(57)【要約】【課題】十分に大きい周波数間隔を有し、かつそれぞれが均一な強度を有する光サイドバンド列を生成する。【解決手段】レーザ光源１１より電気光学位相変調器１２に光ビームを入力し、前記光ビームに対して位相変調を加えるとともに、前記光ビームの空間分布を相殺するような所定の位相変調指数空間分布を設定し、一様な強度分布を有する光サイドバンド列を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光源より電気光学位相変調器に光ビームを入力する工程と、
前記電気光学位相変調器において、前記光ビームに対して位相変調を加え、光サイドバンド列を形成する工程と、
前記電気光学位相変調器において、前記光ビームの空間分布を考慮した所定の位相変調指数空間分布を設定し、前記光サイドバンド列の強度分布を一様とする工程と、
を具えることを特徴とする、広帯域光サイドバンド生成方法。
【請求項２】
前記位相変調指数空間分布は、前記電気光学位相変調器における電極形状を制御することによって形成することを特徴とする、請求項１に記載の広帯域光サイドバンド生成方法。
【請求項３】
前記位相変調指数空間分布は、前記電気光学位相変調器において分極反転技術を施すことによって形成することを特徴とする、請求項１に記載の広帯域光サイドバンド生成方法。
【請求項４】
前記分極反転技術は、前記電気光学位相変調器における電気光学結晶の結晶軸をL=[2fm(1/Vgopt−1/Vpmod)]-1（fm:変調周波数、Vgopt:光ビームの群速度、Vpmod:変調波の位相速度）なる周期で反転させることによって実施することを特徴とする、請求項３に記載の広帯域光サイドバンド生成方法。
【請求項５】
前記位相変調指数空間分布は、g(x)＝8nmL／λsin（πW（x）／(2L)）（nm:電気光学結晶の位相変調に基づく屈折率変化、λ:光ビームの波長、L:分極反転周期、W(x):分極反転幅）なる式で表されることを特徴とする、請求項４に記載の広帯域光サイドバンド生成方法。
【請求項６】
前記光サイドバンド列を含む光ビーム出力を、前記電気光学位相変調器を出射した後に、空間フーリエ変換する工程を具えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載の広帯域光サイドバンド生成方法。
【請求項７】
前記空間フーリエ変換は凸レンズを用いて行うことを特徴とする、請求項６に記載の広帯域光サイドバンド生成方法。
【請求項８】
前記空間フーリエ変換は凹面鏡を用いて行うことを特徴とする、請求項６に記載の広帯域光サイドバンド生成方法。
【請求項９】
所定の光源と、
前記光源より出射された光ビームに対して位相変調を加え、光サイドバンド列を形成するとともに、前記光ビームの空間分布を考慮した所定の位相変調指数空間分布を設定し、前記光サイドバンド列の強度分布を一様とするための電気光学位相変調器と、
を具えることを特徴とする、広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項１０】
前記電気光学位相変調器は、前記位相変調指数空間分布を生成するために所定の形状に制御された電極を有することを特徴とする、請求項９に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項１１】
前記電気光学位相変調器は、前記位相変調指数空間分布を生成するための分極反転技術が施されたことを特徴とする、請求項１０に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項１２】
前記分極反転技術は、前記電気光学位相変調器における電気光学結晶の結晶軸をL=[2fm(1/Vgopt−1/Vpmod)]-1（fm:変調周波数、Vgopt:光ビームの群速度、Vpmod:変調波の位相速度）なる周期で反転させたことを特徴とする、請求項１１に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項１３】
前記位相変調指数空間分布は、g(x)＝8nmL／λsin（πW（X）／（2L））（nm:電気光学結晶の位相変調に基づく屈折率変化、λ:光ビームの波長、L:分極反転周期、W(x):分極反転幅）なる式で表されることを特徴とする、請求項１２に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項１４】
前記光サイドバンド列を含む光ビーム出力を、前記電気光学位相変調器を出射した後に、空間フーリエ変換するための空間フーリエ変換手段を具えることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項１５】
前記空間フーリエ変換手段は凸レンズを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項１６】
前記空間フーリエ変換手段は凹面鏡を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項１７】
