(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの変調電極を有するマッハツェンダー型変調器からなる光変調部、および光を変調するための変調信号を生成する変調信号生成部を有し、光周波数コムを発生させる光周波数コム発生器と、前記光周波数コム発生器から出力された光周波数コムを、前記光周波数コムの中心周波数から離れるに従って周波数の分散値が大きくなる分散特性に従って圧縮して出力するように構成されたチャープ補償器と、を少なくとも備え、
前記チャープ補償器に入力される光周波数コムの中心周波数ω０から周波数変化Δωだけシフトした周波数に対する前記チャープ補償器の分散補償量Ｄは、変調角周波数をωｍ、光周波数コムの中心波長をλｃ、変調度をΑ、及び真空中の光速をｃとしたときに、式（１）で示される、
光パルス発生装置。
【数１】
0005962669.tif 000008
【請求項２】
前記光変調部は、正弦波で位相変調を行うように構成された請求項１に記載の光パルス発生装置。
【請求項３】
前記光周波数コム発生器と前記チャープ補償器との間、または前記チャープ補償器の後段に、更にバンドパスフィルタを備え、
前記バンドパスフィルタは、前記光周波数コム発生器から出力された光周波数コムのうち、中心周波数から離れた周波数領域におけるチャープ特性と、前記チャープ補償器の分散特性とが合致しない周波数領域の光周波数コム成分を除去する帯域幅をもつ請求項１または２に記載の光パルス発生装置。
【請求項４】
前記チャープ補償器は、光サーキュレータと、チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）とから構成される請求項１から３のうちいずれか１項に記載の光パルス発生装置。
【請求項５】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバ長さは、変調周波数をｆｍ、真空中の光速をｃ、及びファイバの群屈折率をｎｅｆｆとしたときに、ｃ／４ｆｍｎｅｆｆ以上となる長さを有する請求項４記載の光パルス発生装置。
【請求項６】
前記チャープトファイバブラックグレーティングの長手方向に沿った周期ΔΛは、変調角周波数をωｍ、変調度をΑ、光周波数コムの中心周波数をω０、ファイバの長手方向の位置をχ、及び光周波数コムの中心波長をλｃとしたときに、式（２）で示される請求項４または５に記載の光パルス発生装置。
【数２】
0005962669.tif 000009
【請求項７】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバは、長手方向に対して反射波長を放物線状に変換させる請求項４から６のうちいずれか１項に記載の光パルス発生装置。
【請求項８】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバは、前記ファイバの断面積が長手方向に沿って変化している請求項７に記載の光パルス発生装置。
【請求項９】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバの前記長手方向における曲率半径の変化は、前記反射波長が前記長手方向に対して放物線状に変換される変化である請求項７に記載の光パルス発生装置。
【請求項１０】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバの前記長手方向における実効屈折率の変化は、前記反射波長が前記長手方向に対して放物線状に変換される変化である請求項７に記載の光パルス発生装置。
【請求項１１】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバの前記長手方向における温度勾配は、前記反射波長が前記長手方向に対して放物線状に変換される温度勾配である請求項７に記載の光パルス発生装置。
【請求項１２】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバは、エッチング処理が施された部位を有する請求項７に記載の光パルス発生装置。
【請求項１３】
２つの変調電極を有するマッハツェンダー型変調器からなる光変調部、および光を変調するための変調信号を生成する変調信号生成部を有し、光周波数コムを発生させる光周波数コム発生器と、前記光周波数コム発生器から出力された光周波数コムを、前記光周波数コムの中心周波数から離れるに従って周波数の分散値が大きくなる分散特性に従って圧縮して出力するように構成され、光サーキュレータとチャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）とから構成されるチャープ補償器と、を少なくとも備える光パルス発生装置のチャープ補償方法であって、
