(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスを遅延手段に入力し、入力信号を２つの光信号に分岐し、分岐した２つの光信号に光路差を生じさせて前記２つの光信号の相互に遅延を与え、それらの光信号を再び合成して多重化光信号を生成する時分割多重化方法において、
前記光パルスにこれと波長が異なる波長可変レーザ光を合成して前記遅延手段に入力し、前記分岐した２つの光信号のうちの一方の光路長を予め決定された周波数で微小変動させ、前記波長可変レーザ光に関する前記遅延手段の出力が最大または最小となる位置で、前記出力における前記微小変動の周波数と同じ周波数の成分の変動が最小になるように前記遅延手段の光路差を制御することにより、多重化光信号の隣接パルス間の位相差を安定化させることを特徴とする時分割多重化方法。
【請求項２】
前記遅延手段の光路差の制御を前記波長可変レーザ光に関する前記遅延手段の出力が前記最大となる位置で行う場合には、前記多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数１】
0005152789.tif 000011
ここで、ｎは整数であり、λＰは光パルスの波長であり、λＣＷは波長可変レーザ光の波長であり、ｃは光速度であり、ΔＴは多重化光信号の隣接パルス間の間隔（ΔＴ＝ΔＬ／ｃ：ΔＬは光路差）である、
に従って制御し、
前記遅延手段の光路差の制御を前記波長可変レーザ光に関する前記遅延手段の出力が前記最小となる位置で行う場合には、前記多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数２】
0005152789.tif 000012
ここで、ｎは整数であり、λＰは光パルスの波長であり、λＣＷは波長可変レーザ光の波長であり、ｃは光速度であり、ΔＴは多重化光信号の隣接パルス間の間隔（ΔＴ＝ΔＬ／ｃ：ΔＬは光路差）である、
に従って制御することを特徴とする請求項１に記載の光時分割多重化方法。
【請求項３】
光パルスおよび波長可変レーザ光を合成する合成手段と、
前記合成手段の出力信号を２つの光信号に分岐し、前記２つの光信号に光路差を生じさせて前記２つの光信号の相互に遅延を与え、それらの２つの光信号を再び合成して多重化光信号を出力する遅延手段と、
前記遅延手段における前記２つの光信号のうちの一方の光路長を微小変動させる光路長変動手段と、
前記遅延手段の出力信号から前記波長可変レーザ光の信号成分を取り出すフィルタ手段と、
前記光路長変動手段によって前記一方の光路長が予め決定された周波数で微小変動せしめられるとき、前記フィルタ手段によって取り出された前記波長可変レーザ光の信号成分の出力が最大または最小となる位置で、当該出力における前記微小変動の周波数と同じ周波数の成分の変動が最小になるように前記光路長変動手段を動作させることにより、前記遅延手段から出力される多重化光信号の隣接パルス間の位相差を安定化させる位相差制御手段と、を備えたことを特徴とする光時分割多重化装置。
【請求項４】
前記位相制御手段は、前記遅延手段の光路差の制御を前記波長可変レーザ光の信号成分の出力が前記最大となる位置において行う場合には、前記多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数４】
0005152789.tif 000013
ここで、ｎは整数であり、λＰは光パルスの波長であり、λＣＷは波長可変レーザ光の波長であり、ｃは光速度であり、ΔＴは多重化光信号の隣接パルス間の間隔（ΔＴ＝ΔＬ／ｃ：ΔＬは光路差）である、
に従って制御し、
前記遅延手段の光路差の制御を前記波長可変レーザ光の信号成分の出力が前記最小となる位置において行う場合には、前記多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数５】
0005152789.tif 000014
に従って制御することを特徴とする請求項３に記載の光時分割多重化装置。
【請求項５】
前記遅延手段は、
前記合成手段の出力信号を第１の分岐光信号および第２の分岐光信号に分岐して、前記第１の分岐光信号を第１の光路に出射し、前記第２の分岐光信号を第２の光路に出射するビームスプリッターと、
前記第１の光路に設けられ、前記第１の分岐光信号を前記ビームスプリッターに反射する第１のミラーと、
前記第２の光路に設けられ、前記第２の分岐光信号を前記ビームスプリッターに反射する第２のミラーと、を備え、
