(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ内に、波長が光ファイバの異常分散領域にある制御パルス光と、波長が光ファイバの正常分散領域にある被制御パルス光を、時間差を調整して前記制御パルス光を被制御パルス光より先行させて入射し、前記被制御パルス光を制御パルス光に前記光ファイバ内で衝突させ、前記制御パルス光が誘起する非線形屈折率変化によって、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、前記光ファイバ内を前記制御パルス光によって前記被制御パルス光を前記制御パルス光の後端に捕捉した状態で伝搬させ、前記被制御パルス光の波長は前記制御パルス光と同じ群速度となる波長にシフトす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、前記制御パルス光によって前記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６】
（ａ）光ファイバと、
（ｂ）該光ファイバに波長が光ファイバの異常分散領域にある制御パルス光を入射する手段と、
（ｃ）前記光ファイバに波長が光ファイバの正常分散領域にある被制御パルス光を入射する手段とを備え、
（ｄ）前記制御パルス光を被制御パルス光より先行させて入射し、前記制御パルス光と被制御パルス光を前記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、前記光ファイバ内を前記制御パルス光によって前記被制御パルス光を前記制御パルス光の後端に捕捉した状態で伝搬させ、前記被制御パルス光の波長は前記制御パルス光と同じ群速度となる波長にシフトすることを特徴とするパルス光制御装置。
【請求項７】
請求項６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８】
請求項６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。
【請求項９】
請求項８記載のパルス光制御装置において、前記制御パルス光を生成する偏波保持ファイバを具備することを特徴とするパルス光制御装置。
【請求項１０】
請求項８又は９記載のパルス光制御装置において、前記被制御パルス光を生成する偏波保持分散シフトファイバ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、パルス光制御方法及びその装置に係り、特に、光ファイバにおける非線形効果を用いて、制御パルス光と被制御パルス光を衝突させることにより被制御パルス光を制御パルス光によって捕捉し、被制御パルス光を制御する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】
従来、パルスの波長や時間波形を変更するのには、非線形光学結晶を用いた装置等による、大掛かりな物がほとんどであった。
【０００３】
又、光通信の分野では、四光波混合などの非線形光学効果を用いた波長の変換手法が研究されているが、変換効率は小さいものであった。
【０００４】
一方、発明者らは、光ファイバ中において、超短パルス光によってパルス光が捕捉される現象を初めて見い出した。この現象を用いると、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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したようなパルス光制御方法はいままでに提案されていない。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みて、光ファイバ中において、超短パルス光によってパルス光を捕捉し、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。
【０００７】
【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、光ファイバ内に、波長が光ファイバの異常分散領域にある制御パルス光と、波長が光ファイバの正常分散領域にある被制御パルス光を、時間差を調整して前記制御パルス光を被制御パルス光より先行させて入射し、前記被制御パルス光を制御パルス光に前記光ファイバ内で衝突させ、前記制御パルス光が誘起する非線形屈折率変化によって、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、前記光ファイバ内を前記制御パルス光によって前記被制御パルス光を前記制御パルス光の後端に捕捉した状態で伝搬させ、前記被制御パルス光の波長は前記制御パルス光と同じ群速度となる波長にシフトすることを特徴とする。
【０００８】
〔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。
【０００９】
