(57)【要約】【課題】  非線形現象光の生じる光ファイバを提供する。【解決手段】  本発明の光ファイバでは、信号光と異なる波長のポンプ光を入力して、所定の波長領域で非線形現象光を生成する光ファイバであって、信号光波長帯で分散スロープの絶対値が０．０４（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下であり、光ファイバの長手方向に零分散波長を５ｎｍ以上増加又は減少させている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号光と異なる波長のポンプ光を入力して、所定の波長領域で非線形現象光を生成する光ファイバであって、信号光波長帯で分散スロープの絶対値が０．０４（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下であり、光ファイバの長手方向に零分散波長を５ｎｍ以上増加又は減少させたことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記非線形現象光の主要生成領域に備えられた分散減少領域においてパルス光の進行に伴って波長分散が、正の値から負の値まで減少することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記分散減少領域は、所定位置で１．５μｍ帯の零分散波長を有することを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記分散減少領域は、偏波保持ファイバを含むことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記光ファイバのコアの石英に対する比屈折率差は＋１．２％以上であり、クラッドの前記コア近傍の石英に対する比屈折率差は−０．６％以下であることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記分散減少領域の前記所定波長領域内の分散スロープは、−０．１（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以上、０．１（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項７】
パルス光のピークパワーＰｐｅａｋ、前記分散減少領域の非線形屈折率ｎ２、及び実効コア断面積Ａｅｆｆは、（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞４．５×１０−１０の関係を満たすことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記分散減少領域の非線形屈折率ｎ２が、４×１０−２０（ｍ２／Ｗ）以上であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項９】
励起光を発生する光源と、前記励起光及び信号光が入力され、非線形現象光を出射する光ファイバとを備えた光源装置において、前記信号光の波長帯における前記光ファイバの分散スロープの絶対値は０．０４（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下であり、前記光ファイバの零分散波長は前記励起光の波長を含む所定の波長範囲内で前記光ファイバの長手方向に沿って変化していることを特徴とする光源装置。
【請求項１０】
前記非線形現象光は、アイドラ光であることを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記励起光の波長は可変可能であることを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高ピークパワーの光パルスの入射による非線形光学効果に基いて発生するスーパーコンティニウム光又はアイドラ光等の非線形現象光を出射する光ファイバ及び光源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信技術の発展に伴い、短パルス光であり、かつ、波長幅の広い光源が期待されている。こうした光源に関する技術として、高ピークパワーの光パルスを光非線形媒質中に入射させたときの、波長幅の広いパルス光であるスーパーコンティニウム（ＳＣ）光の発生が注目されている。
【０００３】
近年、非線形媒質として光ファイバ（以後、ＳＣファイバとも呼ぶ）を使用した、ＳＣ光の生成の実験がなされ、発表されている（非特許文献１：以後、従来例１と呼ぶ）」、非特許文献２（以後、従来例２と呼ぶ）、非特許文献３（以後、従来例３と呼ぶ）」、非特許文献４（以後、従来例４と呼ぶ）」、非特許文献５（以後、従来例５と呼ぶ）」など）。
【０００４】
従来例１は、波長分散（正常分散または異常分散）や長さの異なる光ファイバに、零分散領域に中心波長を有するピークパワーが数１０Ｗのピコ秒パルス光を入射した場合のＳＣ光の発生の実験結果を開示している。そして、光ファイバが異常分散を有する場合の方が、正常分散を有する場合よりもＳＣ光の帯域が広いことを開示している。
【０００５】
従来例２は、波長分散（分散フラットまたは分散シフト）や長さの異なる光ファイバに、半導体レーザ（ＬＤ）からのパルス光を入射した場合のＳＣ光の発生の実験結果を開示している。そして、光ファイバが分散フラット型の分散を有する場合の方が、分散シフト型の分散を有する場合よりもＳＣ光の帯域が広いことを開示している。
【０００６】
従来例３は、ＳＣ光用の光ファイバとして、長さが３［ｋｍ］、波長が１５４１ｎｍにおいて分散値が０．１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］の分散シフトファイバを使用した場合のＳＣ光の発生を開示している。
【０００７】
従来例４および従来例５は、ＳＣ光用の光ファイバとして、分散シフトファイバを使用した場合の、入射端と出射端とにおけるスペクトルを開示している。
【非特許文献１】「森    他：１９９２年電子情報通信学会秋季大会  Ｃ−２５５、ｐｐ４−２７７」
【非特許文献２】「森    他：１９９３年電子情報通信学会秋季大会  Ｂ−９２０、ｐｐ４−１６１」
【非特許文献３】「Ｔ．  Ｍｏｒｉｏｋａ  ｅｔ  ａｌ．：ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  ７ｔｈ  Ｊｕｌｙ  １９９４，  Ｖｏｌ．３０，  Ｎｏ．１４，  ｐｐ１１６６−１１６８」
【非特許文献４】「Ｔ．  Ｍｏｒｉｏｋａ  ｅｔ  ａｌ．：ＯＦＣ'９６，  ＰＤ２１，  １９９６」
【非特許文献５】「Ｔ．Ｍｏｒｉｏｋａ  ｅｔ  ａｌ．：ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，  ２２ｎｄ  Ｊｕｎｅ  １９９５，  Ｖｏｌ．３１，  Ｎｏ．１３」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来例１〜５では、ＳＣ光については開示されているものの、ＳＣ光を発生するための光ファイバに関しては開示されていない。本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、波長幅が広く、波長幅での平坦性が高いＳＣ光やアイドラ光等の非線形現象光を効率的に生成するのに好適な光ファイバ及び光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る光ファイバは、信号光と異なる波長のポンプ光を入力して、所定の波長領域で非線形現象光を生成する光ファイバであって、信号光波長帯で分散スロープの絶対値が０．０４（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下であり、光ファイバの長手方向に零分散波長を５ｎｍ以上増加又は減少させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の光ファイバは、非線形現象光の主要生成領域に備えられた分散減少領域においてパルス光の進行に伴って波長分散が、正の値から負の値まで減少することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の光ファイバは、分散減少領域が、所定位置で１．５μｍ帯の零分散波長を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の光ファイバは、分散減少領域が、偏波保持ファイバを含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項５の光ファイバでは、コアの石英に対する比屈折率差は＋１．２％以上であり、クラッドのコア近傍の石英に対する比屈折率差は−０．６％以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の光ファイバは、分散減少領域の所定波長領域内の分散スロープは、−０．１（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以上、０．１（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７の光ファイバは、パルス光のピークパワーＰｐｅａｋ、分散減少領域の非線形屈折率ｎ２、及び実効コア断面積Ａｅｆｆは、（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞４．５×１０−１０の関係を満たすことを特徴とする。
【００１６】
請求項８の光ファイバは、非線形屈折率ｎ２が、４×１０−２０（ｍ２／Ｗ）以上であることを特徴とする。
【００１７】
請求項９の光源装置は、励起光を発生する光源と、励起光及び信号光が入力され、非線形現象光を出射する光ファイバとを備えた光源装置において、信号光の波長帯における光ファイバの分散スロープの絶対値は０．０４（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下であり、光ファイバの零分散波長は励起光の波長を含む所定の波長範囲内で光ファイバの長手方向に沿って変化していることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０の光源装置は、非線形現象光が、アイドラ光であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１の光源装置は、励起光の波長は可変可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上、詳細に説明した通り、本発明の光ファイバによれば、主要なスーパーコンティニウム光やアイドラ光等の非線形現象光の生成領域であって、光が進行するべき方向において、波長分散が増加することなく、少なくとも一部で波長分散が減少する分散減少領域を備えるので、高ピークパルス光が本発明の光ファイバの分散減少領域に入力すると、少なくとも入射当初から自己位相変調が、更に途中から四光波混合が、効率的に発生するので非線形現象光が効率的に生成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の光ファイバと光源装置の実施の形態を説明する。なお、図面の説明にあたって同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２２】
