(57)【要約】【課題】波長多重伝送に用いる多波長光源の雑音成分を低減して、スーパーコンティニウム光のＳ／Ｎの劣化を解消すること。【解決手段】従来、光増幅器（１１）と非線形光媒質（１４）とを用いて短パルス光源（１０）を多波長化する場合に、光増幅器（１１）により生じていた雑音成分（ＡＳＥ光成分）を、光増幅器（１１）と非線形光学媒質（１４）との間に介在させた異常分散光導波路（１２）の非線形光学効果を利用して低減する。雑音成分を含む光パルス信号を異常分散光導波路（１２）に入射する際に、その入射ピークパワーを基本ソリトンパワーよりも大きくかつ基本ソリトンパワーの２倍以下になるように制御する。異常分散光導波路（１２）のファイバ長は、ソリトン周期よりも長くなるように設定する。バンドパス光フィルタ（１３）により光パワー信号のスペクトル幅の揺らぎ成分（雑音）を切り落とす。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し光パルス信号を発生する光パルス信号発生手段と、前記光パルス信号発生手段から発生する光パルス信号の光パワーを増幅する光増幅器と、前記光増幅器により増幅された光パルス信号のスペクトル幅を拡大する非線形光学媒質とを含む多波長光源において、前記光増幅器と前記非線形光学媒体の間に、
導波路長が前記光パルス信号に対するソリトン周期よりも長く、平均の波長分散が異常分散になる特性を有する異常分散光導波路と、
前記異常分散光導波路を通過する光パルス信号の中心波長を含む所定の透過帯域を有し、該光パルス信号のスペクトル幅の揺らぎ成分（雑音成分）を切り落とすバンドパス光フィルタとを備え、
前記異常分散光導波路に入射する光パルス信号の入射ピークパワーが、前記異常分散光導波路における前記光パルス信号に対する基本ソリトンパワーよりも大きく、かつ基本ソリトンパワーの２倍以下で、かつ
前記異常分散光導波路から出力される光パルス信号のピークパワーが、前記非線形光学媒質でスペクトル幅拡大に必要な入力光パルスのピークパワーよりも大きくなるように、前記光増幅器の利得が設定されていることを特徴とする多波長光源。
【請求項２】
前記非線形光学媒質の前段に、該非線形光学媒質に入力される光パルス信号のピークパワーが、スペクトル幅拡大に必要な入力光パルスのピークパワーよりも大きく、かつ過剰な非線形光学効果により発生する多波長光のＳ／Ｎが劣化しない範囲に制御する光強度制御手段
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の多波長光源。
【請求項３】
前記バンドパス光フィルタの透過帯域δνが、δν＝０．４４／Ｔ０（光パルス信号の波形がガウス分布の場合）、またはδν＝０．３１／Ｔ０（光パルス信号の波形がｓｅｃｈ２の場合）の関係を満たす値（但し、Ｔ０は前記光パルス信号発生手段から発生する光パルス信号のパルス幅）に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の多波長光源。
【請求項４】
前記基本ソリトンパワーＰ０（Ｗ）および前記基本ソリトン周期Ｚ０（ｍ）は、前記異常分散光導波路の波長分散をＤ（ｓ／ｍ２）、有効コア断面積をＡeff（ｍ２）、非線形屈折率をｎ２（ｍ２／Ｗ）、光パルス信号のパルス幅（１／ｅ半値の時間幅）をＴ０（ｓｅｃ）、波長をλ（ｍ）、光速Ｃ（ｍ／ｓｅｃ）としたときに、
Ｐ０＝λ３ＡeffＤ／（４π２Ｃｎ２Ｔ０２）
Ｚ０＝π２ＣＴ０２／（λ２Ｄ）
で与えられ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多波長光源。
【請求項５】
前記光パルス信号発生手段が、繰り返し周波数に等しい周波数間隔の縦モードで構成された短光パルスを発生する短パルス光源であ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多波長光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長多重伝送等に用いる多波長光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信トラヒックの増大に伴い、光通信システムにおいて伝送容量を増大するために波長多重伝送方式が適用されている。波長多重（Wavelength-division multiplexing : ＷＤＭ）伝送を行うためには、その波長数分の光源が必要となる。このため光源の数だけ費用がかかり、また光源の波長の正確な調整が必要となる。そこで、１つの光源から多波長光を一括して発生させる多波長光源が検討されている。多波長光源としてスーパーコンティニウム(Super−continuum : ＳＣ)光発生技術を用いて多波長光を発生させる多波長光源が報告されている（たとえば、特許文献１、特許文献２）。図４にこの従来の多波長光源の構成とこの多波長光源の動作を説明するスペクトル図（図中の１０１、１０２、１０３）を示す。
