(57)【要約】【課題】  連続光に位相変調と群速度分散を付与して光パルス列を発生させ、２０ｄＢ以上の消光比を得る。【解決手段】  連続光を発生する光源２２と、光源２２から発生する連続光に変調指数ｍ、変調周波数ｆｍの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調器２４と、位相変調器２４により得られたチャープ光に対して群速度分散Ｂを与える群速度分散媒体２５とを備え、変調指数ｍと、変調周波数ｆｍの２乗と群速度分散Ｂの積ｆｍ２Ｂが、所定の不等式を満たすように設定する。【選択図】  図５
2006243191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一または複数の波長の連続光を発生する光源と、
該光源から発生する連続光に変調指数ｍ、変調周波数ｆｍの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調手段と、
該位相変調手段により得られたチャープ光に対して群速度分散Ｂを与える群速度分散付与手段と、
該群速度分散付与手段からの出力光のうち、前記連続光の波長の線スペクトルとその両隣の線スペクトルとを合わせた３本の線スペクトルのみを選択する波長選択手段とを備え、
変調指数ｍ、変調周波数ｆｍ、群速度分散Ｂは、
【数１】
2006243191.tif 000014
を満たす（但しＮは整数）ことを特徴とする光パルス発生装置。
【請求項２】
単一または複数の波長の連続光を発生する光源と、
該光源から発生する連続光に変調指数ｍ、変調周波数ｆｍの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調手段と、
該位相変調手段により得られたチャープ光に対して群速度分散Ｂを与える群速度分散付与手段と、
該群速度分散付与手段からの出力光のうち、前記連続光の波長の線スペクトルとその両隣の２本の線スペクトルとを合わせた５本の線スペクトルのみを選択する波長選択手段とを備え、
変調指数ｍ、変調周波数ｆｍ、群速度分散Ｂは、
【数２】
2006243191.tif 000015
を満たす（但しＮは整数）ことを特徴とする光パルス発生装置。
【請求項３】
単一または複数の波長の連続光を発生する光源と、
該光源から発生する連続光に変調指数ｍ、変調周波数ｆｍの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調手段と、
該位相変調手段により得られたチャープ光に対して群速度分散Ｂを与える群速度分散付与手段とを備え、
変調指数ｍ、変調周波数ｆｍ、群速度分散Ｂは、
【数３】
2006243191.tif 000016
を満たす（但しＮは整数）ことを特徴とする光パルス発生装置。
【請求項４】
前記群速度分散付与手段は、零でない分散を有する光ファイバからなることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光パルス発生装置。
【請求項５】
前記群速度分散付与手段は、光サーキュレータと光ファイバブラッググレーティングとからなることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光パルス発生装置。
【請求項６】
前記群速度分散付与手段は、光サーキュレータと導波路グレーティングとからなることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光パルス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信分野、計測技術の分野などにおいて用いられる光パルス発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光パルス列を発生する装置は、光通信分野、計測技術の分野において重要な役割を果たしている。光パルス発生装置として、レーザの共振器内に変調器を挿入し、レーザから直接光パルス列を発生させるモード同期レーザと、連続光を発生する光源に外部変調器を接続して光パルス列を発生させる装置とが知られている。外部変調器を用いる光パルス発生装置は、モード同期レーザと比較して、波長や繰り返し周波数を任意に設定しやすいという利点がある。
【０００３】
外部変調器としては、電界吸収型（Electro-absorption；ＥＡ）変調器が一般的に使われている。図１に、従来のＥＡ変調器を用いた光パルス発生装置の構成を示す（例えば、非特許文献１を参照）。光パルス発生装置は、ＥＡ変調器１に接続された、連続光を発生するＣＷ光源２と正弦波電気信号を発生する信号発生装置３とから構成されている。
【０００４】
ＣＷ光源２からの連続光をＥＡ変調器１に入射し、信号発生装置３からの正弦波電気信号をＥＡ変調器１に入力する。印加電圧を変えることにより、ＥＡ変調器１の吸収特性が変わるので、連続光に対する損失が時間的に変化して、ＥＡ変調器１から光パルス列が出力される。
【０００５】
また、外部変調器として、連続光に対し位相変調を行い、群速度分散を与えることにより光パルス列を発生させる装置が知られている（例えば、非特許文献１を参照）。図２に、従来の位相変調器と群速度分散媒体を用いた光パルス発生装置の構成を示す。光パルス発生装置は、ＣＷ光源２と位相変調器４と群速度分散媒体５とが順に接続されている。
【０００６】
連続光に正弦波の位相変調を施すことにより、光周波数が正弦波的に変化するチャープ光となる。チャープした連続光に対して群速度分散を与えると、光周波数毎に異なる遅延が生じ、その結果、光の強度が時間的に変動する。与える群速度分散を適当に設定すると、変調周波数に等しい繰り返し周期の光パルス列が発生する。
【０００７】
【非特許文献１】T.Kobayashi, H.Yao, K.Amano, Y.Fukushima, A.Morimoto, and T.Sueta, “Optical pulse compression using high-frequency electrooptic phase modulation", IEEE J.Quantum Electornics,vol.24,no.2,pp.382-387,1988.
