JPH0731334B2 - 光パルス圧縮装置 - Google Patents
光パルス圧縮装置Info
- Publication number
- JPH0731334B2 JPH0731334B2 JP61247476A JP24747686A JPH0731334B2 JP H0731334 B2 JPH0731334 B2 JP H0731334B2 JP 61247476 A JP61247476 A JP 61247476A JP 24747686 A JP24747686 A JP 24747686A JP H0731334 B2 JPH0731334 B2 JP H0731334B2
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- pulse
- optical
- optical pulse
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光パルスを高効率にかつ大幅なパルス圧縮比で
圧縮するための光パルス圧縮装置に関するものである。
圧縮するための光パルス圧縮装置に関するものである。
［従来の技術］ パルス圧縮の方法は古くから、分散遅延線を用いた超音
波パルスの波形処理（圧縮，伸長）等にも用いられてき
た。光パルスの圧縮も原理的には同一で、線形な周波数
変化（時間とともに周波数が増加する）を有する光パル
スを異常分散を有する媒質に入射させて圧縮するもので
ある。その方法および装置は第６図に示すように３つの
重要な要素によって構成されている。第１の要素は安定
で幅の狭い高出力光パルス光源１であり、通常、モード
同期色素レーザもしくはCPMリング色素レーザが用いら
れている。これらレーザからの高出力パルスは第２の要
素である単一モード光ファイバ２に入射する。単一モー
ドファイバ中での光強度は容易に1MW/cm2以上になりう
るので三次の非線形効果である光カー効果が光パルスの
包絡線にそって生ずるので時間的に周波数が変化するチ
ャーピングパルスがファイバ出力として得られる。これ
を自己位相変調効果と呼ぶ。このチャーピングパルスを
第３の要素である異常分散媒体３を用いて圧縮する。即
ち異常分散により、パルスの前方部分に位置する周波数
の低い部分の伝搬速度は遅くなり、パルスの後方部分に
位置する周波数の高い部分の伝搬速度は速くなる。この
結果光パルスは圧縮されることになる。
波パルスの波形処理（圧縮，伸長）等にも用いられてき
た。光パルスの圧縮も原理的には同一で、線形な周波数
変化（時間とともに周波数が増加する）を有する光パル
スを異常分散を有する媒質に入射させて圧縮するもので
ある。その方法および装置は第６図に示すように３つの
重要な要素によって構成されている。第１の要素は安定
で幅の狭い高出力光パルス光源１であり、通常、モード
同期色素レーザもしくはCPMリング色素レーザが用いら
れている。これらレーザからの高出力パルスは第２の要
素である単一モード光ファイバ２に入射する。単一モー
ドファイバ中での光強度は容易に1MW/cm2以上になりう
るので三次の非線形効果である光カー効果が光パルスの
包絡線にそって生ずるので時間的に周波数が変化するチ
ャーピングパルスがファイバ出力として得られる。これ
を自己位相変調効果と呼ぶ。このチャーピングパルスを
第３の要素である異常分散媒体３を用いて圧縮する。即
ち異常分散により、パルスの前方部分に位置する周波数
の低い部分の伝搬速度は遅くなり、パルスの後方部分に
位置する周波数の高い部分の伝搬速度は速くなる。この
結果光パルスは圧縮されることになる。
今まで報告されている光パルス圧縮方法では、高出力パ
ルス光源１と単一モード光ファイバ２の要素は同じであ
るが、異常分散媒体３の要素について第７図ないし第９
図に示すような各種方法が提案されている。第７図はNa
蒸気セル3Aと全反射鏡3A′とにより構成したものであ
り、Na蒸気の共鳴に伴なう異常分散を利用する方法、第