【０００３】
図４に示すように、短パルス光源３０は繰り返し周波数に等しい周波数間隔の縦モードで構成された光パルス信号を発生する。この光パルス信号を光増幅器３１により増幅して強い強度で非線形光ファイバ（非線形光学効果を有する光ファイバ）３２に入射させると、その光パルス信号は非線形光ファイバ３２を伝搬中に、光スペクトル相互の非線形光学効果により、もとの光パルス信号の光スペクトルの短波長側および長波長側に新たな光スペクトルが発生する。光パルス信号はさらに非線形光ファイバ３２を伝搬するとその発生した光スペクトルのさらに短波長側および長波長側に新たな光スペクトルが発生する。これを繰り返すことにより非線形光ファイバ３２を伝搬するうちに、入射した光スペクトルは広帯域な光スペクトルになる（図４の１０３）。この技術をスーパーコンティニウム光発生技術という。このスーパーコンティニウム光からなる多波長光源の１つ１つの縦モードをアレイ導波路回折格子（Arrayed waveguide grating : ＡＷＧ）のような光フィルタにより取り出すことによって、単一縦モードの連続光が得られ、波長多重伝送用の光源などとして使用される。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２９８１５号公報「白色超短パルス光源」
【特許文献２】特願２００５−２０１３２７号明細書「マルチキャリア光源」
【特許文献３】特開平１１−２８４２６１号公報「低雑音光増幅装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の光増幅器３１は、非線形光ファイバ３２で非線形光学効果を起こし、スペクトル幅が拡大するために必要な光強度まで、光パルス信号の光強度を高めるために必要である。しかし、光増幅器３１の出力には、増幅された光パルス信号と、広いスペクトル幅で増幅された自然放出光（ＡＳＥ光）が混在することになる（図４の１０４）。ＡＳＥ光は光増幅器３１内でランダムに発生して信号光と干渉するために、増幅された光パルス信号のＳ／Ｎ（信号対雑音比）を劣化させる。図４の１０５のスペクトル図に示すように、最終的に発生するスーパーコンティニウム光にもＡＳＥ光成分が重畳されることになり、スーパーコンティニウム光のＳ／Ｎの劣化につながる。
【０００６】
そこで、図５に示すように光増幅器３１と非線形光ファイバ３２の間にバンドパス光フィルタ３３を挿入して光パルス信号のスペクトル帯域外のＡＳＥ光成分を除去することが行われている（特許文献２、特許文献３）。このようにすることにより、図５の１０７、１０８のスペクトル図に示すように、光パルス信号のスペクトル帯域外のＡＳＥ光成分によるスーパーコンティニウム光のＳ／Ｎの劣化は抑えられる。
【０００７】
しかし、光パルス信号のスペクトル帯域内のＡＳＥ光成分は依然として残り、これがスーパーコンティニウム光のＳ／Ｎを制限することになる。
【０００８】
本発明の目的は、さらにこの光パルス信号のスペクトル帯域内にある光増幅器のＡＳＥ光成分を除去することにより、光増幅器のＡＳＥ光によるスーパーコンティニウム光のＳ／Ｎの劣化を解消することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
図１に本発明の多波長光源の基本構成を示す。本発明の多波長光源は、繰り返し周波数に等しい周波数間隔の縦モードで構成された光パルス信号を発生する光パルス信号発生手段としての短パルス光源１０と、この光パルス光源１０から発生する光パルス信号の光パワーを所定の値まで増幅する光増幅器１１と、この光増幅器１１により増幅された光パルス信号のスペクトル幅を拡大する非線形光学媒質１４とを有する多波長光源において従来のピクセルと比べて、光増幅器１１の後段に異常分散光導波路１２とバンドパス光フィルタ１３とを備え、異常分散光導波路１２の長さおよび光パルス信号の入射ピークパワーを下記のように設定することを特徴とする。これにより光増幅器１１のＡＳＥ光を除去し、発生する多波長光のＳ／Ｎを改善することができる。以下にその原理について説明する。
