JPS6110337A - 光パルス幅圧縮方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、短光パルス発生の方法に関する。特に、光通
信および各種物理計測に用いられる短光パルスを発生す
るための方法に関する。

〔従来の技術〕

光パルスの幅を狭める方法、いわゆる圧縮技術では、な
んらかの方法によりパルスの一部分だけを抽出している
。

第６図は従来例の光パルス幅圧縮方法を示す図である。

この例では、複屈折光ファイバのカー効果を利用してい
る。光パルスは、λ／２板１により直線偏光となり、複
屈折光ファイバ２の光学的主軸（Ｘ軸）に対して角度θ
だけ傾けられ、レンズ５により収光されて、複屈折光フ
ァイバ２に入射される。

複屈折光ファイバ２から出力された光パルスの低強度部
分は、通常の線形性複屈折効果による偏波回転を受けた
後に、λ／４板３により偏波面をもとの角度θに調整さ
れ、入射偏光方向と直角に配置された偏光子４によって
遮光される。この一方で、光パルスの高強度部分は、カ
ー効果によって非線形の偏波面の回転を受け、偏光子４
を透過する。これにより光パルス幅を圧縮することがで
きる。

第７図は、光パルス幅の変化を示す図である。

（ａｌで示される入射光パルスは、光フアイバ出射端で
は、山）で示されるように、低強度部と高強度部とに分
離される。この分離された光パルスは、偏光子４により
その低強度部が遮光され、ｔｃ）で示される圧縮された
光パルスとなる。

このような方法では、λ／４板および偏光子等の光学部
品が必要となる欠点があった。また、出射端の偏光子の
角度を入射光パルスの偏光方向に直角に配置するための
微調整が必要になり、取り扱いが煩雑である欠点があっ
た。

［発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、上記欠点を解決し、特別な光学部品を必要と
せず、しかも取り扱いの簡便な光パルス幅圧縮方法を提
供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光パルス幅圧縮方法は、直交する光学的主軸方
向の屈折率が異なる光ファイバを用い、この光ファイバ
の一端からこの光ファイバの長軸にその偏波面が一致す
るように信号光パルスを入射させ、この光ファイバの他
端から上記長軸に偏波面が一致するように信号光を取り
出す。

〔作用〕

本発明は、光パルス中の強度が微弱な部分のみヲ他のモ
ードに結合させ、さらにそのモードの光信号を減衰させ
る。これにより、光パルスの高強度部分のみを出力とし
て取り出し、実効的に光パルス幅を圧縮する。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例の光パルス幅圧縮方法を示す図で
ある。

光パルスは、λ／２板ｌで直線偏光され、レンズ５によ
り収光されて複屈折光ファイバ２に入射する。光パルス
の偏光方向は、複屈折光ファイバ２の長軸（Ｘ軸）に一
致させられており、伝送モードは、例えばＬ　Ｐ　ｏｒ
Ｘモードである。複屈折光ファイバ２の出射端では、光
パルスはレンズ５′により再び収光される。

本実施例に用いられる複屈折光ファイバ２は、直交する
光学的主軸方向の屈折率が異なる光ファイバである。

次に、本発明の基本となるモード結合について説明する
。

ＬＰｏ＋菖モードおよびＬＰｏ＋’モードの、伝送方向
２における光強度をＰｘ（ｚｌ、Ｐｙ（Ｚｌとする。２
＝０でＬＰｏ♂モードだけを励振する条件、すなわち、 Ｐｘ（０）＝１、Ｐｙ（０）＝０　　　　　　　−〜−
−−−−ｆｉｌの場合には、 Ｐｘ　（Ｚｌ＝　ｅ　−”　ｃｏＳｈ　（ｈ　ｚ　）　
　　　　−−（２１Ｐ　　ｙ　（ｚｌ＝　　ｅ　−”　
　５ｉｎｈ　　（ｈ　　ｚ　）　　　　　　　　　　−
−（３１となることが知られている。ここで、ｈは両モ
ード間の結合係数である。

