(57)【要約】【課題】４次以上のチャープ係数を連続的に制御して、より高精度なチャープの極小化を可能にする光波形等化装置を提供すること。【解決手段】入力光の２次以上のチャープの係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）の少なくともｋが４以上までのＣ2、．．．、Ｃkを制御可能なチャープ制御手段１０と、チャープ制御手段１０の出力光の一部を入力し、出力光の波形のモニタ値を出力する光モニタ手段２０とからなる。チャープ制御手段１０は、光モニタ手段２０から出力されたモニタ値に基づいて係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）の少なくともｋが４以上までのＣ2、．．．、Ｃkを探索し、チャープを極小化するように各係数を制御する。【選択図】図１
2011039445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光の２次以上のチャープ
【数１】
2011039445.tif 000007
の係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）の少なくともｋが４以上までのＣ2、．．．、Ｃkを制御可能なチャープ制御手段と、
前記チャープ制御手段の出力光が入力され、前記出力光の波形の特徴を表すモニタ値を出力する光モニタ手段を備え、
前記チャープ制御手段は、前記モニタ値が目標値に近づくように前記係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）を制御することを特徴とする光波形等化装置。
【請求項２】
前記光チャープ制御手段への入力光を発生する光源部をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光波形等化装置。
【請求項３】
前記光チャープ制御手段は回折光学素子および光位相変移手段を備え、
前記入力光を前記第１の回折光学素子で分光し、前記係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）を制御するために前記分光された入力光の各波長成分の波長分散を前記光位相変移手段で制御し、波長分散を調整された各波長成分を前記第２の回折光学素子で集光することを特徴とする請求項１に記載の光波形等化装置。
【請求項４】
前記光モニタ手段が光波形観測手段であることを特徴とする請求項１に記載の光波形等化装置。
【請求項５】
前記光モニタ手段が２次の光非線形観測手段であることを特徴とする請求項１に記載の光波形等化装置。
【請求項６】
前記モニタ手段の出力するモニタ値がパルス幅であり、前記チャープ制御手段は前記パルス幅を最小化するように前記係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）を制御することを特徴とする請求項４に記載の光波形等化装置。
【請求項７】
前記モニタ手段の出力するモニタ値がパルスのピーク値であり、前記チャープ制御手段は前記ピーク値を最大化するように前記係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）を制御することを特徴とする請求項４に記載の光波形等化装置。
【請求項８】
前記モニタ手段の出力が２次の光非線形観測手段の時間平均出力であり、前記時間平均出力を最大化するように前記係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）を制御することを特徴とする請求項５に記載の光波形等化装置。
【請求項９】
前記入力光の強度スペクトル形状を制御する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光波形等化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光波形等化装置に関し、より詳細には、出力光のモニタ値に基づきチャープ係数を制御する光波形等化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１ピコ秒以下の光パルスの発生には帯域約１テラヘルツ以上の光スペクトルを有する広帯域光が必要である。ここで、広帯域光はＡ（ω）ｅｘｐ［ｉφ（ω）］と表される。ただし、Ａ（ω）は光角周波数ωの電界成分の振幅、φ（ω）は光位相を表す。
【０００３】
光位相φ（ω）の２階導関数は広帯域光の時間幅増大または波形歪みの原因となる。これをチャープと呼ぶ。チャープは式
【０００４】
【数１】
2011039445.tif 000003
【０００５】
で表される。ここで、ω0は広帯域光の中心周波数、Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）は上記チャープＣ（ω）の展開係数である。すなわち、広帯域光が、時間幅が極小化、すなわちフーリエ変換限界の波形に等化されるためには、チャープが０になるように、広帯域光源に後置される光チャープ制御手段によって制御される必要がある。光チャープ制御手段は式
【０００６】
【数２】
2011039445.tif 000004
【０００７】
で表される波長分散β（ω）を設定可能な素子が用いられる。
【０００８】
図９に、第１の従来例を示す。本第１の従来例では、光チャープ制御手段として単一モードファイバのような固定波長分散素子４０を用いてチャープを補償する。複数の固定波長分散素子を組み合わせることで所望の補償を行うことが可能である。単一モードファイバの分散値、および分散スロープは、光位相φ（ω）の２階および３階微分係数に対応する（非特許文献１参照）。
【０００９】
