(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯＬＭ（非線形ループミラー）を用いた光パルス発生器において、
前記ＮＯＬＭのループを構成する光ファイバとして、非線形光学係数と分散特性がそれぞれ異なる少なくとも２種類の光ファイバセグメントを交互に接続して構成したもの（以下ＣＤＰＦという）を使用したことを特徴とする光パルス発生器。
【請求項２】
ＮＡＬＭ（非線形増幅ループミラー）を用いた光パルス発生器において、
前記ＮＡＬＭのループを構成する光ファイバとして、非線形光学係数と分散特性がそれぞれ異なる少なくとも２種類の光ファイバセグメントを交互に接続して構成したもの（以下ＣＤＰＦという）を使用したことを特徴とする光パルス発生器。
【請求項３】
前記ループの出入り口に入力ポートと出力ポートを有する光結合器が配置され、前記入力ポートに入力光パルスが入力され、前記出力ポートから出力光パルスが出力され、前記ＣＤＰＦは前記ループの時計回りと反時計回りについて非対称構成である請求項１または２の光パルス発生器。
【請求項４】
前記ＣＤＰＦはＤＳＦファイバセグメントとＳＭＦファイバセグメントを交互に接続して構成される請求項１または２の光パルス発生器。
【請求項５】
前記ＣＤＰＦを形成する前記光ファイバセグメントのうち、１つおきに配置されるファイバセグメントは、非線形光学係数が５.０Ｗ−１ｋｍ−１以上である高非線形光ファイバで形成されている請求項１または２の光パルス発生器。
【請求項６】
前記ループ上に偏波コントローラを配置した請求項１または２の光パルス発生器。
【請求項７】
前記ループ上に偏波コントローラは配置されず、代わりに、前記ＣＤＰＦは偏波保持機能を有する請求項１または２の光パルス発生器。
【請求項８】
前記光結合器の前記入力ポートに偏波コントローラが接続されている請求項３の光パルス発生器。
【請求項９】
前記光結合器の前記出力ポートに、前記出力光パルスのチャープを補償する光ファイバが接続されている請求項３の光パルス発生器。
【請求項１０】
前記光結合器の前記入力ポートに強度変調光源が接続されている請求項３の光パルス発生器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光パルス発生器に関し、更に詳しくは、光通信または光測定器などで使用される超短光パルスにおいて、入力されてくる時間幅が広い光パルスを極めて時間幅の狭い光パルスに変換し、しかも同時にノイズ成分を除去することができる光パルス発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信分野の自由化と情報化社会の発展により、通信情報量は飛躍的に増大する傾向にある。そして、最近では、信号光を直接増幅するＥｒドープファイバ増幅器（Erbium-doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）が実用化されるに及んで、波長１５５０nm帯域では高強度の光信号が得られ、そのことにより、光伝送路である光ファイバにおける伝送損失が補償され、数千kmにも及ぶ無中継伝送が可能になっている。そして、この光増幅技術を利用して、波長分割多重（Wavelength Division Multiplex：ＷＤＭ）通信方式や時分割多重（Time Division Multiplex：ＴＤＭ）通信方式の研究が進められている。
【０００３】
これらの通信方式のうち、とくに、光ソリトン通信方式は、光ファイバが備える非線形性を積極的に利用することにより、大容量情報の長距離伝送が可能であり、次世代のＴＤＭ通信方式として注目を集めている。
この光ソリトン通信方式は、光パルスが光ファイバの中を伝搬する際に、光パルスに対する非線形効果の影響と分散の影響が均衡することにより、当該光パルスはそのパルス波形を維持したまま伝搬するという特性を利用した通信方式である。
【０００４】
そして、この光ソリトン通信方式で伝送容量を増大させようとした場合には、パルス幅が狭く、また時間的に密なパルス列を光信号として伝送することが必要となる。そのため、光信号のパルス幅をできるだけ圧縮することが要求され、同時に、伝送特性の劣化要因であるノイズ成分を除去することが要求される。
パルス幅の圧縮に関しては、ソリトンパルスの断熱圧縮効果を利用する方法をはじめとして、数多くの方法が提案されている（G.P,Agrawal, “Nonlinear Fibre Optics, 2ndED.”, Academic Press, San Diego CA, U.S.A., 1995, charp.6などを参照）。
【０００５】
