(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光としてのレーザ光を発生するレーザ光源と、
前記入力光に対して位相変調を与える位相変調手段と、
前記入力光に対して強度変調を与える強度変調手段と、
fi＝ｎ×fi+1（ｉは自然数、ｎは２以上の自然数）の関係を満たすf1，f2，・・・，fi，・・・，fNのＮ種類（Ｎは２以上の自然数）の周波数の電気信号をそれぞれ発生するＮ台の電気信号発生手段とを備える多波長光源装置であって、
前記位相変調手段及び前記強度変調手段が前記レーザ光源に任意の順番で直列に接続され、
前記位相変調手段は出力光の光位相が前記電気信号発生手段の発生する前記Ｎ種類の電気信号の和に比例して変化するように位相変調を行い、
前記強度変調手段は出力光の光強度が前記電気信号発生手段の発生する前記Ｎ種類の電気信号の積に比例して変化するように強度変調を行う
ことを特徴とする多波長光源装置。
【請求項２】
前記位相変調手段はＮ個の位相変調器を備え、
前記強度変調手段はＮ個の強度変調器を備え、
前記Ｎ個の位相変調器と前記Ｎ個の強度変調器は任意の順番で直列に接続され、
前記Ｎ個の位相変調器のうちのｉ番目の位相変調器、並びに前記Ｎ個の強度変調器のうちのｉ番目の強度変調器には前記電気信号発生器からの周波数fiの電気信号が変調信号として入力される
ことを特徴とする請求項１記載の多波長光源装置。
【請求項３】
前記位相変調手段としての１個の位相変調器と、
前記強度変調手段としてのＮ個の強度変調器と、
前記Ｎ種類の周波数の電気信号を合波する合波手段とを備え、
前記位相変調器と前記Ｎ個の強度変調器は任意の順番で直列に接続され、
前記位相変調器には前記合波手段によって合波された前記Ｎ種類の周波数の電気信号が変調信号として入力され、
さらに前記Ｎ個の強度変調器のうちのｉ番目の強度変調器には前記電気信号発生器からの周波数fiの電気信号が変調信号として入力される
ことを特徴とする請求項１記載の多波長光源装置。
【請求項４】
前記位相変調手段としてのＮ個の位相変調器と、
前記強度変調手段としての１個の強度変調器と、
前記Ｎ種類の周波数の電気信号に対して乗算を施す乗算手段とを備え、
前記Ｎ個の位相変調器と前記強度変調器は任意の順番で直列に接続され、
前記Ｎ個の位相変調器のうちのｉ番目の位相変調器には前記電気信号発生器からの周波数fiの電気信号が変調信号として入力され、
さらに前記強度変調器には前記乗算手段によって乗算された前記Ｎ種類の周波数の電気信号が変調信号として入力される
ことを特徴とする請求項１記載の多波長光源装置。
【請求項５】
前記位相変調手段としての１個の位相変調器と、
前記強度変調手段としての１個の強度変調器と、
前記Ｎ種類の周波数の電気信号を合波する合波手段と、
前記Ｎ種類の周波数の電気信号に対して乗算を施す乗算手段とを備え、
前記位相変調器と前記強度変調器は任意の順番で直列に接続され、
前記位相変調器には前記合波手段によって合波された前記Ｎ種類の周波数の電気信号が変調信号として入力され、
さらに前記強度変調器には前記乗算手段によって乗算された前記Ｎ種類の周波数の電気信号が変調信号として入力される
ことを特徴とする請求項１記載の多波長光源装置。
【請求項６】
前記乗算手段がダブルバランスドミキサを用いて構成されることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の多波長光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信における波長多重伝送信号用の位相のロックされたキャリア光源や、光周波数計測におけるコヒーレンス性の高い基準周波数光源として利用するための多波長光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光周波数軸上に等間隔で線スペクトルの並んだ多波長光を同時に発生させる多波長光源は、光通信における波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）伝送信号用のキャリア光源としての応用が期待されている。
【０００３】
