(57)【要約】【課題】  外部電気信号によって制御することが可能で、繰返し周波数の制御・外部信号との同期が容易であり、任意のパターンのパルス信号を生成させることができるパルス発生装置を提供することにある。【解決手段】  このパルス発生装置１０は、パルス発生器１２と、パルス増幅器１４と、パルス圧縮器１６とを備えている。パルス発生器１２から出力された光パルスは、パルス増幅器１４により増幅され、このパルス増幅器１４では、入力パルスの繰返し周波数に依らず、出力パルスエネルギーが一定となるようにその利得が制御される。パルス増幅器１４によって増幅されたパルスがパルス圧縮器１６に入力され、圧縮された光パルスが出力される。【選択図】        図１
2006053343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザと、電気パルス発生器とを備え、前記電気パルス発生器からの電気信号により繰返し周波数が制御されるパルス発生器。
【請求項２】
２モード発振の半導体レーザと、光フィルタとを備え、前記半導体レーザを利得スイッチ駆動することによって得られる出力光パルスの一方のモードのみを前記光フィルタにより透過もしくは反射させることによって光パルスを発生させるパルス発生器。
【請求項３】
ソリトン次数が２以下の光ソリトンが励起される光ファイバ圧縮器を少なくとも２段以上配置させることを特徴とする光パルス圧縮器。
【請求項４】
非線形媒質と分散媒質が交互に配置され、それら分散媒質に高次モードが励起される光ファイバを用いることを特徴とするパルス圧縮器。
【請求項５】
光パルスをファイバ増幅器によって増幅した際に付加されたチャープを、高次モードが励起される光ファイバによってチャープ補償することを特徴とするパルス増幅器。
【請求項６】
光パルスの繰返し周波数に応じてパルス増幅の利得が調整され、繰返し周波数に無依存に一定のエネルギーの光パルスを出力させることを特徴とするパルス増幅器。
【請求項７】
請求項１または２に記載のパルス発生器と、請求項５または６に記載のパルス増幅器と、請求項３または４に記載のパルス圧縮器の少なくとも一つを備え、繰返し周波数可変性を有することを特徴とする光パルス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料加工、分析、計測、または通信等に利用されるパルス発生器、パルス増幅器、パルス圧縮器およびそれらを備えたパルス発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルス発生装置で用いられるパルス発生方式としては、非特許文献１に記載されているように、モード同期による光パルスの発生方式が挙げられる。この方式は、空間光学系とバルク結晶から構成される固体レーザ、ファイバレーザもしくは半導体レーザなどを利用し、モード同期動作を実現させている。
【０００３】
また、従来の他のパルス発生方式としては、非特許文献２に記載されているように、半導体レーザの利得スイッチ駆動方式が挙げられる。この方式は、小型・高安定性に優れるだけでなく、光パルス列を外部電気信号によって制御することが容易な方式である。
【０００４】
【非特許文献１】Ｒ．Ｌ．Ｆｏｒｋ，  Ｂ．Ｉ  Ｇｒｅｅｎ，  ａｎｄ  Ｃ．Ｖ．  Ｓｈａｎｋ，  “Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｕｌｓｅｓ  ｓｈｏｒｔｅｒ  ｔｈａｎ０．１  ｐｓｅｃ  ｂｙ  ｃｏｌｌｉｄｉｎｇ  ｐｕｌｓｅ  ｍｏｄｅ  ｌｏｃｋｉｎｇ”，    Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．３８（９），１  Ｍａｙ  １９８１  Ｐ．６７１〜Ｐ．６７２．
【非特許文献２】“ＴＲＡＮＳＦＯＲＭ−ＬＩＭＩＴＥＤ  ５・６ｐｓ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＰＵＬＳＥ  ＧＥＮＥＲＡＴＩＯＮ  ＡＴ  １２ＧＨｚ  ＲＥＰＥＴＩＴＩＯＮ  ＲＡＴＥ  ＦＲＯＭ  ＧＡＩＮ−ＳＷＩＴＣＨＥＤ  ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥ  ＢＹ  ＥＭＰＬＯＹＩＮＧ  ＰＵＬＳＥ  ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ”，  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ  ４ｔｈ  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １９８６  Ｖｏｌ．