とくに、光ファイバの中を伝搬しているときに光パルスが受ける非線形効果と分散を利用した方法が多く研究されている。例えば、光ファイバとして分散減少ファイバを用いて光パルスの圧縮と整形を実現する方法（S.V.Chernikov, J.R.Taylor, P.V.Mamyshev and E.M.Dianov, Electron. Lett., 28, 931(1992)を参照）、分散減少ファイバと分散増加ファイバを用いる方法（A.V.Shipulin, D.G.Fursa, E.A.Golovchenko and E.M.Dianov, Electron. Lett., 29, 1401(1993)を参照）、分散特性の異なる光ファイバを階段状に接続して成る光ファイバ伝送路を用いる方法（S.V.Chernikov, J.R.Taylor and R.Kashyap, Electron. Lett., 30, 433(1994)を参照）、通常の１３００nmゼロ分散ファイバ（Standard Telecommunication Fiber：ＳＴＦ）と１５５０nmゼロ分散ファイバ（Dispersion Shifted Fiber：ＤＳＦ）とを交互に接続して構成した櫛形分散配置ファイバ（Com-like Dispersion Profiled Fiber：ＣＤＰＦ）を用いてパルス幅がピコ秒（ｐｓ）にまで圧縮された光パルスを発生させる方法（S.V.Chernikov, J.R.Taylor and R.Kashyap, Electron. Lett., 29, 1788(1993)や、E.A.Swanson and S.R.Chinn, IEEE Photon. Technol. Lett., 7, 114(1995)などを参照）などをあげることができる。
【０００６】
しかしながら、上記したＣＤＰＦを用いて光パルス幅の圧縮を行うと、光ファイバの分散、有効断面積の不均一性、損失、高次分散の影響などの要因で、ソリトンパルスを形成する光以外の光成分（線形分散波）が生じて、これがソリトン波形の裾になるペデスタル成分として現出する。そして、このペデスタル成分はノイズ成分であり、これは、例えば圧縮された光パルスを超高速時間多重伝送システムに使用した場合、符号間干渉を引き起こす要因として作用し、システムの伝送符号誤り率を劣化させてしまう。したがって、ＣＤＰＦを用いた場合の光パルスの圧縮化に関しては、上記したようなノイズ成分を除去することが同時に必要となる。
【０００７】
光パルスからのノイズ除去方法としては、光ファイバの非線形性を利用した非線形光学ループミラー（Nonliear Optical Loop Mirror：ＮＯＬＭ）、およびそれと関連する非線形増幅ループミラー（Nonliear Amplified Loop Mirror：ＮＡＬＭ）を用いた方法が有効である。
ＮＯＬＭを用いた一般的な方法は、N.J.DoranおよびD.Woodによる“Nonliear Optical Loop Mirror”（Optical Letters, vol.13, No.1, 56〜58頁. 1988年1月）に記載されている。
【０００８】
ここで、N.J.Doranらによって示されたＮＯＬＭとその動作原理について以下に説明する。
このＮＯＭＬは、図１８で示したように、光結合器１と、光ファイバループ２と、この光ファイバループ２に配置された偏波コントローラ３とで構成されている。光結合器１は、その光分岐比がα：１−αのものであり、４個のポート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを備え、そのうち、ポート１ａは入力する光パルスの入力線路と接続されて入力ポートになっており、ポート１ｂはこのＮＯＬＭで処理された光パルスの出力線路と接続されて出力ポートになっている。
【０００９】
また、光結合器１のポート１ｃは光ファイバループ２の一方の端部２ａと接続され、ポート１ｄは光ファイバループ２の他方の端部２ｂと接続されている。
このＮＯＬＭの入力ポート１ａに光パルスが入力すると、その光パルスは、光結合器１によって、ポート１ｃから光ファイバループ２に入力して図１８で示した時計回り（ｃｗ方向）に伝搬するパルス成分と、ポート１ｄから光ファイバループ２に入力して図１８で示した反時計回り（ｃｃｗ方向）に伝搬するパルス成分に、α：１−αの分岐比で分割されるが、これらのパルス成分は、光結合器１に帰還するときの位相に応じて、光ファイバループ２を透過しポート１ｂから出力されるパルス成分と光ファイバループ２で反射されポート１ａから出力される成分とになる。
【００１０】
すなわち、光ファイバループ２での非対称的な非線形効果に基づく位相シフトがこれらパルス成分に及ぶ場合には、これらパルス成分は光結合器１で合波され、その結果、光結合器１では、高強度のパルス成分は光ファイバループを透過してポート１ｂから出力され、低強度のノイズ成分は光ファイバループ２で反射されポート１ａから出力されて、ノイズ除去を実現することができる。
【００１１】
また、一般的なＮＡＬＭに関しては、M.Fermannらによる“Nonliear Optical Loop Mirror”（Optical Letters, vol.15, No.13, 752〜754頁. 1990年7月）に記載されている。
