(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス光を発生するパルス光源と、
２入力２出力を有する光合分波器であって、前記２入力の一方が前記パルス光源と接続された光合分波器と、
２入力２出力を有する可変光遅延線回路であって、２入力２出力を有する複数の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計を含み、前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の１つが有する２出力の一方が、前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の他の１つが有する２入力の一方と縦続接続され、前記可変光遅延線回路の２入力の一方が前記光合分波器の２出力の一方と接続された可変光遅延線回路と、
少なくとも１つの光排他的論理和回路であって、該光排他的論理和回路の入力が、前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の出力のうち未接続となっている出力とそれぞれ接続された光排他的論理和回路と
を備え、前記光排他的論理和回路の出力の一つは、前記光合分波器の２入力の他方と接続されていることを特徴とする光パルスパターン発生器。
【請求項２】
前記光排他的論理和回路は縦続接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光パルスパターン発生器。
【請求項３】
前記光排他的論理和回路の入力および出力は２であり、前記光排他的論理和回路の数は前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の数よりも１つ少ないことを特徴とする請求項１に記載の光パルスパターン発生器。
【請求項４】
前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計は、
２入力２出力を有する第１の結合率可変方向性結合器、および
前記第１の結合率可変方向性結合器と長さの異なる２本の光導波路を用いて接続された２入力２出力を有する第２の結合率可変方向性結合器を含む少なくとも１つの特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計
を有することを特徴とする請求項１に記載の光パルスパターン発生器。
【請求項５】
前記特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の１つが有する２出力の一方と、前記特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の他の１つが有する２入力の一方とが縦続接続されていることを特徴とする請求項４に記載の光パルスパターン発生器。
【請求項６】
前記第１または第２の結合率可変方向性結合器は、２つの前記特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計により共用されていることを特徴とする請求項４に記載の光パルスパターン発生器。
【請求項７】
光が伝送される部分の少なくとも１箇所に光増幅器が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光パルスパターン発生器。
【請求項８】
前記光合分波器は対称マッハツェンダ型干渉計であることを特徴とする請求項１に記載の光パルスパターン発生器。
【請求項９】
前記光排他的論理和回路は対称マッハツェンダ型干渉計であることを特徴とする請求項１に記載の光パルスパターン発生器。
【請求項１０】
前記可変光遅延線回路、前記光合分波器または前記光排他的論理和回路の出力に光ゲート素子が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の光パルスパターン発生器。
【請求項１１】
パルス光を発生するパルス光源と、
前記パルス光源の後段に接続された光合分波器と、
前記光合分波器に接続された可変光遅延線回路と、
前記可変光遅延線回路の途中および最終段に接続された光排他的論理和回路とを備え、
前記光排他的論理和回路は前記光合分波器に接続されていることを特徴とする光パルスパターン発生器。
【請求項１２】
光パルスから光ランダムパターンパルス列を発生させる光パルスパターン発生方法であって、
パルス光源から発生したパルス光を、光合分波器を介して、複数の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計を含む可変光遅延線回路に入射するステップと、
前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の各々から出力されたパルス光を、光排他的論理和回路を介して、前記光合分波器に出力するステップと、
前記光合分波器に出力されたパルス光を用いて、前記可変光遅延線回路、前記光合分波器、または前記光排他的論理和回路からランダムパルス列を出力するステップと
を備えることを特徴とする光パルスパターン発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光パルスパターン発生器に関し、より詳細には、光通信分野において、光ラベル用パルス列の生成および素子評価用光ランダムパターンパルス列の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。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムの大容量化が進み、１波当たり４０Ｇｂ／ｓの高速伝送システムの実用化も近い。さらに、１波当たり１００Ｇｂ／ｓ以上の次世代超高速伝送システムの研究開発も、日米欧の主要キャリア、ベンダで進められている。また、光信号の全光ルーティングを行う光ネットワークシステムの研究開発も精力的に進められている。高速伝送システムにおいては、高速光ランダムパターンパルス列を用いた光システム・デバイスの評価が、光ネットワークシステムにおいては、光パケット用高速ラベルパルス列の生成が必須である。