これに対して、カー効果による光ファイバの主軸方向の
屈折率ｎｘｓ”Ｖは、光強度の関数として、 ｎ、　”　ｎＸ、＋　ｚ　　（Ｐｘ　　＋　−Ｐｙ）　
　−−−−−（４１ｎ、　ｘ　ｎｙｏ＋ｚ　　（Ｐｘ　
　＋　−Ｐｙ）　　−−−４４１で与えられる。ここで
ｎヨ。およびｎ、ｏは、主軸Ｘ方向および主軸Ｘ方向の
、それぞれ光強度が存在しないときの屈折率である。ま
た、χは自己集束係数である。

複屈折りｓは、 ＢＳ”ｎＸ　　ｎｙ ＝Ｂｓｏ＋　−（Ｐｘ　−Ｐｙ　）　　−＜５１Ｂｓｏ
＝ｎＸｏ　　ｎ、０　　　　　　　　−（６）で定義さ
れる。

次に、モード結合係数りと光強度との関係について説明
する。

結合に関係する二つのモードが縮退した場合、すなわち
、複屈折りｓが零のときに、モード結合係数りが最大と
なる。したがって、複屈折りｓの絶対値１Ｂｓｌが増大
するとともに、モード結合係数りが減少する。

第２図は、典型的な光ファイバの複屈折りｓに対するモ
ード結合係数りの値を示す図である。

光ファイバのモード結合係数りは、複屈折りｓに対して
ガウス関数に近い分布となる。モード結合は、光ファイ
バの幾何学的な形状の不整、残留応力、外部応力、微少
な光ファイバの曲がり等の原因により生じる。したがっ
て、モード結合係数りの値や複屈折りｓに対する関数の
形は、光ファイバにより変化する可能性がある。

第３図は光強度に対する複屈折りｓの変化を示す図であ
り、自己集束係数χの値を１．Ｉ　Ｘｌ０−＋３（ｅ、
ｓ、ｕ、）として、（５）式および（６）式により得ら
れた図である。

第４図は、光強度のＸ成分またはＸ成分に対するモード
結合係数りの値を示す図であり、第２図および第３図に
より導かれた図である。

第４図（ａｌは、長軸方向の偏波面で励振させた場合、
すなわち、ＬＰＯ，″モードで励振させた場合を示して
いる。また、第４図（ｂ）は、短長軸方向の偏波面で励
振させた場合、すなわち、ＬＰＯ，’モードで励振させ
た場合を示している。

この図のように、モード結合係数りはカー効果により変
化する。したがって、（２）式および（３）式により、
ＬＰ、、ＸモードおよびＬＰｏ＋’モードの二つのモー
ドの光強度の変化率は、その光強度によって異なる。ま
た、光パルスの場合には、その立ち上がりおよび立ち下
がりの部分の低強度部分と、中央付近の高強度部分とで
は、モード結合の影響が異なる。したがって、光パルス
が伝搬するにつれて光パルスの波形が変形する。

ここで、長軸方向にｔ、ｐｏ＋Ｘモードのみを励振させ
た場合について説明する。

モード結合係数りとＸ成分の光強度Ｐχとの関係は、第
４図ｉａｌにより示されている。この図から明らかなよ
うに、光パルス中の低強度部分ではモード結合係数りが
大きいため、ＬＰｏ＋’モードへの結合が大きくなる。

これに対して、光パルスのピークでは、モード結合係数
りが小さいために、ＬＰｏ＋’モードへの結合は小さい
。したがって、ＬＰ６．’モードだけに光損失を与えて
、ＬＰ、、’モードからＬＰｏＩ”千−とへの再変換を
抑止することにより、光パルス幅を圧縮することができ
る。

ＬＰ６．’モードにだけ損失を与えることは・、容易に
実現できる。実際の光ファイバでは、ｙ軸およびｙ軸の
主軸方向の屈折率ｎｚｓｎｙの値が、。、〈。ｘ　　　
　　　　　　　　　　−”’−・・（７）であり、ＬＰ
ｏ１’モードの等価屈折率はＬＰｏ＋χモードの等価屈
折率より小さい。このためミ光ファイバの軸を含むｚ−
ｙ平面内で光ファイバを曲げることにより、ＬＰｏ＋１
モードにはほとんど損失を与えずに、Ｌ　Ｐ　ｏ＋’モ
ードの光強度をほとんど全て減衰させることが可能であ
る。このことは実験的にも確かめられている。

