(57)【要約】【課題】可調周波数範囲が広く、周波数純度の高い周波数可変光ビート信号発生器を実現させること。【解決手段】光コム信号発生器101と、光コム発生器101が発生する光信号を各波長毎に分波する分波器であるアレー導波路型回折格子（ＡＷＧ）103と、ＡＷＧ103の出力から任意の２つの波長の信号を取り出す光スイッチである２×１スイッチアレー105と、２×１スイッチアレー105によって取り出された２つの信号光の強度を独立に任意の値に減衰させるための可変光強度調整器106と、可変光強度調整器106を通過した二つの光信号を合波するためのカップラ107とを有する周波数可変光ビート信号発生器を構成する。【選択図】    図１
2006053285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光コム信号発生器と、前記光コム発生器が発生する光信号を各波長毎に分波する分波器と、前記分波器の出力から任意の２つの波長の信号を取り出す光スイッチと、前記光スイッチによって取り出された２つの信号光の強度をそれぞれ独立に減衰させるための可変光減衰器と、前記可変光減衰器を通過した二つの光信号を合波するための光合波器とを有する周波数可変光ビート信号発生器。
【請求項２】
前記分波器がアレー導波路型回折格子を用いる分波器であることを特徴とする請求項１記載の周波数可変光ビート信号発生器。
【請求項３】
前記分波器、光スイッチ及び光合波器が同一基板上に平面光回路として形成されていることを特徴とする請求項２記載の周波数可変光ビート信号発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動周波数の異なる二つの光を混合して周波数差に対応するビート信号を発生させる周波数可変光ビート信号発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビート周波数可変の光ビート信号を発生させる手段の一つとして、発振波長の異なる２つの単一モード発振レーザから出射されるレーザ光を合波するものが提案されている。その構成には、例えば図５に模式的に示したものがある（下記非特許文献１参照）。図中の1101、1102はＮｄをドープされたＹＡＧ結晶をレーザ発振させるための励起用レーザ、1103、1104は偏波調整器、1105、1106はＮｄをドープされたＹＡＧ結晶、1107、1108はＹＡＧ結晶1105、1106の温度を調整するための温度調整器、1109、1110はレーザ光の光路、1111、1112は反射ミラー、1113、1144は可変減衰器、1115は光結合器、1116は光結合器の出力ポートである。
【０００３】
本構成の光ビート信号発生器において、どのようして光ビート信号が発生するかを以下に説明する。励起用レーザ1101、偏波調整器1103、ＹＡＧ結晶1105、反射ミラー1111は、単一方向リングオシレータ（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｒｉｎｇ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を形成しており、１３１９ｎｍ付近で単一モード発振を行う。この共振器を共振器１とし、光結合器に入力される信号をＳ１とする。このときＳ１は下記の式で与えられる。
Ｓ１＝α１Ａ１ｓｉｎ(２πｆ１ｔ＋φ１）
ここでＡ１、ｆ１、φ１、α１はそれぞれ振幅、発振周波数、初期位相、可変減衰器1113の透過率を表す。
【０００４】
励起用レーザ1102、偏波調整器1104、ＹＡＧ結晶1106、反射ミラー1112も同様に単一方向リングオシレータを形成しており、１３１９ｎｍ付近で単一モード発振を行う。この共振器を共振器２とし、そこで発生する信号をＳ２とする。このときＳ２は下記の式で与えられる。
Ｓ２＝α２Ａ２ｓｉｎ(２πｆ２ｔ＋φ２）
ここでＡ２、ｆ２、φ２、α２はそれぞれ振幅、発振周波数、初期位相、可変減衰器1114の透過率を表す。
【０００５】
光結合器1115で信号が合成される際、共振器１、２の結合係数をそれぞれε１、ε２とすると、光結合器の出力ポート1116で得られる信号Ｓは下記の式で表される。
Ｓ＝ε１α１Ａ１ｓｉｎ(２πｆ１ｔ＋φ１）
＋ε２α２Ａ２ｓｉｎ(２πｆ２ｔ＋φ２）              （１）