２２  Ｎｏ．２５．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来のモード同期方式によるパルス発生装置は、多モード発振するレーザ光の各モードの位相をそろえること（モード同期）によってパルスを発生させている。モード同期は、レーザ共振器内部に配置される変調部に、共振器周回時間と同期した振幅あるいは位相変調を加えることによって実現され、その変調周波数に対応した繰返しのパルス列が得られる。従って、モード同期レーザの繰返しは、そのレーザ共振器のサイズに大きく依存する。例えば、数メートルオーダーのサイズである共振器から発生される固体レーザパルスの繰返しは、一般に数十ＭＨｚであるが、数十μｍオーダーの共振器サイズであるモード同期半導体レーザからのパルス列の繰返しは数十ＧＨｚとなる。即ち、得られるパルス列の繰返しが共振器サイズに依存するモード同期方式を基本とするパルス光源では、MHzオーダーからGHzオーダをカバーするような広範囲な繰返し周波数可変性を実現することが困難である。
【０００６】
一方、従来の半導体レーザの利得スイッチ駆動方式によるパルス発生装置は、半導体レーザの利得媒質に高強度な高周波電流を注入することによって、ピコ秒オーダーの光パルス列を得る方式である。原理的には、注入電流信号の繰返しを調整することによって出力される光パルスの繰返し周波数の調整が実現される。利得スイッチ駆動方式は、周波数可変性の観点からも、繰返し周波数の調整が困難な上述のモード同期方式よりも好ましい。ただし、数十ＭＨｚ程度の低繰返し周波数領域では、一般には、半導体レーザを利得スイッチ駆動させることが困難である。その為、低繰返し周波数領域では、注入電流信号を光パルス化することが必要となる。実際に、電気コムジェネレータなどを用いることによって、１００ＭＨｚ繰返しのピコ秒光パルス列を利得スイッチ半導体レーザから発生することが可能である。
しかしながら、この利得スイッチ駆動方式によって得られるパルスの時間幅は十ピコ秒程度である。これは半導体内キャリアダイナミクスによって制限される為である。光測定や分析においてはサブピコ秒・フェムト秒領域のパルスが必要となることを考えると、この利得スイッチ方式では更なるパルス幅減少が必要となる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、外部電気信号によって制御することが可能で、繰返し周波数の制御・外部信号との同期が容易であり、任意のパターンのパルス信号を生成させることができるパルス発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明は、半導体レーザと、電気パルス発生器とを備え、前記電気パルス発生器からの電気信号により繰返し周波数が制御されるパルス発生器をもって課題を解決する手段としている。
【０００９】
また、第２の発明は、２モード発振の半導体レーザと、光フィルタとを備え、前記半導体レーザを利得スイッチ駆動することによって得られる出力光パルスの一方のモードのみを前記光フィルタにより透過もしくは反射させることによって光パルスを発生させるパルス発生器をもって課題を解決する手段としている。
【００１０】
さらに、第３の発明は、ソリトン次数が２以下の光ソリトンが励起される光ファイバ圧縮器を少なくとも２段以上配置させることを特徴とする光パルス圧縮器をもって課題を解決する手段としている。
【００１１】
さらに、第４の発明は、非線形媒質と分散媒質が交互に配置され、それら分散媒質に高次モードが励起される光ファイバを用いることを特徴とするパルス圧縮器をもって課題を解決する手段としている。
【００１２】
さらに、第５の発明は、光パルスをファイバ増幅器によって増幅した際に付加されたチャープを、高次モードが励起される光ファイバによってチャープ補償することを特徴とするパルス増幅器をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
さらに、第６の発明は、光パルスの繰返し周波数に応じてパルス増幅の利得が調整され、繰返し周波数に無依存に一定のエネルギーの光パルスを出力させることを特徴とするパルス増幅器をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
