(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが異なる周波数を有する光を出射する複数の光源と、
光を所定の周波数で変調することで上記所定の周波数間隔でサイドバンドを発生させて変調光を生成する変調手段と、
上記変調手段からの変調光を用いて、光パルスとして出射する上記複数の光源からの複数の光の周波数及び位相を上記複数の光源相互間で相対的に制御する制御手段と、
上記複数の光源から出射された複数の光を合成して光パルスを生成する合成手段と、
上記合成手段からの光パルスを構成する上記複数の光源からの複数の光と上記変調手段からの変調光のサイドバンドとの差周波数及び位相を検出する検出手段とを備え、
上記制御手段は、上記検出手段からの差周波数及び位相を用いて、上記複数の光源から出射する複数の光の周波数及び位相を調整すること
を特徴とする光パルス発生器。
【請求項２】
上記合成手段からの光パルスを、所定の周波数単位で分離する分離手段を備え、
上記制御手段は、上記分離手段で分離された周波数の範囲における変調光と光パルスとの差周波数を検出して上記複数の光源から出射する複数の光の位相を調整することを特徴とする請求項１記載の光パルス発生器。
【請求項３】
上記制御手段は、上記複数の光源から出射する複数の光の周波数にそれぞれ異なるオフセット周波数を付加するオフセット手段を備えることを特徴とする請求項１記載の光パルス発生器。
【請求項４】
駆動信号に応じて、出射する光パルスのうち、特定の周波数の光を選択して周波数を変化させるように駆動される音響光学素子と、
上記検出手段からの差周波数及び位相を用いて駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを備え、
上記音響光学素子は、上記駆動信号生成手段からの駆動信号が示す周波数に応じて駆動し、出射する光パルスのうち、特定の周波数の光の周波数を変化させて出射することを特徴とする請求項１記載の光パルス発生器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の光源から出射される各光の位相関係を調整して光パルスを発生させる光パルス発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来において、光パルスを発生させるものとしては、所謂モードロックレーザがある。このモードロックレーザは、非常に接近した波長をもつ共振器のモードが同期することによって、光パルスを発生するようになされている。すなわち、このモードロックレーザは、内部に備えられる共振器の共振モードに応じた周波数間隔を有する光パルスを発生させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のモードロックレーザにおいては、共振器の構造的に繰り返し周波数を可変にしたり、大幅に大きくすることが困難であった。すなわち、上述のモードロックレーザでは、マイクロ波帯域で変調信号を電気光学素子に供給することより複数の波長を有する光パルスを生成するため、光パルスの繰り返し周波数に限界があった。
【０００４】
更に、上述のモードロックレーザでは、共振器の大きさに依存して繰り返し周波数が決定され、共振器の大きさが小さいほど繰り返し周波数を大きくすることができる。しかし、このモードロックレーザは、共振器の大きさを小さくすることに限界があり、従って繰り返し周波数を大きくすることについても限界があった。
【０００５】
また、上述のモードロックレーザでは、光パルスの形状を任意の形状にすることができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述したような実情に鑑みて提案されたものであり、光パルスの繰り返し周期を可変とするとともに、大幅に変化させることができ、光パルスの形状を任意に変化させることができる光パルス発生器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決する本発明に係る光パルス発生器は、それぞれが異なる周波数を有する光を出射する複数の光源と、光を所定の周波数で変調することで上記所定の周波数間隔でサイドバンドを発生させて変調光を生成する変調手段と、上記変調手段からの変調光を用いて、光パルスとして出射する上記複数の光源からの複数の光の周波数及び位相を上記複数の光源相互間で相対的に制御する制御手段と、上記複数の光源から出射された複数の光を合成して光パルスを生成する合成手段と、上記合成手段からの光パルスを構成する上記複数の光源からの複数の光と上記変調手段からの変調光のサイドバンドとの差周波数及び位相を検出する検出手段とを備え、上記制御手段は、上記検出手段からの差周波数及び位相を用いて、上記複数の光源から出射する複数の光の周波数及び位相を調整することを特徴とするものである。
