(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長帯に利得を持つ光増幅手段と、入射する光を所定のクロック信号に従って変調して光パルスへ変換する光変調手段とをループ状に接続したレーザパルス発振手段と、
前記レーザパルス発振手段から出射される光パルスを電気信号に変換し、前記レーザパルス発振手段のループ長に対応する基本周波数の整数倍の繰り返し周波数を有するクロック信号を抽出して前記光変調手段に供給するクロック信号抽出手段とを有する光パルス発生器において、
前記レーザパルス発振手段から出射される光パルスの光パワーを前記クロック信号抽出手段で受光可能な値に制限して前記クロック信号抽出手段へ出射する保護手段を具備し、
前記保護手段は、
前記レーザパルス発振手段から出射される光パルスの光パワーを増幅する希土類添加光ファイバと、
前記希土類添加光ファイバから出射される光パルスの光パワーが飽和出力に達するように前記希土類添加光ファイバを励起する励起光を出射する励起手段と
を備えることを特徴とする光パルス発生器。
【請求項２】
前記保護手段は、
前記希土類添加光ファイバから出射される光パルスの光パワーを減衰させる光減衰手段を具備することを特徴とする請求項１記載の光パルス発生器。
【請求項３】
前記保護手段は、
前記励起手段が前記励起光を出射していない期間，又は，前記励起光が出射されてから所定時間が経過するまでの期間において、前記希土類添加光ファイバから出射される光パルスを遮断する光スイッチ手段を具備することを特徴とする請求項１又は２記載の光パルス発生器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高速光通信システムの構築に必要となる繰り返し周波数の高い光パルスを安定的に発生させる光パルス発生器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超高速光通信システムに適用することの可能な光パルス発生器としては、例えば、特開平８−０１８１３９号公報に開示された技術が挙げられる。図５は、かかる従来技術による光パルス発生器の一構成例を示すブロック図である。同図に示されるように、この光パルス発生器は希土類添加光ファイバ１，光分岐器２，光アイソレータ３，光変調器４，光フィルタ５，及び光結合器６を順に接続してなるリング型共振器Ｒを有している。
【０００３】
希土類添加光ファイバ１は、エルビウム等の希土類元素が添加された光ファイバである。この希土類添加光ファイバ１は、リング型共振器Ｒの外部に設けられた光源（後述する励起光源７）からの励起光により励起されて光増幅を行うもので、添加される希土類元素によって定まる所定波長の光を放出する。
光分岐器２は、リング型共振器Ｒ内を循環する光パルスの一部をリング型共振器Ｒの外部に取り出すためのものである。この光分岐器２から取り出される光パルスは、リング型共振器Ｒの共振条件を満たす位相を有する光パルスだけであるため、出射される光パルスはレーザ光である。
【０００４】
光アイソレータ３は、リング型共振器Ｒ内での光パルスの循環方向を定めるためのものである。つまり、図中、符号ｄ１で示すのと逆方向に伝搬する光パルスが光アイソレータ３を透過できないようにして、ｄ１方向にだけ光パルスが循環するようにしている。
光変調器４は、クロック信号ＣＬＫ（詳細は後述）に基づいて、リング型共振器Ｒ内を循環する光を強度変調して光パルスを生成する。すなわち、希土類添加光ファイバ１から出射されたものの、リング型共振器Ｒ内を一周回も循環していない光は、まだ光パルスになっていないため、この光を光変調器４で変調して光パルスに変換する。
【０００５】
光フィルタ５は所定の通過帯域幅を有しており、この通過帯域幅に含まれない波長の光を遮断する特性を持っている。すなわち、光フィルタ５は、発生する光パルスの波長を希土類添加光ファイバ１の増幅帯域内で限定するとともに、希土類添加光ファイバ１から出射される自然放出光や、励起光源７から出射される不要な波長の光を除去するために設けられたものである。
光結合器６は励起光源７から出射される励起光をリング型共振器Ｒに導く。また、励起光源７は希土類添加光ファイバ１を励起するための励起光を発生させる光源である。
【０００６】