〔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。
【００１０】
〔４〕上記〔１〕記載のパルス光制御方法において、前記制御パルス光によって前記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。
【００１１】
〔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の出力時間を制御することを特徴とする。
【００１２】
〔６〕パルス光制御装置において、光ファイバと、この光ファイバに波長が光ファイバの異常分散領域にある制御パルス光を入射する手段と、前記光ファイバに波長が光ファイバの正常分散領域にある被制御パルス光を入射する手段とを備え、前記制御パルス光を被制御パルス光より先行させて入射し、前記制御パルス光と被制御パルス光を前記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、前記光ファイバ内を前記制御パルス光によって前記被制御パルス光を前記制御パルス光の後端に捕捉した状態で伝搬させ、前記被制御パルス光の波長は前記制御パルス光と同じ群速度となる波長にシフトすることを特徴とする。
【００１３】
〔７〕上記〔６〕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。
【００１４】
〔８〕上記〔６〕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。
【００１５】
〔９〕上記〔８〕記載のパルス光制御装置において、前記制御パルス光を生成する偏波保持ファイバを具備することを特徴とする。
【００１６】
〔１０〕上記〔８〕又は〔９〕記載のパルス光制御装置において、前記被制御パルス光を生成する偏波保持分散シフトファイバを具備することを特徴とする。
【００１７】
具体的には、制御パルス光と被制御パルス光を、時間差を調整して光ファイバに入力する。この時、被制御パルス光には制御パルス光より、群速度の近い波長のものを用意する。そして、制御パルス光の方が被制御パルス光よりも先に入射され、ファイバ中で制御パルス光が、被制御パルス光に追いつき、ぶつかり合うようにする。この時、制御パルス光の誘起する非線形屈折率変化によって、被制御パルス光は捕捉され、制御パルス光とともに重なり合って伝搬する。また、捕捉されることにより被制御パルス光の時間波形も変更される。さらに、被制御パルス光の波長は制御パルス光と同じ群速度となる波長にシフトされる。制御パルス光の波長シフトの大きさは、制御パルス光の光強度やファイバ長によって制御する。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１は本発明の第１実施例を示すソリトンパルスを用いたパルス光制御装置の模式図である。
【００２０】
この図において、１は被制御パルス光、２はソリトンパルス光からなる制御パルス光、３は光遅延装置、４は光合波器、５はレンズ、６は光ファイバ、７はその光ファイバ６内の被制御パルス光１及び制御パルス光２である。
【００２１】
このように、制御パルス光２と被制御パルス光１を光遅延装置３によって時間差を調整して光ファイバ６に入力すると、光ファイバ６において、制御パルス光２による被制御パルス光１の捕捉現象が現れ、被制御パルス光１を制御することができる。
【００２２】
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。
【００２３】
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、時間差を調整して光ファイバ６に入力する。この時、被制御パルス光１には制御パルス光２より、群速度の近い波長のものを用意する。そして、制御パルス光２の方が被制御パルス光１よりも先に入射される。
【００２４】
制御パルス光の波長はラマンシフトにより長波長側にシフトし、群速度が遅くなる。そして、図２（ｂ）に示すように、光ファイバ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。
【００２５】
この時、図２（ｃ）に示すように、制御パルス２が誘起する非線形屈折率変化によって、被制御パルス光１は捕捉され、制御パルス光２の後端部に位置するとともに重なり合って伝搬する。また、被制御パルス光１が捕捉されることにより時間波形も圧縮される。さらに、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。制御パルス光２の波長シフトの大きさは、制御パルス光２の光強度によって制御する。
【００２６】
図３は本発明の第２実施例を示すソリトンパルスを用いたパルス光制御装置の模式図である。
【００２７】