【０００８】
このように構成された光パルス発生器は、変調光と複数の光源からの光との差周波数を検出し、差周波数に応じて、各光源から出射する光の周波数を制御する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
本発明を適用した光パルス発生装置１は、例えば図１に示すような構成となされる。
【００１１】
この光パルス発生装置１は、外部からレーザ光が入力されるコム発生部２を備えている。このコム発生部２には、外部から所定の周波数を有する光が入射され、当該レーザ光を変調することにより、前記所定の周波数を中心として、高周波側及び低周波側に変調した周波数間隔でサイドバンドを発生させる。具体的には、このコム発生部２は、光変調素子に被制御光及び変調信号が入射され、光変調素子に被制御光が入射されたときの周波数を中心として低周波側及び／又は高周波側に変調信号の周波数間隔毎でサイドバンドを発生させることで変調光を生成してカプラ３に出射する。
【００１２】
また、この光パルス発生装置１は、Ｌ1，Ｌ2，・・，Ｌkからなるｋ個のレーザダイオード６を備えている。これらの各レーザダイオード６は、それぞれ異なる波長のレーザ光を、スターカプラ５に出射する。これらのレーザダイオード６は、例えばレーザダイオードＬ1から出射するレーザ光とは所定の波長間隔のレーザ光を出射するレーザダイオードＬ2，Ｌ3，・・・，Ｌkからなる。なお、光パルス発生装置１においては、Ｌ1，Ｌ2，・・，Ｌkからなるｋ個のレーザダイオード６から出射するレーザ光を、上述のコム発生部２に入射させるように構成しても良い。すなわち、この光パルス発生装置１は、Ｌ1，Ｌ2，・・，Ｌkからなるｋ個のうちのいずれかのレーザダイオード６からのレーザ光を、スターカプラ５に入射させるとともに、コム発生部２における上記光変調素子に入射する被制御光として兼用しても良い。
【００１３】
スターカプラ５は、回折格子等の光学素子を備えてなり、複数のレーザダイオード６からのレーザ光を合成することで複数の線状のスペクトルを有する光パルスを生成する。このスターカプラ５は、生成した光パルスをカプラ４に出力する。
【００１４】
カプラ４は、例えばビームスプリッタ等の光学素子を備えてなり、スターカプラ５から複数のレーザ光が合成されてなる光パルスが入射され、当該光パルスを出力光として外部に出射するとともにカプラ３に出射する。
【００１５】
カプラ３は、例えばビームスプリッタ等の光学素子を備えてなり、コム発生部２からの変調光が入射されるとともに、カプラ４から光パルスが入射される。このカプラ３は、入射された変調光と光パルスとを合成してスターカプラ７に出射する。このカプラ３から出射される光は、上記複数のレーザダイオード６から出射されるレーザ光の周波数と、コム発生部２で変調されて生成された各サイドバンドの周波数とを有する光である。
【００１６】
スターカプラ７は、カプラ３からの光を所定の周波数間隔で分解する。すなわち、このスターカプラ７は、カプラ３を介して入射された光を、所定の範囲の周波数に存在する変調光の周波数と合成光の周波数とを有する光となるように分解して、分解して得た各光を複数の光検出部８に出射する。このとき、スターカプラ７は、後述のｋ個の光検出部８に対応した周波数の範囲でカプラ３からの光を分解して出射する。分解されて出射される各光は、例えば、上記各レーザダイオード６から出射されたレーザ光の周波数をほぼ中心として低周波側及び高周波側にコム発生部２で生成された変調光の周波数を有する。
【００１７】
