JP2003149695A - スーパーコンティニウム光源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広帯域かつ高い平坦性を有するＳＣ光を発生
させる。 【解決手段】 種パルス光のピーク強度をＰ₀[W]および
パルス幅をＴ₀[sec]とし、導波路型光非線形媒質の入射
端ｚ＝０における分散値Ｄ(λ₀,０)をＤ₀ [s/m²]、ｚ＝
Ｌ₀ における２次の分散値ｄ²/ｄλ²Ｄ(λ₀,Ｌ₀)をＤ₂
[s/m⁴]、非線形係数をγ[m^-1 W^-1］、真空中の光速をｃ
[m/s] とし、Ｌ₀ 、Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ規格化し
て得られる無次元値ζ₀ 、Δ₀ およびΔ₂ を定義し、Δ
₀ に関する所定の関数をｆ₁(Δ₀)としたときに、 ζ₀ ≧ｆ₁(Δ₀) −0.01≦Δ₂ ＜０ の条件を満たすように種パルス光および導波路型光非線
形媒質の各パラメータを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広帯域かつ平坦性
に優れたパルス光あるいはマルチキャリア光を発生する
ためのスーパーコンティニウム光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】スーパーコンティニウム光源（ＳＣ光
源）は、スーパーコンティニウム光（ＳＣ光）の種にな
るパルス光を発生するパルス光源と、この種パルス光を
入射する導波路型光非線形媒質から構成される。導波路
型光非線形媒質では種パルス光が入射されると、３次の
非線形光学効果を誘起して超広帯域のＳＣ光を発生す
る。

【０００３】このようなＳＣ光源として、特開平１１−
１７４５０３号公報（白色パルス光源）では、種パルス
光の中心波長λ₀ における導波路型光非線形媒質の分散
値Ｄ(λ₀,ｚ)が、入射端（ｚ＝０）で正値（異常分散）
をとり、種パルス光の伝搬方向に向かって負値（正常分
散）に減少し、さらに導波路型光非線形媒質の全長ある
いは一部において、波長分散特性Ｄ(λ，ｚ)がλに関し
て極大値を示す構成を開示している。

【０００４】また、ここでは導波路型光非線形媒質の入
射端における分散値(λ₀,０)と、分散値Ｄ(λ₀,ｚ)が０
[ps/nm/km]となる種パルス光の伝搬距離ｚである実効導
波路長Ｌ₀ との関係を開示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＳＣ光のス
ペクトル幅は、導波路型光非線形媒質の波長分散特性Ｄ
(λ，ｚ)のｚ＝Ｌ₀ における２次の分散値Ｄ₂(＝ｄ²/ｄ
λ²Ｄ(λ₀,Ｌ₀)）にも依存する。例えば、波長分散特性
Ｄ(λ，ｚ)がλに関して極大値を示すのでＤ₂ は負の値
になるが、Ｄ₂ の絶対値が大きすぎると十分に広く平坦
なスペクトル幅が得られない。すなわち、所定のスペク
トル幅を有するＳＣ光を発生するＳＣ光源を設計するに
は、Ｄ₂ の規定が必要であった。

【０００６】また、上記公報では、与えられた導波路型
光非線形媒質でＳＣ光を発生させるための種パルス光の
ピーク強度Ｐ₀ およびパルス幅Ｔ₀ の関係は開示されて
いない。

【０００７】また、種パルス光のピーク強度Ｐ₀ および
導波路型光非線形媒質の入射端おける分散値(λ₀,０)に
対して、平坦なスペクトルを有するＳＣ光を発生するた
めには、導波路型光非線形媒質の伝搬損失係数αの上限
が存在し、それを越える場合にはＳＣ光を発生させるこ
とができない。しかし、上記公報では、導波路型光非線
形媒質の伝搬損失係数αが規定されていないので、平坦
なスペクトルを有するＳＣ光を発生するＳＣ光源を設計
するには不十分であった。

【０００８】また、導波路型光非線形媒質はファイバ形
状あるいは平面型光導波路形状で実現されるが、曲率半
径が小さすぎると伝搬損失係数が大きくなり、ＳＣ光を
発生させることができない。一方、コンパクトな実装の
ためにはできるだけ小さな曲率半径で巻き上げる必要が
ある。しかし、上記公報では、導波路型光非線形媒質の
曲率半径についての規定がないので、所定の伝搬損失係
数を越えないコンパクトなＳＣ光源を設計するには不十
分であった。

【０００９】本発明は、上記のパラメータを考慮して広
帯域かつ高い平坦性を有するＳＣ光を発生させることが
できるＳＣ光源を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のＳＣ光源は、種
パルス光のピーク強度をＰ₀[W]およびパルス幅をＴ₀[se
c] とし、導波路型光非線形媒質の入射端ｚ＝０におけ
る分散値Ｄ(λ₀,０)をＤ₀ [s/m²]、ｚ＝Ｌ₀ における２
次の分散値ｄ²/ｄλ²Ｄ(λ₀,Ｌ₀)をＤ₂ [s/m⁴]、非線形
係数をγ[m^-1 W^-1］、真空中の光速をｃ[m/s] とし、Ｌ
₀ 、Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ規格化して得られる無次
元値ζ₀ 、Δ₀ およびΔ₂ が ζ₀ ＝γＰ₀Ｌ₀ Δ₀ ＝λ₀ ²Ｄ₀／(２πｃγＰ₀Ｔ₀ ²) Δ₂ ＝λ₀ ⁶Ｄ₂／((2πｃ)³γＰ₀Ｔ₀ ⁴) と定義され、Δ₀ に関する所定の関数をｆ₁(Δ₀)とした
ときに、 ζ₀ ≧ｆ₁(Δ₀) −0.01≦Δ₂ ＜０ の条件を満たすように種パルス光および導波路型光非線
形媒質の各パラメータが設定される。