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、１３，１５，１８，２０，２５，２７，２８はレンズ、１４は偏波保持分散シフトファイバ（高非線形ファイバ）、１６，２１は波長フィルタ、１７は偏波保持分散シフトファイバ（高非線形ファイバ）１４によって生成される被制御パルス光としてのアンチストークスパルス、１９は細径偏波保持ファイバ、２２は細径偏波保持ファイバ１９によって生成される制御パルス光としてのソリトンパルス、２３は光遅延装置、２４は光合波器、２６は被制御パルス光１７と制御パルス光２２が入射される高非線形光ファイバ、２９は出力伝送用ファイバ、３０は光スペクトルアナライザ、３１，３３はＰＩＮ、３２はディジタルオシロスコープである。
【００２８】
光源には超短パルスファイバレーザー１１を用い、細径偏波保持ファイバ１９においてソリトンパルス２２を生成し、制御パルス光として用いる。
【００２９】
また、偏波保持分散シフトファイバ（高非線形ファイバ）１４においてアンチストークスパルス１７を生成し、被制御パルス光として用いる。
【００３０】
図４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時間波形の測定結果を示す図であり、縦軸は信号強度、横軸は時間を示している。
【００３１】
まず、図４（ａ）は、制御パルス光（ソリトンパルス）２２が被制御パルス光（アンチストークスパルス）１７よりも少し遅れて高非線形光ファイバ２６に入射されたときの測定結果である。このときは、パルス間の衝突は起きず、二つのパルスは別々に出力される。
【００３２】
図４（ｂ）は、制御パルス光２２を被制御パルス光１７よりも少し早く入射したときの時間波形の測定結果を表している。このときは、制御パルス光２２によって被制御パルス光１７が捕捉され、二つのパルス光は、ほぼ同時に重なって出力される。このとき、被制御パルス光１７の時間幅は、図４（ａ）と比較して少し圧縮されている。
【００３３】
図５は本発明の実施例を示す制御パルス光の光スペクトルの測定結果を示す図であり、左縦軸はスペクトル強度、右縦軸は伝搬時間、横軸は波長（ｎｍ）を示している。
【００３４】
まず、図５（ａ）は、高非線形光ファイバ２６の入力における制御パルス光２２のスペクトルを表している。波長フィルタ２１を用いて励起光のスペクトル成分を除去し、ソリトンパルス光のみを抽出し、制御パルス光として用いる。
【００３５】
図５（ｂ）は、高非線形光ファイバ２６の出力における制御パルス光２２のスペクトルを表している。高非線形光ファイバ２６におけるソリトン自己周波数シフトによって、波長が長波長側にシフトしている。制御パルス光の波長シフトの大きさは、制御パルス光の光強度によって制御することができる。
【００３６】
図６は本発明の実施例を示す被制御パルス光の光スペクトルの測定結果を示す図であり、左縦軸はスペクトル強度、右縦軸は伝搬時間、横軸は波長（ｎｍ）を示している。
【００３７】
まず、図６（ａ）は、波長１６５０ｎｍの制御パルス光を用いて被制御パルス光を捕捉したときの被制御パルス光のスペクトルを表している。このときは、制御パルス光と群速度の等しい波長に捕捉された成分のスペクトルが現れている。
【００３８】
図６（ｂ）は、制御パルス光の強度を増加させ、制御パルス光の波長を出力において１７２５ｎｍまでシフトさせた時の被制御パルス光のスペクトルを表している。制御パルス光は、ほぼ１００％近く捕捉され、制御パルス光と群速度の等しい１３５５ｎｍの辺りに波長がシフトしたスペクトルが現れている。
【００３９】
図７は本発明の実施例を示す制御パルス光の強度を変化させたときの制御パルス光と被制御パルス光の波長の変化を示す図であり、図７（ａ）の縦軸は出力における制御パルス光の波長（ｎｍ）、横軸は制御パルス光の入射光強度（ｍＷ）、図７（ｂ）の縦軸は出力における被制御パルス光の波長（ｎｍ）、横軸は制御パルス光の入射光強度（ｍＷ）を示している。
【００４０】
制御パルス光の強度を増加させることによって、制御パルス光の波長が連続に長波長側にシフトする。このとき、被制御パルス光の波長も連続に短波長側にシフトしていく。被制御パルス光の波長は、群速度が制御パルス光のものと等しい波長にシフトされる。
【００４１】
図８は本発明の他の実施例を示す、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光の一部を制御光源によって抽出する光分離システムの構成図である。
【００４２】
この図において、４１は信号光（被制御パルス光）、４２は制御光源、４３は制御パルス光、４４は光合波器、４５は光ファイバ、４６は光ファイバ４５に入射される被制御パルス光及び制御パルス光、４７は波長フィルタ、４８は出力パルス光である。
【００４３】
このように、信号光（被制御パルス光）４１と、制御パルス光４３を光合波器４４を介して、光ファイバ４５に入射する。
【００４４】
その光ファイバ４５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４５の出力に波長フィルタ４７を設置し、元の信号光４１の波長成分と制御パルス光４３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４８として抽出することができる。