光検出部８は、スターカプラ７からの各光を用いて、各レーザダイオード６からのレーザ光の周波数とコム発生部２からの変調光の周波数との差周波数及び位相を検出する。これらの光検出部８は、上述のレーザダイオード６に対応してＤ1，Ｄ2，・・・，Ｄkのｋ個からなる。これらの光検出部８は、上記差周波数及び位相に応じて検出信号を生成し、当該検出信号を各位相調整部９に出力する。
【００１８】
位相調整部９は、図２に示すように、光検出部８からの検出信号が入力される位相検波器１１を備えている。この位相検波器１１には、発振器１３からの発振信号が位相調整器１２で位相差が与えられて入力される。この位相調整器１２は、発振器１３からの発振信号の位相を調整して位相検波器１１に出力する。この位相検波器１１は、検出信号と発振信号との位相差に応じた直流電圧を各レーザダイオード６に出力する。そして、各レーザダイオード６は、各位相調整部９からの直流電圧に基づいて、コム発生部２で生成するサイドバンドに対して相対的に周波数と位相が制御されたレーザ光をスターカプラ５に出力する。
【００１９】
また、この光パルス発生装置１においては、発振器１３からの発振信号の周波数に応じて変調光のサイドバンドと各レーザダイオード６からのレーザ光との周波数差を調整する。すなわち、光パルス発生装置１において、図３に示すように変調光と各レーザダイオード６からのレーザ光との周波数差ｆを一定とする場合には全ての発振器１３からの発振信号の周波数ｆを一定とし、図４に示すように変調光と各レーザダイオード６からのレーザ光との周波数差ｆを可変とする場合には各位相調整器９の発振器１３からの発振信号の周波数ｆを可変とする。
【００２０】
このように構成された光パルス発生装置１は、コム発生部２で変調して得た変調光と、スターカプラ５で合成して得た光パルスとをカプラ３で合成し、スターカプラ７で所定の周波数の幅で光を分離し、分離された光を用いて、各所定の周波数の幅の光毎に検出信号を発振器１３からの発振信号と比較し、位相調整部９によりレーザダイオード６から出射するレーザ光の周波数及び位相を調整する。そして、光パルス発生装置１は、カプラ４によりスターカプラ５からの光パルスを出力する。
【００２１】
これにより、光パルス発生装置１は、レーザダイオード６からのレーザ光とコム発生部２からの変調光との位相を同期させ、位相調整がなされた各レーザダイオード６からのレーザ光を合成して光パルスを発生させることができる。このとき、各レーザダイオード６からの各レーザ光からなる光パルスの周波数間隔を、コム発生部２で生成した変調光のサイドバンドの周波数間隔Ｆｍの２倍になるように設定し、レーザ光の位相を位相調整部９により調整することにより、コム発生部２で生成した変調光のサイドバンドの周波数間隔Ｆｍの２倍の大きさの繰り返し周波数２Ｆｍを有する光パルスを生成して出力することができる。
【００２２】
この光パルス発生装置１によれば、上述したように変調光のサイドバンドの周波数間隔Ｆｍの２倍の大きさの繰り返し周波数２Ｆｍの光パルスを発生させる場合のみならず、各レーザダイオード６から出射するレーザ光の周波数間隔を大きくすることで、更に大きな繰り返し周波数、例えば、３倍、４倍、更には１００倍、１０００倍の大きさの繰り返し周波数を有する光パルスを生成することができる。
【００２３】
更に、この光パルス発生装置１は、上述の図３に示すように、コム発生部２で生成した変調光のサイドバンドの繰り返し周波数Ｆｍの２倍の繰り返し周波数２Ｆｍを有する光パルスを生成できるだけでなく、変調光のサイドバンドの整数倍以外の繰り返し周波数を有する光パルスであっても発生させることができ、各発振器１３からの発振信号を調整することにより光パルスの繰り返し周波数を連続的に可変させることができる。すなわち、光パルス発生装置１によれば、上述のように整数倍の繰り返し周波数の光パルスのみならず、小数倍の繰り返し間隔の光パルスであっても発生させることができる。
【００２４】
したがって、このような光パルス発生装置１によれば、位相調整部９によりレーザダイオード６から出射するレーザ光の周波数及び位相をコム発生部２から出射する変調光のサイドバンドの周波数との差周波数及び位相を検出して変化させることにより、出力する光パルスの繰り返し周波数を可変とすることができるとともに、大幅に大きくすることができる。
【００２５】