８図は２枚の平行に配置した回折格子3Bを用いる方法、
第９図は２つのプリズム3Cの組み合わせを用いる方法で
ある。第７図の方法はH.NakatsukaとD.Grischkowskyに
よって1981年にOptics Letters Vol.6 Page.13-15“Rec
ompression of optical pulses broadened by passage
through optical fibers"に報告されている。この方法
はNaの共鳴を用いるのでパルス圧縮される波長が0.58μ
ｍ付近に限定される欠点があった。第８図の方式は最も
一般的な方法で、E.Treacyによって提案されており
（“Optical pulse compression with diffraction gra
tings,"IEEE,J.QE,QE−5,Page 454-458,1969）、10フェ
ムト秒（10×10-15秒）程度のパルスが可能になってい
る。しかし、回折効率があまり高くできないため、出力
強度が低いこと、パルスのすその部分が乱れること、等
の欠点がある。第９図の方法は、Zs.BORとB.RA′CZとに
より提案されており（“Group velocity Dispersion in
Prisms and Its spplication to pulse Compression a
nd Travelling-Wave Excitaion,"Opt.Commun,54巻、pag
e 165-170,1985）簡単なプリズムを用いて異常分散が作
れることが特徴である。しかし、プリズムの屈折率の波
長依存性が小さいためプリズム3C,3Cの間隔を数10mと長
くする必要があること、また赤外光では異常分散が小さ
く応用範囲が限定される欠点があった。
ルス光源１と単一モード光ファイバ２の要素は同じであ
るが、異常分散媒体３の要素について第７図ないし第９
図に示すような各種方法が提案されている。第７図はNa
蒸気セル3Aと全反射鏡3A′とにより構成したものであ
り、Na蒸気の共鳴に伴なう異常分散を利用する方法、第
８図は２枚の平行に配置した回折格子3Bを用いる方法、
第９図は２つのプリズム3Cの組み合わせを用いる方法で
ある。第７図の方法はH.NakatsukaとD.Grischkowskyに
よって1981年にOptics Letters Vol.6 Page.13-15“Rec
ompression of optical pulses broadened by passage
through optical fibers"に報告されている。この方法
はNaの共鳴を用いるのでパルス圧縮される波長が0.58μ
ｍ付近に限定される欠点があった。第８図の方式は最も
一般的な方法で、E.Treacyによって提案されており
（“Optical pulse compression with diffraction gra
tings,"IEEE,J.QE,QE−5,Page 454-458,1969）、10フェ
ムト秒（10×10-15秒）程度のパルスが可能になってい
る。しかし、回折効率があまり高くできないため、出力
強度が低いこと、パルスのすその部分が乱れること、等
の欠点がある。第９図の方法は、Zs.BORとB.RA′CZとに
より提案されており（“Group velocity Dispersion in
Prisms and Its spplication to pulse Compression a
nd Travelling-Wave Excitaion,"Opt.Commun,54巻、pag
e 165-170,1985）簡単なプリズムを用いて異常分散が作
れることが特徴である。しかし、プリズムの屈折率の波
長依存性が小さいためプリズム3C,3Cの間隔を数10mと長
くする必要があること、また赤外光では異常分散が小さ
く応用範囲が限定される欠点があった。
さらに、第７図ないし第９図の３方法に共通する点とし