【０００３】
上記用途に用いる光パルスパターン発生器として、従来では図１に示すものが用いられていた。図１に示す光パルスパターン発生器では、パルス光源１からの周期Ｔのパルス光を入力部２に入射し、光分波器３で分波した後、各パルス光は光導波路４−１〜４−Ｎ（Ｎ：２以上の整数）を通過し、光スイッチ５−１〜５−Ｎに導かれる。パルス光は、光スイッチ５−１〜５−Ｎのうちバー状態になっている光スイッチのみから遅延線６−１〜６−Ｎに導かれ、光合波器７で合波され出力部８から出力される。この場合、ｃを真空中の光速、ｎを遅延線の群屈折率として、遅延線６−１〜６−Ｎの長さの差はこの順に順次ｃＴ／（ｎＮ）ずつ増加しているものとすると、各光スイッチのバー状態（１）、クロス状態（０）に対応して、周期Ｔ、系列長Ｎの光ランダムパターンパルス列が生成される。
【０００４】
そのため上述した従来の方法では、周期Ｔ、系列長Ｎの光ランダムパターンパルス列を発生させる場合には、光スイッチおよび遅延線の数がそれぞれＮ個ずつ必要となり、素子数の増加に伴い素子サイズが増加し構成が煩雑となる。また１×Ｎの光分波器３、Ｎ×１の光合波器７が必要となり、損失が増加する。
【０００５】
例えば、非特許文献１には、光合分波器、遅延線アレイ、光スイッチアレイから構成される光部品に、繰り返しパルス光を入射する方法が記載されている。
【０００６】
また、非特許文献２には、電気パルスパターンを用いて光変調器を駆動し、ＣＷ光を変調する方法が記載されている。
【０００７】
さらに、特許文献１には、非線形光学効果に基づいた光排他的論理和素子と光ファイバ固定遅延線から構成される帰還シフトレジスタを用いる方法が報告されている。
【０００８】
【非特許文献１】
K. Habara et al., "Large-capacity WDM packet switching," Springer Photonic Networks (G. Prati Ed.), 1997, pp. 285-299
【０００９】
【非特許文献２】
R.J.S.Pedersen, B.F.Jorgensen, M.Nissov and He Yongqi, "10Gbit/s repeaterless transmission over 250km standard fibre" ELECTRONICS LETTERS, 7th November 1996, Vol. 32, No. 23, pp.2155-2156
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第５，２０８，７０５号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光合分波器、遅延線アレイ、光スイッチアレイから構成される光部品に、繰り返しパルス光を入射する方法の場合、必要系列長と同じ個数の遅延線、スイッチが必要となり、典型的な系列長においてサイズが大きくなり、構成が煩雑になる。また、合波器の入力ポート数、分波器の出力ポート数も系列長と等しくしなければならないので、系列長の増加と共に損失が増加する。
【００１２】
また、電気パルスパターンを用いて光変調器を駆動し、ＣＷ光を変調する方法の場合、電気領域でのパルスパターン発生器の動作速度の限界により、４０Ｇｂ／ｓを超えるパルスパターンの発生は困難である。
【００１３】
さらに、非線形光学効果に基づいた光排他的論理和素子と光ファイバ固定遅延線から構成される帰還シフトレジスタを用いる方法では、２種類のパルス光（クロックパルス、制御パルス）が必須であるため、構成が大型かつ複雑化する。また、非線形光学効果を利用するため動作可能なパルス光強度に条件が生じ、動作も不安定になる。さらに、光ファイバ固定遅延線を用いているため、遅延線長の精密調整が困難で、パルスパターン、パルス周期、ビットレートの可変も困難である。
【００１４】
上記のように、これまでは有効な高速光パルス列発生手段が報告されていなかった。そのため、小型かつ安定で、電気部品の速度に律速されない全光パルスパターン発生器の実現が望まれていた。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術に鑑みて成されたものであり、簡便な構成で低損失の光パルスパターン発生器を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の側面によれば、本発明に係る光パルスパターン発生器は、パルス光を発生するパルス光源と、２入力２出力を有する光合分波器であって、前記２入力の一方が前記パルス光源と接続された光合分波器と、２入力２出力を有する可変光遅延線回路であって、２入力２出力を有する複数の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計を含み、前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の１つが有する２出力の一方が、前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の他の１つが有する２入力の一方と縦続接続され、前記可変光遅延線回路の２入力の一方が前記光合分波器の２出力の一方と接続された可変光遅延線回路と、少なくとも１つの光排他的論理和回路であって、該光排他的論理和回路の入力が、前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の出力のうち未接続となっている出力とそれぞれ接続された光排他的論理和回路とを備え、前記光排他的論理和回路の出力の一つは、前記光合分波器の２入力の他方と接続されている。
