(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散減少ファイバおよび分散非対称非線形ループミラーを用いた光パルス圧縮方法において、
前記分散減少ファイバへの入力パワーＰi と、それに対する前記分散非対称非線形ループミラーの出力パワーＰo(Pi) を測定し、
測定された前記入力パワーＰi に対する前記出力パワーＰo(Pi) がほぼ最大値を示し、また測定された前記入力パワーＰi および出力パワーＰo(Pi) を用いてＬ(Pi)＝10log[Ｐo(Pi)/Ｐi]で表される透過損失Ｌ(Pi)がほぼ最低損失（０dBに最も近い損失）を示すＰi の値を求め、
前記求められたＰi を前記分散減少ファイバへの入力パワーとして設定する
ことを特徴とする光パルス圧縮方法。
【請求項２】
測定された前記入力パワーＰi および出力パワーＰo(Pi) から透過損失Ｌ(Pi)＝10log[Ｐo(Pi)/Ｐi]を求め、前記入力パワーＰi に対する透過損失Ｌ(Pi)の最低損失（０dBに最も近い損失の値）Ｌmin を求め、Ｌmin ＞Ｌ(Pi)＞Ｌmin −１[dB]の関係を満たす入力パワーＰi の値を求めて設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の光パルス圧縮方法。
【請求項３】
測定された前記入力パワーＰi および出力パワーＰo(Pi) から透過損失Ｌ(Pi)＝10log[Ｐo(Pi)/Ｐi]を求め、前記入力パワーＰi に対する透過損失Ｌ(Pi)の最低損失（０dBに最も近い損失の値）Ｌmin を求め、Ｌmin ＞Ｌ(Pi)＞Ｌmin −0.5[dB] の関係を満たす入力パワーＰi の値を求めて設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の光パルス圧縮方法。
【請求項４】
前記入力パワーＰi に対する出力パワーＰo(Pi) の最大値Ｐmax を求め、Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −２[dBm] の関係を満たす入力パワーＰi の値を求めて設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の光パルス圧縮方法。
【請求項５】
前記入力パワーＰi に対する出力パワーＰo(Pi) の最大値Ｐmax を求め、Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −１[dBm] の関係を満たす入力パワーＰi の値を求めて設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の光パルス圧縮方法。
【請求項６】
前記入力パワーＰi に対する出力パワーＰo(Pi) の最大値Ｐmax を求め、Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −0.5[dBm]の関係を満たす入力パワーＰi の値を求めて設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の光パルス圧縮方法。
【請求項７】
分散減少ファイバおよび分散非対称非線形ループミラーを用いた光パルス圧縮器において、
前記分散減少ファイバへの入力パワーＰi と、それに対する前記分散非対称非線形ループミラーの出力パワーＰo(Pi) を測定する測定手段と、
測定された前記入力パワーＰi に対する前記出力パワーＰo(Pi) がほぼ最大値を示し、また測定された前記入力パワーＰi および出力パワーＰo(Pi) を用いてＬ(Pi)＝10log[Ｐo(Pi)/Ｐi]で表される透過損失Ｌ(Pi)がほぼ最低損失（０dBに最も近い損失）を示すＰi の値を算出する算出手段と、
前記算出されたＰi を前記分散減少ファイバへの入力パワーとして設定する設定手段と
を備えたことを特徴とする光パルス圧縮器。
【請求項８】