キャリア光源としてこのような多波長光源を採用する利点としては、例えば以下のことが挙げられる。即ち、必要な波長数に応じて光源を個別に用意する場合に比較して装置のサイズを縮小することが可能であること、種光源として周波数安定化光源を使用することによりすべてのキャリア光の周波数安定化が可能となり、これが堅牢なフォトニックネットワークの実現に有用であること、また、各キャリア光間の位相関係が固定されたものとなるため波長多重伝送における伝送光ファイバ中の非線形現象により誘発されるチャネル間クロストークを補償することが可能となること等である。
【０００４】
また多波長光源は光周波数のものさしとして、即ち光周波数計測におけるコヒーレンス性の高い基準周波数源としての応用も活発に検討されている。
【０００５】
従来、多波長光源を実現する技術の一つとして、繰り返し周波数fmのパルス光源と非線形光ファイバを用いる構成（非特許文献１参照）が提案されている。このような構成とすることにより、周波数fmの間隔で線スペクトルの並んだスーパーコンティニウム光を発生させ多くの波長数の光を同時に得ることが可能となっている。
【０００６】
しかしながら、上記非線形光ファイバは特殊な構造を有するものであり、その設計、製作は容易ではない。また、得られる多波長光のスペクトル波形を非線形光ファイバの分散特性、非線形特性から正確に予測するのは困難である。
【０００７】
これに対し、多波長光源を実現する別の従来技術として、図７に一例を示すようにＣＷレーザ光源１１０、マッハツェンダ強度変調器１２０、位相変調器１３０を組み合わせた構成（例えば、特許文献１、非特許文献２参照）が提案されている。
【０００８】
図７に示す例では、マッハツェンダ強度変調器１２０に発振器１４０が発生する所定の周波数fmの正弦波電気信号が印加され、位相変調器１３０に発振器１４０が発生する周波数fmの正弦波電気信号が位相シフタ１６０により時間位置を調整され且つアンプ１７０により適宜そのパワーを調整されて印加されるように構成されている。
【０００９】
図７に示す多波長光源装置の動作原理を簡単に説明する。ＣＷレーザ光源１１０から出力されマッハツェンダ強度変調器１２０に入射したＣＷ光は、マッハツェンダ強度変調器１２０によって繰り返し周波数fm、デューティ比約５０％のパルス列に変換されて出力される。このパルス列は位相変調器１３０に入射し、該位相変調器１３０によってさらに周波数fmの正弦波位相変調を与えられることにより多波長光が得られる。なお、マッハツェンダ強度変調器１２０は発振器１４０が発生する周波数fmの正弦波電気信号により駆動される。
【００１０】
図８は、図７に示した構成における位相変調の変調指数Δθが１０πの場合における多波長光スペクトルの計算結果である。図８中、各黒丸は各線スペクトルの強度を示している。図８から、図７に示す構成によって平坦な光スペクトル波形を有する多波長光が得られることが分かる。
【００１１】
なお、位相変調器１３０に入力する正弦波電気信号の電圧振幅を増大させ変調指数Δθを増加させるにしたがって、光スペクトルの平坦性を保ったまま多波長光のスペクトル幅は拡大する。また、図７におけるマッハツェンダ強度変調器１２０と位相変調器１３０の位置を入れ替えても、得られる多波長光の光スペクトルは同じとなる。位相変調と強度変調のタイミングは位相シフタ１６０によって調整し、最大の光スペクトル広がりが得られるようにする。
【００１２】
図９に波長数と位相変調の変調指数Δθの関係を示す。図９中に示す黒丸は波長数と変調指数Δθの関係の計算結果であり、実線はその近似直線である。図９から分かるように多波長光の波長数は位相変調の変調指数Δθにほぼ比例して増大する。
【００１３】
更に、図７に示すような、変調器を用いた多波長光源装置においては、多波長光の各線スペクトルの強度を変調器の変調指数から解析的に求めることができるため、スペクトル波形を正確に予想するのが容易であるという利点がある。
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−１９５４９９号公報
【非特許文献１】E.Yamada et al.，"106 channel x 10 Gbit/s， 640 km DWDM transmission with 25 GHz spacing with supercontinuum multi-carrier source"， Electron. Lett.， vol.37， no.25， p.1534-1536， 2001