さらに、第７の発明は、上述の第１の発明または第２の発明であるパルス発生器と、第５の発明または第６の発明であるパルス増幅器と、第３の発明または第４の発明であるパルス圧縮器の少なくとも一つを備え、繰返し周波数可変性を有することを特徴とする光パルス発生装置をもって課題を解決する手段としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のパルス発生装置によれば、発生される光パルス列は、外部電気信号によって制御することが出来るので、繰返し周波数の制御・外部信号との同期を容易に行なうことが可能となり、従来のパルス発生方式では実現不可能であった任意のパターンのパルス信号を生成させることができる。この結果、繰返し周波数可変動作によって、今まで困難であった材料加工や分析等までの幅広い分野において、本発明のパルス発生装置を適用することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１には、本発明に係るパルス発生装置１０の実施形態の一例が示されている。このパルス発生装置１０は、パルス発生器１２と、パルス増幅器１４と、パルス圧縮器１６とを備えている。パルス発生器１２から出力された光パルスは、パルス増幅器１４により増幅され、このパルス増幅器１４では、入力パルスの繰返し周波数に依らず、出力パルスエネルギーが一定となるようにその利得が制御される。パルス増幅器１４によって増幅されたパルスがパルス圧縮器１６に入力され、圧縮された光パルスが出力される。
【００１８】
次に、各器について説明する。まず、パルス発生器１２について説明する。図２（ａ）および図２（ｂ）には、本発明に係るパルス発生器１２が示されている。このパルス発生器１２は、外部の電気信号によって繰返し周波数が制御される機能を有している。この機能を達成するために、パルス発生器１２は、例えば図２（ａ）に示すように、繰返し周波数可変型の電気パルス発生器２０と、直接変調あるいは利得スイッチ駆動を備えた半導体レーザ２２とからなる。また、パルス発生器１２は、図２（ｂ）に示すように、繰返し周波数可変型の電気パルス発生器２０と、LiNbO3等の結晶、もしくは図示しないが半導体電界吸収型の光変調器２４を備えた、外部変調方式としてもよい。
【００１９】
次にパルス増幅器１４について説明する。このパルス増幅器１４は、図示しないが、希土類添加ファイバ増幅器やファイバラマン増幅器によって実現することが出来る。特に、本発明のパルス増幅器１４は、繰返し周波数に応じてパルス増幅の利得が調整され、繰返し周波数に無依存に一定のエネルギーのパルスを出力させる機能を有している。
【００２０】
次にパルス圧縮器１６について説明する。このパルス圧縮器１６は、入力された光パルスの時間幅を減少させて出力させる機能を有している。これは、例えば、光ファイバを用いることによって実現される。一般に、パルス圧縮の性能は入力パルスエネルギーに大きく依存する。その為に、パルス圧縮の繰返し可変動作実現には、繰返しが変化した場合でも圧縮器への入力パルスエネルギーが一定であることが要求される。本発明では、繰返し周波数を調節した場合でも、パルス増幅器において一定のエネルギーを有するパルスが、パルス圧縮器に入力されるように制御される為、繰返し周波数に無依存な圧縮動作が実現される。
【００２１】
（実施例１）
本発明のパルス発生装置１０に使用されているパルス発生器１２の一実施例について、図３（ａ）を参照して説明する。このパルス発生器１２は、繰返し電気パルス発生器であり、利得スイッチ式半導体レーザ３０と、光フィルタ３２とを備えた構成である。利得スイッチ式半導体レーザ３０は、電気パルス発生器出力電流パルスによって半導体レーザ３０を利得スイッチ駆動するもので、本実施例では、利得スイッチ動作時に２モード発振する半導体レーザ３０を用いている。光フィルタ３２は、この半導体レーザ３０から発振された２モードの光のうち、一方のモードのみを抽出するものである。
【００２２】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示された利得スイッチ式半導体レーザ３０の出力パルススペクトルと光フィルタ３２の透過特性を実線と破線で示したものである。ここでは、利得スイッチ式半導体レーザ３０から２モードで発振されたパルスのうち、図３（ｃ）に示すように、短波長側のみのパルスを光フィルタ３２により抽出している。なお、本実施例では、光フィルタ３２により短波長側のパルスを抽出したが、長波長側を抽出しても構わない。また、本実施例では、光フィルタ３２としてエッジフィルタを用いているが、２モードのパルスの一方を切り出すことが可能なバンドパスフィルタ（図示せず）を用いても構わない。