前記算出手段は、測定された前記入力パワーＰi および出力パワーＰo(Pi) から透過損失Ｌ(Pi)＝10log[Ｐo(Pi)/Ｐi]を求め、前記入力パワーＰi に対する透過損失Ｌ(Pi)の最低損失（０dBに最も近い損失）Ｌmin を求め、Ｌmin ＞Ｌ(Pi)＞Ｌmin −１[dB]の関係を満たす入力パワーＰi の値を算出する構成である
ことを特徴とする請求項７に記載の光パルス圧縮器。
【請求項９】
前記算出手段は、測定された前記入力パワーＰi および出力パワーＰo(Pi) から透過損失Ｌ(Pi)＝10log[Ｐo(Pi)/Ｐi]を求め、前記入力パワーＰi に対する透過損失Ｌ(Pi)の最低損失（０dBに最も近い損失）Ｌmin を求め、Ｌmin ＞Ｌ(Pi)＞Ｌmin −0.5[dB] の関係を満たす入力パワーＰi の値を算出する構成である
ことを特徴とする請求項７に記載の光パルス圧縮器。
【請求項１０】
前記算出手段は、前記入力パワーＰi に対する出力パワーＰo(Pi) の最大値Ｐmax を求め、Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −２[dBm] の関係を満たす入力パワーＰi の値を算出する構成である
ことを特徴とする請求項７に記載の光パルス圧縮器。
【請求項１１】
前記算出手段は、前記入力パワーＰi に対する出力パワーＰo(Pi) の最大値Ｐmax を求め、Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −１[dBm] の関係を満たす入力パワーＰi の値を算出する構成である
ことを特徴とする請求項７に記載の光パルス圧縮器。
【請求項１２】
前記算出手段は、前記入力パワーＰi に対する出力パワーＰo(Pi) の最大値Ｐmax を求め、Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −0.5[dBm]の関係を満たす入力パワーＰi の値を算出する構成である
ことを特徴とする請求項７に記載の光パルス圧縮器。
【請求項１３】
前記設定手段は、前記分散減少ファイバの前段に可変利得光増幅器と、前記算出手段により算出されたＰi と前記測定手段で測定されたＰi が一致するように前記可変利得光増幅器の利得を制御する利得制御手段を備えた
ことを特徴とする請求項７〜１２のいずれかに記載の光パルス圧縮器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超高速光通信または超高速光測定などに使用される超短光パルス発生技術において、1550ｎｍ帯でフェムト秒パルス列を高繰り返しで安定に発生する光パルス圧縮方法および光パルス圧縮器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高繰り返し（例えば10ＧHz）の短パルス光源から直接得られる短光パルスのパルス幅を１ｐｓ以下にすることは、現状では困難である。このため、光源の出力光パルスを圧縮する方法がとられる。
【０００３】
光パルス圧縮技術にはさまざまな方法が提案されているが、最も実用的なのは長手方向に異常分散値が徐々に減少する分散減少ファイバ（ＤＤＦ：Dispersion Decreasing Fiber)を用いる方法である。光ソリトンパルスが分散減少ファイバを断熱的に伝搬した場合、光ソリトンのパルス幅ｔS が分散β2 の絶対値に比例する（ｔS ＝ｋ｜β2 ｜、ｋは定数）ので、自動的に光パルス圧縮される。この原理を図４に示す。
【０００４】
しかし、入力パルスが理想的な光ソリトンパルスではないこと、また圧縮が完全に断熱的に起きないことなどから、完全な光パルス圧縮は現状では困難である。不完全な光パルス圧縮が起きた場合、入力パルスの一部が圧縮されて超短光パルスに変換されるが、圧縮されない成分は時間幅が長いペデスタル成分として超短光パルスの裾の部分に残る。このペデスタル成分は、スペクトル領域では図５に示すように、超短光パルスの広い帯域の中心付近に存在する狭帯域のスパイク成分として現れる。
