(57)【要約】【課題】適切な動作条件を保ち安定した光周波数コムを発生させる。【解決手段】２つの分岐導波路は、光源から入力された光を伝搬させ、２つの光変調部は２つの分岐導波路を伝搬する光をそれぞれ変調信号に基づいて変調させ、位相制御部は２つの分岐導波路を伝搬する光のそれぞれの間における位相差を、バイアスに応じて制御し、光強度検出部は２つの分岐導波路からの出力光の強度を検出し、バイアス制御部は光強度検出部が検出した出力光の強度が所定値になるようにバイアスを制御する。【選択図】図１
2014098830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から入力された光を伝搬させる２つの分岐導波路と、
前記２つの分岐導波路を伝搬する光をそれぞれ変調信号に基づいて変調する２つの光変調部と、
前記２つの分岐導波路を伝搬する光のそれぞれの間における位相差を、バイアスに応じて制御する位相制御部と、
前記２つの分岐導波路からの出力光の強度を検出する光強度検出部と、
前記光強度検出部が検出した出力光の強度が所定値になるように前記バイアスを制御するバイアス制御部と、
を備えることを特徴とする光周波数コム発生装置。
【請求項２】
前記所定値は、前記出力光のスペクトルが所定の形状となるように前記２つの光変調部の間における変調信号の変調度の差及び前記２つの分岐導波路を伝搬する光の間における位相差が定められた場合に前記光強度検出部により検出された出力光の強度であることを特徴とする請求項１に記載の光周波数コム発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光周波数コム発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源が発生させた光を変調させて光周波数コムを発生させる技術が提案されてきた。光周波数コムは、光コムとも呼ばれ、多数の高次周波数成分を含む光である。これにより光パルスを生成し、光周波数コムは、例えば、波長分割多重方式（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ  ＷＤＭ）、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）用の光源、量子情報通信用の光源として光通信に応用されている。また、周波数標準、距離計測（測距）といった計測や光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）といった医療等に応用されている。  
光周波数コムを発生させる機器として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬＮ：Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ（ＬｉＮｂＯ３））等の電気光学結晶を用いた光変調器がある。ＬＮを用いた光変調器は、ＬＮ変調器と呼ばれる。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のＬＮ変調器は、電気光学効果を有する基板と、該基板に形成されたマッハツェンダー型光導波路と、マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路を伝搬する光波を独立に変調する２つの光変調部と、２つの分岐導波路を伝搬する光波の位相差を制御する位相制御部とを備え、そのマッハツェンダー型光導波路に連続光を入力し、その２つの光変調部にＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、無線周波数）信号を印加し、そのマッハツェンダー型導波路から光周波数コムとなる出力光を出力する光周波数コム発生装置である。
【０００４】
このＬＮ変調器は、さらに一方の光変調部に印加するＲＦ信号の電圧振幅を調整する振幅調整手段と、このＬＮ変調器からの出力光の強度をモニタするモニタ手段と、位相制御部により調整された位相差の変化に対応するその出力光の変化を、そのモニタ手段の出力信号から検出し、その検出結果に基づき該位相制御部を、出力光の強度変化の幅が所定値となるように制御して位相差を調整するバイアス制御回路を有する。
【０００５】
このＬＮ変調器は、最適な周波数分布強度として平坦なパワースペクトルを有する光周波数コムを発生する。そのためには、２つの光変調部間のＲＦ信号の変調度差分ΔＡと、２つの分岐導波路間の位相差Δθとの間で、式（１）に示す関係を満足させる。
ΔＡ＋Δθ＝π  …（１）
変調度差分ΔＡは、各光変調部に印加されるＲＦ信号間における変調度の差分である。位相差Δθは、各分岐導波路における行路長やバイアスによる位相の差分である。変調度差分ΔＡ、位相差Δθは、それぞれ位相量として表されている。このときの、光周波数コム信号の平均光出力パワーＰｏｕｔは、式（２）で与えられる。
Ｐｏｕｔ＝Ｐｉｎ［１＋ｃｏｓ（Δθ）Ｊ０（ΔＡ）］／２  …（２）
ここで、Ｐｉｎは、入力光のパワーの平均値（平均光入力パワー）を示す。Ｊ０（…）は、…の０次のベッセル関数を示す。例えば、ΔＡ＝０．４５π、Δθ＝０．５５πのとき、平均光出力パワーＰｏｕｔは、Ｐｉｎ［１＋ｃｏｓ（０．５５π）Ｊ０（０．４５π）］／２となる。
【０００６】
また、ΔＡ＝Δθ＝π／２のとき、光周波数コム信号のスペクトルが平坦となる最適動作状態となる。このとき、Ｐｏｕｔ＝Ｐｉｎ／２、つまり平均光出力パワーＰｏｕｔは、ＬＮ変調器に入力される入力光の平均光入力パワーの半分の値となる。
