(57)【要約】【課題】電気領域でのパルスパターン発生器および信号処理器、長尺の光遅延線などを用いることなしに、様々な信号形態、周期、ビットレート、パターンを持つ超高速光ランダムパターンを生成可能な光パルスパターン発生器を提供する。【解決手段】パルス光源（ＣＷ光源も可）２０からの光を光強度変調器２１で変調し、光タップ２２で２分し、一方の光を第1の光カプラ２３−１で２分してそれぞれ遅延量の異なる、高々ビットレート長の数倍〜数百倍程度の長さを有する可変あるいは固定の光遅延線２４を経由した後に、第２の光カプラ２３−２で合波し、合波した光信号を受光器２６で光電変換し、その電気信号で光強度変調器２１を駆動し、光タップ２２の他方の出力を出力信号として取り出す。これにより、光領域での遅延、光電融合型の排他的論理和機能、結果として光線形帰還シフトレジスタが実現され、４０Ｇｂ／ｓを越える超高速光ランダムパターンが得られる。【選択図】図２
2008292937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルス信号を生成するパルス光源と、
前記光パルス信号を電気駆動信号に応じて変調する光強度変調器と、
前記光強度変調器で変調された光パルス信号を２分する光タップと、
前記光タップの一方の出力の光パルス信号を２分する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラからの光パルス信号をそれぞれ遅延する遅延量の異なる可変あるいは固定の第１および第２の光遅延線と、
前記第１と第２の光遅延線で遅延された２つの光出力信号を合波する第２の光カプラと、
前記第２の光カプラで合波されて得られた前記２つの光出力信号の論理出力を光電変換し、変換された電気信号の論理出力を前記電気駆動信号として前記光強度変調器に供給する受光器と、
前記光タップの他方の出力を出力信号として取り出す出力部と
を具備することを特徴とする光パルスパターン発生器。
【請求項２】
光パルス信号を生成するパルス光源と、
前記光パルス信号を電気駆動信号に応じて変調する光強度変調器と、
前記光強度変調器で変調された光パルス信号を２分する光タップと、
前記光タップの一方の出力の光パルス信号を２分する光カプラと、
前記光カプラからの光パルス信号をそれぞれ遅延する遅延量の異なる可変あるいは固定の第１および第２の光遅延線と、
前記第１と第２の光遅延線で遅延された２つの光出力信号をそれぞれ光電変換し、該２つの光出力信号の論理出力として該２つの電気信号の差分を求め、得られた論理出力を前記電気駆動信号として前記光強度変調器に供給するバランス型受光器と、
前記光タップの他方の出力を出力信号として取り出す出力部と
を具備することを特徴とする光パルスパターン発生器。
【請求項３】
前記光強度変調器は、マッハツェンダ型干渉計構造を有し、前記電気駆動信号の入力が無い場合には、出力光強度が最小値（あるいは最大値）の近傍となるように、かつ前記電気駆動信号の入力がある場合には出力光強度が最大値（あるいは最小値）の近傍となるように、電気バイアスが設定されていることを特徴とする請求項２に記載の光パルスパターン発生器。
【請求項４】
前記光タップを第１の光タップとして、該第１の光タップとは別に、前記パルス光源と前記光強度変調器との間に接続されて該パルス光源の出力を２分する第２の光タップと、
前記第２の光タップのタップ出力光と前記第１の光タップの出力光とを干渉させる第３の光カプラと、
前記出力部に置き換えられて前記第３の光カプラの一方の出力を出力信号として取り出す出力部と
をさらに具備することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光パルスパターン発生器。
【請求項５】
前記パルス光源に置き換えて該パルス光源の位置に直流（CW: Continuous Wave; 連続波）光源が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光パルスパターン発生器。
【請求項６】
前記出力部に接続された光ゲート素子をさらに具備することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光パルスパターン発生器。
【請求項７】
前記第１と第２の光遅延線は、それぞれ、可変光遅延線であって、互いに長さが異なるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上にそれぞれ位相調節部を持つ計Ｋ＋１個の対称マッハツェンダ型干渉計で接続した構成のものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光パルスパターン発生器。
【請求項８】
前記第１と第２の光遅延線は、それぞれ、可変光遅延線であって、長さの差がΔＬ、２ΔＬ、４ΔＬ、・・・、２P‐2ΔＬ、２P‐1ΔＬであるＰ個（Ｐは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上にそれぞれ位相調節部を持つ計Ｐ＋１個の対称マッハツェンダ型干渉計で接続した構成のものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光パルスパターン発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に光通信分野において、各種光デバイスの評価（符号誤り率、アイパターン測定）用の光ランダムパルスパターン列の生成、光パケット信号用光ラベルパルス列の生成、光ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access：符号分割多元接続）用のランダム信号生成などを可能とする光パルスパターン発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
信号の誤り率測定による光通信システムおよび光通信用デバイスの評価を行う場合には、２31−１ビット程度までの充分に長い可変周期のランダムパルスパターン列が必須となる。また、光パケット信号の伝送を行う場合、データ信号（ペイロード）に加え、ラベルパルス列を付加する必要がある。さらに、光ＣＤＭＡでは、データ信号をランダムパターンで変調する必要がある。
