(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波保持光ファイバ内に制御パルス光と偏光方向の直交した被制御パルス光を時間差を調整して入射し、前記被制御パルス光を前記制御パルス光に前記偏波保持光ファイバ内で衝突させ、非線形光学効果によって前記被制御パルス光を前記制御パルス光によって捕捉し、ラマン散乱による前記制御パルス光の波長シフトと共に前記被制御パルス光の波長を連続的にシフトさせることを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項２】
請求項１記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光がフェムト秒オーダーの超短パルス光であることを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項３】
請求項１記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光がソリトンパルスであることを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項４】
請求項１記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光と前記被制御パルス光が時間的に重なっていることを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項５】
請求項１記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光によって前記被制御パルス光を捕捉し、該被制御パルス光の波長を制御することを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項６】
請求項１記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光によって前記被制御パルス光を捕捉し、該被制御パルス光の時間波形を制御することを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項７】
請求項１記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光によって前記被制御パルス光を捕捉し、該被制御パルス光の出力時間を制御することを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項８】
請求項１記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光のラマン利得によって、前記被制御パルス光を増幅することを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項９】
請求項１記載のパルス光制御方法において、２波長の偏光が直交し、時間的に重なった超短パルス対を生成することを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項１０】
請求項９記載のパルス光制御方法において、前記生成された超短パルス対を非線形光学媒質に入射し、２つのパルス光の和周波信号、及び差周波信号を生成することを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項１１】
請求項１記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光と被制御パルス光の波長の関係が、波長分散によって前記偏波保持光ファイバの複屈折による群速度差を打ち消すようになっていることを特徴とするパルス光制御方法。
【請求項１２】
（ａ）偏波保持光ファイバと、
（ｂ）該偏波保持光ファイバに制御パルス光を入射する手段と、
（ｃ）前記偏波保持光ファイバに前記制御パルス光と偏光が直交した被制御パルス光とを入射する手段とを備え、
（ｄ）前記制御パルス光と被制御パルス光を前記偏波保持光ファイバ中で衝突させることにより、前記被制御パルス光を前記制御パルス光によって捕捉し、ラマン散乱による前記制御パルス光の波長シフトと共に前記被制御パルス光の波長を連続的にシフトさせることを特徴とするパルス光制御装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のパルス光制御装置において、前記制御パルス光と被制御パルス光との時間差を生成する光遅延装置を具備することを特徴とするパルス光制御装置。
【請求項１４】