【非特許文献２】Y.Miyazaki, H,Tada, S.Tokizaki, K,Takagi, K.Hanamaki, T.Aoyagi, and Y,Mitsui,“+1dBm average optical output power operation of small-chip 40-Gbps electroabsorption modulator with tensile-strained asymmetric quantum-well absorption layer",IEEE J.Quantum Electornics, vol.39, no.8, pp.1009-1017, 2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光パルス列における消光比とは、光パルスのピークパワーと、光パルスと光パルスの間のパワーの比をいう。消光比は、光通信、計測技術等への応用を考えた場合、できるだけ大きいことが望ましい。しかしながら、ＥＡ変調器を用いた光パルス発生装置においては、２０ｄＢ以上の動的消光比は実現されていない（例えば、非特許文献２を参照）。
【０００９】
また、位相変調器と群速度分散媒体を用いた光パルス発生装置においては、個々の光パルスが裾を引いた形状となってしまう（例えば、非特許文献１参照）。裾を引いた形状では、光パルスと光パルスの間にパワーが残留し、大きな消光比が得られないという問題があった。
【００１０】
しかしながら、位相変調器と群速度分散媒体を用いた光パルス発生装置において、位相変調の変調指数および群速度分散量と光パルス波形との相関について、十分に研究がなされていなかった。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、連続光に位相変調と群速度分散を付与して光パルス列を発生させ、２０ｄＢ以上の消光比を得ることができる光パルス発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光パルス発生装置であって、単一または複数の波長の連続光を発生する光源と、該光源から発生する連続光に変調指数ｍ、変調周波数ｆｍの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調手段と、該位相変調手段により得られたチャープ光に対して群速度分散Ｂを与える群速度分散付与手段と、該群速度分散付与手段からの出力光のうち、前記連続光の波長の線スペクトルとその両隣の線スペクトルとを合わせた３本の線スペクトルのみを選択する波長選択手段とを備え、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍ、群速度分散Ｂは、
【００１３】
【数１】
2006243191.tif 000003
【００１４】
を満たす（但しＮは整数）ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、単一または複数の波長の連続光を発生する光源と、該光源から発生する連続光に変調指数ｍ、変調周波数ｆｍの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調手段と、該位相変調手段により得られたチャープ光に対して群速度分散Ｂを与える群速度分散付与手段と、該群速度分散付与手段からの出力光のうち、前記連続光の波長の線スペクトルとその両隣の２本の線スペクトルとを合わせた５本の線スペクトルのみを選択する波長選択手段とを備え、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍ、群速度分散Ｂは、
【００１６】
【数２】
2006243191.tif 000004
【００１７】
を満たす（但しＮは整数）ことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、光パルス発生装置であって、単一または複数の波長の連続光を発生する光源と、該光源から発生する連続光に変調指数ｍ、変調周波数ｆｍの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調手段と、該位相変調手段により得られたチャープ光に対して群速度分散Ｂを与える群速度分散付与手段とを備え、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍ、群速度分散Ｂは、
【００１９】
【数３】
2006243191.tif 000005
【００２０】
を満たす（但しＮは整数）ことを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の前記群速度分散付与手段は、零でない分散を有する光ファイバからなることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の前記群速度分散付与手段は、光サーキュレータと光ファイバブラッググレーティングとからなることを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の前記群速度分散付与手段は、光サーキュレータと導波路グレーティングとからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、変調指数ｍと、変調周波数ｆｍの２乗と群速度分散Ｂの積ｆｍ２Ｂが、所定の不等式を満たすように設定することで、２０ｄＢ以上の消光比を有する光パルス列を発生させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