前記チャープ補償器に入力される光周波数コムの中心周波数ω０から周波数変化Δωだけシフトした周波数に対する前記チャープ補償器の分散補償量Ｄを、変調角周波数をωｍ、光周波数コムの中心波長をλｃ、変調度をΑ、及び真空中の光速をｃとしたときに、式（３）で示される値に設定し、
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバの長手方向における張力応力または圧縮応力が、反射波長を前記長手方向に対して放物線状に変換させるように変化するように前記ファイバに力を加える、
光パルス発生装置のチャープ補償方法。
【数３】
0005962669.tif 000010
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光周波数コムを利用した光パルス発生装置、及び光パルス発生装置のチャープ補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光パルスを発生させる技術として、光源からの光を変調して多数の周波数成分からなる光周波数コムを作り出す光周波数コム発生器と、光周波数コムを圧縮して光を短パルス化させるコンプレッサであるチャープ補償器とを組み合わせた光パルス発生装置が知られている。【０００３】
光周波数コム発生器としては、例えば特許文献１に、光周波数コムの平坦度を向上させるとともに、光パルスの発生効率（光パルスのパワー）を最適化する光周波数コム発生装置が開示されている。
また、発生させた光周波数コムを圧縮するチャープ補償器としては、例えば特許文献２に、任意の波長およびチャープ量を設定できる波長可変ファイバグレーティングフィルタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４８６６０号公報
【特許文献２】特開平１０−２２１６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のチャープ補償器は、光周波数コム発生器から出力される光周波数コムのチャープが周波数に対してリニアに変化することを前提として光周波数コムを圧縮（補償）し、光パルスを生成していた。
しかしながら、例えば直線型の位相変調器を２枚の鏡で挟んだ位相変調器、マッハツェンダー型の位相変調器などの位相変調器を使用した光周波数コム発生器では、出力される光周波数コムのチャープは周波数に対してリニアには変化せず、実際には正弦波の変化をしていることが判明している。【０００６】
したがって、上述したような変化をする光周波数コムのチャープに対して、チャープが周波数に対してリニアに変化する光周波数コムを想定して最適化された従来のチャープ補償器では、出力される光パルスのペデスタルが大きくなってしまう。より具体的には、チャープ補償器に入力された光周波数コムの全帯域のうち、光周波数コムの中心周波数から離れた帯域の成分がペデスタルとなり、実際に光パルス形成に寄与する周波数成分が少なくなってしまう。その結果、補償後の光パルスの波形に歪みが生じ、きれいな波形の光パルスが得られないことがある。【０００７】
また、光周波数コム発生器を用いて光周波数コムを発生する場合には、大きな変調度（変調度＝入射RF信号の振幅/変調器のＶπ（Ｖπは半波長電圧）で定義される）が必要であり、大振幅の変調信号を位相変調器に入力する必要がある。しかし、光周波数コム発生器に入力出来る電気信号の振幅には上限がある。このため、チャープ補償後の光パルスのパルス幅を短くするには変調信号の振幅を更に大きくする必要があるが、従来のチャープ補償器を使用した場合、上述したようにペデスタルとなった成分が無駄となってしまうため、消費電力が増大する上に、得られる光パルス幅の下限も大きくなる。このため、消費電力を抑えて良質な短パルス光を得ようとする場合、光周波数コム発生器自身の低駆動電圧化、若しくはパルスを圧縮するチャープ補償器の高効率化が必要となる。
従って、チャープ補償器に入力された光周波数コムの全帯域を効率よく利用して光パルスを発生させることが望まれる。【０００８】