【００２３】
（実施例２）
本発明のパルス発生装置１０に使用されているパルス圧縮器１６の一実施例について、図４を参照して説明する。このパルス圧縮器１６は、図４（ａ）に示すように、高次ソリトン圧縮部４０が多段に接続されて構成されている。各高次ソリトン圧縮部４０は、後述する式（１）において、ソリトン次数≦２以下となるように構成されている。以下に、高次ソリトン圧縮部４０におけるパルス圧縮について説明する。
【００２４】
まず、光ファイバの入力端付近において高次の光ソリトンが励起される。高次ソリトンは、光ファイバを伝搬するに従い、その波形を脈動させる。この波形の脈動では、入力時におけるパルスの時間幅よりもパルス幅が減少する点が存在し、その時点で光ファイバからソリトンを出力させることによってパルス圧縮が実現される。このパルス圧縮の圧縮率を特徴付けるパラメータがソリトン次数であり、以下の式で表される。
2006053343.tif 000003
ここで、γ、Ｐ０、Ｔ０そしてβ２はそれぞれ非線形係数、入力パルスピークパワー、入力パルス時間幅そして光ファイバ２次分散値である。
【００２５】
高次ソリトン圧縮の特性を定性的に説明すれば、Ｎが大きいほど出力パルス幅は小さくなるものの、圧縮に伴い発生する非パルス成分も大きくなる。このソリトン次数Ｎと圧縮性能の関係は、定量的に以下の式（２）で表される。
2006053343.tif 000004
ここで、ＦＣとＱは圧縮率とパルス品質であり、ΔtinとΔtoutは入出力パルス幅、εmainとεwholeは主パルスエネルギーと全エネルギーである。以上のFCとQから入力パルスピークパワーPinと出力パルスピークパワーＰoutは以下の式（３）で表される。
2006053343.tif 000005
【００２６】
本実施例では上述の高次ソリトン圧縮部４０におけるパルス圧縮現象を踏まえ、パルス圧縮器１６は、高次ソリトン圧縮部４０が多段に接続され、各高次ソリトン圧縮部４０において励起されるソリトンの次数Ｎを２以下となるように各パラメータ（光ファイバの非線形係数、入力パルスピークパワー、入力パルス時間幅、光ファイバ２次分散値）を設定している。言い換えると、本実施例のパルス圧縮器１６は、高次ソリトン圧縮の次数を極力低くする観点から設計し、パルス圧縮に伴う非パルス成分の発生を十分に抑圧している。しかしながら、高次ソリトン圧縮の次数を低くすることにより、高次ソリトン圧縮部４０が一段構成ではパルス幅を十分狭くすることが困難である。このため、高次ソリトン圧縮部４０を多段化することにより、パルス幅の圧縮を補っている。
【００２７】
次に、本実施例のパルス圧縮器１６について、上述した式（１）から式（３）を用いて説明する。高次ソリトン圧縮部４０を、一段、二段、そして三段接続させた場合のη及び各段ソリトン次数ＮのＦＣ依存性を図４（ｂ）に示す。なお、図４（ｂ）では、本発明の特徴であるソリトン次数Ｎ≦２の領域をグレーで表し、ｓｉｎｇｌｅ、ｄｏｕｂｌｅ、ｔｒｉｐｌｅはそれぞれ高次ソリトン圧縮部４０を一段、二段、三段配置させた場合の特性を表している。高次ソリトン圧縮部４０を、一段のみ配置させた場合は、ＦＣ＞１０の領域で、ηが飽和する様子が示されている。これは、高次ソリトン圧縮部４０を一段のみ配置させた場合、ＦＣ＞１０を実現する為には、３次以上の高次ソリトンを励起する必要があることを示している。なお、この場合、３次以上の高次ソリトンを励起する必要があるのは、圧縮に伴い非パルス成分が著しく発生してしまう為である。
【００２８】
一方で、高次ソリトン圧縮部４０を三段配置させた場合は、FC＞１００でもηが飽和しないことが示されている。η増大の上では、高次ソリトン圧縮部４０のソリトン次数Ｎを低く抑え、多段化する方が望ましい。高次ソリトン圧縮部４０を三段配置させた場合、本発明の領域であるＮ＜２であってもFC〜１００とη〜８０が実現され、パルス幅短縮とピークパワー増大の両立が可能となっている。
【００２９】
なお、比較技術として、ソリトン次数Ｎ＞２の高次ソリトン圧縮部を多段に配置させたパルス圧縮器が、中沢ら（M. Nakazawa et al., Opt. Lett., 15, 715 (1990).）に報告されている。この報告では、ηが飽和している領域での技術であり、ピークパワー増大というよりもパルス幅圧縮に関して言及されている。このため、ソリトン次数およびηの領域については、本発明の主旨とは大きく異なるものである。
