(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一のパルス光を出力する第一のパルス光発生回路の発振周波数と、第一のパルス光の繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する第二のパルス光発生回路の発振周波数の差である発振周波数差を、前記繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除した値に設定しており、
第一のパルス光と第二のパルス光の合波光を非線形光学媒質に入射させて、光周波数間隔の均等な多波長光を得ることを特徴とする光発生方法。
【請求項２】
請求項１の光発生方法において、
第一のパルス光と第二のパルス光の尖塔が時間軸上で一致するように、第一のパルス光と第二のパルス光の少なくとも一方に時間的な遅延を与えることを特徴とする光発生方法。
【請求項３】
請求項１の光発生方法において、
第一のパルス光と第二のパルス光の尖塔が時間軸上で一致するように、第一のパルス光発生回路と第二のパルス光発生回路の同期を取ることを特徴とする光発生方法。
【請求項４】
前記任意の正数を可変することを特徴とする請求項１の光発生方法。
【請求項５】
第一のパルス光を出力する第一のパルス光発生回路と、第一のパルス光の繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する第二のパルス光発生回路とを有し、しかも、第一のパルス光発生回路の発振周波数と第二のパルス光発生回路の発振周波数の差である発振周波数差が、前記繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除した値に設定されており、
更に、第一のパルス光と第二のパルス光の合波光が入力される非線形光学媒質を有することを特徴とする光源。
【請求項６】
第一のパルス光を出力する第一のパルス光発生回路と、第一のパルス光の繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する第二のパルス光発生回路とを有し、しかも、第一のパルス光発生回路の発振周波数と第二のパルス光発生回路の発振周波数の差である発振周波数差が、前記繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除した値に設定されており、
更に、第一のパルス光と第二のパルス光の合波光が入力される非線形光学媒質と、
合波前において、第一のパルス光と第二のパルス光の少なくとも一方に時間的な遅延を与える光遅延回路とを有することを特徴とする光源。
【請求項７】
第一のパルス光を出力する第一のパルス光発生回路と、第一のパルス光の繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する第二のパルス光発生回路とを有し、しかも、第一のパルス光発生回路の発振周波数と第二のパルス光発生回路の発振周波数の差である発振周波数差が、前記繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除した値に設定されており、
更に、第一のパルス光と第二のパルス光の合波光が入力される非線形光学媒質と、
第一のパルス光と第二のパルス光の尖塔を一致させるように、第一のパルス光発生回路と第二のパルス光発生回路の少なくとも一方を制御する同期回路とを有することを特徴とする光源。
【請求項８】
第一のパルス光を出力する第一のパルス光発生回路と、第一のパルス光の繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する第二のパルス光発生回路とを有し、しかも、第一のパルス光発生回路の発振周波数と第二のパルス光発生回路の発振周波数の差である発振周波数差が、前記繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除した値に設定されており、
更に、第一のパルス光と第二のパルス光の合波光が入力される非線形光学媒質と、
第一のパルス光発生回路の発振周波数と第二のパルス光発生回路の発振周波数を可変にする発振周波数制御回路とを有することを特徴とする光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長多重通信に利用可能な光発生方法及び光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光ファイバ通信の伝送容量増大を目指し、１本の光ファイバに互いに異なる波長のレーザ光を多重化して伝送する光波長多重通信が研究されている。
従来、光波長多重通信の光源としては、複数個の分布帰還形（ＤＦＢ）半導体レーザを、素子温度の制御により発振波長を制御して用いてきた。しかし多重するチャネルの数が増えると、レーザの数も同じだけ増やさなければならず、コストのかかるシステムになると考えられる。
【０００３】
そこで近年、多くの発振モードを含むレーザ光を光源とし、そのモードを光フィルタで切り出してチャネルとする多波長光源が検討されるようになってきた。直接変調、あるいは利得スイッチ法などを用いたパルス光源は多くのモードを発生させることができるが、そのなかでもモード同期レーザは、比較的簡単にフーリエ変換限界のパルスを生成することができる、すなわち広いスペクトル帯域を持つことが可能であることから、広く研究対象となっている。
【０００４】