本発明は、一態様として、チャープ補償器に入力された光周波数コムの全帯域を効率よく利用して、歪みの無い光パルスを発生させることが可能な光パルス発生装置、及び光パルス発生装置のチャープ補償方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のいくつかの態様は次のような光パルス発生装置、及び光パルス発生装置の製造方法を提供した。
すなわち、本発明の一態様の光パルス発生装置は、２つの変調電極を有するマッハツェンダー型変調器からなる光変調部、および光を変調するための変調信号を生成する変調信号生成部を有し、光周波数コムを発生させる光周波数コム発生器と、光周波数コム発生器から出力された光周波数コムを、前記光周波数コムの中心周波数から離れるに従って周波数の分散値が大きくなる分散特性に従って圧縮して出力するように構成されたチャープ補償器と、を少なくとも備え、前記チャープ補償器に入力される光周波数コムの中心周波数ω０から周波数変化Δωだけシフトした周波数に対する前記チャープ補償器の分散補償量Ｄは、変調角周波数をωｍ、光周波数コムの中心波長をλｃ、変調度をΑ、及び真空中の光速をｃとしたときに、式（１）で示される、光パルス発生装置である。
【数１】
0005962669.tif 000002
【００１０】
前記光変調部は、正弦波で位相変調を行うように構成される。【００１２】
前記光周波数コム発生器と前記チャープ補償器との間、またはチャープ補償器の後段に、更にバンドパスフィルタを設け、
前記バンドパスフィルタは、光周波数コム発生器から出力された光周波数コムのうち、中心周波数から離れた周波数領域におけるチャープ特性と、前記チャープ補償器の分散特性とが合致しない周波数領域の光周波数コム成分を除去する帯域幅をもつ。
【００１３】
前記チャープ補償器は、光サーキュレータと、チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）とから構成される。【００１４】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバ長さは、変調周波数をｆｍ、真空中の光速をｃ、及びファイバの群屈折率をｎｅｆｆとしたときに、ｃ／４ｆｍｎｅｆｆ以上となる長さを有する。【００１５】
前記チャープトファイバブラックグレーティングの長手方向に沿った周期ΔΛは、変調角周波数をωｍ、変調度をΑ、光周波数コムの中心周波数をω０、ファイバの長手方向の位置をχ、及び光周波数コムの中心波長をλｃとしたときに、式（２）で示される。
【数２】
0005962669.tif 000003
【００１７】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバは、長手方向に対して反射波長を放物線状に変換させる。
【００１８】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバは、前記ファイバの断面積が長手方向に沿って変化している。
【００１９】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバの前記長手方向における曲率半径の変化は、前記反射波長が前記長手方向に対して放物線状に変換される変化である。
【００２０】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバの前記長手方向における実効屈折率の変化は、前記反射波長が前記長手方向に対して放物線状に変換される変化である。
【００２１】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバの前記長手方向における温度勾配は、前記反射波長が前記長手方向に対して放物線状に変換される温度勾配である。
【００２２】
前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバは、エッチング処理が施された部位を有する。
【００２３】
