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JP7774804B2 - Optical Function Generator - Google Patents
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JP7774804B2 - Optical Function Generator - Google Patents

Optical Function Generator

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特許法第30条第2項適用 ・ウェブサイトのアドレス:https://doi.org/10.1109/JQE.2021.3114173 ウェブサイトの掲載日:2021年(令和3年)9月20日Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act applies. Website address: https://doi.org/10.1109/JQE.2021.3114173 Date of website publication: September 20, 2021 (Reiwa 3).

本発明は、光ファンクションジェネレータに関する。 The present invention relates to an optical function generator.

超短光パルスは、超高速光通信、光計測、光信号処理等の幅広い用途を有しており、Qスイッチ、利得スイッチング、モード同期レーザをはじめとする様々なパルス光源が開発されている。中でもモード同期レーザは、MHz~GHz領域の繰り返し周波数を有する、ピコ~フェムト秒の超短光パルス光源として広く用いられている。モード同期レーザから出力される光パルスの形状は、レーザ共振器内にローレンツ型の透過特性を有する光フィルタを挿入することにより、一般にガウスパルスとなることが知られている(例えば、非特許文献1、2参照)。また、共振器の内部でソリトン効果と呼ばれる非線形光学効果を用いることにより、sechパルスを発生することができ、そのようなレーザはソリトンレーザとして知られている(例えば、非特許文献3、4参照)。さらに最近では、非線形光学効果を用いて、放物線の形状を有するパラボラパルスも発生できることが明らかになっている(例えば、非特許文献5、6、7参照)。このようなパラボラパルスは、自己相似的な波動伝搬特性を有することから、Similaritonとも呼ばれている(例えば、非特許文献8参照)。 Ultrashort optical pulses have a wide range of applications, including ultrafast optical communications, optical measurement, and optical signal processing. Various pulse light sources have been developed, including Q-switched, gain-switched, and mode-locked lasers. Mode-locked lasers, among others, are widely used as picosecond to femtosecond ultrashort optical pulse sources with repetition rates in the MHz to GHz range. It is known that the shape of the optical pulses output from a mode-locked laser can generally be converted to Gaussian pulses by inserting an optical filter with Lorentzian transmission characteristics into the laser resonator (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2). Furthermore, by utilizing a nonlinear optical effect known as the soliton effect within the resonator, it is possible to generate sech pulses; such lasers are known as soliton lasers (see, for example, Non-Patent Documents 3 and 4). More recently, it has been demonstrated that parabolic pulses, which have a parabolic shape, can also be generated using non-linear optical effects (see, for example, Non-Patent Documents 5, 6, and 7). Such parabolic pulses are also known as similaritons because of their self-similar wave propagation characteristics (see, for example, Non-Patent Document 8).

上述したガウス、sech、パラボラ以外のパルス波形を生成するには、モード同期レーザの外部で波形をスペクトル整形する手法が用いられる。具体的には、レーザから直接出力されるパルスの波形およびそのスペクトルをそれぞれu(t)、U(ω)とし、生成したい波形をa(t)、その周波数スペクトルをA(ω)とするとき、レーザの外部に伝達関数がF(ω)=A(ω)/U(ω)で与えられる光フィルタを挿入することにより、波形がa(t)で与えられる光パルスを得ることができる。 To generate pulse waveforms other than the Gaussian, Sech, and parabolic waveforms mentioned above, a technique for spectrally shaping the waveform outside the mode-locked laser is used. Specifically, if the waveform and spectrum of the pulse directly output from the laser are u(t) and U(ω), respectively, and the waveform to be generated is a(t) and its frequency spectrum is A(ω), then by inserting an optical filter outside the laser whose transfer function is given by F(ω) = A(ω)/U(ω), an optical pulse with a waveform given by a(t) can be obtained.

このような光フィルタを実現する方法として、回折格子を使って超短光パルスを分光し、空間光フィルタにより各周波数成分ごとに所望の振幅および位相変化を与える方法が提案されている。また、このような波形整形光回路として、LCoS(Liquid Crystal on Silicon)を用いたプログラマブル光フィルタが実用化されている(例えば、非特許文献9参照)。 One proposed method for realizing such an optical filter is to use a diffraction grating to separate ultrashort optical pulses and then use a spatial optical filter to impart the desired amplitude and phase changes to each frequency component. Furthermore, programmable optical filters using LCoS (Liquid Crystal on Silicon) have been put to practical use as such waveform-shaping optical circuits (see, for example, Non-Patent Document 9).

さらに別の手法として、モード同期レーザの代わりに、光周波数コムを用いる方法も知られている。即ち、CWレーザを光コム発生器に入射すると、1本の縦モードから、強度が均等で且つ一定の間隔に並んだ複数の縦モードが生成される。こうして得られた平坦な光コムを、伝達関数がA(ω)で与えられる光フィルタに通すことにより、スペクトル形状がA(ω)で、時間波形がa(t)で与えられる光パルスを得ることができる。 Another known technique is to use an optical frequency comb instead of a mode-locked laser. That is, when a CW laser is input into an optical comb generator, multiple longitudinal modes of equal intensity and spaced apart are generated from a single longitudinal mode. By passing the resulting flat optical comb through an optical filter with a transfer function given by A(ω), an optical pulse with a spectral shape given by A(ω) and a temporal waveform given by a(t) can be obtained.

D. Kuizenga and A. Siegman, “FM and AM mode locking of the homogeneous laser - Part I: Theory”, IEEE J. Quantum Electron., November 1970, vol. 6, no. 11, pp. 694-708D. Kuizenga and A. Siegman, “FM and AM mode locking of the homogeneous laser - Part I: Theory”, IEEE J. Quantum Electron., November 1970, vol. 6, no. 11, pp. 694-708 H. A. Haus, “A theory of forced mode locking”, IEEE J. Quantum Electron., July 1975, vol. QE-11, no. 7, pp. 323-330H. A. Haus, “A theory of forced mode locking”, IEEE J. Quantum Electron., July 1975, vol. QE-11, no. 7, pp. 323-330 L. F. Mollenauer and R. H. Stolen, “The soliton laser”, Opt. Lett., January 1984, vol. 9, no. 1, pp. 13-15L. F. Mollenauer and R. H. Stolen, “The soliton laser”, Opt. Lett., January 1984, vol. 9, no. 1, pp. 13-15 H. A. Haus and M. F. Islam, “Theory of the soliton laser”, IEEE J. Quantum Electron., August 1985, vol. QE-21, no. 8, pp. 1172-1188H. A. Haus and M. F. Islam, “Theory of the soliton laser”, IEEE J. Quantum Electron., August 1985, vol. QE-21, no. 8, pp. 1172-1188 D. Anderson, M. Desaix, M. Karlsson, M. Lisak, and M. L. Quiroga-Teixeiro, “Wave-breaking-free pulses in nonlinear-optical fibers”, J. Opt. Soc. Am. B, July 1993, vol. 10, no. 7, pp. 1185-1190D. Anderson, M. Desaix, M. Karlsson, M. Lisak, and M. L. Quiroga-Teixeiro, “Wave-breaking-free pulses in nonlinear-optical fibers”, J. Opt. Soc. Am. B, July 1993, vol. 10, no. 7, pp. 1185-1190 K. Tamura and M. Nakazawa, “Pulse compression by nonlinear pulse evolution with reduced optical wave breaking in erbium-doped fiber amplifiers”, Opt. Lett., Jan. 1996, vol. 21, no. 1, pp. 68-70K. Tamura and M. Nakazawa, “Pulse compression by nonlinear pulse evolution with reduced optical wave breaking in erbium-doped fiber amplifiers”, Opt. Lett., Jan. 1996, vol. 21, no. 1, pp. 68-70 T. Hirooka and M. Nakazawa, “Parabolic pulse generation by use of a dispersion-decreasing fiber with normal group-velocity dispersion”, Opt. Lett., March 2004, vol. 29, no. 5, pp. 498-500T. Hirooka and M. Nakazawa, “Parabolic pulse generation by use of a dispersion-decreasing fiber with normal group-velocity dispersion”, Opt. Lett., March 2004, vol. 29, no. 5, pp. 498-500 M. E. Fermann, V. I. Kruglov, B. C. Thomsen, J. M. Dudley, and J. D. Harvey, “Self-Similar Propagation and Amplification of Parabolic Pulses in Optical Fibers”, Phys. Rev. Lett., June 2000, vol. 84, no. 26, pp. 6010-6013M. E. Fermann, V. I. Kruglov, B. C. Thomsen, J. M. Dudley, and J. D. Harvey, “Self-Similar Propagation and Amplification of Parabolic Pulses in Optical Fibers”, Phys. Rev. Lett., June 2000, vol. 84, no. 26, pp. 6010-6013 G. Baxter, S. Frisken, D. Abakoumov, H. Zhou, I. Clarke, A. Bartos, and S. Poole, “Highly programmable wavelength selective switch based on liquid crystal on silicon switching elements”, in OFC 2006, OTuF2G. Baxter, S. Frisken, D. Abakoumov, H. Zhou, I. Clarke, A. Bartos, and S. Poole, “Highly programmable wavelength selective switch based on liquid crystal on silicon elements switching”, in OFC 2006, OTuF2 M. Nakazawa, E. Yoshida, and Y. Kimura, “Ultrastable harmonically and regeneratively mode-locked polarisation-maintaining erbium fibre ring laser”, Electron. Lett., Sep. 1994, vol. 30, no. 19, pp. 1603-1604M. Nakazawa, E. Yoshida, and Y. Kimura, “Ultrastable harmonically and regeneratively mode-locked polarization-maintaining erbium fiber ring laser”, Electron. Lett., Sep. 1994, vol. 30, no. 19, pp. 1603-1604