このＮＡＬＭは、図１９で示したように、図１８のＮＯＬＭの光ファイバループ２の一端に、ＥＤＦＡ４を配置したものである。このＮＡＬＭは、ＮＯＬＭに比べて３〜４桁低い強度（数十mW〜数mW）で光パルスをスイッチングすることができるという特徴を有している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、光ファイバを用いて光ファイバの時間幅を圧縮し、そしてそれにＮＯＬＭやＮＡＬＭを組み合わせることによりノイズ成分が少なくパルス幅が狭い光パルスを発生させることは、従来からも実施されている。
しかしながら、その従来技術は、２種の要素技術を組み合わせるものであり、パルス幅の圧縮とノイズ低減を１つの光デバイスで同時に実現することは困難であった。
【００１３】
本発明は、上記したような問題を解決し、パルス幅を圧縮すると同時にノイズ成分を除去して、伝送に最適な特性を有する光パルスを発生させることができる光パルス発生器の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の一態様に係る光パルス発生器は、ＮＯＬＭ（非線形ループミラー）を用いた光パルス発生器において、前記ＮＯＬＭのループを構成する光ファイバとして、非線形光学係数と分散特性がそれぞれ異なる少なくとも２種類の光ファイバセグメントを交互に接続して構成したもの（以下ＣＤＰＦという）を使用したことを特徴とする。また、本発明のもう1つの態様に係る光パルス発生器は、ＮＡＬＭ（非線形増幅ループミラー）を用いた光パルス発生器において、前記ＮＡＬＭのループを構成する光ファイバとして、非線形光学係数と分散特性がそれぞれ異なる少なくとも２種類の光ファイバセグメントを交互に接続して構成したもの（以下ＣＤＰＦという）を使用したことを特徴とする。したがって、本発明によれば、単一の光デバイス、具体的には、ＮＯＬＭまたはＮＡＬＭ（ループ上の少なくとも１箇所に、光パルスの強度を増幅させる光増幅器が少なくとも１個配置されているＮＯＬＭ）において、光パルスのパルス圧縮とノイズの低減が同時に果たされる。すなわち、従来では２種の要素技術を組み合わせて、パルス圧縮とノイズ低減を行っていたが、これが解決される。
【００１５】
好適には、前記ループの出入り口に入力ポートと出力ポートを有する光結合器が配置され、前記入力ポートに入力光パルスが入力され、前記出力ポートから出力光パルスが出力され、前記ＣＤＰＦは前記ループの時計回りと反時計回りについて非対称構成である。一形態において、前記ＣＤＰＦはＤＳＦファイバセグメントとＳＭＦファイバセグメントを交互に接続して構成される。別形態において、前記ＣＤＰＦを形成する前記光ファイバセグメントのうち、１つおきに配置されるファイバセグメントは、非線形光学係数が５.０Ｗ−１ｋｍ−１以上である高非線形光ファイバで形成される。
特許請求の範囲の各請求項には、本発明に基づいて、上記またはその他の形態の光パルス発生器が記載される。
以下、説明する実施の形態において、前記ループを構成するＣＤＰＦ（光ファイバ伝送路）の少なくとも１箇所に、光パルスの強度を増幅させる光増幅器が少なくとも１個配置されている光パルス発生器（これを光パルス発生器Ａ1とする）、前記ファイバセグメントは、非線形光学係数が５.０Ｗ−１ｋｍ−１以上である高非線形光ファイバで形成されている光パルス発生器（これを光パルス発生器Ａ2とする）、前記光ファイバ伝送路および前記光結合器として、偏波保持光ファイバを用いるパルス発生器（これを光パルス発生器Ａ3とする）、前記光結合器の出力ポートに出力パルスのチャープを補償する光ファイバが接続されている光パルス発生器（これを光パルス発生器Ａ4とする）、前記光結合器の入力ポートに強度変調光源が接続されている光パルス発生器（これを光パルス発生器Ａ5とする）、前記光結合器の入力ポートに、非線形光学係数と分散特性がそれぞれ異なる少なくとも２種類のファイバセグメントを接続して成る光ファイバ伝送路が接続されている光パルス発生器（これを光パルス発生器Ａ6とする）が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の光パルス発生器の基本構成の１例Ａ0を示す。
この光パルス発生器Ａ0は、入力パルスが入力する第１の入出力ポート１ａ（以下、入力ポートという）、出力パルスが出力する第２の入出力ポート１ｂ（以下、出力ポートという）、後述する光ファイバ伝送路２の一方の端部２ａと接続する第１のループポート１ｃ、および光ファイバ伝送路２の他方の端部２ｂと接続する第２のループポート１ｄを備えている光結合器１と、前記したループポート１ｃ、１ｄの間でループをなす光ファイバ伝送路（以下、光ファイバループという）２で構成されている。
【００１７】
ここで、光ファイバループ２は、非線形光学係数と分散特性がそれぞれ異なる光ファイバを交互に接続して、８個のファイバセグメント２Ａ〜２Ｈから成る光ファイバ伝送路になっている。
そして、この光パルス発生器Ａ0の場合、入力ポート１ａに入力した光パルスは、光結合器１で２つのパルス成分に分岐比α：１−αで分割され、一方のパルス成分は第１のループポート１ｃから光ファイバループ２内をｃｗ方向に伝搬し、他方のパルス成分は第２のループポート１ｄから光ファイバループ２内をｃｃｗ方向に伝搬し、両者は光結合器１で合波する。この合波されるパルス成分の偏波状態を一致させるために、光ファイバループ２には偏波コントローラ３，３が配置されている。