図３に、本発明の第１の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す。光パルス発生装置は、連続光を発生するＣＷ光源１２と、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍＨｚの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調器１４と、チャープ光に対して群速度分散Ｂ［ｓｅｃ２］を与える群速度分散媒体１５と、特定の線スペクトルのみを選択する波長選択器１６とが順に接続されている。
【００２６】
ここで、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍ、群速度分散Ｂは、  
【００２７】
【数４】
2006243191.tif 000006
【００２８】
を満たす（但しＮは整数）。波長選択器１６は、位相変調された光のうち、連続光の波長の線スペクトルとその両隣の線スペクトルとを合わせた３本の線スペクトルのみを選択する。群速度分散媒体１５は、零でない分散を有する光ファイバ、光サーキュレータと光ファイバブラッググレーティングとの組み合せ、または光サーキュレータと導波路グレーティングとの組み合せを用いることができる。
【００２９】
次に、本発明の第１の実施形態にかかる光パルス発生装置の動作原理について説明する。ＣＷ光源１２から電界振幅Ｅｏ、角周波数ωｏの連続光を出力し、位相変調器１４で変調指数ｍ、変調周波数ｆｍで正弦波位相変調を行った後、群速度分散Ｂの群速度分散媒体１５を通過させたとき、時間の関数としての光電界Ｅ(t)は、以下のように表される。
【００３０】
【数５】
2006243191.tif 000007
【００３１】
ここで、Ｊｏは第一種ベッセル関数であり、ｎは整数で各々の線スペクトルに対応し、ｎ＝０のとき、元の連続光の線スペクトルを示す。
【００３２】
群速度分散媒体１５を通過した後に、複数の光の線スペクトルのうち、連続光の波長の線スペクトルとその両隣の線スペクトルとを合わせた３本の線スペクトルのみを選択した場合を考える。このとき、両隣の２本の線スペクトルの電界振幅の大きさが、どちらも連続光の波長の線スペクトルの電界振幅の２分の１であり、かつ、両隣の２本の線スペクトルの電界の位相が、どちらも連続光の波長の線スペクトルの位相とπの奇数倍だけ異なる場合に、出力される光の光強度は０となる。
【００３３】
前者の条件は、以下の式で表現される。
【００３４】
【数６】
2006243191.tif 000008
【００３５】
これを実現する最も小さい変調指数の値は、ｍ＝π／３．５０６．．．である。後者の条件は、式（２）より、
【００３６】
【数７】
2006243191.tif 000009
【００３７】
が成り立つ場合に、
【００３８】
【数８】
2006243191.tif 000010
【００３９】
で示される時刻ｔにおいて実現されることが分かる。但し、Ｎ、Ｎ’は整数である。
【００４０】
図４に、本発明の第１の実施形態において得られる光パルスの時間波形の計算結果を示す。式（３）と式（４）とが同時に満たされる場合に得られるパルス波形の計算例であり、図４（Ａ）は、縦軸を線形スケールで表し、図４（Ｂ）は、縦軸を対数スケールで表した図である。ここでは、変調指数ｍ＝π／３．５０６、変調周波数ｆｍ＝４０ＧＨｚ、群速度分散Ｂ＝４９．７３６ｐｓ２と設定した。繰り返し周波数が変調周波数に等しく、消光比が８０ｄＢ以上の光パルス列が得られていることが分かる。
【００４１】
変調指数ｍと、変調周波数ｆｍの２乗と群速度分散Ｂの積ｆｍ２Ｂが、式（１）の不等式を満たす場合に、光パルス発生装置から発生する光パルス列の消光比は、２０ｄＢ以上になる。
【００４２】
図５に、本発明の第２の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す。光パルス発生装置は、連続光を発生するＣＷ光源３２と、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍＨｚの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調器３４と、チャープ光に対して群速度分散Ｂ［ｓｅｃ２］を与える群速度分散媒体３５と、特定の線スペクトルのみを選択する波長選択器３６とが順に接続されている。
【００４３】
ここで、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍ、群速度分散Ｂは、  
【００４４】
【数９】
2006243191.tif 000011
【００４５】
を満たす（但しＮは整数）。波長選択器３６は、位相変調された光のうち、連続光の波長の線スペクトルとその両隣の２本の線スペクトルとを合わせた５本の線スペクトルのみを選択する。群速度分散媒体３５は、光ファイバ、光サーキュレータと光ファイバブラッググレーティングとの組み合せ、または光サーキュレータと導波路グレーティングとの組み合せを用いることができる。
【００４６】
図６に、本発明の第２の実施形態において得られる光パルスの時間波形の計算結果を示す。図６（Ａ）は、縦軸を線形スケールで表し、図６（Ｂ）は、縦軸を対数スケールで表した図である。ここでは、変調指数ｍ＝π／４．０７４、変調周波数ｆｍ＝４０ＧＨｚ、群速度分散Ｂ＝４９．７３６ｐｓ２と設定した。繰り返し周波数が変調周波数に等しく、消光比が８０ｄＢ以上の光パルス列が得られていることが分かる。
【００４７】
変調指数ｍと、変調周波数ｆｍの２乗と群速度分散Ｂの積ｆｍ２Ｂが、式（６）の不等式を満たす場合に、光パルス発生装置から発生する光パルス列の消光比は、２０ｄＢ以上になる。
【００４８】