【００１７】
ここで、前記光排他的論理和回路は縦続接続されているものとすることができる。
【００１８】
また、前記光排他的論理和回路の入力および出力は２であり、前記光排他的論理和回路の数は前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の数よりも１つ少ないものとすることができる。
【００１９】
また、前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計は、２入力２出力を有する第１の結合率可変方向性結合器、および前記第１の結合率可変方向性結合器と長さの異なる２本の光導波路を用いて接続された２入力２出力を有する第２の結合率可変方向性結合器を含む少なくとも１つの特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計を有するものとすることができる。
【００２０】
また、前記特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の１つが有する２出力の一方と、前記特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の他の１つが有する２入力の一方とが縦続接続されているものとすることができる。
【００２１】
また、前記第１または第２の結合率可変方向性結合器は、２つの前記特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計により共用されているものとすることができる。
【００２２】
また、前記光合分波器は対称マッハツェンダ型干渉計とすることができる。
【００２３】
また、光が伝送される部分の少なくとも１箇所に光増幅器が配置されているものとすることができる。
【００２４】
また、前記光排他的論理和回路は対称マッハツェンダ型干渉計とすることができる。
【００２５】
また、前記可変光遅延線回路、前記光合分波器または前記光排他的論理和回路の出力に光ゲート素子が接続されているものとすることができる。
【００２６】
本発明の第２の側面によれば、本発明に係る光パルスパターン発生器は、パルス光を発生するパルス光源と、前記パルス光源の後段に接続された光合分波器と、前記光合分波器に接続された可変光遅延線回路と、前記可変光遅延線回路の途中および最終段に接続された光排他的論理和回路とを備え、前記光排他的論理和回路は前記光合分波器に接続されている。
【００２７】
また、本発明の第３の側面によれば、本発明に係る光パルスパターン発生方法は、光パルスから光ランダムパターンパルス列を発生させる光パルスパターン発生方法であって、パルス光源から発生したパルス光を、光合分波器を介して、複数の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計を含む可変光遅延線回路に入射するステップと、前記縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の各々から出力されたパルス光を、光排他的論理和回路を介して、前記光合分波器に出力するステップと、前記光合分波器に出力されたパルス光を用いて、前記可変光遅延線回路、前記光合分波器、または前記光排他的論理和回路からランダムパルス列を出力するステップとを備えるものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２９】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１の実施の形態を示す。同図に示すように本実施の形態の光パルスパターン発生器は、パルス光源９、光導波路１０−１〜１０−４０、結合率可変方向性結合器１１−１〜１１−１２、３ｄＢ方向性結合器１２−１〜１２−４、導波路屈折率の制御部分１３−１〜１３−８、光増幅器１４から構成されている。
【００３０】
本実施の形態では、パルス光源９の後段に、光合分波器１０１として用いられる第１の対称マッハツェンダ型干渉計、第１、第２の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２，１０３が直列接続されている。そして、この２つの縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２，１０３は、各々の後段から、光排他的論理和回路１０４として用いられる第２の対称マッハツェンダ型干渉計、光増幅器１４を介して、第１の対称マッハツェンダ型干渉計１０１に接続され、これにより、フィードバックループが構成されている。各縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２，１０３の段数（特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の数）は、それぞれ３である。
【００３１】
２入力２出力の２つの縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２，１０３を縦続接続することにより、２入力２出力の可変光遅延線回路が構成されている。つまり、前段の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２の一方の出力ポートと、後段の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０３の一方の入力ポートとが縦続接続されて、２入力２出力の可変光遅延線回路が構成されている。
【００３２】