【００３０】
（実施例３）
次に、パルス圧縮器１６に関する他実施例について、図５（ａ）を参照して説明する。本実施例のパルス圧縮器１６は、非線形媒質５０と分散媒質５２とを交互で多段に配置させ、非線形係数と分散値が任意の特性に設計されたコム状プロファイルファイバを基本としている。このコム状プロファイルファイバの基本的な構成は、国際公開番号ＷＯ２００４／０４９０５４号に掲載されているが、本実施例では、特に分散媒質５２として高次モードファイバ構造からなるモード変換部が使用されている点に特徴がある。分散媒質（高次モードファイバ構造）５２であるモード変換部については、図５（ｂ）を参照して説明する。
【００３１】
図５（ｂ）に示すように、モード変換器は、例えばＳＭＦ(Single-mode fiber)等の光ファイバ５４が２つのモード変換器５６ａ，５６ｂに接続された高次モードファイバ構造で構成されている。この分散媒質５２であるモード変換部では、入力された光波が、入力側の第１のモード変換器５６ａにおいて任意のモードに変換され、光ファイバ５４を伝搬した後、出力側の第２のモード変換器５６ｂにおいて最低次モードに変換され、出力されることになる。
【００３２】
（実施例４）
次に、図６を参照して、本発明のパルス発生装置に使用されるパルス増幅器１４の一実施例を説明する。このパルス増幅器１４は、光ファイバ増幅器６０と、高次モードファイバ６２とを備えた構成である。入力された光パルスは、まず光ファイバ増幅器６０によって増幅される。この光ファイバ増幅器６０は、希土類添加物ファイバ増幅器やラマン増幅器を用いる。光ファイバ増幅器６０では、伝搬に伴い光パルスの高ピークパワーが増大していく為、増幅用ファイバ内での非線形効果が著しく、その結果、光パルスはチャープを伴うことになる。言い換えると、光ファイバ増幅器６０では、光パルスの瞬時周波数が時間的に変化してしまうので、光パルスはチャープを伴ってしまう。このため、本実施例では、光ファイバ増幅器６０の後段に、高次モードファイバ６２を配置し、増幅されて、チャープを伴った光パルスを、高次モードファイバ６２に伝搬させることにより、チャープを補償させている。高次モードファイバ６２は、通常のシングルモードファイバに比べて局所２次分散値が大きく、非線形性が小さい特性を有するので、高エネルギーパルスのチャープ補償に適した光ファイバである。
【００３３】
（実施例５）
次に、図７を参照して、パルス時間位置の揺らぎ（タイミングジッタ）の発生を防止するためのPhase locked loop７０（以下PLLと呼ぶ）について説明する。
【００３４】
光ファイバを用いたパルス圧縮器では、圧縮用光ファイバの揺らぎによるパルス時間位置の揺らぎ（タイミングジッタ）が発生する場合がある。これを抑圧するＰＬＬ７０の一実施例を図７（ａ）に示す。このＰＬＬ７０は、電圧制御発信器７２（voltage controlled oscillator：以下VCOと呼ぶ）と、レーザ７４と、外部変調器７６と、光パルス圧縮器７８と、外部電気信号と圧縮器出力パルスを位相比較する位相比較部８０とで構成されている。このＰＬＬ７０では、光パルス圧縮器７８から出力されるパルス列のタイミングが外部電気信号に同期する構成となっている。その結果として、圧縮用光ファイバの揺らぎによるタイミングジッタを抑圧することができる。以下に各部分の動作について説明する。
【００３５】
まず、VCO７２の出力により駆動された外部変調器７６によってレーザ出力CWが変調され種パルス列を得る。この種パルス列は、光増幅器７７および光パルス圧縮器７８を伝搬することにより、増幅及び圧縮され、カプラ７９を介して外部に出力されるが、その際、カプラ７９において一部の出力信号が分岐されて位相比較部８０に入力されることになる。位相比較部８０では、カプラ７９から出力された出力信号の一部をフォトダイオードにより受光し、外部参照信号とともに電気ミキサに入力される。電気ミキサからの出力信号は、圧縮出力パルスと外部電気信号の位相誤差信号となり、この位相誤差信号をローパスフィルタ８２に透過させ、透過された信号をVCO７２に入力することにより、ＰＬＬ７０を実現している。
【００３６】