【０００３】
このような用途に用いる高速光パルスパターン発生器としては、従来、図１の（ａ）に示す構成のものが一般に用いられていた（非特許文献１、２）。光通信用の４０Ｇｂ／ｓ以上の高速光パルスパターンを生成するためには、速度制限のため単一電子回路からの信号生成は難しい。そのため、図１の（ａ）に示す従来装置では、以下のような操作を行っている。
【０００４】
生成が容易である１０Ｇｂ／ｓランダムパルスパターン電気信号を、電気パルスパターン信号発生回路１によって４種類生成する。これら４種類の信号のタイミング制御を行い、所望のランダム信号の１周期である２Q−１（Ｑ：１以上の整数）ビットの１／４周期ずつタイミングをずらす遅延を行った後、電気多重化回路３を用いて時間多重を行い、所望の信号を電気信号出力部４から出力する。電気信号出力部４から出力された電気信号を用いて光強度変調器７を駆動することで、レーザ５から供給されたレーザ光を変調し、４０Ｇｂ／ｓの光ランダムパルスパターン出力を得ていた。上記のように、電気パルスパターン信号発生回路１で、１／４周期ずつタイミングをずらした遅延を行うのは、ＩＴＵ（International Telecommunication Union；国際電気通信連合）規格に基づいた実回線のランダム性に近いランダムパターンを生成するためである。
【０００５】
また、４０Ｇｂ／ｓを超える超高速光パルスパターンの生成には、従来、図１の（ｂ）に示す構成のものが用いられていた（非特許文献３）。４０Ｇｂ／ｓを超える信号速度領域では、図１の（ａ）の構成によっては多重化前の基本電気信号の生成およびタイミング制御が困難である。そのため、例えば、１６０Ｇｂ／ｓ超高速光パルスパターン信号の生成のためには、図１の（ｂ）に示す従来装置では、以下のような操作を行っている。
【０００６】
図１の（ａ）の全体構成と同様な構成の光ランダムパルスパターン信号発生回路９によって、基本となる４０Ｇｂ／ｓの光信号を生成した後、その４０Ｇｂ／ｓの光信号を光スプリッタ１１で４等分し、４等分された光信号に対して、光遅延線１２−１〜１２−４および光合流器１３を用いることで、所望のランダム信号周期の１／４ずつの遅延時間多重化を行った後、光信号出力部１４から所望の１６０Ｇｂ／ｓ超高速光パルスパターン信号を得ていた。
【０００７】
【非特許文献１】香川，“符号誤り率測定器（ビットエラーレート測定器），”光通信技術ハンドブック、pp.394-396,  2002
【非特許文献２】R.J.S. Pedersen, B.F. Jorgensen, M. Nissov, and H. Yongqi，“10Gbit／s repeaterless transmission over 250ｋｍ standard fibre，”Electronics  Letters，vol. 32，no．23，pp．2155−2156，1996，
【非特許文献３】E. Yamada, E. Yoshida, T. Kitoh, and M. Nakazawa, “Generation of terabit per second optical data pulse train, ” Electronics Letters, vol.31,no.16,pp.1342-1344,1995.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光通信用として必要である充分に長い周期（２31−１ビット）を有し、かつＩＴＵ規格に準拠した４０Ｇｂ／ｓ以上のランダムパルス光信号を生成する場合に、図１の（ａ）に示す従来方法では、１０Ｇｂ／ｓのランダムパルスパターン電気信号を複数生成し、かつタイミングの調節を行ったうえでの時間多重を行うことが必要となるため、装置が複雑化してコストが上昇する。また、光強度変調以外の主要部分はすべて電気領域での処理となるため、４０Ｇｂ／ｓを越える信号の生成は難しい。
【０００９】
一方、図１の（ｂ）に示す従来方法によって、例えばＩＴＵ規格に準拠した４０Ｇｂ／ｓのランダムパルス光信号を生成する場合、光遅延線１２−２、１２−３、１２−４は、光遅延線１２−１に対して、それぞれ、〜２６８４ｋｍ、〜５３６９ｋｍ、〜８０５３ｋｍの遅延線長差が必要で、かつ〜５ｍｍ精度で遅延線長差を合わせ込む必要がある。それら遅延線長差、長さ合わせ込み精度は両者とも、必要ビットレートに反比例する。また、これら光遅延線１２−１〜１２−４は固定遅延線のため、可変周期パターンの生成には対応していない。これら光遅延線として使用可能な光ファイバの損失（〜０．２ｄＢ／ｋｍ）、長さ調整精度、コストを考慮すると、図１の（ｂ）に示す従来方法は、実際には適用不可能である。
【００１０】
本発明は、上述した従来技術に鑑みて成されたものであり、その目的は、電気領域でのパルスパターン発生器および信号処理器、長尺の光遅延線などを用いることなしに、様々な信号形態（ＲＺ（Return-to-Zero）、ＮＲＺ（Non Return-to-Zero）など）、周期、ビットレート、パターンを持つ超高速光ランダムパターンを生成可能な光パルスパターン発生器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様の光パルスパターン発生器は、光パルス信号を生成するパルス光源と、前記光パルス信号を電気駆動信号に応じて変調する光強度変調器と、前記光強度変調器で変調された光パルス信号を２分する光タップと、前記光タップの一方の出力の光パルス信号を２分する第１の光カプラと、前記第１の光カプラからの光パルス信号をそれぞれ遅延する遅延量の異なる可変あるいは固定の第１および第２の光遅延線と、前記第１と第２の光遅延線で遅延された２つの光出力信号を合波する第２の光カプラと、前記第２の光カプラで合波されて得られた前記２つの光出力信号の論理出力を光電変換し、変換された電気信号の論理出力を前記電気駆動信号として前記光強度変調器に供給する受光器と、前記光タップの他方の出力を出力信号として取り出す出力部とを具備することを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