一方、図中の光分岐器８は前述した光分岐器２と接続されており、光分岐器２を介してリング型共振器Ｒから出射される光パルスを分岐する。分岐された光パルスのうち、一方の光パルスは例えば超高速光通信システム用に使用され、他方の光パルスはクロック信号抽出器９へ入射する。
このクロック信号抽出器９は、入射される光パルスに基づいてクロック信号を抽出するもので、入射される光パルスを電気信号に変換する受光素子１０，狭帯域フィルタ１１，この狭帯域フィルタ１１の出力を増幅する電気増幅器１２から構成されている。つまりクロック信号抽出器９は、いわば入射される光パルスを電気のクロック信号に変換するものと言える。
他方、移相器１３はクロック信号抽出器９から出力されるクロック信号の位相を調整する。また、電気増幅器１４は、移相器１３から出力されるクロック信号を増幅することによりクロック信号ＣＬＫを生成して光変調器４に入力する。
【０００７】
上記のように構成された光パルス発生器は、以下に述べるようにして、繰り返し周波数の高い光パルスを生成される。
まず、励起光源７が励起光を出射すると、この励起光は光結合器６を介してリング型共振器Ｒへ入射し、希土類添加光ファイバ１内を伝搬して希土類添加光ファイバ１を励起する。これにより、励起された希土類添加光ファイバ１は所定波長の光を放出する。この放出光はリング型共振器Ｒ内をｄ１方向に伝搬し、光分岐器２，光アイソレータ３を介して光変調器４へ入射し、光変調器４で強度変調されて光パルスに変換される。この光パルスはリング型共振器Ｒ内をｄ１方向に伝搬し、光フィルタ５，光結合器６を介して希土類添加光ファイバ１へ入射する。
【０００８】
このとき、希土類添加光ファイバ１には励起光源７からの励起光が入射しており、希土類添加光ファイバ１はリング型共振器Ｒを一周回してきた光パルスを増幅する。この増幅された光はリング型共振器Ｒ内をさらにｄ１方向に伝搬し、光分岐器２、光アイソレータ３を通って光変調器４へ到達すると光変調器４でパルス化される。そして、これ以降は上述したのと同様にして、光パルスがリング型共振器Ｒ内を伝搬してゆく。
【０００９】
このように、光パルスがリング型共振器Ｒ内を循環している間、光分岐器２は循環する光パルスの一部を分岐してリング型共振器Ｒの外部へ出射する。すると、光分岐器８はリング型共振器Ｒから出射された光パルスを分岐し、これらのうちの一方の光パルスは超高速光通信システム用に使用され、他方の光パルスはクロック信号抽出器９へ入射する。この後、クロック信号抽出器９が入射された光パルスから電気のクロック信号を抽出すると、移相器１３が抽出されたクロック信号の位相を調整し、電気増幅器１４が移相器１３の出力を増幅し、得られたクロック信号ＣＬＫを光変調器４へ出力する。光変調器４は、クロック信号ＣＬＫに基づいてリング型共振器Ｒ内を循環するレーザ光を強度変調して、前述したように光パルスを出射する。
【００１０】
ここで、一般に、リング型共振器Ｒのループの物理的な長さである共振器長をＬ，光ファイバの屈折率をｎ，光速をｃとすると、共振器長Ｌで決まる基本周波数ｆ0は、次式で表される。
ｆ0 ＝ｃ／（ｎＬ）      ・・・（１）
そこで、光変調器４の変調周波数を基本周波数ｆ0 のｑ（ｑは整数）倍、つまり次式
ｑｆ0 ＝ｑｃ／（ｎＬ）  ・・・（２）
に設定し、基本周波数ｆ0 のｑ倍に一致する周波数のクロック信号ＣＬＫを光変調器４に供給すると、変調周波数と光パルスの繰り返し周波数が一致して、高調波モード同期が達成される。
こうして、繰り返し周波数の高い光パルス列を長時間にわたって安定的に発生させることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来技術による光パルス発生器では、光分岐器８からクロック信号抽出器９へ分岐される光パルスの光パワーが、受光素子１０で受光可能な光パワーよりも大きいと受光素子１０を破損してしまう。
ここで使用する受光素子１０は入射される光パワーを受光電流に変換する素子である。ここで、入射される光パルスの光パワーをＰ，受光素子１０に流れる受光電流をＩ，受光素子１０の受光感度をＳとすると、入射される光パルスの光パワーで決まる受光電流は
Ｉ＝ＳＰ                ・・・（３）
である。つまり、受光素子１０に入射される光パルスの光パワーが高くなるにしたがい受光素子１０に流れる受光電流が高くなる。
【００１２】