【００１８】
ここで、上記した光パルス発生器Ａ0の挙動に関する説明に先立ち、ＣＤＰＦで構成されている光ファイバループ２について説明する。
図２は、図１の光ファイバループ２のＣＤＰＦの構成を示す。具体的には、ファイバセグメント２Ａ，２Ｃ，２Ｅ，２Ｇは前記した１５５０nm帯域ゼロ分散ファイバ（ＤＳＦ）から成り、ファイバセグメント２Ｂ，２Ｄ，２Ｆ，２Ｈは同じく前記した１３００nm帯域ゼロ分散ファイバ（ＳＭＦ）で形成されている。その場合のＤＳＦとＳＭＦの分散は図２で示したとおり互いに異なっており、また、各ファイバセグメントの長さも図２で例示したよう互いに異なっている。
【００１９】
ここで、波長が異なる２個のレーザ光を重ね合わせた波長１５５０nmのビート光が第１のループポート１ｃから図２のＣＤＰＦに入力してｃｗ方向に伝搬していく場合を考える。その場合には、ファイバセグメント２Ａ，２Ｃ，２Ｅ，２Ｇを構成するＤＳＦ内で生ずる非線形効果とファイバセグメント２Ｂ，２Ｄ，２Ｆ，２Ｈを構成するＳＭＦ内でのチャープ補償が光パルスのパルス幅を圧縮する要因として作用する。
【００２０】
ＤＳＦ内での非線形効果を特定することは困難であるため、ここでは定性的に考察する。
まず、１段目のファイバセグメント２Ａでは、入力した２波長の光パルス間での四光波混合により、透過後の波長スペクトルには側帯波が生成し、そのことによってチャープが生ずる。ついで、２段目のファイバセグメント２Ｂでは、上記光パルスに異常分散効果が作用して、パルスの立ち上がり部と立ち下がり部のチャープが補償されることにより、そのパルス幅は狭くなる。
【００２１】
ファイバセグメント２Ｂから出力した光パルスは、３段目のファイバセグメント２Ｃに入力するが、その場合、パルス幅が圧縮されたその光パルスは光出力のピーク値が高くなっている。
そのため、３段目のファイバセグメント２Ｃでは、自己位相変調（ＳＰＭ）が要因となる非線形効果が入力した上記光パルスに作用し、パルスの立ち上がり部ではダウンチャープ、パルスの立ち下がり部ではアップチャープがそれぞれ発生し、その波長スペクトルは広帯域化する。
【００２２】
そして、４段目のファイバセグメント２Ｄでは、上記したチャープが補償されてパルス幅の圧縮が進む。
したがって、図２のＣＤＰＦを伝搬していく光パルスには、それ以後のファイバセグメントにおいて上記した作用効果が交互にかつ順次付与されることにより、光パルスは順次そのパルス幅が狭くなっていく。
【００２３】
なお、図２のＣＤＰＦにｃｃｗ方向で光パルスが伝搬する場合も、その光パルスは各ファイバセグメントを透過する過程で上記したと同様の非線形効果と分散効果を受ける。しかしながらＣＤＰＦの構成はその入出力端に対して非対称になっているので、ｃｗ方向かｃｃｗ方向かで、伝搬する光パルスの変化のし方が異なり、最終的に出力されてくる光パルスの圧縮率が異なることになる。
【００２４】
このように、図１で示した光パルス発生器Ａ0の場合、光ファイバループ２をｃｗ方向に周回して第２のループポート１ｄに帰還するパルス成分、光ファイバループ２をｃｃｗ方向に周回して第１のループポート１ｃに帰還するパルス成分は、周回の過程で受ける非線形効果により位相変化を生ずる。
そこで、この位相変化について検討し、その位相変化に応じた光結合器でのパルス成分のエネルギー分割問題について説明する。
【００２５】
今、第１のループポート１ｃからｃｗ方向で光ファイバループ２を周回するパルス成分が受ける非線形位相変化をφcw、第２のループポート１ｄからｃｃｗ方向で光ファイバループ２を周回するパルス成分が受ける非線形位相変化をφccwとする。
一般に、図２で示した８個のファイバセグメントから成るＣＤＰＦ内を伝搬する光が受ける非線形位相シフトは、次式：
【００２６】
【数１】
0004057291.tif 000002
【００２７】
【数２】
0004057291.tif 000003
【００２８】
（式中、γiはｉ番目のファイバセグメントの非線形光学係数、Ｉiはｉ番目のファイバセグメントに入力する光の光強度、Ｌiはｉ番目のファイバセグメントの長さを表す。ここで、γi＝２πｎ2／Aeff・λ（ｎ2：非線形屈折率、Aeff：有効断面積、λ：波長）である。）
で示される。
【００２９】
式（１）と式（２）を対比すると、各ファイバセグメントへの２つのパルス成分の光強度（Ｉcwi，Ｉccwi）は異なるため、２つのパルス成分がＣＤＰＦ内で受ける非線形位相シフトの総量（φcw，φccw）は異なった値になることがわかる。