【０００５】
このようなペデスタル成分は、応用の面で多くの問題の原因になる。例えば、圧縮された光パルスを超高速時間多重伝送に使用した場合には、ペデスタル成分により隣接するパルス間に干渉が生じて伝送特性を劣化させる。また、圧縮された光パルスの広いスペクトルから多波長で狭帯域の光パルスを同時に発生させる場合には、スペクトルの中心付近にスパイク成分が存在するので、この波長領域で信号を切り出すことができない。さらに、ＥＯサンプリング測定器の場合には、ペデスタル成分により測定分解能が制限される。
【０００６】
このペデスタル成分を低減させる方法としては、分散減少ファイバ（ＤＤＦ）の出力側で分散非対称非線形ループミラー（ＤＩ−ＮＯＬＭ：Dispersion Imbalanced Nonlinear Optical Loop Mirror)を用いる構成が提案されている。このＤＩ−ＮＯＬＭを用いた光パルス圧縮器の構成例を図６に示す（特開２０００−２１４４９９号公報（光パルス圧縮器））。
【０００７】
図６において、１０は入力端子、１１は光増幅器、１２は分散減少ファイバ（ＤＤＦ）、１３〜１６はＤＩ−ＮＯＬＭを構成し、１３は２入力２出力で結合率が50％の光方向性結合器、１４は高分散ファイバ、１５は非線形ファイバ、１６は分散補償ファイバ、１７は出力端子である。入力端子１０には、光増幅器１１、分散減少ファイバ１２を介して光方向性結合器１３の入力ポート▲１▼が接続される。光方向性結合器１３の出力ポート▲２▼，▲３▼は、高分散ファイバ１４および非線形ファイバ１５を介してループ状に接続される。光方向性結合器１３の入力ポート▲４▼には、分散補償ファイバ１６を介して出力端子１７が接続される。
【０００８】
分散減少ファイバ１２に光ソリトンを入射すると、上述したように光ソリトンのパルス幅が圧縮され、図４に示すような時間波形で高いピーク強度の信号成分とペデスタル成分を有する超短光ソリトンが発生する。この超短光ソリトンをＤＩ−ＮＯＬＭに入力すると、時計方向と反時計方向に伝搬する成分に分配されてループを伝搬する。
【０００９】
時計方向に伝搬する高いピーク強度の光パルス（図中実線で示す）は高分散ファイバ１４によりパルス幅が広がり、非線形ファイバ１５を低いピーク強度で伝搬するので非線形位相シフトが生じない。また、反時計方向に伝搬する同光パルスは、非線形ファイバ１５を高いピーク強度のまま伝搬するので非線形位相シフトが生じる。この２つの光パルスが光方向性結合器１３で干渉すると、その位相差によりＤＩ−ＮＯＬＭを透過（入力ポート▲４▼から出力）する自己スイッチングが起こる。透過率は位相差に対して正弦波的に変化し、位相差がπである場合ほぼ 100％透過する。出力される光パルスは高分散ファイバ１４によりチャープしているので、超短光パルスを得るためにチャープを補償する分散補償ファイバ１６が用いられる。
【００１０】
一方、ペデスタル成分（図中破線で示す）はパルス幅が広いので、高分散ファイバ１４によるパルス広がりは小さく、時計方向と反時計方向に伝搬するペデスタル成分は、ほぼ同等な強度で非線形ファイバ１５を伝搬するため非線形効果による位相差は生じない。したがって、光方向性結合器１３により干渉した際にペデスタル成分は入力ポート▲１▼に戻り、入力ポート▲４▼から出力される光パルス（信号成分）から取り除かれる。
【００１１】
ここで、分散減少ファイバ（ＤＤＦ）１２のみを用いた場合、および図６に示す分散減少ファイバ（ＤＤＦ）１２とＤＩ−ＮＯＬＭを組み合わせた場合における光パルスの自己相関波形およびスペクトルを図７に示す。ＤＤＦのみを用いた場合には、大きなペデスタル成分およびスペクトルスパイクが存在するが、ＤＩ−ＮＯＬＭとの組み合わせにより、ペデスタル成分が−40ｄＢ以下に低減されていることがわかる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図６に示すＤＩ−ＮＯＬＭを用いた光パルス圧縮器では、光パルスの入力パワーの大きさが出力光パルス列の安定性に影響を与えることが確認されている。すなわち、入力パワーの最適値が存在している。しかし、最適な入力パワーは、入力パルス列のパルス幅、チャープ、および繰り返し周波数に応じて大きく変化するので、通常は図６に示す光パルス圧縮器の出力端子１７に、図８に示すようにサンプリングオシロスコープ１８を接続し、出力光パルス列の電気波形の安定性を監視する必要があった。