モード同期レーザとは、レーザ共振器内で生成されるモードの位相を同期させることによってパルス光を発生させるレーザであり、そのスペクトルは周波数軸上で等間隔な多くのモードを含む。このモードを光フィルタなどで切り出すことにより、単一モードの連続光光源として用いることができる。
【０００５】
例えば参考文献「Ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｐｒｅｃｉｓｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｐａｃｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  ａｎ  Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｆｉｌｔｅｒ  （Ｈｉｒｏａｋｉ  Ｓａｎｊｏｈ  他著、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．９，  Ｎｏ．６，  ｐｐ．８１８−８２０，  １９９７）  」では、モード同期半導体レーザを用いて、５０ＧＨｚ間隔の多波長光を生成させている。
【０００６】
図１７は上記参考文献に示されている一例であり、モード同期半導体レーザ０１の電界吸収変調器０１ａに２５ＧＨｚの正弦波信号を入力すると共に直流電流を利得領域０１ｂに入力すると、高調波モード同期により、５０ＧＨｚ間隔の多波長光を生成させ、この多波長光を、アレイ導波路回折格子フィルタ（光フィルタ）０２で切り出して、光出力差１７ｄＢ以内に１１チャネルの連続光を得ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記の多波長光から得られるチャネル数は、元のモード同期半導体レーザ０１の増幅利得帯域に制限され、各チャネルの光出力レベルはレーザの増幅利得の中心とそれ以外で大きく異なっていた。
また、前記多波長光から得られるチャネルの周波数間隔はモード同期半導体レーザ０１のモード間隔によるため、周波数間隔は固定されてしまい、光ネットワークシステムの柔軟な構成を困難にしていた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、パルス光の繰り返し周波数は等しいが発振周波数が異なる２つのパルス光発生回路を用い、非線形光学効果を利用して広帯域かつ周波数間隔の等しい多波長光を発生する光発生方法及び光源を提供することを目的とする。
【０００９】
更に、２つのパルス光発生回路の発振周波数を変えることにより、周波数間隔の可変な多波長光を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、第一のパルス光を出力する第一のパルス光発生回路の発振周波数と、第一のパルス光の繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する第二のパルス光発生回路の発振周波数の差である発振周波数差を、前記繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除した値に設定しており、
第一のパルス光と第二のパルス光の合波光を非線形光学媒質に入射させて、光周波数間隔の均等な多波長光を得ることを特徴とする。
【００１１】
また本発明の構成は、第一のパルス光と第二のパルス光の尖塔が時間軸上で一致するように、第一のパルス光と第二のパルス光の少なくとも一方に時間的な遅延を与えたり、
第一のパルス光と第二のパルス光の尖塔が時間軸上で一致するように、第一のパルス光発生回路と第二のパルス光発生回路の同期を取ったり、
前記任意の正数を可変することを特徴とする。
【００１２】
また本発明の構成は、第一のパルス光を出力する第一のパルス光発生回路と、第一のパルス光の繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する第二のパルス光発生回路とを有し、しかも、第一のパルス光発生回路の発振周波数と第二のパルス光発生回路の発振周波数の差である発振周波数差が、前記繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除した値に設定されており、
更に、第一のパルス光と第二のパルス光の合波光が入力される非線形光学媒質を有することを特徴とする。
【００１３】
また本発明の構成は、第一のパルス光を出力する第一のパルス光発生回路と、第一のパルス光の繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する第二のパルス光発生回路とを有し、しかも、第一のパルス光発生回路の発振周波数と第二のパルス光発生回路の発振周波数の差である発振周波数差が、前記繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除した値に設定されており、
更に、第一のパルス光と第二のパルス光の合波光が入力される非線形光学媒質と、
合波前において、第一のパルス光と第二のパルス光の少なくとも一方に時間的な遅延を与える光遅延回路とを有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明の構成は、第一のパルス光を出力する第一のパルス光発生回路と、第一のパルス光の繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する第二のパルス光発生回路とを有し、しかも、第一のパルス光発生回路の発振周波数と第二のパルス光発生回路の発振周波数の差である発振周波数差が、前記繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除した値に設定されており、
