(57)【要約】  本発明の実施形態は、一般に非線形効果による光モード変換に関わる。より具体的には、本発明の実施形態は、複雑な応用に対して、光を異なる波長を有するモード間で変換するためにモード間四波混合を利用する、非線形モード変換に関わる。本発明の一つの実施形態において、ファイバは、第１のモードで、第１の波長において光を受けるための入力端と、所望の第２のモードで、所望の第２の波長において光を出力するための出力端を備え、前記第１の波長と前記第２の波長は同じでない。多くの実施形態において、ファイバは高次モードファイバを含む。
2015505064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のモードで、第１の波長において、光を受けるための入力端と、
所望の第２のモードで、モード間四波混合過程に含まれるモードの分散プロファイルを変えることにより制御される所望の第２の波長において、光を出力するための出力端とを備え、
前記第１の波長と前記第２の波長は同じでない、ファイバ。
【請求項２】
高次モードファイバを備える、請求項１に記載のファイバ。
【請求項３】
前記第１の波長における前記第１のモードを前記所望の第２の波長における前記第２のモードに変換するためにモード間四波混合を適用するための手段をさらに備える、請求項１に記載のファイバ。
【請求項４】
前記モード間四波混合に含まれるモードの位相が整合している、請求項１に記載のファイバ。
【請求項５】
前記モード間四波混合過程に含まれるモードの間で、零でない場の重なり積分が存在する、請求項１に記載のファイバ。
【請求項６】
第１のモードで、第１の波長において、入力光を提供するための光源と、
第１のモードで、第１の波長において、光を受けるための入力端と、所望の第２のモードで、モード間四波混合過程に含まれるモードの分散プロファイルを変えることにより制御される所望の第２の波長において、光を出力するための出力端とを備えるファイバとを備え、
前記第１の波長と前記第２の波長は同じでない、非線形モード変換のためのシステム。
【請求項７】
前記ファイバが高次モードファイバを備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の波長における前記第１のモードを前記所望の第２の波長における前記第２のモードに変換するためにモード間四波混合を適用するための手段をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のモードの位相が前記第２のモードの位相と整合する、請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のモードと前記第２のモードの間で、零でない場の重なり積分が存在する、請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
第１のモードで第１の波長において入力光を生成することができる光源を用意すること、
前記光源から前記入力光を受けるための入力端と所望の第２のモードで所望の第２の波長において出力光を出力するための出力端を有するファイバを用意すること、
前記光源において入力光を生成すること、および
入力光を出力光に変換するためにモード間四波混合を適用するための手段を利用することを含み、
前記第１の波長と前記第２の波長は同じでない、光の非線形モード変換の方法。
【請求項１２】
前記ファイバが高次モードファイバを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の波長が、前記の第１のモードと第２のモードの分散プロファイルを変えることにより制御され得る、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
