(57)【要約】ゲインスイッチングや外部変調を用いることなく、２セクション１５５３ｎｍＤＢＲレーザを用いて、短い（たとえばピコ秒）パルスを発生させるための方法および装置が提供される。ＤＢＲセクションの中心波長は０．５ＧＨｚで変調され、一定の振幅の周波数変調される光波を発生させる。次に、チャープファイバブラッグ格子を用いて大きな群速度分散が施され、ＦＭ信号をパルスストリームに変換する。
2004503944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調信号を形成するステップと、
分散素子（３０）に前記信号を与え、前記分散素子がやがて前記信号を圧縮するように適合されるステップと、を含むパルス列の発生方法。
【請求項２】
前記分散素子がファイバブラッグ格子である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分散素子が単一モードファイバである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ファイバが少なくとも約４０ｋｍの長さを有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ファイバが少なくとも約６０ｋｍの長さを有する、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ファイバが少なくとも約８０ｋｍの長さを有する、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記信号が単一縦モードを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記信号が反射素子を備えたレーザ（１０）によって発生され、前記信号がミラー全体に電流を印加することによって周波数変調される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記電流が、屈折率の変化を誘発する搬送波によって、前記反射素子の中心波長を変調する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
レーザにおける光搬送波を周波数変調するための方法であって、
分布ブラッグ反射器（３０）を備え、光搬送波を有するレーザ（１０）を形成するステップと、
前記分布ブラッグ反射器に前記光搬送波を与えるステップと、
前記光搬送波の周波数を変調するために、前記分布ブラッグ反射器を急速に同調させるステップと、を含む方法。
【請求項１１】
前記反射器が、高い周波数の電流信号を印加することによって同調される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電流信号が少なくとも０．５ＧＨｚの周波数を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
光信号が約５０の変調指数で周波数変調される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
急速に同調可能なレーザ（１０）と、
前記レーザとの光通信におけるパッシブ分散素子（３０）であって、（ｉ）ファイバブラッグ格子および（ｉｉ）サーキュレータ（２０）を含むパッシブ分散素子と、を含む周波数変調される信号を生成するための装置。
【請求項１５】
前記分散素子が前記レーザの出力にある、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記レーザが空洞を含み、前記分散素子は前記空洞の内側に配置される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記レーザの周波数を変調するように適合された電子信号発生器（１２）をさらに含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記レーザがミラーを備え、前記電子信号発生器が前記ミラーを駆動するように適合された、請求項１４に記載の装置。
【請求項１９】
請求項１４に記載の装置を用いて、Ａ／Ｄ変換のための高速光サンプリングを実行するための方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の装置を用いて、変調信号を発生させるステップと、
前記変調信号に前記分散素子を合わせるステップと、を含む非線形光信号のピーク強度を最適化するための方法。
【請求項２１】