するため、本発明の第２の態様の光パルスパターン発生器は、光パルス信号を生成するパルス光源と、前記光パルス信号を電気駆動信号に応じて変調する光強度変調器と、前記光強度変調器で変調された光パルス信号を２分する光タップと、前記光タップの一方の出力の光パルス信号を２分する光カプラと、前記光カプラからの光パルス信号をそれぞれ遅延する遅延量の異なる可変あるいは固定の第１および第２の光遅延線と、前記第１と第２の光遅延線で遅延された２つの光出力信号をそれぞれ光電変換し、該２つの光出力信号の論理出力として該２つの電気信号の差分を求め、得られた論理出力を前記電気駆動信号として前記光強度変調器に供給するバランス型受光器と、前記光タップの他方の出力を出力信号として取り出す出力部とを具備することを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記光強度変調器は、マッハツェンダ型干渉計構造を有し、前記電気駆動信号の入力が無い場合には、出力光強度が最小値（あるいは最大値）の近傍となるように、かつ前記電気駆動信号の入力がある場合には出力光強度が最大値（あるいは最小値）の近傍となるように、電気バイアスが設定されているとすることができる。
【００１４】
また、前記光タップを第１の光タップとして、該第１の光タップとは別に、前記パルス光源と前記光強度変調器との間に接続されて該パルス光源の出力を２分する第２の光タップと、前記第２の光タップのタップ出力光と前記第１の光タップの出力光とを干渉させる第３の光カプラと、前記出力部に置き換えられて前記第３の光カプラの一方の出力を出力信号として取り出す出力部とをさらに具備するとすることができる。
【００１５】
また、前記パルス光源に置き換えて該パルス光源の位置に直流（CW: Continuous Wave;連続波）光源が配置されているとすることができる。
【００１６】
また、前記出力部に接続された光ゲート素子をさらに具備するとすることができる。
【００１７】
また、前記第１と第２の光遅延線は、それぞれ、可変光遅延線であって、互いに長さが異なるＫ個（Ｋは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上にそれぞれ位相調節部を持つ計Ｋ＋１個の対称マッハツェンダ型干渉計で接続した構成のものであるとすることができる。
【００１８】
あるいはまた、前記第１と第２の光遅延線は、それぞれ、可変光遅延線であって、長さの差がΔＬ、２ΔＬ、４ΔＬ、・・・、２P‐2ΔＬ、２P‐1ΔＬであるＰ個（Ｐは１以上の整数）の遅延線ペア間および両端の遅延線ペアの前後を、少なくとも一方のアーム上にそれぞれ位相調節部を持つ計Ｐ＋１個の対称マッハツェンダ型干渉計で接続した構成のものであるとすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、上記構成のように、パルス光源の出力に、光強度変調器、光タップおよび光カプラを介して、高々ビットレート長の数倍〜数百倍程度の長さを有する可変あるいは固定光遅延線を２つ接続し、光遅延線の出力から受光器を介して得られた電気信号を光強度変調の駆動電気信号としてフィードバックしているので、光領域での遅延、光電融合型の排他的論理和機能が実現され、現状の製造技術で充分実現可能なパラメータで光線形帰還シフトレジスタが実現される。この結果、本発明によれば、光遅延線の長さの調節のみによって、様々な信号形態、周期、ビットレート、パターンを持つ超高速光ランダムパターンを生成可能な光パルスパターン発生器を、電気領域でのパルスパターン発生器および信号処理器、長尺の光遅延線などを用いることなしに、簡便に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態における光パルスパターン発生器の構成例を示す。この光パルスパターン発生器では、パルス光源２０、光強度変調器２１、光タップ２２、光カプラ２３−１，２３−２、可変遅延線２４−１，２４−２、位相調節部２５、および受光器２６が、光配線２７−１〜２７−３（実線で表示）、電気配線２８（一点鎖線で表示）を用いて、基板２９上に集積化技術により接続されている。２７−４は出力部を示す。
【００２１】
上記の構成要素２０〜２８のうち、光タップ２２、光カプラ２３−１，２３−２、可変遅延線２４−１，２４−２、光配線２７−１〜２７−３、および出力部２７−４は、安定かつ〜０．０１ｄＢ／ｃｍと低損失であって、長さの調節が精密に可能である，シリコンあるいはガラスの基板２９上の石英系ガラス導波路技術を用いて作製することができる。位相調節部２５としては、石英ガラス上に蒸着されたクロムや窒化タンタルの薄膜ヒータ（熱光学位相シフタ、０．０１π以下の精密な位相調節が可能；図示しない）を用いることができる。また、電気配線２８としては、石英ガラス上に蒸着された金線を用いることができる。
【００２２】
また、光タップ２２、光カプラ２３−１，２３−２、可変遅延線２４−１，２４−２、光配線２７−１〜２７−３、および出力部２７−４を、ポリマー導波路、ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ：ニオブ酸リチウム）、ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（ＫＴＮ：タンタル酸ニオブ酸カリウム）などの強誘電体導波路、半導体導波路、シリコン導波路などの導波路単体、あるいはこれらを複数用いたハイブリッド構成を用いることも可能である。この場合に、位相調節部２５は、被調節導波路部をポリマー導波路やシリコン導波路で構成した場合には、薄膜ヒータ（熱光学効果）を用いて構成され、被調節導波路部を強誘電体導波路、半導体導波路で構成した場合には、電極（電気光学効果）などを用いて構成される。さらに、２７−１〜２７−３を光ファイバ、２８を同軸ケーブル、他を個別デバイスとして、２７−１〜２７−３，２８を用いて接続することももちろん可能である。
【００２３】