（第１実施形態）
【００２３】
図１は、本発明の光源装置の第１実施形態の構成図である。図１に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１０とを備える。
【００２４】
図２は、光ファイバ３１０の構成図であり、長手方向（光の進行方向）における、波長分散の分布を示している。図２に示すように、光ファイバ３１０は、光増幅器２００からの高ピークパルス光の入射端での波長分散ＤＩＮが正の値であり、長手方向に沿って、波長分散Ｄが線形に減少する。
【００２５】
本実施形態の光源装置では、まず、光パルス発生器１００が、所定波長の短パルス光を発生する。光パルス光発生器１００から出力された短パルス光は、光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力される。そして、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３１０に入力する。
【００２６】
光ファイバ３１０に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３１０内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３１０に入力した光は、波長分散が正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少していると、パルスはさらに強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【００２７】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負へ変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【００２８】
図２に示すように、光ファイバ３１０は、その波長分散Ｄが進行方向の位置Ｚの関数であって、
Ｄ（Ｚ）＝ＤＩＮ−（ΔＤ）・Ｚ・・・（３）
と表される。したがって、光が進行すると、自己位相変調によるスペクトル拡大は発生しにくくなるが、進行による異なる波長の光の間での位相差の発生は徐々に低減する。このため、波長分散Ｄが進行方向の位置Ｚに依存せず、
Ｄ（Ｚ）＝ＤＩＮ・・・（４）
が成り立つ場合に比べて、異なる波長の光の時間的な重なりが大きくなり、効率的に四光波混合が発生する。
【００２９】
すなわち、光ファイバ３１０では、光が進行するべき方向において、異常分散で始まって、波長分散が減少する分散減少領域を備え、ＳＣ光発生の主要部である分散減少領域で、異常分散によるパルス圧縮、自己位相変調、四光波混合等の非線形現象によりＳＣ光を生成している。
【００３０】
そして、波長分散が光の進行方向で変化することにより、四光波混合が発生する光の波長付近で、零分散波長の一種の走査が行われることになるので、様々な波長の光同士で四光波混合が発生しやすくなり、広い波長範囲の波長の光が生成される。
【００３１】
なお、本実施形態においては、光ファイバの分散スロープの絶対値が小さいことが望ましい。分散スロープの絶対値が小さいと、波長が異なる光での時間的な重なりが大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなるからである。
【００３２】
また、分散スロープの長手方向に関する積分値の絶対値が小さい程、波長が異なる光での時間的な重なりが大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなる。
【００３３】
また、分散減少領域での波長分散値は正の値から負の値まで変化することが好ましい。
【００３４】
分散スロープが所定波長範囲で正であるファイバにおいて、波長分散値が正の値を有する場合には、入射した高ピークパルス光の波長よりも短い波長の光が生成されやすく、波長分散値が負の値を有する場合には、入射した高ピークパルス光の波長よりも長い波長の光が生成されやすい。
【００３５】
したがって、分散減少領域での波長分散値は正の値から負の値まで変化していると、入射した高ピークパルス光の波長に対して短長両側の波長帯の光が効率的に生成されるので、広い波長範囲でのＳＣ光を発生する。
【００３６】
更に、自己位相変調や四光波混合の原因となる非線形光学効果であるカー効果は、非線形屈折率が大きい程、また、光強度密度が大きい程、発現しやすくなる。数１０ｎｍ以上の波長幅とするには、非線形屈折率ｎ２と実効コア断面積Ａｅｆｆと高ピークパルス光のピークパワーＰｐｅａｋとの間に、
（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞０．０３×１０−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０−８・・・（１）
の関係が成り立つことが必要である。
【００３７】
図３は、高ピークパルス光のピークパワーＰｐｅａｋが１．５［Ｗ］のときの非線形屈折率ｎ２と実効コア断面積Ａｅｆｆとの比の値とＳＣ光の波長幅との関係を示すグラフである。なお、以下で、光ファイバの長さをＬで、分散スロープをＤＳＬＯＰと記す。
【００３８】
この実測にあたっては、光ファイバ３１０として、
ＤＩＮ＝１〜４［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝０．５〜２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］
ＤＳＬＯＰ＝０．０３５［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
の特性の光ファイバを使用した。
【００３９】
また、光ファイバ３１０に入力する高ピークパルス光は、
パルス中心波長（λ０）＝１５５０［ｎｍ］
パルスピークパワー＝１．５［Ｗ］
パルス幅＝３．５［ｐｓ］（半値全幅）
とした。
【００４０】
そして、種々のＤＩＮとΔＤとを組合せて、非線形屈折率ｎ２と実効コア断面積Ａｅｆｆとの比の値とＳＣ光の波長幅とを計算した。
【００４１】
図３から、高ピークパルス光のピークパワーＰｐｅａｋが１．５［Ｗ］のとき、ｎ２／Ａｅｆｆ＞０．０３×１０−８［１／Ｗ］であれば、ＤＩＮとΔＤとの組合せにかかわらず、光周波数の変位の幅ｗｆが５０００［ＧＨｚ］程度以上のＳＣ光が生成されて出力された。
【００４２】
なお、光周波数の変位の幅ｗｆと波長範囲ｗλとの関係は、
ｗλ〜（λ０２／Ｃ）・ｗｆ・・・（５）
ここで、Ｃ：光速度、
で表され、光周波数の変位の幅ｗｆを［ＴＨｚ］単位で、波長範囲ｗλを［ｎｍ］単位で表したとき、λ０＝１５５０［ｎｍ］とすると、
ｗλ〜８ｗｆ・・・（６）
となる。
【００４３】
すなわち、高ピークパルス光のピークパワーＰｐｅａｋが１．５［Ｗ］のとき、
ｎ２／Ａｅｆｆ＞０．０３×１０−８［１／Ｗ］
であれば、約４０ｎｍ以上の波長幅のＳＣ光が出力される。
【００４４】
また、本実施形態では、光ファイバ３１０が偏波保持ファイバであって偏波面保持特性を有することが好ましい。四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生するからである。
【００４５】
以下に、本実施形態の光源装置の実施例を説明する。
【００４６】
（実施例１）
【００４７】
図４は、実施例１の光源装置の構成図である。図４に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１１とを備える。
【００４８】
光ファイバ３１１は、
ＤＩＮ＝１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝１／３［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］
ＤＳＬＯＰ＝０．０７［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ２＝２．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝５０［μｍ２］
の分散シフトファイバである。
【００４９】
図５は、本実施例での高ピークパルス光と生成されたＳＣ光とのスペクトルを示すグラフである。図５（ａ）は光ファイバ３１１に入力する高ピークパルス光のスペクトルを示すグラフであり、図５（ｂ）は光ファイバ３１１から出力されるＳＣ光とのスペクトルを示すグラフである。
【００５０】
光ファイバ３１１に入力する高ピークパルス光は、図５（ａ）に示すスペクトル分布を有するとともに、
パルス中心波長（λ０）＝１５５０［ｎｍ］
パルスピークパワー＝１．５［Ｗ］
パルス幅＝３．５［ｐｓ］（半値全幅）
とした。
【００５１】
図５（ｂ）に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約５０００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約４０ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００５２】
（実施例２）
【００５３】
図６は、実施例２の光源装置の構成図である。図６に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１２とを備える。
【００５４】
光ファイバ３１２は、
ＤＩＮ＝１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝０．５［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］
ＤＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ２＝２．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝５０［μｍ２］
の分散フラットファイバである。
【００５５】
図７は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３１２に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【００５６】
図７に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１２０００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約９６ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００５７】
本実施例は、実施例１と比べてＳＣ光の波長幅が拡大した。
【００５８】
（実施例３）
【００５９】
図８は、実施例３の光源装置の構成図である。図８に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１３とを備える。
【００６０】
光ファイバ３１３は、
ＤＩＮ＝０．７［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝１／３［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］
ＤＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ２＝２．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝５０［μｍ２］
の分散フラットファイバである。
【００６１】
図９は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３１３に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【００６２】
図９に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分（±５［ｄＢ］程度以内）の光周波数の変位の幅ｗｆが約１００００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約８０ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００６３】
本実施例は、実施例１と比べて、実施例２と同様にＳＣ光の波長幅が拡大した。
【００６４】
（実施例４）
【００６５】
本実施例は、ＳＣ光の波長幅と分散スロープＤＳＬＯＰとの関係を系統的に計測したものである。
【００６６】
図１０は、実施例４の光源装置の構成図である。図１０に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１４とを備える。
【００６７】
光ファイバ３１４は、
ＤＩＮ＝２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］
ＤＳＬＯＰ＝０．０１〜０．２［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ２＝６．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝１０［μｍ２］
の分散フラットファイバである。
【００６８】
図１１および図１２は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。図１１（ａ）はＤＳＬＯＰ＝０．２の場合、図１１（ｂ）はＤＳＬＯＰ＝０．１の場合、図１１（ｃ）はＤＳＬＯＰ＝０．０８の場合、図１１（ｄ）はＤＳＬＯＰ＝０．０５の場合、図１２（ａ）はＤＳＬＯＰ＝０．０３の場合、図１２（ｂ）はＤＳＬＯＰ＝０．０２の場合、および、図１２（ｃ）はＤＳＬＯＰ＝０．０１の場合を示す。なお、光ファイバ３１４に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【００６９】
図１１および図１２に示すように、ＤＳＬＯＰが０．１以下で、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１００００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、ＤＳＬＯＰが０．１以下で、約８０ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００７０】
（実施例５）
【００７１】
図１３は、実施例５の光源装置の構成図である。図１３に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３１５とを備える。
【００７２】
光ファイバ３１５は、
ＤＩＮ＝２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ΔＤ＝１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］
ＤＳＬＯＰ：０．０１〜−０．０１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］で線形に減少
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ２＝３．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝５０［μｍ２］
の分散フラットファイバである。
【００７３】
図１４は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３１５に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【００７４】
図１４に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約３００００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約２４０ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００７５】
（第２実施形態）
【００７６】
図１５は、本発明の光源装置の第２実施形態の構成図である。図１５に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３２０とを備える。
【００７７】
図１６は、光ファイバ３２０の長手方向（光の進行方向）における、波長分散の分布を示すグラフである。
【００７８】
本実施形態は、第１実施形態と比べて、光ファイバ３２０が、図１６に示すように、光増幅器２００からの高ピークパルス光の入射端での波長分散ＤＩＮが正の値であることは同様であるが、長手方向に沿って、波長分散Ｄが非直線的に減少する点が異なる。
【００７９】
本実施形態の光源装置では、第１実施形態と同様に、光パルス発生器１００が発生した短パルス光が光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力され、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３２０に入力する。
【００８０】
以後、第１実施形態と同様にして、光ファイバ３２０に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３２０内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３２０に入力した光は、波長分散が正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少しているとパルスは更に強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【００８１】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負へ変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【００８２】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、光ファイバの分散スロープの絶対値が小さいことが望ましく、また、分散スロープの長手方向に関する積分値の絶対値が小さい程、波長が異なる光での時間的な重なりが大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなる。
【００８３】
更に、第１実施形態と同様に、自己位相変調や四光波混合の原因となる非線形光学効果であるカー効果は、非線形屈折率が大きい程、また、光強度密度が大きい程、発現しやすくなる。数１０ｎｍ以上の波長幅とするには、非線形屈折率ｎ２と実効コア断面積Ａｅｆｆと高ピークパルス光のピークパワーＰｐｅａｋとの間に、
（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞０．０３×１０−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０−８    ・・・（１）
の関係が成り立つことが必要である。
【００８４】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、光ファイバ３２０が偏波保持ファイバであって偏波面保持特性を有することが好ましい。四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生するからである。
【００８５】
以下、本実施形態の実施例を説明する。
【００８６】
（実施例６）
【００８７】
図１７は、実施例６の光源装置の構成図である。図１７に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３２１とを備える。
【００８８】
光ファイバ３２１は、
ＤＩＮ＝１．８［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ＤＯＵＴ＝−０．１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］
ＤＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ２＝２．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝５０［μｍ２］
の分散フラットファイバである。
【００８９】
図１８は、本実施例でのＳＣ光の生成の測定結果を示すグラフである。なお、光ファイバ３２１に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【００９０】
図１８に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１２０００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約９６ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【００９１】
（第３実施形態）
【００９２】
図１９は、本発明の光源装置の第３実施形態の構成図である。図１９に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３３０とを備える。
【００９３】
図２０は、光ファイバ３３０の長手方向（光の進行方向）における、波長分散の分布を示すグラフである。
【００９４】
本実施形態は、第１実施形態と比べて、光ファイバ３２０が、図２０に示すように、光増幅器２００からの高ピークパルス光の入射端での波長分散ＤＩＮが正の値であることは同様であるが、長手方向に沿って、波長分散Ｄが離散的に減少する点が異なる。
【００９５】
こうした光ファイバは、各区間の波長分散値Ｄｉを有する、各区間の長さＬｉの光ファイバを接続することによって得られる。
【００９６】
本実施形態の光源装置では、第１実施形態と同様に、光パルス発生器１００が発生した短パルス光が光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力され、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３３０に入力する。
【００９７】