【非特許文献２】M.Doi et al.， "Advanced LiNbO3 optical modulators for broadband optical communications"， IEEE J.Selected Topics in Quantum Electronics，vol.12， no.4， p.745-750， 2006
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
多波長光源を波長多重伝送信号用のキャリア光源として利用する場合、一度に発生可能な波長数が多いほど、一つのキャリア光を発生させるのに必要な装置サイズが縮小されることになり望ましい。また多波長光源を光周波数計測における基準周波数光源として利用する場合、一度に発生可能な波長数が多いほど、より広範囲での光周波数測定が可能となる。
【００１６】
例えば、図７に示すＣＷ光源１１０、マッハツェンダ強度変調器１２０、位相変調器１３０を組み合わせた従来の多波長光源装置においては位相変調器１３０の変調指数Δθにほぼ比例して波長数が増大する。
【００１７】
ここで変調指数Δθは、変調器に印加する正弦波電気信号の電圧の振幅Ｖa、ならびに位相変調器の半波長電圧Ｖπとの間に以下の式（１）に示すような関係がある。
【００１８】
【数１】
0004963462.tif 000002
【００１９】
式（１）に示されるように変調指数Δθは正弦波電気信号の電圧振幅Ｖaに比例するため、波長数を増加させるためには位相変調器へ入力する正弦波信号の強度を増大させる必要がある。
【００２０】
即ち、例えば前述の非特許文献２においては、半波長電圧1.3Ｖの位相変調器に対してピークtoピークの電圧４０Ｖの１０GHz正弦波信号を入力することによって変調指数１５πを実現し、約９０波の多波長光を得ているが、さらに波長数を増加させるには位相変調器への入力電気信号の電圧振幅を増大させる必要がある。
【００２１】
しかしながら、位相変調器の絶縁破壊の可能性を考慮すると印加可能な入力電気信号強度には上限がある。したがって、例えば１０倍の電圧振幅の電気信号を位相変調器に入力することにより波長数を１０倍に増大するといった手法は現実的ではないと言える。
【００２２】
また、多波長光の波長数増大の手法としては、上述した位相変調器への入力電気信号の電圧振幅を増大させる手法の外に、特許文献１の図１６（第８実施形態）に示されるように複数の位相変調器を用い、それらに対して同じ周波数の変調信号を入力するという手法がある。このような手法によれば、位相変調器への入力電気信号の電圧振幅を同一にしたまま位相変調器をＸ台に増やすことにより、約Ｘ倍の波長数を得ることが可能となる。
【００２３】
しかしながら、この場合にはＸ台の位相変調器での変調のタイミングのすべてを位相シフタ等で制御する必要があり装置構成が複雑になる。さらに、位相変調器の過剰損失がＸ台分だけ足し合わされることになり、これは多波長光のキャリア対雑音比の劣化につながる可能性がある。従って、例えばＸ＝１０とし１０台の位相変調器を使用して波長数を１０倍に増大するといった手法は現実的ではないと言える。
【００２４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ＣＷ光源、マッハツェンダ強度変調器、位相変調器を組み合わせた多波長光源装置において、位相変調器への入力電気信号強度を変調器の入力限界より小さく保ちながら、且つ、変調器の個数に比較して格段に効率の良い波長数の増大を可能とする多波長光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る多波長光源装置は、入力光としてのレーザ光を発生するレーザ光源と、前記入力光に対して位相変調を与える位相変調手段と、前記入力光に対して強度変調を与える強度変調手段と、fi＝ｎ×fi+1（ｉは自然数、ｎは２以上の自然数）の関係を満たすf1，f2，・・・，fi，・・・，fNのＮ種類（Ｎは２以上の自然数）の周波数の電気信号をそれぞれ発生するＮ台の電気信号発生手段とを備える多波長光源装置であって、前記位相変調手段及び前記強度変調手段が前記レーザ光源に任意の順番で直列に接続され、前記位相変調手段は出力光の光位相が前記電気信号発生手段の発生する前記Ｎ種類の電気信号の和に比例して変化するように位相変調を行い、前記強度変調手段は出力光の光強度が前記電気信号発生手段の発生する前記Ｎ種類の電気信号の積に比例して変化するように強度変調を行うことを特徴とする。