【００１１】ここで、ｆ₁(Δ₀)を表す関数は、次の各点
（Δ₀ ，ζ₀ ）を接続する曲線で示される。 (0.0396, 5.5) 、(0.0793, 4.3) 、(0.119, 3.9)、(0.1
59, 3.7)、(0.198, 3.5)、(0.278, 3.5)、(0.357, 3.
5)、(0.436, 3.6)、(0.515, 3.8)、(0.595, 4.0)、(0.6
74, 4.2)、(0.753, 4.5)、(0.833, 4.8)、(0.912, 5.
2)、(0.991, 5.5)

【００１２】また、本発明のＳＣ光源は、種パルス光の
ピーク強度をＰ₀[W]およびパルス幅をＴ₀[sec]とし、導
波路型光非線形媒質の入射端ｚ＝０における分散値Ｄ
(λ₀,０) をＤ₀ [s/m²]、ｚ＝Ｌ₀ における２次の分散
値ｄ²/ｄλ²Ｄ(λ₀,Ｌ₀)をＤ₂[s/m⁴]、非線形係数をγ
[m^-1 W^-1］、真空中の光速をｃ[m/s] とし、Ｐ₀ 、
Ｔ₀、Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ規格化して得られる無
次元値ζ₀ 、τ₀ 、Δ₀ およびΔ₂ が ζ₀ ＝γＰ₀Ｌ₀ τ₀ ＝２πｃＴ₀(−Ｄ₀／Ｄ₂)^1/2／λ₀ ² Δ₀ ＝λ₀ ²Ｄ₀／(２πｃγＰ₀Ｔ₀ ²) Δ₂ ＝λ₀ ⁶Ｄ₂／((2πｃ)³γＰ₀Ｔ₀ ⁴) と定義され、τ₀ に関する所定の関数をｆ₂(τ₀)とした
ときに、 ζ₀ ≧ｆ₂(τ₀) −0.01≦Δ₂ ＜０ の条件を満たすように種パルス光および導波路型光非線
形媒質の各パラメータが設定される。

【００１３】ここで、ｆ₂(τ₀)を表す関数は、次の各点
（τ₀ ，ζ₀ ）を接続する曲線で示される。 (115, 5.9)、(120, 5.7)、(150, 4.6)、(180, 4.0)、(2
10, 3.7)、(240, 3.5)、(270, 3.4)、(300, 3.4)、(33
0, 3.5)、(360, 3.6)、(390, 3.7)、(420, 3.8)、(450,
4.0)、(480, 4.2)、(510, 4.4)、(540, 4.6)、(570,
4.9)、(600, 5.1)、(630, 5.4)、(660, 5.7)、(690, 6.
0)、(694, 6.0)

【００１４】また、本発明のＳＣ光源において、シリカ
系の導波路型光非線形媒質を用いた場合には、 ζ₀ ≧ｆ₃(Δ₀) ζ₀ ≧ｆ₄(τ₀) の条件を満たすように種パルス光および導波路型光非線
形媒質の各パラメータが設定される。

【００１５】ここで、ｆ₃(Δ₀)を表す関数は、次の各点
（Δ₀ ，ζ₀ ）を接続する曲線で示される。 (0.0396, 4.7) 、(0.0793, 3.7) 、(0.119, 3.2)、(0.1
59, 3.0)、(0.198, 2.9)、(0.278, 2.8)、(0.357, 2.
7)、(0.436, 2.7)、(0.515, 2.8)、(0.753, 3.2)、(0.9
91, 3.7)

【００１６】また、ｆ₄(τ₀)を表す関数は、次の各点
（τ₀ ，ζ₀ ）を接続する曲線で示される。 (115, 4.7)、(120, 4.5)、(150, 3.7)、(180, 3.2)、(2
10, 2.9)、(240, 2.8)、(270, 2.7)、(300, 2.7)、(33
0, 2.7)、(360, 2.8)、(390, 2.9)、(420, 3.0)、(450,
3.1)、(480, 3.3)、(510, 3.4)、(540, 3.6)、(570,
3.8)、(600, 4.0)、(630, 4.2)、(655, 4.4)

【００１７】また、導波路型光非線形媒質の伝搬損失係
数をα[m^-1] としたときに、 Λ＝α／（γＰ₀ ） で定義される規格化された伝搬損失Λが、Δ₀ に関する
所定の関数をｆ₅(Δ₀)としたときに、 Λ≦ｆ₅(Δ₀) の条件を満たすように導波路型光非線形媒質の各パラメ
ータが設定される。

【００１８】ここで、ｆ₅(Δ₀)を表す関数は、次の各点
（Δ₀ ，Λ）を接続する曲線で示される。 (0.0793, 0.080) 、(0.119, 0.073)、(0.159, 0.060)、
(0.198, 0.060)、(0.278, 0.048)、(0.357, 0.043)、
(0.436, 0.038)、(0.515, 0.033)、(0.595, 0.030)、
(0.674, 0.028)、(0.753, 0.025)、(0.833, 0.023)、
(0.912, 0.023)、(0.991, 0.020)

【００１９】また、シリカ系の導波路型光非線形媒質を
用いる場合には、 Λ≦ｆ₆(Δ₀) の条件を満たすように導波路型光非線形媒質の各パラメ
ータが設定される。

【００２０】ここで、ｆ₆(Δ₀)を表す関数は、次の各点
（Δ₀ ，Λ）を接続する曲線で示される。 (0.0396, 0.11)、(0.0793, 0.11)、(0.119, 0.093)、
(0.159, 0.085)、(0.198, 0.080)、(0.278, 0.065)、
(0.357, 0.058)、(0.436, 0.053)、(0.515, 0.048)、
(0.595, 0.045)、(0.674, 0.040)、(0.753, 0.038)、
(0.833, 0.035)、(0.912, 0.033)、(0.991, 0.030)