以後、第１実施形態と同様にして、光ファイバ３３０に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３３０内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３３０に入力した光は、波長分散が正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少しているとパルスは更に強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【００９８】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負へ変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【００９９】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、光ファイバの分散スロープの絶対値が小さいことが望ましく、また、分散スロープの長手方向に関する積分値の絶対値が小さい程、波長が異なる光での時間的な重なりが大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなる。
【０１００】
更に、第１実施形態と同様に、自己位相変調や四光波混合の原因となる非線形光学効果であるカー効果は、非線形屈折率が大きい程、また、光強度密度が大きい程、発現しやすくなる。数１０ｎｍ以上の波長幅とするには、非線形屈折率ｎ２と実効コア断面積Ａｅｆｆと高ピークパルス光のピークパワーＰｐｅａｋとの間に、
（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞０．０３×１０−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０−８      ・・・（１）
の関係が成り立つことが必要である。
【０１０１】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、光ファイバ３３０が偏波保持ファイバであって偏波面保持特性を有することが好ましい。四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生するからである。
【０１０２】
以下、本実施形態の実施例を説明する。
【０１０３】
（実施例７）
【０１０４】
図２１は、実施例７の光源装置の構成図である。図２１に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３３１とを備える。
【０１０５】
光ファイバ３３１は、図２１に示すように、各区間の長さＬｉが全て５００［ｍ］であり、
Ｄ１＝２．０［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ２＝１．４［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ３＝０．８［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ４＝０．２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ５＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
Ｄ６＝−０．２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ＤＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］
Ｌ＝３［ｋｍ］
ｎ２＝２．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝５０［μｍ２］
の特性を有する。
【０１０６】
図２２は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３２１に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【０１０７】
図２２に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１２０００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約９６ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【０１０８】
（第４実施形態）
【０１０９】
図２３は、本発明の光源装置の第４実施形態の構成図である。図２３に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する、光ファイバ３４１と光ファイバ３４２とからなる光ファイバ３４０とを備える。
【０１１０】
図２４は、光ファイバ３４０の長手方向（光の進行方向）における、波長分散の分布を示すグラフである。図２４に示すように、（ｉ）光ファイバ３４１では、光増幅器２００からの高ピークパルス光の入射端での波長分散ＤＩＮが正の値であり、長手方向に沿って、波長分散Ｄが線形に減少し、（ｉｉ）光ファイバ３４２では、波長分散が小さな値を有する。
【０１１１】
こうした光ファイバは、各区間の波長分散値Ｄｉを有する、各区間の長さＬｉの光ファイバを接続することによって得られる。
【０１１２】
本実施形態の光源装置では、第１実施形態と同様に、光パルス発生器１００が発生した短パルス光が光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力され、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３４０の光ファイバ３４１に入力する。
【０１１３】
以後、第１実施形態と同様にして、光ファイバ３４１に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３４１内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３４１に入力した光は、波長分散が正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少しているとパルスは更に強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【０１１４】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負に変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【０１１５】
こうして生成されたＳＣ光は、光ファイバ３４１から出力され、光ファイバ３４２に入力し、光ファイバ３４２を伝搬後に出力される。
【０１１６】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、光ファイバ３４１の分散スロープの絶対値が小さいことが望ましく、また、分散スロープの長手方向に関する積分値の絶対値が小さい程、波長が異なる光での時間的な重なりが大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなる。
【０１１７】
更に、第１実施形態と同様に、光ファイバ３４１での自己位相変調や四光波混合の原因となる非線形光学効果であるカー効果は、非線形屈折率が大きい程、また、光強度密度が大きい程、発現しやすくなる。数１０ｎｍ以上の波長幅とするには、非線形屈折率ｎ２と実効コア断面積Ａｅｆｆと高ピークパルス光のピークパワーＰｐｅａｋとの間に、
（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞０．０３×１０−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０−８      ・・・（１）
の関係が成り立つことが必要である。
【０１１８】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、光ファイバ３４１が偏波保持ファイバであって偏波面保持特性を有することが好ましい。四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生するからである。
【０１１９】
以下、本実施形態の実施例を説明する。
【０１２０】
（実施例８）
【０１２１】
図２５は、実施例８の光源装置の構成図である。図２５に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成して出力する、光ファイバ３４６と光ファイバ３４７とからなる光ファイバ３４５とを備える。
【０１２２】
光ファイバ３４６は、図２５に示すように、
ＤＩＮ＝０．８［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ΔＤ＝２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］、
ＤＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］、
Ｌ＝０．５［ｋｍ］
ｎ２＝６．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝１０［μｍ２］
の特性を有する。
【０１２３】
また、光ファイバ３４７は、図２５に示すように、
ＤＩＮ〜０［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ΔＤ〜０［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］、
ＤＳＬＯＰ＝０．０１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］、
Ｌ＝２．５［ｋｍ］
ｎ２＝６．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝１０［μｍ２］
の特性を有する。
【０１２４】
図２６は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３３５に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【０１２５】
図２６に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１００００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約８０ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【０１２６】
なお、本実施例においては、第１実施形態に対する第２または第３実施形態と同様の変形が可能である。
【０１２７】
（第５実施形態）
【０１２８】
図２７は、本発明の光源装置の第５実施形態の構成図である。図２７に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する、光ファイバ３５１と光ファイバ３５２と光ファイバ３５３とからなる光ファイバ３５０とを備える。
【０１２９】