変調度差分ΔＡを変化させても、ｃｏｓ（Δθ）＝０となるため、平均光出力パワーＰｏｕｔは変化しない。そのため、ＲＦ信号に低周波のディザー信号（周波数ｆは、例えば１ｋＨｚ）を重畳することで電圧振幅を与え、変調度差分ΔＡを変調させても平均光出力パワーＰｏｕｔは変化しない。即ち、平均光出力パワーＰｏｕｔから、ディザー信号に応じた変調成分が生じないとき、位相差Δθ＝π／２が満たされている。従って、バイアス制御回路では、平均光出力パワーＰｏｕｔの変調成分が０となるように位相差Δθを調整するフィードバックループを構成してバイアスを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４９４９４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のＬＮ変調器では、光変調部に印加するＲＦ信号に誤差、例えば正弦波とは異なる波形を有する等、が生じると式（１）に示す動作条件、例えば、ΔＡ＝Δθ＝π／２を満たしても、平坦なパワースペクトルを有する光周波数コムを発生させることができない。言い換えればこのような誤差が生じた場合には、平坦なパワースペクトルを有する光出力を発生させる際の変調度差分ΔＡと位相差Δθとの関係は式（１）に示す動作条件、例えば、ΔＡ＝Δθ＝π／２とは異なることがある。この異なる関係のもとで、上述のようにバイアスを制御すると最適動作条件を保ち、安定した光周波数コムを発生させることができないことがあった。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、安定した光周波数コムを発生させる光周波数コム発生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、光源から入力された光を伝搬させる２つの分岐導波路と、前記２つの分岐導波路を伝搬する光をそれぞれ変調信号に基づいて変調する２つの光変調部と、前記２つの分岐導波路を伝搬する光のそれぞれの間における位相差を、バイアスに応じて制御する位相制御部と、前記２つの分岐導波路から合波されて出力された出力光の強度を検出する光強度検出部と、前記光強度検出部が検出した出力光の強度が所定値になるように前記バイアスを制御するバイアス制御部と、を備えることを特徴とする光周波数コム発生装置である。
【００１１】
（２）本発明の他の態様は、上述の光周波数コム発生装置において、前記所定値は、前記出力光のスペクトルが所定の形状となるように前記２つの光変調部の間における変調信号の変調度の差及び前記２つの分岐導波路を伝搬する光の間における位相差が定められた場合に前記光強度検出部により検出された出力光の強度であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、安定した光周波数コムを発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る光信号発生装置の概略ブロック図を示す。
【図２】出力光に歪が生じた場合における光出力パワーのスペクトル包絡の例を示す。
【図３】補正した出力光に係る光出力パワーのスペクトル包絡の例を示す。
【図４】本実施形態に一変形例に係る光信号発生装置の概略ブロック図を示す。
【図５】本実施形態に他の変形例に係る光信号発生装置の概略ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施形態に係る光周波数コム発生装置（光周波数コム発生器２０）は、電気光学効果を有する基板、該基板に形成されたマッハツェンダー型光導波路（本実施形態では、入力導波路２２１、分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂ、出力導波路２２３）、該マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路（本実施形態では、分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂ）を伝搬する光波を独立に変調する２つの光変調部（本実施形態では、変調電極２２４Ａ、２２４Ｂ）、該２つの分岐導波路を伝搬する光波の位相差を制御する位相制御部（本実施形態では、バイアス電極２２５）、該マッハツェンダー型光導波路に連続光を入力し（本実施形態では、光源１０）、該２つの光変調部にＲＦ信号を印加し（本実施形態では、ＲＦ信号源６０）、該マッハツェンダー型導波路から光周波数コムとなる出力光を出力する光周波数コム発生装置である。
また、本実施形態に係る光周波数コム発生装置は、さらに該出力光の強度をモニタするモニタ手段（本実施形態では、モニタＰＤ２７）と、該モニタ手段の出力信号に基づき、該位相制御部において、該出力光の強度があらかじめ設定した値になるように該位相差を調整するバイアス制御回路（本実施形態では、積分制御回路２９）を搭載した光周波数コム発生装置である。
【００１５】
以下、図面を参照しながら本実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る光信号発生装置１の概略ブロック図を示す。
光信号発生装置１は、光源１０、光周波数コム発生器２０、分散補償器３０、光強度変調器４０、光パルス圧縮器５０及びＲＦ信号源（変調信号生成部）６０を含んで構成される。