更に、第一のパルス光と第二のパルス光の合波光が入力される非線形光学媒質と、
第一のパルス光と第二のパルス光の尖塔を一致させるように、第一のパルス光発生回路と第二のパルス光発生回路の少なくとも一方を制御する同期回路とを有することを特徴とする。
【００１５】
また本発明の構成は、第一のパルス光を出力する第一のパルス光発生回路と、第一のパルス光の繰り返し周波数と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する第二のパルス光発生回路とを有し、しかも、第一のパルス光発生回路の発振周波数と第二のパルス光発生回路の発振周波数の差である発振周波数差が、前記繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除した値に設定されており、
更に、第一のパルス光と第二のパルス光の合波光が入力される非線形光学媒質と、
第一のパルス光発生回路の発振周波数と第二のパルス光発生回路の発振周波数を可変にする発振周波数制御回路とを有することを特徴とする。
【００１６】
〔作用〕
本発明では、等しい繰り返し周波数でパルス光を発生する２つのパルス光発生回路（パルスレーザ）と、非線形光学効果を有する非線形光学媒質を用いることにより、元のパルスレーザのモード間隔とは異なる、等間隔な多波長光を、レーザの増幅利得に依らずにより多く得られる。
【００１７】
また、２つのパルスレーザから発生されるパルス光のどちらか、あるいは双方に時間的な遅延を与えるようにしたため、パルス光の尖塔が時間軸上で一致し、非線形媒質に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、その結果、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差が少ない多波長光が得られる。
【００１８】
また、２つのパルスレーザの同期を取るようにしたため、パルス光の尖塔が時間軸上で一致するため、非線形媒質に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、その結果、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差がより少ない多波長光が得られる。
【００１９】
また、２つのパルスレーザの発振周波数を制御するようにしたため、発生されるモード間隔を可変にすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各種の実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態にかかる光源を示す。同図に示す第一のパルスレーザ１は一定の繰り返し周波数の第一のパルス光を出力し、第二のパルスレーザ２も、第一のパルスレーザ１と同一の繰り返し周波数の第二のパルス光を出力する。このとき、パルスレーザ１の発振周波数とパルスレーザ２の発振周波数の差（発振周波数差）を、パルス光の繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除（除算）した値に設定している。
【００２２】
なお「パルスレーザの発振周波数」とは、レーザが自励発振するときの光周波数のことをいう。この発振周波数は、パルス光にとっては、搬送波（キャリア）の周波数と考えることができる。
【００２３】
また、２つのレーザの発振周波数差を、パルス光の繰り返し周波数を２以上の任意の正数で除（除算）した値に設定することは、後述する他の実施の形態においても同様である。
【００２４】
パルスレーザ１，２から出力されたパルス光（レーザ光）は、光合波器３にて合波され、合波されたパルス光を光増幅器４により増幅している。このように合波して増幅したパルス光は、非線形光学媒質５に入力される。
【００２５】
非線形光学媒質５は、その非線形光学効果により、パルスレーザ１，２のモード間隔とは異なる、光周波数間隔が均等な多波長光を出力する。
【００２６】
更に個々の部材を詳述すると、図１におけるパルスレーザ１，２とは、利得を励起する際に直接変調を施すことによりパルス光を発生することができるレーザ、あるいは連続光を外部変換器でパルス化するレーザ、あるいはモード同期レーザ、利得スイッチレーザ、Ｑスイッチレーザなどである。
【００２７】
パルスレーザ１，２の光スペクトルは、中心の輝線スペクトルの周りに、周波数間隔δｆ＝１／Ｔ［ヘルツ］（Ｔ［秒］はパルス光の繰り返し周期）のモード、及び高調波成分である、δｆの正数倍ｎ×δｆ〔ヘルツ〕間隔のモードを持つ（ｎは正数）。ここで中心の輝線スペクトルにおける周波数が、パルスレーザの発振周波数である。
【００２８】
図１における非線形光学媒質５とは、その屈折率が、２次以上の高次の電気感受率に強く支配される媒質であり、光ファイバや光半導体増幅器、有機色素などである。一般に強い強度の光波が非線形光学媒質に入射されると、自己位相変調、相互位相変調、あるいは四光波混合などのさまざまな非線形光学効果を発生する。
【００２９】
なお、非線形光学媒質５としては、３次の非線形効果を発生するものを使用してもよい。
【００３０】
周波数間隔δｆ［ヘルツ］のモードを持ち、かつ発振周波数がδｆ［ヘルツ］異なる２つのパルスレーザから出力されたパルス光を光カプラなどの光合波器３を用いて重ね合わせると、そのスペクトルは、元のパルスレーザとは異なる周波数間隔になる。この様子を図２に示す。パルスレーザ１のスペクトルは実線、パルスレーザ２のスペクトルは破線で示されている。ここでδν［ヘルツ］を発振周波数差という。