図２８は、光ファイバ３５０の長手方向（光の進行方向）における、波長分散の分布を示すグラフである。図２８に示すように、（ｉ）光ファイバ３５１では、波長分散Ｄが小さな値を有し、（ｉｉ）光ファイバ３５２では、高ピークパルス光の入射端での波長分散ＤＩＮが正の値であり、長手方向に沿って、波長分散Ｄが線形に減少し、（ｉｉｉ）光ファイバ３５３では、波長分散Ｄが小さな値を有する。
【０１３０】
こうした光ファイバは、各区間の波長分散値Ｄｉを有する、各区間の長さＬｉの光ファイバを接続することによって得られる。
【０１３１】
本実施形態の光源装置では、第１実施形態と同様に、光パルス発生器１００が発生した短パルス光が光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力され、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３５０の光ファイバ３５１に入力する。そして、光ファイバ３５１を伝搬後に光ファイバ３５２に入力する。
【０１３２】
以後、第１実施形態と同様にして、光ファイバ３５２に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３５２内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３５２に入力した光は、波長分散が正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少しているとパルスは更に強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【０１３３】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負へ変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【０１３４】
こうして生成されたＳＣ光は、光ファイバ３５２から出力され、光ファイバ３５３に入力し、光ファイバ３５３を伝搬後に出力される。
【０１３５】
なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、光ファイバ３５２の分散スロープの絶対値が小さいことが望ましく、また、分散スロープの長手方向に関する積分値が略０であると、波長が異なる光での時間的な重なりがほぼ理想的に大きくなるので、四光波混合が発生しやすくなる。
【０１３６】
更に、第１実施形態と同様に、光ファイバ３５２での自己位相変調や四光波混合の原因となる非線形光学効果であるカー効果は、非線形屈折率が大きい程、また、光強度密度が大きい程、発現しやすくなる。数１０ｎｍ以上の波長幅とするには、非線形屈折率ｎ２と実効コア断面積Ａｅｆｆと高ピークパルス光のピークパワーＰｐｅａｋとの間に、
（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞０．０３×１０−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０−８・・・（１）、
の関係が成り立つことが必要である。
【０１３７】
また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、光ファイバ３５１、３５２が偏波保持ファイバであって偏波面保持特性を有することが好ましい。四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生するからである。
【０１３８】
以下、本実施形態の実施例を説明する。
【０１３９】
（実施例９）
【０１４０】
図２９は、実施例９の光源装置の構成図である。図２９に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成して出力する、光ファイバ３５６と光ファイバ３５７と光ファイバ３５８とからなる光ファイバ３５５とを備える。
【０１４１】
光ファイバ３５６は、図２９に示すように、
ＤＩＮ＝０．２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ΔＤ〜０［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］、
ＤＳＬＯＰ＝０．０３５［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］、
Ｌ＝１［ｋｍ］
ｎ２＝５．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝１３．８５［μｍ２］
の特性を有する。
【０１４２】
また、光ファイバ３５７は、図２９に示すように、
ＤＩＮ＝０．８［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ΔＤ＝１［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］、
ＤＳＬＯＰ＝０．０３５［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］、
Ｌ＝１［ｋｍ］
ｎ２＝５．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝１３．８５［μｍ２］
の特性を有する。
【０１４３】
また、光ファイバ３５８は、図２９に示すように、
ＤＩＮ＝０．２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］、
ΔＤ〜０［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ２］、
ＤＳＬＯＰ＝０．０３５［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］、
Ｌ＝１［ｋｍ］
ｎ２＝５．０×１０−２０［ｍ２／Ｗ］
Ａｅｆｆ＝１３．８５［μｍ２］
の特性を有する。
【０１４４】
図３０は、本実施例で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフである。なお、光ファイバ３５５に入力する高ピークパルス光は、実施例１と同様とした。
【０１４５】
図３０に示すように、本実施例の光源装置では、波長＝１５５０［μｍ］の付近で、出力スペクトルにおけるフラットなピーク部分の光周波数の変位の幅ｗｆが約１２０００［ＧＨｚ］のＳＣ光が生成されて出力された。すなわち、本実施例の光源装置では、約９６ｎｍの波長幅のＳＣ光が出力された。
【０１４６】
なお、本実施例においては、第１実施形態に対する第２または第３実施形態と同様の変形が可能である。
【０１４７】
また、図３１に示すように、上記実施形態のＳＣ光用の光ファイバの所定位置Ｌ＝Ｌ０における零分散波長は、入射パルス光の波長λ０に一致する。波長λ０における光ファイバの入射端Ｌ＝０の波長分散をＤＩＮとし、光ファイバはどの位置においても、λ０±２０ｎｍの波長範囲において一定の分散スロープＤＳＬＯＰを有する。
【０１４８】
（第６実施形態）
【０１４９】
ＳＣ光を発生させるためには、必ずしも分散スロープＤＳＬＯＰがλ０±２０ｎｍの波長範囲において一定である必要はなく、図３２に示すように、波長分散Ｄはλ０±２０ｎｍの波長範囲において略一定（フラット（ＤＳＬＯＰ≒０）であってもよい。この光ファイバは所定の長さ方向のある位置において、２つの零分散波長を１５３０〜１５７０ｎｍの波長範囲内に有する。
【０１５０】
図３３は、図３２の特性を有するＳＣ光用光ファイバ３６０を用いた第６実施形態の光源装置を示す。図３３に示すように、この装置は、（ａ）所定波長のパルス光を発生する光パルス発生器１００と、（ｂ）光パルス発生器１００から出力されたパルス光を入力し、増幅して、高ピークパルス光を出力する光増幅器２００と、（ｃ）光増幅器２００から出力された高ピークパルス光を入力し、伝搬することによってＳＣ光を生成し、出力する光ファイバ３６０とを備える。光ファイバ３６０は、光増幅器２００からの高ピークパルス光の入射端での波長分散ＤＩＮが正の値であり、長手方向に沿って、所定波長範囲λ０±２０ｎｍ内の波長分散Ｄが線形に減少する。すなわち、長さＬ＝０における波長分散ＤはＤＩＮであり、長さＬ＝Ｌ０における波長分散Ｄは零であり、長さＬ＝Ｌにおける波長分散ＤはＤＯＵＴである。
【０１５１】
本実施形態の光源装置では、まず、光パルス発生器１００が、所定波長の短パルス光を発生する。光パルス光発生器１００から出力された短パルス光は、光増幅器２００に入力し、増幅され、高ピークパルス光となって出力される。そして、光増幅器２００から出力された高ピークパルス光が光ファイバ３６０に入力する。
【０１５２】
光ファイバ３６０に、高ピークパルス光が入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ３６０内での光パルス内に波長分布が発生する。光ファイバ３６０に入力した光は、波長分散Ｄが正の値である異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、パルス圧縮が進む。分散が長手方向に減少しているとパルスは更に強制的に圧縮される為、ピークパワーは増大する。これが更に非線形効果を助長し、スペクトルの拡大につながっている。
【０１５３】
圧縮された光パルスには、ある程度の波長範囲の波長の光が含まれているが、分散値が正から負へ変化する最中に、光カー効果による四光波混合の影響を強く受け、更に広い波長範囲の波長の光が発生する。こうして、ＳＣ光が生成される。
【０１５４】
図３４は、このＳＣ光ファイバ３６０から出射される出射光のスペクトルを示す。なお、光ファイバ３６０の長さＬは１ｋｍである。このＳＣ光の波長スペクトルのピーク波長λ０は１５５０ｎｍであり、最大強度より−２０ｄＢ低い強度レベルでの出射スペクトルが有する帯域幅をＳＣ帯域と定義すると、ＳＣ帯域は１００ｎｍ以上である。また、ピーク波長λ０±５０ｎｍの波長帯域内における出射光のスペクトルの平坦度、すなわち、この範囲内の出射光強度の最大値と最小値との差は１５ｄＢ以内である。
【０１５５】
なお、この光ファイバ３６０に逆方向から同一の光パルスを入射した場合、図３５に示すスペクトルが得られた。この場合、出射光のスペクトルの拡大は小さくＳＣ帯域で３０ｎｍ以下である。勿論、出射光のスペクトルの平坦度、すなわち、出射光強度の最大値と最小値との差は１５ｄＢよりも大きい。なお、最も左側のピークは雑音光のスペクトルである。
【０１５６】
また、図３６に示す波長分散特性を有し、分散Ｄが長さ方向に一定である光ファイバに図３４の光パルスと同一の光パルスを入力した場合、図３７に示すようなスペクトルが得られた。この光ファイバの長さＬは１ｋｍであり、このスペクトルの平坦度は１５ｄＢよりも大きい。なお、最も左側のピークは雑音光のスペクトルである。
【０１５７】