光周波数コム発生器２０は、偏波コントローラ２１、光変調器２２、分配器２３、位相調整器２４、振幅調整器２５、タップカプラ（分岐部）２６、モニタＰＤ（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、フォトダイオード；光強度検出部）２７、基準電圧源２８、及び積分制御回路（バイアス制御部）２９を含んで構成される。光周波数コム発生器２０は、光源１０等、他の構成と一体化されていてもよいし、別体であってもよい。
【００１６】
光源１０は、所定の波長の連続光を発生させる、例えばレーザ光源である。光源１０は、例えば、波長１．５５μｍ帯のＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ、分布帰還型）レーザである。光源１０の出射端は、偏波コントローラ２１の入射端と光ファイバで接続され、光源１０が発生した光波を偏波コントローラ２１に出力する。
偏波コントローラ２１は、光源１０の出射端と光ファイバで接続され、光源１０から光波が入力される。偏波コントローラ２１は、入力された光波の偏波面を、光変調器２２への入射に適した偏波面に調整する。偏波コントローラ２１の出射端は、光変調器２２が備える入力導波路２２１（後述）と光ファイバで接続され、偏波面を調整した光波を光変調器２２に出力する。これにより、光変調器２２に入力される光波の偏波面の偏波特性が、光変調器２２に入力可能な偏波特性に調整される。
【００１７】
光変調器２２は、入力導波路２２１、２つの分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂ、出力導波路２２３、２つの変調電極（光変調部）２２４Ａ、２２４Ｂ、及びバイアス電極（位相制御部）２２５を含んで構成される。
２つの分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂは、それぞれその一端が入力導波路２２１に接続され、他端が出力導波路２２３に接続されている。出力導波路２２３は、タップカプラ２６を介して分散補償器３０の入射端と光ファイバで接続されている。入力導波路２２１、２つの分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂ及び出力導波路２２３は、マッハツェンダー型干渉計を構成している。
【００１８】
変調電極２２４Ａ、２２４Ｂは、それぞれ分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂ上に形成されている。バイアス電極２２５は、分岐導波路２２２Ａもしくは２２２Ｂ、又はその両方にそれぞれ形成されている。図１に示す例では、バイアス電極２２５は、分岐導波路２２２Ｂ上のみに形成されている。
光変調器２２は、例えば、ＺカットＬＮ基板上に上述した各導波路と電極を形成したＬＮ変調器である。ＺカットＬＮ基板とは、ＬＮからなる基板であって、ＬＮの結晶光学軸のＺ方向に電界を印加する基板である。Ｚ方向に電界が印加されることにより最も効果的に光変調が行なわれる。この構成により、光変調器２２は、２つの分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂを伝搬する光の位相を独立に制御することができる。
光変調器２２は、ＬＮを用いて構成された変調器に限らず、その他の電気光学効果を有する物質を用いて構成された光変調器であってもよい。
本実施形態では、電気光学効果を有する物質として、例えば、次の物質を用いることができる；タンタル酸リチウム（ＬＴ：Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｔａｎｔａｌａｔｅ、（ＬｉＴａＯ３））等の強誘電体結晶、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ：Ｌｅａｄ  Ｌａｎｔｈａｎｕｍ  Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  Ｔｉｔａｎａｔｅ（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等のセラミクス、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ（Ｓｉ））半導体、リン化インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ（ＩｎＰ））やその派生物であるリン化インジウムガリウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ（ＩｎＧａＰ））、リン化ガリウムアルミニウムインジウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ（ＩｎＧａＡｌＰ））、砒化インジウムガリウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ａｒｓｅｎｉｄｅ（ＩｎＧａＡｓ））、砒化リン化インジウムガリウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ａｒｓｅｎｉｄｅ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ（ＩｎＧａＡｓＰ））、等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、など。
【００１９】