図７に、本発明の第３の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す。光パルス発生装置は、連続光を発生するＣＷ光源２２と、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍＨｚの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調器２４と、チャープ光に対して群速度分散Ｂ［ｓｅｃ２］を与える群速度分散媒体２５とが順に接続されている。
【００４９】
ここで、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍ、群速度分散Ｂは、  
【００５０】
【数１０】
2006243191.tif 000012
【００５１】
を満たす（但しＮは整数）。群速度分散媒体２５は、光ファイバ、光サーキュレータと光ファイバブラッググレーティングとの組み合せ、または光サーキュレータと導波路グレーティングとの組み合せを用いることができる。
【００５２】
図８に、本発明の第３の実施形態において得られる光パルスの時間波形の計算結果を示す。図８（Ａ）は、縦軸を線形スケールで表し、図８（Ｂ）は、縦軸を対数スケールで表した図である。ここでは、変調指数ｍ＝π／４、変調周波数ｆｍ＝４０ＧＨｚ、群速度分散Ｂ＝４９．７３６ｐｓ２と設定した。繰り返し周波数が変調周波数に等しく、消光比が９０ｄＢ以上の光パルス列が得られていることが分かる。さらに、第３の実施形態においては、フラットトップな形状と５０％のデューティー比を有する光パルス列が得られる。
【００５３】
図９に、本発明の第３の実施形態において実験的に得られた光パルスの時間波形を示す。図９（Ａ）は、縦軸を線形スケールで表した光パルスの時間波形を示し、図９（Ｂ）は、縦軸を対数スケールで表した光パルスの波長成分を示した図である。この実験においては、ＣＷ光源２２として波長１５５２ｎｍの半導体レーザを使用し、群速度分散媒体２５としてチャープファイバグレーティングを使用した。また、変調指数ｍ＝π／４、変調周波数ｆｍ＝４０ＧＨｚ、群速度分散Ｂ＝５０ｐｓ２に設定した。図８の計算結果と同様の光パルスの時間波形が得られていることが分かる。
【００５４】
変調指数ｍと、変調周波数ｆｍの２乗と群速度分散Ｂの積ｆｍ２Ｂが、式（７）の不等式を満たす場合に、光パルス発生装置から発生する光パルス列の消光比は、２０ｄＢ以上になる。
【００５５】
図１０に、本発明の第４の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示す。光パルス発生装置は、ｎ個の異なる波長の連続光を発生する多波長ＣＷ光源４２と、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍＨｚの正弦波位相変調を行い、チャープを付与する位相変調器４４と、チャープ光に対して群速度分散Ｂ［ｓｅｃ２］を与える群速度分散媒体４５とが順に接続されている。
【００５６】
ここで、変調指数ｍ、変調周波数ｆｍ、群速度分散Ｂは、  
【００５７】
【数１１】
2006243191.tif 000013
【００５８】
を満たす（但しＮは整数）。群速度分散媒体４５は、光ファイバ、光サーキュレータと光ファイバブラッググレーティングとの組み合せ、または光サーキュレータと導波路グレーティングとの組み合せを用いることができる。
【００５９】
第４の実施形態においては、フラットトップな形状と５０％のデューティー比を有するｎ個の波長の光パルス列が一括して得られる。変調指数ｍと、変調周波数ｆｍの２乗と群速度分散Ｂの積ｆｍ２Ｂが、式（８）の不等式を満たす場合に、光パルス発生装置から発生する光パルス列の消光比は、２０ｄＢ以上になる。
【００６０】
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】従来のＥＡ変調器を用いた光パルス発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の位相変調器と群速度分散媒体を用いた光パルス発生装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態において得られる光パルスの時間波形の計算結果を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態において得られる光パルスの時間波形の計算結果を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態において得られる光パルスの時間波形の計算結果を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態において実験的に得られた光パルスの波形を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態にかかる光パルス発生装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  ＥＡ変調器
２，１２，２２，３２  ＣＷ光源
３  信号発生装置
４，１４，２４，３４，４４  位相変調器
５，１５，２５，３５，４５  群速度分散媒体
１６，３６  波長選択器
４２  多波長ＣＷ光源
【図１】
2006243191.tif 000017
【図２】
2006243191.tif 000018
【図３】
2006243191.tif 000019
【図４】
2006243191.tif 000020
【図５】
2006243191.tif 000021
【図６】
2006243191.tif 000022
【図７】
2006243191.tif 000023
【図８】
2006243191.tif 000024
【図９】
2006243191.tif 000025
【図１０】
2006243191.tif 000026