(57)【要約】【課題】短パルスの光を増幅するのは困難であり、従来は、短パルスの光をアッテネータ等で減衰させることにより波長をシフトさせることしか出来なかった。波長可変速度が数ピコ秒程度、可変帯域が数百ｎｍの超高速広帯域な波長可変光源を多波長で提供する。【解決手段】プログラマブル多波長光源１は、短光パルスを増幅してから、パルス幅圧縮することで、短光パルスを生成し、その後に波長変換する波長可変機構を多段に有し、例えば、比較的パルス幅の広い短光パルスが発生できるＬＤ励起パルス光源により構成されたパルス発生部２と、光増幅器によりそのパルス光の強度が制御できる振幅制御部３と、振幅制御されたパルス光を圧縮して幅の狭い短パルス光を発生させるパルス圧縮部４と、光ファイバを非線形媒質とし、ファイバ中の光カー効果により光パルスの中心波長が制御できる波長変換部５とにより構成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多波長発生が可能でかつ発生波長を可変にできる光源であって、
光パルスを発生するパルス発生手段と、
前記パルス発生手段から出力した前記光パルスを光強度分割器により多分割し、分割されたそれぞれの光パルスの振幅を増幅率が各々制御できる複数の光増幅器により個別に制御する振幅制御手段と、
前記振幅制御手段から出力した光パルスのパルス幅を制御するパルス圧縮手段と、
前記パルス圧縮手段から出力した光パルスの中心波長を制御する波長制御手段とを有し、
前記振幅制御手段において前記光増幅器の増幅率を小さくすることで発生する波長数を制御し、前記振幅制御手段において制御した光パルスの光強度により発生する波長を可変にすることを特徴とするプログラマブル多波長光源。
【請求項２】
前記振幅制御手段が、前記光増幅器により振幅制御された各光パルス間に光路長差を与える複数の遅延線と、それら遅延線を通過した光パルスを再び合波する合波器とを含むことを特徴とする請求項１に記載のプログラマブル多波長光源。
【請求項３】
前記パルス圧縮手段が前記振幅制御手段から出力した複数の光パルスのパルス幅を個別に圧縮制御する複数のパルス圧縮器から構成され、前記波長制御手段が前記複数のパルス圧縮器から出力したそれぞれの光パルスの中心波長を個別に制御する複数の波長変換器から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプログラマブル多波長光源。
【請求項４】
前記振幅制御手段が前記光増幅器により前記光パルスの振幅が各々制御された後に該光パルスの偏光面を制御する偏光面制御器を含み、かつ前記パルス発生手段が偏光面を保持して光パルスを発生し、前記振幅制御手段が偏光面を保持して前記光パルスの振幅を制御し、前記パルス圧縮手段が偏光面を保持して前記光パルスのパルス幅を制御し、前記波長制御手段が偏光面を保持して発生波長を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のプログラマブル多波長光源。
【請求項５】
前記パルス発生手段が半導体レーザ励起パルス光源であり、前記波長制御手段が光ファイバを非線形媒質とし、該光ファイバ中の光カー効果により前記光パルスの中心波長が制御できる波長変換器であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のプログラマブル多波長光源。
【請求項６】
前記振幅制御手段の前記光増幅器が半導体光増幅器であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のプログラマブル多波長光源。
【請求項７】
前記パルス圧縮手段および前記波長制御手段が、それぞれ光ファイバ増幅器と光ファイバとで構成されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプログラマブル多波長光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波長可変光源に関し、特に光通信システムの光源において、光ルーティングシステムと呼ばれる光路切り替えシステム、および光信号処理システムや波長多重伝送システム等の光源、および物性研究における分光用の光源として、異なる波長の光を選択的に任意波長数で発生するプログラマブル多波長光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動作波長が人為的に変えられる波長可変光源は、安定性や操作性の問題は有るが、すでに真空紫外領域からミリ波領域に至るまで、くまなく埋め尽くされている。具体的には、例えば光通信で使用する近赤外領域やさらに拡大した赤外領域においては、光非線形効果を用いた光パラメトリック発振器やラマンレーザが有り、この他に、色素レーザ、固体レーザおよび半導体レーザ（ＬＤ）が知られている。
【０００３】
波長可変光源の応用は、光通信の分野では多岐にわたっている。例えば、光ルーティングと呼ばれる所望の伝送路への高速な光路の切り替えシステムや、周波数利用効率を上げる光信号処理システム（特許文献１）などがある。
【０００４】