【００１０】
図１において、符号１〜４は光パルス信号の時間波形を示し、符号６〜８は光パルス信号１〜４に対応するスペクトル波形（包絡線）を示し、符号９は発生するスーパーコンティニウム光（多波長光）のスペクトル波形（包絡線）を示す。短パルス光源１０から発生した光パルス信号１は、光増幅器１１においてＡＳＥ光による強度雑音成分を含んで増幅されて光パルス信号２となる。この強度雑音成分を含む光パルス信号２を異常分散光導波路１２に入射する際に、その入射ピークパワーを基本ソリトンパワーよりも大きくかつ基本ソリトンパワーの２倍以下になるように光増幅器１１の利得を制御する。また、異常分散光導波路１２のファイバ長は、ソリトン周期よりも長くなるように設定される。
【００１１】
ここで、波長分散をＤ（ｓ／ｍ２）、光導波路の有効コア断面積をＡeff（ｍ２）、非線形屈折率をｎ２（ｍ２／Ｗ）、光パルス信号のパルス幅（１／ｅ半値の時間幅）をＴ０（ｓｅｃ）、波長をλ（ｍ）、光速Ｃ（ｍ／ｓｅｃ）とすると、
基本ソリトンパワーＰ０（Ｗ）は、次式（１）で表される。
【００１２】
Ｐ０＝λ３ＡeffＤ／（４π２Ｃｎ２Ｔ０２）        ・・・（１）
また、基本ソリトン周期Ｚ０（ｍ）は、次式（２）で表される。
【００１３】
Ｚ０＝π２ＣＴ０２／（λ２Ｄ）                  ・・・（２）
【００１４】
このようなソリトン周期Ｚ０よりも長い異常分散光導波路１２に光パルス信号を入射すると、異常分散光導波路１２の非線形光学効果である自己位相変調（Self-phase modulation : ＳＰＭ）によるチャーピング（chirping）と分散によるチャーピングが逆方向になるので、両者が打ち消しあって基本ソリトンが発生する。ここでは、基本ソリトンパワーＰ０よりも大きなピークパワーの光パルス信号２を異常分散光導波路１２に入射するので、自己位相変調によるチャーピングの効果の方が大きくなり、光パルス信号２はパルス圧縮されて光パルス信号３になるとともに、スペクトル波形７のようなスペクトル広がりを生じる。
【００１５】
このように、入力光パルス信号の強度揺らぎ（ＡＳＥ光成分）は、自己位相変調によりスペクトル幅の揺らぎに変換される（スペクトル波形６，７）。このとき、入射ピークパワーが基本ソリトンパワーに近いために、スペクトルの中心部分は基本ソリトンに近い形に収束する。したがって、バンドパス光フィルタ１３の透過帯域をこのスペクトルの中心部分に設定し、光パワー信号のスペクトル幅の揺らぎ成分（雑音）を切り落とすことにより、光パルス信号４およびそのスペクトル８に示すように、スペクトル幅の揺らぎに変換された強度雑音成分（ＡＳＥ光成分）を取り除くことができる。
【００１６】
このときバンドパス光フィルタ１３の透過帯域幅δνを
δν＝０．４４／Ｔ０（光パルスの波形をガウス分布とする場合）
δν＝０．３１／Ｔ０（光パルスの波形をｓｅｃｈ２とする場合）
の関係を満たす値に設定すると、バンドパス光フィルタ１３から出力される光パルスはトランスフォームリミットパルス（変換限界パルス：与えられたスペクトル幅から得られる最短のパルス幅をもつパルス）となり、ＡＳＥ光成分のない元の光パルス波形を効果的に復元できる。
【００１７】
本発明の構成によれば、上述のようにして光増幅器１１のＡＳＥ光による雑音成分は除去され、バンドパス光フィルタ１３を通過後の光パルス信号のＳ／Ｎは改善される。従って、非線形光学媒質１４を通過する光パルス信号には光増幅器１１に起因する雑音成分はなく、図１のスペクトル９に示すように、発生するスーパーコンティニウム光のＳ／Ｎは大幅に改善され、個々の縦モードも雑音を含まない光信号となる。
【００１８】
このときに非線形光学媒質１４に入力される光パルスのピークパワーは、非線形光学媒質１４でスペクトル幅拡大に必要な入力光パルスのピークパワーよりも大きいことが必要である。よって、異常分散光導波路１２から出力される光パルス信号のピークパワーは、非線形光学媒質１４でスペクトル幅拡大に必要な入力光パルスのピークパワーよりも大きく、基本ソリトンパワーよりも大きく、かつ基本ソリトンパワーの２倍以下になるように光増幅器１１の利得を設定する必要がある。