分配器２３の入力端は、ＲＦ信号源６０の出力端に接続され、ＲＦ信号源６０から変調信号ＳＩＧ１が入力される。分配器２３の出力端は、位相調整器２４の入力端と変調電極２２４Ａに接続され、入力された変調信号ＳＩＧ１を位相調整器２４及び変調電極２２４Ａに印加する。これにより変調電極２２４Ａに印加される変調信号ＳＩＧ１を変調信号ＳＩＧ１ａと呼ぶ。
【００２０】
位相調整器２４の入力端は、分配器２３の出力端に接続され、分配器２３から変調信号ＳＩＧ１が入力される。位相調整器２４は、入力された変調信号ＳＩＧ１に所定の位相を付与することで変調信号ＳＩＧ１の位相を調整する。これにより、例えば、変調信号ＳＩＧ１ａの位相と変調信号ＳＩＧ１ｂ（後述）の位相を一致させてもよい。変調信号ＳＩＧ１ａの位相と変調信号ＳＩＧ１ｂの位相との間で位相差が許容される場合には、その許容された位相差をバイアス電極２２５に印加されるバイアス電圧に応じて分岐導波路２２２Ａもしくは２２２Ｂを伝搬する光波に付与される位相とを相殺してもよい。位相調整器２４の出力端は、振幅調整器２５の入力端に接続され、位相が調整された変調信号ＳＩＧ１を振幅調整器２５に出力する。
【００２１】
振幅調整器２５の入力端は、位相調整器２４の出力端に接続され、位相調整器２４から位相が調整された変調信号ＳＩＧ１が入力される。振幅調整器２５は、入力された変調信号ＳＩＧ１の振幅を所定の増幅率で増幅する。振幅調整器２５の出力端は、変調電極２２４Ｂに接続され、増幅した変調信号ＳＩＧ１を変調電極２２４Ｂに印加する。変調電極２２４Ｂに印加される変調信号ＳＩＧ１を変調信号ＳＩＧ１ｂと呼ぶ。
【００２２】
タップカプラ２６は、出力導波路２２３から入力された光波の一部（例えば、５％）を分岐してモニタＰＤ２７に出力し、入力された光波の残りの大部分（例えば、９５％）を通過させて分散補償器３０に出力する。分岐される光波のパワーを、通過される光波のパワーよりも小さくすることによって、分岐されることによるパワーの損失を低減する。
【００２３】
モニタＰＤ２７（強度検出部）の入力端は、タップカプラ２６の出力端に接続され、タップカプラ２６から入力された光波が入力される。モニタＰＤ２７は、入力された光波のパワーをモニタし、このパワーに比例する電圧値を示す検出信号を生成し、生成した検出信号が示す電圧値の時間平均値（検出電圧値）Ｖｐｄを示すモニタ信号を生成する。即ち、この検出電圧値Ｖｐｄは、出力導波路２２３から出力される光波（光周波数コム）のパワーの時間平均（平均光出力）に比例する。
モニタＰＤ２７は、例えば、ゲルマニウム、ガリウム等の半導体からなるダイオードである。時間平均値をとる際の時間幅（平均時間）は、例えば、約１μｓである。モニタＰＤ２７の出力端は、積分制御回路２９が有する２個の入力端のうちの一方と接続され、生成したモニタ信号を積分制御回路２９に出力する。
基準電圧源２８は、予め定めた一定の基準電圧値Ｖｓｅｔを有する基準電圧信号を生成する。基準電圧源２８の出力端は、積分制御回路２９が有する２個の入力端のうちの他方と接続され、生成した基準電圧信号を積分制御回路２９に出力する。
【００２４】
積分制御回路２９は、２個の入力端を有し、その一方がモニタＰＤ２７の出力端に接続され、他方が基準電圧源２８の出力端に接続されている。積分制御回路２９は、モニタＰＤ２７から入力されたモニタ信号が示す検出電圧値Ｖｐｄから基準電圧源２８から入力された基準電圧信号が示す基準電圧値Ｖｓｅｔを差し引いた差分値（Ｖｐｄ−Ｖｓｅｔ）を予め定めた期間（積分時間）にわたり積分する。積分制御回路２９は、積分して得られた積分値に予め定めた係数ｋｉを乗じた値と、差分値（Ｖｐｄ−Ｖｓｅｔ）に係数ｋｉとは別個の予め定めた係数ｋｐを乗じた値とを合成した値を電圧値（バイアス電圧）として有するバイアス信号を生成する。生成されたバイアス信号は、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）バイアス又は直流バイアスとも呼ばれる。
【００２５】
ここで、係数ｋｉ、ｋｐは、バイアス電圧について負帰還特性を有するように予め定めておく。つまり、負帰還特性とは、差分値（Ｖｐｄ−Ｖｓｅｔ）が０よりも大きい状態が継続すると、バイアス信号の電圧値（バイアス電圧）の基準値からの差分値が負の値をとる特性である。言い換えれば、差分値（Ｖｐｄ−Ｖｓｅｔ）が０よりも小さい状態が継続すると、バイアス電圧の基準値からの差分値が正の値をとる。このバイアス電圧の基準値とは、予め定めた位相差Δθ、例えば位相差Δθの初期値（後述）を与える電圧値である。
積分制御回路２９の出力端はバイアス電極２２５に接続され、生成したバイアス信号をバイアス電極２２５に印加する。積分制御回路２９は、例えば、オペアンプ（演算増幅器）、コンデンサ及び抵抗素子を有する積分回路を含んで構成されてもよい。その場合、係数ｋｉ、ｋｐや積分時間の目安になる時定数は、該コンデンサの容量や該抵抗素子の抵抗値といった回路定数に基づいて与えられる。
【００２６】
従って、バイアス電極２２５、モニタＰＤ２７、基準電圧源２８及び積分制御回路２９は、出力導波路２２３が出力する光波のパワーに基づく検出電圧値Ｖｐｄを観測し、基準電圧値Ｖｓｅｔを目標としてバイアス電圧を制御するＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ、比例積分）制御系を構成する。これにより、検出電圧値Ｖｐｄが一定の基準電圧値Ｖｓｅｔに等しくなるようにバイアス電圧が一定に調整されるため、このバイアス電圧が一定の位相差Δθをとるように制御される。
【００２７】
