 1番目の段で合計、 CPFに用いられる HNLFと SMF2対分の圧縮を受けることになる。

[0042] 同様に、 2番目の段で、パルス光は、 PBS121を透過して 2番目のブランチを HN

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LF122、 SMF123の順で通過し、ミラー付きファラデー回転子 124に入射する。

2 2 2

ここで、 1番目の段と同様の理由で、ミラー付きファラデー回転子 124に入射したパ

2

ルス光は、一般に、 HNLF122および SMF123が有する光学特性に応じて偏光

2 2

方向が変化する。ミラー付きファラデー回転子 124に入射したパルス光は、 1番目の

2

段と同様に偏光方向が 90度変化して出射し、 2番目のブランチを SMF123、 HNL

2

F122の順に往路で生じた偏光方向の変化を補償するように PBS121側に戻る。

2 2

その結果、 PBS121に戻ったパルス光は、偏光方向が入射のときの偏光方向から 9

2

0度変化するため、 PBS121の出力ポートから取り出され、 PM— SMF125に出射する。 PM-SMF125に入射したパルス光は、偏光方向を保持したまま伝播し、 2

2

番目の段で合計、 CPFに用いられる HNLFと SMF2対分の圧縮を受けることになる。光圧縮器 120に入射したパルス光は、 1番目の段における圧縮と 2番目の段における圧縮とで、合計、 CPFに用いられる HNLFと SMF4対分に相当する圧縮を受けると共に、入射したときの偏光方向を維持したまま光圧縮器 120を出射することになる。

[0043] 図 5は、パルス光の圧縮の評価に用いた光圧縮器 120の構成の一例を示す図である。図 5において、 1番目の段の HNLF122、 SMF123、および PM— SMF125 は、それぞれ 100m、 200m, 150mの長さを有し、 2番目の段の HNLF 122、 SMF

2

123、および PM— SMF125は、それぞれ 100m、 35m、 40mの長さを有する。な

2 2

お、上記のパルス光の圧縮の評価には、図 2に示す構成の光パルス発生器 110を用いた。ここで、光パルスは、パルス光源 111として用いた直接変調型の DFB— LD (D istributed Feedback -Laser Diode)を利得スィッチすることによって発生され、分散補償光ファイバで分散補償がなされて、る。

[0044] 図 6は、図 5に示す構成の光圧縮器 120のスペクトルの一例を説明するための図である。ここで、図 6 (a)は、光圧縮器 120に入射させたパルス光の波長スペクトル特性を示す図であり、図 6 (b)は、光圧縮器 120から出射したパルス光の波長スペクトル特性を示す図である。図 6から、光圧縮器 120から出射したパルス光は、光圧縮器 120 に入射させたパルス光に比して、スペクトルが広がってヽることがわかる。

[0045] 図 7は、図 5に示す構成の光圧縮器 120等から出力されたパルス光の自己相関波形を示す図である。図 7 (a)は、図 5に示す構成の光圧縮器 120から出射したパルス光の自己相関特性を示す図である。ここで、光圧縮器 120には、図 6 (a)に示す波長スペクトル特性を有し、半値全幅が 7. 2psのノルス光が入射される。図 5に示す構成の光圧縮器 120からは、 sech²型のパルス光に圧縮され、半値全幅が 2. 3psのパルス光が出射する。

[0046] 図 7 (b)は、図 5に示す長さ 35mの SMF123において、その SMFで直径 6cmのリ

2

ングを 1つ作ったときに得られた出射パルス光の自己相関波形を示す図である。このように、 SMF123中の偏光状態を変えても PBS121とミラー付きファラデー回転子

2 2

124の往路で偏光が補償され、一定の自己相関波形を得られる。同様に、図 7 (c) は、直径 6cmの SMFのリングを 2つ付カ卩したときに得られた出射パルス光の自己相関波形を示す図である。図 7 (b)および (c)から、非偏波非保持の光ファイバ中の偏光に変動を与えてもノルス光の自己相関波形が変化しないことがわかる。光圧縮器 120中の PBS121は偏向方向に沿った成分のみを透過させる機能を持つので、も

2

し、非偏波保持ファイバ中の往復で偏向方向が補償されないならば、 PBS121

2から出力される光パルスの強度やパルス幅は変化するはずである。非偏波非保持の光フアイバ中の偏光に変動を与えてもパルス光の自己相関波形が変化しないことから、光圧縮器 120に入射されたパルス光は、 HNLF122および SMF123を通過したときでも、これらを往復で通過することによって通過の際に生ずる偏光方向の変動が補償され、直線偏向を保持したまま出射することが示される。 [0047] 本発明の第 1の実施の態様の光圧縮器および極短パルス光源は、上記のように、偏波保持材を有する特殊な光ファイバを用いることなく構成されるため、ファイバ間の接続が容易になると共に、接続の困難に伴う、特性の低下、特性のばらつきの増大、信頼性の低下等を緩和でき、さらに、一般に普及している SMFおよび HNLF、 PM — SMFを用いることができるため、簡易な構成で実現できる。