パルス光源９と、光合分波器１０１の一方の入力ポートとは、光導波路１０−１により接続されている。また、光合分波器１０１の一方の出力ポートと、可変光遅延線回路（縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２）の一方の入力ポートとは、光導波路１０−６により接続されている。また、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２の他方の出力ポートおよび縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０３の一方の出力ポートと、光排他的論理和回路１０４の入力ポートとは、光導波路１０−２１，１０−３６により接続されている。そして、光排他的論理和回路１０４の一方の出力ポートが、光導波路１０−４０，光増幅器１４および光導波路１０−２を介して、光合分波器１０１の他方の入力ポートに接続されている。図２では、光導波路１０−３５がオープンの出力ポート（出力部）となっている。
【００３３】
なお、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０３の他方の出力ポートと、光排他的論理和回路１０４の入力ポートとを、光導波路１０−３５により接続し、光導波路１０−３６をオープンの出力ポート（出力部）とするようにしてもよい。
【００３４】
各縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２，１０３は、それぞれ、３つの特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計により構成されている。各特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計は、入力側の２入力２出力の結合率可変方向性結合器（例えば１１−１）の２つの出力ポートと、出力側の２入力２出力の結合率可変方向性結合器（例えば１１−２）の２つの入力ポートとを、長さの異なる２本の光導波路（例えば１０−８，１０−９）を用いて接続することにより形成されている。そして、前段の特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の一方の出力ポートと、後段の特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の一方の入力ポートが縦続接続されている。
【００３５】
なお、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２，１０３を、それぞれ、１つの特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計により構成することもできる。
【００３６】
３ｄＢ方向性結合器１２−１〜１２−４は、図３に示すように、数μｍ角の２つの光導波路１５−１，１５−２を数μｍオーダで近接させ、近接させた部分の長さ（結合長）を調節することによって５０％パワー結合を実現している。近接型３ｄＢ方向性結合器では、透過波は反射波と比較して位相がπ／２シフトする。３ｄＢ方向性結合器はＭＭＩ（多モード干渉）カプラ構成で実現することも可能である。
【００３７】
結合率可変方向性結合器１１−１〜１１−１２は、図４（ａ）に示すように、対称マッハツェンダ型干渉計とすることによって構成可能である。結合率可変方向性結合器１１−１〜１１−１２は、光導波路１６−１〜１６−６、３ｄＢ方向性結合器１７−１，１７−２、導波路屈折率の制御部分１８を含んでいる。
【００３８】
図４（ｂ）、図４（ｃ）は、それぞれ、図４（ａ）に示す結合率可変方向性結合器を石英系ガラス導波路で構成した場合におけるｂ−ｂ断面図、ｃ−ｃ断面図を示す。
【００３９】
図４（ｂ）に示すように、結合率可変方向性結合器１１−１〜１１−１２はｂ−ｂ断面において、シリコン基板１９−１、アンダークラッド２０−１、オーバークラッド２２−１が積層されている。オーバークラッド２２−１内のアンダークラッド２０−１と接する側に、コア２１−１、２１−２が形成されている。また、図４（ｃ）に示すように、結合率可変方向性結合器１１−１〜１１−１２はｃ−ｃ断面において、シリコン基板１９−２、アンダークラッド２０−２、オーバークラッド２２−２が積層されている。オーバークラッド２２−２内のアンダークラッド２０−２と接する側に、コア２１−３、２１−４が形成されている。そして、オーバークラッド２２−２の上に、コア２１−３を加熱して導波路屈折率を制御するための薄膜ヒータ２３が設けられている。
【００４０】
制御部分１８を用いて導波路の位相を０から２πまで変化させた場合、対称マッハツェンダ型干渉計のスイッチング特性を用いて、入出力ポート間のパワー結合率を０から１００％の間での任意の値に設定可能である。作製誤差等により３ｄＢ方向性結合器のパワー結合率が５０％からずれた場合には図４（ａ）の構成で任意の結合率を得ることが困難になる。この場合、対称マッハツェンダ型干渉計を多段とする構成に置き換えることによって任意の結合率を得ることが可能となる。また図４（ａ）の対称マッハツェンダ型干渉計構成を用いることによって、光合分波器も実現できる。光合分波器として、方向性結合器構成を用いることも勿論可能である。
【００４１】
図２に戻ると、導波路屈折率の制御部分１３−１〜１３−８，１８は、被制御導波路部を例えばガラス導波路やポリマー導波路で構成した場合、薄膜ヒータ（熱光学効果）などを用いることができる。また、被制御導波路部を誘電体導波路、半導体導波路で構成した場合、電極（電気光学効果）などを用いることができる。
【００４２】
光増幅器１４は、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などの希土類ドープ光ファイバ増幅器、希土類ドープ光導波路、半導体レーザ増幅器（ＳＯＡ）などを用いることができる。