また、ひとつの光源から複数の波長成分を発生させる多波長光源は、波長多重伝送システム（ＷＤＭ：  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）への応用が期待されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０８−１４６４７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通信用光源には、まずコンパクトで安定に動作することが必要不可欠である。従って、半導体レーザ以外は現在までに実用化には至っていない。詳細には、さらに以下の条件が要求される。数ｍＷ以上の出力が有り、可変幅が光増幅器の帯域（ＥＤＦＡ：希土類元素のエルビウムを用いた光増幅器で帯域は数百ＧＨｚ〜数千ＧＨｚ）をカバーし、所望の周波数で安定に動作することを要する。その所望の周波数は、ＩＴＵ−Ｔの勧告により１９３．１ＴＨｚ（１５５２．５２４ｎｍ）を基準（アンカー周波数）として、周波数間隔（周波数グリッド）が１００ＧＨｚ（約０．８ｎｍ）または、５０ＧＨｚ間隔の周波数グリッドが定められている。
【０００７】
従来型の波長可変光源は、光出力や使用波長については、上記要求を満たしているが、ＷＤＭ等の応用に複数の波長成分を必要とする場合には、複数台の光源を必要とし、その制御やコスト面において実現の困難さがあった。
【０００８】
また、従来の多波長光源では、発生波長および発生波長数の制御が困難であり、任意領域のみを任意波長数で発生させることは不可能であった。そして、短パルスの光を増幅させること、特に任意の波長の短パルスの光を増幅させることは困難であった。
【０００９】
本発明は、上述のような点に鑑みてなされたもので、その目的は、波長可変速度が数ピコ秒程度、可変帯域が数百ｎｍの超高速広帯域な波長可変光源を多波長で、さらにはコンパクトかつ操作性、安定性、経済性に優れたプログラマブル多波長光源を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、多波長発生が可能でかつ発生波長を可変にできる光源であって、光パルスを発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段から出力した前記光パルスを光強度分割器により多分割し、分割されたそれぞれの光パルスの振幅を増幅率が各々制御できる複数の光増幅器により個別に制御する振幅制御手段と、前記振幅制御手段から出力した光パルスのパルス幅を制御するパルス圧縮手段と、前記パルス圧縮手段から出力した光パルスの中心波長を制御する波長制御手段とを有し、前記振幅制御手段において前記光増幅器の増幅率を小さくすることで発生する波長数を制御し、前記振幅制御手段において制御した光パルスの光強度により発生する波長を可変にすることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記振幅制御手段が、前記光増幅器により振幅制御された各光パルス間に光路長差を与える複数の遅延線と、それら遅延線を通過した光パルスを再び合波する合波器とを含むことを特徴とすることができる。
【００１２】
また、前記パルス圧縮手段が前記振幅制御手段から出力した複数の光パルスのパルス幅を個別に圧縮制御する複数のパルス圧縮器から構成され、前記波長制御手段が前記複数のパルス圧縮器から出力したそれぞれの光パルスの中心波長を個別に制御する複数の波長変換器から構成されていることを特徴とすることができる。
【００１３】
また、前記振幅制御手段が前記光増幅器により前記光パルスの振幅が各々制御された後に該光パルスの偏光面を制御する偏光面制御器を含み、かつ前記パルス発生手段が偏光面を保持して光パルスを発生し、前記振幅制御手段が偏光面を保持して前記光パルスの振幅を制御し、前記パルス圧縮手段が偏光面を保持して前記光パルスのパルス幅を制御し、前記波長制御手段が偏光面を保持して発生波長を制御することを特徴とすることができる。
【００１４】
また、前記パルス発生手段が半導体レーザ励起パルス光源であり、前記波長制御手段が光ファイバを非線形媒質とし、該光ファイバ中の光カー効果により前記光パルスの中心波長が制御できる波長変換器であることを特徴とすることができる。
【００１５】
また、前記振幅制御手段の前記光増幅器が半導体光増幅器であることを特徴とすることができる。
【００１６】
また、前記パルス圧縮手段および前記波長制御手段が、それぞれ光ファイバ増幅器と光ファイバとで構成されることを特徴とすることができる。
【００１７】
本発明では、上記構成のように、短光パルスを増幅してから、パルス幅圧縮することで、超短光パルスを生成し、その後に非線形媒質を用いた光カー効果により波長変換する波長可変機構を多段で有することで、波長可変速度が数ピコ秒程度、可変帯域が数百ｎｍの超高速広帯域な波長可変光源を多波長が提供できる。本発明の動作原理に採用した非線形現象は、従来では高ピークパワーのフェムト秒オーダーのパルスで実現されてきたが、これは、短パルスの光増幅が非常に困難であったためである。これに対し、本発明では、光増幅時にはパルス幅を短くせず、増幅後にパルス圧縮により超短パルス化を行うことがキーポイントであり、これにより従来技術では実現できなかった超高速広帯域な波長可変光源を実現可能にしている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