モード間四波混合による前記の入力光の出力光への変換が、前記第１の波長における前記第１のモードを前記所望の第２の波長における前記第２のモードに変換する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のモードの位相が前記第２のモードの位相と整合する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のモードと前記第２のモードの間で、零でない場の重なり積分が存在する、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１１年１２月６日に出願された「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｍｏｄｅ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ」と題する米国仮出願特許第６１／５６７，１２９号に基づく優先権を主張し、この出願の開示はその全体が参照によりここに組み込まれる。本出願はまた、２０１２年１０月９日に出願された米国出願特許第１３／９４５，４７５号の一部継続出願であり、この出願の開示はその全体が参照によりここに組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、一般に非線形効果（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｅｆｆｅｃｔ）による光モード変換（ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｏｄｅ  ｖｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）に関わる。より具体的には、本発明の実施形態は、複雑な応用に対して光をモード間で変換するためにモード間四波混合（ｉｎｔｅｒｍｏｄａｌ  ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ  ｍｉｘｉｎｇ）を利用する、非線形モード変換（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｍｏｄｅ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）に関わる。
【背景技術】
【０００３】
単一より多くのモードに対応する光ファイバを利用するためには、多くの用途に対して、光を１つのモードから他のモードに結合／変換する手段を持つことが望ましい。線形変換過程（ｌｉｎｅａｒ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）に基づいてこのような光の変換を行うための、多くの既知の手段がある。これらの線形変換法の中には、長周期回折格子（ｌｏｎｇ  ｐｅｒｉｏｄ  ｇｒａｔｉｎｇｓ）、位相板（ｐｈａｓｅ  ｐｌａｔｅｓ）または空間光変調器（ｓｐａｔｉａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）のような従来のモード変換器をファイバと共に用いることを含む。
【０００４】
典型的な線形モード変換過程（ｌｉｎｅａｒ  ｍｏｄｅ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）では、光は基本（ＬＰ０１）モードで提供されてよい。光を異なるモード、例えばＬＰ０２に変換するために、光は従来のモード変換器を通過させられる。従来のモード変換器を使うときは、変換された光は入射光と同一の波長で生成されるのが通常であり、多くの用途に対して、これは許容できるかまたは望ましいことである。しかし、ある事例では、変換された光が元の入射光とは異なる波長で生成されるため、与えられた用途での動作バンド幅が増加することがあり得る。
【０００５】
四波混合は非線形光学（ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ  ｏｐｔｉｃｓ）における相互変調現象（ｉｎｔｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）であり、そこでは２つの波長間の相互作用が信号中に２つの追加の波長を生成する。通常は、四波混合は同じモード内において種々の波長と共に利用される。このように、モード変換を達成するために四波混合を利用することは、伝統的には回折格子（ｇｒａｔｉｎｇ）または他の形態の既知のモード変換器を必要とする。
【０００６】
従って、波長変換、パラメトリック増幅、高速スイッチング、光サンプリング、パルス圧縮、光再生（ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）等のような信号処理によってさらに増すであろう、全く新しい用途領域を開拓するために、非線形モード変換の方法に対する要求がある。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の実施形態は、一般に非線形効果による光モード変換に関わる。より具体的には、本発明の実施形態は、複雑な応用に対して、光をモード間および波長間で変換するためにモード間四波混合を利用する、非線形モード変換に関わる。