前記変調信号が鋸波である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記分散素子が正弦波によるチャープファイバブラッグ格子である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１４に記載の装置を用いて、変調信号を発生させるステップと、
前記変調信号を前記分散素子に合わせるステップと、を含む非線形光信号のピーク強度を最適化するための方法。
【請求項２４】
前記変調信号が鋸波である請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
請求項１４に記載の装置を含む光通信システム。
【請求項２６】
周波数変調信号を発生させるように適合された信号源（５０）と、
前記源との光通信におけるパッシブ分散素子（３０）であって、（ｉ）ファイバブラッグ格子および（ｉｉ）サーキュレータを含む前記分散素子と、を含む周波数変調される信号を生成するための装置。
【請求項２７】
前記信号が、その中に含まれる反射素子における屈折率の変化を誘発する電流によって周波数変調される、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記信号源が単一モード信号源である、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
周波数変調される光信号源を設けるステップと、
分散素子を設けるステップと、
前記信号を前記分散素子に指向するステップと、を含み、
前記源が周波数変調レーザであり、前記分散素子が長いファイバブラッグ格子であるパルス列を生成するための方法。
【請求項３０】
前記源が単一モード信号源である、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般に、光搬送波信号の変調に関し、さらに詳細には、かかるパルスの周波数変調に関する。
【０００２】
発明の背景
光パルスのスペクトル成形について広く研究されており、さまざまな物品、特許、特許出願の対象になっている。このような研究の大部分は、レーザパルスの振幅変調に関連している。米国特許第５，９１２，９９９号（Ｂｒｅｎｎａｎ　ＩＩＩら）はこの技術の代表的なものであり、１９９９年９月２２日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　Ａｒｂｉｔｒａｒｙ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ｓｈａｐｉｎｇ　ｏｆ　ａｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｐｕｌｓｅ」と題した米国特許出願番号第０９／４０１，１６０号、１９９８年９月２８日出願の「Ｌｏｎｇ−Ｌｅｎｇｔｈ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｐｈａｓｅ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ　ｉｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｍｅｄｉａ」と題した米国特許出願番号第０９／１６１，９４４号、１９９８年７月６日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｗｒｉｔｉｎｇ　Ａｒｂｉｔｒａｒｙ　Ｉｎｄｅｘ　Ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ａ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ」と題した米国特許出願番号第０９／１１０，４９５も同様である。
【０００３】
光パルスの周波数変調についてもある程度まで研究されている。したがって、研究者らは、レーザ共振器の複数の縦（軸）光モードのアクティブおよびパッシブの両方のモード同期について研究してきた。アクティブモード同期の例は、Ｓ．Ｅ．Ｈａｒｒｉｓ，Ｒ．ＴａｒｇによるＡｐｐｌ．Ｐｈｙ，Ｌｅｔｔ．，５，２０２（１９６４）、Ｅ．Ｏ．Ａｍｍａｎｎ，Ｂ，Ｊ，ＭｃＭｕｒｔｒｙ，Ｍ．Ｋ．ＯｓｈｍａｎによるＩＥＥＥ　ＪＱＥ，ＱＥ−１，２６３（１９６５）、Ｄ．Ｊ．Ｋｕｉｚｅｎｇａ，Ａ．Ｅ．ＳｉｅｇｍａｎによるＩＥＥＥ　ＪＱＥ　ＱＥ−６，６７３（１９７０）、Ｒ．Ｎａｇａｒ，Ｄ．Ａｂｒａｈａｍ，Ｎ．Ｔｅｓｓｌｅｒ，Ａ．Ｆｒａｅｎｋｅｌ，Ｇ．Ｅｉｓｅｎｓｔｅｉｎ，Ｅ，Ｐ．Ｉｐｐｅｎ，Ｕ．Ｋｏｒｅｎ，Ｇ．ＲａｙｂｏｎによるＯｐｔ．Ｌｅｔｔ．，１６，１７５０（１９９１）に記載されている。パッシブモード同期の例は、Ｌ．Ｆ．Ｔｉｅｍｅｉｊｅｒ，Ｐ．Ｉ．Ｋｕｉｎｄｅｒｓｍａ，Ｐ．Ｊ．Ａ．Ｔｈｉｊｓ，Ｇ．Ｌ．Ｊ．ＲｉｋｋｅｎによるＩＥＥＥ　ＪＱＥ，２５，１３８５（１９８９）およびＳ．Ｒ．Ｃｈｉｎｎ，Ｅ．Ａ．ＳｗａｎｓｏｎによるＩＥＥＥ　Ｐｈｏｔ．Ｔｅｃｈ．Ｌｅｔｔ．，５，９６９（１９９３）に記載されている。しかし、単一の縦モードに関するＦＭ動作を示すレーザについて現在まで報告されていない。