次に、光パルス幅圧縮の数値計算例を示す。

第５図は、複屈折光ファイバ伝搬による、時間に対する
入射光パルス波形と出射光パルス波形とを示す。

この図は、 ｆｌ＋　　光ファイバ長が１　　（ｋ＋ｗ）、（２）　
　Ｂｓｏ　（ｆ６１式）の値は６Ｘ１０−’、（３）　
　入射光パルスの尖頭値は１０’　　（Ｗ）、（４）入
射光パルスの半値幅は２００　（ピコ秒〕、（５）入射
光パルスはＬＰｏｌｘモード、（６）　　複屈折りｓ＝
Ｏのときのモード結合係数りの尖頭値は１２．９　（ｋ
ｍ−’）　　（第２図）、（７）入射光パルス波形の尖
頭値（ＩＱ’　　（Ｗ）　）にするモード結合係数りは
３　ｘｌＯ−”　（ｋ＋＋＋−’）、（ｓ）ＬＰｏ♂モ
ードの損失はＯ（ｄＢ／ｋｍ　）、ｆ９１　　ＬＰｏ＋
’モードの損失は３０　（ｄＢ／ｌｖ　）、ＯＩ　　自
己集束係数χは１．１　×１Ｑ−１３（ｅ、ｓ、ｕ、）
（光ファイバの実測値） としてシュミレーションを行った結果を示す。

第５図に示すように、光パルス幅の圧縮効果は顕著であ
り、半値幅で約７７１０倍、１４０〔ピコ秒〕に圧縮さ
れている。

この計算に用いられた入射光パルスの尖頭値、すなわち
１０５（Ｗ）の光強度は、モードロ・ツクおよびＱスイ
ッチを付加したＮｄ：ＹＡＧレーザにより得られる発振
光パルスの典型的な値である。また、複屈折光ファイバ
のモード結合係数りの尖頭値および関数形も、学会や論
文等で報告されている値と同等の値であり、ＬＰ、Ｉｙ
モードの損失の値３０　（ｄＢ／ｌｕ＋＋　）も、現在
報告されている最大値が約４０　（ｄＢ／ｌｖ　）であ
ることから、このシヱミレーシッンにより得られた値は
妥当な値である。したがって、この計算例は極めて現実
に即したものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光パルス幅圧縮方法は、
コヒーレント伝送線路あるいは光センサ用の部品として
普及している複屈折光ファイバを用いて、簡単な光学部
品で光パルス幅の圧縮が実現できる効果がある。また、
光ファイバの被覆工程においてモード結合係数を変化さ
せるよう製造するか、外部応力により光ファイバのモー
ド結合係数を変化させることにより、種々の整形パルス
が得られる効果がある。さらに、光ファイバのカー効果
の時間応答は、ピコ秒のオーダで極めて高速であるので
、ピコ秒パルスの発生に利用できる効果がある。

したがって、本発明は、光フアイバ通信分野における波
形整形に大きな効果があり、さらに、物質の過渡応答特
性の測定などの、種々の物理計測用の極短パルスの発生
方法として大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の光パルス幅圧縮方法を示す図。 第２図は光ファイバの複屈折りｓに対するモード結合係
数りの値を示す図。 第３図は光強度に対する複屈折りｓの変化を示す図。 第４図は光強度のＸ成分またはｙ成分に対するモード結
合係数りの値を示す図。 第５図は時間に対する入射光パルス波形と出射光パルス
波形とを示す図。 第６図は従来例の光パルス幅圧縮方法を示す図。 第７図は光パルス幅の変化を示す図。 １・・・λ／２板、２・・・複屈折光ファイバ、３・・
・λ／４板、４・・・偏光子、５．５′・・・レンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）直交する光学的主軸方向の屈折率が異なる光ファ
   イバを用い、 この光ファイバの一端からこの光ファイバの長軸にその
   偏波面が一致するように信号光パルスを入射させ、 この光ファイバの他端から上記長軸に偏波面が一致する
   ように信号光を取り出す 光パルス幅圧縮方法。