【００４３】
パルス光源９は、半導体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、またはＣＷ光源をＬＮなどの誘電体あるいはポリマー強度変調器、半導体ＥＡ変調器を用いてパルス化したものなどを用いることができる。
【００４４】
以下、図５（ａ）〜図５（ｅ）の説明図を用いて、図２に示す光パルスパターン発生器の動作を詳細に説明する。図５（ａ）は、パルス光源９の出射パルス（周期Δｔ）を示す。結合率可変方向性結合器１１−１〜１１−５，１１−７〜１１−１１として結合率が０％か１００％のスイッチング機能を用いることとする。また、結合率可変方向性結合器１１−６，１１−１２として結合率可変機能を用いることとする。いま、図２に示すように、各非対称マッハツェンダ型干渉計の上側と下側アームとの長さの差をΔＬｊ（ｊ＝１〜６）とする。この場合は、ΔＬｊを最小単位として、光導波路１０−６と光導波路１０−２０，１０−２１間で０〜（ΔＬ１＋ΔＬ２＋ΔＬ３）、光導波路１０−２０と光導波路１０−３５，１０−３６間で０〜（ΔＬ４＋ΔＬ５＋ΔＬ６）のアーム間可変遅延差を与えることができ、かつ光導波路１０−２１，１０−３６に到達するパルスの強度を同一に設定することができる。
【００４５】
なお、本実施形態の光パルスパターン発生器の動作には本質的に無関係である可変遅延線部以外での導波路長は、説明には用いていない。しかしながら図５の動作が成り立つような導波路長の調節は適宜行われており（例えば、光導波路１０−２１，１０−３６部分の長さを同一に設定している）、これは光導波路技術を用いれば容易なことである。
【００４６】
設計作製の段階で光路長を波長オーダで制御し、あるいは導波路屈折率の制御部分１３−８を駆動して光導波路１０−３７と光導波路１０−３８間の位相差をπ／２に設定した場合の対称マッハツェンダ型干渉計は、光排他的論理和回路として動作する。光導波路１０−２１による入力（ｘ１），光導波路１０−３６による入力（ｘ２）における信号の有無と、光導波路１０−４０からの出力（ｙ）とのデジタル信号としての関係を表１にまとめる。
【００４７】
【表１】
0003962338.tif 000002
【００４８】
なお設計作製の段階で光路長を波長以下のオーダで制御し、あるいは導波路屈折率の制御部分１３−２〜１３−７の少なくとも１つを動作させて、光波の位相調整を行うことによって、光導波路１０−２１，１０−３６を介して入射する入力光パルスｘ１，ｘ２の位相差は光源のコヒーレンス長内で２πの整数倍に設定されているものとする。
【００４９】
表１から、下式（１）の関係を満たし、出力ｙは入力ｘ１，ｘ２の排他的論理和となっていることがわかる。なお式（１）において、上線はデジタル信号における否定を表している。このような光排他的論理和機能は半導体レーザ増幅器などにおける非線形光学効果を用いて実現することも可能である。
【００５０】
【数１】
0003962338.tif 000003
【００５１】
このような排他的論理和機能とフィードバック機能とを有することにより、図２の構成によって光領域で線形帰還シフトレジスタが構成されることになる。導波路の損失、分岐によるパルスレベルの低下は光増幅器１４によって補償される。
【００５２】
光導波路１０−６と光導波路１０−２０，１０−２１間でＬａ（＝ｃＴ／（１５ｎ）−ｌ、ｌ：光導波路１０−２１，１０−３６と光導波路１０−６間の右回りの距離）、光導波路１０−２０と光導波路１０−３５，１０−３６間でＬｂ（＝３ｃＴ／（１５ｎ）−ｌ）の遅延を与えた場合の、光導波路１０−２１，１０−３６，１０−４０，１０−３５（出力）でのパルスの様子をそれぞれ、図５（ｂ），５（ｃ），５（ｄ），５（ｅ）に示す。例えば、
ΔＬ１＝ΔＬ４＝ｃＴ／（１５ｎ）−３Ｌ−ｌ、
ΔＬ２＝ΔＬ３＝ΔＬ５＝ΔＬ６＝ｃＴ／（１５ｎ）とし、
Ｌａ＝ΔＬ１＋３Ｌ、
Ｌｂ＝ΔＬ４＋ΔＬ５＋ΔＬ６＋３Ｌ
と設定することによって、本遅延は達成される。なお、Ｌは各特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計において下側のアームの長さを表し、全６個の干渉計において等しいと仮定した。
【００５３】
なお、本質的ではない導波路長（例えば、光導波路１０−２１，１０−３６と光導波路１０−４０間の距離）による遅延の影響は図５には示していない。この図より代表的なランダムパルス列であるＭ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｓｈｉｆｔ  Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）系列のパルスパターン（周期：Ｔ、系列長：１５）を実現できることがわかる。
【００５４】
また、光導波路１０−６と光導波路１０−２０，１０−２１間でＬｂ（＝３ｃＴ／（１５ｎ）−ｌ）、光導波路１０−２０と光導波路１０−３５，１０−３６間でＬａ（＝ｃＴ／（１５ｎ）−ｌ）の遅延を与えた場合のパルスの様子を図６に示す。図６（ａ）〜図６（ｅ）は、図５（ａ）〜図５（ｅ）の説明と同じ位置のパルスの様子を示している。
【００５５】
図５（ａ）〜図５（ｅ），図６（ａ）〜図６（ｅ）から、計６個のうちわずか４個の遅延素子（従来例１５個）を用いることで系列長１５（＝２4 −１）の可変光ランダムパターンパルス列が得られることがわかる。本構成と従来例との必要遅延素子数の比は、系列長が長くなるほど小さくなる、すなわち系列長の長い光ランダムパターンパルス列を生成する場合ほど、本構成の効果は顕著となる。
【００５６】
なお、パルス光源９からの繰り返し周波数をｆとすると、下式（２）が満たされる場合、光導波路１０−２から光導波路１０−６にフィードバックされるパルスはパルス光源９からの次周期のパルスと衝突することはない。
【００５７】
【数２】