また、この光パルス発生装置１によれば、コム発生部２からの変調光及びスターカプラ５からの光パルスをスターカプラ７で所定の周波数の幅毎に分離して差周波数及び位相の検出を行うので、レーザダイオード６から出射する各レーザ光との位相関係を位相調整器９により精密に調整することができる。
【００２６】
なお、上述の光パルス発生装置１における位相調整部９は、各光検出部８からの検出信号を用いて各レーザダイオード６から出射する光の位相と同期するように調整する処理を行う一例について説明したが、位相の調整を行うときに各発振器１３からの発振信号の周波数を変化させることでオフセット周波数を加えながら位相の調整を行うことにより、図４に示すように、コム発生部２からの変調光の繰り返し周期によらず、出力する光パルスの繰り返し周期を任意に設定することができ、繰り返し周期を可変とすることができる。このとき、例えばカプラ４から出射する光パルスの形状をパルス測定器等でモニタし、位相調整部１２で各レーザダイオード６から出力するレーザ光の位相を調整するとともに、各レーザダイオード６から出力するレーザ光の光強度を調整することにより任意の形状の光パルスを生成することができる。すなわち、この光パルス発生装置１によれば、各レーザダイオード６から出射するレーザ光の位相及び強度を調整することにより、任意の幅、形状、細さ、周波数チャープ等を有する光パルスを発生させることができる。したがって、このような光パルス発生装置１によれば、出力する光パルスの形状を任意の形状とすることができるので、出力する光パルスの繰り返し周期を任意に設定することができ、例えば通信分野に用いられる光クロック発生器として使用することができる。
【００２７】
このように、発振器１３からの発振信号の周波数を変化させてオフセット周波数を加える手法としては、例えば図５に示すように、上述の発振器１３に代えて、局所発振器２１、ｋ−１個のミキサ、ｋ−１個のＢＰＦ（バンド・パス・フィルタ）からなる発振器２０とすることが挙げられる。この発振器２０は、局所発振器２１から出力する周波数がｆ0の正弦波の発振信号をミキサ及びＢＰＦを通過させることで周波数が２ｆ0，３ｆ0，・・・ｋｆ0の発振信号を生成する。このような発振器２０を用いることにより、光パルス発生装置１は、発振信号の周波数を変化させることができ、オフセット周波数を加えながら位相の調整を行うことができる。
【００２８】
なお、この図５に示した発振器２０は、上述したように整数倍の周波数の発振信号を生成する場合のみならず、各ミキサに任意に生成した周波数を有する信号を入力することで所望の周波数の発振信号を生成することもできる。
【００２９】
更に、光パルス発生装置１は、上述の発振器１３に代えて図６に示すように、局所発振器３１とｋ個のＢＰＦからなる発振器３０としても良い。この発振器３０は、局所発振器３１からの周波数がマイクロ波帯のｆ0の矩形波或いはパルス状の発振信号から、高調波成分を各ＢＰＦで分離することで、ｆ0，２ｆ0，・・・，ｋｆ0の周波数の発振信号を生成する。
【００３０】
上述した発振器２０及び発振器３０は、上述した発振器１３を用いた場合と比較して、発振信号の周波数を変化させても、２ｆ0，・・・，ｋｆ0の位相が変化しないので、発振信号の周波数を変化させた後で上記位相調整器１２により位相を調整する処理を省くことができる。
【００３１】
また、この光パルス発生装置１は、発振器２０又は発振器３０を用いることにより、各位相調整器９の位相調整部１２に入力する発振信号の位相関係を正確に保つことができる。すなわち、この発振器２０又は発振器３０を用いることにより、局所発振器２１，３１からの発振信号の周波数をｆ0をとし、各位相調整部１２に入力される発振信号の周波数ｆｋは
ｆｋ＝ｋｆ0  （ｋ＝１，２，３，・・・）
という線形な関数で極めて正確なものとすることができる。従って、１つの発振器２０又は発振器３０を備えた光パルス発生装置１によれば、上述のように各位相調整器９内に備えられた発振器１３からの発振信号を用いるときよりも、各発振信号の位相関係を正確に保持することができる。
【００３２】