前記ビームスプリッターは、前記第１のミラーから入射される前記第１の分岐光信号と、前記第２のミラーから入射される前記第２の分岐光信号とを合成し、多重化光信号を出力する遅延干渉計からなっていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光時分割多重化装置。
【請求項６】
前記光路長変動手段は、前記第１および第２のミラーのいずれか一方の後面に取り付けられ、当該ミラーをそれが関係する前記第１または第２の光路に平行に予め決定された周波数で振動させる圧電素子を有し、
前記位相差制御手段は、
前記フィルタ手段によって取り出された前記波長可変レーザ光の信号成分から前記周波数の成分を抽出する検出器と、
前記検出器からの出力と前記圧電素子への交流電圧との差を抽出する差動アンプ、または前記検出器からの出力と前記圧電素子への交流電圧との和を抽出する加算アンプと、を有していることを特徴とする請求項５に記載の光時分割多重化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光時分割多重化回路、特に、遅延干渉計を用いた光時分割多重化回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信技術は大量の情報を高速度で伝送する技術として注目されており、その中でも、光時分割多重化技術は、大容量かつ超高速伝送を実現するものとして、波長多重化技術と共に有望視されている。
【０００３】
光時分割多重化技術においては光時分割多重化回路が使用されるが、従来の光時分割多重化回路では、パルス光源から出力される光パルス列が２分岐され、分岐信号がそれぞれ光変調器に入力されて変調される。そして、変調された一方の光信号には遅延手段を介して一定の遅延が付与され、変調された他方の光信号と合成され、多重化光信号が生成される。
【０００４】
この場合、超高速通信を達成するためには、光信号に対して正確な遅延を安定して付与することによって、隣接パルス間の位相差を安定化させねばならない。しかし、光の伝播時間は環境温度等の影響によって揺らぐので、光信号に対して正確な遅延を安定的に付与することは難しかった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第３５０８９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、光時分割多重化技術において、簡単な構成で、隣接光パルス間の位相差を安定化させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、光パルスを遅延手段に入力し、入力信号を２つの光信号に分岐し、分岐した２つの光信号に光路差を生じさせて前記２つの光信号の相互に遅延を与え、それらの光信号を再び合成して多重化光信号を生成する時分割多重化方法において、前記光パルスにこれと波長が異なる波長可変レーザ光を合成して前記遅延手段に入力し、前記分岐した２つの光信号のうちの一方の光路長を予め決定された周波数で微小変動させ、前記波長可変レーザ光に関する前記遅延手段の出力が最大または最小となる位置で、前記出力における前記微小振動の周波数と同じ周波数の成分の変動が最小になるように前記遅延手段の光路差を制御することにより、多重化光信号の隣接パルス間の位相差を安定化させることを特徴とする時分割多重化方法を構成したものである。
【０００８】
上記方法において、さらに、前記遅延手段の光路差の制御を前記波長可変レーザ光に関する前記遅延手段の出力が前記最大となる位置において行う場合には、前記多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数１】
0005152789.tif 000002
ここで、ｎは整数であり、λＰは光パルスの波長であり、λＣＷは波長可変レーザ光の波長であり、ｃは光速度であり、ΔＴは多重化光信号の隣接パルス間の間隔（ΔＴ＝ΔＬ／ｃ：ΔＬは光路差）である、
に従って制御し、前記遅延手段の光路差の制御を前記波長可変レーザ光に関する前記遅延手段の出力が前記最小となる位置において行う場合には、前記多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数２】
0005152789.tif 000003
ここで、ｎは整数であり、λＰは光パルスの波長であり、λＣＷは波長可変レーザ光の波長であり、ｃは光速度であり、ΔＴは多重化光信号の隣接パルス間の間隔（ΔＴ＝ΔＬ／ｃ：ΔＬは光路差）である、