0003962338.tif 000004
【００５８】
このような条件を満たすパルス光源はモードロック型ファイバレーザなどで実現することができ、例えば繰り返し１０ＭＨｚ、パルス幅数ｐｓのものが実現されている。例えばこの光源と石英系導波路（群屈折率約１．５）とを用いてパルスの周期１０ｐｓ（繰り返し１００ＧＨｚ）、系列長１５（周期：１５０ｐｓ、繰り返し：約６．７ＧＨｚ）のパルスパターンを生成する場合、式（２）の不等号の左側、つまり、Δｔ＝１／ｆ＝１０5 ｐｓ＞＞式（２）の不等号の右側、つまりＴ＝１５０ｐｓとなり、式（２）の条件を満たすことはきわめて容易であることがわかる。
【００５９】
また式（２）の条件が満たされない場合でも、例えば、（１）Δｔ＝ＫＴ（Ｋ：自然数）、（２）光導波路１０−６でのパルス光源９からのパルス光とフィードバック光の位相が２πの整数倍だけ異なる、という条件が満たされていればデジタル信号として１の信号光の強度が増すだけなので、光パルスパターン発生器としての動作に変わりはない。
【００６０】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態を示す。この図では、パルス光源２４の後段に光合分波器２０１として用いられる第１の対称マッハツェンダ型干渉計、第１，第２の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計２０２，２０３が直列接続されている。そして、この２つの縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計２０２，２０３は、各々の後段から、光排他的論理和回路２０４として用いられる第２の対称マッハツェンダ型干渉計、光増幅器２９を介して、第１の対称マッハツェンダ型干渉計に接続され、これにより、フィードバックループが構成されている。各縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計２０２，２０３の段数は３である。
【００６１】
同図に示すように本実施例の光パルスパターン発生器の構成は、パルス光源２４、光導波路２５−１〜２５−２８、結合率可変方向性結合器２６−１〜２６−８、３ｄＢ方向性結合器２７−１〜２７−４、導波路屈折率の制御部分２８−１〜２８−８、光増幅器２９とから構成されている。
【００６２】
図７における縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計２０２，２０３は、図２の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２，１０３とは構成が異なり、ポートを１本ずつではなく２本ずつ接続したものである。
【００６３】
つまり、例えば、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計２０２は、４つの２入力２出力の結合率可変方向性結合器２６−１〜２６−４を備えている。そして、入力側の２入力２出力の結合率可変方向性結合器（例えば２６−１）の２つの出力ポートと、出力側の２入力２出力の結合率可変方向性結合器（例えば２６−２）の２つの入力ポートとを、長さの異なる２本の光導波路（例えば２５−８および２５−９）を用いて接続している。このようにして、３つの特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計が接続されている。このため、結合率可変方向性結合器２６−２は、第１段目の特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計と第２段目の特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計に共用されている。また、結合率可変方向性結合器２６−３は、第２段目の特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計と第３段目の特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計に共用されている。
【００６４】
同様に、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計２０３は、４つの２入力２出力の結合率可変方向性結合器２６−５〜２６−８を備えている。そして、入力側の２入力２出力の結合率可変方向性結合器（例えば２６−５）の２つの出力ポートと、出力側の２入力２出力の結合率可変方向性結合器（例えば２６−６）の２つの入力ポートとを、長さの異なる２本の光導波路（例えば２５―１７および２５−１８）を用いて接続している。このようにして、３つの特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計が接続されている。このため、結合率可変方向性結合器２６−６は、第１段目の特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計と第２段目の特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計に共用されている。また、結合率可変方向性結合器２６−７は、第２段目の特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計と第３段目の特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計に共用されている。
【００６５】
なお、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計２０２，２０３を、それぞれ、１つの特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計により構成することもできる。