【００３１】
上記のような２つのパルスレーザ１，２の重ね合わせ光をエルビウム添加光ファイバ増幅器などの光増幅器４で増幅し、非線形光学媒質５に入射させると、自己位相変調、あるいは相互位相変調といった非線形光学効果によりスペクトルの包絡線が広がり、かつ、四光波混合といった非線形光学効果により多数の周波数の異なる光が発生する。
【００３２】
図２の例において、ポンプ光の光周波数をν１  ［ヘルツ］、プローブ光の光周波数をν２  ［ヘルツ］（ただしν２  ＞ν１  ）とすると、四光波混合によりν１  −（ν２  −ν１  ）［ヘルツ］及びν２  ＋（ν２  −ν１  ）［ヘルツ］のシグナル光が発生される。更に新しく発生されたν１  −（ν２  −ν１  ）［ヘルツ］及びν２  ＋（ν２  −ν１  ）［ヘルツ］の光はポンプ光やプローブ光となり、更に多くのモードを発生させる。
【００３３】
ここで２つのパルスレーザ１，２の発振周波数差δν［ヘルツ］が、モード間隔δｆ［ヘルツ］の２以上の正数で割った値に等しくなるように、２つのパルスレーザの発振周波数を制御すると、元のパルスレーザのモード、及び四光波混合により発生するシグナル光はすべてδν［ヘルツ］間隔となり、多くの等間隔なモードを含む多波長光を発生することができる。
【００３４】
例えば図２の例で、２つのパルスレーザ１，２の発振周波数差δνを、モード間隔δｆの１／４にすると、
ν２  ＝ν１  ＋δｆ／４
となる。ν１  及びν２  の周波数の光をポンプ光及びプローブ光とすると、新たに発生されるシグナル光の周波数は、
ν１  −δｆ／４  及び    ν１  ＋δｆ／２
となる。また、ν１  −δｆ及びν２  −δｆをポンプ光及びプローブ光とすると、新たに発生されるシグナル光の周波数は、
ν１  −５δｆ／４  及び    ν１  −δｆ／２
となる。
【００３５】
以下、２つのパルスレーザ１，２のモードすべてについて同様に考えると、ポンプ光、プローブ光及びシグナル光は周波数軸上ですべてδｆ／４間隔、すなわちδν間隔で並び、等間隔のモードを含む多波長光が発生される。
【００３６】
また、自己位相変調あるいは相互位相変調により、非線形光学媒質５へ入射されたスペクトルの包絡線は広がって出力されるため、得られる多波長光のチャネル数は入力のそれよりも多くなり、各チャネルの出力差も少なくなる。
【００３７】
＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の形態にかかる光源を示し、図４はその動作原理を説明する図である。
【００３８】
第２の実施の形態では、図３に示すように、第二のパルスレーザ２から出力された合波前の第二のパルス光を、時間的に遅延させる光遅延回路６が配置されている。このため、第一のパルスレーザ１から出力された第一のパルス光と、第二のパルスレーザ２から出力されてから光遅延回路６にて時間的に遅延された第二のパルス光とが、光合波器３にて合波されるようになっている。なお、他の部分の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００３９】
光遅延回路６における時間的な遅延は、パルスレーザ２から発生されたパルス光の伝搬する媒質の屈折率を温度、あるいは電気光学効果などで変化させ、あるいは媒質の長さを物理的に変化させることにより得られる。
【００４０】
一般に、２つの独立したパルスレーザ１，２から発振されるパルス光は、時間的に相関がないため、それぞれは同期がとれていない。そこで一方のパルスレーザ２から出たパルス光に時間的な遅延を与え、しかも光遅延回路６により遅延量を調節することにより、図４に示すように、双方のパルス光の尖塔を時間的に一致させることができる。
【００４１】
その結果、非線形光学媒質５に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、結果として、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差が少ない多波長光が得られる。
【００４２】
なお光遅延回路６の伝搬媒質の屈折率を変化させるには、伝搬する媒質が大気中であるなら、その光路中にガラスなどの誘電体を挿入することにより、伝搬路全体での屈折率が変化する。
媒質の長さを物理的に変化させるには、例えば伝搬する媒質が光ファイバであるならば、光ファイバを圧電素子などで引っ張ることにより変化する。
また光遅延回路６の各種の具体的な実施の形態は、後の第７（図９）〜第１０（図１２）の実施の形態において詳述する。
【００４３】
＜第３の実施の形態＞
図５は本発明の第３の実施の形態にかかる光源を示す。図５に示すように、本実施の形態では、第二のパルスレーザ２から出力されるパルス光を、第一のパルスレーザ１から出力されるパルス光に同期させる機能を持つ同期回路７を備えている。なお、他の部分の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００４４】
同期回路７とは、検波器を用いて光信号を電気信号に変換し、電気回路によってパルス光どうしの同期を取り、パルスレーザ１，２のうち、一方のパルスレーザ、あるいは双方のパルスレーザに帰還する手段、あるいは光信号のまま信号処理し、一方のパルスレーザ、あるいは双方のパルスレーザに負帰還する手段である。
【００４５】
図５に示す実施の形態では、第２のパルスレーザ２に帰還してパルスレーザ２から出力されるパルス光のタイミングを制御して、両パルスレーザ１，２から出力されるパルス光の同期をとるようにしている。