しかしながら、非特許文献1乃至9に記載のような波形整形法は、光フィルタ自身の挿入損失により、元の光信号がもっていたパワーが1/3~1/5に減少してしまう。そのため、整形後に光増幅器でこれらの光損失を補う必要がある。その結果、パルスに光増幅器からの自然放出光雑音が重畳され、光信号対雑音比(OSNR: Optical Signal to Noise Ratio)が著しく劣化してしまうという問題があった。即ち、従来の波形整形法では、高出力且つOSNRの高い光パルスを生成することが困難であるという課題があった。特に、光周波数コムを用いる手法では、元のCW光が有していたパワーが複数の縦モードに分散されることから、光コム信号の生成段階で縦モード1本あたりのパワーが低くなってしまい、OSNRの劣化がより顕著となる問題があった。この様な波形整形法は、実用上も大きな課題が残されていた。 However, with the waveform shaping methods described in Non-Patent Documents 1 to 9, the power of the original optical signal is reduced to one-third to one-fifth due to the insertion loss of the optical filter itself. Therefore, it is necessary to compensate for this optical loss using an optical amplifier after shaping. As a result, spontaneous emission noise from the optical amplifier is superimposed on the pulse, significantly degrading the optical signal-to-noise ratio (OSNR). In other words, conventional waveform shaping methods have the problem of making it difficult to generate optical pulses with high output and OSNR. In particular, with methods using an optical frequency comb, the power of the original CW light is dispersed into multiple longitudinal modes, resulting in low power per longitudinal mode during the optical comb signal generation stage, resulting in significant degradation of the OSNR. These waveform shaping methods still pose significant challenges for practical use.

本発明は、このような課題を解決するためのものであり、任意の時間波形を有する高出力且つ高品質な光パルスを、レーザ外部での波形整形技術を用いることなく、AMモード同期レーザから直接生成可能な光ファンクションジェネレータを提供することを目的とする。 The present invention aims to solve these problems by providing an optical function generator that can generate high-power, high-quality optical pulses with any temporal waveform directly from an AM mode-locked laser without using waveform shaping technology external to the laser.

かかる目的を達成するために、本発明に係る光ファンクションジェネレータは、レーザ共振器内に光強度変調器と、光増幅器と、光フィルタとを備えるAMモード同期レーザを有し、前記光フィルタは、その振幅および位相特性が可変であり、出力したい光パルスの形状に応じて前記振幅および位相特性を設定することにより、任意の形状を有する光パルスを発生することを特徴とする。 To achieve this objective, the optical function generator of the present invention has an AM mode-locked laser equipped with an optical intensity modulator, an optical amplifier, and an optical filter within a laser resonator, and the optical filter has variable amplitude and phase characteristics. By setting the amplitude and phase characteristics according to the shape of the optical pulse to be output, optical pulses of any shape can be generated.

また、本発明に係る光ファンクションジェネレータで、前記光強度変調器は、繰り返し角周波数Ωmの正弦波で駆動可能に設けられ、前記光フィルタは、前記振幅および位相特性が、前記光強度変調器の変調度、および出力したい光パルスのスペクトルA(ω)、ならびにA(ω)をΩmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)から成っていてもよい。 In the optical function generator according to the present invention, the optical intensity modulator may be configured so as to be drivable by a sine wave having a repetition frequency of Ω m , and the amplitude and phase characteristics of the optical filter may be configured by the modulation degree of the optical intensity modulator, the spectrum A(ω) of an optical pulse to be output, and functions A(ω-Ω m ) and A(ω+Ω m ) obtained by shifting A(ω) by Ω m in both positive and negative directions.

また、本発明に係る光ファンクションジェネレータで、前記光強度変調器は、駆動する繰り返し角周波数Ωmの正弦波変調信号に、Ωmの高調波を重畳してもよい。このとき、前記光フィルタは、前記振幅および位相特性が、出力したい光パルスのスペクトルA(ω)、A(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)、ならびに、A(ω)をΩmの高調波NΩmだけ正負にシフトした関数A(ω-NΩm)、A(ω+NΩm)から成っていてもよい。さらに、前記光フィルタは、出力したい光パルスのスペクトル幅に応じて、前記振幅および位相特性に帯域制限を設け、TL(Transform-limited)パルスを得るよう構成されていてもよい。 In the optical function generator according to the present invention, the optical intensity modulator may superimpose a harmonic of Ω- m on a driving sinusoidal modulation signal with a repetition rate of Ω- m . In this case, the optical filter may have amplitude and phase characteristics consisting of functions A(ω-Ω- m ) and A(ω+Ω-m) obtained by shifting the spectra A(ω) and A(ω) of the optical pulse to be output positively and negatively by the repetition rate of Ω - m , and functions A(ω-NΩ- m ) and A(ω+NΩ -m ) obtained by shifting A(ω ) positively and negatively by a harmonic NΩ -m of Ω-m . Furthermore, the optical filter may be configured to set a band limit on the amplitude and phase characteristics in accordance with the spectral width of the optical pulse to be output, thereby obtaining a transform-limited (TL) pulse.

また、本発明に係る光ファンクションジェネレータで、前記光フィルタは、前記振幅特性をガウス関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、ガウスパルスを発生可能に設けられていてもよい。また、前記光フィルタは、前記振幅特性をsech関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、sechパルスを発生可能に設けられていてもよい。 Furthermore, in the optical function generator according to the present invention, the optical filter may be configured to be able to generate a Gaussian pulse by providing the amplitude characteristics in the form of a Gaussian function A(ω) and functions A(ω- Ωm ) and A(ω+ Ωm ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by an angular frequency Ωm . Furthermore, the optical filter may be configured to be able to generate a Sech pulse by providing the amplitude characteristics in the form of a Sech function A(ω) and functions A(ω- Ωm ) and A(ω+ Ωm ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by an angular frequency Ωm.

また、前記光フィルタは、前記振幅特性をローレンツ関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、両指数関数の形状をもつパルスを発生可能に設けられていてもよい。また、前記光フィルタは、前記振幅特性をsinc関数の2乗の関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、三角形の形状をもつパルスを発生可能に設けられていてもよい。 The optical filter may be configured to generate pulses having a bi-exponential shape by providing the amplitude characteristics as a Lorentz function A(ω) and functions A(ω- Ωm ) and A(ω+ Ωm ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by an angular frequency Ωm . The optical filter may be configured to generate pulses having a triangular shape by providing the amplitude characteristics as a squared sinc function A(ω) and functions A(ω- Ωm ) and A(ω+ Ωm ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by an angular frequency Ωm .

また、本発明に係る光ファンクションジェネレータで、前期光強度変調器は、変調信号に角周波数3Ωmの正弦波を重畳するよう設けられ、前記光フィルタは、前記振幅特性をsinc関数の2乗の関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmおよび3Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)、A(ω-3Ωm)、A(ω+3Ωm)で与えることにより、三角形の形状をもつパルスを発生可能に設けられていてもよい。 In the optical function generator according to the present invention, the optical intensity modulator may be configured to superimpose a sine wave of an angular frequency of 3 Ω m on the modulation signal, and the optical filter may be configured to be able to generate a triangular pulse by providing the amplitude characteristic with a squared sinc function A(ω), and functions A(ω-Ω m ), A(ω+Ω m ), A(ω-3Ω m ), and A(ω+3Ω m ) obtained by repeatedly shifting A(ω ) positively and negatively by angular frequencies Ω m and 3 Ω m.

また、本発明に係る光ファンクションジェネレータで、前記光フィルタは、前記振幅特性を、関数sin ω/ω3とcos ω/ω2との和で与えられるA(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、パラボラの形状をもつパルスを発生可能に設けられていてもよい。また、前記光フィルタは、前記振幅および位相特性をローレンツ関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、片指数関数パルスを発生可能に設けられていてもよい。 Furthermore, in the optical function generator according to the present invention, the optical filter may be configured to be able to generate a parabolic pulse by providing the amplitude characteristic with A(ω), which is given by the sum of functions sin ω/ ω3 and cos ω/ ω2 , and functions A(ω- Ωm ) and A(ω+ Ωm ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by an angular frequency Ωm . Furthermore, the optical filter may be configured to be able to generate a single-exponential pulse by providing the amplitude and phase characteristic with a Lorentz function A(ω), and functions A(ω- Ωm ) and A(ω+ Ωm ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by an angular frequency Ωm .

本発明に係る光ファンクションジェネレータは、モード同期レーザの共振器内に挿入した光フィルタの振幅・位相特性に応じて、任意の時間波形をもつパルス列を、高いOSNRで発生することができる。従って、簡便な構成で、光計測や光信号処理用の高機能且つ高品質な光ファンクションジェネレータを提供することができる。また、本発明によれば、任意の時間波形を有する高出力且つ高品質な光パルスを、レーザ外部での波形整形技術を用いることなく、AMモード同期レーザから直接生成可能な光ファンクションジェネレータを提供することができる。 The optical function generator according to the present invention can generate a pulse train with any temporal waveform and a high OSNR, depending on the amplitude and phase characteristics of the optical filter inserted into the resonator of the mode-locked laser. Therefore, it is possible to provide a highly functional, high-quality optical function generator for optical measurement and optical signal processing with a simple configuration. Furthermore, the present invention can provide an optical function generator that can generate high-output, high-quality optical pulses with any temporal waveform directly from an AM mode-locked laser, without using waveform shaping technology external to the laser.