なお、図７（ａ）のＰＬＬ７０は、電子回路ベースで構成されている為、外部参照信号の繰り返し周波数が制限される。この制限を受けない光ＰＬＬ９０（以下ＯＰＬＬと呼ぶ）を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）に示すＯＰＬＬ９０は、外部参照信号が光信号である点と、電気ミキサの代わりに二光子吸収型フォトダイオード９２を基本とする光位相比較器を用いている点が、図７（ａ）に示すＰＬＬ７０と異なる。
【００３７】
さらに、図７(b)のパルス発生部を図８に示すＯＰＬＬシンセサイザー１１０に置き換えると外部参照信号の周波数のみならず出力パルスの繰り返し周波数も電子回路による制限を受けなくなる。図８に示すように、ＯＰＬＬシンセサイザー１１０は、２台の半導体レーザの出力をカプラで合波することで二つの連続光の差周波数のビート光を出力する  optical VCO１１２(以下OVCOと呼ぶ)と、二光子吸収型フォトダイオードを基本とする光位相比較器１１４と、ループフィルター１１６とで構成される。OPLLシンセサイザー１１０は、まずOVCO１１２の出力ビート光と外部参照信号光の位相誤差を光位相比較器１１４で検出し、次に検出した位相誤差信号をループフィルター１１６へ透過させ、最後にOVCO１１２に帰還させることで外部参照信号光に同期したビート光を出力させることができる。
【００３８】
さらに、図７(b)のパルス発生部を図８に示すＯＰＬＬシンセサイザー１１０に置き換えると、図９に示すようなPLL１２０となる。OPLLシンセサイザー１１０からの出力ビート光は、光増幅器１０３と光パルス圧縮器１０５を透過した後に、パルス列としてカプラを介して出力される。パルス列が出力されるタイミングを、光パルス圧縮器１０５として利用している圧縮用光ファイバの長さ変動に関わらず外部参照信号光と同期させるためには、図９に示すような光パルス圧縮器１０５の光ファイバーの長さの変動を補償するための遅延量制御装置１０４を必要に応じて配置させてもよい。この遅延量制御装置１０４は、図示しないが、光ファイバーの長さもしくは光路長を機械的に変化させる構成となっている。図９は、光パルス圧縮器１０５から出力されるパルス列と外部参照信号光の間の位相誤差を二光子吸収型フォトダイオードを基本とする光位相比較器１０６を用いて検出し、その出力信号をループフィルター１０８に入力し、ループフィルター１０８の出力を遅延量制御装置１０４に入力することで、光パルス圧縮器３６の光ファイバーの長さ変動を補償することができる構成となっている。
【００３９】
（実施例６）
次に、図７（ａ）に示すＰＬＬ７０の他の実施例として、パルス時間位置の揺らぎ（タイミングジッタ）の発生を防止するためのＰＬＬ１３０について、図１０を参照して説明する。
【００４０】
このＰＬＬ１３０は、位相比較器１３２、差分器１３４、第１Ｌｏｏｐ Ｆｉｌｔｅｒ３８、ＶＣＯ３３によって構成される広帯域ＰＬＬ１００と、レーザ３４と、外部変調器３５と、光パルス圧縮器３６と、外部電気信号と圧縮器出力パルスを位相比較する位相比較部３７と、第２Ｌｏｏｐ  Ｆｉｌｔｅｒ３９で構成され、外部参照信号に同期したパルス列を出力することができる。以下に各部分の動作について説明する。
【００４１】
このＰＬＬ１３０は、光パルス圧縮器３６をループ内に含まない広帯域ＰＬＬ１００のループとVCO３３の出力信号が、光パルス圧縮器３６と位相比較部３７を介して位相誤差信号として帰還するループ１０２を備えている。広帯域ＰＬＬ１００はループ内に光パルス圧縮器３６を含まないためにループ長が短い。そのため、高速に信号を帰還させることができ、ループ帯域を大きくできるとともに、位相雑音の小さい信号を出力することができる。光パルス圧縮器３６の長さ変動に伴うタイミングのずれは、位相比較部３７で外部参照信号と出力パルス列のタイミングの位相誤差として検出される。検出された位相誤差信号は第２Ｌｏｏｐ  Ｆｉｌｔｅｒ３９を透過後、広帯域ＰＬＬ１００内の差分器１３４に入力される。広帯域ＰＬＬ１００は、ＶＣＯ３３の出力と、外部参照信号の位相誤差信号と、ループ１０２から入力された位相誤差信号の差がゼロになるように動作する。この結果として、光パルス圧縮器３６の圧縮用光ファイバ長の変動に伴うタイミングジッタを抑圧することができる。
【００４２】