【００１３】
図９は、出力光パルス列の電気波形を示す。(a) は入力パワーが低すぎる場合であり、ＤＤＦによるパルス圧縮およびＤＩ−ＮＯＬＭ内のスイッチングが不十分であるために、出力光パルス列が不安定になっている。(b) は入力パワーが最適な場合であり、出力光パルス列が安定になっている。(c) は入力パワーが高すぎる場合であり、圧縮およびスイッチングの動作が不安定になり、出力光パルス列の安定性が崩れてきている。
【００１４】
このように、光パルス圧縮器の最適動作条件を求めるためには、出力光パルス列の安定性を測定する必要がある。そのためにサンプリングオシロスコープが必要になると、装置が高価になるばかりでなく、光パルス圧縮器を単純な操作で動作する単体装置として用いることができなくなる問題が生じる。
【００１５】
本発明は、分散減少ファイバ（ＤＤＦ）および分散非対称非線形ループミラー（ＤＩ−ＮＯＬＭ）を用いた光パルス圧縮器において、出力光パルス列の安定性、パルス波形、スペクトルなどを確認するための測定器を用いず、簡単な構成で最適な入力パワーを設定し、出力光パルス列の安定性を確保することができる光パルス圧縮方法および光パルス圧縮器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光パルス圧縮器の分散減少ファイバへの入力パワーＰi と、それに対する分散非対称非線形ループミラー（ＤＩ−ＮＯＬＭ）の出力パワーＰo(Pi) を測定し、光パルス圧縮器の透過損失Ｌ(Pi)＝10log[Ｐo(Pi)/Ｐi]を求め、Ｐi に対するＰo(Pi) およびＬ(Pi)の変化を基に、出力光パルス列が安定になるＰi の値を求めて設定することを特徴とする。
【００１７】
ここで、設定する入力パワーＰi は、Ｐi に対するＰo(Pi) がほぼ最大値を示し、またＬ(Pi)がほぼ最低損失（０dBに最も近い損失）を示す（飽和する）ところが最適値であり、出力光パルス列が安定になることが実験的に確認されており、本発明はこの知見に基づいてＰi を設定するものである。
【００１８】
なお、Ｐi に対するＬ(Pi)の最低損失をＬmin とすると、Ｌ(Pi)がほぼ最低損失を示す範囲として、
Ｌmin ＞Ｌ(Pi)＞Ｌmin −１[dB]
の関係を満たす入力パワーＰi を設定する。さらに、
Ｌmin ＞Ｌ(Pi)＞Ｌmin −0.5[dB]
の範囲に限定してもよい。
【００１９】
また、Ｐi に対するＰo(Pi) の最大値をＰmax とすると、Ｐo(Pi) がほぼ最大値を示す範囲として、
Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −２[dBm]
の関係を満たす入力パワーＰi を設定する。さらに、
Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −１[dBm] あるいは、
Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −0.5[dBm]
の範囲に限定してもよい。
【００２０】
さらに、Ｌ(Pi)およびＰo(Pi) が同時に上記条件をみたす入力パワーＰi を設定してもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光パルス圧縮器の第１の実施形態を示す。