本発明の実施形態の光ファンクションジェネレータの構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of an optical function generator according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態の光ファンクションジェネレータの動作原理を説明するためのブロック図である。1 is a block diagram for explaining the operating principle of an optical function generator according to an embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)光フィルタの伝達関数、(b)200 GHz (±100 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状、(c)計算機解析により求めた定常パルス(ガウスパルス)の波形および(d)そのスペクトルである。(a) Transfer function of the optical filter, (b) Shape of the filter with a band limit of 200 GHz (±100 GHz), (c) Waveform of a stationary pulse (Gaussian pulse) obtained by computer analysis, and (d) Its spectrum of the optical function generator according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)光フィルタの伝達関数、(b)200 GHz (±100 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状、(c)計算機解析により求めた定常パルス(sechパルス)の波形および(d)そのスペクトルである。(a) Transfer function of the optical filter, (b) shape of the filter with a band limit of 200 GHz (±100 GHz), (c) waveform of a stationary pulse (sech pulse) obtained by computer analysis, and (d) its spectrum of the optical function generator according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)光フィルタの伝達関数、(b)640 GHz (±320 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状、(c)計算機解析により求めた定常パルス(両指数関数パルス)の波形および(d)そのスペクトルである。(a) Transfer function of the optical filter, (b) Shape of the filter that imposes a band limit of 640 GHz (±320 GHz), (c) Waveform of a stationary pulse (biexponential pulse) obtained by computer analysis, and (d) Its spectrum of the optical function generator of the third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)光フィルタの伝達関数、(b)640 GHz (±320 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状、(c)計算機解析により求めた定常パルス(三角パルス)の波形および(d)そのスペクトルである。(a) Transfer function of the optical filter, (b) Shape of the filter that imposes a band limit of 640 GHz (±320 GHz), (c) Waveform of a stationary pulse (triangular pulse) obtained by computer analysis, and (d) Its spectrum of the optical function generator of the fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)変調関数、(b)光フィルタの伝達関数、(c)640 GHz (±320 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状、(d)計算機解析により求めた定常パルス(三角パルス)の波形および(e)そのスペクトルである。(a) modulation function, (b) transfer function of the optical filter, (c) shape of the filter that imposes a band limit of 640 GHz (±320 GHz), (d) waveform of a stationary pulse (triangular pulse) obtained by computer analysis, and (e) its spectrum of the optical function generator according to the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)光フィルタの伝達関数、(b)640 GHz (±320 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状、(c)計算機解析により求めた定常パルス(パラボラ関数パルス)の波形および(d)そのスペクトルである。(a) Transfer function of the optical filter, (b) Shape of the filter that imposes a band limit of 640 GHz (±320 GHz), (c) Waveform of a stationary pulse (parabolic function pulse) obtained by computer analysis, and (d) Its spectrum of the optical function generator of the sixth embodiment of the present invention. 本発明の第7の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)光フィルタの伝達関数の実部および(b)虚部、(c)640 GHz (±320 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの実部および(d)虚部、(e)計算機解析により求めた定常パルス(片指数関数パルス)の波形および(f)そのスペクトルである。(a) Real part and (b) imaginary part of the transfer function of the optical filter of the optical function generator of the seventh embodiment of the present invention, (c) real part and (d) imaginary part of the filter that imparts a band limit of 640 GHz (±320 GHz), (e) waveform of a stationary pulse (single-exponential pulse) obtained by computer analysis, and (f) its spectrum. 本発明の実施形態の光ファンクションジェネレータの、実験に用いた波長1.55 μm帯高調波AMモード同期エルビウムファイバレーザの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a 1.55 μm wavelength band harmonic AM mode-locked erbium fiber laser used in an experiment of an optical function generator according to an embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)LCoS素子で実装した光フィルタ、(b)その中心付近を拡大した波形である。1A shows an optical filter implemented with an LCoS element, and FIG. 1B shows an enlarged waveform of the central portion of the optical function generator according to the first embodiment of the present invention. 図11の光フィルタを用いて得られたガウスパルスの(a)強度波形、(b) (a)の平方根をとり、振幅に換算した波形、および(c)光スペクトルである。11A and 11B show (a) an intensity waveform, (b) a waveform converted into amplitude by taking the square root of (a), and (c) an optical spectrum of a Gaussian pulse obtained using the optical filter of FIG. 11. 本発明の第2の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)LCoS素子で実装した光フィルタ、(b)その中心付近を拡大した波形である。10A shows an optical filter implemented with an LCoS element, and FIG. 10B shows an enlarged waveform of the central portion of the optical function generator according to the second embodiment of the present invention. 図13の光フィルタを用いて得られたsechパルスの(a)強度波形、(b) (a)の平方根をとり、振幅に換算した波形、および(c)光スペクトルである。(a) Intensity waveform of the SECH pulse obtained using the optical filter of FIG. 13, (b) waveform converted into amplitude by taking the square root of (a), and (c) optical spectrum. 本発明の第3の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)LCoS素子で実装した光フィルタ、(b)その中心付近を拡大した波形である。10A shows an optical filter implemented with an LCoS element, and FIG. 10B shows an enlarged waveform of the central portion of the optical function generator according to the third embodiment of the present invention. 図15の光フィルタを用いて得られた両指数関数パルスの(a)強度波形、(b) (a)の平方根をとり、振幅に換算した波形、および(c)光スペクトルである。16 shows (a) the intensity waveform, (b) the waveform converted into amplitude by taking the square root of (a), and (c) the optical spectrum of a biexponential pulse obtained using the optical filter of FIG. 15. 本発明の第4の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)LCoS素子で実装した光フィルタ、(b)その中心付近を拡大した波形である。10A shows an optical filter implemented with an LCoS element, and FIG. 10B shows an enlarged waveform of the central portion of the optical function generator according to the fourth embodiment of the present invention. 図17の光フィルタを用いて得られた三角パルスの(a)強度波形、(b) (a)の平方根をとり、振幅に換算した波形、および(c)光スペクトルである。17A and 17B show the intensity waveform of a triangular pulse obtained using the optical filter, (b) the waveform obtained by taking the square root of (a) and converting it into amplitude, and (c) the optical spectrum. 本発明の第6の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)LCoS素子で実装した光フィルタの絶対値、(b)その位相である。13A shows the absolute value of an optical filter implemented with an LCoS element, and (b) its phase, in the optical function generator according to the sixth embodiment of the present invention. 図19の光フィルタを用いて得られたパラボラパルスの(a)強度波形、(b) (a)の平方根をとり、振幅に換算した波形、および(c)光スペクトルである。19A and 19B show (a) an intensity waveform, (b) a waveform converted into amplitude by taking the square root of (a), and (c) an optical spectrum of a parabolic pulse obtained using the optical filter of FIG. 19A. 本発明の第7の実施形態の光ファンクションジェネレータの、(a)LCoS素子で実装した光フィルタの(a)振幅特性、および(b)位相特性である。13A shows the amplitude characteristics and the phase characteristics of an optical filter implemented with an LCoS element in the optical function generator according to the seventh embodiment of the present invention. 図21の光フィルタを用いて得られた片指数関数パルスの(a)強度波形、(b) (a)の平方根をとり、振幅に換算した波形、および(c)光スペクトルである。22 shows (a) the intensity waveform of a single exponential pulse obtained using the optical filter of FIG. 21, (b) the waveform obtained by taking the square root of (a) and converting it into amplitude, and (c) the optical spectrum.

以下、図面等に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
モード同期レーザには一般に、受動モード同期レーザおよび能動(強制)モード同期レーザの2種類がある。受動モード同期レーザは、共振器内に可飽和吸収体を挿入したり非線形偏波回転を生じさせたりすることにより、フェムト秒領域の超短パルスを容易に発生することができる。しかし、その繰り返し周波数は、一般に数十~百MHz程度と低速である。一方、能動(強制)モード同期レーザは、共振器内に光変調器を挿入し、外部から供給される変調信号に同期してパルスを生成することができる。この場合、パルス幅は、ピコ~サブピコ秒であり、繰り返し周波数を数十GHzまで高速化することができる。能動(強制)モード同期レーザは、さらにその変調方式に応じて、AM(Amplitude Modulation)モード同期レーザおよびFM(Frequency Modulation)モード同期レーザの2種類に分類することができる。本発明では、AMモード同期ファイバレーザを用いる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Mode-locked lasers are generally classified into two types: passively mode-locked lasers and actively (forced) mode-locked lasers. Passively mode-locked lasers can easily generate ultrashort pulses in the femtosecond range by inserting a saturable absorber into the resonator or by generating nonlinear polarization rotation. However, their repetition rates are generally slow, ranging from several tens to several hundred MHz. On the other hand, actively (forced) mode-locked lasers can generate pulses synchronized with an externally supplied modulation signal by inserting an optical modulator into the resonator. In this case, the pulse width is picosecond to subpicosecond, and the repetition rate can be increased to several tens of GHz. Actively (forced) mode-locked lasers can be further classified into two types depending on the modulation method: AM (amplitude modulation) mode-locked lasers and FM (frequency modulation) mode-locked lasers. In this invention, an AM mode-locked fiber laser is used.