分散補償器３０は、出力導波路２２３から入力された光波の各周波数成分の位相及び強度を制御することによって、当該入力された光波の波形を狭窄化して光強度変調器４０に出力する。分散補償器３０は、例えば、所定の分散特性を有する光ファイバ、その他の光学素子である。ここで、所定の分散特性とは、長波長（低周波数）の光成分（光パルスの前半部分）に対する群速度がより大きく、短波長（高周波数）の光成分（光パルスの後半部分）に対する群速度が小さい分散特性である。かかる分散特性を有する光ファイバとして、例えば、波長分散が波長１．３μｍ帯でゼロとなり、波長と比例する１．３μｍ帯通信用シングルモードファイバがある。
【００２８】
光強度変調器４０は、入射端と入力端を備える。該入射端は、分散補償器３０の出力端に接続され、該入力端は、ＲＦ信号源６０の出力端に接続される。光強度変調器４０において、分散補償器３０から入力された光波は、ＲＦ信号源６０から入力された変調信号ＳＩＧ２に基づいて強度変調を受ける。
光強度変調器４０は、例えば、マッハツェンダー型光変調器４１を備える。マッハツェンダー型光変調器４１は、入力された光波を形成する光パルス列のうち、ＲＦ信号源６０から入力された変調信号ＳＩＧ２の信号のパターンに基づいて特定の一部の光パルスのみを出力する。つまり、マッハツェンダー型光変調器４１は、変調信号ＳＩＧ２に基づいて特定の時系列パターンを有する光パルスを透過し、それ以外の光パルスを遮断する。これにより、変調信号ＳＩＧ２に基づいて光パルスの一部が間引かれた光パルス列からなる光波が生成される。光強度変調器４０の出射端は、光パルス圧縮器５０の入力端と接続され、生成した光波を光パルス圧縮器５０に出力する。
【００２９】
光パルス圧縮器５０は、光強度変調器４０から入力された光波を、例えば（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、エルビウム添加光ファイバ増幅器）を用いて増幅する。
光パルス圧縮器５０は、増幅した光波を構成する光パルスのパルス幅を狭めながらピークパワーを増大させることで、光パルスを断熱圧縮（ソリトン圧縮）する。断熱圧縮を行うために、光パルス圧縮器５０は、例えば、高非線形ファイバと高分散ファイバを交互に接続して構成されたファイバモジュールを用いてもよい。
光パルス圧縮器５０は、断熱圧縮した光パルスから構成される光波を増幅し、増幅した光波を出射する。これにより要求される出力パワーを有する光パルス列が得られる。なお、断熱圧縮によりパルス幅が圧縮（例えば、１個当たり０．２ｐｓ）されるため、そのスペクトル帯域幅は約４０ｎｍまで拡大する。そのため、広帯域で入力光を増幅することができる増幅器を用いることが望ましい。
このように時間的に非常に短いパルスは、超短パルス（Ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ  Ｐｕｌｓｅ）と呼ばれる。超短パルスは、光時分割多重方式（ＯＴＤＭ：  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の光源として光通信に応用される。また、超短パルスは、測距、テラヘルツ（ＴＨｚ）分光用の光源、非線形顕微鏡用の光源として計測、その他に応用される。
【００３０】
ＲＦ信号源６０は、所定の周波数の変調信号ＳＩＧ１（例えば、正弦波）を生成し、生成した変調信号ＳＩＧ１を分配器２３に出力する。ＲＦ信号源６０が変調信号ＳＩＧ１を出力する出力端は、分配器２３の入力端に接続されている。ＲＦ信号源６０は、変調信号ＳＩＧ１と同期した変調信号ＳＩＧ２を生成し、生成した変調信号ＳＩＧ２を光強度変調器４０に出力する。ＲＦ信号源６０が変調信号ＳＩＧ２を出力する出力端は、光強度変調器４０の入力端に接続されている。
【００３１】
変調信号ＳＩＧ１と変調信号ＳＩＧ２が同期しているとは、変調信号ＳＩＧ２の周波数が変調信号ＳＩＧ１の周波数と等しい、又は変調信号ＳＩＧ１の周波数の整数分の１であることを意味する。例えば、ＲＦ信号源６０は、共通するマスタークロックを生成し、生成した共通マスタークロックをそれぞれ同一又は異なる整数倍率で周波数逓倍することで変調信号ＳＩＧ１と変調信号ＳＩＧ２を生成することができる。
なお、ＲＦ信号源６０において、変調信号ＳＩＧ１を生成する信号発生器と変調信号ＳＩＧ２を生成する信号発生器は別個であってもよい。また、変調信号ＳＩＧ２の周波数は、複数周期にわたって一定であってもよいし、周期毎に異なっていてもよい。
【００３２】
上述したように、変調信号ＳＩＧ２は、光強度変調器４０において光パルス列から光パルスを間引くために用いられる。例えば、変調信号ＳＩＧ２が変調信号ＳＩＧ１を２分周した信号（つまり、周波数が１／２の信号）である場合、光強度変調器４０に入力された光パルス列を構成する光パルスが１個おきに間引かれる。従って、変調信号ＳＩＧ２の周波数を変更することで、光強度変調器４０から出力される光パルスの繰り返し周波数を変更することができる。このように、変調信号ＳＩＧ２は、変調信号ＳＩＧ１と同期していれば任意の波形のパターンをとりうるため、光強度変調器４０では、そのパターンに応じて光パルスが間引かれる。これにより任意のパターンの光パルス列が生成される。
【００３３】
（動作例）
次に、上記のように構成された光信号発生装置１、特に光周波数コム発生器２０の動作例について説明する。