また、本発明の一態様の光パルス発生装置は、２つの変調電極を有するマッハツェンダー型変調器からなる光変調部、および光を変調するための変調信号を生成する変調信号生成部を有し、光周波数コムを発生させる光周波数コム発生器と、前記光周波数コム発生器から出力された光周波数コムを、前記光周波数コムの中心周波数から離れるに従って周波数の分散値が大きくなる分散特性に従って圧縮して出力するように構成され、光サーキュレータとチャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）とから構成されるチャープ補償器と、を少なくとも備える光パルス発生装置のチャープ補償方法であって、前記チャープ補償器に入力される光周波数コムの中心周波数ω０から周波数変化Δωだけシフトした周波数に対する前記チャープ補償器の分散補償量Ｄを、変調角周波数をωｍ、光周波数コムの中心波長をλｃ、変調度をΑ、及び真空中の光速をｃとしたときに、式（３）で示される値に設定し、前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバの長手方向における張力応力または圧縮応力が、反射波長を前記長手方向に対して放物線状に変換させるように変化するように前記ファイバに力を加える、光パルス発生装置のチャープ補償方法である。
【数３】
0005962669.tif 000004
【発明の効果】
【００２４】
本発明の態様によれば、チャープ補償器に入力された光周波数コムの全帯域を効率よく利用して、フーリエ限界により近い光パルスを発生させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明の一実施形態における光パルス発生装置の構成を示す概略構成図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態における光パルス発生装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】チャープ補償器の構成を示す図である。
【図３】周波数コム発生器から出力される実際の光周波数コムのチャープモデルを示したグラフである。
【図４】チャープ（分散）補償器に必要な分散補償量（分散特性）を計算した結果を示すグラフである。
【図５】チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）の特性を示すグラフである。
【図６Ａ】チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）のバリエーションを示す図である。
【図６Ｂ】チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）のバリエーションを示す図である。
【図６Ｃ】チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）のバリエーションを示す図である。
【図６Ｄ】チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）のバリエーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る光パルス発生装置について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００２７】
図１Ａは、本発明の光パルス発生装置の一実施形態を示す概略構成図である。
光パルス発生装置１は、光周波数コム発生器２０、チャープ（分散）補償器３０、光スペクトルアナライザ１０１、光電変換器１０２、及びサンプリングオシロスコープ１０３を備える。
【００２８】
光周波数コム発生器２０は、マッハツェンダー型光変調器（光変調部）２１、変調信号発生器（変調信号生成部）２２、分配器２３、可変位相シフタ２４Ａ，２４Ｂ、可変減衰器２５Ａ，及び２５Ｂ、増幅器２６Ａ，及び２６Ｂ、バンドパスフィルタ２７Ａ，及び２７Ｂ、バイアス電圧供給部２８、光源１０、並びに偏波制御器１１を備える。
【００２９】
なお、この実施形態においては、光変調部２１として、光源１０の光を２つに分岐させ、それぞれまたは一方の分岐光を変調させた後に合波させるマッハツェンダー型光変調器を例示しているが、本発明の光変調部はこれに限定されるものではなく、例えば、直線型の位相変調器２１６を２枚の鏡２１７Ａ及び２１７Ｂにより挟み、変調用の電極２１８Ａ及び２１８Ｂを備えた形態の光変調部２１’など（図１Ｂ参照）、他の構成の光変調部も同様に適用可能である。
【００３０】
光源１０は、例えばレーザ光源であり、所定波長の連続光を発生させる。光源１０の出射端は、光ファイバによって偏波制御器１１の入射端と接続されている。偏波制御器１１は、入射光の偏波状態を所定の状態に制御する。偏波制御器１１の出射端は、光ファイバによってマッハツェンダー型光変調器２１の入力導波路２１１と接続されている。
【００３１】