前記光サイドバンド列を含む光ビーム出力を出力させるための光ビーム出力手段を具えることを特徴とする、請求項９〜１６のいずれか一に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項１８】
前記光ビーム出力手段は回折格子を含むことを特徴とする、請求項１７に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項１９】
前記光サイドバンド列を含む光ビーム出力を出力させるための光ビーム出力手段を具え、前記光ビーム出力手段は、前記凸レンズの焦点位置にスリットが配置された回折板と追加の凸レンズとから構成されたことを特徴とする、請求項１５に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【請求項２０】
前記光サイドバンド列を含む光ビーム出力を出力させるための光ビーム出力手段を具え、前記光ビーム出力手段は、光ファイバから構成されたことを特徴とする、請求項１５に記載の広帯域光サイドバンド生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域光サイドバンド生成方法、及び広帯域光サイドバンド生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光サイドバンドを生成するための手法としては、従来よりモードロックレーザ（ＭＬＬ）を用いる方法と、外部位相変調器を用いる方法とが利用されてきた。ＭＬＬを用いる方法としては、非線形光ファイバーと併用して２オクターブに亘る帯域の光サイドバンドの生成が実証されているが、この方法で生成される光サイドバンド列の周波数間隔は数百ＭＨｚ程度と狭く、光通信システムなどへは十分に応用することができなかった。また、前記光サイドバンド列の周波数間隔を電気的に制御することも容易でなかった。さらに、ＭＬＬは一般に大きく高価であるために、産業基盤に適用可能な基本機器としては非常に扱い難いなどの問題点もあった。
【０００３】
一方、外部位相変調器を用いる方法では、光サイドバンド列の周波数間隔を十分に大きく、例えば１０ＧＨｚ以上とすることができ、かつコンパクトで広範囲の光源が利用できるという利点を有する。また、サイドバンド列の間隔を容易に電気的に調製することができる。しかしながら、各サイドバンド成分の振幅はベッセル関数に従うため均一性に乏しく、ある特定次数のサイドバンド強度がゼロになる場合が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、十分に大きい周波数間隔を有し、かつそれぞれが均一な強度を有する光サイドバンド列を生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、
所定の光源より電気光学位相変調器に光ビームを入力する工程と、
前記電気光学位相変調器において、前記光ビームに対して位相変調を加え、光サイドバンド列を形成する工程と、
前記電気光学位相変調器において、前記光ビームの空間分布を考慮した所定の位相変調指数空間分布を設定し、前記光サイドバンド列の強度分布を一様とする工程と、
を具えることを特徴とする、広帯域光サイドバンド生成方法に関する。
【０００６】
また、本発明は、
所定の光源と、
前記光源より出射された光ビームに対して位相変調を加え、光サイドバンド列を形成するとともに、前記光ビームの空間分布を考慮した所定の位相変調指数空間分布を設定し、前記光サイドバンドの強度分布を一様とするための電気光学位相変調器と、
を具えることを特徴とする、広帯域光サイドバンド生成装置に関する。
【０００７】
本発明によれば、光サイドバンド列を生成するに際し、外部位相変調器としての電気光学位相変調器を用いているので、前記光サイドバンド列の周波数間隔は前記位相変調器における位相変調周波数に応じて任意に制御することができる。したがって、前記位相変調周波数を例えば数ＧＨｚまで増大させれば、前記光サイドバンド列の周波数間隔を十分に増大させることができるようになる。
【０００８】
また、前記電気光学位相変調器においては、前記光サイドバンド列を生成するために使用する光ビームの空間分布を考慮して所定の位相変調指数の空間分布を設定し、位相変調で生成されるサイドバンドの不均一性を平均化するようにしているので、前記光サイドバンド列の強度分布を一様とすることができる。
【０００９】
したがって、本発明によれば、従来のＭＬＬと非線形素子を用いる方法では困難であった、目的とする光サイドバンド列の周波数間隔を十分に増大させることができるとともに、従来の外部位相変調器を用いる方法では不可能であった、前記光サイドバンド列の強度分布の一様化を達成することができる。
【００１０】
前記位相変調指数空間分布は、例えば位相変調に使用する変調波の周波数が十分に低く、前記電気光学位相変調器において、前記光サイドバンド列を生成させるために使用する光ビームと、前記変調波との速度非整合が問題とならない場合は、前記位相変調器における電極形状を制御することによって実現する。具体的には、前記電極形状を前記位相変調指数空間分布の形状と合致するようにして形成する。