例えば、受光感度０．８［Ａ／Ｗ］の受光素子１０に光パルスの光パワー１０［ｍＷ］の光が入射されたとすると受光電流は８［ｍＡ］となる。受光素子１０は受光電流の定格以下で使用する必要があり、定格を越える受光電流を受光素子１０が流せば受光素子１０の破損につながる。つまり、定格を越える受光電流を受光素子１０が流すような光パルスの光パワーを受光素子１０に入射させると受光素子１０が破損してしまう。そうすると、クロック信号抽出器９がクロック信号を抽出できなくなる。その結果、光変調器４がリング型共振器Ｒ内を循環するレーザ光を強度変調できずに、光パルスが生成されなくなってしまう。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光パルス発生器の内部に設けられたクロック信号抽出器９を構成する受光素子１０を定格を越える光パワーから保護することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、所定波長帯に利得を持つ光増幅手段と、入射する光を所定のクロック信号に従って変調して光パルスへ変換する光変調手段とをループ状に接続したレーザパルス発振手段と、前記レーザパルス発振手段から出射される光パルスを電気信号に変換し、前記レーザパルス発振手段のループ長に対応する基本周波数の整数倍の繰り返し周波数を有するクロック信号を抽出して前記光変調手段に供給するクロック信号抽出手段とを有する光パルス発生器において、前記レーザパルス発振手段から出射される光パルスの光パワーを前記クロック信号抽出手段で受光可能な値に制限して前記クロック信号抽出手段へ出射する保護手段を具備し、前記保護手段は、前記レーザパルス発振手段から出射される光パルスの光パワーを増幅する希土類添加光ファイバと、前記希土類添加光ファイバから出射される光パルスの光パワーが飽和出力に達するように前記希土類添加光ファイバを励起する励起光を出射する励起手段とを備えることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記保護手段は、前記希土類添加光ファイバから出射される光パルスの光パワーを減衰させる光減衰手段を具備することを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記保護手段は、前記励起手段が前記励起光を出射していない期間，又は，前記励起光が出射されてから所定時間が経過するまでの期間において、前記希土類添加光ファイバから出射される光パルスを遮断する光スイッチ手段を具備することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による光パルス発生器について説明する。図１は本実施形態による光パルス発生器の構成を示すブロック図であり、図５に示した光パルス発生器と同じ構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。図１及び図５の対比から明らかなように、本実施形態の光パルス発生器は、光分岐器８とクロック信号抽出器９との間に保護装置２０を備えた点が従来の光パルス発生器の構成と異なっている。
【００１６】
この保護装置２０は、励起光源２１，光合波器２２，希土類添加光ファイバ２３，光スイッチ２４，光減衰器２５，光分岐器２６，受光素子２７で構成されている。
励起光源２１は、希土類添加光ファイバ２３を励起するための励起光を発生させる。また、光合波器２２は、光分岐器８からの光パルスと励起光源２１からの励起光を合波して希土類添加光ファイバ２３に出射する。
【００１７】
希土類添加光ファイバ２３は、励起光源２１からの励起光で励起されて光分岐器８からの光パルスを増幅するという点を除けば、前述した希土類添加光ファイバ１と同じ機能を有している。ここで、希土類添加光ファイバ２３が入射光の光パワーを増幅して出射できる光パワーの範囲は、励起光源２１から出射される励起光パワーによって決定される。図２は、励起光パワー（横軸）に対する希土類添加光ファイバの出力パワー（縦軸）の一例を示したグラフである。この図のように、希土類添加光ファイバ２３は、その特性で決まる飽和出力を越える光パワーにまで入射光を増幅して出射させることはできない。
【００１８】
ところで、希土類添加光ファイバを用いて光増幅を行う場合は、通常であれば、入射する光パルスの光パワーで希土類添加光ファイバが飽和出力に達しないように、希土類添加光ファイバを励起させる励起光パワーを調整するようにしている。その理由は、入射する光が希土類添加光ファイバで増幅されるときの利得を一定にさせたいことに因るものである。図３は、希土類添加光ファイバの出力パワー（横軸）に対する利得（縦軸）の一例を示したグラフである。図３に示したように、希土類添加光ファイバ２３の特性で決まる飽和出力付近を除けば利得は一定である。