【００４５】
図９は本発明の更なる他の実施例を示す、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。
【００４６】
この図において、５１は短パルス光源、５２は短パルス光（被制御パルス光）、５３は制御光源、５４は制御パルス光、５５は光合波器、５６は光ファイバ、５７は光ファイバ５６に入射される被制御パルス光及び制御パルス光、５８はパルス捕捉された被制御パルス光及び制御パルス光、５９は波長フィルタ、６０は出力パルス光である。
【００４７】
このように、信号光としての短パルス光（被制御パルス光）５２と、制御パルス光５４を光合波器５５を介して光ファイバ５６に入射する。この光ファイバ５６において、パルス捕捉が起こり、信号光（短パルス光）５２は制御パルス光５４によって捕捉される。このとき、制御パルス光５４によって信号光５２の時間幅の狭搾化や波長の変換を行うことができる。また、信号光５２の出力する時間も調整することができる。
【００４８】
また、光ファイバ５６の出力に波長フィルタ５９を設置し、制御パルス光５４を除去することによって、信号光５２のみを抽出することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
【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。
【００５１】
（Ａ）制御パルス光によって、被制御パルス光を制御することができる。
【００５２】
（Ｂ）光ファイバの正常分散領域にあるパルス光の波長を連続に変化させることができる。
【００５３】
（Ｃ）光ファイバの正常分散領域にあるパルス光の時間波形と出力時間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実施例を示すソリトンパルスを用いた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実施例を示すソリトンパルスを用いたパルス光制御装置の模式図である。
【図４】  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時間波形の測定結果を表す図である。
【図５】  本発明の実施例を示す制御パルス光の光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図６】  本発明の実施例を示す被制御パルス光の光スペクトルの測定結果を示す図である。
【図７】  本発明の実施例を示す制御パルス光の強度を変化させたときの制御パルス光と被制御パルス光の波長の変化を示す図である。
【図８】  本発明の他の実施例を示す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光の一部を制御光源によって抽出する光分離システムの構成図である。
【図９】  本発明の更なる他の実施例を示す、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    被制御パルス光
２    ソリトンパルス光からなる制御パルス光
３，２３    光遅延装置
４，２４，４４，５５    光合波器
５，１３，１５，１８，２０，２５，２７，２８    レンズ
６，４５，５６    光ファイバ
７    光ファイバ内の被制御パルス光及び制御パルス光
１１    超短パルスファイバレーザー（光源）
１２    光スプリッター
１４    偏波保持分散シフトファイバ（高非線形ファイバ）
１６，２１，４７，５９    波長フィルタ
１７    アンチストークスパルス（被制御パルス光）
１９    細径偏波保持ファイバ
２２    制御パルスとしてのソリトンパルス（制御パルス光）
２６    高非線形光ファイバ
２９    出力伝送用ファイバ
３０    光スペクトルアナライザ
３１，３３    ＰＩＮ
３２    ディジタルオシロスコープ
４１    信号光（被制御パルス光）
４２，５３    制御光源
４３，５４    制御パルス光
４６，５７    光ファイバに入射される被制御パルス光及び制御パルス光
４８，６０    出力パルス光
５１    短パルス光源
５２    短パルス光（被制御パルス光）
５８    パルス捕捉された被制御パルス光及び制御パルス光
【図１】
0003895160.tif 000002
【図２】
0003895160.tif 000003
【図３】
0003895160.tif 000004
【図４】
0003895160.tif 000005
【図５】
0003895160.tif 000006
【図６】
0003895160.tif 000007
【図７】
0003895160.tif 000008
【図８】
0003895160.tif 000009
【図９】
0003895160.tif 000010