図１０に、第２の従来例を示す。本第２の従来例では、光チャープ制御手段としてチャープファイバブラッググレーティング７０を用いる。光サーキュレータ６０に２つのチャープファイバブラッググレーティング７０が接続されているが、チャープファイバブラッググレーティング６０に熱あるいは張力を印加することにより、波長分散を連続的に変化させることが可能である（非特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】T. Morioka, et al, “Transform-limited, femtosecond WDM pulse generation by spectral filtering of gigahertz supercontinuum,” Electron. Lett., vol. 30, 1994, pp. 1166-1167
【非特許文献２】S. Matsumoto; et al, “Tunable dispersion slope compensator with a chirped fiber grating and a divided thin-film heater for 160-Gb/s RZ transmissions,” Photonics Technology Letters, IEEE , vol.16, no.4, pp.1095-1097, April 2004
【非特許文献３】Tetsuro Komukai; et al, The Design of Dispersion Equalizers Using Chirped Fiber Bragg Gratings, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 36, NO. 4, APRIL 2000 pp.409-417
【非特許文献４】K. Kikuchi, “Highly sensitive interferometric autocorrelator using Si avalanche photodiode as two-photon absorber,” Electronics Letters, vol.34, no.1, pp.123-125, 8 Jan 1998
【非特許文献５】T. Inui et al, “160 Gbit/s adaptive dispersion equaliser using asynchronous chirp monitor with balanced dispersion configuration,” Electronics Letters, vol.40, no.4, pp. 256-257, 19 Feb. 2004
【非特許文献６】M. A. F. Roelens, et al, “Dispersion trimming in a reconfigurable wavelength selective switch,” IEEE JLT, vol. 26, pp. 73-78, 2008
【非特許文献７】K. Seno, et al, “Channel-by-channel tunable optical dispersion compensator consisting of arrayed-waveguide grating and liquid crystal on silicon,” in Proc. OFC/NFOEC2008, OWP4
【非特許文献８】K. Mori,et al, “Analysis and design of supercontinuum pulse generation in a singlemode optical fiber,” J. Opt. Soc. Am. B, vol. 18, pp. 1780-1792, 2001
【非特許文献９】M. Sugiyama et al, “A low drive voltage LiNbO3 phase and intensity integrated modulator for optical frequency comb generation and short pulse generation,” in Proc. on ECOC2004, Tu3.4.3.
【非特許文献１０】T. Yamamoto et al, “Spectrally flattened phase-locked multi-carrier light generator with phase modulators and chirped fibre Bragg grating,” Electron. Lett., vol. 43, pp.1040-1042, 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、第１の従来例では、連続的に波長分散値を変化させられないため、波長分散設定における誤差が避けられず、チャープの極小化が困難であった。また、第２の従来例では、連続的に波長分散値を変化させることができるが、４次以上の高次のチャープを補償することは困難であった。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、４次以上のチャープ係数を連続的に制御して、より高精度なチャープの極小化を可能にする光波形等化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、光波形等化装置であって、入力光の２次以上のチャープ
【００１４】
【数３】
2011039445.tif 000005
【００１５】