光源１０が発生させた光は、偏波コントローラ２１で偏波面の方向が調整され、光変調器２２の入力導波路２２１に入力される。入力導波路２２１に入射された光は、分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂに分岐され、分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂそれぞれの中を伝搬する。分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂそれぞれの中を伝搬する伝搬光は、変調電極２２４Ａ、２２４Ｂ及びバイアス電極２２５からの電界に応じて位相変化を受ける。それぞれ位相変化を受けた伝搬光は、出力導波路２２３で再び合成され、合成された光が出力光として光変調器２２から出力される。
【００３４】
ここで、光変調器２２へ入射された光の振幅と角周波数を、それぞれＥ０、ω０とし、分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂにおいて伝搬光が受ける位相変化を、それぞれθ１、θ２とすると、光変調器２２からの出力光における振幅の時間変化Ｅ（ｔ）は、式（３）で表される。
Ｅ（ｔ）＝Ｅ０［ｓｉｎ（ω０ｔ＋θ１）＋ｓｉｎ（ω０ｔ＋θ２）］／２  …（３）
但し、θ１、θ２は、式（４）、（５）で表される。
θ１＝Ａ１ｓｉｎ（ωｍｔ）  …（４）
θ２＝Ａ２ｓｉｎ（ωｍｔ）＋Ｂ０＋Ｂ２  …（５）
【００３５】
式（４）、（５）において、Ａ１、Ａ２は、それぞれ変調電極２２４Ａにより分岐導波路２２２Ａの伝搬光に与えられる変調の振幅（変調度）、変調電極２２４Ｂにより分岐導波路２２２Ｂの伝搬光に与えられる変調の振幅である。Ｂ０は、分岐導波路２２２Ａと分岐導波路２２２Ｂとの間で元々持っている位相差、Ｂ２は、バイアス電極２２５により分岐導波路２２２Ｂの伝搬光に与えられる位相である。元々持っている位相差とは、バイアス電圧が印加されていない状態で生じる位相差、つまり、分岐導波路２２２Ａの経路長に対する分岐導波路２２２Ｂの経路長の差異等、分岐導波路の形態に起因する位相差である。ωｍは、ＲＦ信号源６０が発生する変調信号ＳＩＧ１の変調周波数ｆｍに２πを乗じて与えられる角周波数である。
【００３６】
式（３）から、光変調器２２からの出力光のパワーＰ（ｔ）と周波数ω（ｔ）は、それぞれ式（６）、（７）で表される。
Ｐ（ｔ）＝Ｐｉｎ［１＋ｃｏｓ｛ΔＡｓｉｎ（ωｍｔ）＋Δθ｝］／２  …（６）
ω（ｔ）＝ω０＋ωｍＡｓｉｎ（ωｍｔ）  …（７）
ここで、ΔＡは、上述の変調度差分であって、ΔＡ＝Ａ１−Ａ２と与えられる。Δθは、上述の位相差であって、Δθ＝−Ｂ０−Ｂ２と与えられる。また、Ａ＝（Ａ１＋Ａ２）／２である。Ｐｉｎは、光変調器２２への平均光入力パワーである。
式（６）に示す出力光のパワーＰ（ｔ）の時間平均をとることで、式（２）に示す平均光出力パワーＰｏｕｔが得られる。
【００３７】
光変調器２２は、変調度差分ΔＡとして予め調整した一定の値を用いる。変調度差分ΔＡは、予め調整した初期値から変動しないため、光変調器２２において位相差Δθを一定値にする制御を行うことで、平均光出力パワーＰｏｕｔが一定に保たれる。ＬＮ変調器では、分岐導波路２２２Ａと分岐導波路２２２Ｂとがバイアス電圧なしの状態で持っている位相差Ｂ０が時間の経過とともに変動する現象が現れることがあるが、本実施形態では、上述したように、位相差Δθを一定値にする制御は、平均光出力パワーＰｏｕｔが一定に保たれるように、積分制御回路２９が出力するバイアス電極２２５に印加するバイアス電圧を制御することで実現できる。
【００３８】
変調度差分ΔＡ及び位相差Δθの初期値としては、光出力パワーのスペクトルの概形（スペクトル包絡）が所望の形状をとる（例えば、最も平坦となる）変調度差分ΔＡ、位相差Δθを予め定めておく。例えば、位相差Δθの値を一定値に保ち、変調度差分ΔＡを微小量ずつ変化させ、光出力パワーのスペクトル包絡が最も所望の形状となる変調度差分ΔＡとそのときの平均光出力パワーＰｏｕｔを定める。その後、設定した変調度差分ΔＡのもとで、位相差Δθを微小量ずつ変化させ、光出力パワーのスペクトル包絡が最も所望の形状となる位相差Δθを定めておく。その後、上述した制御により、設定した変調度差分ΔＡのもとで、平均光出力パワーＰｏｕｔが一定となるように位相差Δθが制御される。平均光出力パワーＰｏｕｔは、モニタＰＤ２７が出力する検出電圧値Ｖｐｄに比例するためである。光変調器２２への平均光入力パワーＰｉｎが一定値をとるため、該制御により入出力パワー比Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎも一定となる。また、変調度差分ΔＡ及び位相差Δθの初期値を定めたときに得られる検出電圧値Ｖｐｄを、基準電圧値Ｖｓｅｔと定める。この基準電圧値Ｖｓｅｔは、これらの初期値を定めたときの平均光出力パワーＰｏｕｔに対応する検出電圧値Ｖｐｄである。
【００３９】
上述した変調度差分ΔＡ及び位相差Δθの初期値を定める処理は、操作者が光出力パワーのスペクトル包絡を目視しながら、変調度差分ΔＡ又は位相差Δθを手動で変化させる操作でもよいが、ディジタル処理によって行われるようにしてもよい。
該ディジタル処理は、例えば次の工程を含む。
（ｉ）所望の光出力パワーのスペクトル包絡を示すデータを目標スペクトル包絡として予め記憶しておく。
（ｉｉ）複数の変調度差分ΔＡ及び位相差Δθの組み合わせのうちのそれぞれについて、モニタＰＤ２７に入力された光波の波形を取得する。
（ｉｉｉ）取得した波形について、例えば、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、高速フーリエ変換）を行って時間領域から周波数領域に変換して光出力パワーのスペクトルを算出する。