マッハツェンダー型光変調器２１は、入力導波路２１１、２つの分岐導波路２１２Ａ，及び２１２Ｂ、出力導波路２１３、変調電極２１４Ａ，及び２１４Ｂ、並びにバイアス電極２１５を有する。分岐導波路２１２Ａ及び２１２Ｂは、それぞれ入力導波路２１１と出力導波路２１３に接続されている。入力導波路２１１、分岐導波路２１２Ａ，及び２１２Ｂ、並びに出力導波路２１３により、マッハツェンダー干渉計が構成される。
【００３２】
変調電極２１４Ａは、分岐導波路２１２Ａ上に、また変調電極２１４Ｂは、分岐導波路２１２Ｂ上に、それぞれ形成されている。バイアス電極２１５は、分岐導波路２１２Ａ上若しくは２１２Ｂ上のいずれか、又はその両方に形成されている。なお、変調電極２１４Ａ，及び２１４Ｂ並びにバイアス電極２１５は同一の電極として形成されていてもよい。
【００３３】
このマッハツェンダー型光変調器２１は、例えば、ＺカットＬＮ基板上に各導波路と各電極を形成したＬＮ変調器を用いることができる。この構成により、マッハツェンダー型光変調器２１は、２つの分岐導波路２１２Ａ，及び２１２Ｂを伝搬する光が受ける位相を独立に制御可能である。
【００３４】
変調信号発生器２２は、所定の周波数の変調信号（例えば正弦波）を発生させる。変調信号発生器２２の出力部は、分配器２３の入力部に接続されている。分配器２３はウィルキンソン型、９０°ハイブリッド型を適用可能であるが、これに限られない。分配器２３の一方の出力部は可変位相シフタ２４Ａに接続され、他方の出力部は可変位相シフタ２４Ｂに接続されている。
【００３５】
可変位相シフタ２４Ａ，及び２４Ｂは、それぞれ、入力された信号の位相を所定量シフトさせる。可変位相シフタ２４Ａの出力部は可変減衰器２５Ａに接続され、可変位相シフタ２４Ｂの出力部は可変減衰器２５Ｂに接続されている。
【００３６】
可変減衰器２５Ａ，及び２５Ｂは、それぞれ、入力された信号のパワーを所定量減衰させる。可変減衰器２５Ａの出力部は増幅器２６Ａに接続され、可変減衰器２５Ｂの出力部は増幅器２６Ｂに接続されている。
【００３７】
増幅器２６Ａ，及び２６Ｂは、それぞれ、入力された信号を所定の増幅率で増幅する。増幅器２６Ａの出力部はバンドパスフィルタ２７Ａに接続され、増幅器２６Ｂの出力部はバンドパスフィルタ２７Ｂに接続されている。なお、可変減衰器２５Ａ，２５Ｂと増幅器２６Ａ，２６Ｂの組み合わせの代わりに、増幅率が可変の可変増幅器を用いてもよい。
【００３８】
また、マッハツェンダー型光変調器２１の変調電極２１４Ａ，及び２１４Ｂの各他端は、マッハツェンダー型光変調器２１の外部に設けられた終端抵抗２９Ａ，及び２９Ｂとそれぞれ接続されている。終端抵抗２９Ａ，及び２９Ｂがマッハツェンダー型光変調器２１の外部に物理的に離して設けられていることで、マッハツェンダー型光変調器２１の特性が終端抵抗２９Ａ，２９Ｂの発熱の影響で変化してしまうことを抑制する。
【００３９】
バイアス電圧供給部２８は、マッハツェンダー型光変調器２１にバイアス電圧を供給する。バイアス電圧供給部２８の出力部は、マッハツェンダー型光変調器２１のバイアス電極２１５に接続されている。
【００４０】
図２に示すように、チャープ（分散）補償器３０は、光サーキュレータ３１と、チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）３２とを備えている。このチャープ補償器３０は、後ほど詳述する分散特性を有しており、光周波数コム発生器２０から入力された光周波数コムを圧縮した光パルスとして出力する。チャープ補償器３０の入力部は、マッハツェンダー型光変調器２１の出力導波路２１３（図１Ａ参照）に接続されている。
【００４１】
光サーキュレータ３１は、例えば、ファラデー効果を用いた３端子の光サーキュレータを用いることができる。こうした光サーキュレータ３１は、複屈折結晶体、プリズム、ファラデー素子、及び１／２波長板などから構成される。光サーキュレータ３１は、Ｐｏｒｔ１から入力された光をＰｏｒｔ２に向けて出力する。また、Ｐｏｒｔ２に入力された光をＰｏｒｔ３に向けて出力する。
【００４２】
チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）３２は、例えば、光ファイバのクラッド３３で覆われたコア３４部分に、コアを伝播する光を反射させる複数の回折格子３５，３５・・を形成してなる。回折格子３５，３５・・は、ＣＦＢＧ３２の長手方向に沿って互いに異なる間隔で設けられ、グレーティングの周期が異なるようにされている。
【００４３】