【００１９】
さらに、非線形光学媒質１４に入力される光パルスのピークパワーが大きすぎると、非線形光学効果が起こりすぎて、発生するスーパーコンティニウム光に非線形光学効果による雑音成分が重畳されることになる。よって、非線形光学媒質１４に入力される光パルスのピークパワーを適切な値に設定する必要がある。このため、光強度制御手段１５を追加して、非線形光学媒質１４に入力される光パルスのピークパワーが、スペクトル幅拡大に必要な入力光パルスのピークパワーよりも大きく、かつ非線形光学効果が起こりすぎてスーパーコンティニウム光のＳ／Ｎが劣化するようになるピークパワー以下になるように光強度制御手段１５により制御することが有効となる。
【００２０】
なお、この異常分散光導波路１２とバンドパス光フィルタ１３による強度雑音の除去技術については特許文献３において発明されている。
【００２１】
また、異常分散光導波路１２に入射する光パルス信号の入射ピークパワー並びに出射ピークパワーを上述のような設定値に制御するため、光増幅器１１の出力光パルス信号、または異常分散光導波路１２の出力光パルス信号、またはバンドパス光フィルタの出力光パルス信号の光パワーをモニタし、光増幅器１１の利得を調整する利得制御手段（図示しない）を光増幅器１１に接続しても好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明の多波長光源は、従来、光増幅器と非線形光媒質を用いて短パルス光源を多波長化する際に生じていたＡＳＥによる雑音成分を、光増幅器と非線形光媒質の間に介在させた異常分散光導波路の非線形光学効果を利用して低減するようにしているので、比較的簡単な構成で、増幅器で付加されるＡＳＥによる雑音成分を除去し、出力される多波長光のＳ／Ｎを向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図２は本発明の多波長光源の第１の実施形態を示す。この多波長光源は、繰り返し周波数に等しい周波数間隔の縦モードで構成された光パルス信号を発生する短パルス光源２０と、希土類添加光ファイバ等を用いた光ファイバ増幅器２１と、ファイバ長が光パルス信号に対するソリトン周期よりも長く、平均の波長分散が異常分散になる特性を有する異常分散光ファイバ２２と、光パルス信号の中心波長を含む所定の透過帯域を有するバンドパス光フィルタ２３と、光パルス信号のスペクトル幅を拡大する非線形光ファイバ２４とをこの順序で縦続接続して構成される。ここで、異常分散光ファイバ２２に入射する光パルス信号のピークパワーを基本ソリトンパワーよりも大きく基本ソリトンパワーの２倍以下で、かつ光パルス信号が後段の非線形光ファイバ２４を伝搬中に非線形光学効果によりスペクトル幅が拡大するのに必要な光ピークパワー以上となるように、光ファイバ増幅器２１の利得を設定する。
【００２４】
また、通常の単一モードファイバの分散値は波長１５５０ｎｍ付近で約１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるので、異常分散光ファイバ２２として通常の単一モード光ファイバを使用することができる。
【００２５】
バンドパス光フィルタ２３としては、短パルス光源２０からの光パルス信号のスペクトル帯域を透過し、強度雑音成分が変換されたスペクトル幅の揺らぎ成分（雑音）を切り取るような透過特性を持つ光フィルタであればよく、例えばファブリペローエタロンフィルタなどを用いることができる。このバンドパス光フィルタ２３の透過帯域の中心が光パルス信号５の中心波長で、その透過帯域幅を０．４４／Ｔ０、または０．３１／Ｔ０（Ｔ０は光パルス信号１のパルス幅）に設定すると、バンドパス光フィルタ２３の出力光はトランスフォームリミットパルスとなり、ＡＳＥ光成分の影響のない元の光パルス波形を復元した増幅された光パルス信号４を得ることができる。
【００２６】
短パルス光源２０としては、モード同期半導体レーザを用いたデバイスや、単一波長のＣＷ光（同じレベルで連続して発生するレーザ光・搬送波）を位相変調したものに波長分散を付与してパルス化するデバイスなどが適用できる。
【００２７】