【０００８】
本発明の一つの実施形態において、ファイバは、第１のモードで、第１の波長において光を受けるための入力端と、所望の第２のモードで、所望の第２の波長において光を出力するための出力端を備え、ここに、前記第１の波長と前記第２の波長は同じでない。多くの実施形態において、ファイバは高次モードファイバを含む。
【０００９】
他の実施形態で、非線形モード変換のためのシステムは、第１のモードで第１の波長において入力光を提供するための光源と、前記光源から前記入力光を受けるための入力端と所望の第２のモードで所望の第２の波長において光を出力するための出力端を備えるファイバを含み、前記第１の波長と前記第２の波長は同じでない。
【００１０】
さらに他の実施形態で、光の非線形モード変換の方法は、第１のモードで第１の波長において入力光を生成することができる光源を用意すること、前記光源から前記入力光を受けるための入力端と所望の第２のモードで所望の第２の波長において出力光を出力するための出力端を有するファイバを用意すること、前記光源において入力光を生成すること、および入力光を出力光に変換するためにモード間四波混合の手段を利用することを含み、前記第１の波長と前記第２の波長は同じでない。
【００１１】
本発明の一つの実施形態によれば、第１と第２のモードの間の位相整合条件を用い、かつ零でない場（ｎｏｎｚｅｒｏ  ｆｉｅｌｄ）の重なり積分（ｏｖｅｒｌａｐ  ｉｎｔｅｇｒａｌ）を持ち、ファイバ中でモード間四波混合過程（ｉｎｔｅｒｍｏｄａｌ  ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ  ｍｉｘｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を有することが可能であるように、ファイバが設計される。
【００１２】
上述した本発明の特徴を詳細に理解し得る態様と、簡潔に概要を上述した本発明の実施形態の更に具体的な説明が、添付された図面に描かれる実施形態を参照することによって得られ得る。しかし、添付された図面は、本発明の範囲内に含まれる実施形態のうちの典型的な実施形態だけを描くものであり、従って、本発明は他の等しく効果的な実施形態を認めてよいので、限定するものと考えるべきでないということに注意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の１つの実験的な実施形態による、高次モードファイバのＬＰ０１とＬＰ０２のモードの有効屈折率（左）と、ストークスシフト（Ω）の関数としての１０６４ｎｍのポンプ波長でのＬＰ０１とＬＰ０２の間の伝搬定数不整合Δβとを示すグラフを表し、Δβは２β０１，Ｐ−β０１，Ａ（Ω）−β０２，Ｓ（Ω）と書かれ、βは伝搬定数であり、添え字はＬＰ０１モード（０１）とＬＰ０２モード（０２）におけるポンプ（Ｐ）、反ストークス（Ａ）、ストークス（Ｓ）を示し、Ωはストークスシフトである。
【図２】図２は、本発明の実験的な実施形態による、１１ｎＪ、１４ｎＪ、および２１ｎＪの入力パルスエネルギーによる、１．７５ｍのＨＯＭファイバからの出力スペクトルと、（ａ）反ストークス光の強度自己相関トレース（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ  ｔｒａｃｅ）と、（ｂ）ストークス光の強度自己相関トレースとを表すグラフを示す。
【図３】図３は、本発明の実験的な実施形態による、９４１ｎｍにおける反ストークス光（左）と１２２５ｎｍにおけるストークス光（右）の、測定された空間プロファイルを表すグラフを示す。
【００１４】
ここに用いられる表題は編成する目的だけのためのものであり、説明の範囲、または請求の範囲を制限するために用いられるように意図されていない。本出願全体で使われるにあたって、「してよい（ｍａｙ）」の言葉は、義務の意味（つまり、「でなければならない」の意味）よりむしろ、許可の意味（つまり、「可能性を持つ」を意味する）で使われる。同様に、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」の言葉は、含むがそれに限らないことを意味する。理解を助けるために、可能な限り同じ参照番号が、複数の図に共通する同じ部分を指示するために用いられている。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態は、一般に非線形効果による光モード変換に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、複雑な応用に対して光をモード間で変換するためにモード間四波混合を利用する、非線形モード変換に関する。