なお、図１０に示すＰＬＬ１３０は、ループ帯域が圧縮用光ファイバの長さによって制限されない特徴を有する。図７(a)のＰＬＬ７０もしくは図７(b)のＯＰＬＬ９０は、光パルス圧縮器７８の圧縮用光ファイバの任意の長さ変動にともなうタイミングのずれを補償することができる。しかしながら、帰還ループ中に圧縮用光ファイバを含むため、ＶＣＯ７２の出力信号が位相誤差信号としてＶＣＯ７２の入力に到達するまでにループ長に比例した時間ｎ・Ｌ／ｃを要する。ここで、ｎ、Ｌ、ｃはそれぞれ屈折率、ループ長、光速である。この遅延時間のためにＰＬＬ７０、ＯＰＬＬ９０のループ帯域の上限は制限される。一方、図１０のＰＬＬ１３０はループ帯域が圧縮用光ファイバの長さによって制限されない。しかしながら、ファイバの長さ変動の補償量の上限は、使用する位相比較器の型と外部参照信号の周波数に制限される。例えば、電気ミキサもしくはＰＣ１のデジタル位相比較器を用いた場合、ｃ／２ｆ・ｎが補償長の上限となる。ここで、ｃ、ｆ、ｎは光速、外部参照信号の周波数、屈折率である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のパルス発生装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】（ａ）は本発明のパルス発生装置のパルス発生器の一実施例を示す概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）のパルス発生器の他の実施例を示す概略構成図である。
【図３】（ａ）は本発明のパルス発生装置のパルス発生器のさらに他の実施例を示す概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の半導体レーザからの出力パルスと光フィルタの透過特性を示すグラフであり、（ｃ）は光フィルタを透過した後の出力パルスを示すグラフである。
【図４】（ａ）は本発明のパルス発生装置のパルス圧縮器の一実施例を示す概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の出力特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）は本発明のパルス発生装置のパルス圧縮器の他の実施例を示す概略構成図であり、（ｂ）は（ａ）の分散媒質の一実施例を示す概略構成図である。
【図６】本発明のパルス発生装置のパルス増幅器の一実施例を示す概略構成図である。
【図７】（ａ）はＰＬＬの一実施例を示す概略構成図であり、（ｂ）はＯＰＬＬの一実施例を示す概略構成図である。
【図８】本発明のＯＰＬＬシンセサイザーの一実施例を示す概略構成図である。
【図９】本発明のＯＰＬＬの他の実施例を示す概略構成図である。
【図１０】本発明のＰＬＬの他の実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０      パルス発生装置
１２      パルス発生器
１４      パルス増幅器
１６      パルス圧縮器
２０      電気パルス発生器
２２      半導体レーザ
２４      光変調器
３０      半導体レーザ
３２      光フィルタ
３３      ＶＣＯ
３４      レーザ
３５      外部変調器
３６      光パルス圧縮器
３７      位相比較部
３８      第１Ｌｏｏｐ  Ｆｉｌｔｅｒ
３９      第２Ｌｏｏｐ  Ｆｉｌｔｅｒ
４０      高次ソリトン圧縮部
５０      非線形媒質
５２      分散媒質
５４      光ファイバ
５６ａ    第1のモード変換器
５６ｂ    第２のモード変換器
６０      光ファイバ増幅器
６２      高次モードファイバ
７０      Ｐｈａｓｅ  ｌｏｃｋｅｄ  ｌｏｏｐ（ＰＬＬ）
７２      電圧制御発信器（ＶＣＯ）
７４      レーザ
７６      外部変調器
７７      光増幅器
７８      光パルス圧縮器
７９      カプラ
８０      位相比較部
８２      ローパスフィルタ
９０      光ＰＬＬ（ＯＰＬＬ）
９２      フォトダイオード
１００    広帯域ＰＬＬ
１０２    ループ
１０３    光増幅器
１０４    遅延量制御装置
１０５    光パルス圧縮器
１０６    光位相比較器
１０８    ループフィルター
１１０    ＯＰＬＬシンセサイザー
１１２    ｏｐｔｉｃａｌ  ＶＣＯ（ＯＶＣＯ）
１１４    光位相比較器
１１６    ループフィルター
１２０    ＰＬＬ
１３０    ＰＬＬ
１３２    位相比較器
１３４    差分器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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