次に、ＳＣ光について説明する。図３８は、図３１に示した波長分散特性を有し、分散Ｄが長さ方向Ｌに沿って線形に減少した図１に示す光ファイバ３１０からの出力光のスペクトルを示す。この光ファイバの分散スロープＤＳＬＯＰは０．０３［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］であり、分散Ｄは３から−２［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］まで減少する。本スペクトルの半値全幅は１６０ｎｍであり、ピーク波長λ０±５０ｎｍの波長帯域内における出射光のスペクトルの平坦度、すなわち、出射光強度の最大値と最小値との差は１５ｄＢ以内である。したがって、ＳＣ光は、ピーク波長λ０±５０ｎｍの波長帯域におけるスペクトルの平坦度が１５ｄＢ以内であって、半値全幅が少なくとも３０ｎｍ以上であり、好ましくは１００ｎｍ以上の光である。
【０１５８】
この光ファイバ３１０に逆方向から光を入射した場合には、図３９に示すスペクトルが得られた。これはＳＣ光ではなく、この光のピーク波長λ０±５０ｎｍの波長帯域におけるスペクトルの平坦度は１５ｄＢよりも大きく、半値全幅は３０ｎｍよりも小さい。
【０１５９】
図４０は、この光ファイバ３１０の断面図である。この光ファイバ３１０はコア３１０ｘと、コア３１０ｘを取り囲む内側クラッド３１０ＩＣと、内側クラッド３１０ＩＣを取り囲む外側クラッド３１０ＯＣとを備える。コア３１０の直径ＤＣは、長さ方向（光の伝搬方向）に沿って線形に減少しており、内側クラッド３１０ＩＣの直径ＤＩＣは長さ方向に沿って線形に減少しており、外側クラッド３１０ＯＣの直径ＤＯＣは長さ方向に沿って線形に減少している。
【０１６０】
非線形光学効果を生ぜしめるためには、光ファイバ３１０の１ｋｍあたりの外径ＤＯＣの長さ方向変動量（ＤＯＣ／ｋｍ）は２μｍ／ｋｍ以上であることが好ましい。また、光ファイバ３１０の１ｋｍあたりの外径ＤＯＣに対するコアの直径ＤＣの比率（ＤＣ／ＤＯＣ）の長さ方向変動量（（ＤＣ／ＤＯＣ）／ｋｍ）は、０．５％／ｋｍ以上であることが好ましい。なお、光ファイバ１ｍあたりの平均外径が、長手方向に２μｍ以上増加又は減少している部分を含むこととしてもよい。また、光ファイバの外径に対するコアの直径の比が長さ方向に０．００５以上増加又は減少している部分を含むこととしてもよい。
【０１６１】
図４１は、図４０に示した光ファイバの径方向の屈折率分布を示す。コア３１０ｘと外側クラッド３１０ＯＣの比屈折率差△＋（＝（ｎｃ−ｎＯＣ）／ｎＯＣ）は１．２％、内側クラッド３１０ＩＣと外側クラッド３１０ＯＣの比屈折率差△−（＝（ｎＩＣ−ｎＯＣ）／ｎＯＣ）は−０．６％である。なお、ｎｃはコア３１０ｘの屈折率、ｎＩＣは内側クラッド３１０ＩＣの屈折率、ｎＯＣは外側クラッドの屈折率である。また、非線形屈折率ｎ２は３．８×１０−１６（ｃｍ２／Ｗ）であり、モードフィールド径ＭＦＤは５．２μｍである。
【０１６２】
図４２は、上記光源装置を用いた光源システムを示す。光源１００は、光ファイバリングレーザであり、１．５５μｍ帯のパルス光を発生する。光源１００と光ファイバ増幅器２００とは光ファイバＯＰ１で接続されている。光ファイバ増幅器２００は、エルビウム添加ファイバ増幅器である。光ファイバ増幅器２００から出射された１．５５μｍ帯のパルス光は、光ファイバＯＰ２を介して上記いずれかのＳＣ光発生用光ファイバＦに入力される。光ファイバＦは、ＳＣ光を出力する。光ファイバＦから出力されたＳＣ光は光ファイバＯＰ３を介して光分波器ＤＭに入力される。ＳＣ光は、波長λ１、λ２及びλ３の成分を含む。光分波器ＤＭは、筐体ＨＳと、筐体ＨＳに取付けられた入力ポートＰＩＮ、第１出力ポートＰ１、第２出力ポートＰ２、第３出力ポートＰ３と、筐体ＨＳ内に配置された複数の光学フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５を有する。光学フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５はダイクロイックミラーである。なお、この光分波器ＤＭは図示しない複数のレンズを内部に有する。
【０１６３】
光学フィルタＦ１は波長λ１の光を透過させ、波長λ２及びλ３の光を反射する。光学フィルタＦ２は少なくとも波長λ２及びλ３の光を反射する。光学フィルタＦ３は波長λ２の光を透過させ、波長λ３の光を反射する。光学フィルタＦ４は少なくとも波長λ３の光を反射する。光学フィルタＦ１を通過した波長λ１の光は、出力ポートＰ１に入力され、光ファイバＯＰ４を介して出力される。光学フィルタＦ３を通過した波長λ２の光は、出力ポートＰ２に入力され、光ファイバＯＰ５を介して出力される。光学フィルタＦ４で反射された波長λ３の光は出力ポートＰ３に入力され、光ファイバＯＰ６を介して出力される。
【０１６４】
上述の分散Ｄが光の進行方向に減少した光ファイバＦは、ＳＣ光の生成のみではなく、アイドラ光の生成にも用いることができる。
【０１６５】
図４３は、アイドラ光を発生する光源装置を示す。この装置は、１．５５μｍ帯の励起光（ポンプ光）を出射する光源１００と、光ファイバＯＰ１で接続され、励起光を増幅するエルビウム添加光ファイバ増幅器２００と、励起光及び複数の信号光λ１０及びλ２０が光ファイバＯＰ７を介して入力される光合波器ＷＤＭと、光合波器ＷＤＭで合波された光が入力される光ファイバＯＰ８及び光ファイバＦと、光ファイバＦから出射された光が入力される光ファイバＯＰ９とを有する。
【０１６６】
なお、励起光λＰのピークパワーは、励起光λＰ自身が光ファイバＦを通過することによってＳＣ光とならない程度に弱い。光合波器ＷＤＭには、複数の信号光λ１０及びλ２０が光ファイバＯＰ７を介して入力される。
【０１６７】
図４４は、光ファイバに入力される励起光λＰ、信号光λ１０，λ２０及び出射光λ１０’，λ２０’と光強度との関係を示す。信号光λ１０が光ファイバＦに入力されると、励起光の波長λＰに対して対称な位置の波長の光、アイドラ光λ１０’（＝λＰ−（λ１０−λＰ））が光ファイバＦ内で発生し、出射される。信号光λ２０が光ファイバＦに入力されると、励起光の波長λＰに対して対称な位置の波長の光、アイドラ光λ２０’（＝λＰ−（λ２０−λＰ））が光ファイバＦ内で発生し、出射される。すなわち、波長λ１０’，λ２０’を有するアイドラ光は、波長λ１０，λ２０を有する信号光と位相共役の関係にある。ここで、アイドラ光は四光波混合によって生成されていると考えられる。なお、光ファイバＦの分散Ｄは長さ方向に沿って減少しており、したがって、分散スロープが正の場合、零分散波長λ０が長さ方向に沿って増加する。励起光源１００から出射される励起光の波長λＰは変えることができる。したがって、信号光λ１０，λ２０の波長を変えることなく、波長λＰを変えることによって、アイドラ光λ１０’，λ２０’の波長を変えることができ、その時のアイドラ光のパワーが急激に小さくなることを避けることができる。
【０１６８】
図４５〜図５１は、励起光の波長λＰ（ｎｍ）とアイドラ光λ１０’（又はλ２０’）の強度（パワー）との関係を示すグラフである。励起光と信号光の入射パワーは各々１０ｄＢｍである。
【０１６９】
図４５は、励起光の波長λＰ（ｎｍ）と信号光の波長λ１０（ｎｍ）との波長差△λを５ｎｍとしつつ、励起光の波長λＰを可変した場合の励起光の波長λＰ（ｎｍ）とアイドラ光λ１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ０は長さ方向に沿って一定であり、１５５０ｎｍである。この場合、励起光の波長λＰが零分散波長λ０に一致した場合に、高いアイドラ光λ１０’の強度が得られているが、λＰが１５３９ｎｍや１５６１ｎｍの付近でアイドラ光の出力パワーが急激に小さくなる、効率の谷が現われていることが分かる。
【０１７０】
図４６は、励起光の波長λＰ（ｎｍ）と信号光の波長λ１０（ｎｍ）との波長差△λを５ｎｍとし、励起光の波長λＰを可変した場合の励起光の波長λＰ（ｎｍ）とアイドラ光λ１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ０は長さ方向に沿って１５４５ｎｍ〜１５５５ｎｍの間で線形に変化する。この場合、前記と同様に励起光の波長λＰが零分散波長λ０に一致した場合に、高いアイドラ光λ１０’の強度が得られているが、λＰを変えた時のアイドラ光の出力パワーの変化が小さくなっている。
【０１７１】
図４７は、励起光の波長λＰ（ｎｍ）と信号光の波長λ１０（ｎｍ）との波長差△λを５ｎｍとし、励起光の波長λＰを可変した場合の励起光の波長λＰ（ｎｍ）とアイドラ光λ１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ０は長さ方向に沿って１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍの間で線形に変化する。この場合、前記と同様に励起光の波長λＰが零分散波長λ０に一致した場合に、高いアイドラ光λ１０’の強度が得られているが、λＰをアイドラ光の出力パワーの変化が前述よりも更に小さくなり、λＰ依存性の低い、すなわち、広帯域利用可能なファイバであることが分かる。
【０１７２】
図４８は、信号光の波長λ１０（ｎｍ）を１５６０ｎｍとし、励起光の波長λＰを可変した場合の励起光の波長λＰ（ｎｍ）とアイドラ光λ１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ０は長さ方向に沿って一定であり、１５５０ｎｍである。この場合、励起光の波長λＰが零分散波長λ０に一致するかλ０に近い場合に、高いアイドラ光λ１０’の強度が得られる。しかし、λＰがλ０よりも短くなるとアイドラ光の強度は急激に減少する。
【０１７３】
図４９は、信号光の波長λ１０（ｎｍ）を１５６０ｎｍとし、励起光の波長λＰを可変した場合の励起光の波長λＰ（ｎｍ）とアイドラ光λ１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ０は長さ方向に沿って１５４２ｎｍ〜１５５２ｎｍの間で線形に変化する。この場合、励起光の波長λＰが零分散波長λ０の範囲内にある場合と、信号光の波長λ１０から５ｎｍ以内にある場合に、高いアイドラ光λ１０’の強度が得られているが、前記条件と異なり、λＰが１５５０ｎｍより短くなってもアイドラ光の強度はそれほど減少していない。なお、零分散波長λ０は長さ方向に５ｎｍ以上線形に変化していれば高いアイドラ光λ１０’の強度が得られることも確認している。
【０１７４】
図５０は、信号光の波長λ１０（ｎｍ）を１５６０ｎｍとし、励起光の波長λＰを可変した場合の励起光の波長λＰ（ｎｍ）とアイドラ光λ１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ０は長さ方向に沿って１５４５ｎｍ〜１５５５ｎｍの間で線形に変化する。この場合、１５４５ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長範囲内において略均一なアイドラ光λ１０’の強度が得られる。これはλｐを可変にしてもアイドラ光の出力強度が変わらないことを意味し、アイドラ光の波長に任意性を持たせる、即ち、広帯域化が実現できることになる。
【０１７５】
図５１は、信号光の波長λ１０（ｎｍ）を１５６０ｎｍとし、励起光の波長λＰを可変した場合の励起光の波長λＰ（ｎｍ）とアイドラ光λ１０’の強度（ｄＢｍ）との関係を示す。長さ１ｋｍの光ファイバＦの零分散波長λ０は長さ方向に沿って１５４７ｎｍ〜１５５７ｎｍの間で線形に変化する。この場合、この場合、１５５０ｎｍ〜１５６０ｎｍの波長範囲内において略均一なアイドラ光λ１０’の強度が得られており、図５０の場合と同様、広帯域化が可能である。
【０１７６】