【００１９】
これに対し、本実施形態では、入射する光パルスの光パワーによって希土類添加光ファイバ２３が飽和出力に達するように、希土類添加光ファイバ２３を励起する励起光パワーを調整している。希土類添加光ファイバ２３の飽和出力は、希土類添加光ファイバ２３から出射できる最大の光パワーであるから、飽和出力を越える光パワーが受光素子１０へ入射されることはない。このようにしても、クロック信号抽出器９の役割は、光分岐器８から出射される光パルスを電気のクロック信号に変換することにあり、希土類添加光ファイバ２３に入射する光パルスに対して増幅する利得を一定にする必要はなく、何らの問題も生じない。
【００２０】
また、受光素子２７は光分岐器２６を介して希土類添加光ファイバ２３から出射される光パルスの光パワーを電気信号に変換し、電気信号に基づいてある飽和出力で一定になるように希土類添加光ファイバ２３を励起させる励起光源２１の励起光パワーを制御している。
【００２１】
光スイッチ２４は、入射された光パルスを遮断あるいは通過させる機能を有しており、光スイッチ２４が遮断状態のときに光スイッチ２４はオフであるものとし、通過状態のときに光スイッチ２４はオンであるものとする。
ここで、希土類添加光ファイバ２３から出射される光パルスの光パワーを一定になるようにしているため、図４に示すように電源立ち上げ時には希土類添加光ファイバ２３から光パルスが出射されていないので希土類添加光ファイバ２３へ高光パワーの励起光が入射されてしまう。励起されていない状態から急に高光パワーの励起光が入射されると、希土類添加光ファイバ２３から飽和出力を越える過大な光パルスが出射される場合がある。このとき、光スイッチ２４がオフの状態であれば、受光素子１０へ定格を越える光パワーが入射されることなく保護されるので問題はないが、もし光スイッチ２４がオンの状態であれば受光素子１０を破損してしまう。
【００２２】
こうしたことから、本実施形態では、励起光源２１から希土類添加光ファイバ２３へ励起光が出射されていないときには、光スイッチ２４をオフの状態とし、励起光が出射されてからある一定時間が経過した後に、光スイッチ２４をオンの状態とするように制御している。こうすることで、希土類添加光ファイバ２３から出射される過大な光パルスから受光素子１０を保護することができる。
【００２３】
光減衰器２５は、希土類添加光ファイバ２３から出射される光パルスの光パワーを減衰させ、受光素子１０で受光可能な光パワーとしてから受光素子１０に入射させる。つまり、受光素子１０に入射される光パルスの光パワーは、希土類添加光ファイバ２３から出射可能な最大の光パワーに対し、光減衰器２５で光パワーを減衰させた値となる。このように、希土類添加光ファイバ２３は光リミッタの役割を果たすことになる。例えば、励起光源２１から出射される励起光パワーを５０ｍＷ，希土類添加光ファイバ２３の出射可能な光パワー（飽和出力）を１０ｍＷ，受光素子１０で受光可能な光パワーを１ｍＷとする。この場合、光減衰器２５で光パワーを１／１０に減衰させることで、受光素子１０の破損を防ぐことが可能となる。
【００２４】
次に、上記のように構成された光パルス発生器において、光分岐器８からの光パルスが保護装置２０に入射してきたときの動作は以下のようになる。
まず、光分岐器８からの光パルスは、光合波器２２を介して保護装置２０に入射され、希土類添加光ファイバ２３に入射することになる。いま、希土類添加光ファイバ２３が励起光源２１から出射される励起光により励起されていると、希土類添加光ファイバ２３は入射した光パルスの光パワーを増幅し、光分岐器２６を介して光パルスの一方は光スイッチ２４へ、光パルスの他方は受光素子２７へ入射される。受光素子２７は希土類添加光ファイバ２３から出射される光パルスの光パワーを一定にするように励起光源２１に電気信号を出力する。光スイッチ２４は、励起光が出射され始めてから一定時間の経過後にオンの状態になっているため、入射した光パルスを光減衰器２５へそのまま通過させる。光減衰器２５は、入射された光パルスの光パワーを受光素子１０で受光可能な光パワーに減衰させてから受光素子１０へ出射する。
【００２５】