【００２６】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る多波長光源装置は、第１の発明において、前記位相変調手段はＮ個の位相変調器を備え、前記強度変調手段はＮ個の強度変調器を備え、前記Ｎ個の位相変調器と前記Ｎ個の強度変調器は任意の順番で直列に接続され、前記Ｎ個の位相変調器のうちのｉ番目の位相変調器、並びに前記Ｎ個の強度変調器のうちのｉ番目の強度変調器には前記電気信号発生器からの周波数fiの電気信号が変調信号として入力されることを特徴とする。
【００２７】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る多波長光源装置は、第１の発明において、前記位相変調手段としての１個の位相変調器と、前記強度変調手段としてのＮ個の強度変調器と、前記Ｎ種類の周波数の電気信号を合波する合波手段とを備え、前記位相変調器と前記Ｎ個の強度変調器は任意の順番で直列に接続され、前記位相変調器には前記合波手段によって合波された前記Ｎ種類の周波数の電気信号が変調信号として入力され、さらに前記Ｎ個の強度変調器のうちのｉ番目の強度変調器には前記電気信号発生器からの周波数fiの電気信号が変調信号として入力されることを特徴とする。
【００２８】
上記の課題を解決するための第４の発明に係る多波長光源装置は、第１の発明において、前記位相変調手段としてのＮ個の位相変調器と、前記強度変調手段としての１個の強度変調器と、前記Ｎ種類の周波数の電気信号に対して乗算を施す乗算手段とを備え、前記Ｎ個の位相変調器と前記強度変調器は任意の順番で直列に接続され、前記Ｎ個の位相変調器のうちのｉ番目の位相変調器には前記電気信号発生器からの周波数fiの電気信号が変調信号として入力され、さらに前記強度変調器には前記乗算手段によって乗算された前記Ｎ種類の周波数の電気信号が変調信号として入力されることを特徴とする。
【００２９】
上記の課題を解決するための第５の発明に係る多波長光源装置は、第１の発明において、前記位相変調手段としての１個の位相変調器と、前記強度変調手段としての１個の強度変調器と、前記Ｎ種類の周波数の電気信号を合波する合波手段と、前記Ｎ種類の周波数の電気信号に対して乗算を施す乗算手段とを備え、前記位相変調器と前記強度変調器は任意の順番で直列に接続され、前記位相変調器には前記合波手段によって合波された前記Ｎ種類の周波数の電気信号が変調信号として入力され、さらに前記強度変調器には前記乗算手段によって乗算された前記Ｎ種類の周波数の電気信号が変調信号として入力されることを特徴とする。
【００３０】
前記乗算手段がダブルバランスドミキサを用いて構成されることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の多波長光源装置。
【発明の効果】
【００３１】
本発明により、ＣＷレーザ光源、マッハツェンダ強度変調手段、位相変調手段を組み合わせた多波長光源装置において、非常に大きい強度の変調用電気信号を位相変調手段へ入力することなく、また、非常に多くの位相変調手段を設置することなく、波長数を格段に増大させることが可能となる。
【００３２】
従来、ＣＷレーザ光源、マッハツェンダ強度変調手段、位相変調手段を組み合わせた多波長光源装置において報告されている出力波長数は非特許文献２において報告されている約９０波が最大であったが、本発明により、格段に効率の優れた波長数増大が可能となり、その１０倍の９００波以上の波長数を容易に実現することが可能な多波長光源装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明は、入力光としてのレーザ光を発生するレーザ光源と、入力光に対して位相変調を与える位相変調手段と、入力光に対して強度変調を与える強度変調手段と、fi＝ｎ×fi+1（ｉは自然数、ｎは２以上の自然数）の関係を満たすf1，f2，・・・，fi，・・・，fNのＮ種類（Ｎは２以上の自然数）の周波数の電気信号をそれぞれ発生するＮ台の電気信号発生手段とを設け、位相変調手段及び強度変調手段をレーザ光源に任意の順番で直列に接続し、位相変調手段が、出力光の光位相が電気信号発生手段の発生するＮ種類の電気信号の和に比例して変化するように位相変調を行い、強度変調手段が、出力光の光強度が電気信号発生手段の発生するＮ種類の電気信号の積に比例して変化するように強度変調を行うように構成するものである。