本発明のプログラマブル多波長光源の一実施形態として、図１にその概略構成を示す。本実施形態のプログラマブル波長光源１は、比較的パルス幅の広い短光パルスが発生できるＬＤ励起パルス光源により構成されたパルス発生部２と、発生した短光パルスを光強度分割器（図２の６）により多分割し、分割されたそれぞれの光パルスの振幅を増幅率が各々制御できる複数の光増幅器（図２の７）により個別に制御する振幅制御部３と、振幅制御された光パルスを圧縮して幅の狭い短パルス光を発生させるパルス圧縮部４と、光ファイバを非線形媒質とし、光ファイバ中の光カー効果により光パルスの中心波長を制御できる周波数変換部５とにより構成される。プログラマブル波長光源１は、短光パルスを増幅してから、パルス幅圧縮することで、超短光パルスを生成し、その後に波長変換し、その波長変換された光パルスを出力する。パルス発生部２において超短光パルスを用いる場合には、パルス増幅が困難であるため、アレイ導波路格子のような周波数成分の分割フィルタを用いて狭帯域化によるパルス幅拡大を行う。これによりパルス増幅が可能になるだけでなく、波長数も拡大できる。
【００２０】
上記パルス圧縮部４として、本実施形態では、光増幅器と光ファイバにより高次光ソリトンによる非線形パルス圧縮を用いた。しかし、本発明はこのようなソリトン利用のパルス圧縮に限定されるものではなく、パルス幅が短くなれば何を使っても構わない。例えば、可飽和吸収帯を用いたパルス圧縮や、サニャック（Ｓａｇｎａｃ）干渉計を用いた高速光スイッチでパルス圧縮をすることも本発明の圧縮手段の一つに含まれる。また、パルス圧縮部４は、独立のデバイスでなくてもよく、例えば周波数変換部５内に一体に組込まれた形態のものであってもよい。この場合、周波数変換部５では、まず、入射パルスのパルス圧縮が起き、その後周波数の変換が起きる構成となる。
【００２１】
図２には、上記振幅制御部３の一具体例として、１×１０の光強度分割器６、および光増幅器７として半導体光増幅器を用いた構成を示す。パルス発生部２から出射した光パルスは、光ファイバ１２を通って振幅制御部３に入射し、ここで光強度分割器６により１０分割され、それぞれの分割された光パルスはそれぞれの対応する光増幅器７により個別に増幅制御される。ここで、光強度分割器６は１×１０の分割数のものに限定するされるものではなく、均等に光強度を分割できればその分割数は任意である。また、光増幅器７は、半導体光増幅器に限定するものではなく、増幅率が制御できることで入射パルスの光強度を可変にできれるものであればよい。
【００２２】
図３に上記光増幅器７における入射パルスの振幅制御の実施結果の一例を示す。光増幅器７への入射光は、パルス発生部２で発生させた１０ＧＨｚのクロック周波数を有するパルス列の中で、その平均出力１ｍＷのものを用いた。このとき、その入射光パルスの中心波長は１５５０ｎｍで、そのパルス幅は２．５ｐｓ程度であった。光パルスの振幅の制御は、半導体光増幅器７への注入電流の制御により行った。
【００２３】
図３に示すように、半導体光増幅器７への注入電流を３０〜２７０ｍＷまで変化させることにより、半導体光増幅器７からの出力パルスの光強度は０．００１〜７．７ｍＷまで変化し、注入電流を３０ｍＷ以下にすると、その出力パルスの光強度を零とみなして無視できるレベルになることがわかる。
【００２４】
次に、図４を参照して、振幅制御部３からの出力を光パルス間の干渉が発生しないように多重する多重方法を説明する。図４には、遅延線１３により一定の光路長差（時間遅延τ）をつけて合波部８により合波する構成を示す。このとき遅延線１３の大きさは、本実施形態における振幅制御部３での入射パルスの分割数が１０であり、パルス発生部２で発生するパルス列のクロック周波数が１０ＧＨｚであることから、パルスが干渉しないための遅延時間差τは１０ｐｓとなる。なお、遅延時間差τは、これに限定するものではなく、パルス発生部２で発生するパルス列のクロック周波数と振幅制御部３での分割数により決まる。
【００２５】
また、本発明のプログラマブル多波長光源全体が偏光方向が保持されて構成される場合には、光パルス間で干渉を起こさない方法として、図５に示すように、合波器８の手前の遅延線１３のさらに手前に、偏光方向制御器９を挿入し、パルス間の偏光方向が一致しないようにして合波することも効果的である。
【００２６】
一方、図６に示すように、複数のパルス圧縮部４と複数の周波数変換部５とにより本発明のプログラマブル波長光源１を構成する場合には、光パルス間の干渉が発生しないので、上記の遅延線１３と合波器８は不要である。
【００２７】
次に、図７を参照して周波数変換部５について説明する。周波数変換部５では、非線形媒質として光ファイバ１０を用いた光カー効果による波長可変機構と、その前段に挿入した光増幅器１１とを有する。具体的には、その波長可変機構はラマンソリトン効果または、ソリトンの自己周波数シフトと呼ばれる現象を用いている。この現象は、光ソリトンがその光強度と伝播距離に依存して、その中心周波数成分が長波長側（低周波数側）にシフトする現象である。そのため、周波数変換部５では、光増幅器１１を用いて光レベルを上げ、光ファイバ１０中で波長を変換する。
【００２８】