上記したように異なった値の非線形位相シフトを受けた２つのパルス成分が第２のループポート１ｄと第１のループポート１ｃにそれぞれ帰還して光結合器１による光結合作用を受けた場合、入力ポート１ａにおける入力電場と、出力ポートであるループポート１ｃおよびループポート１ｄにおける出力電場との関係は、２つの接近した導波路のモード間の相互作用による電力エネルギーの授受を表現したモード結合方程式で示される（P.Franco, M.Midrio, A.Tozzato, M.Romagnol and F.Fontana, “Characterization and optimization criteria for filterless erbium-doped fiber lasers”, J.Opt. Soc. Am. B 11, No.6, 1090(1994)、および、C.R.Giles and Di.Giovanni,“Spectral Dependence of Gain and Noise in erbium-doped Fiber Amplifier”,IEEE Photon. Tech. Lett.,2, No.11, 797(1990)を参照）。
【００３０】
それによると、一方の導波路から他方の導波路に結合する電場は、当初の電場の場合に比べて位相がπ／２だけずれた値になる。
したがって、光結合器１において、入力ポート１ａから入力した光パルスがパルス成分となって第１のループポート１ｃと第２のループポート１ｄに出力するときの各パルス成分による出力電場は次のようになる。
【００３１】
すなわち、ｃｃｗ方向を周回してきたパルス成分によるループポート１ｃにおける出力電場をＥ1c、ｃｗ方向を周回してきたパルス成分によるループポート１ｄにおける出力電場をＥ1dとし、入力ポート１ａにおける光パルスによる入力電場をＥinとすると、
Ｅ1c＝α1/2・Ｅin                …（３）
Ｅ1d＝ｉ（１−α）1/2・Ｅin      …（４）
（ただし、αは光結合器の分岐比、ｉは虚数を表す）
で示される。
【００３２】
光ファイバループ２を周回する過程では、各パルス成分は前記した非線形位相シフトを受けているので、結局、Ｅ1c，Ｅ1dは、次式：
Ｅ1c＝α1/2・Ｅinexp（ｉφcw）                …（５）
Ｅ1d＝ｉ（１−α）1/2・Ｅinexp（ｉφccw）      …（６）
で示される。
【００３３】
そして、出力ポート１ｂからの出力パルスによる強度Ｉoutは、式（３）、式（４）を用いることにより、次式：
0004057291.tif 000004
で示される。
【００３４】
ここで、出力パルスと入力パルスの強度比と、非線形位相シフト量の差（Δφ＝φccw−φcw）との関係を、光結合器１の分岐比（α）を変化させた場合について、図３に示す。
図３から明らかなように、出力ポート１ｂから入力した入力パルスの強度に対して強度１００％の光パルスが出力するのは、Δφがｍπ（ｍは奇数）になっているときである。
【００３５】
（φccw−φcw）値である上記したΔφは式（１）と式（２）で示されているように光強度に依存している。したがって、出力ポート１ｂから出力してくる出力パルスのうちその光強度が最大となるように上記した条件、すなわち、入力ポート１ａへの光パルスの強度（Ｉi）、光結合器１の分岐比α、光ファイバループ２の各ファイバセグメントに用いる光ファイバの種類と長さ（Ｌi）などを最適に設定すれば、そのとき、光パルスの光強度が強い中心のパルス成分が出力ポート１ｂから出力パルスとして出力しており、光パルスの裾野にあって光強度が弱いノイズ成分は入力ポート１ａに分離されていることになる。
【００３６】
換言すれば、図１の光パルス発生器Ａ0の出力ポート１ｂから出力する出力パルスは、光ファイバループ（ＣＤＰＦ）２でパルス幅の圧縮が実現していると同時に、ノイズ成分も除去された光パルスになっているのである。
例えば、光パルス発生器Ａ0の入力ポート１ａに、図４で示したような自己相関波形を有する光パルスを入力すると、出力ポート１ｂから出力する光パルスの自己相関波形は図５で示したようになる。
【００３７】
すなわち、光パルス発生器Ａ0からの出力パルスは、入力パルスのパルス幅が圧縮されて狭くなっていると同時に、入力パルスにおける裾野のノイズ成分は除去されている。
このように、光パルス発生器Ａ0の場合、特殊な分散構造を有する光ファイバ（例えば光伝搬方向に分散が減少していく分散減少ファイバ）を使用しなくてもパルス幅の圧縮とノイズ成分の除去という目的を達成することができ、また光ファイバの組合せに関しても、それら光ファイバの有する分散特性や入力する光パルスの条件（例えば強度、パルス幅、パルス周期など）との関係でファイバ長を調整して対応することができる。
【００３８】
図６は、本発明の光パルス発生器の別の例Ａ1を示す。
この光パルス発生器Ａ1は、光ファイバループ２におけるファイバセグメント２Ｂとファイバセグメント２Ｃの間に光増幅器５を配置したものである。
光増幅器５としては例えばＥＤＦＡを用いることができ、この場合、１５５０nm帯域の光パルスが増幅される。
【００３９】
光増幅器５が図６で示した箇所に配置されている光ファイバループ２においても、ｃｗ方向とｃｃｗ方向にそれぞれ伝搬するパルス成分が受ける非線形位相シフトは、図２の場合と同様に、式（１）または式（２）で示されるが、ｃｗ方向に伝搬し、光増幅器５を透過したのちにファイバセグメント２Ｃに入力するパルス成分の光強度（Ｉcw3）は大きくなり、また、ｃｃｗ方向に伝搬し、光増幅器５を透過したのちにファイバセグメント２Ｂに入力するパルス成分の光強度（Ｉccw2）も大きな値になる。そして、この場合にあっても、光結合器１の出力ポート１ｂからの出力電場（Ｅout）は式（７）で示される。