パルス光源２０としては、半導体レーザ、あるいは光ファイバモードロックレーザ、半導体利得スイッチ光源、ＣＷ（連続波発振）光源と光強度変調器（強誘電体材料あるいは半導体材料の電気光学効果を用いた干渉計型変調器、あるいは半導体ＥＡ（電界吸収型）変調器）を組み合わせた構成などを用いることができる。また、光強度変調器２１は、強誘電体材料あるいは半導体材料の電気光学効果を用いた干渉計型変調器、あるいは半導体ＥＡ変調器などを用いることができる。受光器２６は半導体素子を用いることができる。
【００２４】
以下に、本実施形態の一具体例として、上記の光タップ２２、光カプラ２３−１，２３−２、可変遅延線２４−１，２４−２、光配線２７−１〜２７−３、および出力部２７−４は、石英系ガラス導波路を用いて形成し、その他の構成要素は他の材料のデバイスをその石英系ガラス導波路にハイブリッド集積、あるいは蒸着して形成する場合を説明する。
【００２５】
ここで、光強度変調器２１は半導体ＥＡ変調器を用いる。光タップ２２、光カプラ２３−１，２３−２は、数μｍ角の２つの光導波路を数μｍオーダで近接させ、それら近接させた部分の長さ（結合長）を調節することによって、様々な強度結合率を実現する方向性結合器を用いる。また、説明を簡便かつ明瞭に行うために、系列長：２4−１＝１５の短いランダムパルスパターン（周期Ｔ１＝１５Ｔ、ただしＴはパルス光源２０の繰り返し周期）の生成例を説明する。
【００２６】
光強度変調器２１から第１可変遅延線２４−１あるいは第２可変遅延線２４−２を経由し、さらに電気配線２８を介して光強度変調器２１に戻る、ループの一周の信号伝搬時間を、可変遅延線２４−１，２４−２の可変遅延付与機能も用いて、それぞれ、ΔＴ1＝Ｔ、ΔＴ2＝４Ｔと設定する。すなわち、光カプラ２３−１から２３−２の２つの可変遅延線２４−１，２４−２間の伝搬時間差は３Ｔである。このような可変遅延線２４−１，２４−２を用いれば、１つの素子（光パルスパターン発生器）で様々な系列長およびパターンを有するパルスを生成することが可能となる。なお、固定のパルスパターン生成のみを考える場合には、図２の構成から可変遅延線２４−１，２４−２を無くし、上記の信号伝搬時間が生じるようにあらかじめ光配線２７−１、２の長さを固定で作製しておいても何ら構わない。この場合には構成の簡略化が達成される。
【００２７】
図３に、図２の可変遅延線２４−１，２４−２の構成例を示す。この可変遅延線は、図３に示すように、入力導波路３０−１，３０−２のうちの一方の入力導波路３０−１の各アーム上に、熱光学位相シフト用薄膜ヒータ３１−１〜Ｐ＋１（Ｐ：１以上の整数）をそれぞれ個別に配置して形成した複数の対称マッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチ３２−１〜Ｐ＋１と、それら各２×２光スイッチ３２−１〜Ｐ＋１間を接続する非対称アーム対３３ａ−１〜Ｐ，３３ｂ−１〜Ｐと、出力導波路３４−１，３４−２とから構成されている。
【００２８】
入力導波路３０−１，３０−２のいずれか一方、出力導波路３４−１，３４−２のいずれか一方が、それぞれ入出力部として用いられる。非対称アーム対３３ａ−１〜Ｐ，３３ｂ−１〜Ｐの長さの差ΔＬPは、本構成例ではΔＬP＝２P‐1ΔＬ1と設定する。各２×２光スイッチ３２−１〜Ｐ＋１のスイッチング状態を変化させることによって、入力導波路３０−１，３０−２と出力導波路３４−１，３４−２間の特性として、０〜（２P−１）ΔＬ1の範囲を、ΔＬ1刻みで可変可能な計２P通りの相対遅延を最小構成で実現することができる。例えば、たかだかＰ＝１０で、１０２４通りもの遅延時間を設定することが可能となる。なお、ΔＬPは任意の値でよいが、上記のように２倍ずつ変化させる方法が最も効率的である。また、図３では左から右にΔＬPを増加させているが、この順序も任意でよく、右から左にΔＬPを増加させても、あるいは順序はランダムでも勿論かまわない。
【００２９】
図２の可変遅延線２４−１，２４−２として、例えば図４、図５に示すような他の構成例も利用可能である。
【００３０】
図４に示す可変遅延線は、入力部４０、光分波器４１、固定遅延線４２−１〜４２−Ｑ（Ｑ：２以上の整数）、２×２光スイッチ４３−１〜４３−Ｑ、導波路４４−１〜４４−Ｑ、光合波器４５、および出力部４６から構成されている。各固定遅延線４２−１〜４２−Ｑの長さを、あらかじめそれぞれ変えておき、かつ所望の光路長を得るため、２×２光スイッチ４３−１〜４３−Ｑのいずれか１つのみをクロス状態にして、固定遅延線４２−１〜４２−Ｑを通過した光のうちの１つのみを光合波器４５に導くようにスイッチング制御する。他の光は、対応する２×２光スイッチ４３がバー状態であるために、対応する導波路４４には出射されず、従って出力部４６からは出射されない。このようにして可変遅延線の所望の機能が実現される。
【００３１】
上記の光分波器４１、光合波器４５としては、良く知られているように、スターカプラ、多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ、２×２の方向性結合器を多段に縦続接続する構成、２×２の対称マッハツェンダ型干渉計を多段に縦続接続する構成、Ｙ分岐導波路を多段に縦続接続する構成などを用いることができる。
【００３２】
図５に示す可変遅延線は、導波路５０−１〜５０−Ｒ＋１（Ｒ：２以上の整数、５０−１、５０−２のいずれかの左端を入力部として使用）、２×２光スイッチ５１−１〜５１−Ｒ、光合波器５２、および出力部５３から構成されている。左端の一方の導波路５０−１から光が入射する場合、所望の光路長を得るために、２×２光スイッチ５１−１〜５１−Ｒのいずれか１つのみをクロス状態にして、対応する導波路５０−２〜５０−Ｒ＋１のいずれかを通過させることによって、遅延量を調節し、光合波器５２に導くようにスイッチング制御する。このようにして可変遅延線の所望の機能が実現される。
【００３３】
再び、図２に戻って本実施形態の光パルスパターン発生器の作用を説明する。光強度の透過率が最大となるように光強度変調器２１のバイアス電圧を設定する。光カプラ２３−１，２３−２の強度結合率を５０％に設定した場合、位相調節部２５を用いて可変遅延線２４−２，２４−１間の位相差を２πの整数倍に設定した場合、光カプラ２３−２への２入力Ａ、Ｂとその光カプラ２３−２の出力Ｃとの光強度の相対関係は、下記の表１で与えられる。