非線形光ファイバ２４としては、様々な光ファイバを使用でき、正常分散特性の光ファイバや異常分散特性の光ファイバ、分散平坦特性のある光ファイバなどが使用できるが、より効率的にスーパーコンティニウム光を発生するためには長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバを用いるのが好ましい。
【００２８】
本実施形態の回路の動作原理については、[課題を解決するための手段]の欄で説明しているので省略する。
【００２９】
光パルス信号の中心波長を１５６７ｎｍ、パルス幅を５ｐｓｅｃとし、異常分散光ファイバ２２として単一モードファイバ（分散が１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）を使用した場合について、シミュレーションにより光パルス信号のＳ／Ｎ改善効果を調べたところ、単一モードファイバ２２の直前に比べて、バンドパス光フィルタ２３を通過後の光パルス信号のＳ／Ｎが改善されていることを確認できた。
【００３０】
（第２の実施形態）
図３は本発明の多波長光源の第２の実施形態を示す。第２の実施形態は上記の第１の実施形態の非線形光ファイバ２４の前段に光強度制御手段としての可変光減衰器２５を設置したものである。この可変光減衰器２５により、光パルス信号が後段の非線形光ファイバ２４を伝搬中に非線形光学効果によりスペクトル幅が拡大するのに必要な光ピークパワー以上で、かつ非線形光学効果が起こりすぎてスーパーコンティニウム光のＳ／Ｎが劣化するようになるピークパワー以下になるように、非線形光ファイバ２４に入力する光パルス信号のピークパワーを制御することができる。
【００３１】
（他の実施形態）
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、特許請求の範囲の記載内であれば、その構成部材等の均等物への置換、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。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の多波長光源は、ＷＤＭ（波長多重）通信用光源のほか、次世代光通信用光部品・光装置の評価・較正・監視・追跡用光源としての使用も可能であり、高速・大容量のＷＤＭ通信の発展に大いに寄与すると期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の多波長光源の構成と各区間の光スペクトルを示す図である。
【図２】本発明の多波長光源の第１の実施形態における構成と各区間の光スペクトルを示す図である。
【図３】本発明の多波長光源の第２の実施形態における構成と各区間の光スペクトルを示す図である。
【図４】従来の第１の多波長光源の構成と各区間の光スペクトルを示す図である。
【図５】従来の第２の多波長光源の構成と各区間の光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１〜４  光パルス信号の時間波形
６〜８  光パルス信号１〜４に対応するスペクトル波形（包絡線）
９  発生するスーパーコンティニウム光（多波長光）のスペクトル波形（包絡線）
１０  短パルス光源
１１  光増幅器
１２  異常分散光導波路
１３  バンドパス光フィルタ
１４  非線形光学媒質
１５  光強度制御手段
２０  短パルス光源
２１  光ファイバ増幅器
２２  異常分散光ファイバ
２３  バンドパス光フィルタ
２４  非線形光ファイバ
２５  可変光減衰器
３０  短パルス光源
３１  光増幅器
３２  非線形光ファイバ
３３  バンドパス光フィルタ
１０１〜１０２  理想のスペクトル波形（包絡線）
１０３  理想のスーパーコンティニウム光（多波長光）のスペクトル波形（包絡線）
１０４、１０６，１０７  実際のスペクトル波形（包絡線）
１０５、１０８  実際に発生するスーパーコンティニウム光（多波長光）のスペクトル波形（包絡線）
【図１】
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【図２】
2007178681.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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