の係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）の少なくともｋが４以上までのＣ2、．．．、Ｃkを制御可能なチャープ制御手段と、前記チャープ制御手段の出力光が入力され、前記出力光の波形の特徴を表すモニタ値を出力する光モニタ手段を備え、前記チャープ制御手段は、前記モニタ値が目標値に近づくように前記係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）を制御することを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光波形等化装置において、前記光チャープ制御手段への入力光を発生する光源部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光波形等化装置において、前記光チャープ制御手段は回折光学素子および光位相変移手段を備え、前記入力光を前記第１の回折光学素子で分光し、前記係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）を制御するために前記分光された入力光の各波長成分の波長分散を前記光位相変移手段で制御し、波長分散を調整された各波長成分を前記第２の回折光学素子で集光することを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光波形等化装置において、前記光モニタ手段が光波形観測手段であることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光波形等化装置において、前記光モニタ手段が２次の光非線形観測手段であることを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の光波形等化装置において、前記モニタ手段の出力するモニタ値がパルス幅であり、前記チャープ制御手段は前記パルス幅を最小化するように前記係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）を制御することを特徴とする。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項４に記載の光波形等化装置において、前記モニタ手段の出力するモニタ値がパルスのピーク値であり、前記チャープ制御手段は前記ピーク値を最大化するように前記係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）を制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載の光波形等化装置において、前記モニタ手段の出力が２次の光非線形観測手段の時間平均出力であり、前記時間平均出力を最大化するように前記係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）を制御することを特徴とする。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の光波形等化装置において、前記入力光の強度スペクトル形状を制御する手段をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、４次以上のチャープ係数を連続的に制御することにより、チャープの極小化の精度を高める効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光波形等化装置の構成図である。
【図２】第１の実施形態における光チャープ制御手段１０の構成図である。
【図３】（ａ）は等化前の光波形（初期状態）を示す図であり、（ｂ）は等化後の光波形（目標状態）を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はパルスのピーク値をモニタ値とした場合の状態｛Ｃｋ｝に対する等化前のモニタ値のマップである。
【図５】（ａ）、（ｂ）はパルスのピーク値をモニタ値とした場合の状態｛Ｃｋ｝に対する等化後のモニタ値のマップである。
【図６】最適化探索の過程を立体的に表した図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る光波形等化装置を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る光波形等化装置を示す図である。
【図９】第１の従来例を示す図である。
【図１０】第２の従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る光波形等化装置を示す。本実施形態では、入力光の２次以上のチャープ
【００２８】
【数４】
2011039445.tif 000006
【００２９】
の係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）の少なくともｋが４以上までのＣ2、．．．、Ｃkを制御可能なチャープ制御手段１０と、チャープ制御手段１０の出力光の一部を入力し、出力光の波形のモニタ値を出力する光モニタ手段２０とからなる。チャープ制御手段１０は、光モニタ手段２０から出力されたモニタ値が目標値に近づくように係数Ｃk（ｋ＝２、３、．．．）の少なくともｋが４以上までのＣ2、．．．、Ｃkを探索することにより、チャープを極小化するように各係数を制御する。
【００３０】
チャープ制御手段１０がチャープの極小化を行うために用いる、光波形の等化を示すモニタ値として下記３種が挙げられる。
【００３１】
第１のモニタ値は、パルス幅であり、最適化の目標はパルス幅の最小化である。パルス幅としてはピーク値からある割合だけ落ちた波形レベルにおける時間幅が挙げられる。３ｄＢ（５０％）ダウンの場合は半値全幅と呼ばれる。この他、標準偏差を用いたパルス幅の評価方法等も挙げられる。
