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JPH0721598B2 - Optical fiber type nonlinear directional coupler - Google Patents
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JPH0721598B2 - Optical fiber type nonlinear directional coupler - Google Patents

Optical fiber type nonlinear directional coupler

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JPH0721598B2
JPH0721598B2 JP18644786A JP18644786A JPH0721598B2 JP H0721598 B2 JPH0721598 B2 JP H0721598B2 JP 18644786 A JP18644786 A JP 18644786A JP 18644786 A JP18644786 A JP 18644786A JP H0721598 B2 JPH0721598 B2 JP H0721598B2
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directional coupler
birefringence
optical
fiber
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正隆 中沢
恵之 青海
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、構成要素が少なくかつ動作速度が速く、光入
出力特性が非線形性をもつ光ファイバ形非線形方向結合
器に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical fiber type nonlinear directional coupler having a small number of constituent elements, a high operating speed, and a nonlinear optical input / output characteristic.

(従来技術とその問題点) 従来の非線形方向性結合器には第2図(A)に示すもの
がある。(文献1D.Sarid and M.Sargert III,“Tunable
nonlinear directional coupler",J.Opt.Soc.Am.voL7
2,p.835−838(1982).)。これは、基盤12上に2つの
導波路11を平行に並べて形成し、2つの導波路11のエバ
ネッセント波(クラッド部分へしみだした電界成分)が
重なりあうような構造になっている。
(Prior Art and its Problems) A conventional non-linear directional coupler is shown in FIG. 2 (A). (Reference 1D. Sarid and M. Sargert III, “Tunable
nonlinear directional coupler ", J.Opt.Soc.Am.voL7
2, p.835-838 (1982). ). This has a structure in which two waveguides 11 are formed in parallel on a substrate 12 and the evanescent waves (electric field components oozing into the clad portion) of the two waveguides 11 overlap each other.

第2図(A)に示す構造では基盤12上にホトレジスト或
いは拡散イオンが打ち込みによって導波路11が形成され
ているため、光の入出力に光ファイバを使用するときに
は、基盤12上に溝を切って光ファイバと導波路11をつき
合せなければならず、光ファイバの軸ずれによる光損失
を1dB以下に抑制するためには、基盤12上に0.5μm以下
の精度の加工技術が要求され、製作上の欠点となった。
また、基盤12の材料には、LiTiO3,LiNbO3等が用いられ
るが、石英系の光ファイバとの接続では屈折率(LiNbO3
=2.20,SiO2=1.46の違いによるフレネル反射(反射率
4%)が生じ、つき合わせ接続を行うため、光ファイバ
の固定方法およびその長期信頼性の点で、光ファイバ同
志の融着接続と比較して劣る欠点があった。
In the structure shown in FIG. 2A, since the waveguide 11 is formed by implanting photoresist or diffused ions on the substrate 12, when the optical fiber is used for inputting / outputting light, a groove is cut on the substrate 12. The optical fiber and the waveguide 11 must be brought into contact with each other, and in order to suppress the optical loss due to the axis deviation of the optical fiber to 1 dB or less, processing technology with an accuracy of 0.5 μm or less on the substrate 12 is required. It became the above fault.
In addition, although LiTiO3, LiNbO3, etc. are used as the material of the substrate 12, the refractive index (LiNbO3
= 2.20, SiO2 = 1.46 causes Fresnel reflection (reflectance 4%) and butt splicing is performed. Therefore, the method of fixing optical fiber and its long-term reliability are different from fusion splicing of optical fibers. There was an inferior fault.