て、異常分散を時間的に制御できないため、パルスのす
その部分等に圧縮されない部分が残ってしまう欠点があ
った。
て、異常分散を時間的に制御できないため、パルスのす
その部分等に圧縮されない部分が残ってしまう欠点があ
った。
［発明は解決しようとする問題点］ 本発明は上述した従来の欠点、すなわちパルス圧縮され
る光の波長に制限があること、出力パルスの強度が低い
こと、プリズム間隔が長く装置が大形になることなどを
解決し、広い周波数範囲にわたって高い効率で光パルス
の圧縮が可能で、高出力の光パルスが得られ、かつ小型
な光パルス圧縮装置を提供することを目的とする。
る光の波長に制限があること、出力パルスの強度が低い
こと、プリズム間隔が長く装置が大形になることなどを
解決し、広い周波数範囲にわたって高い効率で光パルス
の圧縮が可能で、高出力の光パルスが得られ、かつ小型
な光パルス圧縮装置を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明の光パルス圧
縮装置は高強度光パルスを発生する光パルス光源と、高
強度光パルスを伝搬する過程で正にチャープさせるため
の単一モード光ファイバと、単一モード光ファイバから
出射した高強度光パルスを通過させ圧縮するための音響
光学光偏向装置とを具備し、音響光学光偏向装置が高強
度光パルスと同期して駆動されることを特徴とする。
縮装置は高強度光パルスを発生する光パルス光源と、高
強度光パルスを伝搬する過程で正にチャープさせるため
の単一モード光ファイバと、単一モード光ファイバから
出射した高強度光パルスを通過させ圧縮するための音響
光学光偏向装置とを具備し、音響光学光偏向装置が高強
度光パルスと同期して駆動されることを特徴とする。
［作用］ 本発明は異常分散の発生方法としてTeO2等の超音波光偏
向素子の異方ブラック回折を用いる。超音波偏向素子に
スペクトル幅数10nmの線形なチャーピングパルスを入射
するとその波長に応じて回折角が異ってくる。すなわち
TeO2媒質内に回折格子が形成され、高効率な圧縮を行う
ことができる。
向素子の異方ブラック回折を用いる。超音波偏向素子に
スペクトル幅数10nmの線形なチャーピングパルスを入射
するとその波長に応じて回折角が異ってくる。すなわち
TeO2媒質内に回折格子が形成され、高効率な圧縮を行う
ことができる。
また、従来構成では回折格子を時間的に制御することは
不可能であったが、本発明によれば超音波を時間的にO
N,OFFさせることにより回折格子を時間的に制御するこ
とが可能である。そのためにパルス圧縮に寄与しないパ
ルスのすそ野の部分を除去できるので、高い圧縮率が得
られる。使用波長域も可視から赤外まで広く、特に波長
に比例して異常分散が大きくなるので１μｍ帯の光通信
波長域でのパルス圧縮に有効である。
不可能であったが、本発明によれば超音波を時間的にO
N,OFFさせることにより回折格子を時間的に制御するこ
とが可能である。そのためにパルス圧縮に寄与しないパ
ルスのすそ野の部分を除去できるので、高い圧縮率が得
られる。使用波長域も可視から赤外まで広く、特に波長
に比例して異常分散が大きくなるので１μｍ帯の光通信
波長域でのパルス圧縮に有効である。
［実施例］ 以下に図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の第１の実施例を説明する図である。図
において、１は高強度光パルスを発生するための、例え
ばモード同期色素レーザ,CPMリング色素レーザなどから
なる光パルス光源,2は単一モード光ファイバである。光
パルス光源１が発生した高強度光パルスは単一モード光
ファイバ２内を伝搬する過程で正にチャープされ、光学
結晶TeO2を用いた音響光学素子（以下A.O.素子という）
4Aおよび4Bに入射する。A.O.素子4A,4Bは超音波振動す
ると回折格子として動作し、光パルスを圧縮する。5A,5
BはそれぞれA.O.素子4A,4Bを励振するための超音波トラ