【００３４】
【表１】
2008292937.tif 000003
【００３５】
光カプラ２３−２への２入力Ａ、Ｂとも１の場合には、光波の干渉により光配線２７−３とは別のアームにすべての光が出力される。本表１から、２入力Ａ、Ｂと出力Ｃとの間には、論理的には以下の式１で示す排他的論理和の関係があることがわかる。
【００３６】
【数１】
2008292937.tif 000004
【００３７】
図６の（ａ）は光強度変調器２１がマッハツェンダ型変調器である場合の制御信号として入力する電気信号の電圧と出力する光信号の光強度の関係を示す特性図であり、図６の（ｂ）は光強度変調器２１がＥＡ変調器である場合の制御信号として入力する電気信号の電圧と出力する光信号の光強度の関係を示す特性図である。
【００３８】
光配線２７−３を受光器２６でＯ／Ｅ（光電）変換し、その電気出力を制御信号として用いて、透過率が最小となるように、正負反転電気アンプなどを介して光強度変調器２１を駆動する場合には、電気信号を用いた光の変調を通じて（図６を参照）、光パルス光源２０の繰り返し光信号パルスの強度に、次式２で示すように、上記式１の否定出力が反映される。
【００３９】
【数２】
2008292937.tif 000005
【００４０】
従って、出力部２７−４から装置外部へ出力する光出力として、図７の（ｂ）に示すように、系列長１５のＭ（Maximum Length Shift Register;最大周期シフトレジスタ）系列（正確にはＭ系列の０、１を反転したもの）を実現できることがわかる。なお、図７の（ａ）は光パルス光源２０の出力、図７の（ｂ）は本発明の光パルスパターン発生器によって生成された光ランダムパルスパターンを示す図である。
【００４１】
また、ΔＴ1＝３Ｔ、ΔＴ2＝４Ｔと設定した（従って、光カプラ２３−１から光カプラ２３−２までの２つの遅延線間の伝搬時間差はＴである）場合の光強度変調器２１と出力部２７−４の光パルスの様子を、図８の（ｂ）に示す。ここで、図８の（ａ）は光パルス光源２０の出力、図８の（ｂ）は本発明の光パルスパターン発生器によって生成された光ランダムパルスパターンを示す図である。
【００４２】
これと同様に、別種の系列長１５のＭ系列（正確にはＭ系列の０、１を反転したもの）も実現できる。このように、本実施形態の光パルスパターン発生器によれば、可変遅延線２４−１，２４−２の遅延調節により、様々な系列を簡便に発生可能であることがわかる。また、本実施形態の光パルスパターン発生器によれば、ビットレート可変の可変ランダムパルスパターン列も同様に生成可能である。
【００４３】
なお、図示の簡単のために、系列長１５のパルスパターンの生成例を示したが、例えば２23−１や２31−１などの系列長が長いパルスパターンの生成も、可変遅延線２４−１，２４−２を１ビットのタイムスロット時間に相当する遅延（１６０Ｇｂ／ｓの場合、１．２５ｍｍの遅延）の高々数〜数１０倍に設定するのみで達成できる。
【００４４】
光パルス光源２１、受光器２６に関しては、帯域４０Ｇｂ／ｓ対応のものが市販され、それ以上の帯域から１００Ｇｂ／ｓオーダのものも研究開発段階では実現されている。EA変調器と単一走行キャリア・フォトダイオード（Uni-Traveling-Carrier Photodiode; UTC-PD)との組合せが高速化には特に有効である。電気配線２８には必要に応じて電気の増幅器（図示しない）を配置するが、同様に４０Ｇｂ／ｓ対応の光強度変調器２１は市販されている。光強度変調器２１の駆動電圧は１Ｖ以下に低減されたものが実現されているので、電気の増幅器の利得に関する要求が緩和されている。いずれにせよ、光強度変調器２１、受光器２６、電気の増幅器に関しては、電気の論理回路と比較して機能が単純なため、広帯域化が容易である。
【００４５】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態における光パルスパターン発生器の構成例を示す。この光パルスパターン発生器では、パルス光源６０、光強度変調器６１、光タップ６２、光カプラ６３、可変遅延線６４−１，６４−２、およびバランス型受光器６５が、光配線６６−１〜６６−３（実線で表示）と電気配線６７（一点鎖線で表示）を用いて、基板６８上に集積化技術により接続されている。６６−３は出力部を示す。バランス型受光器６５は可変遅延線６４−１，６４−２の２出力からの信号光を光電変換した電気信号の差分を出力する。
【００４６】
光強度変調器６１としてはマッハツェンダ型の変調器を用い、光強度の透過率が最大となるようにバイアス電圧を設定する。光カプラ６３の結合率を５０％に設定した場合、バランス型受光器６５への２つの光入力強度Ｄ（可変遅延線６４−１側）、Ｅ（可変遅延線６４−２側）と、このバランス型受光器６５の電気出力振幅Ｆとの相対関係は下記の表２で与えられる。
【００４７】
【表２】
2008292937.tif 000006
【００４８】
本表２から、符号を無視する場合、入力信号強度Ｄ、Ｅと、出力信号振幅Ｆの間には、論理的には以下の式３で示す排他的論理和の関係があることがわかる。
【００４９】
【数３】
2008292937.tif 000007
【００５０】
図１０は光強度変調器６１として電気信号を用いたマッハツェンダ型光強度変調器を用いた場合の動作の様子を示す図で、制御信号として入力する電気信号の電圧（振幅）と出力する光信号の光強度の関係を示している。図１０に示すように、バランス型受光器６５から出力される電気配線６７上の電気出力における正負の電気信号出力時に透過率が最小となるように、その電気出力を制御信号として光強度変調器６１を駆動する。その結果、パルス光源６０の繰り返し光信号パルスの強度に、次式４で示すように、上記の式３の否定出力が反映される。
【００５１】
【数４】
2008292937.tif 000008
【００５２】
光強度変調器６１から第１の可変遅延線６４−１あるいは第２の可変遅延線６４−２を経由し、バランス型受光器６５、電気配線６７を介して光強度変調器６１に戻るループの一周の信号伝搬時間を、可変遅延線６４−１，６４−２の可変遅延付与機能も用いて、それぞれ、ΔＴ1＝Ｔ、ΔＴ2＝４Ｔと設定した場合（従って、光カプラ６３からバランス型受光器６５までの２つの遅延線間の伝搬時間差は３Ｔである）、出力部６６−３の光出力として、前述の図７の（ｂ）に示す系列長１５のＭ系列（正確にはＭ系列の０、１を反転したもの）が実現できる。