【００３４】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１乃至図３を用いて本発明の第１の実施例を説明する。図１は本実施例に係る多波長光源装置の一例を示す構成図、図２は本実施例に係る多波長光源装置によって得られる多波長光のスペクトルを模式的に示した説明図、図３は本実施例に係る多波長光源装置によって得られる多波長光のスペクトルの光周波数と光強度との関係を表すグラフである。
【００３６】
本実施例の多波長光源装置は、ＣＷレーザ光源から出力されるＣＷレーザ光を種光とし、Ｎ台（Ｎは２以上の自然数）の強度変調手段としてのマッハツェンダ強度変調器と、Ｎ台の位相変調手段としての位相変調器とを備え、fi＝ｎ×fi+1（ｉは１≦ｉ≦Ｎ−１を満たす自然数、ｎは２以上の自然数）の関係を満たすf1，f2，・・・，fi，・・・，fNのＮ種類の周波数の電気信号をそれぞれ発生するＮ台の電気信号発生器としてのシンセサイザにより発生するＮ種類の電気信号を変調信号として用い、マッハツェンダ強度変調器による強度変調ならびに位相変調器による位相変調を行うことによって多波長光を発生させるものである。
【００３７】
具体的には、２台のマッハツェンダ強度変調器と２台の位相変調器と、f1＝３０×f2の関係を満たす２種類の周波数f1，f2の電気信号をそれぞれ発生する２台のシンセサイザを用いることによって波長数約９００波の多波長光を発生させる構成について示す。なお、２台の位相変調器のうちの１番目の位相変調器、並びに２台の強度変調器のうちの１番目の強度変調器には電気信号発生器からの周波数f1の電気信号が変調信号として入力され、２番目の位相変調器、並びに２番目の強度変調器には電気信号発生器からの周波数f2の電気信号が変調信号として入力される。
【００３８】
図１を用いてより詳しく説明すると、単一の中心波長を有するＣＷレーザ光源１０に２台のマッハツェンダ強度変調器２１，２２と、２台の位相変調器３１，３２とがそれぞれ１台ずつ交互に且つ直列に接続されている。
【００３９】
そして、前段のマッハツェンダ強度変調器（以下、第１のマッハツェンダ強度変調器という）２１には、電気信号発生器としての第１のシンセサイザ４１が発生する所定周期（本実施例では３０GHz）で繰り返される信号電圧が、第１の電力分配器５１、第１の位相シフタ６１ａ、第１のアンプ７１ａを介して入力されるように構成されている。同様に、前段の位相変調器（以下、第１の位相変調器という）３１には、第１のシンセサイザ４１が発生する上記信号電圧が、第１の電力分配器５１、第２の位相シフタ６１ｂ、第２のアンプ７１ｂを介して入力されるようになっている。
【００４０】
また、後段のマッハツェンダ強度変調器（以下、第２のマッハツェンダ強度変調器という）２２には、電気信号発生器としての第２のシンセサイザ４２が発生する所定周期（本実施例では１GHz）で繰り返される信号電圧が、第２の電力分配器５２、第３の位相シフタ６２、第３のアンプ７２ａを介して入力されるように構成されている。同様に、後段の位相変調器（以下、第２の位相変調器という）３２には、第２のシンセサイザ４２が発生する上記信号電圧が、第２の電力分配器５２、第４のアンプ７２ｂを介して入力されるようになっている。
【００４１】
電力分配器５１，５２はシンセサイザ４１，４２からの電気信号の電力分配を行うもの、また、位相シフタ６１ａ，６１ｂ，６２は時間位置、アンプ７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂは信号電圧のパワーをそれぞれ適宜調整するものである。また、第１のシンセサイザ４１と第２のシンセサイザ４２とは同期用クロックにより同期しているものとする。なお、本実施例の多波長光源装置は、図示はしないがマッハツェンダ強度変調器２１，２２に対して適当なＤＣバイアス電圧を印加するＤＣバイアス電源を備えている。