【０００４】
Ｍ，ＭｃＡｄａｍｓ，Ｅ．Ｐｅｒａｌ，Ｄ．Ｐｒｏｖｅｎｚａｎｏ，Ｗ．Ｍａｒｓｈａｌｌ，Ａ．ＹａｒｉｖによるＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７１（７）８７９（１９９７年８月１８日）には、半導体レーザの信号を光アイソレータを通じてさまざまな長さの単一モード分散シフトのないファイバおよび／または非チャープファイバ格子を含むファイバピグテールに伝送することによって、周波数変調を振幅変調に変換するための方法が記載されている。この参照文献には、直接変調半導体レーザでは、周波数変調またはチャープは必然的に振幅の変調を伴うことが記載されている。この研究は、その出力の周波数変調によって変調されるＤＦレーザの周波数応答を改善する試みがなされている。
【０００５】
レーザの遠距離通信用途の中には、通常の光ファイバ遠距離通信波長（約１３００〜１５５０ｎｍ）において安定したジッタの少ない超短波パルス源を必要とするものがある。このような波長において半導体レーザから短いパルスを得るための現在の方法は一般に、ゲインスイッチングまたはモード同期を伴う。しかし、ゲインスイッチングは、各パルスに関する発振閾値未満の値から構成するというレーザの必要性から生じる固有の不安定性に苦しめられることがよくある。モード同期周波数が空洞共振周波数に同調したままでなければならず、温度の変化または他の環境の影響に関して変動する恐れがあるため、アクティブモード同期も不安定である可能性がある。
【０００６】
したがって、当業界では、遠距離通信産業において用いるのに適した安定したジッタの低い光パルス源を生成するための方法が必要とされている。また、当業界では、かかるパルスを発生させるのに適した装置も必要である。
【０００７】
以下に説明されるように、これらおよび他の必要性は、本発明によって満たされる。
【０００８】
発明の開示
一態様において、本発明は、周波数変調（ＦＭ）パルスを発生させるための方法および装置に関する。本方法によれば、短い共振器単一縦モードレーザが、レーザの分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）部分を急速に同調させることによって周波数変調を行うことができる源として用いられる。この技法は、ＦＭモード同期パルス源と類似の結果を生じる。しかし、この源は、空洞共振と同期しない周波数で変調されることができる。
【０００９】
別の態様において、本発明は、ゲインスイッチングもモード同期も外部変調もない状態で電子的に規定される繰り返し率で、ピコ秒パルスを発生させるための方法に関する。本方法によれば、チャープファイバ格子に結合された１５５３ｎｍＤＢＲレーザが、パルス源として用いられる。パルス源は、安定した動作および潜在的に低いタイミングジッタを示す。
【００１０】
別の態様において、本発明は、高い変調度の周波数変調半導体レーザおよび大きな群速度分散を有する長いチャープファイバブラッグ格子からなるピコ秒光パルス源に関する。モード同期レーザと異なり、この源は、レーザ空洞共振と同期する必要がない繰り返し率を有し、安定動作を実現することができる。周波数変調はゲインスイッチングを必要としないため、タイミングジッタがきわめて低い可能性がある。ＦＢＧはまた、パルスエネルギーをより高く、背景レベルをより低くする可能性があり、総レーザエネルギー出力のより効率的な利用を提供する。
【００１１】
さらに別の態様において、本発明は、パルスストリームを発生させるための方法およびそのようにして得られるパルスストリームに関する。本方法によれば、正弦曲線によって変化する電流が、２セクション分布ブラッグ反射器レーザのミラーセクションに印加され、それによって、その発振周波数を変調し、周波数変調された光波を発生させる。共振器の基本共振よりはるかに低い場合に限り、変調速度は任意である。レーザ出力において、周波数変調信号をパルスストリームに変換するために、チャープファイバブラッグ格子を用いて大きな群速度分散が施される。群速度分散の効果は、ダウンチャープ部分がさらにチャープされて背景の中に分散されると同時に、信号のアップチャープ部分がパルスに圧縮されることである。正弦変調および線形分散を用いて、パルスは、総エネルギーの約４０％を含む。