【００５３】
また、ΔＴ1＝３Ｔ、ΔＴ2＝４Ｔと設定した（従って、光カプラ６３からバランス型受光器６５までの２つの遅延線間の伝搬時間差はＴである）場合、前述の図８の（ｂ）に示す別種の系列長１５のＭ系列（正確にはＭ系列の０、１を反転したもの）を実現できる。このように図２の構成と同様に、図９の構成も、様々な系列を簡便に発生可能であることがわかる。
【００５４】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態における光パルスパターン発生器の構成例を示す。この光パルスパターン発生器では、パルス光源７０、光強度変調器７１、光タップ７２−１，７２−２、光カプラ７３−１〜７３−３、可変遅延線７４−１，７４−２、位相調節部７５−１，７５−２、受光器７６が、光配線７７-１〜７７−５（実線で表示）、電気配線７８（一点鎖線で表示）を用いて、基板７９上に集積化技術により接続されている。７７−６は出力部を示す。
【００５５】
パルス光源７０と光強度変調器７１との間に第２の光タップ７２−２が接続され、光配線７７-４を介して第１の光タップ７２−１の出力に第３の光カプラ７３−３が接続され、第２の位相調節部７５−２と光配線７７−５を介して第２の光タップ７２−２と第３の光カプラ７３−３とが接続されている。その他の構成は、図２の構成と同様である。
【００５６】
光強度変調器７１の設定は、図２の第１の実施形態のものと同じにする。光タップ７２-１，７２−２を用いて光配線７７−４，７７−５における光強度を等しく調節し、第２の位相調節部７５−２を用いて光配線７７−４，７７−５における光の位相差を調節する。
【００５７】
第３の光カプラ７３−３として、２導波路近接型の強度結合率５０％の方向性結合器（３ｄＢ方向性結合器）を用い、位相差をπ／２＋Ｓπ（Ｓ：整数）と設定した場合に、光配線７７−４、７７−５、および出力部７７−６の光強度（それぞれ、Ｇ、Ｈ、Ｉ）の相対関係は、光波の干渉も考量して下記の表３で与えられる。
【００５８】
【表３】
2008292937.tif 000009
【００５９】
Ｈは常に１であり、この時、ＧとＩの間には、論理的に、下記の式５に示す否定の関係がある。
【００６０】
【数５】
2008292937.tif 000010
【００６１】
従って、図１１の構成を用いることによって、出力部７７−６からは、前述の図７の（ｂ）、図８の（ｂ）に示した否定出力を得ることができ、出力が反転していないＭ系列を得ることができる。
【００６２】
光強度変調器７１から第１の可変遅延線７４−１あるいは第２の可変遅延線７４−２を経由し、受光器７６、電気配線７８を介して光強度変調器７１に戻るループの一周の信号伝搬時間を、可変遅延線７４−１，７４−２の可変遅延付与機能も用いて、それぞれ、ΔＴ1＝Ｔ、ΔＴ2＝４Ｔと設定した（従って、光カプラ７３−１から光カプラ７３−２までの２つの遅延線間の伝搬時間差は３Ｔである）場合の出力部７７−６での光出力の様子を図１２に示す。図１２の（ａ）は光パルス光源７０の出力を示し、図１２の（ｂ）は出力部７７−６の出力の光ランダムパルスパターンを示す。図１２の（ｂ）のパルスパターンと図７の（ｂ）のパルスパターンを比べると、本実施形態では、確かに図７の（ｂ）の反転出力が得られていることがわかる。
【００６３】
なお、方向性結合器を用いた光タップ７２−１，７２−２、光カプラ７３−１〜７３−３の強度分岐比調節は、導波路近接型の場合は作製時に近接導波路長を変化させることによって達成できる。方向性結合器に対して熱クエンチ、アニールを用いれば作製後に分岐比を調節することもできる。また、光タップ７２−１，７２−２、光カプラ７３−１〜７３−３の方向性結合器として対称マッハツェンダ型干渉計を用いた場合には、干渉計アームの位相調節を用いた光可変減衰機能を利用して、分岐比を任意の値に調節できる。
【００６４】
（第４の実施形態）
図１３は、本発明の第４の実施形態における光パルスパターン発生器の構成例を示す。この光パルスパターン発生器では、パルス光源８０、光強度変調器８１、光タップ８２−１，８２−２、光カプラ８３−１，８３−２、可変遅延線８４−１，８４−２、バランス型受光器８５、位相調節部８６が、光配線８７−１〜８７−４（実線で表示）、電気配線８８（一点鎖線で表示）を介して、基板８９上に集積化技術を用いて接続されている。８７−５は出力部を示す。
【００６５】
パルス光源８０と光強度変調器８１との間に第２の光タップ８２−２が接続され、光配線８７-３を介して第１の光タップ８２−１の出力に第２の光カプラ８３−２が接続され、位相調節部８６と光配線８７−４を介して第２の光タップ８２−２と第２の光カプラ８３−２が接続されている。その他の構成は、図９の構成と同様である。この構成は、また、図１１の位相調節部７５−１、光配線７７−３、光カプラ７３−２、および受光器７６が、バランス型受光器８５に置き換えられたものに相当する。従って、本実施形態は、図１１と同じ原理が適用される。
【００６６】
以上の構成により、光強度変調器８１の設定を図９の構成のものと同じにした場合、上述した図１１と同じ原理によって出力部８７−５から出力が反転していないＭ系列を得ることができる。
【００６７】
（第５の実施形態）
図１４は、本発明の第５の実施形態における光パルスパターン発生器の構成例を示す。この光パルスパターン発生器は、図２のパルス光源を、ＣＷ光源に置き換えたものである。すなわち、この光パルスパターン発生器では、ＣＷ光源９０、光強度変調器９１、光タップ９２、光カプラ９３−１，９３−２、可変遅延線９４−１，９４−２、位相調節部９５、受光器９６が、光配線９７−１〜９７−３（実線で表示）、電気配線９８（一点鎖線で表示）を介して、基板９９上に集積化技術を用いて接続されている。９７−４は出力部を示す。ＣＷ光源９０は、通常の半導体レーザのほか、光ファイバレーザ、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ＬＥＤ(発光ダイオード)など公知のＣＷ光源を用いることができる。