【００４２】
本実施例の多波長光源装置においては、ＣＷレーザ光源１０からの光を第１のマッハツェンダ強度変調器２１に入射し３０GHzの正弦波信号で強度変調した後、さらに第１の位相変調器３１により３０GHzの正弦波位相変調を施すことにより、周波数間隔３０GHzの多波長光を発生させる。
【００４３】
ここで３０GHzの強度変調は、出力パルス光の繰り返し周波数が３０GHz、デューティ比が約５０％の時間波形となるように、第１のマッハツェンダ強度変調器２１へ入力するＤＣバイアス、変調電気信号強度を設定することにより行う。また３０GHzの正弦波位相変調の変調指数は４．７π程度に設定する。
【００４４】
この設定により、図９から分かるように３１波の多波長光を発生させることができる。
この周波数間隔３０GHz、３１波の多波長光に対して、さらに第２のマッハツェンダ強度変調器２２による１GHzの強度変調、第２の位相変調器３２による１GHzの位相変調を施す。
【００４５】
ここで１GHzの強度変調は、第２のマッハツェンダ強度変調器２２に１つの波長のＣＷ光を入射した際に、出力パルス光の繰り返し周波数が１GHz、デューティ比が約５０％の時間波形となるように、第２のマッハツェンダ強度変調器２２へ入力するＤＣバイアス、変調電気信号強度を設定することにより行う。また１GHzの正弦波位相変調の変調指数は４．７π程度に設定する。
【００４６】
なお、おのおのの強度変調と位相変調のタイミングは位相シフタ６１ａ，６１ｂ，６２によって調整し、最大の光スペクトル広がりが得られるようにするものとする。
【００４７】
このような設定により、第１の位相変調器３１から出力される３０GHz間隔、３１波の多波長光のそれぞれから、１GHz間隔、３１波の多波長光を新たに発生させることが可能となる。
【００４８】
図２(a)は本実施例においてＣＷレーザ光源１０から第１のマッハツェンダ強度変調器２１に１つの波長のＣＷ光を入力した場合に、第１の位相変調器３１から出力される光スペクトルの模式図、図２(b)は本実施例において第２のマッハツェンダ強度変調器２２に対して１つの波長のＣＷ光を入力した場合に、第２の位相変調器３２から出力される光スペクトルの模式図、図２(c)は本実施例において第１のマッハツェンダ強度変調器２１及び第１の位相変調器３１、第２のマッハツェンダ強度変調器２２及び第２の位相変調器３２に対してそれぞれ３０GHz、１GHz変調を与え、第１のマッハツェンダ強度変調器２１に対して１つの波長のＣＷ光を入力した場合に、最終的に第２の位相変調器３２から出力される多波長光のスペクトルの模式図を示している。
【００４９】
図２(a)から、ＣＷレーザ光源１０から第１のマッハツェンダ強度変調器２１に１つの波長のＣＷ光を入力した場合、第１の位相変調器３１から３０GHz間隔、３１波の多波長光が発生することが分かる。
【００５０】
また、図２(b)から、第２のマッハツェンダ強度変調器２２に対して１つの波長のＣＷ光を入力した場合、第２の位相変調器３２から１GHz間隔、３１波の多波長光が発生することが分かる。
【００５１】
そして、図２(c)から、第１のマッハツェンダ強度変調器２１と第１の位相変調器３１とにより発生した３０GHz間隔、３１波の多波長光の各種スペクトルのすき間が、第２のマッハツェンダ強度変調器２２と第２の位相変調器３２とを用いて発生させた１GHz間隔の線スペクトルにより埋められていることが分かる。
【００５２】
ここで、第１のマッハツェンダ強度変調器２１と第１の位相変調器３１に印加する変調周波数（以下、前段の変調周波数という）をfF、第１のマッハツェンダ強度変調器２１と第１の位相変調器３１により発生する波長数（以下、前段において発生する波長数という）をＮF、第２のマッハツェンダ強度変調器２２と第２の位相変調器３２に印加する変調周波数（以下、後段の変調周波数という）をfL、第２のマッハツェンダ強度変調器２２と第２の位相変調器３２に１つの波長のＣＷ光を入力した場合に発生する波長数（以下、後段において発生する波長数という）をＮLとする。
【００５３】