【００１２】
発明の詳細
パルス列を発生させるのに適した設備の好ましい実施形態を概略的に示している図１を参照すれば、本発明の装置および方法論について理解することができると思われる。設備１００は、サーキュレータ２０を含み、信号をファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）３０などの分散素子に指向する。装置は、信号源５０を備えている。この源は、２セクションＩｎＧａＡｓＰ分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザ１０の形態の光源であることが好ましい。この種のレーザについては、Ｋｊｅｂｏｎらによる「３０　ＧＨｚ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｉｎ　Ｄｅｔｕｎｅｄ　Ｌｏａｄｅｄ　ＩｎＧａＡｓＰ　ＤＢＲ　ｌａｓｅｒｓ　ａｔ　１．５５　Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ　Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ」，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９６年１２月１９日号（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　Ｏｎｌｉｎｅ　Ｎｏ．１９９７０３３５）に記載されている。別のＤＢＲレーザも市販されており、本発明で用いる周波数変調のほか、Ａｌｔｉｔｕｎ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｔｏｃｋｈｏｌｍ，Ｓｗｅｄｅｎから入手可能なモデム番号ＮＹＷ−３０などであってもよい。
【００１３】
周波数変調（ＦＭ）パルス源は、チャープファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）などの分散素子３０および分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）１０半導体レーザダイオードなどの波長可変レーザから構成される。レーザＤＢＲミラーセクションの注入電流が変調されるため、発振周波数も変調されることになる。
【００１４】
周波数依存性の時間遅延を生じる群速度分散（ＧＶＤ）が、レーザの出力に施され、周波数変調を振幅変調に変換する。周波数合成器１２が、バイアスティー１４に入力する。異なる瞬時周波数は異なる時間遅延を生じるため、１つにまとまる。分散および変調度が最適である場合には、短パルスが形成される。
【００１５】
この技術の利点は、その簡単さおよび安定性にある。ゲインスイッチングおよび振幅変調器を用いることなく、短パルスが形成される。レーザゲインは閾値未満に下がることはないため、ゲインスイッチ式レーザに比べて、タイミングジッタが潜在的に低い。この技術の場合にはさらに幅の広い光周波数範囲を掃引することができるため、従来の位相変調方式に比べて、パルス幅が短い。長いＦＢＧの利用によって、低い繰り返し率を実現することができ、鋸波より高いなどのパルスエネルギーおよびより最適な変調信号を生じる。
【００１６】
図１に示されている装置の場合には、約１ＧＨｚでロールオフであることが変調応答からわかる。レーザは、一定の振幅の周波数変調（ＦＭ）光波を発生させるために、ＤＢＲセクションの中心波長を変調するように制御される。レーザは、単一縦モードで作動し、モード同期およびゲインスイッチングではない。
【００１７】
常に発振閾値を超えた状態でレーザを維持するために、ＤＣ電源１６からのバイアス電流が印加される。この目的に適った電源としては、Ｍｏｄｅｌ　５００５　Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ　ＤｒｉｖｅｒとしてＮｅｗｐｏｒｔ，Ｉｎｃ．（Ｉｒｖｉｎｇ，ＣＡ）から入手可能なタイプのレーザダイオードドライバが挙げられる。周波数合成器１２（Ｈｅｗｌｅｔｔ　Ｐａｃｋａｒｄ　Ｃｏ．Ｐａｌｏ　Ａｌｔｏから入手可能なモデル番号ＨＰ８３７１２Ｂ）によって供給される０．５ＧＨｚの電流信号が、ＤＢＲのミラーセクションに印加された。電流は、屈折率の変化を誘発する搬送波のために、ＤＢＲ反射器の中心波長を変調した。共振器の基本共振よりはるかに低い場合に限り、変調速度は任意である。レーザゲインバイアスは６６ｍＡであり、ミラーセクションバイアスは１１．７５ｍＡであった。バイアス電流および変調電流は、Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ　Ｐｕｌｓｅ　Ｌａｂｓ，Ｂｏｕｌｄｅｒ　ＣＯによるバイアスティー１４で結合された。生じた光信号は、変調指数５２．５で変調された周波数であり、