[0048] また、 SMFおよび HNLF内でパルス光を往復させるため、従来の光圧縮器および極短パルス光源に比較して SMFおよび HNLFの長さ及びこれらのファイバ間の接続の数を低減でき、性能、省スペース化、製造の容易さ、低コストィ匕等の観点で極めて大きな効果を有する。

[0049] なお、上記では、ミラー付きファラデー回転子 124で反射し、戻ってきた光を取り出すために PBS121を用いたが、 PBS121の代わりに偏波保持型のサーキユレータを用いてもよい。サーキユレータとは、一方の方向力も入射する光を通過させて、戻つてきた光を別のポートから出力する機能を有する光デバイスである。入射ただし、 90 度回転した偏光が出力されるので、偏波保持型のサーキユレータの出力ポートの P M— SMFと PM -SMF125の軸を 90度回転させて融着するとよ!/、。

[0050] 図 8は、本発明の第 2の実施の態様の光圧縮器のブロック構成を示す図である。図 8において、光圧縮器 220は、 PBS221 (i= l〜n)と、 HNLF222 (i= l〜n)と、ミラ一付きファラデー回転子 224 (i= l〜n)と、入射した光の偏光方向を保持する偏波保持光ファイバ 225 (i= l〜n)とを有する。

[0051] 各 PBS221、各 HNLF222、各ミラー付きファラデー回転子 224、および各偏波保持光ファイバ 225は、それぞれ、第 1の実施の態様の各 PBS121、各 HNLF122 、各ミラー付きファラデー回転子 124、および各偏波保持光ファイバ 125と同様に構成されるため、更なる詳細な説明を省略する。

[0052] ここで、各段の HNLF222および偏波保持光ファイバ 225によって、 CPFに用いられる 1対の HNLFと SMFが構成される。このように構成することによって、 HNLFと S MFを 1対ずつ増減させることができ、 CPFの設計も容易になる。また、偏波保持材を有する特殊なファイバ間の接続が不要になると共に、従来の光圧縮器に比較してフアイバ長を短縮できる等、本発明の第 1の実施の態様の光圧縮器と同様の効果を得ることがでさる。

[0053] なお、上記では、光圧縮器力CPFを構成する例について説明したが、本発明の第 2の実施の態様の光圧縮器は、 HNLF222をゼロ分散シフトファイバ（Dispersion shi fted-fiber: DSF)に置き換え、光パルスが通過する経路で近似的に波長分散が減少する構成にすることによって、 CDPF (Comb-like Dispersion Profiled Fiber)を実現することもできる。また、 HNLF222を、 SDPF (Step-like Dispersion Profiled Fiber)に最適な各ファイバに置き換え、出射側に近いブランチ程波長分散が小さくなるように構成することによって、 SDPF (Step- like Dispersion Profiled ber)を実現することもできる。ただし、 SDPFの場合、偏波保持光ファイバ 22^は各 PBS121iを接続するための機能をもち、ノルス圧縮過程には寄与しない。 CDPFや SDPF, CPFの場合と異なり、 DDF (Dispersion Decreasing Fiber)の場合は、波長分散が連続的に減少するファイバが必要になるため、ミラー付きファラデー回転子を用いた偏波保持技術を適用することができない。つまり、 CDPFや SDPF, CPFは、異なるファイバを多段接続しているからこそ、ミラー付きファラデー回転子を用いた偏波保持技術を用いることができる。また、 CDPFや CPFは、分散媒質に SMFを用いるため、分散媒質の一部に標準な PM— SMFを用いることがでる。そのため、少ない段数で構成できるため、特に有利である。さらに、 CPFの場合は、非線形媒質に HNLFを用いるため、非線形媒質のファイバ長を短くすることができ、非偏波保持ファイバにおける、より速い偏向の変動を補償することができる。

[0054] 図 9は、本発明の第 3の実施の態様の光圧縮器のブロック構成を示す図である。図 9において、光圧縮器 320は、 PBS321 (i= l〜k)、： HNLF322 (i= l〜k)、 SMF 323 (i= l〜k)、ミラー付きファラデー回転子 324 (i= l〜k)、および、入射した光の偏光方向を保持する偏波保持光ファイバ 325 (i= l〜k)を有する第 1のタイプの段と、 PBS321 (j =k+ l〜！ i)、 HNLF322 (j =k+ l〜n)、ミラー付きファラデー回 j j