他方、これらの欠点を除くため、2本の光ファイバを融
着延伸して得られる第2図(B)に示すような光ファイ
バ形偏波選択型方向性結合器23がある。この偏波選択型
方向性結合器23では、2つの光ファイバへの光パワー分
岐比は2つのコアを伝搬する伝搬モードの重なり積分で
決まる結合定数と結合長とによって決まってしまい、さ
らに光ファイバの複屈折が大きいため、入力光強度によ
って屈折率を変えて分岐比を変えることはできず、非線
形方向性結合器を実現できない欠点があった。しかし、
光入出力端子21a,22a,21b,22bが光ファイバであるた
め、光ファイバ同志の接続であるから光通信に使われて
いる通常の融着接続と熱収縮チユーブによる補強法を利
用できる長所があった。
On the other hand, in order to eliminate these drawbacks, there is an optical fiber type polarization selective directional coupler 23 as shown in FIG. 2 (B) obtained by fusion-stretching two optical fibers. In this polarization-selective directional coupler 23, the optical power branching ratio to the two optical fibers is determined by the coupling constant and the coupling length determined by the overlap integral of the propagation modes propagating in the two cores. Since the birefringence is large, the refractive index cannot be changed by the input light intensity to change the branching ratio, and there is a drawback that a non-linear directional coupler cannot be realized. But,
Since the optical input / output terminals 21a, 22a, 21b, 22b are optical fibers, since they are connections of optical fibers, there is an advantage that the usual fusion splicing used in optical communication and the reinforcement method by the heat shrink tube can be used. there were.

第2図(A)の従来の導波路11において断面が円形の導
波路構造を仮定し、導波路11間の結合長を2.5cm、相互
作用長を1.8mとした非線形方向性結合器の出力波形の計
算結果を第3図に示す。同図において横軸は規格化パル
ス幅を、縦軸は規格化パルス強度を示し、同図より破線
で示す尖頭値1.2KWの入射光パルスを入射端の一方から
入射したとき、実線で示すように出射光パルスは光パル
ス列になり、いわゆる光断続現象(Optical breaking,
同様の結果は文献2.R.Hoffe et al.,Opt.Commun.57,34
(1986)を参照)を生じ、単一の光パルス出力を取り出
すことが不可能である欠点があった。
Assuming a waveguide structure with a circular cross section in the conventional waveguide 11 of FIG. 2 (A), the output of a nonlinear directional coupler with a coupling length between the waveguides 11 of 2.5 cm and an interaction length of 1.8 m The calculation result of the waveform is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis shows the standardized pulse width, and the vertical axis shows the standardized pulse intensity, which is shown by the solid line when an incident optical pulse with a peak value of 1.2 KW shown by the broken line is incident from one of the incident ends. As described above, the emitted light pulse becomes a light pulse train, and so-called optical breaking phenomenon (optical breaking,
Similar results are found in Ref. 2.R. Hoffe et al., Opt.Commun. 57,34.
(See (1986)), and it was impossible to extract a single optical pulse output.

(発明の目的) 本発明の目的は、従来の非線形方向性結合器では得られ
なかった単一でかつ、入力光パルスよりもパルス幅の狭
い光パルスを出力として取り出すことが可能で、さらに
他の光学系と光ファイバを介して容易に接続でき、さら
にまた、極短光パルスの発生や波形整形の手段として、
簡単な構成でピコ秒からサブピコ秒の応答速度を有する
高速動作光分配器へ応用できる全ファイバ形の非線形方
向性結合器を提供することにある。
(Object of the Invention) An object of the present invention is to obtain a single optical pulse having a narrower pulse width than an input optical pulse as an output, which cannot be obtained by a conventional nonlinear directional coupler. It can be easily connected to the optical system of the above through an optical fiber, and as a means of generating ultrashort optical pulses and waveform shaping,
An object of the present invention is to provide an all-fiber type nonlinear directional coupler applicable to a high-speed operation optical distributor having a picosecond to sub-picosecond response speed with a simple structure.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記の目的を達成するため、コアとクラッド
からなる導波路構造をもち、かつコア部分が複屈折性す
なわち伝搬方向に垂直な平面(x,y軸方向)で屈折率が
異なっている光ファイバの一端を光入射端となすと共に
他端を出射端となし、該光ファイバの出射端に光ファイ
バ形偏波選択型方向性結合器の一つの入射端を、該光フ
ァイバの主軸の一つと一致するように接続し、前記光フ
ァイバの光入射端に任意の偏光状態の光を入射させ、該
偏波選択型方向性結合器の一方の出射端より非線形光出
力を得るようにした。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention has a waveguide structure consisting of a core and a clad, and the core portion is birefringent, that is, a plane perpendicular to the propagation direction (x, One end of an optical fiber having a different refractive index in the (y-axis direction) is used as a light incident end and the other end is used as an emission end, and one end of an optical fiber type polarization selective directional coupler is connected to the emission end of the optical fiber. The two incident ends are connected so as to coincide with one of the main axes of the optical fiber, and light of an arbitrary polarization state is incident on the light incident end of the optical fiber, and one of the polarization selective directional couplers A non-linear optical output is obtained from the output end.