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明のＳＣ光源に用いられる導
波路型光非線形媒質は、入射光の波長λおよび伝搬距離
ｚに対して波長分散特性Ｄ(λ，ｚ)[ps/nm/km]を有し、
種パルス光の中心波長λ₀ における分散値Ｄ(λ₀,ｚ)
が、種パルス光の伝搬方向に対して正値から負値に向か
って減少する。そして、この分散値Ｄ(λ₀,ｚ)が０[ps/
nm/km]となる種パルス光の伝搬距離ｚを実効導波路長Ｌ
₀ としたときに(Ｄ(λ₀,Ｌ₀)＝０）、0.98Ｌ₀≦ｚ≦1.0
2Ｌ₀で波長分散特性Ｄ(λ，ｚ)が波長λに関して極大値
を有する。

【００２２】（第１の実施形態）本発明の第１実施形態
のＳＣ光源は、さらに導波路型光非線形媒質および種パ
ルス光の条件について次のように規定する。

【００２３】種パルス光のピーク強度をＰ₀[W]およびパ
ルス幅をＴ₀ [sec] とし、導波路型光非線形媒質の入射
端ｚ＝０における分散値Ｄ(λ₀,０)をＤ₀ [s/m²]、ｚ＝
Ｌ₀における２次の分散値ｄ²/ｄλ²Ｄ(λ₀,Ｌ₀)をＤ
₂ [s/m⁴]、非線形係数をγ[m^-1W^-1］、真空中の光速を
ｃ[m/s] とし、Ｌ₀ 、Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ規格化
して得られる無次元値ζ₀ 、Δ₀ およびΔ₂ を ζ₀ ＝γＰ₀Ｌ₀ Δ₀ ＝λ₀ ²Ｄ₀／(２πｃγＰ₀Ｔ₀ ²) Δ₂ ＝λ₀ ⁶Ｄ₂／((2πｃ)³γＰ₀Ｔ₀ ⁴) と定義する。

【００２４】なお、種パルス光のパルス幅Ｔ₀ は、フー
リエ変換限界の光強度波形sech²(ｔ／Ｔ₀)で定義され、
半値全幅Ｔ_FWHMとの関係は Ｔ₀ ＝Ｔ_FWHM／(２ln( √2＋1)) となる。

【００２５】ＳＣ光のスペクトル形状は、この規格化さ
れたパラメータζ₀ 、Δ₀ およびΔ ₂ に応じて一意に決
定される。ここで、Δ₀ に関する所定の関数をｆ₁(Δ₀)
としたときに、 ζ₀ ≧ｆ₁(Δ₀) …(1) −0.01≦Δ₂ ＜０ …(2) の条件を満たすように、種パルス光および導波路型光非
線形媒質の各パラメータを設定する。

【００２６】図１は、Δ₀ とζ₀ に対するＳＣ光のスペ
クトル幅の関係を示す。ＳＣ光のスペクトル幅は等高線
マップとして表される。ここでの等高線の間隔はスペク
トル幅25[nm]に対応する。図中破線は、ζ₀ ＝ｆ₁(Δ₀)
を示すグラフであり、ζ₀ ≧ｆ₁(Δ₀)の範囲で所望のス
ペクトル幅を有するＳＣ光が得られる。

【００２７】このｆ₁(Δ₀)を表す関数は、次の各点（Δ
₀ ，ζ₀ ）を接続する曲線で示される。 (0.0396, 5.5) 、(0.0793, 4.3) 、(0.119, 3.9)、(0.1
59, 3.7)、(0.198, 3.5)、(0.278, 3.5)、(0.357, 3.
5)、(0.436, 3.6)、(0.515, 3.8)、(0.595, 4.0)、(0.6
74, 4.2)、(0.753, 4.5)、(0.833, 4.8)、(0.912, 5.
2)、(0.991, 5.5)

【００２８】ここで、図１、 (1)式および (2)式の条件
に従って、ζ₀ ＝3.5 、Δ₀ ＝0.25、Δ₂ ＝−2.0 ×10
^-6としたときに、表１の(a) 〜(e) の各パラメータに対
応する種パルス光および導波路型光非線形媒質から発生
するＳＣ光のスペクトルを図７に示す。図中の点線は、
スペクトル広がりの指標としてスペクトルのピーク値か
ら−27dBの光強度レベルを示す。パルス幅Ｔ₀ が増減す
る場合（(d),(e))は、波長軸（周波数軸）が反比例的に
伸縮するのみで、スペクトルはほぼ同一形状を保つこと
がわかる。

【００２９】

【表１】

【００３０】このように、規格化された分散値Δ₀ およ
び実効導波路長ζ₀ の関係に加えて、規格化された２次
の分散値Δ₂ を導入することにより、所望のスペクトル
幅を有するＳＣ光を発生するＳＣ光源の設計が可能とな
る。

【００３１】なお、ＳＣ光のスペクトル幅は｜Δ₂｜
^-0.3 に比例す傾向を示し、Δ₂ が正値の場合には平坦
なスペクトルが得られないので、ここではΔ₂ を (2)式
の範囲に設定する。

【００３２】（第２の実施形態）本発明の第２実施形態
のＳＣ光源は、導波路型光非線形媒質および種パルス光
の条件について次のように規定する。なお、規格化され
たパルス幅τ₀ は、 τ₀ ＝（−Δ₀／Δ₂)^1/2 の関係で表されるので、本実施形態では規格化されたパ
ラメータζ₀、τ₀、Δ₂の関係を規定する。