図８に、周波数変換部５の実施結果の一例として、光ファイバ１０に入射する光強度によってシフトする周波数が変化する様子を示す。入射光の光強度を上げることで、周波数シフト量が３０ｎｍ以上に大きくなることがわかる。なお、そのシフト量は、光増幅器１１の増幅率だけでなく、光ファイバ１０のファイバ長と光増幅器１１に入射する光パルスの光強度によっても変化する。
【００２９】
振幅制御部３により光パルスの光強度を制御して、図４または図５の構成により干渉しないように合波した光パルス列を図９の（Ａ）に示し、このとき周波数変換部５で発生した多波長光を図９の（Ｂ）に示す。このような光強度の制御により、波長間隔２ｎｍ程度の１０波長の発生に成功した。なお、発生波長および波長数はこれに限定するものでなく、振幅制御部３により任意に制御できる。
【００３０】
（他の実施形態）
なお、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、各請求項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、形状の変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。例えば、前述の本発明の実施形態では、光ファイバ等の光導波路を用いて光源を構成しているが、その一部を空間光学系に置き換えた場合も本発明の実施形態に含まれる。また、前述の本発明の実施形態では、パルス発生をＬＤ励起としているが、他の励起方法でのパルス発生を用いた場合も本発明の実施形態に含まれる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発生した短光パルスを増幅してから、パルス幅圧縮することで、超短光パルスを生成し、その後に波長変換する、波長可変機構を多段で有することで、従来技術では実現できなかった波長可変速度が数ピコ秒程度、可変帯域が数百ｎｍの超高速広帯域な波長可変動作が任意波長数できるプログラマブル多波長光源を実現できる。
【００３２】
また、本発明によれば、発生する波長数を拡大するため、短光パルスを増幅してからパルス圧縮を行う短光パルス増幅を行ったので、光ルーティングや光信号処理といった従来技術では、実現できなかった高機能なシステムが実現できる。
【００３３】
また、本発明によれば、光非線形現象の中でも特に安定に動作するソリトン波を用いて、波長可変動作を行うので、非常に安定な波長可変光源が得られる。
【００３４】
また、本発明では、空間光学系ではなく光ファイバ等の光導波路を用いて光源を構成することで、光軸調整等の手間や、専門的な知識をユーザーに要求しない、メンテナンスフリーで操作性の良い波長可変光源を実現することができる。
【００３５】
さらに、本発明では、パルス発生をＬＤ励起とすることで、コンパクトかつ操作性、安定性、経済性に優れた特性を有することができる。
【００３６】
以上により、本発明のプログラマブル多波長光源は、高安定でコンパクトかつ、操作性および経済性において優れるだけでなく、極めて実用性が高く、広範囲に渡り応用範囲の広い光源として提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプログラマブル多波長光源の一実施形態の全体の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のプログラマブル多波長光源の振幅制御部の一構成例を示すブロック図である。
【図３】図２の振幅制御部における光強度制御の実施結果の一例を示す特性図である。
【図４】図２の振幅制御部からの出力パルスを干渉しないように合波する合波部の一構成例を示すブロック図である。
【図５】図２の振幅制御部からの出力パルスを干渉しないように合波する合波部の他の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明のプログラマブル多波長光源の他の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明のプログラマブル多波長光源の周波数変換部の構成例を示すブロック図である。
【図８】図７の周波数変換部において、入力するパルスの光強度により変換される波長が制御できることを示す特性図である。
【図９】（Ａ）は図２の振幅制御部の出力パルスを干渉しないように合波した光パルス列を示す特性図であり、（Ｂ）はこのとき周波数変換部５で発生した多波長光を示す特性図である。
【符号の説明】
１  プログラマブル多波長光源
２  パルス発生部
３  振幅制御部
４  パルス圧縮部
５  周波数変換部
６  光強度分割器
７  半導体光増幅器
８  合波器
９  偏光方向制御器
１０  光ファイバ
１１  光増幅器
１２  光ファイバ
１３  遅延線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004272117.tif 000008
【図７】
2004272117.tif 000009
【図８】
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【図９】
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