つぎに、本発明を適用した他の光パルス発生装置４０について説明する。この光パルス発生装置４０は、図７に示すように、光検出部８からの検出信号が入力されるオフセット部４１を備えている。このオフセット部４１は、例えば上述の図２に示したように位相検波器、位相調整器及び発振器を備えた構成となされており、上述の位相調整器９とは音響光学素子部４２を駆動させる交流の駆動信号を生成するという点で異なる。なお、以下の光パルス発生装置４０の説明においては、上述の光パルス発生装置１と同一部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００３３】
上記オフセット部４１は、ｋ個の光検出部８に対応してＣ1，Ｃ2，・・・，Ｃkとｋ個設けられ、各光検出部８からの検出信号にオフセット周波数を付加することで後述の音響光学素子部４２を駆動する交流の駆動信号を生成する。このオフセット部４１は、図８に示すように対応して設けられたｋ個のＡＯＴＦ（Acousto-optic tunable filter）４３に駆動信号を入力するように接続されている。このオフセット部４１は、ＡＯＴＦ４３に入力された光パルスのうち、駆動信号の周波数により決定される特定の光の周波数成分に対してのみ影響を与えるように制御してＡＯＴＦ４３を駆動させる。すなわち、この光パルス発生装置４０においては、例えばＬ3のレーザダイオード６から出射されたレーザ光の周波数についてオフセット周波数を与えるときには、オフセット部４１によりオフセット周波数を付加するような駆動信号を生成して音響光学素子部４２に出力する。
【００３４】
このとき、このオフセット部４１は、検出信号に応じてオフセット周波数を付加するとともに、位相調整を行って音響光学素子部４２を駆動する駆動信号を生成する。
【００３５】
音響光学素子部４２は、駆動信号により内部に発生する音響の周波数が変化されることで、取り出すことができる光パルスの周波数を任意に変化させる例えば複数のＡＯＴＦ４３とＰＢＳ４４とから構成される。この音響光学素子部４２は、各オフセット部４１からの駆動信号が入力されることにより、ＡＯＴＦ４３により光パルスを構成する複数の異なる周波数をもつ光のうち特定の周波数の成分の光に対してのみ影響を与え、その光の周波数及び偏光方向を変化させる。そして、この音響光学素子部４２は、ＰＢＳ４４により、複数のＡＯＴＦ４３を通過することで偏光方向が変化された光のみを出力する。
【００３６】
ここで、変調光のサイドバンドの周波数をｆcとし、レーザ光の周波数をｆ1とし、オフセット部４１において付加するオフセット周波数をｆ0とし、ｆ1＞ｆcとすると、光検出部８で検出された差周波数に基づく信号の周波数は
ｆ1−ｆc
となる。そして、オフセット部４１は、光検出部８からの信号にオフセット周波数ｆ0を付加することにより
ｆ1−ｆc−ｆ0
の周波数を有する駆動信号とする。
【００３７】
ここで、オフセット部４１からの駆動信号の周波数が音響光学素子部４２を構成するＡＯＴＦを駆動するとき、音響光学素子部４２に入力される光パルスを構成するレーザ光の周波数成分のうち、周波数ｆ1にのみ影響を与えるように周波数ｆ1−ｆcが調整されているとする。具体的には、光検出部８で検出された信号の周波数を用いることで、周波数ｆ1のレーザ光を出射するレーザダイオード６を制御する。光パルス発生装置１において、周波数ｆ1を有するレーザ光の周波数を例えばマイナス方向にシフトさせるように変化させたとき、音響光学素子部４２から出力されるレーザ光の周波数は、
ｆ1−（ｆ1−ｆc−ｆ0）＝ｆc＋ｆ0
となる。このとき、音響光学素子部４２から出力される光パルスを構成するレーザ光の周波数成分の位相は、音響光学素子部４２に入射されるときの位相とは関係がなく、変調光のサイドバンドの位相とオフセット部４１内の発振器の位相で決定される。従って、音響光学素子部４２から出射される光パルスを構成するレーザ光の位相は、オフセット部４１内で調整することにより光パルスを構成するレーザ光の周波数成分における位相を調整する。
【００３８】
このような光パルス発生装置４０によれば、上述のようにオフセット部４１内部に上記位相調整部と同様の機能を備えるので、位相調整部９における位相調整の精度を低くしても、各オフセット部４１で駆動信号の位相を精密に調整することにより出射する光パルスのうち特定の光の周波数成分における周波数及び位相調整を行って、光パルスを出力することができる。したがって、この光パルス発生装置４０においては、上述の位相調整部９に代えて、例えば周波数に応じて電気信号を生成する周波数−電圧コンバータ等の機器を用いることができる。