【００３３】種パルス光のピーク強度をＰ₀[W]およびパ
ルス幅をＴ₀ [sec] とし、導波路型光非線形媒質の入射
端ｚ＝０における分散値Ｄ(λ₀,０)をＤ₀ [s/m²]、ｚ＝
Ｌ₀における２次の分散値ｄ²/ｄλ²Ｄ(λ₀,Ｌ₀)をＤ
₂ [s/m⁴]、非線形係数をγ[m^-1W^-1］、真空中の光速を
ｃ[m/s] とし、Ｐ₀ 、Ｔ₀ 、Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ
規格化して得られる無次元値ζ₀ 、τ₀ 、Δ₀ およびΔ
₂ を ζ₀ ＝γＰ₀Ｌ₀ τ₀ ＝２πｃＴ₀(−Ｄ₀／Ｄ₂)^1/2／λ₀ ² Δ₀ ＝λ₀ ²Ｄ₀／(２πｃγＰ₀Ｔ₀ ²) Δ₂ ＝λ₀ ⁶Ｄ₂／((2πｃ)³γＰ₀Ｔ₀ ⁴) と定義する。

【００３４】ＳＣ光のスペクトル形状は、この規格化さ
れたパラメータζ₀ 、τ₀ およびΔ ₂ に応じて一意に決
定される。ここで、τ₀ に関する所定の関数をｆ₂(τ₀)
としたときに、 ζ₀ ≧ｆ₂(τ₀) …(3) −0.01≦Δ₂ ＜０ …(4) の条件を満たすように、種パルス光および導波路型光非
線形媒質の各パラメータを設定する。

【００３５】図２は、τ₀ とζ₀ に対するＳＣ光のスペ
クトル幅の関係を示す。ＳＣ光のスペクトル幅は等高線
マップとして表される。ここでの等高線の間隔はスペク
トル幅25[nm]に対応する。図中破線は、ζ₀ ＝ｆ₂(τ₀)
を示すグラフであり、ζ₀ ≧ｆ₂(τ₀)の範囲で所望のス
ペクトル幅を有するＳＣ光が得られる。

【００３６】このｆ₂(τ₀)を表す関数は、次の各点（τ
₀ ，ζ₀ ）を接続する曲線で示される。 (115, 5.9)、(120, 5.7)、(150, 4.6)、(180, 4.0)、(2
10, 3.7)、(240, 3.5)、(270, 3.4)、(300, 3.4)、(33
0, 3.5)、(360, 3.6)、(390, 3.7)、(420, 3.8)、(450,
4.0)、(480, 4.2)、(510, 4.4)、(540, 4.6)、(570,
4.9)、(600, 5.1)、(630, 5.4)、(660, 5.7)、(690, 6.
0)、(694, 6.0)

【００３７】（第３の実施形態）本発明の第３実施形態
のＳＣ光源は、シリカ系の材料を用いた導波路型光非線
形媒質および種パルス光の条件について次のように規定
する。なお、ＳＣ光の発生は、誘導ラマン散乱（ＳＲ
Ｓ）の影響を受ける。

【００３８】ここでは、第１の実施形態と同様にＬ₀ 、
Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ規格化して得られる無次元値
ζ₀ 、Δ₀ およびΔ₂ を定義し、Δ₀ に関する所定の関
数をｆ₃(Δ₀)としたときに、 ζ₀ ≧ｆ₃(Δ₀) …(5) −0.01≦Δ₂ ＜０ …(6) の条件を満たすように、種パルス光および導波路型光非
線形媒質の各パラメータを設定する。

【００３９】図３は、Δ₀ とζ₀ に対するＳＣ光のスペ
クトル幅の関係を示す。ＳＣ光のスペクトル幅は等高線
マップとして表される。ここでの等高線の間隔はスペク
トル幅25[nm]に対応する。図中破線は、ζ₀ ＝ｆ₃(Δ₀)
を示すグラフであり、ζ₀ ≧ｆ₃(Δ₀)の範囲で所望のス
ペクトル幅を有するＳＣ光が得られる。図１のζ₀ ＝ｆ
₁(Δ₀)のグラフと比較すると、ζ₀ が小さくなる方向に
シフトする。

【００４０】このｆ₃(Δ₀)を表す関数は、次の各点（Δ
₀ ，ζ₀ ）を接続する曲線で示される。 (0.0396, 4.7) 、(0.0793, 3.7) 、(0.119, 3.2)、(0.1
59, 3.0)、(0.198, 2.9)、(0.278, 2.8)、(0.357, 2.
7)、(0.436, 2.7)、(0.515, 2.8)、(0.753, 3.2)、(0.9
91, 3.7)

【００４１】ここで、図３、 (5)式および (6)式の条件
に従って、ζ₀ ＝2.82、Δ₀ ＝0.25、Δ₂ ＝−2.0 ×10
^-6としたときに、表２の(a) 〜(e) の各パラメータに対
応する種パルス光および導波路型光非線形媒質から発生
するＳＣ光のスペクトルを図８に示す。図中Ａは、ラマ
ン感受率のスペクトルを示す。パルス幅Ｔ₀ が一定の場
合((a)〜(c))、規格化されたパラメータの組（ζ₀ 、Δ
₀ 、Δ₂ ）は、ＳＣ光のスペクトル形状を一意に定め
る。パルス幅Ｔ₀ が増減する場合（(d),(e))は、ラマン
感受率のスペクトルが相対的に波長軸（周波数軸）方向
に伸縮する影響でスペクトルはわずかに変化するもの
の、ほぼ同一形状を保つことがわかる。

【００４２】

【表２】

【００４３】（第４の実施形態）本発明の第４実施形態
のＳＣ光源は、シリカ系の材料を用いた導波路型光非線
形媒質および種パルス光の条件について次のように規定
する。なお、ＳＣ光の発生は、誘導ラマン散乱（ＳＲ
Ｓ）の影響を受ける。