【００１６】
ここにおいて用いられる「約（ａｂｏｕｔ）」または「おおよそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」という用語、あるいはそれらの派生語は、数値を言及している場合は、いずれかの方向にその数値の１０パーセント以内を含むとみなされるべきである。更に、そのような用語が記述された絶対値（ａｂｓｏｌｕｔｅ）（例えば「０」）に用いられる場合は、当該分野における通常の当業者によって普通に使われているように、その固定的な数値はいずれかの方向に１単位以内の合理的な尺度を含むものとみなされるべきである。
【００１７】
本発明の実施形態によれば、モード変換過程に関わる少なくとも第１と第２のモードを有し、最初の入力モード（つまり、第１のモード）の波長と所望の変換された出力モード（つまり、第２のモード）の波長とが同じでないファイバを設計することが可能である。本発明の実施形態を利用して、最初の入力モードの波長に限定されず、異なるモードで異なる波長において光を生成することが可能である。更に、ある実施形態においては、単一の四波混合過程に関わる４つの異なるモードが含まれるようにすることが可能であり、また多数の四波混合過程が適用されれば多数の異なるモードが含まれるようにすることが可能である。
【００１８】
本発明の多くの実施形態によれば、第１のモードから、生成される第２のモードへ、光を変換するために、モード間四波混合が利用可能である。一般的に、ファイバ設計を変更することにより、さらに具体的には、与えられたあるいは所望の波長におけるエネルギー保存という要件と位相整合条件を満たすために、四波混合過程に含まれるモードの分散プロファイル（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｐｒｏｆｉｌｅ）を変更することにより、第２のモードの出力波長を設定することができる。
【００１９】
本発明の一つの実施形態によれば、四波混合過程に含まれるモードの間での位相整合条件を用い、かつ零でない場の重なり積分を持ち、ファイバ中でモード間四波混合過程を有することが可能であるように、ファイバが設計される。
【００２０】
モード間四波混合過程は異なるモード間で起こるのに対し、伝統的な四波混合過程は同じモードの中での相互作用であるということ以外では、ここに利用されるモード間四波混合過程は、伝統的な四波混合過程と類似している。一般的に、既知の四波混合過程は、ストークスと反ストークスの光子に変換される２つのポンプ光子を含む。この２つのポンプ光子（ｐｕｍｐ  ｐｈｏｔｏｎｓ）は同じ光源から発してよく、従ってこのポンプは縮退している（ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ）とされる。
【００２１】
いかなる四波混合過程を通じても、起こる過程についての運動量保存に加えてエネルギー保存が要請される。エネルギー保存は、
ωｐｕｍｐ，１＋ωｐｕｍｐ，２＝ωＡｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ＋ωＳｔｏｋｅｓ
と表すことができ、ここにオメガ（ω）（ｐｕｍｐ１，ｐｕｍｐ２，Ａｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ，Ｓｔｏｋｅｓ）はそのモードで相互作用する周波数（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ）の角周波数である。本発明の実施形態のモード間四波混合過程においては、相互作用する周波数は１つだけのモードには限られない。
【００２２】
位相整合条件は、
Δβ＝βｐｕｍｐ，１（ωｐｕｍｐ，１）＋βｐｕｍｐ，２（ωｐｕｍｐ，２）−βＡｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ（ωＡｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ）−βＳｔｏｋｅｓ（ωＳｔｏｋｅｓ）