請求項１２記載のパルス光制御装置において、前記制御パルス光がフェムト秒オーダーの超短パルス光を出力する超短パルス光源を具備することを特徴とするパルス光制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバにおける非線形効果を用いたパルス光制御方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者らは、既に、特願２００１−３５５４８１「パルス光制御方法及びその装置」として、異常分散領域にあるパルス光によって正常分散領域のパルス光が捕捉される現象を用いてパルス光制御方法を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明者らは、更に、研究を重ねて、光ファイバ中において、超短パルス光によって偏光が直交したパルス光が捕捉され、非線形効果によって共に波長シフトしていく現象を初めて見出した。
【０００４】
さらに、このとき長波長側のパルス光が短波長側のパルス光によって増幅される現象も初めて見出した。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、パルス捕捉を用いて、被制御パルス光の波長や時間波形、および出力時間を制御することができるパルス光制御方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕パルス光制御方法において、偏波保持光ファイバ内に制御パルス光と偏光方向の直交した被制御パルス光を時間差を調整して入射し、前記被制御パルス光を前記制御パルス光に前記偏波保持光ファイバ内で衝突させ、非線形光学効果によって前記被制御パルス光を前記制御パルス光によって捕捉し、ラマン散乱による前記制御パルス光の波長シフトと共に前記被制御パルス光の波長を連続的にシフトさせることを特徴とする。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光がフェムト秒オーダーの超短パルス光であることを特徴とする。
【０００８】
〔３〕上記〔１〕記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光がソリトンパルスであることを特徴とする。
【０００９】
〔４〕上記〔１〕記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光と前記被制御パルス光が時間的に重なっていることを特徴とする。
【００１０】
〔５〕上記〔１〕記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光によって前記被制御パルス光を捕捉し、この被制御パルス光の波長を制御することを特徴とする。
【００１１】
〔６〕上記〔１〕記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光によって前記被制御パルス光を捕捉し、この被制御パルス光の時間波形を制御することを特徴とする。
【００１２】
〔７〕上記〔１〕記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光によって前記被制御パルス光を捕捉し、この被制御パルス光の出力時間を制御することを特徴とする。
【００１３】
〔８〕上記〔１〕記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光のラマン利得によって、前記被制御パルス光を増幅することを特徴とする。
【００１４】
〔９〕上記〔１〕記載のパルス光制御方法において、２波長の偏光が直交し、時間的に重なった超短パルス対を生成することを特徴とする。
【００１５】
〔１０〕上記〔９〕記載のパルス光制御方法において、前記生成された超短パルス対を非線形光学媒質に入射し、２つのパルス光の和周波信号、及び差周波信号を生成することを特徴とする。
【００１６】
〔１１〕上記〔１〕記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光と被制御パルス光の波長の関係が、波長分散によって前記偏波保持光ファイバの複屈折による群速度差を打ち消すようになっていることを特徴とする。
【００１７】
〔１２〕パルス光制御装置において、偏波保持光ファイバと、この偏波保持光ファイバに制御パルス光を入射する手段と、前記偏波保持光ファイバに前記制御パルス光と偏光が直交した被制御パルス光とを入射する手段とを備え、前記制御パルス光と被制御パルス光を前記偏波保持光ファイバ中で衝突させることにより、前記被制御パルス光を前記制御パルス光によって捕捉し、ラマン散乱による前記制御パルス光の波長シフトと共に前記被制御パルス光の波長を連続的にシフトさせることを特徴とする。
【００１８】
〔１３〕上記〔１２〕記載のパルス光制御装置において、前記制御パルス光と被制御パルス光との時間差を生成する光遅延装置を具備することを特徴とする。
【００１９】
〔１４〕上記〔１２〕記載のパルス光制御装置において、前記制御パルス光がフェムト秒オーダーの超短パルス光を出力する超短パルス光源を具備することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の第１実施例を示すパルス光制御装置の模式図である。