【００４４】ここでは、第２の実施形態と同様にＰ₀ 、
Ｔ₀ 、Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ規格化して得られる無
次元値ζ₀ 、τ₀ 、Δ₀ およびΔ₂ を定義し、τ₀ に関
する所定の関数をｆ₄(τ₀)としたときに、 ζ₀ ≧ｆ₄(τ₀) …(7) −0.01≦Δ₂ ＜０ …(8) の条件を満たすように、種パルス光および導波路型光非
線形媒質の各パラメータを設定する。

【００４５】図４は、τ₀ とζ₀ に対するＳＣ光のスペ
クトル幅の関係を示す。ＳＣ光のスペクトル幅は等高線
マップとして表される。ここでの等高線の間隔はスペク
トル幅25[nm]に対応する。図中破線は、ζ₀ ＝ｆ₄(τ₀)
を示すグラフであり、ζ₀ ≧ｆ₄(τ₀)の範囲で所望のス
ペクトル幅を有するＳＣ光が得られる。図２のζ₀ ＝ｆ
₂(Δ₀)のグラフと比較すると、ζ₀ が小さくなる方向に
シフトする。

【００４６】このｆ₄(τ₀)を表す関数は、次の各点（τ
₀ ，ζ₀ ）を接続する曲線で示される。 (115, 4.7)、(120, 4.5)、(150, 3.7)、(180, 3.2)、(2
10, 2.9)、(240, 2.8)、(270, 2.7)、(300, 2.7)、(33
0, 2.7)、(360, 2.8)、(390, 2.9)、(420, 3.0)、(450,
3.1)、(480, 3.3)、(510, 3.4)、(540, 3.6)、(570,
3.8)、(600, 4.0)、(630, 4.2)、(655, 4.4)

【００４７】（第５の実施形態）本実施形態では、導波
路型光非線形媒質の伝搬損失係数をα[m^-1] とし、それ
を規格化したΛを Λ＝α／（γＰ₀ ） と定義する。

【００４８】図５は、ζ₀ に対するＳＣ光のスペクトル
幅の変化を示す。図中の破線はスペクトルが最も平坦に
なる条件を示す。導波路型光非線形媒質の伝搬損失係数
αを規格化したΛが0.045 以上になると、平坦なスペク
トルが得られなくなる。すなわち、平坦なスペクトルを
有するＳＣ光を発生させるためのΛの上限が存在する。
したがって、上記第１の実施形態および第２の実施形態
において、Δ₀ に関する所定の関数をｆ₅(Δ₀)としたと
きに、 Λ≦ｆ₅(Δ₀) …(9) の条件を満たすように導波路型光非線形媒質の各パラメ
ータを設定する。

【００４９】また、上記第３の実施形態および第４の実
施形態において、Δ₀ に関する所定の関数をｆ₆(Δ₀)と
したときに、 Λ≦ｆ₆(Δ₀) …(10) の条件を満たすように導波路型光非線形媒質の各パラメ
ータを設定する。

【００５０】図６は、Δ₀ に対するΛの上限の関係を示
す。実線は、第１の実施形態および第２の実施形態に対
応してＳＲＳがない場合で、Λ＝ｆ₅(Δ₀)のグラフを示
す。破線は、第３の実施形態および第４の実施形態に対
応してＳＲＳの効果がある場合で、Λ＝ｆ₆(Δ₀)のグラ
フを示す。この場合には、平坦化（広帯域化）のための
規格化した伝搬損失Λの上限は緩和される。

【００５１】ここで、ｆ₅(Δ₀)を表す関数は、次の各点
（Δ₀ ，Λ）を接続する曲線で示される。 (0.0793, 0.080) 、(0.119, 0.073)、(0.159, 0.060)、
(0.198, 0.060)、(0.278, 0.048)、(0.357, 0.043)、
(0.436, 0.038)、(0.515, 0.033)、(0.595, 0.030)、
(0.674, 0.028)、(0.753, 0.025)、(0.833, 0.023)、
(0.912, 0.023)、(0.991, 0.020)

【００５２】また、ｆ₆(Δ₀)を表す関数は、次の各点
（Δ₀ ，Λ）を接続する曲線で示される。 (0.0396, 0.11)、(0.0793, 0.11)、(0.119, 0.093)、
(0.159, 0.085)、(0.198, 0.080)、(0.278, 0.065)、
(0.357, 0.058)、(0.436, 0.053)、(0.515, 0.048)、
(0.595, 0.045)、(0.674, 0.040)、(0.753, 0.038)、
(0.833, 0.035)、(0.912, 0.033)、(0.991, 0.030)

【００５３】（他の実施形態）以上示した各実施形態に
おいて、導波路型光非線形媒質として高ドープコア構造
を利用した高閉じ込め導波路構造を用いることにより、
小さな曲率半径で導波路型光非線形媒質（光ファイバ）
を巻き取ることができ、コンパクトなＳＣ光源を構成す
ることができる。この場合には、導波路型光非線形媒質
の曲率半径は５ｍｍ以上に設定することが好ましい。

【００５４】また、波長λに関して１つの極大値を有す
る凸型形状の波長分散特性は、図９に示すような２重ク
ラッド構造、３重クラッド構造、４重クラッド構造を用
いて実現することができる。

【００５５】また、本発明のＳＣ光源において、ＳＣ光
を安定に発生させるためには導波路型光非線形媒質が偏
波保存性を有することが好ましい。

【００５６】また、本発明のＳＣ光源において、導波路
型光非線形媒質の前段に光増幅器を配置することによ
り、導波路型光非線形媒質に入射する種パルス光を増幅
することができる。また、導波路型光非線形媒質の後段
に光増幅器を配置することにより、導波路型光非線形媒
質から出力されるＳＣ光を増幅することができる。