(作 用) 本発明によれば、複屈折性光ファイバ中では、入力光に
よって生じる複屈折(光カー効果)と、低複屈折性光フ
ァイバのもつ固有の複屈折の競合が起こり、y軸の伝搬
モードからx軸の伝搬モードへ光パワーの非線形な変換
が生じる。偏波選択型方向性結合器の入射端には変換さ
れたx軸伝搬モード及び残りのy軸伝搬モードが入射
し、これらは偏波選択型方向性結合器で分離し、出射端
にはx軸伝搬モードが、出射端にはy軸伝搬モードがそ
れぞれ出力される。
(Operation) According to the present invention, in the birefringent optical fiber, the birefringence (optical Kerr effect) generated by the input light and the intrinsic birefringence of the low birefringent optical fiber compete with each other, and the y-axis The non-linear conversion of the optical power occurs from the propagation mode of the above to the propagation mode of the x-axis. The converted x-axis propagation mode and the remaining y-axis propagation modes are incident on the incident end of the polarization-selective directional coupler, and these are separated by the polarization-selective directional coupler, and x is propagated on the exit end. The axial propagation mode and the y-axis propagation mode are output at the exit end, respectively.

(実施例) 第1図は本発明の第一の実施例を説明する図であって、
3は第2図(B)に示したと同様の偏波選択型方向性結
合器で、その1つの入射端1aと低複屈折光ファイバ4の
出射端4bとはそれらの進相軸(以下y軸という)及び遅
相軸(以下x軸という)をそれぞれ合わせて接続されて
いる。また第1図には丸の中の矢印で、各位置における
偏光状態を示している。なお、2aは他の入射端、1b,2b
は出射端、4aは光入射端である。
(Embodiment) FIG. 1 is a view for explaining a first embodiment of the present invention,
Reference numeral 3 denotes a polarization-selective directional coupler similar to that shown in FIG. 2 (B), and one entrance end 1a thereof and an exit end 4b of the low birefringence optical fiber 4 have their fast axes (hereinafter y And the slow axis (hereinafter referred to as the x axis) are connected together. Further, in FIG. 1, arrows in circles indicate polarization states at respective positions. 2a is the other incident end, and 1b and 2b
Is an emitting end, and 4a is a light incident end.

本発明の全ファイバ形非線形方向性結合器の動作は以下
のとおりである。直線偏光の入力光を低複屈折性光ファ
イバ4の光入射端4aから該光ファイバ4のy軸の偏光面
がほぼ平行となるように入射させる。低複屈折性光ファ
イバ4中では、入力光によって生じる複屈折(光カー効
果)と、低複屈折性光ファイバ4のもつ固有の複屈折の
競合が起こり、y軸の伝搬モードからx軸の伝搬モード
へ光パワーの非線形な変換が生じる。偏波選択型方向性
結合器3の入射端1aには変換されたx軸伝搬モードEx及
び残りのy軸伝搬モードEyが入射し、これらは偏波選択
型方向性結合器3で分離し、出射端2bにはx軸伝搬モー
ドExが、出射端1bにはy軸伝搬モードEyがそれぞれ出力
される。なお偏波選択型方向性結合器3の延伸結合部長
の設計によっては、出射する偏波が入れ替わることがあ
る。これらの動作による波形変化は後で詳述する第5図
に示されている通りであり、入力波形に対して非線形動
作し、出射端2bにx軸伝搬モードのパルス幅の狭い出力
波形(Ex)が出射されることになる。
The operation of the all-fiber nonlinear directional coupler of the present invention is as follows. The linearly polarized input light is made incident from the light incident end 4a of the low birefringence optical fiber 4 such that the y-axis polarization plane of the optical fiber 4 becomes substantially parallel. In the low birefringence optical fiber 4, a competition between the birefringence (optical Kerr effect) generated by the input light and the inherent birefringence of the low birefringence optical fiber 4 occurs, and the propagation mode of the y axis changes to the x axis. A non-linear conversion of optical power to the propagating mode occurs. The converted x-axis propagation mode Ex and the remaining y-axis propagation mode Ey are incident on the incident end 1a of the polarization-selective directional coupler 3, and these are separated by the polarization-selective directional coupler 3. The x-axis propagation mode Ex is output to the emission end 2b, and the y-axis propagation mode Ey is output to the emission end 1b. Depending on the design of the extension coupling portion length of the polarization selective directional coupler 3, the polarized waves to be emitted may be switched. The waveform changes due to these operations are as shown in FIG. 5 which will be described in detail later, and they are non-linearly operated with respect to the input waveform, and the output waveform (Ex. ) Will be emitted.