例えば、ＣＦＢＧ３２の入出射端Ｐに近い領域では入力された光（光周波数コム）のうち、短波長領域の光が反射され、入出射端Ｐから遠い領域では長波長領域の光が反射される。これによって、ＣＦＢＧ３２の入出射端Ｐに入力された光（光周波数コム）は、圧縮され、短パルス光となって再び入出射端Ｐから出力される。このようなＣＦＢＧ３２の分散特性は後ほど詳述する。
【００４４】
光スペクトルアナライザ１０１は、入力された光のスペクトルを分析するための機器であり、その入力部はマッハツェンダー型光変調器２１の後段（出力側）に設けられた分岐部１０４（光カプラ等）に接続されている。
【００４５】
光電変換器１０２は、チャープ補償器３０の後段（出力側）に設けられた分岐部１０５（光カプラ等）に接続され、分岐部１０５から分岐された光を電気信号に変換する。
【００４６】
サンプリングオシロスコープ１０３は、入力された信号の時間波形を観察するための機器であり、その入力部は光電変換器１０２に接続されている。
【００４７】
次に、上記のように構成された光パルス発生装置１の作用を説明する。
光パルス発生装置１を用いて光パルスを発生させる際には、まず、光源１０から所定波長の連続光を発生させる。光源１０から出射された光は、偏波制御器１１を介してマッハツェンダー型光変調器２１へ入力される。マッハツェンダー型光変調器２１において、この光は、入力導波路２１１から分岐導波路２１２Ａ，及び２１２Ｂへ分岐されて、各分岐導波路中を伝搬する。このとき、分岐導波路２１２Ａ，及び２１２Ｂを伝搬している間に、伝搬光は、変調電極２１４Ａ，及び２１４Ｂ並びにバイアス電極２１５からの電界に応じて位相変化を受ける。そして、この位相変化を受けた光は、出力導波路２１３で再び合波される。
【００４８】
ここで、マッハツェンダー型光変調器２１への入力光の振幅と周波数をそれぞれＥ０，ω０とし、分岐導波路２１２Ａと２１２Ｂ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、出力導波路２１３で合波後の光、すなわち光周波数コム発生器２０の出力光（マッハツェンダー型光変調器２１の出力光）の振幅の時間変化Ｅ（ｔ）は、次式（７）のように表される。
Ｅ（ｔ）＝Ｅ０［ｓｉｎ（ω０ｔ＋θ１）＋ｓｉｎ（ω０ｔ＋θ２）］／２  …（７）
【００４９】
但し、
θ１＝Ａ１ｓｉｎ（ωｍｔ）＋Ｂ１  …（８）
θ２＝Ａ２ｓｉｎ（ωｍｔ）＋Ｂ２  …（９）
ωｍ＝２πｆｍ  …（１０）
Ａ１：変調電極２１４Ａにより分岐導波路２１２Ａの伝搬光へ与えられる変調の振幅
Ａ２：変調電極２１４Ｂにより分岐導波路２１２Ｂの伝搬光へ与えられる変調の振幅
Ｂ１：バイアス電極２１５により分岐導波路２１２Ａの伝搬光へ与えられるバイアス位相
Ｂ２：バイアス電極２１５により分岐導波路２１２Ｂの伝搬光へ与えられるバイアス位相
ｆｍ：変調信号発生器２２が発生する変調信号の変調周波数（ωｍは変調角周波数）である。また、式（８），及び（９）では、可変位相シフタ２４Ａ〜バンドパスフィルタ２７Ａの経路を介して変調電極２１４Ａへ入力される変調信号と、可変位相シフタ２４Ｂ〜バンドパスフィルタ２７Ｂの経路を介して変調電極２１４Ｂへ入力される変調信号との間に位相ずれ（スキュー）が無いものとしている。
【００５０】
上式（７）から、光周波数コム発生器２０の出力光のパワーＰ（ｔ）と周波数ω（ｔ）は、それぞれ次式（１１），及び（１２）のように表すことができる。
Ｐ（ｔ）＝Ｐ０［１＋ｃｏｓ｛ΔＡｓｉｎ（ωｍｔ）＋Δθ｝］／２  …（１１）
ω（ｔ）＝ω０＋ωｍＡｃｏｓ（ωｍｔ）  …（１２）
但し、
ΔＡ＝Ａ１−Ａ２  …（１３）
Δθ＝Ｂ１−Ｂ２  …（１４）
Ａ＝（Ａ１＋Ａ２）／２  …（１５）である。また、Ｐ０はマッハツェンダー型光変調器２１への入力光のパワーである。
【００５１】
光周波数コム発生器から出力される光周波数コムのチャープは、従来、リニア（直線的）に変化するものとされていた。しかし、実際に光周波数コム発生器２０から出力される光周波数コムのチャープは、リニアに変化していないことが分かっている。即ち、マッハツェンダー型光変調器（光変調部）２１は、正弦波の位相変調を行っている。
図３は、光周波数コム発生器から出力される実際の光周波数コムのチャープモデルを示したグラフである。図３によれば、光周波数コム発生器から出力される光周波数コムのチャープの周波数シフト（周波数変化）Δωは、時間（Ｔ）に対して正弦波状に変化している。図３中のΔωｍａｘは変調信号周波数ｆｍで光を位相変調した際の、中心周波数ω０からの最大周波数シフト量であり、Ｔｍは変調信号周期である。
【００５２】