と表すことができ、ここにベータ（β）は伝搬定数である。モード間四波混合過程では、伝搬定数は、相互作用する周波数に関連するので、１つだけのモードには限られない。
【００２３】
最大の利得は、おそらくカッパ（κ）が零の時に起こるであろう。そしてカッパ（κ）は、
κ＝Δβ＋２γＰ０
で与えられ、ここにガンマ（γ）はファイバの非線形度であり、Ｐ０はポンプパワーである。
【００２４】
上の例示的な数式において、伝統的な四波混合過程は２つのポンプとストークス波と反ストークス波を含むように企図されることに注意すべきである。しかし、さらに一般的な場合では、１からｎ個のポンプ、１からｍ個のストークス波、および１からｌ（エル）個の反ストークス波であることが可能であり、ここにｎ，ｍ，およびｌは１以上の整数である。
【００２５】
そして、四波混合過程の効率は、四波混合過程に含まれるモードの横方向の場の重なり（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｆｉｅｌｄ  ｏｖｅｒｌａｐ）の積分に直接関連する。重なり積分（ｏｖｅｒｌａｐ  ｉｎｔｅｇｒａｌ）は、
【数１】
2015505064.tif 000003
と表すことができ、ここにＮは四波混合過程の重なり積分であり、更にこれは四波混合過程の有効面積に逆比例する。Ｆは横方向の場であり、これはこの表式では純粋な実数である。ｄＡは、積分が横断面上で実行されなければならないことを示す。
【００２６】
重なり積分が大きいほど、この過程はより効率的である。この過程においては、実験的な実施形態の部分で後述されるように、四波混合過程に用いられるモードは、ポンプと同じ波長の２つの縮退ＬＰ０１と、反ストークスとしての１つのＬＰ０１と、ストークスとしての１つのＬＰ０２とである。モード番号の中の第１の数（ここではすべて零である）は角度対称性（ａｎｇｕｌａｒ  ｓｙｍｍｅｔｒｙ）であり、これは、これらのモードが重なり積分にとって重要な何らかの類似性を持つことを意味する。もし１つのモードがＸが零と異なるＬＰＸＹであれば、重なり積分は零となり、もし２つのモードがＬＰＸＹであれば、重なり（ｏｖｅｒｌａｐ）は零ではなくなるであろう。重要なことは、もし含まれるモードの中のいくつかに対してＸの値が異なるのであれば、重なりを非零とするためにはモードは対になっていなければならないことである。例えば、モードの中の２つが１つのＸ値を持ち、他の２つのモードが別の１つのＸ値を持つ場合には、重なりは非零であり得る。
【００２７】
本発明の他の実施形態において、モード間四波混合を用いて光を第１の波長における第１のモードから第２の波長における第２のモードへ変換する方法は、特定の波長において第１のモードで光信号を１つより多くのモードに対応するファイバに入力する段階と、四波混合過程を用いて前記信号を第１のモードから第２の波長における第２のモードへ変換する段階を含む。本発明の更なる実施形態は、少なくとも２つのモードに対応するためのファイバの設計を含み、ファイバは、いくつかの特定の入力および出力モードにおいて光が１つまたはそれ以上の特定の入力波長から特定の単数又は複数の出力波長に変換されるような、検討された又は所望のモードでの分散プロファイルを有する。
【００２８】
＜実験的な実施形態＞
以下に詳述される一つの例示的な実施形態では、入力光はＬＰ０１モード（つまり、第１のモード）で、１０６４ｎｍの第１の波長において提供される。ファイバ中で、第１のモードは縮退したポンプとして作用することができ、モード間四波混合過程を経て光を９４１ｎｍの波長におけるＬＰ０１モードの反ストークス波および１２２５ｎｍの波長におけるＬＰ０２モード（つまり、第２のモード）のストークス波に変換する。この過程はまた、入力光を９４１ｎｍにおける第１のモード（ＬＰ０１）および１２２５ｎｍにおける第２のモード（ＬＰ０２）とすることにより、１０６４ｎｍにおける第１のモードの光を生成するように、逆にすることも可能である。
【００２９】
ここに記述される実験的な実施形態の準備において、光ファイバ中のモード間四波混合を適用することは、望まないスーパーコンティニュアムが結果的に生成されてしまう零分散波長の近くでポンプすることを要せずに非線形波長変換を達成するであろうことが検討された。フォトニック結晶ファイバを用いる、他の知られた実験は、ＬＰ０１モードのポンプ光子が、ＬＰ１１モードのような高次モード（ＨＯＭ）の反ストークスとストークスの光子を、７％より大きい変換効率で生成し得ることを示している。