【００４６】
２つの独立したパルスレーザ１，２から発振されるパルス光の一部を双方とも分岐し、パルス光のタイミングを同期回路７で同期させることにより、パルス光の尖塔が時間軸上で一致させることができる。その結果、非線形光学媒質５に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、結果として、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差が少ない多波長光が得られる。
【００４７】
＜第４の実施の形態＞
図６は本発明の第４の実施の形態にかかる光源を示す。図６に示すように、本実施の形態では、第一のパルスレーザ１に、パルスレーザ１から出力されたパルス光の発振周波数を検出する検波器８ａと、検波器８ａにて検波した信号を基に第一のパルスレーザ１の発振周波数を制御する発振周波数制御回路９ａを備えている。また、第二のパルスレーザ２に、パルスレーザ２から出力されたパルス光の発振周波数を検出する検波器８ｂと、検波器８ｂにて検波した信号を基に第二のパルスレーザ２の発振周波数を制御する発振周波数制御回路９ｂを備えている。なお、他の部分の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００４８】
このようにして第一，第二のパルスレーザ１，２の発振周波数を制御することにより、周波数間隔の可変な多波長光を出力することができる。つまり、「パルスレーザ１，２の発振周波数差を、パルス繰り返し周波数の２以上の整数で除（除算）した正数の値に設定する」という条件にあって、「正数」の値を変化させることができる。
【００４９】
なお、パルスレーザ１，２の発振周波数を制御する方法とは、レーザ内にある利得媒質の屈折率を変化させる、あるいはレーザ共振器の共振器長を変化させて発振周波数を制御する方法がある。
【００５０】
一般にパルスレーザの利得媒質の屈折率は、利得媒質の温度を変化させる、あるいは半導体レーザの場合は励起のための注入電流の量を変化させることなどにより、変化する。
レーザ共振器の共振器長は、固体レーザや気体レーザなどでは共振器を構成する鏡を機械的に動かすことにより変化する。また、共振器内の屈折率を変化させることにより、実効的な共振器長を変化させることができる。
【００５１】
上記のような手法により、２つのパルスレーザ１，２の発振周波数差δν［ヘルツ］を、モード間隔δｆ［ヘルツ］の２以上の正数で割った値に等しくなるように変化させれば、等間隔に発振し、かつ周波数間隔の可変なモードを含む多波長光を発生することができる。
【００５２】
＜第５の実施の形態＞
図７は本発明の第５の実施の形態にかかる光源を示す。図７に示すように、本実施の形態では、第一，第二のパルスレーザとして、モード同期レーザ１１，１２を採用している。なお、他の部分の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００５３】
モード同期レーザ１１，１２とは、レーザ共振器内で発生する幾つかのモードの位相を同期させることにより、急峻なパルス光を発生させることができるレーザである。モードの位相を同期させるには、レーザ媒質に変調を与える強制モード同期法、光の強度により透過率が変化する可飽和吸収体をレーザ共振器に組み込んだ受動モード同期法、あるいは両方の効果を用いるハイブリッドモード同期法などがある。
【００５４】
モード同期レーザ１１，１２は、比較的容易にフーリエ変換限界なパルス光を発生することができるため、よりスペクトル幅の広い光源となることから、より多チャネルの多波長光を発生することができる。
【００５５】
＜第６の実施の形態＞
図８は本発明の第６の実施の形態にかかる光源を示す。図８に示すように、本実施の形態では、第一，第二のパルスレーザとして、利得スイッチレーザ１３，１４を採用している。なお、他の部分の構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
利得スイッチレーザ１３，１４とは、レーザ媒質をデルタ関数的に急峻に励起すると、急峻なパルス光を発生させることができるレーザである。
【００５７】
利得スイッチレーザ１３，１４は、比較的容易にフーリエ変換限界なパルス光を発生することができるため、よりスペクトル幅の広い光源となることから、より多チャネルの多波長光を発生することができる。
【００５８】
＜第７の実施の形態＞
図９は、空間コリメートビームによる光ファイバ間結合を利用した光遅延回路２０を示す。この光遅延回路２０は、図３に示す光遅延回路６として採用することができる。
【００５９】
空間コリメートビームによる光ファイバ間結合を利用した光遅延回路２０とは、入射用及び出射用の２本の光ファイバ２１，２２と、入射用光ファイバ２１からの出射光を平行光にするコリメートレンズ２３と、平行光を出射用光ファイバ２２に集光させるコリメートレンズ２４からなり、入射用あるいは出射用のコリメート系のどちらか一方、あるいは両方を平行光の進行方向に可動な駆動系を持ち、該駆動系を動かすことにより光路長を変化させる遅延装置である。図９の例では、コリメートレンズ２３を固定し、コリメートレンズ２４を可動にしている。
【００６０】
この光遅延回路２０を、図３に示す光遅延回路６として採用して、遅延量を調節することにより、パルスレーザ１，２から出力される双方のパルス光の尖塔を時間的に一致させることができる。その結果、非線形光学媒質５に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、結果として、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差が少ない多波長光が得られる。