アイドラ光を効率良く発生させるためには、励起光の波長λＰが零分散波長λ０と一致していることが望ましい。本光ファイバＦの零分散波長λ０は、長手方向に異なっており、その範囲が励起光の波長λＰを含んでいる。励起光の波長λＰは、光ファイバＦの長手方向の所定位置における所定の零分散波長λ０と一致する。したがって、本光ファイバＦは、励起光の波長λＰによらず、アイドラ光λ１０’，λ２０’を効率的に発生させることができる。なお、アイドラ光を効率良く発生させるためには、光ファイバＦの信号光の波長帯内の分散スロープＤＳＬＯＰの絶対値が０．０４［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］以下であることが好ましい。また、信号光の波長帯内の分散ＤはファイバＦの長さ方向に減少もしくは増加する領域を含んでいることが好ましい。
【０１７７】
また、光ファイバＦの非線形屈折率がｎ２、実効コア断面積がＡｅｆｆ、励起光λＰのピークパワーがＰｐｅａｋの時、非線形光学効果を生ぜしめるためには、ｎ２≧３．２×１０−２０（ｍ２／Ｗ）、Ａｅｆｆ≦５０×１０−１２（ｍ２）、Ｐｐｅａｋ≧１０×１０−３（Ｗ）であることが好ましく、したがって、（ｎ２／Ａｅｆｆ）×Ｐｐｅａｋ≧６．４×１０−１２であることが好ましい。また、非線形光学効果を生ぜしめるためには、ｎ２≧４×１０−２０（ｍ２／Ｗ）であることがさらに好ましい。また、非線形光学効果を生ぜしめるためには、図４０に示したコア３１０ｘと外側クラッド３１０ＯＣの比屈折率差△＋（＝（ｎｃ−ｎＯＣ）／ｎＯＣ）は１．２％以上、内側クラッド３１０ＩＣと外側クラッド３１０ＯＣの比屈折率差△＋（＝（ｎＯＣ−ｎＩＣ）／ｎＯＣ）は−０．６％以下であることが好ましい。なお、本例では、外側クラッド３１０ＯＣの屈折率ｎＯＣは石英の屈折率である。
【０１７８】
本発明は、上記の実施形態や実施例に限定されるものではなく変形が可能である。例えば、波長分散の減少の態様は、指数関数的などであってもよいし、また、ＳＣ光生成用の光ファイバの具体的な態様は、上記の実施例の数値の態様には限定されない。
【０１７９】
以上、説明したように、本発明に係る光ファイバは、入力される所定波長のパルス光に応じて非線形現象光を出力する光ファイバであって、非線形現象光の主要生成領域は、パルス光の進行に伴い、波長分散が正の値から減少する分散減少領域を備えることを特徴とする。非線形現象光は、スーパーコンティニウム光又はアイドラ光等の非線形現象によって発生する光である。光ファイバが、上記分散減少領域を備える場合、これらの非線形現象光が効率的にかつ広帯域に発生する。
【０１８０】
また、分散減少領域内において、パルス光の進行方向に伴って波長分散が、正の値から負の値まで減少している場合には更に効率的にスーパーコンティニウム光が発生する。信号光と異なる波長のポンプ光を入力して、所定の波長領域で非線形現象光を生成する光ファイバであって、信号光波長帯で分散スロープの絶対値が０．０４（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下であり、光ファイバの長手方向に零分散波長を５ｎｍ以上増加又は減少させた場合には、アイドラ光等の非線形現象光が効率的に発生する。
【０１８１】
この分散減少領域は、所定位置で１．５μｍ帯の零分散波長を有することが好ましい。この場合、入力されるパルス光を励起光として信号光を同時に前記光ファイバに導入すると、効率的にアイドラ光等の非線形現象光を発生させることができる。
【０１８２】
分散減少領域は、偏波保持ファイバを含むことが望ましく、非線形現象光の発生するための四光波混合が発生しやすくなり、さらに効率的に非線形現象光を発生させることができる。
【０１８３】
また、光ファイバ１ｍあたりの平均外径が長手方向に２μｍ以上増加又は減少している部分を含む場合や、光ファイバの外径に対するコアの直径の比が長さ方向に０．００５以上増加又は減少している部分を含む場合には、効率的に非線形現象光を発生させることができる。
【０１８４】
さらに、非線形現象光の発生のためには、分散減少領域は、コア及びコアを囲むクラッドを有し、コアの直径及びクラッドの直径は共に長手方向に沿って減少している部分を含むことが望ましく、コアの石英に対する比屈折率差は＋１．２％以上であり、クラッドのコア近傍の石英に対する比屈折率差は−０．６％以下であることが望ましい。
【０１８５】
また、非線形現象光を発生させるためには、分散減少領域の所定波長領域内の分散スロープは、−０．１（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以上、０．１（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下であることが望ましい。
【０１８６】
この分散減少領域の所定波長領域内の分散スロープの絶対値が、０．０４（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下である場合には、アイドラ光等の非線形現象光を効率的に発生させることができる。
【０１８７】
非線形現象光を発生させるためには、前記パルス光のピークパワーＰｐｅａｋ、分散減少領域の非線形屈折率ｎ２、及び実効コア断面積Ａｅｆｆは、（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞４．５×１０−１０の関係を満たすことが望ましい。
【０１８８】
また、パルス光のピークパワーＰｐｅａｋ、分散減少領域の非線形屈折率ｎ２、及び実効コア断面積Ａｅｆｆは、（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞６．４×１０−１２の関係を満たすことが更に望ましい。
【０１８９】
この場合、特に非線形屈折率ｎ２が、４×１０−２０（ｍ２／Ｗ）以上であれば更に好適に非線形現象光を発生させることができる。
【０１９０】
また、本発明の光源装置は、前記光ファイバと、光ファイバの一端に光学的に結合しパルス光を出射する光源とを備えることを特徴とする。
【０１９１】
また、本発明の光源システムは、前記光ファイバと、光ファイバの一端に光学的に結合しパルス光を出射する光源と、光ファイバの他端に光学的に結合した光分波器を備えたことを特徴とする。光源から出射されたパルス光は光ファイバに入射して広い波長範囲のスーパーコンティニウム光等の非線形現象光として出力されるが、これは光分波器で波長毎に分離され、波長多重の通信に利用することができる。
【０１９２】
また、本発明の光源システムは、前記光ファイバと、光ファイバの一端に光学的に結合しパルス光を出射する光源と、パルス光とともに複数の信号光をファイバの一端に結合させる光合波器とを備えたことを特徴とする。複数の信号光は励起光とともに光合波器によって光ファイバに入力されるため、複数のアイドラ光を発生させることができる。
【０１９３】
また、励起光を発生する光源と、励起光及び信号光が入力され、非線形現象光を出射する光ファイバとを備えた光源装置において、信号光の波長帯における光ファイバの分散スロープの絶対値は０．０４（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）以下であり、光ファイバの零分散波長は励起光の波長を含む所定の波長範囲内で光ファイバの長手方向に沿って変化している場合には、アイドラ光等の非線形現象光の発生を行うことができる。本発明では、励起光の波長の値に拘らず、光ファイバのいずれかの地点において零分散波長とこれを一致させることができるため、効率的にアイドラ光等の非線形現象光の発生させることができる。特に、励起光の波長が可変可能である場合には、アイドラ光は信号光に対して対称な位置の波長を有するため、励起光の波長を変えることによって、信号光の波長を変えることなくアイドラ光の波長を変えることができる。
【０１９４】
なお、上述の現象発生の考えられる原理等について以下に説明する。すなわち、上記光ファイバでは、高ピークパルス光が分散減少領域に入力すると、光カー効果によって、光が感じる屈折率が変化し、光波の自己位相変調が発生する。この結果、光ファイバ内での光の波長分布に、パルス光の立ち上がりで波長が長く、パルス光の立ち下がりで波長が短い負のチャープが発生する。分散減少領域に入力した光は、少なくとも当初は、異常分散の領域を進行するので、波長の長い方が群速度の遅い異常分散領域では、波長分布の発生とパルス圧縮とが同時に進行する。
【０１９５】
分散が長手方向に減少していると、圧縮が更に効率的に行われてパルスピークパワーが大きくなるが、すると非線形現象がより起こりやすくなり、スペクトルの広がりが発生する。
【０１９６】
光カー効果の自己位相変調、四光波混合等によって、このように広い波長範囲の波長の光を得ることができ、スーパーコンティニウム光となる。効率的な四光波混合を促進するためには、異なる波長の光が略同一時刻かつ略同一位置に存在して相互作用する必要があるが、こうした相互作用を効率良く行なうには、異なる波長の光の間での群速度の差が小さいことが望ましい。
【０１９７】
光が進行するべき方向において、異常分散で始まって、波長分散が減少する分散減少領域を備える光ファイバでは、スーパーコンティニウム光発生の主要部である分散減少領域で、主に自己位相変調や四光波混合等よりスーパーコンティニウム光を生成している。
【０１９８】
そして、波長分散が光の進行方向で変化することにより、四光波混合が発生する光の波長付近で零分散波長の一種の走査が行われることになるので、様々な波長の光同士で四光波混合が発生しやすくなり、広い波長範囲の波長の光が生成される。この結果、広い波長範囲でのスーパーコンティニウム光が発生する。
【０１９９】
なお、分散減少領域以外の部分は、スーパーコンティニウム光の波長範囲で分散の絶対値が小さいこと、また、分散スロープの絶対値の小さな分散フラットファイバを使用することが、四光波混合およびスーパーコンティニウム光に含まれる各波長の光の相互作用長が長くなる点から望ましい。
【０２００】
分散減少領域は波長分散が異なる複数の光ファイバを備え、これらの複数の光ファイバが長手方向に縦続接続されている構成でもよい。
【０２０１】
波長分散が異なる複数の光ファイバを長手方向に縦続接続して、光ファイバを構成するので、この光ファイバを容易に製造可能である。
【０２０２】
なお、上記光ファイバにおいて、（ｉ）正の値である第１の平均波長分散値を有する第１の光ファイバと、（ｉｉ）第１の平均波長分散値よりも小さな第２の平均波長分散値を有するとともに、第１の光ファイバの光を出射すべき端面に光を入射すべき端面が接続された第２の光ファイバとを備えることを特徴としてもよい。この光ファイバでは、光の進行方向における波長分散の減少変化が離散的となるが、自己位相変調や四光波混合等の発生について上記と同様に作用する。なお、この光ファイバでは、光の進行方向で波長分散が増加しない構成とすることを条件に、更に適当な波長分散値を有する光ファイバを第２の光ファイバの下流側に縦続接続してもよい。
【０２０３】
分散減少領域の各位置における、スーパーコンティニウム光の生成波長域での波長に関する分散スロープが、−０．１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］〜０．１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］である場合、分散減少領域の各位置における波長間での分散の差が小さい。したがって、非線形光学効果である光カー効果が効率的に発現し、広い波長範囲のスーパーコンティニウム光を生成することができる。