【００５７】ところで、導波路型光非線形媒質の前段に
光増幅器を備え、種パルス光を増幅して導波路型光非線
形媒質に入射する構成の場合には、光増幅器で発生する
雑音光が問題になる。光増幅器は、出力部に雑音光除去
用の光フィルタを備えるが、種パルス光の帯域と重なる
雑音光の除去はできない。例えば、図１０に示すよう
に、種パルス光が、周波数成分がＦ₀ ＋ｎΔＦ（ｎは整
数）からなる繰り返し周波数ΔＦの繰り返し光パルス列
の場合、個々の縦モード間の雑音光が残留した種パルス
光が導波路型光非線形媒質に入射されるので、発生する
ＳＣ光のＳＮ比が劣化する。

【００５８】そこで、図１１に示すように、光増幅器１
と導波路型光非線形媒質２との間に、透過率周波数特性
が周期的であり、個々の縦モードに透過周波数が一致す
る周期光フィルタ３を挿入する。これにより、縦モード
化の雑音光が抑圧され、発生するＳＣ光のＳＮ比を改善
することができる。

【００５９】なお、周期光フィルタ３の透過周波数が個
々の縦モードに一致する場合に限らず、複数個おきに縦
モードを間引いて透過する特性を有するもの、例えば周
波数成分Ｆ₀ ＋ｍｎΔＦ（ｍは整数）の光を通過するも
のであってもよい。この場合には、周期光フィルタ３か
ら出力される種パルス光の繰り返し周波数はｍΔＦとな
る。

【００６０】また、ＳＣ光は、導波路型光非線形媒質の
0.98Ｌ₀≦ｚ≦1.02Ｌ₀の領域で急減期に成長するので、
温度変化等による実効導波路長Ｌ₀ の変動を所定の範囲
に収める必要がある。この場合には、導波路型光非線形
媒質の実効導波路長Ｌ₀ の変動を補償する補償手段を備
える。この補償手段は、光ファイバの場合は温度または
張力の制御を行う構成であり、平面型光導波路の場合に
は温度制御を行う構成であり、半導体光導波路の場合は
温度制御または電界印加または電流注入により制御する
構成である。これにより、実効導波路長Ｌ₀ の変動量を
±0.02Ｌ₀ 以内に抑圧することが可能である。

【００６１】また、以上示した各実施形態では、種パル
ス光を発生するパルス光源については特に言及していな
いが、本発明のＳＣ光源として種パルス光を発生するパ
ルス光源を含む構成としてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＳＣ光源
は、無次元パラメータΔ₀ ，Δ₂ ，ζ ₀ ，τ₀ を規定
し、種パルス光および導波路型光非線形媒質の各パラメ
ータとスペクトル形状との関係を示すことにより、所望
のスペクトル幅を有するＳＣ光を発生するＳＣ光源を設
計することができる。特に、波長λ₀ およびｚ＝Ｌ₀ に
おける規格化された２次の分散値Δ₂ の範囲を規定する
ことにより、広帯域のＳＣ光を発生させるＳＣ光源の設
計が可能となる。

【００６３】さらに、本発明のＳＣ光源では、導波路型
光非線形媒質に対してＳＣ光を発生する種パルス光のピ
ーク強度およびパルス幅の関係、さらに与えられた種パ
ルス光のピーク強度および導波路型光非線形媒質の入射
端における分散値に対して、平坦なスペクトルを有する
ＳＣ光を発生するための伝搬損失係数の上限値を明らか
にしている。これにより、広帯域のＳＣ光を発生させる
ＳＣ光源の設計が可能となる。

【００６４】また、ＳＣ光を発生するための波長分散特
性および伝搬損失係数を満足する導波路型光非線形媒質
の曲率半径を設定することにより、コンパクトなＳＣ光
源で確実にＳＣ光を発生させることができる。

【００６５】また、導波路型光非線形媒質に光増幅器を
介して種パルス光として繰り返し光パルス列を入射する
場合には、周期光フィルタを介する構成をとることによ
り、縦モード化の雑音光が抑圧され、発生するＳＣ光の
ＳＮ比を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態のΔ₀ とζ₀ に対するＳＣ光の
スペクトル幅の関係を示す図。

【図２】第２の実施形態のτ₀ とζ₀ に対するＳＣ光の
スペクトル幅の関係を示す図。

【図３】第３の実施形態のΔ₀ とζ₀ に対するＳＣ光の
スペクトル幅の関係を示す図。

【図４】第４の実施形態のτ₀ とζ₀ に対するＳＣ光の
スペクトル幅の関係を示す図。

【図５】ζ₀ に対するＳＣ光のスペクトル幅の変化を示
す図。

【図６】Δ₀ に対するΛの上限の関係を示す図。

【図７】表１の(a) 〜(e) の各パラメータに対応するＳ
Ｃ光のスペクトルを示す図。

【図８】表２の(a) 〜(e) の各パラメータに対応するＳ
Ｃ光のスペクトルを示す図。

【図９】導波路型光非線形媒質のクラッド構造を示す
図。

【図１０】光増幅器を用いた構成を示す図。

【図１１】本発明による周期光フィルタを用いた構成を
示す図。

【符号の説明】 １ 光増幅器 ２ 導波路型光非線形媒質 ３ 周期光フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 哲郎 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 AB27 BA01 CA15 DA10 GA10 HA22