【００３０】
上記の操作パラメータを考慮して、ファイバに対する所望の屈折率プロファイルが構成された。かかる構成過程は、２０１２年１０月９日に出願された、同一出願人による米国出願特許第１３／９４５，４７５号に詳細に記述されており、この出願の開示はその全体が参照によりここに組み込まれる。
【００３１】
ファイバの屈折率プロファイルに関して、ファイバは中央コア、コアを囲む内側トレンチ、トレンチを囲むリング、リングを囲む外側トレンチ、および外側クラッドを備える。
【００３２】
ある実施形態では、ファイバの中央コアは一般に、約０．７５μｍから約２．０μｍの間の半径を持ち、外側クラッドに対して約２０．０から約４０．０（１０−３の単位で）の間の屈折率差を持つ、屈折率が高くされた領域を有し得る。一つの例示的な実施形態では、中央コアは所望の屈折率を達成するために適切な量のＧｅＯ２でドープされたＳｉＯ２を含み得るが、他のドーパントを含んでもよい。
【００３３】
内側トレンチは、約１．７５μｍから約２．５μｍの間の幅を持ち、外側クラッドに対して約−３．０から約−１３．０（１０−３の単位で）の間の屈折率差を持つ、屈折率が低くされた領域であってもよい。内側トレンチは一般に、所望の屈折率を達成するために適切な量のＦがドープされ、また随意にＧｅＯ２がドープされた、ＳｉＯ２を含み得る。
【００３４】
リングは、約２．０μｍから約５．０μｍの間の幅を持ち、外側クラッドに対して約５．０から約２０．０（１０−３の単位で）の間の屈折率差を持つ、屈折率が高くされた領域であってよい。リングは一般に、所望の屈折率を達成するために適切な量のＧｅＯ２がドープされ、また随意にＦがドープされた、ＳｉＯ２を含み得る。
【００３５】
外側トレンチは一般に約１．７５μｍから４．５μｍの間の幅を持ち、かつ外側クラッドに対して約１．５から約−３．５（１０−３の単位で）の間の屈折率差を持つ。外側トレンチは一般に、所望の屈折率を達成するために適切な量のＰ２Ｏ５、Ｆがドープされ、また随意にＧｅＯ２がドープされた、ＳｉＯ２を含み得る。
【００３６】
多くの実施形態において、外側クラッドは一般にＳｉＯ２を含み、かつ約５０μｍから約７５μｍの間の外側の半径を持つ。
【００３７】
１つの例示的な第１の設計されたファイバの具体的な設計が、以下の表１に示される。
【表１】
2015505064.tif 000004
【００３８】
その結果、この実験的な実施形態において、モード間四波混合が全ファイバのシステムで実証された。このシステムは、ピコ秒パッシブモードロックファイバレーザと、ＬＰ０１とＬＰ０２のモードがその中で共に良く導波される、上述したようなＨＯＭファイバを備えていた。全ファイバのシステムを用いることにより、２つのＬＰ０１モードのポンプ光子と、１つのＬＰ０１モードの反ストークス光子と１つのＬＰ０２モードのストークス光子を使って、位相整合の要件が満たされた。反ストークス波とストークス波は、それぞれ９４１ｎｍと１２２５ｎｍで、ポンプから反ストークスへの２０％の変換効率で生成された。
【００３９】
例示的な全ファイバのシステムは、入力パルスをＨＯＭファイバへ供給するためにファイバレーザを利用した。該ファイバレーザは、１０６４ｎｍにおけるＳＥＳＡＭ（半導体可飽和吸収ミラー）ベースのレーザ空洞と２つのイッテルビウムドープのファイバ増幅器とを備えていた。この例示的なファイバレーザの出力は、４７０ｍＷの最大出力を持つ１８．３３ＭＨｚのパルス列であった。そのパルス幅は約６ｐｓであった。ファイバレーザは、コア調心融着接続器（ｃｏｒｅ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｆｕｓｉｏｎ  ｓｐｌｉｃｅｒ）、例えばＦＳＭ−３０Ｓ接続器としてフジクラ社から販売され商業的に入手可能な融着接続器、を用いて直接１．７５ｍのＨＯＭファイバに接続された。接続の後、ＨＯＭファイバ中のパワーの９５％より多くがＬＰ０１モードで導波された。
【００４０】
光スペクトラムアナライザと２次干渉計型自己相関計が、ストークスと反ストークスのパルスの、スペクトルおよび時間軸の特性の評価に用いられた。２つのパルスの空間的プロファイルは４Ｆシステムの中で１００倍に拡大され、２０μｍのピンホールを走査することにより、ゲルマニウムフォトダイオード検出器で測定された。