チャープ（分散）補償器３０は、図３に示すような特性をもつ光周波数コムに対応して、中心周波数から離れるほど分散が大きくなるような高次の分散特性をもつ分散媒質によってチャープ補償を行うことにより、従来よりも狭い光パルスを出力することができる。
例えば、チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）３２を用いることによって、こうした高次の分散特性を実現できる。
【００５３】
次に、図３に示すような特性をもつ光周波数コムの全帯域を効率よく圧縮して光パルスを形成するための、チャープ（分散）補償器３０の分散特性について述べる。
図３に示すような特性をもつ光周波数コムの周波数シフト（Δω）は、上述した式（１２）の第２項によって表される。即ち、次式（１６）で示される。
Δω＝ωｍＡｃｏｓ（ωｍｔ）  …（１６）
この式（１６）より、次式（１７）が導出される。
ｔ＝１／ωｍａｒｃｓｉｎ（Δω／Ａωｍ）  …（１７）
【００５４】
上述した式（１７）を適用して群速度分散（ＧＶＤ：β２）の値を求めると、次式（１８）で示される。
−β２（Δω）Ｌ＝ｄｔ／ｄΔω  …（１８）
但し、
Ｌ＝ＣＦＢＧの長手方向に沿った長さ（媒質長）
なお、このＣＦＢＧの長手方向に沿った長さＬは、変調周波数をｆm、真空中の光速をｃ、ファイバの群屈折率をｎｅｆｆとしたときに、ｃ／４ｆmｎｅｆｆ以上となる長さを有する。
【００５５】
上述した式（１８）に基づいて、チャープ（分散）補償器３０に必要な分散特性（Ｄ）は、次式（１）で示される。
但し、
光周波数コムの波長をλｃ、変調度をΑ、真空中の光速をｃ、周波数変化をΔωとする。
【００５６】
【数４】
0005962669.tif 000005
【００５７】
上述した式（１）を用いて、変調度Αをパラメータとして、変数Δω／Ａω０に対して例えば波長１．５５μｍを適用し、チャープ（分散）補償器３０に必要な分散補償量（分散特性）を計算した結果を図４のグラフに示す。
【００５８】
図４に示すグラフによれば、図３に示すような正弦波状に変化する光周波数コムを効率よく圧縮するためのチャープ（分散）補償器３０に必要な分散補償量（分散特性）は、中心周波数のところで必要な分散補償量は線形チャープ近似のときの２／πとなっており、周波数シフトが大きくなるにつれて必要な分散補償量も大きくなっていることが分かる。
【００５９】
このため従来使用していたチャープ補償器の分散特性は、図中ではｘ軸に平行な直線となるが、図４に示すグラフよりそれでは不十分であることがわかる。むしろ中心周波数の値で左右対称であるＶ字及びＵ字型のチャープ補償器の方が好ましく、中心周波数の値で左右対称である曲線が理想的であることがわかる。
【００６０】
次に、図４に示したグラフに基づいて、チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）３２の特性を示すと、図５に示すグラフのようになる。図５に示すようなチャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）３２の特性に基づいて、ＣＦＢＧの周期ΔΛは、次式（２）で示される。
但し、変調度をΑ、光周波数コムの中心周波数をω０、ファイバの長手方向の位置をχ、光周波数コムの中心波長をλｃとする。
【００６１】
【数５】
0005962669.tif 000006
【００６２】
また、チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）３２の反射波長は式（３）に従って最適化される。
【００６３】
【数６】
0005962669.tif 000007
【００６４】
以上のように、マッハツェンダー型光変調器２１を用いた光周波数コム発生器２０から出力される光周波数コムは、図３に示すような正弦波状に変化する時間波形となる。このような光周波数コムに対して、チャープ（分散）補償器３０を式（１）に示すような分散補償量（分散特性）とすることによって、入力された正弦波状に変化する光周波数コムの全帯域を効率よく（損失を少なく）圧縮することができる。これによって、光パルス形成に寄与する周波数成分の損失を抑え、チャープ補償後の光パルスのピークパワーを上げられ、パルス幅を短くでき、結果として波形に歪みのない、きれいな波形の光パルスを得ることが可能になる。
【００６５】