【００６８】
図１４の構成は、図２と同様に、線形帰還シフトレジスタ構成が構成されており、ランダムパルスパターンを生成可能である。光強度変調器９１が、図１５の（ａ）に示すステップ関数状のスイッチング動作をする場合に、光強度変調器９１から可変遅延線９４−１あるいは可変遅延線９４−２を経由し、受光器９６、電気配線９８を介して光強度変調器９１に戻るループの一周の信号伝搬時間を、可変遅延線９４−１、９４−２の可変遅延付与機能も用いて、それぞれ、ΔＴ1＝Ｔ、ΔＴ2＝４Ｔと設定する（従って、光カプラ９３−１から光カプラ９３−２までの２つの遅延線間の伝搬時間差は３Ｔである）。本構成の場合、ＣＷ光源９０から発生したＣＷ光を光強度変調器９１に入射するため、出力部９７−４から図１５の（ｂ）に示すＮＲＺ形式のランダムパルスが得られる。
【００６９】
ＮＲＺ信号は光領域での時間遅延多重化が不可能なため、４０Ｇｂ／ｓを超えるＮＲＺ光ランダムパルスパターン信号の生成は報告がない。そのため、図１４の構成は、現状では、超高速ＮＲＺ光ランダムパルスパターン信号の生成が可能な唯一の方法となる。
【００７０】
（第６の実施形態）
図１６は、本発明の第６の実施形態における光パルスパターン発生器の構成例を示す。この光パルスパターン発生器は、図２の構成の光パルスパターン発生器の出力後段２７−４に光ゲート素子１２９を配置し、１２７−５を出力部としている。
【００７１】
図９、図１１、図１３、あるいは図１４の構成の後段にその光ゲート素子１２９を配置しても良い。光ゲート素子１２９としては、強誘電体あるいはポリマー光強度変調器、半導体ＥＡ変調器、半導体レーザ増幅器（ＳＯＡ）のゲート機能、などを用いることができる。
【００７２】
図２、図９、図１１、図１３、あるいは図１４の構成では、ランダムパルスパターンが連続的に発生する。しかしながら、図１７の（ａ）に示すバースト信号である光パケット信号１４０のルーティングを、図１７の（ｂ）に示すような光ルータ１４５を用いて行う場合には、１周期のみの光ラベルパルス列が必要である。そのため、図１６の光パルスパターン発生器では、光ゲート素子１２９により、光ラベル用のパルス列として１周期のみのランダムパルスパターン列を時間的に抜き出し、抜き出した１周期のみのランダムパルスパターン列を出力部１２７−５から出力するように設定している。
【００７３】
図１７の（ｂ）に示す光パケット信号生成装置１４３は、データ信号（ベイロード）１４２に、図１６の光パルスパターン発生器で生成したラベルパルスを時間軸上で多重して、光パケット信号１４０を生成する。
【００７４】
光パケット信号生成装置１４３で生成された光パケット信号１４０は光ファイバ１４４を介して光ルータ１４５に入力する。光パケット信号１４０の光ラベル信号１４１（図１７の（ａ）参照）は、光タップ１４９において抜き出され、光接続部１４７−４を介して受光器１５１に送られて電気信号に変換される。同時に、光パケット信号１４０は光接続部１４７−３を介して光スイッチ１５０に供給される。電気信号に変換されたラベル信号は、ラベル信号判定装置１５３で判定され、その判定信号が電気接続部１５２−２を介して光スイッチ１５０に供給される。光スイッチ１５０は判定信号に基づいて光パケット信号１４０の配信先を選択し、その光パケット信号１４０を光ファイバ１４６−１〜１４６-Ｕの少なくともいずれか１つを通じて配信する。なお、Ｕは２以上の整数である。
【００７５】
（第７の実施形態）
図２、図９、図１１、図１３、あるいは図１４で示した本発明による光パルスパターン発生器を用いた誤り率測定装置の構成例を図１８に示す。
【００７６】
図１８の誤り率測定装置は、本発明の光パルスパターン発生器１００で生成した高速パルスパターンを被測定デバイス１０２に入射し、高速光パルスの測定が可能な光サンプリングオシロスコープ１０３を用いてアイパターンの評価を行う。１０１−１、１０２−２は光接続部である。
【００７７】
（第８の実施形態）
図２、図９、図１１、図１３、あるいは図１４で示した本発明による光パルスパターン発生器を用いた光ＣＤＭＡ用送信器の構成例を図１９に示す。
【００７８】
図１９の光ＣＤＭＡ用送信器は、本発明の光パルスパターン発生器１１０で生成した高速パルスパターンを光ＣＤＭＡ用の符号として用いる。さらに詳しくは、光パルスパターン発生器１１０で生成した高速パルスパターンは光接続部１１１−１を介して光強度変調器１１２に入力される。光強度変調器１１２は、符号の１周期が１タイムスロットに相当する電気データ信号１１４を用いて、同期をとって、高速パルスパターンを光ＣＤＭＡ用の符号として強度変調を行うことで、データ信号の符号化を行う。生成されたデータ信号は光接続部１１１−２を介して光伝送路１１３に伝送される。１１５は電気接続部である。
【００７９】
（他の実施形態）
上記では、フィードバックの帰還結線数を１としたが、もちろん２以上でもよい。
【００８０】
上記では、光出力のみの説明を行ったが、光出力をO/E変換した信号、あるいは電気配線の信号をタップして、電気信号のパルスパターン発生器として用いることももちろん可能である。
【００８１】
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。また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、１つの機器からなる装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】（ａ）と（ｂ）はそれぞれ従来の光パルスパターン発生器の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における光パルスパターン発生器の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の可変光遅延線の構成を示す模式図である。
【図４】図２の可変光遅延線の別の構成を示すブロック図である。
【図５】図２の可変光遅延線のさらに別の構成を示すブロック図である。