また、光遅延回路２０を用いることにより、簡単な装置で大きな遅延量を得ることができ、繰り返し周期の長いパルスレーザへの適用も可能である。
【００６１】
＜第８の実施の形態＞
図１０は、光導波路の屈折率制御による光遅延回路３０を示す。この光遅延回路３０は、図３に示す光遅延回路６として採用することができる。
【００６２】
光導波路の屈折率制御による光遅延回路３０とは、入射ポート３１、出射ポート３２及び屈折率制御部３３を持つ光導波路３４からなる装置であり、屈折率制御部３３に屈折率制御信号を与えることにより屈折率が変化し、遅延が生じる。
【００６３】
この光遅延回路２０を、図３に示す光遅延回路６として採用して、遅延量を調節することにより、パルスレーザ１，２から出力される双方のパルス光の尖塔を時間的に一致させることができる。その結果、非線形光学媒質５に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、結果として、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差が少ない多波長光が得られる。
また、光遅延回路３０を用いることにより、遅延量を精密に制御することができる。
【００６４】
＜第９の実施の形態＞
図１１は、熱光学効果を用いた屈折率制御による光遅延回路４０を示す。この光遅延回路４０は、図３に示す光遅延回路６として採用することができる。
【００６５】
熱光学効果を用いた屈折率制御による光遅延回路４０とは、入射ポート４１及び出射ポート４２を持つ光導波路４３と、光導波路４３の温度を変えるヒータ４４からなる装置であり、ヒータ４４に制御電流を与えることにより光導波路４３の温度が変化しその結果、屈折率が変化し、遅延が生じる。
【００６６】
この光遅延回路４０を、図３に示す光遅延回路６として採用して、遅延量を調節することにより、パルスレーザ１，２から出力される双方のパルス光の尖塔を時間的に一致させることができる。その結果、非線形光学媒質５に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、結果として、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差が少ない多波長光が得られる。
また、光遅延回路４０を用いることにより、遅延量を精密に制御することができる。
【００６７】
＜第１０の実施の形態＞
図１２は、電気光学効果を用いた屈折率制御による光遅延回路５０を示す。この光遅延回路５０は、図３に示す光遅延回路６として採用することができる。
【００６８】
電気光学効果を用いた屈折率制御による光遅延回路５０とは、入射ポート５１及び出射ポート５２を持つ光導波路５３と、光導波路５３に制御電流を流すための１組の電極５４からなる装置であり、光導波路５３に電流を流すことによりキャリア密度が変化して、その結果屈折率が変化し、遅延が生じる。
【００６９】
この光遅延回路５０を、図３に示す光遅延回路６として採用して、遅延量を調節することにより、パルスレーザ１，２から出力される双方のパルス光の尖塔を時間的に一致させることができる。その結果、非線形光学媒質５に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、結果として、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差が少ない多波長光が得られる。
また、光遅延回路５０を用いることにより、遅延量を精密に制御することができる。
【００７０】
＜第１１の実施の形態＞
図１３は、本発明の第１１の実施の形態にかかる光源を示す。本実施の形態では、光位相同期ループを構成することにより、第一のパルスレーザ１０１から出力されるパルス光に、第二のパルスレーザ１０２から出力されるパルス光を同期させるようにしている。
【００７１】
光位相同期ループを除く構成を先に説明すると、第一のパルスレーザ１０１は、発振器１０３から出力された発振信号と同期したパルス光を出力する。第二のパルスレーザ１０２は、発振器１０４から出力された発振信号と同期したパルス光を出力する。なお双方のパルス光は、後述する光位相同期ループの作用により同期される。
【００７２】
パルスレーザ１０１から出力され、光分波器１０５にて分岐されたパルス光と、パルスレーザ１０２から出力され、光分波器１０６にて分岐されたパルス光は、光合波器１０７にて合波される。合波されたパルス光は光増幅器１０８により増幅され、増幅されたパルス光は、非線形光学媒質１０９に入力される。
【００７３】
非線形光学媒質１０９は、その非線形効果により、パルスレーザ１０１，１０２のモード間隔とは異なる、光周波数間隔が均等な多波長光を出力する。
【００７４】
光位相同期ループについて説明すると、発振器１０３は出力する発振信号の位相を固定しており、発振器１０４は出力する発振信号の位相を可変にできる。パルスレーザ１０１から出力され、光分波器１０５を透過して分波されたパルス光は、第一の受光素子１１０に入力される。第一の受光素子１１０は、入力されたパルス光からキャリアを除いたパルス信号を出力する。また、パルスレーザ１０２から出力され、光分波器１０６を透過して分波されたパルス光は、第二の受光素子１１１に入力される。第二の受光素子１１１は、入力されたパルス光からキャリアを除いたパルス信号を出力する。
【００７５】