【００２２】
この図において、１は被制御パルス光、２は制御パルス光、３は光遅延器、４は光合波器、５はレンズ、６は光ファイバ、７は光ファイバ６内の被制御パルス光及び制御パルス光である。
【００２３】
この図に示すように、制御パルス光２と被制御パルス光１を時間差を調整して光ファイバ６に入力する。すると、光ファイバ６において、制御パルス光２によって偏光が直交した被制御パルス光１が捕捉される現象が現れ、被制御パルス光１を制御することができる。
【００２４】
図２は本発明による被制御パルス光のパルス捕捉の現象の概念図である。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、制御パルス光２と被制御パルス光１を入射する。時間差を調整すると、図２（ｂ）に示すように、ファイバ６中で制御パルス光２に被制御パルス光１が追いつき、ぶつかり合う。このとき、制御パルス光２と被制御パルス光１の間の相互位相変調効果によって、被制御パルス光１は捕捉され、図２（ｃ）に示すように、制御パルス光２とともに重なり合って伝搬する。また、被制御パルス光１の波長は制御パルス光２と同じ群速度となる波長にシフトされる。
【００２６】
また、被制御パルス光１の波長が制御パルス光２のラマン利得帯域内にあるとき、光ファイバ６における伝搬に伴って、被制御パルス光１は制御パルス光２によって増幅されていく。
【００２７】
図３は本発明の第２実施例を示すパルス光制御装置の模式図である。なお、図１と同じ部分には同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【００２８】
この図において、１１は光源としての超短パルスファイバレーザー、１２は光スプリッター、１３，１５，１７，１９はレンズ、１４，１８は細径偏波保持ファイバ、１６，２０は波長フィルタである。
【００２９】
光源として超短パルスファイバレーザー１１を用い、偏光方向を調整して細径偏波保持ファイバ１４，１８に入射し、被制御パルス光１と制御パルス光２を発生させる。その他の構成は、図１と同様である。
【００３０】
図４は本発明の第３実施例を示すパルス光制御装置の模式図である。
【００３１】
この図において、２１は光源としての超短パルスファイバレーザー、２２，２４は第１、第２の１／２波長板、２３は偏光光分岐器、２５はレンズ、２６は偏波保持ファイバ、２７はパルス光である。
【００３２】
光源に超短パルスファイバレーザー２１を用い、第１の１／２波長板２２と偏光光分岐器２３において光強度を調整する。その後、第２の１／２波長板２４を用いてレンズ２５を介して偏波保持ファイバ２６の低速軸から少しずれたところに偏光方向を調整し、パルス光２７を偏波保持ファイバ２６に入射する。
【００３３】
また、直交した高速軸の成分は低速軸のソリトンパルス光によって捕捉され、偏波保持ファイバ２６中を重なって伝搬する。偏波保持ファイバ２６における伝搬に伴って、ソリトンパルスの波長は長波長側にシフトしていく。このとき、被捕捉パルスは、ソリトンパルスと群速度が等しくなる波長にシフトされる。また、被捕捉パルスの波長がソリトンパルスのラマン利得帯域内にあるとき、被捕捉パルス光はソリトンパルスによってラマン利得を受け、光ファイバにおける伝搬に伴って、ソリトンパルスのエネルギーをもらいながら増幅されていく。
【００３４】
このように構成することにより、光ファイバ中において、直交したパルス間でパルス捕捉が起こる。
【００３５】
図５は本発明の実施例を示す光ファイバから出力されるパルス光のスペクトルの測定結果を表した図である。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、１６５０ｎｍの波長に励起光から波長シフトした制御パルス光であるソリトンパルスが、また、１７２０ｎｍの波長に制御パルス光によって捕捉された被制御パルス光が観測されている。図５（ｂ）には、偏光がファイバの軸に直交した成分のみを取り出した場合のスペクトルの観測結果を表している。この場合、捕捉パルス光のみが観測されている。図５（ｃ）には、偏光がファイバの軸に平行な成分のみを取り出した場合のスペクトルの観測結果である。この場合、制御パルス光のみが観測される。
【００３７】
上記した図５より二つのパルス光の偏光方向が直交しているのが分かる。
【００３８】
図６は本発明の実施例を示す光ファイバへの入射光強度に対する制御パルス光と捕捉パルス光の中心波長の変化を表している。この図において、横軸は入射光強度（ｍＷ）、縦軸は中心波長（ｎｍ）を示している。
【００３９】
ここで、励起光源のファイバレーザーのパルス幅は１１０ｆｓ、繰り返し周波数は４８ＭＨｚである。また、光ファイバには長さ１４０ｍの偏波保持ファイバを用いた。
【００４０】
光ファイバへの入射光強度の増加に伴って、制御パルス光の中心波長はソリトン自己周波数シフトによって連続に長波長側にシフトしていく。このとき、その約５０ｎｍ長波長側に捕捉されたパルス光ａが制御パルス光ｂの波長シフトに合わせて単調にシフトしていく様子が観測された。