本実施例では、低複屈折性光ファイバ4と偏波選択型方
向性結合器3との接続において、主軸のx軸,y軸をそれ
ぞれ一致させているが、これと90゜ずれた状態すなわち
x軸とy軸が合っていても良い。この時は出射する偏波
は入れ替り、出射端1bにx軸伝搬モードExが出射され
る。またここでは入力光の入射条件として最も単純な直
線偏光を低複屈折性光ファイバの主軸に合わせて入射す
る場合を示したが、偏光方向と主軸が傾いている場合で
も、さらに一般的には楕円偏光を入射し、その楕円の主
軸とファイバの主軸が傾いている場合でも適用可能であ
る。これらの場合には後で詳述する第4図に示すよう
に、傾き角等に応じてストークスパラメータS1のピーク
値以外のファイバ長を適宜選択することにより実現でき
る。
In the present embodiment, when the low birefringence optical fiber 4 and the polarization selective directional coupler 3 are connected, the x axis and the y axis of the main axis are made to coincide with each other. The x axis and the y axis may be aligned. At this time, the polarized waves to be emitted are switched and the x-axis propagation mode Ex is emitted to the emitting end 1b. Although the simplest linearly polarized light is incident on the main axis of the low birefringence optical fiber as the incident condition of the input light, it is more general even if the polarization direction and the main axis are inclined. It is applicable even when elliptically polarized light is incident and the principal axis of the ellipse and the principal axis of the fiber are inclined. These cases can be realized by appropriately selecting a fiber length other than the peak value of the Stokes parameter S1 according to the tilt angle or the like, as shown in FIG. 4 described later in detail.

また非線形効果を低励起入力で効率よく励起するために
は低複屈折する光ファイバを用いるか、或いは、非線形
感受率の大きな材料を用いることが望ましく、LiNbO3,P
LZT,YIG,GaAs,InP,NiO2−B2O3−Na2O,As2S3,PMMA,MNA,
ポリジアセチレン,ジアセチレン,PCH1083などはSiO2に
比較して大きな非線形感受率を持っており、低励起入力
で使用できる。
In order to efficiently excite the nonlinear effect with a low excitation input, it is desirable to use an optical fiber with low birefringence, or to use a material with a large nonlinear susceptibility, such as LiNbO3, P
LZT, YIG, GaAs, InP, NiO2-B2O3-Na2O, As2S3, PMMA, MNA,
Polydiacetylene, diacetylene, PCH1083, etc. have a large nonlinear susceptibility compared to SiO2 and can be used with low excitation input.

次に、低複屈折光ファイバ中の電界を▲▼として、x
軸,y軸の電界の非線形結合を定量的に示す。電界▲▼
は次式で表わされる。
Next, let x be the electric field in the low birefringence optical fiber, and x
Quantitatively shows the non-linear coupling of the electric field in the y-axis. Electric field ▲ ▼
Is expressed by the following equation.

ここで、 はそれぞれ遅相軸,進相軸の単位ベクトルで、Ex,Eyは
その方向の電界成分、r,lは右回り,左回りの回転
表示での単位ベクトルで、 である。この低複屈折性光ファイバの直交するモードを
導波モードとするので第2図(A)に示したような2つ
の導波路を必要とせず、1本のファイバで非線形動作を
行うことができる。ここでは、このファイバ中の偏光状
態の変化、すなわち2つの導波モード間の光エネルギー
の変化をストークスパラメータS=(S1,S2,S3)を用い
て評価する。(文献3 B.Daino,G.Gregori,and S.Wabn
itz“New all−optical devices based on third−orde
r nonlinearity of birefringent fibers",Qpt.Lett.vo
l 11,P.42−44(1986).)▲▼のZ方向への変化
は、ポアンカレ球表示で次式で与えられる。
here, Are the unit vectors of the slow axis and the fast axis, Ex and Ey are the electric field components in that direction, r and l are the unit vectors in the clockwise and counterclockwise rotation display, Is. Since the orthogonal mode of this low birefringence optical fiber is used as the waveguide mode, the two waveguides shown in FIG. 2 (A) are not required, and the nonlinear operation can be performed with one fiber. . Here, the change in the polarization state in this fiber, that is, the change in the optical energy between the two guided modes is evaluated using the Stokes parameter S = (S1, S2, S3). (Reference 3 B. Daino, G. Gregori, and S. Wabn
itz “New all-optical devices based on third-orde
r nonlinearity of birefringent fibers ", Qpt.Lett.vo
l 11, P. 42-44 (1986). ) The change of ▲ ▼ in the Z direction is given by the following equation in Poincare sphere display.