ンスデューサ、6A,6Bはそれぞれトランスデューサ5A,5B
を駆動する駆動回路である。７はA.O.素子4A,4Bを制御
するためのパルス発生器で、光パルス光源１から光パル
スと同期したトリガが与えられ、パルスを発生する。８
は遅延回路である。
において、１は高強度光パルスを発生するための、例え
ばモード同期色素レーザ,CPMリング色素レーザなどから
なる光パルス光源,2は単一モード光ファイバである。光
パルス光源１が発生した高強度光パルスは単一モード光
ファイバ２内を伝搬する過程で正にチャープされ、光学
結晶TeO2を用いた音響光学素子（以下A.O.素子という）
4Aおよび4Bに入射する。A.O.素子4A,4Bは超音波振動す
ると回折格子として動作し、光パルスを圧縮する。5A,5
BはそれぞれA.O.素子4A,4Bを励振するための超音波トラ
ンスデューサ、6A,6Bはそれぞれトランスデューサ5A,5B
を駆動する駆動回路である。７はA.O.素子4A,4Bを制御
するためのパルス発生器で、光パルス光源１から光パル
スと同期したトリガが与えられ、パルスを発生する。８
は遅延回路である。
第２図および第３図によって本実施例の動作を説明す
る。
る。
第２図は被圧縮光パルスに比べて制御パルスのON時間を
長くした場合であって、通常の金属回折格子と同じ役割
を果す。通常は遅延回路８の遅延時間を０として１段目
と２段目のA.O.素子4A,4Bを同時に動作させる。この場
合は光パルスのすそ野の部分の線形チャープでない部分
はそのまま出力波形に残ってしまう。しかし、従来法に
比べて回折効率が90％以上と高いため高効率な圧縮が可
能となる。
長くした場合であって、通常の金属回折格子と同じ役割
を果す。通常は遅延回路８の遅延時間を０として１段目
と２段目のA.O.素子4A,4Bを同時に動作させる。この場
合は光パルスのすそ野の部分の線形チャープでない部分
はそのまま出力波形に残ってしまう。しかし、従来法に
比べて回折効率が90％以上と高いため高効率な圧縮が可
能となる。
第３図は被圧縮光パルスに比べ、制御パルスのON時間を
短くした場合である。この場合はA.O.素子のON,OFFを有
効に利用してパルス発生器７からの制御パルスにより１
段目のA.O.素子4Aにより光パルスのすそ野を切り落して
線形パルスをとり出し、２段目のA.O.素子4Bによりパル
ス圧縮を完了する。A.O.素子のON,OFFに伴なう消光比は
1000:1、即ち30dB以上とれるので完全にすそ野の部分を
切り落すことができる。通常は遅延回路８の遅延を零と
して1,2段目のA.O.素子4A,4Bを同時に動作させる。この
結果、出力パルスは完全に圧縮されることになる。
短くした場合である。この場合はA.O.素子のON,OFFを有
効に利用してパルス発生器７からの制御パルスにより１
段目のA.O.素子4Aにより光パルスのすそ野を切り落して
線形パルスをとり出し、２段目のA.O.素子4Bによりパル
ス圧縮を完了する。A.O.素子のON,OFFに伴なう消光比は
1000:1、即ち30dB以上とれるので完全にすそ野の部分を
切り落すことができる。通常は遅延回路８の遅延を零と
して1,2段目のA.O.素子4A,4Bを同時に動作させる。この
結果、出力パルスは完全に圧縮されることになる。
ここで、パルス圧縮に必要な距離ｂを求める。第１図に
おいて１段目のA.O.素子4Aの一次回折光に対して光のグ
ループディレイτは式（１）で与えられる。
おいて１段目のA.O.素子4Aの一次回折光に対して光のグ
ループディレイτは式（１）で与えられる。
τ＝b/c （１） ここでｂは入射光パルスの中心波長λの光がとる光路の
長さであり、ｃは光速である。２つのA.O.素子4A,4B間
の距離をＧとするとｂ＝G/cosθと表わせる。但し、θ
は一次回折角である。このA.O.素子を用いたパルス圧縮
器の分散定数δτ／δλを得るために、δτ／δθを求
めると次式を得る。