【００４０】
したがって、入力ポート１ａへの入力パルスの強度、光結合器１の分岐比（α）、各ファイバセグメント２Ａ〜２Ｈに用いる光ファイバの種類とそのファイバ長を適切に調整し、更にこの場合は、配置する光増幅器５の配置個所と増幅強度を適切に調整して、出力ポート１ｂからの出力パルスの出力電場を最大にすれば、その出力パルスは、パルス幅が圧縮され、同時にノイズ成分が除去されたものになっている。
【００４１】
つぎに、本発明の光パルス発生器Ａ2は、図１で示した光パルス発生器Ａ0や図６で示した光パルス発生器Ａ1において、光ファイバループ２を構成している１５５０nm帯域ゼロ分散ＤＳＦに代えて、例えば、表１で示す特性を有する高非線形光ファイバを用いたものである。
【００４２】
【表１】
0004057291.tif 000005
【００４３】
通常の１５５０nm帯域ゼロ分散ＤＳＦのγ値は２.５Ｗ-1km-1程度であるが、上記した高非線形光ファイバのγ値は５倍程度大きくなっている。
したがって、この光パルス発生器Ａ2の場合、このような高非線形光ファイバをファイバセグメント２Ａ，２Ｃ，２Ｅ，２Ｇとして用いることにより、通常の光ファイバを用いたときに比べてそのファイバ長を短くしても、必要な非線形効果を光パルスに与えることができる。
【００４４】
このように、高非線形光ファイバを用いて全体のファイバ長を短くすると、光ファイバループ２全体の長さを短くすることができ、そのことにより伝搬する光パルスの偏波状態の変動が小さくなり、また伝送損失も少なくなるという効果が得られる。
また、本発明では、上記した各光パルス発生器において、光ファイバループ２と光結合器１、更には光増幅器５を偏波保持光ファイバで構成することにより、光パルス発生器Ａ3が提供される。
【００４５】
既に説明した光パルス発生器Ａ0，Ａ1，Ａ2の場合、光ファイバループ２、光結合器１、光増幅器５を、いずれも、偏波状態を保持しない光ファイバで構成していた。しかしながら、このような構成の場合には、光ファイバ内での偏波状態が変動するため、ｃｗ方向とｃｃｗ方向に周回したパルス成分が光結合器１で結合するときに、２つのパルス成分の偏波状態が異なっているため、出力ポート１ｂからの出力パルスの出力強度が変動するという問題が発生する。このような問題の発生を補償するために、上記した各光パルス発生器の場合には、光ファイバループ２に偏波コントローラ３を配置することにより、逆方向に周回する２つのパルス成分の偏波状態を一致させていたのである。
【００４６】
光パルス発生器Ａ3の場合には、光ファイバループ２のファイバセグメント２Ａ〜２Ｈ、光結合器１、また光増幅器５の全てを偏波保持光ファイバで構成しているので、光ファイバループに偏波コントローラ３を配置しなくても、入力ポート１ａから入力した入力パルスの偏波状態は全伝送路の過程で一定に保持される。その結果、この光パルス発生器Ａ3の場合、偏波コントローラを配置しないにもかかわらず、光結合器１におけるパルス成分のモード結合が効果的に実現する。
【００４７】
図７は、本発明の光パルス発生器の他の例Ａ4を示す。
この光パルス発生器Ａ4は、チャープ補償光ファイバ６を光結合器１の出力ポート１ｂに接続したものである。
出力ポート１ｂから出力する光パルスにはチャープが伴っている場合もあるが、そのような場合であっても、この光パルス発生器Ａ4は、上記チャープ補償光ファイバ６でチャープが補償されるので、パルス幅が圧縮された光パルスを得ることができる。
【００４８】
図８は、本発明の光パルス発生器の別の例Ａ5を示す。
この光パルス発生器Ａ5は、既に説明した光パルス発生器の入力ポート１ａの上流側に強度変調光源７を接続したものである。
具体的には、この強度変調光源７は、２個の波長可変光源７ａ，７ｂと光結合器７ｃと光増幅器７ｄで構成されている。
【００４９】
この光パルス発生器Ａ5では、波長可変光源７ａ，７ｂから発振する異なる２つの光パルスは、光結合器７ｃで合波されてビート光になり、そしてこのビート光は光増幅器７ｄで強度増幅されて入力ポート１ａに入力する。なお、この強度変調光源７と入力ポート１ｂの間には光アイソレータ８が配置されていて、光ファイバループ２からの戻り光が除去される。
【００５０】
ここで、図９は、上記した強度変調光源７で生成したビート光の自己相関波形の１例を示す。すなわち、中心波長は１５６５nmで、波長が約０.８nm異なる２つの光パルスを波長可変光源７ａ，７ｂで発振させ、これらを光結合器７ｂで合波して得られたパルス周期が約１００GHzのビート光の自己相関波長である。
図１０は、上記したビート光を入力パルスとしたときに、光パルス発生器Ａ5の出力ポート１ｂから出力する光パルスの自己相関波形を示す。
【００５１】
図９、図１０から明らかなように、この光パルス発生器Ａ5からは、パルス幅が圧縮され、かつ裾野のノイズ成分が除去された光パルスが得られている。
図１１は、光パルス発生器Ａ5において、強度変調光源７が異なっている変形例Ａ5’を示す。