ｍ＝Δｆ／ｆｍ　（１）
として定義される。式中、総掃引範囲２Δｆは５０ＧＨｚであり、１５５３ｎｍで０．４ｎｍに対応する。ｆｍは、変調周波数０．５ＧＨｚである。より高い変調電流の場合には、帯域幅は０．７６ｎｍの幅であってもよく、９５の変調指数ｍを生じる。
【００１８】
ＤＢＲレーザの一定の振幅の周波数変調出力は、分布屈折率（ＧＲＩＮ）レンズによって、後方反射がレーザを不安定にしないようにするファイバピグテール付きの光アイソレータ７（ｉｓｏｗａｖｅ，Ｉｎｃ．，Ｄｏｖｅｒ，ＮＪからモデル番号Ｉ−１５−ＰＩＰＴ−ＭＵ−Ａとして入手可能）に集束された。レーザの出力を監視するために、１５５０ｎｍ９５／５単一モード光ファイバカプラ／スプリッタ（Ｇｏｕｌｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ｏｐｔｉｃｓ，Ｍｉｌｌｅｒｓｖｉｌｌｅ，ＭＤ）の１つの入力に光を集光することによって、アイソレータから射出する光の一部が分割された。スプリッタの５％の出力は、光スペクトル分析器（ＯＳＡ）９（Ｈｅｗｌｅｔｔ　Ｐａｃｋａｒｄ，Ｉｎｃ．，Ｐａｌｏ　Ａｌｔｏ，ＣＡからモデル番号ＨＰ７０９５０Ｂとして入手可能）に指向された。
【００１９】
光スペクトル分析器（ＯＳＡ）８０による一般的なレーザ出力のスペクトルが、図２に示されている。形状は中央で最小であり、算出されたＦＭスペクトルと一致している。しかし、個々の高調波は、０．１ｎｍＯＳＡ解像度によって不鮮明になっている。抑制された隣接モードもまた、変調されたモードに隣接して観測された。この実験システムにおける光ファイバ部品および機器の大半を相互接続するために、ＦＣ／ＡＰＣまたはＦＣ／ＰＣコネクタが用いられた。
【００２０】
レーザ光の大部分は、スプリッタの９５％出力から３ポート光サーキュレータ２０および１３６０．８ｐｓ／ｎｍの分散を有する公称波長１５５０ｎｍの長い空間的チャープ光ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）３０を含むパッケージ化されたモジュールの入力ポートまで経路が定められた。サーキュレータ／ＦＢＧモジュールは、３Ｍ　Ｔｅｌｅｃｏｍ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ａｕｓｔｉｎ，ＴＸから得られた。長いチャープ格子は、米国特許第５，９１２，９９９等（Ｂｒｅｎｎａｎ，ＩＩＩら）、米国特許第６，０３５，０８３号（Ｂｒｅｎｎａｎ，ＩＩＩら）および関連特許出願に記載された工程によって作製された。モジュールの入力ポートおよび出力ポートは、ＳＣ光ファイバコネクタを用いて連結された。
【００２１】
チャープ格子の大きな群速度分散（ＧＶＤ）は、ＦＭ信号をパルスストリームに変換する。異なる時間に生じるＦＭ信号の異なる周波数を視覚化することができる。ＧＶＤの効果は、光周波数が低ければ低いほど、群遅延が小さいことである。次に、より低い周波数がより高い周波数に追い付き、すべての周波数成分を１つにまとめることによって、振幅パルスを生成する。正弦変調および線形分散を用いて、パルスは、総エネルギーの約４０％を含む。正弦入力電流の場合には、入力電流が増大するときにレーザ出力周波数が増大するかまたは「チャープアップし」（波長が短くなる）、入力電流が減少すると周波数が減少するか、または「チャープダウン」する。（格子は長い波長より多く短い波長を遅延する。）続いて、周波数変調レーザ出力が空間チャープブラッグ格子を伴うサーキュレータなどの分散のきわめて大きい素子を通過する。周波数変調サイクルの各「チャープアップ」部分は、単一の光パルスに圧縮され、「チャープダウン」部分は分散するか、または消失する。ＤＢＲレーザの正弦入力の場合には、これはサイクルのチャープアップの半分に対応するパルスに変換されるレーザ出力パワーの最大５０％を生じると推測される。このことは、分散素子の空間チャープが「正弦曲線」であり、レーザ出力のチャープアップパターンに正確に適合することを保証している。