長さであり、ｃは光速である。２つのA.O.素子4A,4B間
の距離をＧとするとｂ＝G/cosθと表わせる。但し、θ
は一次回折角である。このA.O.素子を用いたパルス圧縮
器の分散定数δτ／δλを得るために、δτ／δθを求
めると次式を得る。
δτ／δθ＝Gsinθ／cos2θ （２） ここでθがλに依存することに注意すると、系の分散定
数δτ／δλは と表現できる。ここでυｓは異方ブラッグの音速、fsは
超音波周波数である。式（３）に示すようにυｓが小さ
くfsが大きい程大きな異常分散を発生することができ
る。この量はTeO2の異方ブラッグを使うことにより大き
くできる。TeO2の異方ブラッグではυｓ＝790m/s,fs＝2
00MHzが最適な動作条件なので、波長λ＝580nm、パルス
幅δτ＝3ps、スペクトル幅δλ＝20nmの光パルスを圧
縮するときに必要な距離を求めるとｂ＝1.3mとなる。
数δτ／δλは と表現できる。ここでυｓは異方ブラッグの音速、fsは
超音波周波数である。式（３）に示すようにυｓが小さ
くfsが大きい程大きな異常分散を発生することができ
る。この量はTeO2の異方ブラッグを使うことにより大き
くできる。TeO2の異方ブラッグではυｓ＝790m/s,fs＝2
00MHzが最適な動作条件なので、波長λ＝580nm、パルス
幅δτ＝3ps、スペクトル幅δλ＝20nmの光パルスを圧
縮するときに必要な距離を求めるとｂ＝1.3mとなる。
第４図に本発明の第２の実施例を示す。本実施例はA.O.
素子を１個のみとし、レトロプリズム9Aを用いて光パル
スをA.O.素子4Aに往復して通過させ圧縮を行う。本実施
例はA.O.素子を１個とし、装置を簡略化することができ
る。
素子を１個のみとし、レトロプリズム9Aを用いて光パル
スをA.O.素子4Aに往復して通過させ圧縮を行う。本実施
例はA.O.素子を１個とし、装置を簡略化することができ
る。
第５図に本発明の第３の実施例を示す。本実施例におい
ては、第４図に示した実施例に、縦置きレトロプリズム
9Bを加え、光パルスはA.O.素子4Aを２往復，すなわち４
回通過する。この装置ではビームの入力から出力までに
２回圧縮過程があり、かつ出力ビームは同一光路（レト
ロプリズム9Bの上下方向の変化を除く）を戻るので入力
ビームと同一径となる。なおレトロプリズム9Bでビーム
は上下に分離されるので、ビームの取り出しは容易であ
る。
ては、第４図に示した実施例に、縦置きレトロプリズム
9Bを加え、光パルスはA.O.素子4Aを２往復，すなわち４
回通過する。この装置ではビームの入力から出力までに
２回圧縮過程があり、かつ出力ビームは同一光路（レト
ロプリズム9Bの上下方向の変化を除く）を戻るので入力
ビームと同一径となる。なおレトロプリズム9Bでビーム
は上下に分離されるので、ビームの取り出しは容易であ
る。
第４図および第５図に示した実施例において、A.O.素子
の制御用パルスのON,OFFの時間は第１の実施例で説明し
たと同様である。
の制御用パルスのON,OFFの時間は第１の実施例で説明し
たと同様である。
第９図に示した従来のプリズムの組み合わせにおいて、
0.7μｍより長波長域では異常分散が極端に低下し圧縮
機能がなくなるのに対し、本発明によれば式（３）に示
したように波長に比例して分散定数が大きくなるため長
波長域においてもパルス圧縮が可能である。また本発明
は比較的幅の広いＱスイッチ光パルスの圧縮に有効であ
る。
0.7μｍより長波長域では異常分散が極端に低下し圧縮
機能がなくなるのに対し、本発明によれば式（３）に示
したように波長に比例して分散定数が大きくなるため長
波長域においてもパルス圧縮が可能である。また本発明
は比較的幅の広いＱスイッチ光パルスの圧縮に有効であ
る。
［発明の効果］ 以上説明したように、TeO2A.O.素子の異方ブラッグ回折
を用いることにより90％以上の回折効率が可能となるた
め高効率なパルス圧縮が実現できる利点がある。またA.