なお、上述した実施形態では、チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）として、光ファイバのコア部分に回折格子を、光ファイバの長手方向に沿って互いに異なる間隔で設けることで、グレーティングの周期を異ならせている。また、上述した実施形態では光ファイバの長手方向に物理的手段によって張力・圧縮力を加える、加熱・冷却手段によって温度勾配を設けるなどの手段によって中心周波数をシフトさせることもできる。
【００６６】
また、上述した実施形態では、マッハツェンダー型光変調器を位相変調器とした光周波数コム発生器を使用しているが、直線型の位相変調器を２枚の鏡により挟んだ形態など、他の位相変調器も光周波数コム発生器として用いることもできる。
【００６７】
図６ＡからＤは、チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）のバリエーションを示す図である。  図６Ａに示すチャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）５１は、ファイバ５２のグレーティング間隔を線形的に変化させ、さらにファイバ５２の周面を樹脂５３でコーティングしたものである。ファイバ５２を取り巻く樹脂５３の断面方向に沿った半径は、入力される光周波数コムの中心波長に対応するグレーティング間隔を中心に、点対称で２次関数的に増減させた形状を成している。このようなＣＦＢＧ５１は、ファイバ５２の長手方向に沿って張力を加えることによって得られる。これによって、放物線状に反射波長を変換させることができる。一般的に光ファイバの直径は細く径方向の増減加工は困難であるため、ファイバ５２を取り巻く樹脂５３を形成し、この樹脂の断面方向に沿った半径を増減させる構成がより現実的である。
【００６８】
また、図６Ｂに示すチャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）６１は、ファイバ６２を取り巻く樹脂６３の断面方向に沿った半径が、図６Ａに示すＣＦＢＧ５１の樹脂５３とは逆方向に増加する形状を成している。このように、図６Ａに示すＣＦＢＧ５１と、図６Ｂに示すＣＦＢＧ６１とは、ファイバに圧縮力を加える場合と引っ張り力を加える場合とで逆の関係となっている。
【００６９】
図６Ｃに示すチャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）７１は、ファイバ７２のグレーティング間隔を線形的に変化させ、さらにファイバ７２の周面を取り巻く樹脂７３の断面方向に沿った半径が、入出力端部に向かって漸増する形状としたものである。
【００７０】
更に、図６Ｄに示すチャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）８１は、ファイバ８２を長手方向に沿って曲率半径が変化していくように屈曲させたものである。これによって、放物線状に反射波長を変換させることができる。この場合、曲率半径の増減は、図６Ａ，及びＢの断面方向に沿ったＣＦＢＧの半径の増減と同様の対応関係となる。
【００７１】
これ以外にも、例えば、光ファイバを長手方向に沿って実効屈折率を変化させる、光ファイバを長手方向に沿って温度勾配を形成する、光ファイバをエッチングすることによって断面積を変化させる、などの物理的変化を加えることによって、本発明のチャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）を構成することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１    光パルス発生装置
２０    光周波数コム発生器
２１    マッハツェンダー型光変調器（光変調部）
２２    変調信号発生器（変調信号生成部）
２７Ａ，２７Ｂ    バンドパスフィルタ
３０    チャープ（分散）補償器
３１    光サーキュレータ
３２    チャープトファイバブラックグレーティング（ＣＦＢＧ）
【図１Ａ】
0005962669.tif 000011
【図１Ｂ】
0005962669.tif 000012
【図２】
0005962669.tif 000013
【図３】
0005962669.tif 000014
【図４】
0005962669.tif 000015
【図５】
0005962669.tif 000016
【図６Ａ】
0005962669.tif 000017
【図６Ｂ】
0005962669.tif 000018
【図６Ｃ】
0005962669.tif 000019
【図６Ｄ】
0005962669.tif 000020