転子 324 (j =k+ l〜n)、および、入射した光の偏光方向を保持する偏波保持光フ j

アイバ 325 (j =k+ l〜n)を有する第 2のタイプの段とを備えるように構成される。ここで、 kは l〜（n— 1)までの自然数である。

[0055] 各 PBS321、 321、各 HNLF322、 322、各 SMF323、各ミラー付きファラデー回転子 324、 324、および各偏波保持光ファイバ 325、 325は、それぞれ、第 1の実施の態様の各 PBS121、各 HNLF122、各ミラー付きファラデー回転子 124、および各偏波保持光ファイバ 125と同様に構成されるため、更なる詳細な説明を省略する。

[0056] ここで、各第 1のタイプの段の HNLF322、 SMF323、および偏波保持光ファイバ 325によって、 CPFに用いられる 2対の HNLFと SMFが構成される。また、各第 2のタイプの段の HNLF322および偏波保持光ファイバ 325によって、 CPFに用いられる 1対の HNLFと SMFが構成される。このように構成することによって、各第 1のタイプの段でパルス光の圧縮率を高くし、各第 2のタイプの段で HNLFと SMFを 1対ずつ増減させることができる。また、偏波保持材を有するファイバ間の接続が不要になると共に、従来の光圧縮器に比較してファイバ長を短縮できる等、本発明の第 1の実施の態様の光圧縮器と同様の効果を得ることができる。

[0057] なお、上記では、全ての第 1のタイプの段の後段に第 2のタイプの段が設けられる構成について説明したが、第 2のタイプの段は、図 10に示すように、全ての第 1のタイプの段の前段に設けられるのでも、いずれのタイプの段と段との間に設けられるのでもよい。さら〖こ、本発明の第 3の実施の態様の光圧縮器は、本発明の第 1の実施の態様の光圧縮器と本発明の第 2の実施の態様の光圧縮器とを組み合わせた構成を有するため、 CPFと CDPFまたは SDPFとを組み合わせた構成にすることもできる。

[0058] 図 14は、本発明の第 4の実施の態様の極短パルス光源について説明する。本発明の第 4の実施の態様の極短パルス光源 100の構成は、本発明の第 1の実施の様態とだいたいにおいて同じである。図 13の極短パルス光源 100は、光パルス発生器 111と、パルス光源 10からのパルスエネルギーを増幅するための偏波保持型の光増幅器 112と、光増幅器からの ASE (Amplified Spontaneous Emission)を抑制するための偏波保持型のバンドパスフィルタ 115と、光パルスを圧縮するために光圧縮器 120 から構成される。

[0059] ハルス発生器 111は、偏波保持光ファイバ出力の直接変調 Distributed Feedback- Laser Diodeを、 300MHz繰り返しの 140 ps幅の電気パルスで利得スィッチ駆動することにより発生させた光パルスを、分散補償ファイバによりチヤープを補償する構成からなり、 6.4 psのパルス幅の光パルスを出力する。

[0060] 光圧縮器 120の構成は、本発明の第 1の実施の様態と同じなので、詳細な説明を省く。ただし、各 HNLF122と各 SMF123、各 PM— SMF125のファイバ長が本発明の第 1の実施の様態と異なる。各ファイバ長は、具体的には、 100mの HNLF1 22と 55mの SMF123、 55mの PM— SMF125、 100mの HNLF122と 25mの

1 1 1 2

SMF123、 25mの PM— SMF125力らなる。

2 2

[0061] 図 15は、図 14の光圧縮器 120への入出力パルスのスペクトルの一例を説明するための図である。図 15から、光圧縮器 120から出射したパルス光は、光圧縮器 120に入射させたパルス光に比して、スペクトルが広がって、ることがわ力る。

[0062] 図 16は、図 14の光圧縮器 120への入出カノルスの自己相関波形を示す図である。図 16より、半値全幅が 6.4 psの入力パルスが光圧縮器 120により、 1.1 psまで圧縮されていることがわかる。光圧縮器 120からの出力パルスの時間バンド幅積は 0.29であり、 sech²パルスのトランスフォームリミットの時間バンド幅席の 0.31に近い値を持つ