【０２０４】
また、広い波長範囲のスーパーコンティニウム光の生成の観点からは、分散スロープの絶対値は小さい程好ましい。例えば、分散スロープ値が、−０．０４［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］〜０．０４［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］となる分散フラットファイバを使用することが好ましい。
【０２０５】
なお、分散スロープに関しては絶対値が問題であり、絶対値が同一であれば、値の符号が異なっていても、スーパーコンティニウム光の波長幅への寄与はあまり変わらない。
【０２０６】
分散減少領域において、光が進行すべき方向で、分散スロープが、例えば、正の値から負の値まで、または、負の値から正の値まで変化し、分散スロープが一定である場合よりも群遅延差が低減される場合、分散減少領域での分散スロープを、光の進行方向で極性が変化する程度に変化させることにより、分散スロープが一定である場合よりも、分散減少領域における群遅延差を低減することができる。この結果、各波長の光の時間領域での重なりが増加し、効率的にスーパーコンティニウム光を発生することができる。
【０２０７】
分散減少領域が１．５μｍ帯に零分散波長を有する場合には、以下の利点を有する。近年、石英ガラスを主材とする光ファイバの使用にあたって、光ファイバを伝搬させる光としては、伝送損失が低い１．５μｍ帯の波長の光が多用される。したがって、波長分散による波形の歪の防止の観点から、光ファイバとして、１．５μｍ帯に零分散波長を有する光ファイバが使用される。この場合、１．５μｍ帯に零分散波長を有するので、１．５μｍ帯の波長を有するスーパーコンティニウム光の成分については、波長分散の影響が低減され、好適なスーパーコンティニウム光の出力を得ることができる。なお、１．３μｍ帯でのＳＣ光の発生を行う場合には、零分散波長を１．３μｍ帯の波長に設定することが好適である。
【０２０８】
更に、零分散波長を１．３μｍ帯または１．５μｍ帯の波長として、１．３μｍ帯および１．５μｍ帯のＳＣ光を発生させることも可能である。
【０２０９】
上記分散減少領域が偏波保持特性を有する場合、以下に利点を有する。非線形光学効果の発現の度合いは、媒体物質の組成と伝搬光の偏波面の方向とに依存する。したがって、このように分散減少領域が偏波保持特性を有する場合、同一の条件で、時間を隔てて光パルスが入力した場合、同様の非線形光学効果が発現し、安定したスーパーコンティニウム光の発生が行なわれる。また、四光波混合については、相互作用する２つの光が同一の偏波面方向を有する場合に、最も良く四光波混合が発生する。したがって、この光ファイバでは、スーパーコンティニウム光の発生の過程で偏波面が保持されるので、自己位相変調や四光波混合によって発生した各波長の光は同様の偏波面方向を有し、効率良くスーパーコンティニウム光を発生することができる。
【０２１０】
分散減少領域において、非線形屈折率ｎ２と実効コア断面積Ａｅｆｆと入射したパルス光のピークパワーＰｐｅａｋとの間に、（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞０．０３×１０−８［１／Ｗ］×１．５［Ｗ］＝０．０４５×１０−８、の関係が成り立つ場合、以下の利点を有する。屈折率ｎは、入力光のパワーレベルＰの関数であり、ｎ（Ｐ）＝ｎ０＋（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐ・・・（２）、ここで、ｎ０：０次屈折率、と表すことができる。そして、（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐが大きい程、非線形光学効果の発現が顕著となり、効率良くスーパーコンティニウム光が生成される。なお、入力光のパワーレベルＰが同一であれば、（ｎ２／Ａｅｆｆ）が大きい程、非線形光学効果の発現が顕著となり、効率良くスーパーコンティニウム光が生成される。
【０２１１】
この光ファイバでは、（ｎ２／Ａｅｆｆ）・Ｐｐｅａｋ＞０．０４５×１０−８としたので、効率的に数１０ｎｍ以上の波長幅でＳＣ光が生成される。なお、通常の半導体レーザと光ファイバ増幅器とを用いた場合に容易に得られるピークパワーレベルＰｐｅａｋは１．５［Ｗ］程度であるので、（ｎ２／Ａｅｆｆ）＞０．０３［１／Ｗ］とすることで、効率的に数１０ｎｍ以上の波長幅でＳＣ光が生成される。
【０２１２】
また光源装置は、（ａ）所定の波長の高ピークパルス光を発生するパルス光発生手段と、（ｂ）パルス光発生手段が発生した高ピークパルス光を入力し、スーパ−コンティニウム光を生成する上記光ファイバとを備える。この光源装置では、パルス光発生手段が所定の波長の高ピークパルス光を発生し、発生した高ピークパルス光を上記光ファイバへ入力する。高ピークパルス光がこの光ファイバに入力して進行すると、上記で説明したように、スーパーコンティニウム光を生成し、光源の出力として出力する。
【０２１３】
このパルス光発生手段は、（ｉ）短パルス光を発生するパルス光発生器と、（ｉｉ）パルス光発生器から出力された短パルス光を入力し、増幅して出力する光増幅器とを備えていてもよい。この場合、高ピークパルス光の発生にあたっては、パルス光発生器が発生した短パルス光を、光増幅器で増幅することにより、高ピークパルス光を得ることとすることにより、パルス光発生器が単体で高ピークパルス光を発生することを必要とせずに済み、容易にスーパーコンティニウム光を出力する光源を実現できる。なお、上記光ファイバはスーパーコンティニウム光だけななく、アイドラ光の発生にも有効である。
【産業上の利用可能性】
【０２１４】
本発明は、高ピークパワーの光パルスの入射による非線形光学効果に基いて発生するスーパーコンティニウム光又はアイドラ光等の非線形現象光を出射する光ファイバ及び光源装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２１５】
【図１】第１実施形態の光源装置の構成図。
【図２】第１実施形態で使用する光ファイバ３１０の説明図。
【図３】非線形屈折率と実効コア断面積との比の値とＳＣ光の波長幅との関係を示すグラフ。
【図４】実施例１の光源装置の構成図。
【図５】実施例１の光源装置での高ピークパルス光と生成されたＳＣ光とのスペクトルを示すグラフ。
【図６】実施例２の光源装置の構成図。
【図７】実施例２の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図８】実施例３の光源装置の構成図。
【図９】実施例３の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図１０】実施例４の光源装置の構成図。
【図１１】実施例４の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図１２】実施例４の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図１３】実施例５の光源装置の構成図。
【図１４】実施例５の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図１５】第２実施形態の光源装置の構成図。
【図１６】第２実施形態で使用する光ファイバ３２０の構成図。
【図１７】実施例６の光源装置の構成図。
【図１８】実施例６の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図１９】第３実施形態の光源装置の構成図。
【図２０】第３実施形態で使用する光ファイバ３２０の構成図。
【図２１】実施例７の光源装置の構成図。
【図２２】実施例７の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図２３】第４実施形態の光源装置の構成図。
【図２４】第４実施形態で使用する光ファイバ３２０の構成図。
【図２５】実施例８の光源装置の構成図。
【図２６】実施例８の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図２７】第５実施形態の光源装置の構成図。
【図２８】第５実施形態で使用する光ファイバ３２０の構成図。
【図２９】実施例９の光源装置の構成図。
【図３０】実施例９の光源装置で生成されたＳＣ光のスペクトルを示すグラフ。
【図３１】波長λ（ｎｍ）と波長分散Ｄとの関係を示すグラフ。
【図３２】波長λ（ｎｍ）と波長分散Ｄとの関係を示すグラフ。
【図３３】第６実施形態の光源装置の構成図。
【図３４】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図３５】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図３６】波長λ（ｎｍ）と波長分散（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）との関係を示すグラフ。
【図３７】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図３８】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図３９】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図４０】光ファイバの断面図。
【図４１】光ファイバ直径に沿った屈折率分布を示す図。
【図４２】ＳＣ光源装置を用いたシステムの構成図。
【図４３】アイドラ光源装置を用いたシステムの構成図。
【図４４】波長λ（ｎｍ）と光強度との関係を示すグラフ。
【図４５】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図４６】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図４７】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図４８】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図４９】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図５０】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【図５１】波長λ（ｎｍ）と光強度（ｄＢｍ）との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【０２１６】
１００・・・パルス発生器、２００・・・光増幅器、３１０，３２０，３３０，３４０，３５０・・・光ファイバ、３４１，３４２，３５１，３５２，３５３・・・光ファイバ。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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