事実、長い長さの単一モード光ファイバなど現在入手可能な分散素子は、線形分散（光速の線形変化、屈折率または波長に関する信号伝送時間）を有する。正弦サイクルの「擬似線形」部分の間、線形分散を有する素子は、チャープアップ連続信号をパルスに変換する際に有用であるに過ぎないと推測される。したがって、パルスへのエネルギー変換効率は、線形分散素子を伴う正弦波による周波数変調レーザ出力の場合には、正に５０％未満であると推測される。ファイバブラッグ格子が適切な空間チャープ（空間チャープとは、非一様なブラッグ格子の特性を表し、格子に沿った異なる位置で異なる波長を反射することができ、格子の空間周波数はチャープである）を用いて設計された場合には、正弦周波数変調に関して理論的な５０％に近づく効率であってもよい。
【００２２】
ＧＨｚ範囲における周波数の場合には、現在入手可能な唯一の電子入力信号発生器は、正弦波である。しかし、約１００ＭＨｚ未満の周波数の場合には、矩形波および鋸波をはじめとするより複雑で洗練された入力波形を発生させることができる関数発生器が入手可能である。上昇する鋸波を用いてＤＢＲレーザを駆動することによって、ほぼ完全なチャープアップであるレーザ出力を生成すると推測され、線形分散素子におけるパルスへの約１００％エネルギー変換を生じる。１０ＭＨｚ（１周波数はそれぞれ１０−７秒上昇する）における鋸周波数の変動の場合には、１回の上昇中に放出される一定の振幅のレーザ出力エネルギーのほぼすべてが、５０ピコ秒未満の単一パルス発振に圧縮されると推測された。ピークパワー密度においてさらに一層増大する場合であっても、これは、パルス中、単位時間当たりに供給されるエネルギーにおいて２０００を超えて増大すると推測される。他の用途もあるが、第２高調波発生などの非線形な光工程の場合には、高いパワー密度が必要とされる。
【００２３】
実施例１
この実施例は、本発明による周波数変調パルスの発生を示している。
【００２４】
図１に示された種類の設備が、光パルスを発生させるために用いられた。ＦＢＧにおいて波長選択分布反射から生成された光パルスは、サーキュレータによって、分散モジュールの出力ポートへ経路が定められた。出力ポートは、１５５０ｎｍ５０／５０単一モード光ファイバカプラ／スプリッタ（Ｇｏｕｌｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ｏｐｔｉｃｓ，Ｍｉｌｌｅｒｓｖｉｌｌｅ，ＭＤ）４０の１つの入力ブに接続された。初期パルス列は、２つの「同一の」パルス列に分割され、それぞれが、元のパルス列のエネルギーのほぼ半分を搬送した。生じたパルス列のうちの１つのパルスは、自己相関器６０（Ｆｅｍｔｏｃｈｒｏｍｅ　ＦＲ−１０３ＭＮ自己相関器、Ｂｅｒｋｅｌｅｙ，ＣＡ）を用いて特徴付けられた。出力部における光パワーは０．１５ｍＷに過ぎないため、自己相関を測定するための信号を増大させるために、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）７０が必要とされた。類似の市販のＥＤＦＡは、Ｃａｌｍａｒ　ＯｐｔｃｏｍモデルＥＤＦＡ−０２（Ｍｏｕｎｔａｉｎ　Ｖｉｅｗ，ＣＡ）である。
【００２５】
図３は、パルスの自己相関を示しており、半値全幅（ＦＷＨＭ）〜２５ピコ秒　を示している。市販の自己相関器は、掃引範囲７５ピコ秒である。有効範囲を増大させるために、トレースは、異なる遅延オフセットに関する２つの個別の測定から構成された。
【００２６】
５０／５０スプリッタ４０から射出する他のパルス列は、フォトダイオード（Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ＤＳＣ３０，Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ，ＮＪから入手可能なもの）をはじめとする光スペクトル分析器　（ＯＳＡ）８０に指向され、出力パルスを監視するために用いられたオシロスコープ（Ｈｅｗｌｅｔｔ　Ｐａｃｋａｒｄ，Ｉｎｃ．，Ｐａｌｏ　Ａｌｔｏ，ＣＡから入手可能なモデル番号ＨＰ５４７５０Ａ）に接続された。
【００２７】
ＦＭ信号の光スペクトルは、図４の差し込み図に示された０．４２ｎｍのピークトゥピーク幅を有する。図４は理論値および測定値の自己相関も示している。シミュレーションによって予測されたサイドローブの抑制は、残余する振幅変調のためにありそうに思われる。ＦＷＨＭは、約２５ピコ秒であり、単位当たりの時間−帯域幅の生成に概ね対応している。変調信号の高調波ひずみがシミュレーションにも含まれ、背景における上昇およびパルスパワー効率のパルスの劣化の原因ともなり得る。帯域幅、ＦＢＧ分散およびｆｍを仮定すると、総パワーの２５％がパルスに含まれると推定される。これは、オシロスコープの測定に基づく推定値と一致している。図５は、高調波ひずみが測定値およびシミュレーションの両方のグラフに含まれる状態で、帯域幅の関数として一連の自己相関を示している。