ここで、▲▼はポアンカレ球の3軸(S1,S2,S3軸)に
ついての回転角速度である。ストークスパラメータは、
S1=|Ex|2−|Ey|2,S2=Ex・Ey+Ex・Ey,S3=i(Ex
・Ey−Ex・Ey),S20=S21+S22+S23=|Ex|2+|Ey|
2で与えられる。*は複素共役を表わす。角速度▲▼
は、入射光強度によって生じる屈折率変化のため、次式
に示すように線形および非線形な複屈折を効果を含む。
Here, ▲ ▼ is the rotational angular velocity of the Poincare sphere about the three axes (S1, S2, S3 axes). Stokes parameters are
S1 = | Ex | 2 − | Ey | 2 , S2 = Ex ・ Ey + Ex ・ Ey, S3 = i (Ex
· Ey * -Ex * · Ey) , S 2 0 = S 2 1 + S 2 2 + S 2 3 = | Ex | 2 + | Ey |
Given in 2 . * Represents a complex conjugate. Angular velocity ▲ ▼
Includes linear and nonlinear birefringence effects, as shown in the following equation, due to the change in refractive index caused by the incident light intensity.

ここで、Ω1は低複屈折性光ファイバ固有の複屈折によ
る角速度、λは波長、xは導波路の感受率で、計算例で
は、石英系ファイバを仮定し、λ=1.06μm、x=2.5
×10-9、低複屈折性光ファイバの複屈折を10-6とした。
第4図は、1.2KWのCW直線偏光を低複屈折性光ファイバ
のy軸から0.2゜ずらして入射したときの伝搬方向のス
トークスパラメータS1の変化を示す。全光強度S0で規格
化してある。ストークスパラメータS1はEx成分とEy成分
の強度差を表わしており、S1=1でEx成分、S1=−1で
Ey成分だけがそれぞれ存在することを示す。第4図よ
り、ファイバ長約1.8m,5.5m,9.3mで、Ey成分からEx成分
へ光パワーが移っていることがわかる。従って、最低1.
8mの長さの低複屈折性光ファイバの後に、光ファイバ形
偏波選択型方向性結合器(文献4.I.Yokohama,k.Okamot
o,J.Noda,“Fiber optic polarising beam splitter em
poloying birefringent−fiber coupler,"Electron.Let
t.voL,21,pp.415−416(1985).)を接続すると、それ
ぞれの出射端2b,1bよりEx,Ey成分を分離して取り出すこ
とができる。このとき低複屈折性光ファイバの主軸とフ
ァイバ形偏波選択型方向性結合器の入射端のファイバの
主軸が一致していれば、Ex,Ey成分を、またθ傾いてい
れば|Ex cosθ|2+|Ey sinθ|2の光出力を得る。この式
よりわずかなθのずれに対して、光出力はほぼ|Ex|とな
ってほとんどθの影響を受けないこと、及びθを選択す
ることにより、波形をある程度変えられることがわか
る。
Here, Ω1 is the angular velocity due to the birefringence peculiar to the low birefringence optical fiber, λ is the wavelength, and x is the susceptibility of the waveguide. In the calculation example, assuming a silica fiber, λ = 1.06 μm, x = 2.5
× 10 −9 , and the birefringence of the low birefringence optical fiber was set to 10 −6 .
FIG. 4 shows changes in the Stokes parameter S1 in the propagation direction when 1.2 KW CW linearly polarized light is incident with a low birefringence optical fiber shifted by 0.2 ° from the y-axis. It is standardized by the total light intensity S0. The Stokes parameter S1 represents the intensity difference between the Ex component and the Ey component. When S1 = 1, the Ex component, and S1 = −1,
It shows that only Ey component exists. It can be seen from Fig. 4 that the optical power shifts from the Ey component to the Ex component at fiber lengths of about 1.8m, 5.5m, and 9.3m. Therefore, at least 1.
After a low birefringence optical fiber with a length of 8 m, an optical fiber type polarization selective directional coupler (Ref. 4.I.Yokohama, k.Okamot)
o, J.Noda, “Fiber optic polarising beam splitter em
poloying birefringent−fiber coupler, "Electron.Let
t.voL, 21, pp.415-416 (1985). ) Are connected, the Ex and Ey components can be separated and taken out from the respective emission ends 2b and 1b. At this time, if the principal axis of the low birefringence optical fiber and the principal axis of the fiber at the input end of the fiber-type polarization-selective directional coupler match, the Ex and Ey components are detected. The optical output of | 2 + | Ey sin θ | 2 is obtained. From this equation, it can be seen that the optical output becomes almost | Ex | with a slight deviation of θ and is hardly influenced by θ, and that the waveform can be changed to some extent by selecting θ.