【００６６】
第２の実施の形態でも、図２の構成と同様に、結合率可変方向性結合器２６−１〜２６−３，２６−５〜２６−７として結合率が０％か１００％のスイッチング機能を用いている。また、結合率可変方向性結合器２６−４，２６−８として結合率可変機能を用いている。これにより、ΔＬｊを最小単位として、光導波路２５−６と光導波路２５−１４，２５−１５間で０〜（ΔＬ１＋ΔＬ２＋ΔＬ３）、光導波路２５−１４と光導波路２５−２３，２５−２４間で０〜（ΔＬ４＋ΔＬ５＋ΔＬ６）のアーム間可変遅延差を与えることができ、かつ光導波路２５−１５，２５−２４に到達するパルスの強度を同一に設定することができる。
【００６７】
図７に示す第２の実施の形態では、結合率可変方向性結合器の数を図２より減らした構成で同じ可変遅延範囲が得られるため、さらなる素子の小型化、損失低減という効果を得ることができる。光領域で線形帰還シフトレジスタが構成されるため、図２の構成と同様に本構成を用いて様々な周期、パターンを持つ光ランダムパターンパルス列を光導波路２５−２３の出力として生成することが可能となる。
【００６８】
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３の実施の形態を示す。この図では、パルス光源３０の後段に光合分波器３０１として用いられる第１の対称マッハツェンダ型干渉計、図７の構成と同構成となっている第１，第２の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計３０２，３０３が直列接続されている。そして、この２つの縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計３０２，３０３は、各々の後段から、光排他的論理和回路３０４として用いられる第２の対称マッハツェンダ型干渉計、光増幅器３５を介して、第１の対称マッハツェンダ型干渉計に接続され、これにより、フィードバックループが構成されている。また第２の縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計３０３の後段に光ゲート素子３６を設置している。各縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計３０２，３０３の段数は３である。
【００６９】
同図に示すように本実施例の光パルスパターン発生器の構成は、パルス光源３０、光導波路３１−１〜３１−２９、結合率可変方向性結合器３２−１〜３２−８、３ｄＢ方向性結合器３３−１〜３３−４、導波路屈折率の制御部分３４−１〜３４−８、光増幅器３５、光ゲート素子３６、とから構成されている。
【００７０】
図７と同様に、本構成を用いて様々な周期、パターンを持つ光ランダムパターンパルス列を光導波路３１−２３の出力として生成することが可能となる。ところが、素子評価用光ランダムパターンパルス列と異なり光ラベル用パルス列としては、図５（ｅ）に示すような周期ランダムパターンではなく、図５（ｅ）の破線で囲んだ部分で示した１周期のみのパルス列が必要になる。そのため光導波路３１−２３の後段に光ゲート素子３６を接続し時間ゲートをかけることによって必要なパルス列を光導波路３１−２４に出力させている。光ゲート素子３６としては、ＬＮなどの誘電体あるいはポリマー強度変調器、半導体ＥＡ変調器、半導体レーザ増幅器、などを用いることができる。
【００７１】
なお、前述した第１〜第３の実施の形態では、１つの光排他的論理和回路１０４，２０４，３０４を用いていたが、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計数が３以上の場合にも同様に実施することができる。この場合、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の数よりも１少ない２入力２出力の光排他的論理和回路を用意し、前段の光排他的論理和回路の一方の出力ポートと後段の光排他的論理和回路の一方の入力ポートとを接続する。これにより複数の光排他的論理和回路を縦続接続してなる縦続接続光排他的論理和回路を構成することもできる。
【００７２】
例えば、可変光遅延線回路を構成する縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計がＭ個である場合には、Ｍ−１個の光排他的論理和回路を縦続接続した縦続接続光排他的論理和回路を用いることができる。この場合には、可変光遅延線回路を構成する各縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計の出力ポートのうち未接続となっている１つの出力ポートと、前記縦続接続光排他的論理和回路の入力ポートとを個別に接続する。
【００７３】
また、前記した第１〜第３の実施の形態では、光導波路１０−３５、２５−２３、３１−２３を出力部として用いたが、光導波路１０−５、２５−５、３１−５も出力部として用いることができる。また、光導波路１０−３９、２５−２７、３１−２８は強度反転出力部として用いることができる。
【００７４】
また、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２、１０３、２０２、２０３、３０２、３０３は、任意に組み合わせることが可能である。例えば、図２に示す例において、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０３に代えて、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計２０３を用いることができる。このように構成された光パルスパターン発生器が図９に示されている。また、図２に示す例において、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２に代えて、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計２０２を用いることもできる。このように構成された光パルスパターン発生器が、図１０に示されている。図７および図８に示す光パルスパターン発生器についても同様に、縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計１０２、１０３を適用することができる。