【図６】図２の電気信号を用いた光強度変調器の動作の様子を示し、（ａ）は光強度変調器としてマッハツェンダ型変調器を用いた場合、（ｂ）は光強度変調器としてＥＡ変調器を用いた場合の、入力電気信号の電圧と出力光信号の光強度の関係を示す特性図である。
【図７】（ａ）は図２のパルス光源の出力、（ｂ）は図２の本発明の光パルスパターン発生器によって生成された光ランダムパルスパターンを示すタイミング図である。
【図８】ループの一周の信号伝播時間を別の値に設定した場合の、（ａ）は図２のパルス光源の出力、（ｂ）は図２の本発明の光パルスパターン発生器によって生成された光ランダムパルスパターンを示すタイミング図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における光パルスパターン発生器の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９の光強度変調器として電気信号を用いたマッハツェンダ型光強度変調器を用いた場合の動作の様子を示し、入力電気信号の電圧と出力光信号の光強度の関係を示す特性図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における光パルスパターン発生器の構成を示すブロック図である。
【図１２】（ａ）は図１１のパルス光源の出力、（ｂ）は図１１の本発明の光パルスパターン発生器によって生成された光ランダムパルスパターンを示すタイミング図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態における光パルスパターン発生器の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態における光パルスパターン発生器の構成を示すブロック図である。
【図１５】（ａ）は図１４のＣＷ光源の出力、（ｂ）は図１４の本発明の光パルスパターン発生器によって生成された光ランダムパルスパターンを示すタイミング図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態における光パルスパターン発生器の構成を示すブロック図である。
【図１７】（ａ）は図１６の光パルスパターン発生器を用いた光パケット信号生成装置で生成される光パケット用パルス列を示す図であり、（ｂ）はその光パケット信号生成装置と光ルータの組合せの構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第７の実施形態として、本発明の光パルスパターン発生器を用いた、信号誤り率測定系の構成を示すブロック図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態として、本発明の光パルスパターン発生器を用いた、光ＣＤＭＡ用送信器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  電気パルスパターン信号発生回路
２  電気接続部
３  電気多重化回路
４  電気出力
５  レーザ
６  光接続部
７  光強度変調器
８  光出力部
９  光ランダムパルスパターン発生装置
１０  光接続部
１１  光スプリッタ
１２  光遅延線
１３  光合流器
１４  光出力
２０、６０、７０、８０、１２０ 光源
２１、６１、７１、８１、９１、１２１  光強度変調器
２２、６２、７２、８２、９２、１２２  光タップ
２３、６３、７３、８３、９３，１２３  光カプラ
２４、６４、７４、８４、９４、１２４  可変遅延線
２５、７５、８６、９５，１２５  位相調節部
２６、７６、９６、１２６  受光器
２７、６６、７７、８７、９７，１２７  光配線
２８、６７、７８、８８、９８、１２８  電気配線
２９、６８、７９、８９、９９、１３０  基板
３０  入力導波路
３１  熱光学位相シフト用薄膜ヒータ
３２  対称マッハツェンダ干渉計型２×２光スイッチ
３３  非対称アーム対
３４  出力導波路
４０  入力部
４１  光分波器
４２  固定遅延線
４３  ２×２光スイッチ
４４  導波路
４５  光合波器
４６  出力部
５０  導波路
５１  ２×２光スイッチ
５２  光合波器
５３  出力部
６５、８５  バランス型受光器
９０  ＣＷ光源
１００  本発明の光パルスパターン発生器
１０１  光接続部
１０２  被測定デバイス
１０３  光サンプリングオシロスコープ
１１０  本発明の光パルスパターン発生器
１１１  光接続部
１１２  光強度変調器
１１３  光伝送路
１１４  電気データ信号
１１５  電気接続部
１２９  光ゲート素子
１４０  光パケット信号
１４１  光ラベル信号
１４２  光ペイロード信号（光データ信号）
１４３  光パケット信号生成装置
１４４  光ファイバ
１４５  光ルータ
１４６  光ファイバ
１４７  光接続部
１４８  光ゲート素子
１４９  光タップ
１５０  光スイッチ
１５１  受光器
１５２  電気接続部
１５３  ラベル信号判定装置
【図１】
2008292937.tif 000011
【図２】
2008292937.tif 000012
【図３】
2008292937.tif 000013
【図４】
2008292937.tif 000014
【図５】
2008292937.tif 000015
【図６】
2008292937.tif 000016
【図７】
2008292937.tif 000017
【図８】
2008292937.tif 000018
【図９】
2008292937.tif 000019
【図１０】
2008292937.tif 000020
【図１１】
2008292937.tif 000021
【図１２】
2008292937.tif 000022
【図１３】
2008292937.tif 000023
【図１４】
2008292937.tif 000024
【図１５】
2008292937.tif 000025
【図１６】
2008292937.tif 000026
【図１７】
2008292937.tif 000027
【図１８】
2008292937.tif 000028
【図１９】
2008292937.tif 000029