図1乃至図22は、本発明の実施の形態の光ファンクションジェネレータを示している。
本発明の実施形態における光ファンクションジェネレータの構成例を、図1に示す。光ファイバ1がレーザリング共振器を構成しており、共振器は、利得媒質として用いる光増幅器2と、モードロッカとして用いる光強度変調器3と、および振幅・位相特性を任意に設定可能な光フィルタ4とを備える。光増幅器2には、エルビウム添加ファイバ増幅器(EDFA:Erbium-Doped Fiber Amplifier)、半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)、固体レーザ素子等を用いる。光強度変調器3には、LN(LiNbO3)結晶を用いたMach-Zehnder変調器等を用い、外部から周波数fm(角周波数Ωm = 2πfm)、変調度MAMの正弦波MAM cos(Ωmt)で駆動する。後述するように、変調信号にfmの高調波を重畳してもよい。光フィルタ4には、LCoS等で構成されるプログラマブル光フィルタを用いる。後述するように、形状が非対称なパルス波形の生成を想定し、光フィルタ4は振幅(透過)特性だけでなく位相特性も制御できることが望ましい。
1 to 22 show an optical function generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1 shows an example of the configuration of an optical function generator according to an embodiment of the present invention. Optical fiber 1 constitutes a laser ring resonator. The resonator includes an optical amplifier 2 used as a gain medium, an optical intensity modulator 3 used as a mode locker, and an optical filter 4 whose amplitude and phase characteristics can be arbitrarily set. The optical amplifier 2 may be an erbium-doped fiber amplifier (EDFA), a semiconductor optical amplifier (SOA), or a solid-state laser element. The optical intensity modulator 3 may be a Mach-Zehnder modulator using an LN ( LiNbO3 ) crystal, and is externally driven by a sine wave M AM cos(Ω m t) with a frequency f m (angular frequency Ω m = 2πf m ) and a modulation depth M AM . As described below, harmonics of f m may be superimposed on the modulation signal. The optical filter 4 may be a programmable optical filter made of LCoS or the like. As will be described later, it is assumed that a pulse waveform having an asymmetric shape is generated, and it is desirable that the optical filter 4 be able to control not only the amplitude (transmission) characteristics but also the phase characteristics.

本光ファンクションジェネレータ(AMモード同期ファイバレーザ)の動作特性および光フィルタ4の設計方法を、図2のブロック図を用いて説明する。図1において、共振器の損失をL、利得をGとし、光フィルタ4の伝達関数をFA(ω)とする。このとき、共振器を周回する光の電界振幅をa(t)、そのスペクトルをA(ω)とすると、定常状態ではA(ω)は以下の方程式(1)を満たす。 The operating characteristics of this optical function generator (AM mode-locked fiber laser) and the design method for the optical filter 4 will be explained using the block diagram in Figure 2. In Figure 1, the loss of the resonator is L, the gain is G, and the transfer function of the optical filter 4 is F A (ω). In this case, if the electric field amplitude of the light circulating in the resonator is a(t) and its spectrum is A(ω), then in the steady state A(ω) satisfies the following equation (1):

ここで、Φ[a(t)]はa(t)のフーリエ変換であり、Φ[(1+ MAM cosΩmt)a(t)]は、信号a(t)が光強度変調器3で強度変調された後の信号(1+ MAM cosΩmt)a(t)のスペクトルを表している。Φ[(1+ MAM cosΩmt)a(t)]は、a(t)のスペクトルA(ω)を用いて式(2)で表される。 Here, Φ[a(t)] is the Fourier transform of a(t), and Φ[(1+ M AM cosΩ m t)a(t)] represents the spectrum of the signal (1+ M AM cosΩ m t)a(t) after the signal a(t) has been intensity-modulated by the optical intensity modulator 3. Φ[(1+ M AM cosΩ m t)a(t)] is expressed by equation (2) using the spectrum A(ω) of a(t).

従って、式(1)は、式(3)で書くことが出来る。これをFA(ω)について解くと、式(4)が得られる。利得Gは、損失Lと釣り合うよう選ぶため、GL = 1と置くことが出来、その結果、式(4)よりFA(ω)は、式(5)で与えられる。 Therefore, equation (1) can be written as equation (3). Solving this for F A (ω) gives equation (4). Since the gain G is chosen to balance with the loss L, we can set GL = 1, and as a result, F A (ω) from equation (4) is given by equation (5).

従って、AMモード同期レーザを用いて所望のパルス波形a(t)を発生させたい場合、そのスペクトルA(ω)を用いて、光フィルタ4の伝達関数FA(ω)を式(5)のように設計すればよい。なお、後述するように、FA(ω)は、一般に複素関数となり、光フィルタは振幅の透過特性だけでなく位相特性を有する。具体的には、ガウスやsechのように波形が対称の場合は、FA(ω)は実部のみを有し、位相特性を持たないが、第7の実施形態で述べる片指数関数のように、波形が非対称な場合は、FA(ω)は実部だけでなく虚部を有し、光フィルタは位相特性を持つ。 Therefore, when it is desired to generate a desired pulse waveform a(t) using an AM mode-locked laser, the spectrum A(ω) can be used to design the transfer function F A (ω) of the optical filter 4 as shown in equation (5). As will be described later, F A (ω) is generally a complex function, and the optical filter has not only amplitude transmission characteristics but also phase characteristics. Specifically, when the waveform is symmetric, such as Gaussian or Sech, F A (ω) has only a real part and does not have phase characteristics. However, when the waveform is asymmetric, such as a single exponential function described in the seventh embodiment, F A (ω) has not only a real part but also an imaginary part, and the optical filter has phase characteristics.

[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態では、ガウスパルスを発生することが出来る。ガウスパルスの波形a(t)は、式(6)で与えられる。Tは、パルス幅を表すパラメータであり、a2(t)の半値全幅(FWHM)WpとTとは、Wp=2(ln2)1/2Tの関係にある。式(6)のフーリエ変換より、ガウスパルスのスペクトルA(ω)は、式(7)で与えられる。このガウスパルスを生成するための光フィルタ4の形状は、式(7)を式(5)に代入し、式(8)で与えられる。通常モード同期レーザに用いられるローレンツ型の光フィルタの代わりに、この光フィルタを共振器内に挿入することにより、ガウスパルスを生成することが出来る。
[First embodiment]
The first embodiment of the present invention can generate a Gaussian pulse. The waveform a(t) of the Gaussian pulse is given by equation (6). T is a parameter representing the pulse width, and the full width at half maximum (FWHM) Wp of a2 (t) and T have the relationship Wp = 2(ln2) 1/2 T. From the Fourier transform of equation (6), the spectrum A(ω) of the Gaussian pulse is given by equation (7). The shape of the optical filter 4 for generating this Gaussian pulse is given by equation (8) by substituting equation (7) into equation (5). Gaussian pulses can be generated by inserting this optical filter into the resonator instead of the Lorentz-type optical filter normally used in mode-locked lasers.

本実施形態に用いる光フィルタ4の伝達関数FA(ω)の形状の一例を、図3(a)に示す。ここで、パルス幅T = 6 ps (Wp = 10 ps)、変調周波数Ωm = 2π×10 GHz、変調指数MAM = 1としている。同図の黒い点は、光スペクトルの縦モード(10 GHz間隔)が存在する周波数を表している。FA(ω)の裾野は緩やかに減衰しているが、波形を損なわない程度まで帯域制限を設けてもよい。図3(a)において、200 GHz (±100 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状を、図3(b)に示す。本フィルタを用いてレーザの定常解を計算機解析により求めた結果を、図3(c)、(d)に示す。図3(c)は、定常パルスの波形、図3(d)は、そのスペクトルおよび理想的なスペクトル形状(式(7)のA(ω))を黒線で示している。本レーザからガウスパルスが出力できることが判る。 FIG. 3(a) shows an example of the shape of the transfer function F A (ω) of the optical filter 4 used in this embodiment. Here, the pulse width T = 6 ps (W p = 10 ps), the modulation frequency Ω m = 2π×10 GHz, and the modulation index M AM = 1. The black dots in the figure represent the frequencies at which longitudinal modes (10 GHz intervals) of the optical spectrum exist. Although the base of F A (ω) gradually decays, band-limiting may be applied to the extent that the waveform is not distorted. FIG. 3(b) shows the shape of the filter in FIG. 3(a) with a band-limit of 200 GHz (±100 GHz). The results of computer analysis of the steady-state solution of the laser using this filter are shown in FIGS. 3(c) and (d). FIG. 3(c) shows the waveform of a steady-state pulse, and FIG. 3(d) shows its spectrum and the ideal spectral shape (A(ω) in Equation (7)) as black lines. It can be seen that this laser can output a Gaussian pulse.

[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態では、sechパルスを発生することが出来る。sechパルスの波形a(t)は、式(9)で与えられる。a2(t)の半値全幅(FWHM)WpとTとは、Wp=[ln(3+2×21/2)]Tの関係にある。式(9)のフーリエ変換より、sechパルスのスペクトルA(ω)は、式(10)で与えられる。このsechパルスを生成するための光フィルタ4の形状は、式(10)を式(5)に代入し、式(11)で与えられる。
Second Embodiment
In the second embodiment of the present invention, a Sech pulse can be generated. The waveform a(t) of the Sech pulse is given by equation (9). The full width at half maximum (FWHM) Wp of a2 (t) and T have the relationship Wp = [ln(3+2×2 1/2 )]T. From the Fourier transform of equation (9), the spectrum A(ω) of the Sech pulse is given by equation (10). The shape of the optical filter 4 for generating this Sech pulse is given by equation (11) by substituting equation (10) into equation (5).