【００１１】
なお、前記記電極は、前記電気光学位相変調器を構成する電気光学結晶の、前記光ビームの進行方向と略平行な相対する一対の主面上に設けられている。
【００１２】
一方、位相変調に使用する周波数が、例えば数ＧＨｚまで増大し、前記電気光学位相変調器において前記光サイドバンド列を生成させるために使用する光ビームと、前記変調波との速度非整合が問題となる場合は、前記位相変調器において分極反転技術を施すことによって、前記光ビームと前記変調波との疑似的な速度整合を採るようにする。
【００１３】
なお、前記分極反転技術は、前記位相変調器を構成する電気光学結晶に対して行う。前記電気光学結晶は、前記位相変調器を構成する主材料であって、その大部分を構成するものである。
【００１４】
前記電気光学位相変調器の後方において空間フーリエ変換手段を設け、前記電気光学位相変調器によって光ビーム断面内で様々な変調指数で変調され、各変調指数に応じた光サイドバンド列を含む光ビームを空間フーリエ変換により合算する。これによって、前記光サイドバンド列を有する前記光ビームの強度を常に一定とすることができる。
【００１５】
なお、前記光ビーム出力を外部に取り出すためには、前記電気光学位相変調器の後方、又は前記空間フーリエ変換手段を設けた場合はその手段の後方に適宜に出力手段を設ける。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、十分に大きい周波数間隔を有し、かつそれぞれが均一な強度を有する光サイドバンド列を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について、最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の広帯域光サイドバンド生成装置の一例を概略的に示す構成図である。図１に示すサイドバンド生成装置１０においては、レーザ光源１１と、その後方において、電気光学位相変調器１２及び光ビーム出力手段１３とが順次に設けられている。また、電気光学位相変調器１２には、高周波電源１４が接続されている。
【００１９】
レーザ光源１１より所定の空間分布A(x)を有する光ビームが出射され、電気光学位相変調器１２内に導入されると、前記光ビームは高周波電源１４からの変調波によって変調を受ける（変調波が重畳される）。このとき、前記光ビーム内には、低次のサイドバンドから高次のサイドバンドまでの複数のサイドバンド（サイドバンド列）が形成される。
【００２０】
従来の方法では、位相変調指数がビーム全体に亘り一定であるため、その変調指数に対応したベッセル関数状の不均一な変調サイドバンドが生成され特定の次数のサイドバンドではその強度がほとんどゼロとなる場合があった。これに対して、本願発明では、電気光学位相変調器１２内に位相変調指数の空間分布ｇ（ｘ）を形成し、異なる変調指数のサイドバンドが前記光ビームの空間分布Ａ（ｘ）の重み付けをもって合算しサイドバンド列の強度が一様になるにしている。その結果、均一な強度の光サイドバンド列が得られるようになる。
【００２１】
位相変調指数の空間分布g(x)を考慮した場合、前記変調波の周波数をfm及び時間をtとすることによって、前記光ビームはψ(t,x)＝g(x)sin(2πfmt)なる位相変調を受けることになる。したがって、前記光ビームの周波数をf0とすると、前記光ビームは、
【数１】
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で表され、結晶出力端の位置ｘにおいて変調周波数毎に並んだサイドバンド列となる。このとき、各サイドバンドの振幅（強度）は、A(x)Jn(g(x))で表されるので、この式に基づいて各ｎ値に対応した各サイドバンドの振幅（強度）が一定となるように位相変調指数空間分布g(x)を決定する。
【００２２】
高周波電源１４から印加される前記変調波の周波数が比較的小さく、前記光ビームとの速度非整合が問題とならないような場合は、電気光学位相変調器１２内の電極形状を制御することによって、所望する位相変調指数空間分布g(x)を実現する。具体的には、前記電極の形状を位相変調指数空間分布g(x)と合致するようにして形成する。なお、前記記電極は、前記電気光学位相変調器を構成する電気光学結晶の、前記光ビームの進行方向と略平行な相対する一対の主面上に設けられている。
【００２３】
また、高周波電源１４から印加される前記変調波の周波数が比較的高く、例えば数ＧＨｚのオーダである場合は、電気光学位相変調器１２を構成する電気光学結晶に分極反転技術を施し、一定の周期の元ある幅Wで前記電気光学結晶の結晶軸を反転させる。
【００２４】