[0063] 図 17 (a)は、図 14の極短パルス光源 100から出力されるパルスの自己相関波形を室温で 250分間測定したときの、図 17 (b)は、比較のために、光圧縮器 120に図 4の上段で示すような 4対の HNLFと SMFから構成される従来の CPF圧縮器を用いたときの極短パルス光源から出力される自己相関波形のピーク強度とパルス幅の変動をプロットしたものである。図 17 (a)で示すように、本発明の第 4の実施の態様の極短パルス光源の自己相関波形のピーク強度とパルス幅の変動は、 ±2%以内と安定している。つまり、直線偏光パルスが保持されているため、安定した自己相関波形が得られる。それに対して、図 17 (b)で示すように、従来の CPFは偏波が保持されないため、自己相関波形が大きく変動していることが分かる。

[0064] 本発明の光圧縮器および極短パルス光源は、偏波保持材を有する特殊な光フアイバ間の接続を必要としないという効果を有し、光通信、光計測、材料加工、物性測定、ノィォ等の分野で利用される光圧縮器および極短パルス光源等として有用である

Claims

請求の範囲

[1] 光路上に配置され、光路中を 2つの異なる方向から入射する光のうちの一方の方向から入射する光を通過させて前記光路中に出射し、他の方向から入射する光を別の光路に出射する光デバイスと、

前記光デバイスを通過した光が入射する側に設けられ、入射したパルス光を圧縮するための 1種類以上の光ファイバと、

前記光ファイバの、前記光デバイスを通過した光が出射する側に設けられ、偏光方向を 90度変化させて前記光ファイバに戻す偏光回転手段とを有する 1つ以上のブランチを備え、隣り合う前記ブランチと前記ブランチとが光学的に直列に接続されていることを特徴とする光圧縮器。

[2] 前記光デバイスが、ビームスプリッタもしくは、サーキユレータによって構成されることを特徴とする請求項 1に記載の光圧縮器。

[3] 前記ブランチ毎に、前記パルス光の偏光方向を保持する偏波保持光ファイバを備え、各前記ブランチは、対応する前記ビームスプリッタの出射側に前記偏波保持光フアイバが接続され、前記偏波保持光ファイバを介して次の前記ブランチと光学的に直列に接続されてヽることを特徴とする請求項 1に記載の光圧縮器。

[4] 前記偏波保持光ファイバが、前記パルス光の偏光方向を保持する単一モード光フアイバによって構成されていることを特徴とする請求項 2に記載の光圧縮器。

[5] 前記偏光回転手段が、前記パルス光が入射する面と反対側の面に反射鏡を有するミラー付きファラデー回転子によって構成されていることを特徴とする請求項 1に記載の光圧縮器。

[6] いずれ力 1つ以上の前記ブランチを構成する前記光ファイバが、光学特性の非線形性を利用してパルス光のスペクトルを広げる高非線形ファイバを有することを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれ力 1項に記載の光圧縮器。

[7] V、ずれ力 1つ以上の前記ブランチを構成する前記光ファイバが単一モード光フアイバを有し、各前記単一モード光ファイバが波長分散を利用してパルス光を圧縮することを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれか 1項に記載の光圧縮器。

[8] いずれ力 1つ以上の前記ブランチを構成する前記光ファイバ力高非線形ファイバと単一モード光ファイバを有し、各前記高非線形ファイバが光学特性の非線形性を利用してパルス光のスペクトルを広げ、各前記単一モード光ファイバが波長分散を利用してパルス光を圧縮することを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれ力 1項に記載の光圧縮器。

[9] 入射したパルス光が、前記高非線形ファイバと前記単一モード光ファイバまたは前記偏光方向を保持する単一モード光ファイバとを交互に通過するように構成されたことを特徴とする請求項 6または請求項 8に記載の光圧縮器。

[10] V、ずれ力 1つ以上の前記ブランチを構成する前記光ファイバが単一モード光フアイバを有し、入射したパルス光が、前記単一モード光ファイバと前記偏光方向を保持する単一モード光ファイバとを交互に通過するように構成され、波長分散が近似的に通過経路で減少することを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれか 1項に記載の光圧縮器。

[11] いずれ力 1つ以上の前記ブランチを構成する前記光ファイバが単一モード光フアイバを有し、前記単一モード光ファイバの波長分散が、出射側に近いブランチ程小さくなるように構成されたことを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれか 1項に記載の光圧縮器。

[12] パルス光を出射するパルス光源と、前記パルス光源が出射したパルス光を圧縮する請求項 1乃至請求項 11のいずれ力 1項に記載の光圧縮器とを備えることを特徴とする極短パルス光源。

[13] 前記パルス光源が、短パルス光を出射する光パルス発生器と、前記光パルス発生器が出射した短パルス光を光増幅する光増幅器とを有することを特徴とする請求項 1 2に記載の極短パルス光源。

[14] 前記光パルス発生器力ピコ秒台の短パルス光を出射することを特徴とする請求項 1 2または請求項 13に記載の極短パルス光源。