（ｉｖ）算出した光出力パワーのスペクトルのスペクトル包絡について目標スペクトル包絡からの誤差の大きさを示す指標値（例えば、二乗誤差）を算出する。
（ｖ）変調度差分ΔＡ及び位相差Δθの組み合わせのそれぞれについて、（ｉｉ）−（ｉｖ）の工程を行って算出された指標値が最も誤差が小さいことを示すときの変調度差分ΔＡ及び位相差Δθの組み合わせを、変調度差分ΔＡ及び位相差Δθの初期値と定める。
【００４０】
なお、上述したディジタル処理において、予め定めた１つの位相差Δθについて、まず、複数の変調度差分ΔＡのそれぞれについて、（ｉｉ）−（ｉｖ）の工程を行い、（ｖ）の工程において算出された指標値が最も誤差が小さいことを示すときの変調度差分ΔＡを変調度差分ΔＡの初期値と定めてもよい。その後、複数の位相差Δθのそれぞれについて、（ｉｉ）−（ｉｖ）の工程を行い、（ｖ）の工程において算出された指標値が最も誤差が小さいことを示すときの位相差Δθを位相差Δθの初期値と定めてもよい。
本実施形態では、上述したディジタル処理を、光周波数コム発生器２０と一体化した処理部（図示せず）が行うようにしてもよいし、光周波数コム発生器２０と別体の処理部が行うようにしてもよい。
【００４１】
従来の光変調器では、式（１）を満足するように、変調度差分ΔＡ及び位相差Δθを調整しても、光周波数コム発生器２０を構成する各デバイスは理想的な状態で動作するとは限らない。その要因として、例えば、変調信号の波形の歪、各種のノイズの他、各デバイスの形状、配置、組成、それらの個体差等がある。そのため、図２に示すように出力光に歪が生じる。
図２は、出力光に歪が生じた場合における光出力パワーのスペクトル包絡の一例を示す。
図２において、横軸は波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）を示し、縦軸は光出力パワー（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ）を示す。図２に示す例では、通過帯域の波長が１５５２．６〜１５５４．４ｎｍであり、変調度差分ΔＡ、位相差Δθがともに０．５πである場合に得られた光出力パワーである。
図２に示される光出力パワーは、通過帯域において、−５８〜−２５［ｄＢ］の間で分布し、その極大値及び極小値が不規則に分布する。
【００４２】
これに対して、本実施形態では、式（１）に示す関係に拘束されずに、変調度差分ΔＡ又は位相差Δθを調整することで出力光への歪が、図３に示すように補正される。
図３は、補正した出力光に係る光出力パワーのスペクトル包絡の他の例を示す。
図３における横軸と縦軸の関係は、図２における横軸と縦軸の関係と同様である。
図３に示す例では、変調度差分ΔＡが０．５π、位相差Δθが０．５８πである場合に得られた光出力パワーである。
図３に示される光出力パワーは、通過帯域において、−６３〜−３５［ｄＢ］の間で分布し、その極大値がいずれも約−３７ｄＢ、極小値がいずれも約−６０ｄＢと規則的に分布する。つまり、本実施形態により、位相差Δθを一定値に制御することで、光出力パワーのスペクトル包絡が平坦になるように出力光が補正される。ここで、ＬＮ変調器（光変調器２２）においてバイアス電圧が変位する現象（ＤＣドリフト）が生じても当該変位に追従して、その制御点であるバイアスの位相差が常に一定値、（図３に示す例ではΔθ＝０．５８πを与える電圧値）となるように制御される。
【００４３】
言い換えれば、光出力パワーのスペクトル包絡が平坦になる変調度差分ΔＡと位相差Δθとの関係が、式（１）で示される関係から変動した場合であっても、本実施形態では、出力光の歪を補正することで、安定した光周波数コムを発生することができる。また、本実施形態では、位相差Δθを調整するためのバイアス信号を生成する際に、ディザー信号等、位相差Δθに影響を与える信号を用いる必要がない。そのため、かかる信号を用いることによるノイズが出力される光周波数コムに含まれることが回避される。ひいては、距離計測等のアナログ計測にも使用可能な、高品質で安定した光周波数コム光源を実現することができる。
【００４４】
（変形例）
次に、上述した実施形態の変形例について説明する。
上述では、積分制御回路２９が積分回路からなるＰＩ制御系を構成している場合を例にとって説明したが、本実施形態では、これには限られない。本実施形態では、基準電圧値Ｖｓｅｔ、検出電圧値Ｖｐｄをそれぞれ目標信号、観測信号として用いてバイアス信号を制御するフィードバック制御系を構成していれば、いかなる制御系を採用してもよい。
本実施形態では、例えば、積分制御回路２９が備える積分回路と並列して微分回路を備えることで、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御系を構成してもよい。即ち、積分制御回路２９は、積分して得られた積分値に予め定めた係数ｋｉを乗じた値と、差分値（Ｖｐｄ−Ｖｓｅｔ）に予め定めた係数ｋｐを乗じた値と、更に差分値（Ｖｐｄ−Ｖｓｅｔ）を微分して得られた微分値に予め定めた係数ｋｄを乗じた値とを合成した値をバイアス電圧として有するバイアス信号を生成する。この微分回路も、オペアンプ、コンデンサ及び抵抗素子を含んで構成され、該積分回路や該微分回路の回路定数によって係数ｋｉ、ｋｐならびにｋｄや積分時間の目安になる時定数が与えられる。
さらに、これらのＰＩ制御系又はＰＩＤ制御系を複数個直列に接続した制御系を構成してもよい。
【００４５】