【００７５】
本発明の実施例の光パルスパターン発生器を構成する光導波路部分の作製は、石英系ガラス導波路を用いて行うことができる。この場合、まずＳｉ基板上に火炎堆積法によってＳｉＯ2 下部クラッド層を堆積し、次にＧｅＯ2 をドーパントとして添加したＳｉＯ2 ガラスのコア層を堆積した後に、電気炉で透明ガラス化する。次に図２〜図４，図７〜図１０に示すようなパターンを用いてコア層をエッチングしてコア部分を作成する。最後に、再びＳｉＯ2 上部クラッド層を堆積した後、透明ガラス化し、さらに所定の光導波路上に薄膜ヒータおよび電気配線を蒸着する。
【００７６】
なお本発明の光パルスパターン発生器を構成する光導波路部分は、ガラス光導波路に限らず、誘電体光導波路、半導体光導波路、ポリマー光導波路、光ファイバ等を用いて実現できることは明らかである。またいくつかの種類の導波路を組み合わせたハイブリッド構成を用いて実現できることも明らかである。
【００７７】
本発明の光パルスパターン発生器は、個別の素子からなるパルス光源、光導波路、光増幅器、光ゲート素子を組み合わせて構成することも可能であるが、これらをハイブリッド集積して構成可能であることも明らかである。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パルス光源の後段に光合分波器を介して可変光遅延線回路が接続され、可変光遅延線回路の途中および最終段から光排他的論理和回路を介して、光合分波器に光パルスがフィードバックされている。このような構成により、光領域での線形帰還シフトレジスタが実現される。そのため、可変光遅延線回路の長さを調節することによって、様々な周期、パターンを持つ光ランダムパターンパルス列を生成可能な光パルスパターン発生器を実現することができる。
【００７９】
また、本発明の光パルスパターン発生器は、光領域での可変線形帰還シフトレジスタ構成を用いることによって、集積型構成の小型，低損失の構成で、様々な周期、パターンを持つ光パルスパターンを、高速強度変調器を用いることなしに生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光パルスパターン発生器を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる光パルスパターン発生器を示す構成図である。
【図３】３ｄＢ方向性結合器の一例を示す構成図である。
【図４】結合率可変方向性結合器の一例を示す構成図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかる光パルスパターン発生器の動作を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかる光パルスパターン発生器の動作を説明する図である。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる光パルスパターン発生器を示す構成図である。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる光パルスパターン発生器を示す構成図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかる光パルスパターン発生器を示す構成図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる光パルスパターン発生器を示す構成図である。
【符号の説明】
１  パルス光源
２  入力部
３  光分波器
４−１〜４−Ｎ  光導波路
５−１〜５−Ｎ  光スイッチ
６−１〜６−Ｎ  遅延線
７  光合波器
８  出力部
９，２４，３０  パルス光源
１０−１〜１０−４０，１５−１，１５−２，１６−１〜１６−６，２５−１〜２５−２８，３１−１〜３１−２９  光導波路
１１−１〜１１−１２，２６−１〜２６−８，３２−１〜３２−８  結合率可変方向性結合器
１２−１〜１２−４，１７−１，１７−２，２７−１〜２７−４，３３−１〜３３−４  ３ｄＢ方向性結合器
１３−１〜１３−８，１８，２８−１〜２８−８，３４−１〜３４−８  導波路屈折率の制御部分
１４，２９，３５  光増幅器
１９−１，１９−２  シリコン基板
２０−１，２０−２  アンダークラッド
２１−１，２１−２，２１−３，２１−４  コア
２２−１，２２−２  オーバークラッド
２３  薄膜ヒータ
３６  光ゲート素子
１０１，２０１，３０１  光合分波器
１０２，１０３，２０２，２０３，３０２，３０３  縦続接続特性可変非対称マッハツェンダ型干渉計
１０４，２０４，３０４  光排他的論理和回路
【図１】
0003962338.tif 000005
【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】
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【図７】
0003962338.tif 000011
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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