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心波長λ₀ の種パルス光を導波路型光
   非線形媒質に入射してスーパーコンティニウム光を発生
   する構成であり、 前記導波路型光非線形媒質は、入射光の波長λおよび伝
   搬距離ｚに対して波長分散特性Ｄ(λ，ｚ)[ps/nm/km]を
   有し、前記種パルス光の中心波長λ₀ における分散値Ｄ
   (λ₀,ｚ)が、前記種パルス光の伝搬方向に対して正値か
   ら負値に向かって減少し、その値が０[ps/nm/km]となる
   前記種パルス光の伝搬距離ｚを実効導波路長Ｌ₀ とした
   ときに(Ｄ(λ₀,Ｌ₀)＝０）、0.98Ｌ₀≦ｚ≦1.02Ｌ₀で波
   長分散特性Ｄ(λ，ｚ)が波長λに関して極大値を有する
   構成であるスーパーコンティニウム光源において、 前記種パルス光のピーク強度をＰ₀ [W] およびパルス幅
   をＴ₀ [sec] とし、前記導波路型光非線形媒質の入射端
   ｚ＝０における分散値Ｄ(λ₀,０)をＤ₀ [s/m²]、ｚ＝Ｌ
   ₀ における２次の分散値ｄ²/ｄλ²Ｄ(λ₀,Ｌ₀)をＤ₂ [s
   /m⁴]、非線形係数をγ[m^-1 W^-1］、真空中の光速をｃ[m
   /s] とし、前記Ｌ₀ 、Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ規格化
   して得られる無次元値ζ₀ 、Δ₀ およびΔ₂ が ζ₀ ＝γＰ₀Ｌ₀ Δ₀ ＝λ₀ ²Ｄ₀／(２πｃγＰ₀Ｔ₀ ²) Δ₂ ＝λ₀ ⁶Ｄ₂／((2πｃ)³γＰ₀Ｔ₀ ⁴) と定義され、Δ₀ に関する所定の関数をｆ₁(Δ₀)とした
   ときに、 ζ₀ ≧ｆ₁(Δ₀) −0.01≦Δ₂ ＜０ の条件を満たすように前記種パルス光および前記導波路
   型光非線形媒質の各パラメータが設定されたことを特徴
   とするスーパーコンティニウム光源。
2. 【請求項２】 中心波長λ₀ の種パルス光を導波路型光
   非線形媒質に入射してスーパーコンティニウム光を発生
   する構成であり、 前記導波路型光非線形媒質は、入射光の波長λおよび伝
   搬距離ｚに対して波長分散特性Ｄ(λ，ｚ)[ps/nm/km]を
   有し、前記種パルス光の中心波長λ₀ における分散値Ｄ
   (λ₀,ｚ)が、前記種パルス光の伝搬方向に対して正値か
   ら負値に向かって減少し、その値が０[ps/nm/km]となる
   前記種パルス光の伝搬距離ｚを実効導波路長Ｌ₀ とした
   ときに(Ｄ(λ₀,Ｌ₀)＝０）、0.98Ｌ₀≦ｚ≦1.02Ｌ₀で波
   長分散特性Ｄ(λ，ｚ)が波長λに関して極大値を有する
   構成であるスーパーコンティニウム光源において、 前記種パルス光のピーク強度をＰ₀ [W] およびパルス幅
   をＴ₀ [sec] とし、前記導波路型光非線形媒質の入射端
   ｚ＝０における分散値Ｄ(λ₀,０)をＤ₀ [s/m²]、ｚ＝Ｌ
   ₀ における２次の分散値ｄ²/ｄλ²Ｄ(λ₀,Ｌ₀)をＤ₂ [s
   /m⁴]、非線形係数をγ[m^-1 W^-1］、真空中の光速をｃ[m
   /s] とし、前記Ｐ₀ 、Ｔ₀ 、Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ
   規格化して得られる無次元値ζ₀ 、τ₀ 、Δ₀ およびΔ
   ₂ が ζ₀ ＝γＰ₀Ｌ₀ τ₀ ＝２πｃＴ₀(−Ｄ₀／Ｄ₂)^1/2／λ₀ ² Δ₀ ＝λ₀ ²Ｄ₀／(２πｃγＰ₀Ｔ₀ ²) Δ₂ ＝λ₀ ⁶Ｄ₂／((2πｃ)³γＰ₀Ｔ₀ ⁴) と定義され、τ₀ に関する所定の関数をｆ₂(τ₀)とした
   ときに、 ζ₀ ≧ｆ₂(τ₀) −0.01≦Δ₂ ＜０ の条件を満たすように前記種パルス光および前記導波路
   型光非線形媒質の各パラメータが設定されたことを特徴
   とするスーパーコンティニウム光源。
3. 【請求項３】 中心波長λ₀ の種パルス光をシリカ系の
   導波路型光非線形媒質に入射してスーパーコンティニウ
   ム光を発生する構成であり、 前記導波路型光非線形媒質は、入射光の波長λおよび伝
   搬距離ｚに対して波長分散特性Ｄ(λ，ｚ)[ps/nm/km]を
   有し、前記種パルス光の中心波長λ₀ における分散値Ｄ
   (λ₀,ｚ)が、前記種パルス光の伝搬方向に対して正値か
   ら負値に向かって減少し、その値が０[ps/nm/km]となる
   前記種パルス光の伝搬距離ｚを実効導波路長Ｌ₀ とした
   ときに(Ｄ(λ₀,Ｌ₀)＝０）、0.98Ｌ₀≦ｚ≦1.02Ｌ₀で波
   長分散特性Ｄ(λ，ｚ)が波長λに関して極大値を有する
   構成であるスーパーコンティニウム光源において、 前記種パルス光のピーク強度をＰ₀ [W] およびパルス幅
   をＴ₀ [sec] とし、前記導波路型光非線形媒質の入射端
   ｚ＝０における分散値Ｄ(λ₀,０)をＤ₀ [s/m²]、ｚ＝Ｌ
   ₀ における２次の分散値ｄ²/ｄλ²Ｄ(λ₀,Ｌ₀)をＤ₂ [s
   /m⁴]、非線形係数をγ[m^-1 W^-1］、真空中の光速をｃ[m
   /s] とし、前記Ｌ₀ 、Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ規格化
   して得られる無次元値ζ₀ 、Δ₀ およびΔ₂ が ζ₀ ＝γＰ₀Ｌ₀ Δ₀ ＝λ₀ ²Ｄ₀／(２πｃγＰ₀Ｔ₀ ²) Δ₂ ＝λ₀ ⁶Ｄ₂／((2πｃ)³γＰ₀Ｔ₀ ⁴) と定義され、Δ₀ に関する所定の関数をｆ₃(Δ₀)とした