【００３９】
なお、音響光学素子部４２は、図８に示したように複数のＡＯＴＦ４３を備える一例のみならず、図９に示すように、各オフセット部４１からのマイクロ波帯域の駆動信号を加算する加算器４５を備え、当該加算器４５からの信号に応じて駆動する単一のＡＯＴＦ４６を備えるものであっても良い。この音響光学素子部４２は、加算器４５により、各オフセット部４１からの駆動信号を加算することにより、複数の周波数成分を有する駆動信号を生成し、ＡＯＴＦ４６に入力する。この結果、ＡＯＴＦ４６は、上述した図８の音響光学素子部４２と同様に、入力された特定の偏光方向の光のうち、特定の周波数の成分の光の周波数及び偏光方向を変化させるように駆動する。そして、この音響光学素子部４２は、ＰＢＳ４７により、ＡＯＴＦ４６を通過することで偏光方向が変化された光のみを出力する。
【００４０】
なお、上述の光パルス発生装置４０においては、音響光学素子部４２として複数又は単一のＡＯＴＦを用いた一例について説明したが、音響光学素子部４２は、ＡＯＭ（Acousto-optic Modulater）を備えたものであっても良い。この音響光学素子部４２は、図１０に示すように、カプラ４からの光パルスが入射されるスターカプラ５１を備えている。このスターカプラ５１は、入射された光パルスを所定の周波数間隔の光となるように分離して各ＡＯＭ５２に出射する。各ＡＯＭ５２は、ｋ個の各オフセット部４１に対応してｋ個からなり、各オフセット部４１から駆動信号が入力され、スターカプラ５１からの光のうち、特定の周波数の光に対してのみ影響を与え、その光の周波数を変化させてスターカプラ５３に出射する。そして、スターカプラ５３は、各ＡＯＭ５２からの光を合成して出力する。この結果、スターカプラ５３から出力される光パルスは、オフセット部４１からの駆動信号に応じて周波数が制御された光が合成されてなるものとなる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る光パルス発生器では、それぞれが異なる周波数を有する光を出射する複数の光源から出射された複数の光を合成手段により合成して光パルスを生成するにあたり、上記合成手段から出射する光パルスを構成する上記複数の光源からの複数の光と、変調手段により光を所定の周波数で変調することで上記所定の周波数間隔でサイドバンドを発生させて生成される変調光のサイドバンドとの差周波数及び位相を検出手段により検出し、上記検出手段により検出された差周波数及び位相を用いて、制御手段により上記複数の光源から出射する複数の光の周波数及び位相を制御して光パルスが出射されるように調整するので、各光源からの周波数及び位相を変化させることにより、光パルスの繰り返し周期を可変とするとともに、大幅に変化させることができ、出射する光パルスの形状を任意に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光パルス発生装置の構成を示す図である。
【図２】位相調整部の構成を示す図である。
【図３】コム発生部からの変調光と、複数のレーザダイオードからのレーザ光との関係を調整することを説明するための図である。
【図４】コム発生部からの変調光と、複数のレーザダイオードからのレーザ光との関係を調整することを説明するための図である。
【図５】位相調整部に備えられる発振器の他の一例を示すブロック図である。
【図６】位相調整部に備えられる発振器の他の一例を示すブロック図である。
【図７】本発明を適用した光パルス発生装置の構成の他の一例を示す図である。
【図８】ＡＯＴＦを備えた音響光学素子部の構成の一例を示す図である。
【図９】ＡＯＴＦを備えた音響光学素子部の構成の他の一例を示す図である。
【図１０】ＡＯＭを備えた音響光学素子部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  光パルス発生装置、２  コム発生部、５  スターカプラ、６  レーザダイオード、７  スターカプラ、９  位相調整部
【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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