第5図は、ピーク出力1.2KWの点線で示したガウス型の
光パルスを第4図と同じ条件で長さ1.8mの低複屈折性光
ファイバに入射させたときの出力波形を計算した結果を
示す。ただし、ストークスベクトルによる解析は、連続
光が入射した場合の複屈折ファイバ中における偏光状態
の長手方向の変化を記述しており、直接光パルスが入射
した場合の偏光状態におけるパルス応答特性を求めるこ
とはできない。ここでは入射パルスの時間軸上の各点で
の光強度から偏光状態の変化を求め、出力側で時間軸上
で分割して求めた出力光強度を合成することによって光
パルスの偏光状態の変化を計算している。出射光強度は
入射光強度で規格化してあり、約65%の透過光出力が得
られる。以上の数値計算結果より、構造が簡単でかつ高
性能な全ファイバ形非線形方向性結合器が実現できるこ
とがわかる。入射光強度が強くなるとストークスベクト
ルの変化が生じなくなる光強度が存在し、その強度は式
(3)のΩ+2πxS1S0/3λ成分が零となる入射光強
度である。例えば、複屈折ファイバ固有の複屈折が10-6
であり、且つS1−1の条件では、その値は1.28kWにな
り、この値より大きな強度の光、例えば光強度が1.3kW
などの光が入射した場合には、本発明の目的である単一
パルス取り出しはできなくなる。
Fig. 5 is the result of calculating the output waveform when a Gaussian optical pulse shown by the dotted line with a peak output of 1.2 KW is injected into a 1.8 m long low birefringence optical fiber under the same conditions as in Fig. 4. Indicates. However, the analysis using the Stokes vector describes the change in the longitudinal direction of the polarization state in the birefringent fiber when continuous light is incident, and it is necessary to obtain the pulse response characteristics in the polarization state when the optical pulse is directly incident. I can't. Here, the change in the polarization state is calculated from the light intensity at each point on the time axis of the incident pulse, and the output light intensity obtained by dividing on the output side on the time axis is combined to change the polarization state of the light pulse. Is calculated. The output light intensity is standardized by the input light intensity, and a transmitted light output of about 65% is obtained. From the above numerical calculation results, it can be seen that an all-fiber type nonlinear directional coupler with a simple structure and high performance can be realized. There is a light intensity at which the Stokes vector does not change when the incident light intensity becomes strong, and the intensity is the incident light intensity at which the Ω 1 + 2πxS 1 S 0 / 3λ component of equation (3) becomes zero. For example, the intrinsic birefringence of a birefringent fiber is 10 -6.
, And the and the condition S 1 -1, the value becomes 1.28KW, of greater strength than this light, for example light intensity 1.3kW
When such light is incident, the single pulse extraction which is the object of the present invention cannot be performed.