に従って制御することもできる。
【０００９】
上記課題を解決するため、また、本発明は、光パルスおよび波長可変レーザ光を合成する合成手段と、前記合成手段の出力信号を２つの光信号に分岐し、前記２つの光信号に光路差を生じさせて前記２つの光信号の相互に遅延を与え、それらの２つの光信号を再び合成して多重化光信号を出力する遅延手段と、前記遅延手段における前記２つの光信号のうちの一方の光路長を予め決定された周波数で微小変動させる光路長変動手段と、前記遅延手段の出力信号から前記波長可変レーザ光の信号成分を取り出すフィルタ手段と、前記光路長変動手段によって前記一方の光路長が微小変動せしめられるとき、前記フィルタ手段によって取り出された前記波長可変レーザ光の信号成分の出力が最大または最小となる位置で、当該出力における前記微小振動の周波数と同じ周波数の成分の変動が最小になるように前記光路長変動手段を動作させることにより、前記遅延手段から出力される多重化光信号の隣接パルス間の位相差を安定化させる位相差制御手段と、を備えたことを特徴とする光時分割多重化装置を構成したものである。
【００１０】
上記装置において、前記位相制御手段は、前記遅延手段の光路差の制御を前記波長可変レーザ光の信号成分の出力が前記最大となる位置において行う場合には、前記多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数４】
0005152789.tif 000004
ここで、ｎは整数であり、λＰは光パルスの波長であり、λＣＷは波長可変レーザ光の波長であり、ｃは光速度であり、ΔＴは多重化光信号の隣接パルス間の間隔（ΔＴ＝ΔＬ／ｃ：ΔＬは光路差）である、
に従って制御し、前記遅延手段の光路差の制御を前記波長可変レーザ光の信号成分の出力が前記最小となる位置において行う場合には、前記多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数５】
0005152789.tif 000005
に従って制御することもできる。
【００１１】
好ましくは、前記遅延手段は、前記合成手段の出力信号を第１の分岐光信号および第２の分岐光信号に分岐して、前記第１の分岐光信号を第１の光路に出射し、前記第２の分岐光信号を第２の光路に出射するビームスプリッターと、前記第１の光路に設けられ、前記第１の分岐光信号を前記ビームスプリッターに反射する第１のミラーと、前記第２の光路に設けられ、前記第２の分岐光信号を前記ビームスプリッターに反射する第２のミラーと、を備え、前記ビームスプリッターは、前記第１のミラーから入射される前記第１の分岐光信号と、前記第２のミラーから入射される前記第２の分岐光信号とを合成し、多重化光信号を出力する遅延干渉計からなっている。
【００１２】
また好ましくは、前記光路長変動手段は、前記第１および第２のミラーのいずれか一方の後面に取り付けられ、当該ミラーをそれが関係する前記第１または第２の光路に平行に予め決定された周波数で振動させる圧電素子を有し、前記位相差制御手段は、前記フィルタ手段によって取り出された前記波長可変レーザ光の信号成分から前記周波数の成分を抽出する検出器と、前記検出器からの出力と前記圧電素子への交流電圧との差を抽出する差動アンプ、または前記検出器からの出力と前記圧電素子への交流電圧との和を抽出する加算アンプと、を有している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、波長可変レーザと光パルスを合成した信号を遅延手段に入力し、波長可変レーザの信号成分を用いたフィードバック制御を行うことによって遅延手段の動作を安定化させることにより、多重化光信号の隣接パルス間の位相差を安定化させることができる。したがって、高速電子回路を用いる必要がなく、簡単な構成によって多重化光信号の隣接パルス間の位相差の制御、安定化を行うことができる。
さらに、本発明によれば、多重化光信号の隣接パルス間の位相差を安定化させた状態で、波長可変レーザの波長を変化させることによって位相差を任意に変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例による光時分割多重化方法のフロー図である。図１に示すように、本発明によれば、まず、光パルスにこれと波長が異なる波長可変レーザ光を合成した信号を遅延手段に入力する（図１のＳ１）。遅延手段において、入力光信号を２つの光信号に分岐し、分岐した２つの光信号に光路差を生じさせ、これら２つの信号の相互に遅延を与え、それらの光信号を再び合成して多重化光信号を生成する。このとき、本発明によれば、分岐した２つの光信号のうちの一方の光路長を微小変動させる（図１のＳ２）。