上述では、積分制御回路２９がアナログ回路で構成されアナログ制御を行う場合を例にとって説明したが、積分制御回路２９はディジタル演算によって上述の基準電圧値Ｖｓｅｔ、検出電圧値Ｖｐｄに基づいてバイアス信号の電圧値を算出する処理を行ってもよい。即ち、積分制御回路２９は、該処理をコンピュータで実現するようにしてもよく、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。また、積分制御回路２９はＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。
【００４６】
また、上述した変調度差分ΔＡ及び位相差Δθの初期値を定めるために用いる処理部もコンピュータで実現するようにしてもよく、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。また、積分制御回路２９はＬＳＩ等の集積回路として実現してもよい。
【００４７】
上述では、分岐導波路２２２Ｂ上に積分制御回路２９によるバイアス電圧を印加する場合を例にとって説明したが、該バイアス電圧に基づき分岐導波路２２２Ａ、２２２Ｂ間で位相差Δθを一定値に制御することができれば、これには限られない。
例えば、図４に示す本実施形態の一変形例では、分岐導波路２２２Ｂの代わりに分岐導波路２２２Ａ上にバイアス電極２２５が形成される。形成されたバイアス電極２２５には、積分制御回路２９によって一定に制御されたバイアス電圧が印加される。ここで、バイアス電極２２５により分岐導波路２２２Ａの伝搬光に与えられる位相をＢ１とすると、位相差Δθは−Ｂ０＋Ｂ１と等しくなる。よって、位相−Ｂ０＋Ｂ１を一定に制御することで位相差Δθも一定に制御される。
【００４８】
また、図５に示す本実施形態の他の変形例では、分岐導波路２２２Ａ上にバイアス電極２２５Ａが、分岐導波路２２２Ｂ上にバイアス電極２２５Ｂがそれぞれ形成される。形成されたバイアス電極２２５Ａ、２２５Ｂには、積分制御回路２９によるバイアス電圧が印加される。ここで、バイアス電極２２５Ａ、２２５Ｂにより分岐導波路２２２Ｂの伝搬光に与えられる位相をＢ２とすると、位相差Δθは、Ｂ１−Ｂ０−Ｂ２と与えられる。そのため、位相差Ｂ１−Ｂ０−Ｂ２を一定に制御することで、位相差Δθも一定に制御される。例えば、積分制御回路２９がバイアス電極２２５Ａ、２２５Ｂにそれぞれ印加するバイアス電圧を一定値に制御することで、位相差Δθが一定に制御される。
【００４９】
上述では、分配器２３と変調電極２２４Ｂとの間で、位相調整器２４と振幅調整器２５を直列に接続する場合を例にとって説明したが、変調信号ＳＩＧ１ａと変調信号ＳＩＧ１ｂとの位相差及び振幅差を調整することができれば、本実施形態ではこれには限られない。    
例えば、位相調整器２４と振幅調整器２５のうち、いずれか一方又は両方が分配器２３と変調電極２２４Ａとの間に接続されていてもよい。
分配器２３と変調電極２２４Ｂとの間もしくは分配器２３と変調電極２２４Ａとの間において、位相調整器２４と振幅調整器２５が直列に接続される場合、位相調整器２４と振幅調整器２５が接続される順序は、上述した例とは逆の順序でもよい。
その他、分配器２３と変調電極２２４Ｂとの間、並びに分配器２３と変調電極２２４Ａとの間で、それぞれ位相調整器及び振幅調整器を備えてもよい。
【００５０】
上述では、分散補償器３０が光周波数コム発生器２０の直後に接続されている場合を例にとって説明したが、本実施形態ではこれには限られない。分散補償器３０は、光周波数コム発生器２０よりも後段に備えられていればよい。例えば、光周波数コム発生器２０の直後に光強度変調器４０が接続され、その直後に分散補償器３０が接続されていてもよい。
上述では、偏波コントローラ２１が、光周波数コム発生器２０と一体である場合を例に挙げたが、偏波コントローラ２１は、光周波数コム発生器２０とは別体であってもよいし、省略されてもよい。
【００５１】
このように、本実施形態では、電気光学効果を有する基板に形成された２つの分岐導波路を用いて光源から入力された光を伝搬させ、２つの分岐導波路をそれぞれ伝搬する光をそれぞれ印加された変調信号に基づいて変調させる。また、本実施形態では、２つの分岐導波路を伝搬する光のそれぞれの間における位相差を印加されたバイアスを用いて制御し、バイアスを出力光の強度が所定値になるように制御する。
これにより、２つの分岐導波路をそれぞれ伝搬する光の変調度差分ΔＡと位相差Δθが、所定の動作条件から変動した場合でも出力光の歪を補正することができる。即ち、最適動作条件を保ち安定した光周波数コムを発生することができる。
【００５２】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１…光信号発生装置、１０…光源、
２０…光周波数コム発生器、２１…偏波コントローラ、２２…光変調器、
２２１…入力導波路、２２２Ａ、２２２Ｂ…分岐導波路、２２３…出力導波路、
２２４Ａ、２２４Ｂ…変調電極、２２５（２２５Ａ、２２５Ｂ）…バイアス電極、
２３…分配器、２４…位相調整器、２５…振幅調整器、２６…タップカプラ、
２７…モニタＰＤ、２８…基準電圧源、２９…積分制御回路、
３０…分散補償器、４０…光強度変調器、４１…マッハツェンダー型光変調器、
５０…光パルス圧縮器、６０…ＲＦ信号源
【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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