また、第6図には長手方向に複屈折の分布をつけたとき
のストークスパラメータの伝搬方向の変化を示す。ここ
で、複屈折の伝搬方向の変化は(1,064−0.15×sin(π
z)×10-6とした。第3図と比較すると、ストークスパ
ラメータS1が著しく変化しており、y軸からx軸モード
への変換がファイバ長2.5m,3.6m,4.6mと変化させること
が可能である。
Further, FIG. 6 shows changes in the propagation direction of the Stokes parameter when a birefringence distribution is provided in the longitudinal direction. Here, the change in the propagation direction of birefringence is (1,064−0.15 × sin (π
z) × 10 −6 . Compared with FIG. 3, the Stokes parameter S1 is significantly changed, and the conversion from the y-axis to the x-axis mode can be changed to fiber lengths of 2.5 m, 3.6 m, and 4.6 m.

長手方向に分布をつけるには第7図に示すように複数の
押え板5を光ファイバ4の軸方向に沿って不連続に分布
させ、又は一様に分布させ、或いは第7図に示すと同様
に電極をつけ、静電界あるいは高周波電界を分布させ、
部分的に複屈折が加わるようにする。第7図では、押え
板5を含む光ファイバ4を熱収縮チューブ6で包囲し、
この熱収縮チューブ6の収縮力を利用して複屈折を印加
する。また、押え板5の代りに圧電材料を低複屈折性光
ファイバ4の全長にわたって挟み込み、応力や圧電材料
の電気振動を利用して低複屈折性光ファイバ,楕円コア
光ファイバの複屈折に摂動を加えたり、真円コア光ファ
イバのように複屈折のない状態に複屈折を誘起させて、
非線形動作を行わせることができる。
In order to give a distribution in the longitudinal direction, a plurality of holding plates 5 are discontinuously distributed along the axial direction of the optical fiber 4 as shown in FIG. 7, or evenly distributed, or as shown in FIG. Similarly, attach electrodes to distribute electrostatic or high-frequency electric field,
Partial birefringence is added. In FIG. 7, the optical fiber 4 including the holding plate 5 is surrounded by the heat shrinkable tube 6,
Birefringence is applied by utilizing the contraction force of the heat-shrinkable tube 6. Further, instead of the holding plate 5, a piezoelectric material is sandwiched over the entire length of the low birefringence optical fiber 4, and the birefringence of the low birefringence optical fiber or the elliptic core optical fiber is perturbed by utilizing stress or electric vibration of the piezoelectric material. Or by inducing birefringence in a state where there is no birefringence like a true-core optical fiber,
Non-linear operation can be performed.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明に係る光ファイバ形非線形
方向性結合器はすべて光ファイバで構成されており、構
造が簡単であり、また光ファイバとの接続も容易となる
利点がある。さらに、数値計算結果からもわかるよう
に、入射光パルスを整形し、極短パルスとして取り出す
ことができる利点もある。また、感受率xの大きな材料
を用いると、入力光強度を低減させることが可能であ
り、光通信,分光学の分野で利用できる。
(Effects of the Invention) As described above, the optical fiber type nonlinear directional coupler according to the present invention is composed of all optical fibers, and has an advantage that the structure is simple and connection with the optical fibers is easy. There is. Further, as can be seen from the numerical calculation result, there is an advantage that the incident light pulse can be shaped and extracted as an extremely short pulse. Further, if a material having a high susceptibility x is used, the intensity of input light can be reduced, and it can be used in the fields of optical communication and spectroscopy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す光ファイバ形非線形方
向性結合器の構成図、第2図(A)は従来の非線形方向
性結合器の構成図、第2図(B)は従来の偏波選択型方
向性結合器の構成図、第3図は従来の非線形方向性結合
器の光パルス入出力特性を示す図、第4図はストークス
パラメータS1の長手方向(z方向)の変化を示す図、第
5図はガウス入力波形に対する本実施例の動作特性の計
算例を示す図、第6図は低複屈折性光ファイバに−0.15
sin(πz)の複屈折の分布をつけたときのストークス
パラメータS1の変化を示す図、第7図は本発明の他の実
施例を示す構成図である。 1a,2a……入射端、1b,2b……出射端、3……偏波選択型
方向性結合器、4……低複屈折性光ファイバ、5……押
え板、6……熱収縮チューブ。
FIG. 1 is a block diagram of an optical fiber type nonlinear directional coupler showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 (A) is a block diagram of a conventional nonlinear directional coupler, and FIG. 2 (B) is a conventional block diagram. Fig. 3 is a block diagram of the polarization selective directional coupler of Fig. 3, Fig. 3 is a diagram showing the optical pulse input / output characteristics of a conventional nonlinear directional coupler, and Fig. 4 is a change of the Stokes parameter S1 in the longitudinal direction (z direction). FIG. 5 is a diagram showing a calculation example of the operating characteristics of this embodiment with respect to a Gaussian input waveform, and FIG. 6 is a low birefringence optical fiber of −0.15.
FIG. 7 is a diagram showing changes in the Stokes parameter S1 when a distribution of sin (πz) birefringence is added, and FIG. 7 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention. 1a, 2a …… Injection end, 1b, 2b …… Exit end, 3 …… Polarization selective directional coupler, 4 …… Low birefringence optical fiber, 5 …… Holding plate, 6 …… Heat shrink tube .