本実施形態に用いる光フィルタ4の伝達関数FA(ω)の形状の一例を、図4(a)に示す。ここで、パルス幅T = 6 ps (Wp = 10.6 ps)、変調周波数Ωm = 2π×10 GHz、変調指数MAM = 1としている。同図の黒い点は、光スペクトルの縦モード(10 GHz間隔)が存在する周波数を表している。FA(ω)は、裾野が平坦に続く形状を有しているため、帯域制限を設ける必要がある。図4(a)において、200 GHz (±100 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状を図4(b)に示す。本フィルタを用いてレーザの定常解を計算機解析により求めた結果を、図4(c)、(d)に示す。図4(c)は、定常パルスの波形、図4(d)は、そのスペクトルおよび理想的なスペクトル形状(式(10)のA(ω))を黒線で示している。本レーザからsechパルスが出力できることが判る。通常のモード同期レーザでsechパルスを出力するには光学的非線形性が不可欠であるが、本発明では、光学的非線形性を必要としない点が特徴である。 FIG. 4(a) shows an example of the shape of the transfer function F A (ω) of the optical filter 4 used in this embodiment. Here, the pulse width T = 6 ps (W p = 10.6 ps), the modulation frequency Ω m = 2π×10 GHz, and the modulation index M AM = 1. The black dots in the figure represent the frequencies at which longitudinal modes (10 GHz intervals) of the optical spectrum exist. Because F A (ω) has a flat base, band limiting is necessary. FIG. 4(b) shows the shape of the filter in FIG. 4(a) with a band limit of 200 GHz (±100 GHz). The results of computer analysis of the steady-state solution of the laser using this filter are shown in FIGS. 4(c) and (d). FIG. 4(c) shows the waveform of a steady-state pulse, and FIG. 4(d) shows its spectrum and the ideal spectral shape (A(ω) in Equation (10)) as black lines. It can be seen that this laser can output a sech pulse. Although optical nonlinearity is essential for outputting sech pulses from a normal mode-locked laser, the present invention is characterized in that it does not require optical nonlinearity.

[第3の実施形態]
本発明の第3の実施形態では、両指数関数パルスを発生することが出来る。両指数関数パルスの波形a(t)は、式(12)で与えられる。a2(t)の半値全幅(FWHM)WpとTとは、Wp = (ln2)Tの関係にある。式(12)のフーリエ変換より、両指数関数パルスのスペクトルA(ω)は、式(13)で与えられる。この両指数関数パルスを生成するための光フィルタ4の形状は、式(13)を式(5)に代入し、式(14)で与えられる。
[Third embodiment]
In the third embodiment of the present invention, a bi-exponential pulse can be generated. The waveform a(t) of the bi-exponential pulse is given by equation (12). The full width at half maximum (FWHM) Wp of a2 (t) and T have the relationship Wp = (ln2)T. From the Fourier transform of equation (12), the spectrum A(ω) of the bi-exponential pulse is given by equation (13). The shape of the optical filter 4 for generating this bi-exponential pulse is given by equation (14) by substituting equation (13) into equation (5).

本実施形態に用いる光フィルタ4の伝達関数FA(ω)の形状の一例を、図5(a)に示す。ここで、パルス幅T = 6.25 ps (Wp = 4.33 ps)、変調周波数Ωm = 2π×10 GHz、変調指数MAM = 1としている。同図の黒い点は、光スペクトルの縦モード(10 GHz間隔)が存在する周波数を表している。FA(ω)は、裾野が平坦に続く形状を有しているため、帯域制限を設ける必要がある。図4(a)において、640 GHz (±320 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状を図5(b)に示す。本フィルタを用いてレーザの定常解を計算機解析により求めた結果を、図5(c)、(d)に示す。図5(c)は、定常パルスの波形、図5(d)は、そのスペクトルおよび理想的なスペクトル形状(式(13)のA(ω))を黒線で示している。本レーザから両指数関数パルスが出力できることが判る。 FIG. 5(a) shows an example of the shape of the transfer function F A (ω) of the optical filter 4 used in this embodiment. Here, the pulse width T = 6.25 ps (W p = 4.33 ps), the modulation frequency Ω m = 2π×10 GHz, and the modulation index M AM = 1. The black dots in the figure represent the frequencies at which longitudinal modes (10 GHz intervals) of the optical spectrum exist. Because F A (ω) has a flat base, band limiting is necessary. FIG. 5(b) shows the shape of the filter in FIG. 4(a) with a band limit of 640 GHz (±320 GHz). The steady-state solution of the laser obtained by computer analysis using this filter is shown in FIGS. 5(c) and 5(d). FIG. 5(c) shows the waveform of a steady-state pulse, and FIG. 5(d) shows its spectrum and the ideal spectral shape (A(ω) in Equation (13)) as black lines. It can be seen that this laser can output both exponential pulses.

[第4の実施形態]
本発明の第4の実施形態では、三角パルスを発生することが出来る。三角パルスの波形a(t)は、式(15)で与えられる。a2(t)の半値全幅(FWHM)WpとTとは、Wp=(2-21/2)Tの関係にある。式(15)のフーリエ変換より、三角パルスのスペクトルA(ω)は、式(16)で与えられる。この三角パルスを生成するための光フィルタ4の形状は、式(16)を式(5)に代入し、式(17)で与えられる。
[Fourth embodiment]
In the fourth embodiment of the present invention, a triangular pulse can be generated. The waveform a(t) of the triangular pulse is given by equation (15). The full width at half maximum (FWHM) Wp of a2 (t) and T have the relationship Wp = (2-2 1/2 )T. From the Fourier transform of equation (15), the spectrum A(ω) of the triangular pulse is given by equation (16). The shape of the optical filter 4 for generating this triangular pulse is given by equation (17) by substituting equation (16) into equation (5).

本実施形態に用いる光フィルタ4の伝達関数FA(ω)の形状の一例を、図6(a)に示す。ここで、パルス幅T = 37.5 ps (Wp = 22.0 ps)、変調周波数Ωm = 2π×10 GHz、変調指数MAM = 1としている。同図の黒い点は、光スペクトルの縦モード(10 GHz間隔)が存在する周波数を表している。FA(ω)は、周波数が高くなっても減衰せず一定の大きさを保持しているため、帯域制限を設ける必要がある。図6(a)において、640 GHz (±320 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状を図6(b)に示す。本フィルタを用いてレーザの定常解を計算機解析により求めた結果を、図6(c)、(d)に示す。図6(c)は、定常パルスの波形、図6(d)は、そのスペクトルおよび理想的なスペクトル形状(式(16)のA(ω))を黒線で示している。本レーザから三角パルスが出力できることが判る。 FIG. 6(a) shows an example of the shape of the transfer function F A (ω) of the optical filter 4 used in this embodiment. Here, the pulse width T = 37.5 ps (W p = 22.0 ps), the modulation frequency Ω m = 2π×10 GHz, and the modulation index M AM = 1. The black dots in the figure represent the frequencies at which longitudinal modes (10 GHz intervals) of the optical spectrum exist. Because F A (ω) does not attenuate and maintains a constant magnitude even with increasing frequency, a band limit is necessary. FIG. 6(b) shows the shape of the filter in FIG. 6(a) with a band limit of 640 GHz (±320 GHz). The results of a steady-state solution for a laser obtained by computer analysis using this filter are shown in FIGS. 6(c) and (d). FIG. 6(c) shows the waveform of a steady-state pulse, and FIG. 6(d) shows its spectrum and the ideal spectral shape (A(ω) in Equation (16)) as black lines. It can be seen that a triangular pulse can be output from this laser.

[第5の実施形態]
本発明の第5の実施形態では、三角パルスを第4の実施形態に比べてより高い精度で発生することが出来る。本実施形態では、光強度変調器3を駆動する変調信号として、角周波数Ωmの正弦波に加えて3Ωmの高調波を重畳する。変調関数は、式(18)で与えられる。ここで、係数1/9は、三角波をフーリエ級数展開したときの3Ωm成分の係数による。この変調関数を、図7(a)に示す。黒線で示した通常の正弦波cosΩmtと比べて、変調信号の形状が三角形に近いことが判る。式(18)の変調関数を用いた場合、三角パルスを生成するための光フィルタ4の伝達関数FA(ω)は、式(17)の代わりに、式(19)で与えられる。
Fifth Embodiment
The fifth embodiment of the present invention can generate triangular pulses with higher accuracy than the fourth embodiment. In this embodiment, a 3 Ω m harmonic is superimposed on a sine wave with an angular frequency of Ω m as the modulation signal driving the optical intensity modulator 3. The modulation function is given by equation (18). Here, the coefficient 1/9 is due to the coefficient of the 3 Ω m component when the triangular wave is expanded into a Fourier series. This modulation function is shown in Figure 7(a). It can be seen that the shape of the modulated signal is closer to a triangle than the normal sine wave cosΩ m t shown by the black line. When the modulation function of equation (18) is used, the transfer function F A (ω) of the optical filter 4 for generating the triangular pulse is given by equation (19) instead of equation (17).

このFA(ω)の形状を、図7(b)に、640 GHz (±320 GHz)の帯域制限を与えた形状を、図7(c)に示す。本フィルタを用いてレーザの定常解を計算機解析により求めた結果を、図7(d)、(e)に示す。図7(d)は、定常パルスの波形、図7(e)は、そのスペクトルおよび理想的なスペクトル形状(式(16)のA(ω))を黒線で示している。3Ωmの高調波を変調信号に重畳することにより、図6(c)と比べて、より高い精度で三角パルスが生成できていることが判る。 The shape of this F A (ω) is shown in Figure 7(b), and the shape with a 640 GHz (±320 GHz) band limit is shown in Figure 7(c). The steady-state solution of the laser obtained by computer analysis using this filter is shown in Figures 7(d) and (e). Figure 7(d) shows the waveform of the steady-state pulse, and Figure 7(e) shows its spectrum and the ideal spectral shape (A(ω) in equation (16)) as black lines. It can be seen that by superimposing a 3 Ω- m harmonic on the modulation signal, a triangular pulse can be generated with higher accuracy than in Figure 6(c).