この後は、上述したのと同様に、クロック信号抽出器９による電気のクロック信号の抽出，移相器１３による位相の調整，電気増幅器１４による増幅が順次行われる。そして、光変調器４は、得られたクロック信号ＣＬＫに基づいてリング型共振器Ｒ内を循環するレーザ光を強度変調して光パルスを出射する。
一方、上記の説明において、励起光源２１から励起光が出射されていないか、あるいは、励起光が出射され始めてから上記一定時間が経過していない期間では、光スイッチ２４がオフの状態にあるため、希土類添加光ファイバ２３からの光パルスは遮断されて受光素子１０に入射されることはなく、受光素子１０が破損する恐れもない。
【００２６】
以上のように、本発明は希土類添加光ファイバ２３の飽和出力を利用している点を最大のポイントとしている。そして、光分岐器８とクロック信号抽出器９の間に保護装置２０を設けることで、光分岐器８からクロック信号抽出器９へ出射される光パルスの光パワーが、クロック信号抽出器９内の受光素子１０で受光可能な光パワーよりも大きくとも、受光素子１０を保護することができる。
なお、上記実施形態において、希土類添加光ファイバ２３の飽和出力の値が、受光素子１０で受光可能な光パワーを越えていなければ、必ずしも光減衰器２５を設けなくとも良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーザパルス発振手段から出射される光パルスの光パワーをクロック信号抽出手段で受光可能な値に制限してから出射させている。これにより、クロック信号抽出手段に設けられた受光素子等が定格を越える光パワーによって破損されるのを防いで、クロック信号抽出手段を保護することができる。
また、請求項２記載の発明によれば、希土類添加光ファイバと、この希土類添加光ファイバの出射する光パルスの光パワーが飽和出力に達するように励起する励起手段とにより保護手段を構成している。これにより、希土類添加光ファイバからは飽和出力を越える光パワーの光パルスが出射されることがなくなるため、レーザパルス発振手段から出射される光パルスの光パワーに拘わらず、クロック信号抽出手段に設けられた受光素子等の定格を飽和出力以上にすれば、クロック信号抽出手段を保護することができる。
【００２８】
また、請求項３記載の発明によれば、希土類添加光ファイバから出射される光パルスの光パワーを減衰させてクロック信号抽出手段へ出射している。これにより、希土類添加光ファイバの飽和出力の値がクロック信号抽出手段に設けられた受光素子等の定格を越えているような場合であっても、クロック信号抽出手段へ出射する光パルスの光パワーを定格以下に減衰させることで、クロック信号抽出手段を保護することができる。
また、請求項４記載の発明によれば、励起光を出射していないか或いは出射されてから所定時間が経過するまでは、希土類添加光ファイバから出射される光パルスを遮断している。これにより、電源立ち上げ時等に希土類添加光ファイバへ高光パワーの励起光が入射されて発生する飽和出力を越える過大な光パルスからクロック抽出手段を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態における光パルス発生器の構成を示すブロック図である。
【図２】  希土類添加光ファイバにおける励起光パワーと出力パワーの関係を示したグラフである。
【図３】  希土類添加光ファイバにおける出力パワーと利得の関係を示したグラフである。
【図４】  希土類添加光ファイバ２３から出射される光の光パワーが電源立ち上げによって変化してゆく様子を光スイッチがオンされるタイミングとともに示したグラフである。
【図５】  従来の技術における光パルス発生器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，２３  希土類添加光ファイバ
２，８，２６  光分岐器
３  光アイソレータ
４  光変調器
５  光フィルタ
６  光結合器
７，２１  励起光源
９  クロック信号抽出器
１０，２７  受光素子
１１  狭帯域フィルタ
１２，１４  電気増幅器
１３  移相器
２０  保護装置
２２  光合波器
２４  光スイッチ
２５  光減衰器
ＣＬＫ  クロック信号
Ｒ  リング型共振器
【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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