可変減衰器1113と1114を調整し、
ε１α１Ａ１＝ε２α２Ａ２
にすると、式（１）は下記の形に変形される。
Ｓ＝２ε１α１ｓｉｎ((２π(ｆ１＋ｆ２)ｔ＋φ１＋φ２)/２）
×ｃｏｓ((２π(ｆ１−ｆ２)ｔ＋φ１−φ２)/２）      （２）
式（２）のｓｉｎの項はｆ１とｆ２の平均値で振動する項であり、ｃｏｓの項は発振周波数差の絶対値｜ｆ１−ｆ２｜の１/２の周波数で振動する、つまりビート（うなり）を示す項である。
【０００６】
温度調整器1107及び1108を用いてＹＡＧ結晶1105、1106の温度を独立に調整することで、ｆ１とｆ２は独立に変更することが可能である。したがって本構成をもって、ビート周波数が任意に設定可能な光ビート信号発生器を実現することが可能である。
【０００７】
しかし、２台の光源の位相がランダムに揺らぐため、この手法で発生するビート信号は位相雑音特性が劣る。また、温度調整による周波数変化の範囲は限られており、１００ＧＨｚ以上のビート周波数を作り出すことは、非常に困難であった。
【０００８】
ビート周波数可変の光ビート信号を発生させるもう一つの手段としては、光変調器の高調波発生や、スーパーコンティニウムなどの多波長光源で発生する光コムからシャープな波長選択フィルタで二本の線スペクトルを抜き出すものが提案されている。その構成には、例えば模式的に図６に示すものがある（非特許文献２参照）。図中の1201はレーザ、1202は光変調器、1203は変調器駆動回路、1204は光増幅器、1205は３ｄＢカップラ、1206、1207はサーキュレータ、1208、1209はファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）フィルタ、1210は３ｄＢカップラ、1211は光増幅器、1212は出力ポートである。
【０００９】
本構成の光ビート信号発生器において、どのようして光ビート信号が発生するかを以下に説明する。単一モードで発振しているレーザ1201の出力信号は、周波数上で見ると、図７（ａ）に示すように、一本の線スペクトルとなる。この光が光変調器1202によって周波数ｆの変調を受けると、図７（ｂ）に示すように周波数間隔ｆで多数の線スペクトルが立つ。この信号は３ｄＢカップラ1205により２分岐され、ＦＢＧフィルタ1208、1209に導入される。ＦＢＧフィルタ1208、1209の反射特性として、図８に示すように、それぞれ異なる、一本の線スペクトルを反射する特性を示すとする。すると、それぞれのフィルタで一本だけ線スペクトルが選別されるので、３ｄＢカップラ1210の出力信号のスペクトルは図９に示すとおり、２本の線スペクトルとなる。この信号は、式（１）で表される。二本の線スペクトルの間隔がｎｆとすると、この信号は、ｎｆ/２の周波数で振動する光ビート信号である。ＦＢＧフィルタ1208、1209に力を加える等して、反射ピーク波長をシフトさせれば、３ｄＢカップラ1210で得る線スペクトルを変えることが可能である。したがって本構成をもって、ビート周波数が可変な光ビート信号発生器を実現することが可能である。
【００１０】
しかし、本手法で一本の線スペクトルを取り出すのに用いるＦＢＧフィルタは、反射ピーク波長のシフト量が小さく、広い周波数範囲の光ビート信号を発生させるためには反射ピーク波長位置が異なる何種類かのＦＢＧフィルタを用意し、必要に応じて取り替えるなどの作業が必要となる。したがって、本手法を用いて広い周波数範囲の光ビート信号を簡易に発生させることは、非常に困難であった。
【００１１】
【非特許文献１】“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ａｎｄ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｎｄ：ＹＡＧ  Ｒｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ  Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ”，  Ｔ．Ｓ．Ｔａｎ，  Ｒ．Ｌ．Ｊｎｇｅｒｍａｎ，  ａｎｄ  Ｓ．Ｓ．Ｅｌｌｉｏｔｔ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  Ｔｅｃｈ．，  Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．８，ｐｐ．１２１７−１２２２（１９８９）．