[第6の実施形態]
本発明の第6の実施形態では、パラボラパルスを発生することが出来る。パラボラパルスの波形a(t)は、式(20)で与えられる。a2(t)の半値全幅(FWHM)WpとTとは、Wp=2(1-1/21/2)Tの関係にある。式(20)のフーリエ変換より、パラボラパルスのスペクトルA(ω)は、式(21)で与えられる。このパラボラパルスを生成するための光フィルタ4の形状は、式(21)を式(5)に代入し、式(22)で与えられる。
Sixth Embodiment
In the sixth embodiment of the present invention, a parabolic pulse can be generated. The waveform a(t) of the parabolic pulse is given by equation (20). The full width at half maximum (FWHM) Wp of a2 (t) and T have the relationship Wp = 2(1-1/2 1/2 )T. From the Fourier transform of equation (20), the spectrum A(ω) of the parabolic pulse is given by equation (21). The shape of the optical filter 4 for generating this parabolic pulse is given by equation (22) by substituting equation (21) into equation (5).

本実施形態に用いる光フィルタ4の伝達関数FA(ω)の形状の一例を、図8(a)に示す。ここで、パルス幅T = 25.0 ps (Wp = 27.1 ps)、変調周波数Ωm = 2π×10 GHz、変調指数MAM = 1としている。同図の黒い点は、光スペクトルの縦モード(10 GHz間隔)が存在する周波数を表している。FA(ω)は、周波数が高くなっても減衰せず一定の大きさを保持しているため、帯域制限を設ける必要がある。図8(a)において、640 GHz (±320 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状を、図8(b)に示す。本フィルタを用いてレーザの定常解を計算機解析により求めた結果を、図8(c)、(d)に示す。図8(c)は、定常パルスの波形、図8(d)は、そのスペクトルおよび理想的なスペクトル形状(式(21)のA(ω))を黒線で示している。本レーザからパラボラパルスが出力できることが判る。 FIG. 8(a) shows an example of the shape of the transfer function F A (ω) of the optical filter 4 used in this embodiment. Here, the pulse width T = 25.0 ps (W p = 27.1 ps), the modulation frequency Ω m = 2π×10 GHz, and the modulation index M AM = 1. The black dots in the figure represent the frequencies at which longitudinal modes (10 GHz intervals) of the optical spectrum exist. Because F A (ω) does not attenuate and maintains a constant magnitude even with increasing frequency, a band limit is necessary. FIG. 8(b) shows the shape of the filter in FIG. 8(a) with a band limit of 640 GHz (±320 GHz). The results of a steady-state solution for a laser obtained by computer analysis using this filter are shown in FIGS. 8(c) and (d). FIG. 8(c) shows the waveform of a steady-state pulse, and FIG. 8(d) shows its spectrum and the ideal spectral shape (A(ω) in Equation (21)) as black lines. It can be seen that this laser can output a parabolic pulse.

[第7の実施形態]
上述した実施形態では、波形が時間対称なパルスを対象としていたが、本発明の第7の実施形態では、波形が非対称なパルスの一例として、片指数関数パルスを発生することが出来る。片指数関数パルスの波形a(t)は、式(23)で与えられる。a2(t)の半値全幅(FWHM)WpとTとは、Wp = (ln2)T/2の関係にある。式(23)のフーリエ変換より、片指数関数パルスのスペクトルA(ω)は、式(24)で与えられる。対称なパルス(第1~6の実施形態)とは異なり、非対称なパルスでは、そのスペクトルは実部だけでなく虚部を有する。この片指数関数パルスを生成するための光フィルタ4の形状は、式(24)を式(5)に代入し、式(25)で与えられる。A(ω)が虚部を有することから、光フィルタも虚部を有する。そのため光フィルタ4は、振幅のみならず位相特性を有する。
Seventh Embodiment
While the above-described embodiments have focused on pulses with time-symmetric waveforms, the seventh embodiment of the present invention can generate a semi-exponential pulse as an example of a pulse with an asymmetric waveform. The waveform a(t) of a semi-exponential pulse is given by Equation (23). The full width at half maximum (FWHM) Wp of a2 (t) and T have the relationship Wp = (ln2)T/2. By Fourier transforming Equation (23), the spectrum A(ω) of the semi-exponential pulse is given by Equation (24). Unlike the symmetric pulses (first to sixth embodiments), the spectrum of an asymmetric pulse has not only a real part but also an imaginary part. The shape of the optical filter 4 for generating this semi-exponential pulse is given by Equation (25) by substituting Equation (24) into Equation (5). Since A(ω) has an imaginary part, the optical filter also has an imaginary part. Therefore, the optical filter 4 has not only amplitude but also phase characteristics.

本実施形態に用いる光フィルタ4の伝達関数FA(ω)の形状の一例を、図9(a)、(b)に示す。図9(a)はFA(ω)の実部、図9(b)は虚部である。ここで、パルス幅T = 6.25 ps (Wp = 2.17 ps)、変調周波数Ωm = 2π×10 GHz、変調指数MAM = 1としている。同図の黒い点は、光スペクトルの縦モード(10 GHz間隔)が存在する周波数を表している。FA(ω)は、周波数が高くなっても減衰せず一定の大きさを保持しているため、帯域制限を設ける必要がある。図9(a)、(b)において、640 GHz (±320 GHz)の帯域制限を与えたフィルタの形状を、図9(c)(実部)、図9(d)(虚部)に示す。本フィルタを用いてレーザの定常解を計算機解析により求めた結果を、図9(e)、(f)に示す。図9(e)は、定常パルスの波形、図9(f)は、そのスペクトルおよび理想的なスペクトル形状(式(24)のA(ω))を黒線で示している。本レーザから片指数関数パルスが出力できることが判る。 Figures 9(a) and 9(b) show an example of the shape of the transfer function F A (ω) of the optical filter 4 used in this embodiment. Figure 9(a) shows the real part of F A (ω), and Figure 9(b) shows the imaginary part. Here, the pulse width T = 6.25 ps (W p = 2.17 ps), the modulation frequency Ω m = 2π×10 GHz, and the modulation index M AM = 1. The black dots in the figure represent the frequencies at which longitudinal modes (10 GHz intervals) of the optical spectrum exist. Since F A (ω) does not attenuate and maintains a constant magnitude even with increasing frequency, a band limit is necessary. The shape of the filter in Figures 9(a) and 9(b) with a band limit of 640 GHz (±320 GHz) is shown in Figures 9(c) (real part) and 9(d) (imaginary part). The results of a steady-state solution of the laser obtained by computer analysis using this filter are shown in Figures 9(e) and 9(f). Figure 9(e) shows the waveform of a steady pulse, and Figure 9(f) shows its spectrum and the ideal spectral shape (A(ω) in equation (24)) in black lines. It can be seen that this laser can output a single-exponential pulse.

以下では具体的な実験例を示す。実験では、図10に示すように、波長1.55 μmで発振する繰り返し周波数10 GHzの高調波AMモード同期エルビウムファイバレーザ(非特許文献10参照)を用い、共振器(共振器長15.6 m)内にLCoS素子を挿入している。第1~7の実施形態で示したフィルタ関数FA(ω)を、ソフトウェアを用いてLCoS素子に実装している。LCoS素子の周波数分解能は、1 GHzである。以下の実験例では、変調指数はMAM = 1に設定している。 A specific experimental example is shown below. In the experiment, as shown in FIG. 10, a harmonic AM mode-locked erbium fiber laser (see Non-Patent Document 10) with a repetition rate of 10 GHz and oscillating at a wavelength of 1.55 μm was used, and an LCoS element was inserted into the resonator (resonator length 15.6 m). The filter function F A (ω) shown in the first to seventh embodiments was implemented in the LCoS element using software. The frequency resolution of the LCoS element was 1 GHz. In the following experimental example, the modulation index M AM = 1.

本発明の第1の実施形態におけるガウスパルスの発生に用いた光フィルタの形状を、図11に示す。同図(b)は、(a)を拡大したものである。実線は、式(8)のFA(ω)を200 GHzで帯域制限したフィルタ(図3(b))、破線は、これを10 GHzごとにステップ関数で近似して、LCoS素子に実装したフィルタ形状である。実験に用いたLCoS素子は、本来1 GHzの周波数分解能を有するものの、レーザの縦モード周波数の揺らぎを考慮して、縦モード間隔である10 GHzごとにFA(ω)をステップ状に近似し、これをLCoS素子に実装している。 The shape of the optical filter used to generate Gaussian pulses in the first embodiment of the present invention is shown in Figure 11. Figure 11(b) is an enlarged view of Figure 11(a). The solid line represents the filter (Figure 3(b)) in which F A (ω) in equation (8) is band-limited at 200 GHz, and the dashed line represents the filter shape implemented in an LCoS element after approximating this filter with a step function every 10 GHz. The LCoS element used in the experiment originally has a frequency resolution of 1 GHz, but considering fluctuations in the longitudinal mode frequency of the laser, F A (ω) was approximated in a step-like manner every 10 GHz, which is the longitudinal mode spacing, and this was implemented in the LCoS element.

このフィルタを使って発生させたガウスパルスの波形および光スペクトルを、図12に示す。同図(a)は、光サンプリングオシロスコープで観測した強度波形a2(t)、(b)は、その平方根をとり、振幅a(t)に換算したもの、(c)は、光スペクトラムアナライザで観測した光スペクトルA(ω)を、dB表示(20 log|A(ω)|)したものである。黒線は実験結果、実線は図3(c)、(d)に示した計算機解析結果である。両者はよく一致しており、図11の光フィルタを用いて、設計通りガウスパルスが発生できていることがわかる。また、その時間バンド幅積は0.44となっており、レーザから直接TLのガウスパルスが得られていることが判る。 The waveform and optical spectrum of the Gaussian pulse generated using this filter are shown in Figure 12. Figure 12 (a) shows the intensity waveform a2 (t) observed with an optical sampling oscilloscope, (b) shows the amplitude a(t) obtained by taking its square root, and (c) shows the optical spectrum A(ω) observed with an optical spectrum analyzer, displayed in dB (20 log|A(ω)|). The black line shows the experimental results, and the solid line shows the computer analysis results shown in Figures 3(c) and (d). The two lines are in good agreement, demonstrating that the Gaussian pulse was generated as designed using the optical filter in Figure 11. Furthermore, the time-bandwidth product is 0.44, demonstrating that a TL Gaussian pulse was obtained directly from the laser.