この光パルス発生器Ａ5’では、強度変調光源７が、波長可変光源７ａと、それに接続された強度変調器７ｅと、更にそれに接続された電気信号発生器７ｆと、前記強度変調器７ｅに接続された光増幅器８で構成されている。そして、この強度変調光源７と入力ポート１ａの間に光アイソレータ８が介装されていることは光パルス発生器Ａ5の場合と同じである。
【００５２】
この光パルス発生器Ａ5’の場合、波長可変光源７ａからの所定波長の光パルスは、電気信号発生器７ｆからの変調信号が印加されている強度変調器７ｅで変調され、ついで光増幅器７ｄで強度増幅されたのち、入力ポート１ａに入力することになる。
図１２は、本発明の光パルス発生器の他の実施例Ａ0’を示す。
【００５３】
光パルス発生器Ａ0におけるファイバループ２との相違は、光結合器１ｘが偏波保持特性を持つ点、光結合器１の入力する光パルスの偏光状態を最適な偏光状態に調整する偏波コントローラ３ａを入力ポート１ａの前に配置した点にある。なお、ファイバループ２は、光パルス発生器Ａ0の場合と同様に、各ファイバセグメント２Ａ〜２Ｈにより構成されている。またこの場合、光パルス発生器Ａ0で配置したファイバループ２内の偏波コントローラ３は不要になる。
【００５４】
なお、先に示した図６、図７、図８、図１１、また、後述する図１４の実施例は、光パルス発生器を構成する全ての光部品が偏波保持特性を有している。
例えば図１３で示した強度変調光源７を有する他の実施例Ａ5''では、偏波保持構成を実現することができる。図１５で示したこの光パルス発生器Ａ5''では、偏波保持構成を実現することができる。図１５で示したこの光パルス発生器Ａ5''の場合、２つの光源７ｋ，７ｌは定偏波出力特性を有している。このような光源として波長可変光源やＤＦＢ−ＬＤなどが考えられる。その２つの光は、互いの偏波状態が一致するように光結合器７ｃで合波される。そして、そこで発生したビート変調光は図６と同様な過程で短パルスとなって出力されるが、全ての構成部品において、伝搬する光パルスの偏波状態が維持される。そのため、この光パルス発生器Ａ5''では、偏波制御機能は不要となる。
【００５５】
なお、図１３の光パルス発生器Ａ5''では、１.５５μｍ帯ゼロ分散光ファイバ７ｈ，７ｊと、１.３μｍ帯ゼロ分散光ファイバ７ｉを配置し、光パルスがファイバループ２に伝播される前にパルス圧縮効果を引き起こせるようになっている。
図１４は、本発明の光パルス発生器の別の例Ａ6を示す。
【００５６】
この光パルス発生器Ａ6は、強度変調光源７が、波長可変光源７ａ、７ｂと光結合器７ｃと光増幅器７ｄ、光アイソレータ８、ＤＳＦによる光ファイバセグメント９Ａ、９ＣおよびＳＭＦによる光ファイバセグメント９Ｂの３つのセグメントから成るＣＤＰＦで構成されている。また光ファイバループ２が３つのファイバセグメント２Ａ、２Ｂ、２Ｃから構成されている。ここで光ファイバループ２は２Ａと２Ｃの２つのセグメントがＳＭＦで、２ＢがＤＳＦで構成されている。
【００５７】
この光パルス発生器Ａ6では、波長可変光源７ａ、７ｂから発振する異なる２つの光が、光結合器７ｃで合波されてビート光になる。そしてこのビート光は、光増幅器７ｄで強度増幅され、光アイソレータ８を通過したのち、ＤＳＦセグメント９Ａ、ＳＭＦセグメント９Ｂ、そしてＤＳＦセグメント９Ａと同様な特性を有するＤＳＦセグメント９Ｃの順に透過し、入力ポート１ａに入力する。
【００５８】
このとき、光増幅器７ｄにより強度増幅されたビート光は、セグメント９Ａ、９Ｂ、９Ｃで構成されたＣＤＰＦ構造のファイバ伝送路を伝搬する。ビート光は、セグメント９Ａとセグメント９Ｂの組み合わせによりパルス幅が圧縮され、更にセグメント９Ｃにより非線形効果を受けたのち、ファイバループ２内に入力される。ファイバループ２内でも２Ａおよび２ＣがＳＭＦであり、その間にＤＳＦ（２Ｂ）が位置していることから、図１３に示したように、ゼロ分散光ファイバ７ｈからゼロ分散光ファイバ７ｊまでの過程で生起するＣＤＰＦによるパルス圧縮効果がファイバループ２内でも引き続いて起こり、パルスは圧縮される。
【００５９】
すなわち、ＣＤＰＦで構成されたファイバループ２の入力ポートに、ファイバループ２内のセグメントの分散配置と連続するように、ＣＤＰＦ構造の光ファイバ伝送路を伴う強度変調光源を配置することにより光パルスの圧縮効果を高めることができる。
このように、光パルス発生器Ａ6の場合、入力ポートの前に、ＤＳＦファイバセグメント９Ａ、９ＣとＳＭＦファイバセグメント９Ｂで構成されるＣＤＰＦによる光ファイバ伝送路９を構築することにより、光パルスがファイバループ２内に伝播される前にもパルス圧縮過程を行うことができるので、更にノイズ低減を実現することができる。
【００６０】
図１５は、光パルス発生器Ａ6におけるセグメント９Ｃから出力され入力ポート１ａに入力するパルス波形を示し、図１６は出力ポート１ｂからの出力パルスの波形を示す。入力パルスと出力パルスのパルス幅を比較すると、入力パルスで１.３６９ｐｓであったものが、出力パルスにおいては３８０ｐｓであり、３６分の１に圧縮されていることがわかる。
【００６１】