【非特許文献２】“２７０−３６０  ＧＨｚ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｂｅａｔ  ｓｉｇｎａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｌｏｃａｌ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ”，  Ｔ．Ｙａｍａｍｏｔｏ，  Ｈ．Ｔａｋａｒａ，  ａｎｄ  Ｓ．Ｋａｗａｎｉｓｈｉ，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｌｅｔｔ．，  Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１５，ｐｐ．７９５−７９７（２００２）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図５に示した従来の構成においては、２台の光源の位相がランダムに揺らぐため、この手法で発生するビート信号は位相雑音特性が劣る。また、温度調整による周波数変化の範囲は限られており、１００ＧＨｚ以上のビート周波数を作り出すことは、非常に困難であった。
【００１３】
また、図６に示した従来の構成においては、本手法で一本の線スペクトルを取り出すのに用いるＦＢＧフィルタは、反射ピーク波長のシフト量が小さく、広い周波数範囲の光ビート信号を発生させるためには反射ピーク波長位置が異なる何種類かのＦＢＧフィルタを用意し、必要に応じて取り替えるなどの作業が必要となる。したがって、本手法を用いて広い周波数範囲の光ビート信号を簡易に発生させることは、非常に困難であった。
【００１４】
本発明の目的は、上記従来例の問題点を解決し、可調周波数範囲が広く、周波数純度の高い周波数可変光ビート信号発生器を実現させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本願発明では、請求項１に記載のように、
光コム信号発生器と、前記光コム発生器が発生する光信号を各波長毎に分波する分波器と、前記分波器の出力から任意の２つの波長の信号を取り出す光スイッチと、前記光スイッチによって取り出された２つの信号光の強度をそれぞれ独立に減衰させるための可変光減衰器と、前記可変光減衰器を通過した二つの光信号を合波するための光合波器とを有する周波数可変光ビート信号発生器を構成する。
【００１６】
また、本願発明では、請求項２に記載のように、
前記分波器がアレー導波路型回折格子を用いる分波器であることを特徴とする請求項１記載の周波数可変光ビート信号発生器を構成する。
【００１７】
また、本願発明では、請求項３に記載のように、
前記分波器、光スイッチ及び光合波器が同一基板上に平面光回路として形成されていることを特徴とする請求項２記載の周波数可変光ビート信号発生器を構成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る周波数可変光ビート信号発生器によれば、光コム信号発生器が発生する光信号を単一波長の成分に分波し、その成分の中から２つを選んで合波する構成を用いて、可調周波数範囲が広く、周波数純度の高い周波数可変光ビート信号発生器を実現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】
【００１９】
本発明においては、光源として、位相変調器、強度変調器またはその組み合わせ、ＳＣ光源などの光コム信号発生器を用いる。コム（櫛の歯状周波数離散分布）の周波数間隔をｆとする。この光を周波数ｆ間隔でｍ＋ｎ（ｍ、ｎは自然数）チャンネルの波長に光を分波する機能を有する分波器に導入する。分波器出力のうちｍチャンネルは、ｍチャンネルから１チャンネルを選択する光スイッチに導入する。分波器出力のうちの残りのｎチャンネルは、ｎチャンネルから１チャンネルを選択する光スイッチに導入する。それぞれの光スイッチの出力は、おのおの可変光減衰器を通過したあと、合波器で合波され、出力される。
【００２０】