本発明の第2の実施形態におけるsechパルスの発生に用いた光フィルタの形状を、図13に示す。同図(b)は、(a)を拡大したものである。実線は、式(11)のFA(ω)を200 GHzで帯域制限したフィルタ(図4(b))、破線は、これを10 GHzごとにステップ関数で近似して、LCoS素子に実装したフィルタ形状である。 The shape of the optical filter used to generate the sech pulse in the second embodiment of the present invention is shown in Figure 13. Figure 13(b) is an enlarged view of Figure 13(a). The solid line represents the filter (Figure 4(b)) in which F A (ω) in equation (11) is band-limited to 200 GHz, and the dashed line represents the filter shape implemented on an LCoS element after approximating this with a step function every 10 GHz.

このフィルタを使って発生させたsechパルスの波形および光スペクトルを、図14に示す。同図(a)は、光サンプリングオシロスコープで観測した強度波形a2(t)、(b)は、その平方根をとり、振幅a(t)に換算したもの、(c)は、光スペクトラムアナライザで観測した光スペクトルA(ω)を、dB表示(20 log|A(ω)|)したものである。黒線は実験結果、実線は図4(c)、(d)に示した計算機解析結果である。両者はよく一致しており、図13の光フィルタを用いて、設計通りsechパルスが発生できていることがわかる。また、その時間バンド幅積は0.32となっており、レーザから直接TLのsechパルスが得られていることが判る。 The waveform and optical spectrum of the SECH pulse generated using this filter are shown in Figure 14. Figure 14 (a) shows the intensity waveform a2 (t) observed with an optical sampling oscilloscope, (b) shows the amplitude a(t) obtained by taking its square root, and (c) shows the optical spectrum A(ω) observed with an optical spectrum analyzer, displayed in dB (20 log|A(ω)|). The black line shows the experimental results, and the solid line shows the computer analysis results shown in Figures 4(c) and (d). The two lines are in good agreement, demonstrating that the SECH pulse was generated as designed using the optical filter in Figure 13. Furthermore, the time-bandwidth product is 0.32, demonstrating that a TL SECH pulse was obtained directly from the laser.

本発明の第3の実施形態における両指数関数パルスの発生に用いた光フィルタの形状を、図15に示す。同図(b)は、(a)を拡大したものである。実線は、式(14)のFA(ω)を640 GHzで帯域制限したフィルタ(図5(b))、破線は、これを10 GHzごとにステップ関数で近似して、LCoS素子に実装したフィルタ形状である。 The shape of the optical filter used to generate a biexponential pulse in the third embodiment of the present invention is shown in Fig. 15. Fig. 15(b) is an enlarged view of Fig. 15(a). The solid line represents the filter (Fig. 5(b)) in which F A (ω) in equation (14) is band-limited to 640 GHz, and the dashed line represents the filter shape implemented on an LCoS element after approximating this filter with a step function every 10 GHz.

このフィルタを使って発生させた両指数関数パルスの波形および光スペクトルを、図16に示す。同図(a)は、光サンプリングオシロスコープで観測した強度波形a2(t)、(b)は、その平方根をとり、振幅a(t)に換算したもの、(c)は、光スペクトラムアナライザで観測した光スペクトルA(ω)を、dB表示(20 log|A(ω)|)したものである。黒線は実験結果、実線は図5(c)、(d)に示した計算機解析結果である。両者はよく一致しており、図15の光フィルタを用いて、設計通り両指数関数パルスが発生できていることがわかる。 The waveform and optical spectrum of the bi-exponential pulse generated using this filter are shown in Figure 16. Figure (a) shows the intensity waveform a2 (t) observed with an optical sampling oscilloscope, (b) shows the square root of this waveform converted to amplitude a(t), and (c) shows the optical spectrum A(ω) observed with an optical spectrum analyzer, displayed in dB (20 log|A(ω)|). The black line shows the experimental results, and the solid line shows the computer analysis results shown in Figures 5(c) and (d). The two are in good agreement, demonstrating that the optical filter in Figure 15 can generate bi-exponential pulses as designed.

本発明の第4の実施形態における三角パルスの発生に用いた光フィルタの形状を、図17に示す。同図(b)は、(a)を拡大したものである。実線は、式(17)のFA(ω)を640 GHzで帯域制限したフィルタ(図6(b))、破線は、これを10 GHzごとにステップ関数で近似して、LCoS素子に実装したフィルタ形状である。 The shape of the optical filter used to generate triangular pulses in the fourth embodiment of the present invention is shown in Figure 17. Figure 17(b) is an enlarged view of Figure 17(a). The solid line represents the filter (Figure 6(b)) in which F A (ω) in equation (17) is band-limited to 640 GHz, and the dashed line represents the filter shape implemented on an LCoS element after approximating this with a step function every 10 GHz.

このフィルタを使って発生させた三角パルスの波形および光スペクトルを、図18に示す。同図(a)は、光サンプリングオシロスコープで観測した強度波形a2(t)、(b)は、その平方根をとり、振幅a(t)に換算したもの、(c)は、光スペクトラムアナライザで観測した光スペクトルA(ω)を、dB表示(20 log|A(ω)|)したものである。黒線は実験結果、実線は図6(c)、(d)に示した計算機解析結果である。両者はよく一致しており、図17の光フィルタを用いて、設計通り両指数関数パルスが発生できていることがわかる。 The waveform and optical spectrum of a triangular pulse generated using this filter are shown in Figure 18. Figure (a) shows the intensity waveform a2 (t) observed with an optical sampling oscilloscope, (b) shows the square root of this waveform converted to amplitude a(t), and (c) shows the optical spectrum A(ω) observed with an optical spectrum analyzer, displayed in dB (20 log|A(ω)|). The black line shows the experimental results, and the solid line shows the computer analysis results shown in Figures 6(c) and (d). The two are in good agreement, demonstrating that the optical filter in Figure 17 can generate bi-exponential pulses as designed.

本発明の第6の実施形態におけるパラボラパルスの発生に用いた光フィルタの形状を、図19に示す。同図(a)は絶対値、(b)は位相である。実線は、式(22)のFA(ω)を640 GHzで帯域制限したフィルタ(図8(b))、破線は、これを10 GHzごとにステップ関数で近似して、LCoS素子に実装したフィルタ形状である。 The shape of the optical filter used to generate parabolic pulses in the sixth embodiment of the present invention is shown in Figure 19. Figure 19(a) shows the absolute value, and Figure 19(b) shows the phase. The solid line shows the filter (Figure 8(b)) in which F A (ω) in equation (22) is band-limited to 640 GHz, and the dashed line shows the filter shape implemented on an LCoS element after approximating this with a step function every 10 GHz.

このフィルタを使って発生させたパラボラパルスの波形および光スペクトルを、図20に示す。同図(a)は、光サンプリングオシロスコープで観測した強度波形a2(t)、(b)は、その平方根をとり、振幅a(t)に換算したもの、(c)は、光スペクトラムアナライザで観測した光スペクトルA(ω)を、dB表示(20 log|A(ω)|)したものである。黒線は実験結果、実線は図8(c)、(d)に示した計算機解析結果である。両者はよく一致しており、図19の光フィルタを用いて、設計通り両指数関数パルスが発生できていることがわかる。 The waveform and optical spectrum of the parabolic pulse generated using this filter are shown in Figure 20. Figure (a) shows the intensity waveform a2 (t) observed with an optical sampling oscilloscope, (b) shows the square root of this waveform converted to amplitude a(t), and (c) shows the optical spectrum A(ω) observed with an optical spectrum analyzer, displayed in dB (20 log|A(ω)|). The black line shows the experimental results, and the solid line shows the computer analysis results shown in Figures 8(c) and (d). The two are in good agreement, demonstrating that the optical filter in Figure 19 can generate bi-exponential pulses as designed.

本発明の第7の実施形態における片指数関数パルスの発生に用いた光フィルタの形状を、図21に示す。同図(a)は振幅、(b)は位相特性を示している。同図(a)の実線は、式(25)のFA(ω)を640 GHzで帯域制限したフィルタ(図9(c))、破線は、これを10 GHzごとにステップ関数で近似して、LCoS素子に実装したフィルタ形状である。 The shape of the optical filter used to generate a single-exponential pulse in the seventh embodiment of the present invention is shown in Figure 21. Figure 21(a) shows the amplitude characteristics, and Figure 21(b) shows the phase characteristics. The solid line in Figure 21(a) shows the filter (Figure 9(c)) in which F A (ω) in equation (25) is band-limited to 640 GHz, and the dashed line shows the filter shape implemented on an LCoS element after approximating this with a step function every 10 GHz.

このフィルタを使って発生させた片指数関数パルスの波形および光スペクトルを、図22に示す。同図(a)は、光サンプリングオシロスコープで観測した強度波形a2(t)、(b)は、その平方根をとり振幅a(t)に換算したもの、(c)は、光スペクトラムアナライザで観測した光スペクトルA(ω)を、dB表示(20 log|A(ω)|)したものである。黒線は実験結果、実線は図9(e)、(f)に示した計算機解析結果である。両者はよく一致しており、図21の光フィルタを用いて、設計通り両指数関数パルスが発生できていることがわかる。 The waveform and optical spectrum of a single-exponential pulse generated using this filter are shown in Figure 22. Figure (a) shows the intensity waveform a2 (t) observed with an optical sampling oscilloscope, (b) shows the amplitude a(t) obtained by taking the square root of the intensity waveform, and (c) shows the optical spectrum A(ω) observed with an optical spectrum analyzer, displayed in dB (20 log|A(ω)|). The black line shows the experimental results, and the solid line shows the computer analysis results shown in Figures 9(e) and (f). The two are in good agreement, demonstrating that a single-exponential pulse can be generated as designed using the optical filter in Figure 21.