【００４１】
図７は本発明の実施例を示す光ファイバの長さに対する制御パルス光と捕捉パルス光の中心波長、および捕捉パルス光のエネルギーの変化を表している。この図において、横軸は光ファイバの長さ（ｍ）、左縦軸は制御パルス光と捕捉パルス光の中心波長（ｎｍ）、右縦軸はパルスエネルギー（ｄＢ）を示している。
【００４２】
この図から明らかなように、光ファイバを長くするに従って、制御パルス光、捕捉パルス光ともに中心波長は単調に長波長側にシフトしていった。また、ファイバ長の増加に伴って、捕捉パルス光のエネルギーも単調に増加していく様子が観測された。
【００４３】
図８は本発明の実施例を示す相互相関・周波数分解光ゲート法を用いて観測したファイバ出力におけるスペクトル成分の時間分布の測定結果を表している。この図において、横軸は時間（ｐｓ）、縦軸は和周波信号波長（ｎｍ）を示している。
【００４４】
この図に示すように、制御パルス光Ａと捕捉パルス光Ｂが時間的に重なって出力される様子を観測することができた。
【００４５】
図９は本発明の実施例を示すパルス捕捉による被制御パルス光のスペクトルの変化の数値解析結果を示す図であり、ここで、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸はスペクトル強度（相対単位）を表している。
【００４６】
この図において、Ａは入射パルス、Ｂは出射パルス（ソリトンパルスＢ１，捕捉パルスＢ２）を示している。
【００４７】
すなわち、低速軸のパルス光によって高速軸の小さな偏光成分が捕捉され、ファイバ中の伝搬に伴って、徐々に増幅され、出力では、波長のシフトした、ほぼ等しいエネルギーの二つの直交した超短パルス光対になっているのが分かる。
【００４８】
図１０は本発明の実施例を示すファイバ長に対する二つのパルス光の波長とエネルギーの変化を示す図である。この図において、横軸はファイバ長さ（ｍ）、左縦軸は波長（ｎｍ）、右縦軸はパルスエネルギー（相対単位）を示している。
【００４９】
被制御パルス光Ｂの波長は制御パルス光Ａを入射しないときには波長１．６５μｍのまま変化しない。制御パルス光Ａを入射したときは、制御パルス光Ａはソリトン自己周波数シフトによって伝搬に伴って長波長側に連続にシフトしていく。このとき、被制御パルス光Ｂは制御パルス光Ａによって捕捉され、制御パルス光Ａの波長シフトに伴って長波長側に単調にシフトしていく。このとき、被制御パルス光Ｂの波長は制御パルス光Ａと伝搬速度が等しくなる波長にシフトされる。エネルギーについては光ファイバにおける伝搬に伴って、ソリトンパルスＡ′のエネルギーが徐々に捕捉パルスＢ′に遷移し、最後にはほぼ全てのエネルギーが捕捉パルスＢ′に移ってしまう。
【００５０】
図１１は図９、図１０と同様、単一のパルス光を入射した時の結果を示す図である。
【００５１】
この図に示すように、出力では直交偏光成分に時間的に重なった超短パルス光が生成される。
【００５２】
図１２は本発明の実施例を示すパルス捕捉による被制御パルス光の時間変化の数値解析結果を表している（これは図１の実施例における結果である）。ここで、横軸は時間（×４．８８ｐｓ）、縦軸は光強度（相対単位）を示しており、Ａは出力における制御パルス光、Ｂは出力における捕捉された被制御パルス光、Ｃは出力における制御パルスのないときの被制御パルス光を示している。この図から明らかなように、制御パルス光Ａによって被制御パルス光Ｂが捕捉されるとき、制御パルス光Ａと捕捉された被制御パルス光Ｂは時間的に重なって出力される。このとき、被制御パルス光Ｂの出力時間は制御パルス光がないときと比較して、制御パルス光がある場合には時間的に遅れて出力される。そのため、制御パルス光Ａによって被制御パルス光の出力時間を制御することができる。また、被制御パルス光の非捕捉時と捕捉時を比較すると、捕捉時の方がパルス光の時間幅が圧縮されていることが分かる。このように、パルス捕捉によって、パルス光の時間波形の制御も可能であることがわかる。
【００５３】
図１３は本発明の第４実施例を示すパルス光制御装置の模式図である。
【００５４】
この図において、３１は信号パルス光、３２は制御光源、３３は制御パルス光、３４は光合波器、３５は光ファイバ、３６は光ファイバ内の信号パルス光と制御パルス光、３７は波長フィルタ、３８は出力パルス光である。
【００５５】
この実施例では、光通信システムにおいて、パルス捕捉の現象を用いて伝送される信号パルス光３１の一部を制御光源３２によって抽出する光分離システムの構成を示している。
【００５６】
この図から明らかなように、被制御パルス光としての信号パルス光３１と制御パルス光３３を光合波器３４を介して光ファイバ３５に入射する。その光ファイバ３５において、パルス捕捉が起こり、捕捉されたパルス光は波長がシフトする。また、光ファイバ３５の出力に波長フィルタ３７を設置し、元の信号パルス光３１の波長成分と制御パルス光３３の波長成分を除去することによって、パルス捕捉した信号光のみを出力パルス光３８として抽出することができる。