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】コアとクラッドからなる導波路構造をも
ち、かつコア部分が複屈折性すなわち伝搬方向に垂直な
平面(x,y軸方向)で屈折率が異なっている光ファイバ
の一端を光入射端となすと共に他端を出射端となし、該
光ファイバの出射端に光ファイバ形偏波選択型方向性結
合器の一つの入射端を、該光ファイバの主軸の一つと一
致するように接続し、前記光ファイバの光入射端に任意
の偏光状態の光を入射させ、該偏波選択型方向性結合器
の一方の出射端より非線形光出力を得るようにしたこと
を特徴とする全ファイバ形非線形方向性結合器。
1. An optical fiber having a waveguide structure composed of a core and a clad, and having a core portion having birefringence, that is, having a different refractive index in a plane (x, y axis direction) perpendicular to the propagation direction One end of the optical fiber type polarization-selective directional coupler is formed at the output end of the optical fiber so as to coincide with one of the main axes of the optical fiber. All of the features of the present invention are characterized in that the optical fiber is connected, light of an arbitrary polarization state is made incident on the light incident end of the optical fiber, and a nonlinear optical output is obtained from one exit end of the polarization selective directional coupler. Fiber type nonlinear directional coupler.
【請求項2】複屈折性を有する光ファイバの複屈折の制
御部として、静電界あるいは高周波電界を該光ファイバ
の伝搬方向に一様に或いは不連続に分布させた電極をつ
けることを特徴とした特許請求の範囲第1項記載の光フ
ァイバ形非線形方向結合器。
2. An electrode in which an electrostatic field or a high frequency electric field is uniformly or discontinuously distributed in the propagation direction of the optical fiber is provided as a birefringence control unit of the optical fiber having birefringence. An optical fiber type nonlinear directional coupler according to claim 1.
【請求項3】複屈折性を有する光ファイバの複屈折の制
御部として、該光ファイバの伝搬方向に垂直に静圧力を
加える圧電材料を用いることを特徴とした特許請求の範
囲第1項記載の光ファイバ形非線形方向性結合器。
3. A piezoelectric material for applying a static pressure perpendicular to the propagation direction of the optical fiber is used as a birefringence control unit of the optical fiber having birefringence. Fiber optic nonlinear directional coupler.
【請求項4】複屈折性を有する光ファイバの複屈折の制
御部として、該光ファイバの伝搬方向に垂直に静圧力を
加える圧電材料を用いることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の光ファイバ形非線形方向性結合器。
4. A piezoelectric material which applies a static pressure perpendicularly to the propagation direction of the optical fiber is used as a birefringence control part of the optical fiber having birefringence. Fiber optic nonlinear directional coupler.
【請求項5】光ファイバに、LiNbO3,PLZT,YIG,GaAs,In
P,SiO2,NiO2−B2O3−Na2O,As2S3,PMMA,MNA,ポリジアセ
チレン,ジアセチレン,PCH1083のいずれか一つを使用す
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第4項の
いずれか1項記載の光ファイバ形非線形方向性結合器。
5. An optical fiber comprising LiNbO3, PLZT, YIG, GaAs, In
Any one of P, SiO2, NiO2-B2O3-Na2O, As2S3, PMMA, MNA, polydiacetylene, diacetylene, PCH1083 is used, and any one of claims 1 to 4 is used. The optical fiber type nonlinear directional coupler according to item 1.
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