   ときに、 ζ₀ ≧ｆ₃(Δ₀) −0.01≦Δ₂ ＜０ の条件を満たすように前記種パルス光および前記導波路
   型光非線形媒質の各パラメータが設定されたことを特徴
   とするスーパーコンティニウム光源。
4. 【請求項４】 中心波長λ₀ の種パルス光をシリカ系の
   導波路型光非線形媒質に入射してスーパーコンティニウ
   ム光を発生する構成であり、 前記導波路型光非線形媒質は、入射光の波長λおよび伝
   搬距離ｚに対して波長分散特性Ｄ(λ，ｚ)[ps/nm/km]を
   有し、前記種パルス光の中心波長λ₀ における分散値Ｄ
   (λ₀,ｚ)が、前記種パルス光の伝搬方向に対して正値か
   ら負値に向かって減少し、その値が０[ps/nm/km]となる
   前記種パルス光の伝搬距離ｚを実効導波路長Ｌ₀ とした
   ときに(Ｄ(λ₀,Ｌ₀)＝０）、0.98Ｌ₀≦ｚ≦1.02Ｌ₀で波
   長分散特性Ｄ(λ，ｚ)が波長λに関して極大値を有する
   構成であるスーパーコンティニウム光源において、 前記種パルス光のピーク強度をＰ₀ [W] およびパルス幅
   をＴ₀ [sec] とし、前記導波路型光非線形媒質の入射端
   ｚ＝０における分散値Ｄ(λ₀,０)をＤ₀ [s/m²]、ｚ＝Ｌ
   ₀ における２次の分散値ｄ²/ｄλ²Ｄ(λ₀,Ｌ₀)をＤ₂ [s
   /m⁴]、非線形係数をγ[m^-1 W^-1］、真空中の光速をｃ[m
   /s] とし、前記Ｐ₀ 、Ｔ₀ 、Ｄ₀ およびＤ₂ をそれぞれ
   規格化して得られる無次元値ζ₀ 、τ₀ 、Δ₀ およびΔ
   ₂ が ζ₀ ＝γＰ₀Ｌ₀ τ₀ ＝２πｃＴ₀(−Ｄ₀／Ｄ₂)^1/2／λ₀ ² Δ₀ ＝λ₀ ²Ｄ₀／(２πｃγＰ₀Ｔ₀ ²) Δ₂ ＝λ₀ ⁶Ｄ₂／((2πｃ)³γＰ₀Ｔ₀ ⁴) と定義され、τ₀ に関する所定の関数をｆ₄(τ₀)とした
   ときに、 ζ₀ ≧ｆ₄(τ₀) −0.01≦Δ₂ ＜０ の条件を満たすように前記種パルス光および前記導波路
   型光非線形媒質の各パラメータが設定されたことを特徴
   とするスーパーコンティニウム光源。
5. 【請求項５】 前記導波路型光非線形媒質の伝搬損失係
   数をα[m^-1] としたときに、 Λ＝α／（γＰ₀ ） で定義される規格化された伝搬損失Λが、Δ₀ に関する
   所定の関数をｆ₅(Δ₀)としたときに、 Λ≦ｆ₅(Δ₀) の条件を満たすように前記導波路型光非線形媒質の各パ
   ラメータが設定されたことを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載のスーパーコンティニウム光源。
6. 【請求項６】 前記シリカ系の導波路型光非線形媒質の
   伝搬損失係数をα[m ^-1] としたときに、 Λ＝α／（γＰ₀ ） で定義される規格化された伝搬損失Λが、Δ₀ に関する
   所定の関数をｆ₆(Δ₀)としたときに、 Λ≦ｆ₆(Δ₀) の条件を満たすように前記導波路型光非線形媒質の各パ
   ラメータが設定されたことを特徴とする請求項３または
   請求項４に記載のスーパーコンティニウム光源。
7. 【請求項７】 前記導波路型光非線形媒質の曲率半径が
   ５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいず
   れかに記載のスーパーコンティニウム光源。
8. 【請求項８】 前記導波路型光非線形媒質が２重クラッ
   ド構造または３重クラッド構造または４重クラッド構造
   を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載のスーパーコンティニウム光源。
9. 【請求項９】 前記導波路型光非線形媒質が偏波保存性
   を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載のスーパーコンティニウム光源。
10. 【請求項１０】 前記導波路型光非線形媒質の前段また
    は後段の少なくとも一方に光増幅器を配置した構成であ
    ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のス
    ーパーコンティニウム光源。
11. 【請求項１１】 前記種パルス光は、周波数成分がＦ₀
    ＋ｎΔＦ（ｎは整数）からなる繰り返し周波数ΔＦの繰
    り返し光パルス列であり、 前記導波路型光非線形媒質の前段に前記種パルス光を増
    幅する光増幅器を備え、前記光増幅器と前記導波路型光
    非線形媒質との間に周波数成分Ｆ₀ ＋ｍｎΔＦ（ｍは整
    数）の光を通過させる周期光フィルタを備えたことを特
    徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスーパーコン
    ティニウム光源。
12. 【請求項１２】 前記導波路型光非線形媒質の実効導波
    路長Ｌ₀ の変動を補償する補償手段を備えたことを特徴
    とする請求項１〜４のいずれかに記載のスーパーコンテ
    ィニウム光源。
13. 【請求項１３】 前記補償手段は、前記実効導波路長Ｌ
    ₀ の変動量を±0.02Ｌ₀ 以内に抑圧する構成であること
    を特徴とする請求項１２に記載のスーパーコンティニウ
    ム光源。
14. 【請求項１４】 前記種パルス光を発生するパルス光源
    を含む構成であることを特徴とする請求項１〜４のいず
    れかに記載のスーパーコンティニウム光源。