分波器は光コム信号を各波長に分割する機能を果たしている。各光スイッチは波長分解されたｍ＋ｎ本の信号から２本を抜き出す機能を有している。各光スイッチを制御することで切り出す光の周波数間隔は、ｆから（ｍ＋ｎ−１）×ｆまで周波数間隔ｆで任意の値を取ることが可能である。よって合波器の出力は、ビート周波数ｋ×ｆ（１≦ｋ≦ｍ＋ｎ−１）の光信号になる。本手法は、同一光源から切り出した異なる二波長の信号の合波なので低位相雑音であり、かつ分波器、光スイッチをうまく設計することで従来に比してビート周波数の可変範囲が広い光ビート信号発生器を実現することが可能である。
【００２１】
以下に本発明の実施の形態例を挙げ、図面に基いて更に詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態例を示す周波数可変光ビート信号発生器を示す模式図である。図中、101は中心波長λ、周波数間隔ｆでｍ＋ｎチャネルの光を同時に発生させるの光コム信号発生器、102は入力光導波路、103は平面光回路として基板109上に形成され、中心波長λ、周波数間隔ｆで入力される光を波長毎にｍ＋ｎチャネルに分波することが可能な分波器であるアレー導波路型回折格子（ＡＷＧ）、104はＡＷＧ103の２つの出力チャネルに接続された一つの２×１スイッチで、105は、この２×１スイッチ104が並列・多段に接続され、ＡＷＧ103の出力チャネルｍ＋ｎのうち、短波長側から数えてｍチャネルから任意の１チャンネルと長波長側から数えてｎチャネルから任意の１チャンネルを選び出す機能を有する、分波器の出力から任意の２つの波長の信号を取り出す光スイッチである２×１スイッチアレー、106は２×１スイッチアレー105の２出力の信号強度をそれぞれ独立に減衰させるための可変光減衰器である可変光強度調整器、107は可変光強度調整器106の２出力を合波するための光合波器であるカップラ、108は出力光導波路、109は入力光導波路102から出力光導波路108までが形成された基板、110は光を入出力させるためのファイバピッグテール、111は２×１スイッチアレー105を制御するための制御器である。ＡＷＧ103、２×１スイッチアレー105及びカップラ107は同一基板109上に平面光回路として形成されている。
【００２２】
本発明の実施形態の可変光ビート信号発生器において、データ信号がどのように変換されるかを、ＡＷＧ103からカップラ107までの光配線を示す図２を用いて説明する。ここでは説明を容易にするためｍ＝８、ｎ＝７とし、ＡＷＧの出力チャネルを短波長側からＡ、Ｂ、、、、Ｏと呼ぶことにする。また、２×１スイッチアレーを構成するスイッチについては、Ａ、Ｂから１チャンネルを選択するスイッチ、Ｃ、Ｄから１チャンネルを選択するスイッチ、、、Ｍ、Ｎから１チャンネルを選択するスイッチ、をそれぞれ、ＳＷ１１、ＳＷ１２、、、ＳＷ１７とする。スイッチＳＷ１８については、片側にチャネルＯの出力を入力し、もう片方の入力はオープンにしておく。また、ＳＷ１１、ＳＷ１２から１チャンネルを選択するスイッチ、ＳＷ１３、ＳＷ１４から１チャンネルを選択するスイッチ、、、ＳＷ１７、ＳＷ１８から１チャンネルを選択するスイッチをＳＷ２１、ＳＷ２２、、、ＳＷ２４とする。更にＳＷ２１、ＳＷ２２から１チャンネルを選択するスイッチ、ＳＷ２３、ＳＷ２４から１チャンネルを選択するスイッチをＳＷ３１、ＳＷ３２とする。またＳＷ３１、ＳＷ３２の出力をそれぞれ、ＯＵＴ１、ＯＵＴ２と呼ぶ。
【００２３】
ここで、各スイッチの設定の記述方法をここで決めておく。たとえばＳＷ１４の場合、入力はＧ、Ｈチャネルであり、出力チャネルの片方のみ後段のスイッチＳＷ２２につながっている。そこでこのスイッチからＨチャネルの信号のみがＳＷ２２に出力される状態を、Ｈ出力と記述する。
【００２４】
今、各スイッチの設定を表１に示す状態にした場合を考える。
【００２５】
【表１】
2006053285.tif 000003
この場合、ＯＵＴ１、ＯＵＴ２には、図３の黒線に示すようにそれぞれ、Ｈ、Ｉチャネルの信号が出力されている。この信号の周波数差はｆなので、カップラ107の出力は、式（２）で示したように、ｆ/２の周波数で振動するビート信号となる。
【００２６】
また、各スイッチの設定を表２に示した場合を考える。
【００２７】
【表２】
2006053285.tif 000004