位相比較器１１２は、第一の受光素子１１０から出力されたパルス信号の位相と、第二の受光素子１１１から出力されたパルス信号との位相を比較し、両者の位相差を示す位相差信号を出力する。
【００７６】
この位相差信号はループフィルタ１１３を通過してから発振器１０４に入力される。発振器１０４は、位相差信号に応じて、パルスレーザ１０２に送る発振信号の位相を変更し、発振器１０３の位相に追従しようとする。このため、発振器１０４から出力される発振信号の位相が、発振器１０３から出力される発振信号の位相に同期し、パルスレーザ１０２から出力されるパルス光の位相が、パルスレーザ１０１から出力されるパルス光の位相に同期する。
【００７７】
この構成では、位相固定の発振器１０３により駆動しているパルスレーザ１０１のパルス光に、位相可変な発振器１０４により駆動しているパルスレーザ１０２のパルス光を同期させることができ、２つのパルスレーザ１０１，１０２から発生されるパルス光の尖塔が時間軸上で一致する。その結果、非線形光学媒質１０９に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、結果として、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差が少ない多波長光が得られる。
【００７８】
＜第１２の実施の形態＞
図１４は、本発明の第１２の実施の形態にかかる光源を示す。本実施の形態では、光位相同期ループを構成することにより、第一のパルスレーザ１０１から出力されるパルス光と、第二のパルスレーザ１０２から出力されるパルス光を同期させるようにしている。この第１２の実施の形態は、図１３に示す第１１の実施の形態における光位相同期ループの構成を変更したものである。このため、第１１の実施の形態と同一機能を果たす部分には同一符号を付し重複する説明は省略し、異なる部分について説明をする。
【００７９】
第一のパルスレーザ１０１は、位相可変の第一の発振器２０１に同期したパルス光を出力し、第二のパルスレーザ１０２は、位相可変の第二の発振器１０４に同期したパルス光を出力する。
【００８０】
光位相同期ループについて説明すると、パルスレーザ１０１から出力され、光分波器１０５を透過して分波されたパルス光は、第一の受光素子１１０に入力される。第一の受光素子１１０は、入力されたパルス光からキャリアを除いたパルス信号を出力する。また、パルスレーザ１０２から出力され、光分波器１０６を透過して分波されたパルス光は、第二の受光素子１１１に入力される。第二の受光素子１１１は、入力されたパルス光からキャリアを除いたパルス信号を出力する。
【００８１】
第一の位相比較器２０２は、第一の受光素子１１０から出力されたパルス信号と、参照となる発振器２０３から出力された参照信号との位相を比較し、両者の位相差を示す第一の位相差信号を出力する。
【００８２】
第一の位相差信号は第一のループフィルタ２０４を通過してから発振器２０１に入力される。発振器２０１は、位相差信号に応じて、パルスレーザ１０１に送る発振信号の位相を変更する。この位相の変更により、第一のパルスレーザ１０１から出力されるパルス光の位相は、参照となる発振器２０３の参照信号の位相と等しくなる。
【００８３】
第二の位相比較器２０５は、第二の受光素子１１１から出力されたパルス信号と、参照となる発振器２０３から出力された参照信号との位相を比較し、両者の位相差を示す第二の位相差信号を出力する。
【００８４】
第二の位相差信号は第二のループフィルタ２０６を通過してから発振器１０４に入力される。発振器１０４は、位相差信号に応じて、パルスレーザ１０２に送る発振信号の位相を変更する。この位相の変更により、第二のパルスレーザ１０２から出力されるパルス光の位相は、参照となる発振器２０３の参照信号の位相と等しくなる。
【００８５】
結局、パルスレーザ１０１，１０２から出力されるパルス光の位相は、発振器２０３の参照信号の位相と同期し、両パルス光の位相が一致する。よって、２つのパルスレーザ１０１，１０２から発生されるパルス光の尖塔が時間軸上で一致する。その結果、非線形光学媒質１０９に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、結果として、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差が少ない多波長光が得られる。
【００８６】
＜第１３の実施の形態＞
図１５は、本発明の第１３の実施の形態にかかる光源を示す。本実施の形態では、第一の能動モード同期レーザ３０１と、第二の能動モード同期レーザ３０２は、同一の発振器３０６が発生する発振信号の周波数と同じ、またはその高調波周波数と同じ繰り返し周波数のパルス光を発生するように構成している。
【００８７】
発振器３０６とは、能動モード同期レーザ３０１，３０２や、利得スイッチレーザ、あるいは半導体レーザの直接変調においてパルス光を発生させるために必要な電気装置である。
【００８８】
このように２つの能動モード同期レーザ３０１，３０２が同一の発振器３０６を用いることにより、２つの能動モード同期レーザ３０１，３０２から発生されるパルス光の尖塔が時間軸上で一致する。その結果、光合波器３０３にて合波され光増幅器３０４にて増幅されてから、非線形光学媒質３０５に入射するパルス光のピークパワーが大きくなることから、より大きな非線形光学効果が期待でき、結果として、出力光のスペクトル包絡線が広がり、各チャネルの光出力レベルの差が少ない多波長光が得られる。
【００８９】
なお、第一の能動モード同期レーザ３０１には直流電流源３０７から直流電流が供給され、第二の能動モード同期レーザ３０２には直流電流源３０８から直流電流が供給される。