以上詳細に説明したように、本発明は、レーザ共振器内に挿入した光フィルタの振幅・位相特性を適切に設計することによって、任意の時間波形を有するパルスを容易に発生することができる。本発明によって得られる指数関数、三角波、パラボラなどの時間波形を有するパルス列は、超高速時分割多重光通信用の信号パルスや超高速計測におけるサンプリングパルスをはじめとする幅広い用途に利用することができる。 As explained in detail above, the present invention makes it possible to easily generate pulses with any time waveform by appropriately designing the amplitude and phase characteristics of an optical filter inserted into a laser resonator. Pulse trains with time waveforms such as exponential, triangular, and parabolic waveforms obtained by this invention can be used in a wide range of applications, including signal pulses for ultra-high-speed time-division multiplexed optical communications and sampling pulses for ultra-high-speed measurement.

1 光ファイバ
2 光増幅器
3 光強度変調器
4 光フィルタ
5 偏波保持エルビウムファイバ
6 励起LD
7 WDMカプラ
8 強度変調器
9 エタロン
10 PZT素子
11 カプラ
12 アイソレータ
13 LCoS素子
14 アンプ
15 位相シフタ
16 10 GHzクロック抽出回路

1 Optical fiber 2 Optical amplifier 3 Optical intensity modulator 4 Optical filter 5 Polarization-maintaining erbium fiber 6 Pumping LD
7 WDM coupler 8 Intensity modulator 9 Etalon 10 PZT element 11 Coupler 12 Isolator 13 LCoS element 14 Amplifier 15 Phase shifter 16 10 GHz clock extraction circuit

Claims (10)

レーザ共振器内に光強度変調器と、光増幅器と、光フィルタとを備えるAMモード同期レーザを有し、
前記光強度変調器は、繰り返し角周波数Ω m の正弦波で駆動可能に設けられ、
前記光フィルタは、その振幅および位相特性が可変であり、前記振幅および位相特性が、前記光強度変調器の変調度M AM 、および出力したい光パルスのスペクトルA(ω)、ならびにA(ω)をΩ m だけ正負にシフトした関数A(ω-Ω m )、A(ω+Ω m )により、下記の式(1)で表される伝達関数F A (ω)で与えられ、
出力したい光パルスの形状に応じて前記振幅および位相特性を設定することにより、任意の形状を有する光パルスを発生することを
特徴とする光ファンクションジェネレータ。
an AM mode-locked laser including an optical intensity modulator, an optical amplifier, and an optical filter in a laser resonator;
the optical intensity modulator is provided so as to be drivable by a sine wave having a repetitive angular frequency of Ω m ;
The optical filter has variable amplitude and phase characteristics, and the amplitude and phase characteristics are given by a transfer function F A (ω) expressed by the following equation (1) using the modulation depth M AM of the optical intensity modulator, the spectrum A(ω) of the optical pulse to be output, and functions A(ω-Ω m ) and A(ω+Ω m ) obtained by shifting A ( ω) by Ω m in both positive and negative directions:
An optical function generator that generates an optical pulse of any shape by setting the amplitude and phase characteristics according to the shape of the optical pulse to be output.
レーザ共振器内に光強度変調器と、光増幅器と、光フィルタとを備えるAMモード同期レーザを有し、an AM mode-locked laser including an optical intensity modulator, an optical amplifier, and an optical filter in a laser resonator;
前記光強度変調器は、駆動する繰り返し角周波数ΩThe optical intensity modulator is driven at a repetition rate of Ω mm の正弦波変調信号に、ΩA sinusoidal modulated signal of Ω mm の高調波を重畳するよう設けられ、The harmonic components are superimposed on the
前記光フィルタは、その振幅および位相特性が可変であり、前記振幅および位相特性が、出力したい光パルスのスペクトルA(ω)、A(ω)を繰り返し角周波数ΩThe optical filter has variable amplitude and phase characteristics, and the amplitude and phase characteristics are such that the spectrum A(ω) and A(ω) of the optical pulse to be output are repeatedly changed at an angular frequency Ω mm だけ正負にシフトした関数A(ω-ΩA function A(ω-Ω) shifted positively or negatively by mm )、A(ω+Ω), A(ω+Ω mm )、ならびに、A(ω)をΩ), and A(ω) as Ω mm の高調波NΩHarmonics of NΩ mm だけ正負にシフトした関数A(ω-NΩA function A(ω-NΩ) shifted positively or negatively by mm )、A(ω+NΩ), A(ω+NΩ mm )から成り、)
出力したい光パルスの形状に応じて前記振幅および位相特性を設定することにより、任意の形状を有する光パルスを発生することをBy setting the amplitude and phase characteristics according to the shape of the optical pulse to be output, it is possible to generate an optical pulse having any shape.
特徴とする光ファンクションジェネレータ。An optical function generator characterized by:
前記光フィルタは、出力したい光パルスのスペクトル幅に応じて、前記振幅および位相特性に帯域制限を設け、TL(Transform-limited)パルスを得るよう構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の光ファンクションジェネレータ。 An optical function generator as described in claim 1 or 2, characterized in that the optical filter is configured to set a band limit on the amplitude and phase characteristics according to the spectral width of the optical pulse to be output, thereby obtaining a TL (Transform-limited) pulse. 前記光フィルタは、前記振幅特性をガウス関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、ガウスパルスを発生可能に設けられていることを特徴とする請求項1記載の光ファンクションジェネレータ。 The optical function generator according to claim 1, characterized in that the optical filter is capable of generating a Gaussian pulse by giving the amplitude characteristic as a Gaussian function A(ω) and functions A(ω-Ω m ) and A(ω+Ω m ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by an angular frequency Ω m . 前記光フィルタは、前記振幅特性をsech関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、sechパルスを発生可能に設けられていることを特徴とする請求項1記載の光ファンクションジェネレータ。 The optical function generator according to claim 1, characterized in that the optical filter is configured to be able to generate a sech pulse by giving the amplitude characteristic as a sech function A(ω) and functions A(ω-Ω m ) and A(ω+Ω m ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by an angular frequency Ω m . 前記光フィルタは、前記振幅特性をローレンツ関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、両指数関数の形状をもつパルスを発生可能に設けられていることを特徴とする請求項1記載の光ファンクションジェネレータ。 The optical function generator according to claim 1, characterized in that the optical filter is configured to be able to generate pulses having the shapes of both exponential functions by giving the amplitude characteristics as a Lorentz function A(ω) and functions A(ω-Ω m ) and A(ω+Ω m ) obtained by repeatedly shifting A( ω) positively and negatively by an angular frequency Ω m. 前記光フィルタは、前記振幅特性をsinc関数の2乗の関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、三角形の形状をもつパルスを発生可能に設けられていることを特徴とする請求項1記載の光ファンクションジェネレータ。 The optical function generator according to claim 1, characterized in that the optical filter is capable of generating a triangular pulse by providing the amplitude characteristics as a function A(ω) of the square of a sinc function, and functions A(ω-Ω m ) and A(ω+Ω m ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by an angular frequency Ω m. 前期光強度変調器は、変調信号に角周波数3Ωmの正弦波を重畳するよう設けられ、
前記光フィルタは、前記振幅特性をsinc関数の2乗の関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmおよび3Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)、A(ω-3Ωm)、A(ω+3Ωm)で与えることにより、三角形の形状をもつパルスを発生可能に設けられていることを
特徴とする請求項記載の光ファンクションジェネレータ。
the optical intensity modulator is provided so as to superimpose a sine wave having an angular frequency of 3 Ω- m on the modulation signal;
The optical function generator of claim 2, wherein the optical filter is configured to be able to generate a triangular pulse by providing the amplitude characteristics as a squared sinc function A( ω ), and functions A(ω- Ωm ), A(ω+ Ωm ), A(ω- 3Ωm ), and A(ω+ 3Ωm ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by angular frequencies Ωm and 3Ωm.
前記光フィルタは、前記振幅特性を、関数sin ω/ω3とcos ω/ω2との和で与えられるA(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、パラボラの形状をもつパルスを発生可能に設けられていることを特徴とする請求項1記載の光ファンクションジェネレータ。 The optical function generator according to claim 1, characterized in that the optical filter is configured to be able to generate a pulse having a parabolic shape by giving the amplitude characteristic A(ω) given by the sum of functions sin ω/ ω3 and cos ω / ω2 , and functions A(ω- Ωm ) and A(ω+ Ωm ) obtained by repeatedly shifting A(ω) positively and negatively by an angular frequency Ωm. 前記光フィルタは、前記振幅および位相特性をローレンツ関数A(ω)、ならびにA(ω)を繰り返し角周波数Ωmだけ正負にシフトした関数A(ω-Ωm)、A(ω+Ωm)で与えることにより、片指数関数パルスを発生可能に設けられていることを特徴とする請求項1記載の光ファンクションジェネレータ。
The optical function generator according to claim 1, characterized in that the optical filter is capable of generating a single-exponential pulse by providing the amplitude and phase characteristics as a Lorentz function A(ω) and functions A(ω-Ω m ) and A(ω+Ω m ) obtained by repeatedly shifting A(ω ) positively and negatively by an angular frequency Ω m.
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