【００４１】
図１は、本発明の１つの実験的な実施形態による、高次モードファイバのＬＰ０１とＬＰ０２のモードの有効屈折率（左）と、ストークスシフト（Ω）の関数としての１０６４ｎｍのポンプ波長での伝搬定数不整合Δβを示すグラフを表す。ＬＰ０２モードでストークス光子を、並びにＬＰ０１モードで反ストークス光子を、効率的に生成するために、２β０１，Ｐ−β０１，Ａ（Ω）−β０２，Ｓ（Ω）と示すことができる伝搬定数不整合Δβは、零に等しくなければならない。この式で、βは伝搬定数であり、添え字はＬＰ０１モード（０１）とＬＰ０２モード（０２）におけるポンプ（Ｐ）、反ストークス（Ａ）、およびストークス（Ｓ）を意味し、ここにΩはストークスシフトである。Ωの関数としてのΔβは、図１（左）に示される有効屈折率から導かれ、図１（右）に示される。１０６４ｎｍにおけるポンプ光によって、位相整合条件は、９４１ｎｍの反ストークス波長と１２２５ｎｍのストークス波長に対応して、Ω＝３７ＴＨｚにおいて満たされた。
【００４２】
実験的な実施形態を動作させた後、理論的に予想されたモード間四波混合が実験データにより確認された。図２は、本発明の実験的な実施形態に従って、１１ｎＪ、１４ｎＪ、および２１ｎＪの入力パルスエネルギーによる、１．７５ｍのＨＯＭファイバからの出力スペクトルと、（ａ）反ストークス光の強度自己相関トレースと、（ｂ）ストークス光の強度自己相関トレースとを表すグラフを示す。図２に表されるように、２００ｍＷ（１１ｎＪの入力エネルギー）未満のポンプパワーにおいては、自己位相の変調誘起スペクトル広がりだけが観察される。しかし、より高いポンプパワーでは、９４１ｎｍの強くて狭帯域の反ストークス光と１２２５ｎｍの広帯域のストークス光が同時に生成される。両方の側波帯の中心波長は、実質的に最初の計算と合致していることが見出された。
【００４３】
実験において、高変換効率を達成するために、３８５ｍＷまでのパワー（２１ｎＪのパルスエネルギー）がＨＯＭファイバに結合された。２０％の変換効率に相当する、約４．２ｎＪのパルスエネルギーが反ストークス側波帯（Ａｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ  ｓｉｄｅｂａｎｄ）中に生成された。反ストークスとストークスの光の強度自己相関が測定された。そしてこれらはそれぞれ図２の（ａ）と（ｂ）に表されている。ポンプパルスと反ストークス／ストークスのパルスとの間の時間的ウォークオフに加えて、分散によって、前記の反ストークスとストークスの光はファイバ中で１６ｐｓと１３ｐｓに広げられた。図３は、本発明の実験的な実施形態に従って、９４１ｎｍにおける反ストークス光（左）と１２２５ｎｍにおけるストークス光（右）の、測定された空間プロファイルを表すグラフを示す。
【００４４】
自己相関の測定値は、反ストークス／ストークスのパルスの良好なパワー安定性を示している。ＬＰ０１とＬＰ０２の両方のモードがＨＯＭファイバ中で良好に導波されているので、実証された実験的なモード間四波混合効果は、フォトニック結晶ファイバにおいて観察されてきたものに比べて、ファイバの変動に対する過敏さが大変少ない。
【００４５】
ここに議論された実験的な実施形態は、多様な商業的用途および他の実施形態のために、全固体のシリカベースＨＯＭファイバ中でのモード間四波混合が、はっきりと優位であることを示している。具体的には、４．２ｎJまでのパルスエネルギーの、９４１ｎｍの狭帯域の反ストークス光が、約２０％のパワー変換効率で得られている。このような実験は、安定で効率的な波長変換を達成するために、ＨＯＭファイバモジュールが全ファイバ構成の中で用い得ることを実証する。
【００４６】
上記は、本発明の実施形態に向けたものであるが、本発明の他の更なる実施形態が、その基本的な範囲から逸脱することなく案出されてよい。ここに記述される種々の実施形態が、記述される他のいずれの実施形態との組み合わせにおいても、ここに含まれる範囲から逸脱することなく利用されてよいことも理解される。さらに、具体的な用途が要求するなら、本発明の実施形態は規模拡大が可能である。
【図１】
2015505064.tif 000005
【図３】
2015505064.tif 000006
【図２】
2015505064.tif 000007
【国際調査報告】
2015505064.tif 000008