図において、光パルス圧縮器を構成する入力端子１０、光増幅器１１、分散減少ファイバ１２、結合率50％の光方向性結合器１３、高分散ファイバ１４、非線形ファイバ１５、分散補償ファイバ１６、出力端子１７は従来と同様の構成であり、光方向性結合器１３、高分散ファイバ１４、非線形ファイバ１５、分散補償ファイバ１６により分散非対称非線形ループミラー（ＤＩ−ＮＯＬＭ）が構成されている。ここでは、ＤＩ−ＮＯＬＭのループのバイアスを設定する偏波コントローラ２１がループ内に配置される。この偏波コントローラ２１は、外部から偏波調整が可能になっている。また、光増幅器１１は、例えば高出力エルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用い、外部から利得調整が可能になっている。すなわち、光増幅器１１の利得を調整することにより、分散減少ファイバ１２への入力パワーを可変させる構成になっている。
【００２２】
本実施形態の特徴は、分散減少ファイバ１２の入力側にタップカプラ２２を挿入し、分散非対称非線形ループミラー（ＤＩ−ＮＯＬＭ）の出力側にタップカプラ２３を挿入し、それぞれ入出力光の10％程度を分岐してパワーメータ２４，２５に入力する。各パワーメータで測定された分散減少ファイバ１２の入力パワーＰi と、それに対するＤＩ−ＮＯＬＭの出力パワーＰo(Pi) がマイクロコンピュータ２６に入力され、光パルス圧縮器の透過損失Ｌ(Pi)
Ｌ(Pi)＝10log[Ｐo(Pi)/Ｐi]
が計算される。
【００２３】
図２は、Ｐi に対するＰo(Pi) およびＬ(Pi)の変化を示す。また、図２には、図９(a),(b),(c) に対応する各入力パワーの値を示す。ここでは、繰り返し周波数10ＧHz、パルス幅３ｐｓの光パルス列を本実施形態の光パルス圧縮器に入力し、入力パワーＰi を変化させながら出力光パルス列の電気波形をサンプリングオシロスコープで測定した。
【００２４】
分散減少ファイバ１２およびＤＩ−ＮＯＬＭの透過特性には、パルス圧縮およびスイッチングが起きる閾値が存在するので、Ｐi に対するＰo(Pi) およびＬ(Pi)の変化は非線形である。また、図９(b) のような最適なパルス圧縮およびスイッチングが起こるＰi の付近では、Ｐi に対するＰo(Pi) がほぼ最大値を示し、Ｌ(Pi)がほぼ最低損失（０dBに最も近い損失）を示す（飽和している）ことがわかる。
【００２５】
また、入力パルス列のパルス幅や繰り返し周波数などが変化すると、Ｐo(Pi) およびＬ(Pi)のＰi に対する依存性の絶対値が変化するが、定性的な特性は変わらない。これにより、Ｐo(Pi) がほぼ最大値を示し、Ｌ(Pi)がほぼ最低損失を示す（飽和する）ところで入力パワーＰi を設定すれば、光パルス圧縮器の動作条件を最適化することができる。すなわち、Ｐi とＰo(Pi) を測定してＬ(Pi)を算出し、Ｐi に対するＰo(Pi) およびＬ(Pi)の変化を基に入力パワーＰi の最適値を見つけて設定すれば、サンプリングオシロスコープで出力光パルス列を観測しなくても、安定した出力光パルス列を得ることができる。
【００２６】
なお、Ｐi に対するＬ(Pi)の最低損失をＬmin としたときに、Ｌ(Pi)がほぼ最低損失を示す範囲として、
Ｌmin ＞Ｌ(Pi)＞Ｌmin −１[dB]
あるいは、
Ｌmin ＞Ｌ(Pi)＞Ｌmin −0.5[dB]
の範囲に設定する。
【００２７】
また、Ｐi に対するＰo(Pi) の最大値をＰmax としたときに、Ｐo(Pi) がほぼ最大値を示す範囲として、
Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −２[dBm]
あるいは、
Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −１[dBm]
あるいは、
Ｐmax ＞Ｐo(Pi) ＞Ｐmax −0.5[dBm]
の範囲に設定する。
【００２８】
分散減少ファイバ１２への入力パワーＰi の設定は、光増幅器１１の利得を制御することにより可能である。また、光増幅器１１の利得制御は、マイクロコンピュータ２６の外部にＰi に対するＰo(Pi) およびＬ(Pi)の変化を表示させ、その表示に従って最適な入力パワーＰi になるようにマニュアルで行うことができる。
【００２９】