この場合、ＯＵＴ１、ＯＵＴ２には、図４に示すようにそれぞれ、Ａ、Ｏチャネルの信号が出力されている。この信号の周波数差は１４ｆなので、カップラ107の出力は、式（２）で示したように、７ｆの周波数で振動するビート信号となる。
【００２８】
上記は、ビート周波数としてｆ/２及び７ｆについて取り上げたが、ＳＷ１１からＳＷ３２までの設定を変更することで、ｆ/２の周波数間隔でｆ/２から７ｆまでの任意の値を取ることが出来る。本手法により発生するビート信号は、同一の光源から発生した光の重ね合わせによるものである。したがって非特許文献１に記載されているような位相雑音の問題は発生しない。
【００２９】
なお、以上の実施の形態例では、ｍ＝８、ｎ＝７としたが、これは説明を簡略化するためのものであり、実際これに限るものではない。
【００３０】
また、本構成では、光強度を調整するために可変光強度調整器を用いたが、光強度を調整するのはこの手段に限ったものではない。たとえば合波器前段の光スイッチを調整し、また、本構成で基板109上の入出力を入れ替え、出力光導波路108に光コム信号発生を入力し、上記説明のように光スイッチを設定すれば、入力光導波路102から光ビート信号が得られることは、ＡＷＧの波長透過特性の対称性を考えれば自明である。
【００３１】
以上説明したとおり、本発明の周波数可変光ビート信号発生器構成法によれば、広い可調周波数範囲が広く、周波数純度の高い光ビート信号発生器を実現させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態例を示す周波数可変光ビート信号発生器を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態例において、ＡＷＧの出力チャネル数が１５の時に、２×１スイッチ群の接続を説明するために、その光配線を模式的に表した説明図である。
【図３】図２で示した構成において、ｆ/２のビート周波数を発生させる場合の、２×１スイッチ群の設定を模式的に示した説明図である。
【図４】図２で示した構成において、７ｆのビート周波数を発生させる場合の、２×１スイッチ群の設定を模式的に示した説明図である。
【図５】従来の周波数可変光ビート信号発生器の構成例を示す説明図である。
【図６】図５とは異なる手法による、従来の周波数可変光ビート信号発生器の構成例を示す説明図である。
【図７】図６に示す従来の周波数可変光ビート信号発生器における、光信号のスペクトルを示すの説明図である。
【図８】図６に示す従来の周波数可変光ビート信号発生器における、ＦＢＧフィルタの反射特性を示す説明図である。
【図９】図６に示す従来の周波数可変光ビート信号発生器における出力信号のスペクトルを示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
101…光コム信号発生器、102…入力光導波路、103…ＡＷＧ、104…２×１スイッチ、105…２×１スイッチアレー、106…可変光強度調整器、107…カップラ、108…出力光導波路、109…基板、110…ファイバピッグテール、111…制御器、１1101、1102…励起用レーザ、1103、1104…偏波調整器、1105、1106…ＹＡＧ結晶、1107、1108…温度調整器、1109、1110…レーザ光の光路、1111、1112…反射ミラー、1113、114４…可変減衰器、1115…光結合器、1116…出力ポート、1201…レーザ、1202…光変調器、1203…変調器駆動回路、1204…光増幅器、1205…３ｄＢカップラ、1206、1207…サーキュレータ、1208、1209…ＦＢＧフィルタ、1210…３ｄＢカップラ、1211…光増幅器、1212…出力ポート。
【図１】
2006053285.tif 000005
【図２】
2006053285.tif 000006
【図３】
2006053285.tif 000007
【図４】
2006053285.tif 000008
【図５】
2006053285.tif 000009
【図６】
2006053285.tif 000010
【図７】
2006053285.tif 000011
【図８】
2006053285.tif 000012
【図９】
2006053285.tif 000013