【００３２】
第２のモニタ値は、パルスのピーク値であり、最適化の目標はパルスのピーク値の最大化である。波形等化に際し、チャープ制御手段１０の出力の平均強度が変化することがある。この場合、ピーク値を平均強度で規格化した値をモニタ値として利用するとよい。
【００３３】
第１および第２のモニタ値の光モニタ手段２０としては、光波形観測手段を用いることができる。光波形観測手段としては、オートコリレータまたは光サンプリングスコープを用いることができる。
【００３４】
第３のモニタ値は、２次の光非線形観測手段の時間平均出力であり、最適化の目標は２次の光非線形観測手段の時間平均出力の最大化である。波形等化に際し、チャープ制御手段１０の出力の平均強度が変化することがある。この場合、２次の光非線形観測手段の時間平均出力を平均強度（あるいはその２乗）で規格化した値をモニタ値として利用するとよい。
【００３５】
第３のモニタ値の光モニタ手段２０としては、２次の光非線形観測手段を用いることができる。２次の光非線形観測手段としては、使用波長の２倍程度のバンドギャップを有する２光子吸収素子（非特許文献４）、あるいは２倍高調波光発生手段と光検出器とからなる手段（非特許文献５）を用いることができる。
【００３６】
図２に、第１の実施形態における光チャープ制御手段１０の構成例を示す。回折光学素子１１と空間型光位相変移手段１２とを備え、前段の回折光学素子１１で分光された入射光の各波長成分の波長分散β（ω）を空間型光位相変移手段１２で調節し、後段の回折光学素子１１で集光することにより、対応するチャープＣ（ω）の展開係数Ｃk（ｋ＝２、３、・・・）を調節することが可能となっている。
【００３７】
回折光学素子１１には、空間型回折格子あるいはアレイ導波路型回折格子を用いることができる。空間型光位相変移手段１２には、液晶アレイ素子あるいは微小光学機械素子（光ＭＥＭＳ）を用いることができる。光チャープ制御手段１０は、これらを組み合わせることで実現可能である（非特許文献６、７参照）。
【００３８】
チャープ係数の探索方法としては、山登り法、焼きなまし法、および遺伝的アルゴリズム等の進化的アルゴリズムが挙げられる。
【００３９】
山登り法を用いた光波形等化のシミュレーションを以下に示す。
【００４０】
図３（ａ）は等化前の光波形（初期状態）で、チャープは未知とする。光チャープの状態を波長分散制御手段の状態｛Ｃk｝（ｋ＝２、３、．．．）の組で表す。現在の状態｛Ｃk0｝に対し、複数の近傍の状態（複数）｛Ｃk｝を波長分散制御手段によって与え、近傍の状態｛Ｃk｝のうち、光モニタ手段２０の出力がチャープの極小化に関して最適化｛Ｃkpot｝されたときの状態を次期の「現在の状態」｛Ｃk0｝とする。これを繰り返し、現在の状態｛Ｃk0｝に対し、近傍が最適化されなくなった状態を目標状態とする。図３（ｂ）に、等化後の光波形（目標状態）を示す。
【００４１】
パルスのピーク値をモニタ値とした場合の状態｛Ｃk｝に対する等化前のモニタ値のマップを図４（ａ）、（ｂ）に示し、等価後のモニタ値のマップを図５（ａ）、（ｂ）に示す。光波形等化の過程はこのマップに対する最適地探索に対応する。図６に、この最適地探索の過程を立体的に表したものを示す。
【００４２】
状態｛Ｃk｝の探索において、最初に粗い最適化探索を行い、最もチャープが極小化された状態｛Ｃk｝を詳細な最適化探索の初期状態としてもよい。また、モニタ値の測定のばらつきに対処するため、平均化および平滑化処理を行ってもよい。
【００４３】
（第２の実施形態）
図７に、発明の第２の実施形態に係る光波形等化装置を示す。第２の実施形態は、第１の実施形態に、光チャープ制御手段１０への入力光を発生する光源部３０をさらに備える。
【００４４】
光源部３０としてはパルス光源を用いる。例えば、ＣＷ光源に後置された変調器出力、モード同期光源、利得スイッチ光源、あるいは白色パルスを出力するスーパーコンティニウム光源（非特許文献８）を用いることができる。前述のような光波形との同期を要しないモニタ手段を用いる場合は受動モード同期光源を用いることも可能である。この他、光強度変調器または光位相変調器を備えた光源（非特許文献９、１０）を用いることも可能である。
【００４５】
（第３の実施形態）
図８に、本発明の第３の実施形態に係る光波形等化装置を示す。第３の実施形態は、第１の実施形態において、入力光のスペクトル幅を拡大させる光強度スペクトル等化手段４０を光チャープ制御手段１０の前段に備える。
【００４６】
光強度スペクトル等化手段４０としては、スペクトルを平坦化する透過特性を有する光フィルタがある。また、回折光学素子および空間型光強度減衰手段から構成される可変形の構成も許される。さらに光強度スペクトル等化の機能を光チャープ制御手段が備える構成も可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  光チャープ制御手段
２０  光モニタ手段
１１  回折光学素子
１２  空間型光位相変移手段
３０  光源部
４０  光強度スペクトル等化手段
５０  固定波長分散素子
６０  光サーキュレータ
７０  チャープファイバブラッググレーティング
【図１】
2011039445.tif 000008
【図２】
2011039445.tif 000009
【図３】
2011039445.tif 000010
【図４】
2011039445.tif 000011
【図５】
2011039445.tif 000012
【図６】
2011039445.tif 000013
【図７】
2011039445.tif 000014
【図８】
2011039445.tif 000015
【図９】
2011039445.tif 000016
【図１０】
2011039445.tif 000017