【００２８】
最短の実現可能なパルスは、レーザフリースペクトル範囲に限定されており、この場合には４．９ピコ秒の逆帯域幅が生じる。サイドローブおよび全体の背景をさらに低減するために、ゲインセクションにおける振幅変調を誘発することができる。あるいは、鋸波ＦＭ信号は正弦波に置換して、線形チャーピングのみを誘発することができる。これはまた、総パワーをさらに効率的に利用することにつながると推測される。鋸波の発生は、より低い繰り返し率でさらに容易に実現されることができるが、本願明細書で用いるように、長いＦＢＧを用い束合いに最もよく実現されるきわめて大きい分散遅延を必要とする。ＦＢＧはまた、残りの非線形チャープに適合するように高次の分散を設計することができるという利点もある。
【００２９】
この実施例は、本発明の３つの特徴を示している。第一に、広い周波数スパンおよび高い変調指数が、簡素な方法で形成される。外部位相変調を伴うチャープを発生させることは可能であるが、複雑になる。たとえば、Ｄ．Ｓ．Ｋｉｍ，Ｍ．Ａｒｉｓａｗａ，Ａ．Ｍｏｒｉｍｏｔｏ，Ｔ．ＫｏｂａｙａｓｈｉらによるＩＥＥＥ　Ｊ．Ｓｅｌ．Ｔｏｐｉｃｓ　ｉｎ　ＱＥ、２，４９３（１９９６）を参照されたい。第二に、レーザがモード同期ではない。単一縦モードレーザを変調することはより安定であり、繰り返し率に制限を排除し、光サンプリングで用いるための低いジッタのパルス列を潜在的に提供することができる。第三に、長いＦＢＧを用いる技術によって、低い繰り返し率を利用することができ、効率を向上し、背景を低減するために、最適な変調および分散形状のオプションを提供する。
【００３０】
本発明の装置および方法論は、高速光サンプリングおよびＡ／Ｄ（アナログ・ディジタル）変換をはじめとするさまざまな最終用途に用いられている。高い帯域幅の信号、特にＲＦ信号およびマイクロ波信号の場合には、十分な速度を備えた電子Ａ／Ｄ変換器は現在存在していない。したがって、信号の光サンプリングの代わりに短い光パルスの列を用いることが望ましい。このようなパルスは一般に、約１ＧＨｚを超える周波数を備えていなければならず、雑音を導入することなくサンプリングを行うためにきわめて低いタイミングジッタを示さなければならない。この目的のために、モード同期ファイバレーザが用いられているが、バルキー特性および安定性の欠如のために、この使用は本来、実験室に限定されている。したがって、実験室の外部に配置するために、本発明によって提供される種類の小型かつ安定した源が必要とされる。
【００３１】
本発明の装置および方法論はまた、光通信における用途を有する。本発明によれば、決して最適でない正弦変調および線形分散を用いた場合であっても、１２ｄＢを超える背景雑音抑圧が可能である。
【００３２】
本発明の装置および方法論にはまた、他のパルスレーザのテラヘルツの発生およびシーディングなどの非線形光学用途における用途がある。このような用途は、特に、本発明を用いて実現可能な低い繰り返し率および高いパルスエネルギーから低い繰り返し率および高いパルスエネルギーに関して利益があることを示している。
【００３３】
本発明の前述の詳細は例示に過ぎず、限定しているわけではない。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することによってのみ解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】周波数変調パルスストリームを発生させるための装置の概略図である。
【図２】実施例１において用いられるレーザの出力のスペクトルである。
【図３】実施例１の装置によって発生させられるパルス列の自己相関のグラフである。
【図４】周波数変調信号の光スペクトルを示す差し込み図に関する理論値と測定値の自己相関のグラフである。
【図５ａ】変動する帯域幅および一定の分散に関する実験値および計算値の自己相関トレースである。
【図５ｂ】変動する帯域幅および一定の分散に関する実験値および計算値の自己相関トレースである。
【図１】
2004503944.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004503944.tif 000029
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