このように直流電流を供給するのはレーザにバイアス電流を与えるためである。なお、他の実施の形態においても、図示はしていないが、レーザにバイアス電流を与えるために直流電流を供給している。
【００９０】
＜第１４の実施の形態＞
図１６は本発明の第１４の実施の形態にかかる光源を示す。図１６に示すように第１４の実施の形態では、素子温度制御によりパルスレーザ４０１，４０２の発振周波数を制御して、パルスレーザ４０１，４０２から出力されるパルス光の光周波数制御をしている。具体的には、ペルチェ素子などの温度素子４０３，４０４を制御し、パルスレーザ４０１，４０２の発振周波数を制御して出力されるパルス光を所望の周波数に設定している。
【００９１】
特に半導体レーザの場合、レーザ素子の温度が変わるとレーザ媒質の屈折率が変化し、発振周波数が変わる。このため、光周波数を制御でき、これにより、モード間隔、あるいは中心周波数の可変なモードを含む多波長光が実現できる。
【００９２】
なお、パルスレーザ４０１，４０２から出力されたパルス光は、光合波器４０５にて合波され、光増幅器４０６にて増幅されてから、非線形光学媒質４０７に入力される。
なお、合波される前に、パルスレーザ４０１，４０２からの光を一部取り出して発振周波数を検知し、温度制御をかける負帰還系を構成するようにしてもよい。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の光発生方法及び光源によれば、等間隔な多波長光を、レーザの利得帯域に依らずにより多いチャネル数で得られる。
【００９４】
また、２つのパルス光発生回路（パルスレーザ）から発生されるパルス光のどちらか、あるいは双方に時間的な遅延を与える構成を具備したことにより、各チャネルの光出力レベルの差がより少ない多波長光が得られる。
【００９５】
また、２つのパルス光発生回路（パルスレーザ）の同期を取る機構を具備したことにより、各チャネルの光出力レベルの差がより少ない多波長光が得られる。
【００９６】
また、２つのパルス光発生回路（パルスレーザ）の発振周波数を制御する機構を具備したことにより、各チャネル間隔を可変にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる光源を示す構成図。
【図２】パルスレーザのスペクトルの状態を示す特性図。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる光源を示す構成図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の動作原理を示す説明図。
【図５】本発明の第３の実施の形態にかかる光源を示す構成図。
【図６】本発明の第４の実施の形態にかかる光源を示す構成図。
【図７】本発明の第５の実施の形態にかかる光源を示す構成図。
【図８】本発明の第６の実施の形態にかかる光源を示す構成図。
【図９】本発明の第７の実施の形態にかかる光遅延回路を示す構成図。
【図１０】本発明の第８の実施の形態にかかる光遅延回路を示す構成図。
【図１１】本発明の第９の実施の形態にかかる光遅延回路を示す構成図。
【図１２】本発明の第１０の実施の形態にかかる光遅延回路を示す構成図。
【図１３】本発明の第１１の実施の形態にかかる光源を示す構成図。
【図１４】本発明の第１２の実施の形態にかかる光源を示す構成図。
【図１５】本発明の第１３の実施の形態にかかる光源を示す構成図。
【図１６】本発明の第１４の実施の形態にかかる光源を示す構成図。
【図１７】従来の光源を示す構成図。
【符号の説明】
１，２  パルスレーザ
３  光合波器
４  光増幅器
５  非線形光学媒質
６  光遅延回路
７  同期回路
８ａ，８ｂ  検波器
９ａ，９ｂ  発振周波数制御回路
１１，１２  モード同期レーザ
１３，１４  利得スイッチレーザ
２０，３０，４０，５０  光遅延回路
１０１，１０２  パルスレーザ
１０３，１０４  発振器
１０５，１０６  光分波器
１０７  光合波器
１０８  光増幅器
１０９  非線形光学媒質
１１０，１１１  受光素子
１１２  位相比較器
１１３  ループフィルタ
２０１，２０３  発振器
２０２，２０５  位相比較器
２０４，２０６  ループフィルタ
３０１，３０２  能動モードレーザ
３０３  光合波器
３０４  光増幅器
３０５  非線形光学媒質
３０６  発振器
３０７，３０８  直流電流源
４０１，４０２  パルスレーザ
４０３，４０４  温度素子
４０５  光合波器
４０６  光増幅器
４０７  非線形光学媒質
【図１】
0003573334.tif 000002
【図２】
0003573334.tif 000003
【図３】
0003573334.tif 000004
【図４】
0003573334.tif 000005
【図５】
0003573334.tif 000006
【図６】
0003573334.tif 000007
【図７】
0003573334.tif 000008
【図８】
0003573334.tif 000009
【図９】
0003573334.tif 000010
【図１０】
0003573334.tif 000011
【図１１】
0003573334.tif 000012
【図１２】
0003573334.tif 000013
【図１３】
0003573334.tif 000014
【図１４】
0003573334.tif 000015
【図１５】
0003573334.tif 000016
【図１６】
0003573334.tif 000017
【図１７】
0003573334.tif 000018