O.素子を時間的にON,OFFすることによりパルス圧縮に寄
与しないパルスのすそ野の部分を除去できるので、高い
圧縮率が得られる利点がある。使用波長域も可視から赤
外まで広く、特に波長に比例して異常分散が大きくなる
ので１μｍ帯の光通信波長域でのパルス圧縮に有効であ
る。
を用いることにより90％以上の回折効率が可能となるた
め高効率なパルス圧縮が実現できる利点がある。またA.
O.素子を時間的にON,OFFすることによりパルス圧縮に寄
与しないパルスのすそ野の部分を除去できるので、高い
圧縮率が得られる利点がある。使用波長域も可視から赤
外まで広く、特に波長に比例して異常分散が大きくなる
ので１μｍ帯の光通信波長域でのパルス圧縮に有効であ
る。
第１図は本発明の第１の実施例の構成図、 第２図および第３図は第１の実施例の動作を説明する
図、 第４図および第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を説
明する図、 第６図は従来のパルス圧縮装置の構成とその波形変化を
示す図、 第７図ないし第９図はそれぞれ従来装置における異常分
散媒体の構成を示す図である。 １……光パルス光源、２……自己位相変調効果発生用単
一モードファイバ、３……異常分散媒体、4A,4B……音
響光学光偏向素子（A.O.素子）、5A,5B……超音波トラ
ンスジューサ、6A,6B……A.O.素子駆動回路、７……A.
O.素子制御用パルス発生器、８……遅延回路、9A,9B…
…全反射用レトロプリズム。
図、 第４図および第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を説
明する図、 第６図は従来のパルス圧縮装置の構成とその波形変化を
示す図、 第７図ないし第９図はそれぞれ従来装置における異常分
散媒体の構成を示す図である。 １……光パルス光源、２……自己位相変調効果発生用単
一モードファイバ、３……異常分散媒体、4A,4B……音
響光学光偏向素子（A.O.素子）、5A,5B……超音波トラ
ンスジューサ、6A,6B……A.O.素子駆動回路、７……A.
O.素子制御用パルス発生器、８……遅延回路、9A,9B…
…全反射用レトロプリズム。
フロントページの続き (72)発明者 木村 康郎 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (72)発明者 青海 恵之 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162番 地 日本電信電話株式会社茨城電気通信研 究所内 (56)参考文献 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ ｔｔｅｒｓ ｖｏｌ．44，Ｎｏ．８， 第 729〜731頁
Claims (2)
- 【請求項１】高強度光パルスを発生する光パルス光源
と、 前記高強度光パルスを伝搬する過程で正にチャープさせ
るための単一モード光ファイバと、 該単一モード光ファイバから出射した前記高強度光パル
スを通過させ圧縮するための音響光学光偏向装置とを具
備し、 該音響光学光偏向装置が前記高強度光パルスと同期して
駆動されることを特徴とする光パルス圧縮装置。 - 【請求項２】前記音響光学光偏向装置が１個の超音波光
偏向素子とレトロプリズムとからなることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の光パルス圧縮装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61247476A JPH0731334B2 (ja) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | 光パルス圧縮装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61247476A JPH0731334B2 (ja) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | 光パルス圧縮装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63103214A JPS63103214A (ja) | 1988-05-07 |
| JPH0731334B2 true JPH0731334B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=17164022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61247476A Expired - Fee Related JPH0731334B2 (ja) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | 光パルス圧縮装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0731334B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19827139C2 (de) * | 1998-06-18 | 2002-01-31 | Zeiss Carl Jena Gmbh | Mikroskop mit einem über eine Lichtleitfaser eingekoppelten Kurzpulslaser |
| DE102016110947A1 (de) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | Trumpf Laser Gmbh | Dispersionsanpassungseinheit |
-
1986
- 1986-10-20 JP JP61247476A patent/JPH0731334B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓｖｏｌ．４４，Ｎｏ．８，第７２９〜７３１頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63103214A (ja) | 1988-05-07 |
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