図１７は、光パルス発生器Ａ6において、ファイバループ内をファイバセグメント２Ａ、２Ｂ、２Ｃの順に周回する（図１４においてｃｗ回りの周回を行う）パルスがファイバセグメント２Ｃから出力し、第２のループポート１ｄに入力する際のパルス波形（これは、ファイバセグメント２Ｃとループポート１ｄ間の接続を切断して出力を確認した）とファイバループ構成時の出力ポート１ｂからのパルス出力の波形を比較したものである。ファイバセグメント２Ｃからの出力パルスは、ファイバループ２を構成する３つのセグメントを直線的に接続した際の出力パルスと考えられるので、これとファイバループからのパルス出力を比較すると、パルス両裾野のペデスタルノイズがファイバループ構成時において減少していることが分かる。したがって、この光パルス発生器Ａ6では、パルス幅が顕著に圧縮され同時にノイズ除去が行われていることがわかる。
【００６２】
また図１４で示した光ファイバ発生器Ａ6では、ファイバループの入力ポートの前に位置するＣＤＰＦを構成するファイバセグメントとして９Ａ、９Ｂ、９Ｃの３本の例を示したが、必ずしもこの構成である必要はない。ファイバセグメント９ＡをＤＳＦのファイバセグメントとした場合、ファイバセグメント９Ｂ、９Ｃは、次のようなファイバセグメントの接続パターンが考えられる。
１）ＤＳＦ、ＳＭＦ
２）ＳＭＦ、ＤＳＦ
また、ファイバセグメントの接続パターンは、ファイバセグメント９Ａ〜９Ｃの３つの組合せに限定されず、更に多数の接続パターンとしてもよい。例えば、ファイバセグメント９ＡをＤＳＦのファイバセグメントとした場合、ファイバセグメント９Ｂ、９Ｃ・・・９Ｎは、下記のような組合せとなる。
１）ＤＳＦ、ＳＭＦ、ＤＳＦ、ＳＭＦ、ＤＳＦ
２）ＤＳＦ、ＳＭＦ、ＤＳＦ、ＳＭＦ
３）ＳＭＦ、ＤＳＦ、ＳＭＦ、ＤＳＦ
４）ＳＭＦ、ＤＳＦ、ＳＭＦ
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の光パルス発生器は、パルス幅の圧縮とノイズ成分の除去を同時に達成する光デバイスとなっている。したがって、高速大容量通信システムにおけるパルス信号光源として有用であり、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光パルス発生器の基本構成例Ａ0を示す構成図である。
【図２】光パルス発生器Ａ0の光ファイバループ（ＣＤＰＦ）２の挙動を説明するための説明図である。
【図３】式（７）で示される非線形位相シフト量（Δφ）と出力パルスの入出強度比との関係を示すグラフである。
【図４】光パルス発生器Ａ0に入力する入力光パルスの自己相関波形図である。
【図５】光パルス発生器Ａ0からの出力光パルスの自己相関波形図である。
【図６】本発明の他の光パルス発生器例Ａ1を示す構成図である。
【図７】本発明の別の光パルス発生器例Ａ4を示す構成図である。
【図８】本発明の更に別の光パルス発生器例Ａ5を示す構成図である。
【図９】光パルス発生器Ａ5の強度変調光源７で生成させたビート光の自己相関波形図である。
【図１０】光パルス発生器Ａ5から出力した出力パルスの自己相関波形図である。
【図１１】本発明の光パルス発生器例Ａ5’を示す構成図である。
【図１２】本発明の更に別の光パルス発生器例Ａ0’を示す構成図である。
【図１３】本発明の更に別の光パルス発生器例Ａ5’’を示す構成図である。
【図１４】本発明の更に別の光パルス発生器例Ａ6を示す構成図である。
【図１５】光パルス発生器Ａ6に入力する光パルスの自己相関波形図である。
【図１６】光パルス発生器Ａ6から出力する光パルスの自己相関波形図である。
【図１７】光パルス発生器Ａ6のポート１ｄからの光パルスと、ファイバセグメント２Ｃ周回直後の伝搬パルスの自己相関波形図である。
【図１８】従来用いられているＮＯＬＭを示す構成図である。
【図１９】従来用いられているＮＡＬＭを示す構成図である。
【符号の説明】
１      光結合器
１ａ    入力ポート（第１の入出力ポート）
１ｂ    出力ポート（第２の入出力ポート）
１ｃ    第１のループポート
１ｄ    第２のループポート
２      ＣＤＰＦによる光ファイバループ（光ファイバ伝送路）
２Ａ〜２Ｈ    ファイバセグメント
３      偏波コントローラ
４，５  ＥＤＦＡ（光増幅器）
６      チャープ補償光ファイバ
７      強度変調光源
７ａ，７ｂ    波長可変光源
７ｃ    光結合器
７ｄ    光増幅器
７ｅ    強度変調器
７ｆ    電気信号発生器
７ｇ    強度変調光源内の光アイソレータ
７ｈ，７ｊ    １.５５μｍ帯ゼロ分散光ファイバ
７ｉ    １.３μｍ帯ゼロ分散光ファイバ
７ｋ，７ｌ    光源
８      光アイソレータ
９      ＣＤＰＦによる光ファイバ伝送路
９Ａ，９Ｃ    ＤＳＦファイバセグメント
９Ｂ    ＳＭＦファイバセグメント
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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