【００１５】
そして、この一方の光路長の微小変動に伴う波長可変レーザ光に関する遅延手段の出力の変動を測定し（図１のＳ３）、この出力変動の測定値に基づいて、当該出力が最大または最小となる位置、またはそれら以外の特定の値となる位置において出力の変動が最小になるように遅延手段の光路差を制御する（図１のＳ４）。それによって、遅延手段から出力される多重化光信号の隣接パルス間の位相差を安定化する（図１のＳ５）。
【００１６】
本発明によれば、多重化信号の隣接パルス間の位相差を安定化するとともに、光パルスの波長をλＰ、波長可変レーザ光の波長をλＣＷ、多重化光信号の隣接パルス間の間隔をΔＴ（ΔＴ＝ΔＬ／ｃ：ΔＬは光路差、ｃは光速度）として、遅延手段の光路差の制御を波長可変レーザ光に関する遅延手段の出力が最大となる位置において行う場合には、多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数７】
0005152789.tif 000006
ここでｎは整数である、に従って所望の値に制御し、遅延手段の光路差の制御を波長可変レーザ光に関する遅延手段の出力が最小となる位置において行う場合には、多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数８】
0005152789.tif 000007
ここでｎは整数である、に従って所望の値に制御し、遅延手段の光路差の制御を波長可変レーザ光に関する遅延手段の出力が特定の値となる位置において行う場合には、多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数９】
0005152789.tif 000008
ここで、ｎは整数であり、ｍは−１から１までのある値である、に従って所望の値に制御することができる。
【００１７】
図２は、本発明の１実施例による光時分割多重化装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、本発明によれば、第１の光源ＯＳ１から出力された波長可変レーザ光（波長λＣＷ）および第２の光源ＯＳ２から出力された光パルス（波長λＰ）を合成する第１の光カプラ１と、第１の光カプラ１の出力信号を２つの光信号に分岐し、２つの光信号に光路差を生じさせて２つの光信号の相互に遅延を与え、それらの２つの光信号を再び合成して多重化光信号を出力する遅延干渉計２が備えられる。
なお、この実施例では、光学要素間を接続する光路は、いずれも光ファイバから形成されるが、光路の構成はこれに限定されない。また、遅延干渉計の代わりに、これと同等の機能を有する任意の遅延手段を使用することができる。
【００１８】
遅延干渉計２は、第１の光カプラ１の出力信号ｂ１を第１の分岐光信号ｂ２および第２の分岐光信号ｂ３に分岐して、第１の分岐光信号ｂ２を第１の光路ＯＰ１に出射し、第２の分岐光信号ｂ３を第２の光路ＯＰ２に出射するビームスプリッター３と、第１の光路ＯＰ１に設けられ、第１の分岐光信号ｂ２をビームスプリッター３に反射する第１のミラー４と、第２の光路ＯＰ２に設けられ、第２の分岐光信号ｂ３をビームスプリッター３に反射する第２のミラー５と、を備えている。
そして、ビームスプリッター３は、第１のミラー４から入射される第１の分岐光信号ｂ２と、第２のミラー５から入射される第２の分岐光信号ｂ３とを合成し、多重化光信号ｂ４を出力する。
【００１９】
また、第２のミラー５の後面には圧電素子６が取り付けられ、第２のミラー５をそれが関係する第２の光路ＯＰ２に平行に予め決定された周波数で微小振動させるようになっている。そして、第２のミラー５が圧電素子６によって微小振動せしめられることによって、第２の光路ＯＰ２の光路長が微小変動する。
【００２０】
さらに、遅延干渉計２の出力側には第２の光カプラ７が設けられ、第２の光カプラ７によって分岐された一方の光信号は、光フィルタ（ＯＦ）８に入力される。ＯＦは、λＣＷの波長の光のみを透過するように機能し、これによって、遅延干渉計２の出力信号のうち波長可変レーザ光の信号成分のみが取り出される。
【００２１】