具体的に、前記変調波の周波数をfm、前記光ビームの群速度をVgopt、変調波の位相速度をVpmodとすると、L=[2fm(1/Vgopt−1/Vpmod)]-1なる半周期で分極反転させることが好ましい。このとき、前記光ビームが、例えばガウス分布に従うものであって、nmを前記電気光学結晶の電界印加による屈折率変化、λを前記光ビームの波長、Lを前記分極反転周期、及びW（x）を位置ｘに依存する分極反転幅とすると、距離２Lごとの変調指数の空間分布g(x)＝8nmL／λsin（πW（x）／（2L））となる。
【００２５】
なお、電気光学位相変調器１２内において、前記電気光学結晶は、前記位相変調器を構成する主材料であって、その大部分を構成するものである。
【００２６】
図２は、本発明の広帯域光サイドバンド生成装置の他の例を概略的に示す構成図である。図２に示すサイドバンド生成装置２０は、電気光学位相変調器１２の後方で空間フーリエ変換手段としての凸レンズ２１を有し、さらにその後方でスリット２２Ａを有する回折板２２及び追加の凸レンズ２３を有している点で図１に示すサイドバンド生成装置１０と異なり、その他の構成要素については同一である。したがって、レーザ光源１１から出射された光ビームの位相変調も同一に行われ、所定の光サイドバンド列を得ることができるようになる。なお、回折板２２及び追加の凸レンズ２３は、前記光ビーム出力に対する出力手段を構成する。
【００２７】
電気光学位相変調器１２の後方において空間フーリエ変換手段としての凸レンズ１２を設け、電気光学位相変調器１２によって光ビーム断面内で様々な変調指数で変調され、各変調指数に応じた光サイドバンド列を含む光ビームを空間フーリエ変換としての凸レンズ１２により合算する。これによって、前記光サイドバンド列を有する前記光ビームの強度を常に一定とすることができる。
【００２８】
なお、回折板２２は、スリット２２Ａが凸レンズ２１の焦点ｆと合致するように配置し、前記光ビーム出力は凸レンズ２１を通過した後、スリット２２Ａで絞り込まれ、再度追加の凸レンズ２３を介して外部に出力される。
【００２９】
また、前記空間フーリエ変換手段としては、凸レンズ２３に代えて凹面鏡を用いることもできる。
図３は、図２に示す広帯域光サイドバンド生成装置の変形例を概略的に示す構成図である。図３に示す広帯域光サイドバンド生成装置３０においては、図２に示す出力手段としての回折板２２及び追加の凸レンズ２３に代えて、光ファイバ３１を設けている。光ファイバ３１は、その入力端が空間フーリエ変換手段としての凸レンズ２１の焦点距離ｆに合致するようにする。この場合は、得られた光サイドバンド列を含む光ビーム出力を凸レンズ２１で空間フーリエ変換した後、光ファイバ３１内に導入して外部に取り出す。
【００３０】
図４は、図２に示す広帯域光サイドバンド生成装置のさらに他の変形例を概略的に示す構成図である。図４に示す広帯域光サイドバンド生成装置４０においては、図２に示す出力手段としての回折板２２及び追加の凸レンズ２３に代えて、回折格子４１を設けている。この場合は、得られた光サイドバンド列を含む光ビーム出力を凸レンズ２１で空間フーリエ変換した後、回折格子４１で回折し、外部に取り出す。
【００３１】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、上記例においてはレーザ光源を用いているが、任意の光源を用いることができる。また、位相変調指数空間分布g(x)を適宜に選択することにより、任意の分布形状の光ビームをも用いることができる。
【００３２】
例えば、本願発明では、サイドバンド列の強度分布が一様となるようにしたが、同様の考え方に従えば、必ずしも平坦なサイドバンド分布だけにとどまらず、あらゆる強度エンベロープを持つ光サイドバンド列が生成可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、光エレクトロニクス、光情報処理、光通信、光計測、及び光記録などの分野において使用することができ、具体的には、光周波数シンセサイザ、光パルスシンセサイザ、光周波数コム発生器、超短パルス生成器、及び波長多重用光源などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の広帯域光サイドバンド生成装置の一例を概略的に示す構成図である。
【図２】本発明の広帯域光サイドバンド生成装置の他の例を概略的に示す構成図である。
【図３】図２に示す広帯域光サイドバンド生成装置の変形例を概略的に示す構成図である。
【図４】図２に示す広帯域光サイドバンド生成装置のさらに他の変形例を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、２０、３０、４０  広帯域光サイドバンド生成装置
１１  レーザ光源
１２  電気光学位相変調器
１３  光ビーム出力手段
１４  高周波電源
２１  凸レンズ
２２  回折板
２３  追加の凸レンズ
３１  光ファイバ
４１  回折格子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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