【００５７】
図１４は本発明の第５実施例を示すパルス捕捉の現象を用いてパルス光の特性を調整することができる短パルス光源の構成図である。
【００５８】
この図において、４１は短パルス光源、４２は被制御パルス光（信号光）、４３は制御光源、４４は制御パルス光、４５は光合波器、４６は光ファイバ、４７は光ファイバ４６内の被制御パルス光と制御パルス光、４８は波長フィルタ、４９は出力パルス光である。
【００５９】
この図から明らかなように、被制御パルス光（信号光）４２と偏光の直交した制御パルス光４４を時間差を調整して光ファイバ４６に入射する。光ファイバ４６中において被制御パルス光（信号光）４２が制御パルス光４４によって捕捉される。このとき、制御パルス光４４によって被制御パルス光（信号光）４２の時間幅の狭窄化や波長の変換を行うことができる。また、被制御パルス光（信号光）４２の出力する時間も調整することができる。
【００６０】
このように、本発明によれば、制御パルス光によって直交偏光の被制御パルス光の波長、時間波形、出力時間を制御することができる。また、波長の異なる制御パルス光と被制御パルス光を常に重ねて出力することができる。更に、パルス光によってパルス光を制御することができる。
【００６１】
さらに、本発明を用いると、単一のパルス光から、偏光が直交した２波長の超短パルス対を生成することができる。このパルス対は時間的に重なっているため、非線形結晶に入射して、和周波や差周波信号を容易に生成することができる。
【００６２】
本発明は、光通信や光情報処理における光スイッチング、光エレクトロニクス、超短パルス光制御に好適である。
【００６３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００６５】
（Ａ）制御パルス光によって直交偏光の被制御パルス光の波長、時間波形、出力時間を制御することができる。
【００６６】
（Ｂ）波長の異なる制御パルス光と被制御パルス光を常に重なって出力することができる。
【００６７】
（Ｃ）パルス光によってパルス光を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例を示すパルス光制御装置の模式図である。
【図２】  本発明による被制御パルス光のパルス捕捉の現象の概念図である。
【図３】  本発明の第２実施例を示すパルス光制御装置の模式図である。
【図４】  本発明の第３実施例を示すパルス光制御装置の模式図である。
【図５】  本発明の実施例を示す光ファイバから出力されるパルス光のスペクトルの測定結果を表した図である。
【図６】  本発明の実施例を示す光ファイバへの入射光強度に対する制御パルス光と捕捉パルス光の中心波長の変化を表す図である。
【図７】  本発明の実施例を示す光ファイバの長さに対する制御パルス光と捕捉パルス光の中心波長、および捕捉パルス光のエネルギーの変化を表す図である。
【図８】  本発明の実施例を示す相互相関・周波数分解光ゲート法を用いて観測したファイバ出力におけるスペクトル成分の時間分布の測定結果を表す図である。
【図９】  本発明の実施例を示すパルス捕捉による被制御パルス光のスペクトルの変化の数値解析結果を表す図である。
【図１０】  本発明の実施例を示すファイバ長に対する二つのパルス光の波長とエネルギーの変化を示す図である。
【図１１】  図９、図１０と同様、単一のパルス光を入射した時の結果を示す図である。
【図１２】  本発明の実施例を示すパルス捕捉による被制御パスル光の時間変化の数値解析結果を表す図である。
【図１３】  本発明の第４実施例を示すパルス光制御装置の模式図である。
【図１４】  本発明の第５実施例を示すパルス捕捉の現象を用いてパルス光の特性を調整することができる短パルス光源の構成図である。
【符号の説明】
１，４２    被制御パルス光
２，３３，４４    制御パルス光
３    光遅延器
４，３４，４５    光合波器
５，２５    レンズ
６，３５，４６    光ファイバ
７，４７    光ファイバ内の被制御パルス光及び制御パルス光
１１，２１    超短パルスファイバレーザー
１２    光スプリッター
１３，１５，１７，１９    レンズ
１４，１８    細径偏波保持ファイバ
１６，２０，３７，４８    波長フィルタ
２２，２４    １／２波長板
２３    偏光光分岐器
２６    偏波保持ファイバ
２７    パルス光
３１    信号パルス光
３２，４３    制御光源
３６    光ファイバ内の信号パルス光と制御パルス光
３８，４９    出力パルス光
４１    短パルス光源
【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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