図３は、本発明の光パルス圧縮器の第２の実施形態を示す。図において、基本構成は第１の実施形態と同様である。ここでは、マイクロコンピュータ２６は最適な入力パワーＰi の値を出力する。利得制御回路２７は、その値とパワーメータ２４に測定される入力パワーＰi とを比較し、その誤差に応じて光増幅器１１の利得を制御する。これによりすべての処理を自動的に行うことができる。なお、利得制御回路２７の利得制御部は光増幅器１１として例えばエルビウム添加ファイバ増幅器を用いる場合には励起光パワーを制御する構成としてもよい。
【００３０】
ここで、第１の実施形態および第２の実施形態を構成する各部の具体的数値例を示す。分散減少ファイバ１２およびＤＩ−ＮＯＬＭとして分散フラットな特性のものを用いると、波長範囲1533〜1565ｎｍ内でパルス圧縮を行うことができる。波長1550ｎｍでは、分散減少ファイバ１２の入力分散値が10ps/nm/km、出力分散値が約１ps/nm/kmであり、長さが1106ｍ、モード径が６μｍである。ＤＩ−ＮＯＬＭのループの部分は、通常の分散シフトファイバから構成された光方向性結合器１３と、長さ１ｍ、分散値16ps/nm/kmの単一モードファイバを用いた高分散ファイバ１４と、長さ100 ｍ、異常分散値0.04ps/nm/kmの分散フラットな非線形ファイバ１５から構成される。非線形ファイバ１５の長さ、非線形定数および分散値は、分散減少ファイバ１２から出力された光パルスを効率的にスイッチングするように選択される。すなわち、分散減少ファイバ１２のみを用いてパルス圧縮を行った場合に、最短パルス幅およびそれに対応するパワーから非線形ファイバ１５を伝搬する光パルスのピークパワーを予測し、非線形位相シフト量πを得るために必要な非線形ファイバ１５が用いられる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分散減少ファイバとＤＩ−ＮＯＬＭを用いた光パルス圧縮方法および光パルス圧縮器は、出力光パルス列の安定性、パルス波形、スペクトルなどを確認するための測定器を用いず、簡単な構成で最適な入力パワーを設定して安定した出力光パルス列を得ることができる。これにより、サンプリングオシロスコープなどの高価な測定器が不要となり、低コストでかつ操作性のよい光パルス圧縮方法および光パルス圧縮器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光パルス圧縮器の第１の実施形態を示す図。
【図２】Ｐi に対するＰo(Pi) およびＬ(Pi)の変化を示す図。
【図３】本発明の光パルス圧縮器の第２の実施形態を示す図。
【図４】分散減少ファイバによる光パルス圧縮原理を示す図。
【図５】分散減少ファイバて圧縮された出力パルスのスペクトルを示す図。
【図６】ＤＩ−ＮＯＬＭを用いた光パルス圧縮器の構成例を示す図。
【図７】従来の光パルス圧縮器における光パルスの自己相関家計およびスペクトルを示す図。
【図８】従来の光パルス圧縮器における出力光パルスの監視構成例を示す図。
【図９】出力光パルス列の電気波形を示す図。
【符号の説明】
１０  入力端子
１１  光増幅器
１２  分散減少ファイバ
１３  結合率50％の光方向性結合器
１４  高分散ファイバ
１５  非線形ファイバ
１６  分散補償ファイバ
１７  出力端子
２１  偏波コントローラ
２２，２３  タップカプラ
２４，２５  パワーメータ
２６  マイクロコンピュータ
２７  利得制御回路
【図１】
0003936850.tif 000002
【図２】
0003936850.tif 000003
【図３】
0003936850.tif 000004
【図４】
0003936850.tif 000005
【図５】
0003936850.tif 000006
【図６】
0003936850.tif 000007
【図７】
0003936850.tif 000008
【図８】
0003936850.tif 000009
【図９】
0003936850.tif 000010