ＯＦ８の出力信号は、フォトダイオード９を介してロックインアンプ（ＬＩＡ）１０に入力される。ロックインアンプ１０は、波長可変レーザ光の信号成分から、第２の光路ＯＰ２の光路長の変動による周波数の成分を抽出する。
ロックインアンプ１０の出力側には差動アンプ１１が接続される。差動アンプ１１は、ロックインアンプ１０からの出力と圧電素子６への交流電圧との差を抽出する。
【００２２】
差動アンプ１１の出力側には、圧電素子駆動部１２が接続される。圧電素子駆動部１２は、差動アンプ１１の出力信号に基づいて、波長可変レーザ光の信号成分の出力が最大または最小となる位置、またはそれ以外の特定の値となる位置において、該出力の変動が最小になるように圧電素子６を振動させる。それによって、遅延干渉計２から出力される多重化光信号の隣接パルス間の位相差が安定化される。
なお、この実施例では、差動アンプ１１によってロックインアンプ１０からの出力と圧電素子６への交流電圧との差を抽出して制御を行う構成としたが、差動アンプの代わりに加算アンプを使用し、ロックインアンプ１０からの出力と圧電素子６への交流信号との和を抽出して制御を行う構成としてもよい。
【００２３】
こうして、本発明によれば、波長可変レーザ光の信号成分を用いて、ロックインアンプ１０によるフィードバック制御を行うことにより、遅延干渉計２の動作点が制御、安定化され、それによって、多重化光信号の隣接パルス間の位相差が安定化される。
【００２４】
次に、図３を参照して、ロックインアンプ１０によるフィードバック制御動作を説明する。図３では、位相差の基準となる点を、波長可変レーザ光の信号成分の出力が最小となる点、すなわち、波長可変レーザ光の信号成分が完全に逆位相となる点Ｂに設定する。圧電素子６が周波数ωｍで振動すると、それによって波長可変レーザ光の信号成が変調されるが、この場合、点Ｂよりも光路差が少し長い点Ｃでは、ロックインアンプ１０から、圧電素子６の周波数ωｍと同じ周波数の正弦波信号が出力される。一方、点Ｂよりも光路差が少し短い点Ａでは、振動の符号が逆になる。また、点Ｂでは、２倍の周波数成分２ωｍしか出力されない。したがって、ロックインアンプ１０の出力信号は、圧電素子６への誤差信号として使用できる。点Ｃにおいては、ωｍが小さくなる方向にΔＬが移動するように、点Ａにおいては、ωｍが大きくなる方向にΔＬが移動するようにフィードバック制御がなされ、それによって、ωｍ成分が常にゼロとなるように制御がなされる。
【００２５】
また、本発明の光時分割多重化装置においては、多重化光信号の隣接パルス間の位相差を安定化するとともに、光パルスの波長をλＰ、波長可変レーザ光の波長をλＣＷ、多重化光信号の隣接パルス間の間隔をΔＴ（ΔＴ＝ΔＬ／ｃ：ΔＬは光路差、ｃは光速度）として、遅延干渉計２の光路差の制御を波長可変レーザ光に関する遅延干渉計２の出力が最大となる位置において行う場合には、多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数１０】
0005152789.tif 000009
ここでｎは整数である、に従って制御する一方、遅延干渉計２の光路差の制御を波長可変レーザ光に関する遅延干渉計２の出力が最小となる位置において行う場合には、多重化光信号の隣接パルス間の位相差φを、
【数１１】
0005152789.tif 000010
ここでｎは整数である、に従って所望の値に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の１実施例による光時分割多重化方法のフロー図である。
【図２】本発明の１実施例による光時分割多重化装置の構成を示す概略図である。
【図３】ロックインアンプによるフィードバック制御動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  第１の光カプラ
２  遅延干渉計
３  ビームスプリッター
４  第１のミラー
５  第２のミラー
６  圧電素子
７  第２の光カプラ
８  光フィルタ（ＯＦ）
９  フォトダイオード
１０  ロックインアンプ（ＬＩＡ）
１１  差動アンプ
１２  圧電素子駆動部
ｂ１  第１の光カプラからの出力信号
ｂ２  第１の分岐光信号
ｂ３  第２の分岐光信号
ｂ４  多重化光信号
ＯＳ１  第１の光源
ＯＳ２  第２の光源
ＯＰ１  第１の光路
ＯＰ２  第２の光路
【図１】
0005152789.tif 000015
【図２】
0005152789.tif 000016
【図３】
0005152789.tif 000017