前段と後段の変調周波数の比fF／fLが偶数である場合、第１のマッハツェンダ強度変調器２１と第１の位相変調器３１により発生した多波長光の光周波数軸上でのすき間を、後段のマッハツェンダ強度変調器と位相変調器で発生する多波長光で埋めるためには、後段において発生する波長数ＮLの値がfF／fL＋１程度であることが望ましい。
【００５４】
この場合、前段、後段のマッハツェンダ強度変調器と位相変調器によって得られる全体の波長数ＮTは次式（２）で表される。
【００５５】
ＮT＝ＮF＋(ＮF-１)×(ＮL−２)＋(ＮL−１)    ・・・（２）
【００５６】
また、前段と後段の変調周波数の比fF／fLが奇数である場合、第１のマッハツェンダ強度変調器２１と第１の位相変調器３１により発生した多波長光の光周波数軸上でのすき間を、第２のマッハツェンダ強度変調器２２と第２の位相変調器３２で発生する多波長光で埋めるためには、後段において発生する波長数ＮLの値がfF／fL程度であることが望ましい。
【００５７】
この場合、前段、後段のマッハツェンダ強度変調器と位相変調器によって得られる全体の波長数ＮTは次式（３）で表される。
【００５８】
ＮT＝ＮF＋(ＮF-１)×(ＮL−１)＋(ＮL−１)    ・・・（３）
【００５９】
本実施例の場合、前段の変調周波数がfF＝３０GHz、後段の変調周波数がfL＝１GHzであるので、前段と後段の変調周波数の比fF／fLは３０であり偶数である。また、前段において発生する波長数がＮF＝３１波、後段において発生する波長数がＮL＝３１波である。従って、図２(c)に示す全体の波長数ＮTは式（２）から９３１波であることが分かる。
【００６０】
図３は、本実施例の多波長光源装置により得られる多波長光のスペクトルを計算機シミュレーションにより求めたものであり、図３(a)は、全体の光スペクトルを示し、図３(b)は、中心付近の光スペクトルを拡大したものである。なお、ＣＷ光源の光周波数は１９３．４THz（波長：１５５０．１１６nm）に設定し、第１及び第２の位相変調器３１，３２の変調指数はともに４．７π、第１のマッハツェンダ強度変調器２１と第１の位相変調器３１の変調周波数fFは３０GHz、第２のマッハツェンダ強度変調器２２と第２の位相変調器３２の変調周波数fLは１GHzに設定した。
【００６１】
図３(a)から、多波長光のスペクトル広がりが９００GHz以上にわたっていることが分かる。また、図３(b)から、１GHzの周波数間隔で多波長光が発生していることが分かる。これらの図に示されるように、９００波以上の多波長光が得られることがこの計算機シミュレーションにより確認された。
【００６２】
また、本実施例で使用する位相変調器３１，３２の半波長電圧を、非特許文献２で使用されている位相変調器の値１．３Ｖと同一であると仮定すると、位相変調の変調指数４．７πを実現するのに必要な電圧は１２．２Ｖ（＋２５．７dBm）であり、位相変調器の入力限界より十分小さい値である。
【００６３】
従来、ＣＷレーザ光源、マッハツェンダ強度変調器、位相変調器を組み合わせた多波長光源装置において報告されている出力波長数は非特許文献２で報告されている約９０波が最大であったが、本実施例に示す構成により、格段に効率の優れた状態で波長数を増大させることが可能となり、従来の１０倍の９００波以上の波長数を容易に実現することが可能となる。即ち、位相変調器への入力電気信号を過度に大きくすることなく、極めて多くの波長の光を発生させることができる。
【００６４】
また、本実施例においては、〔マッハツェンダ強度変調器＋位相変調器〕の組み合わせを２段接続する例を示したが、この接続段数ＮSをさらに増大し、それに対応した数の変調信号を用意することによって全体の波長数ＮTを格段に増加させることが可能である。接続段数ＮSと全体の波長数ＮTのおおよその関係は次式（４）で表される。
【００６５】
【数２】
0004963462.tif 000003
【００６６】
但し、ＮPSは〔マッハツェンダ強度変調器＋位相変調器〕の組み合わせ１段あたりの発生波長数である。
【００６７】
従来、特許文献１の図１６（第８実施形態）にあるように複数の位相変調器を用い、それらに対して同じ周波数の変調信号を入力するという手法においては、波長数ＮTは位相変調器の段数にほぼ比例して増大することが知られている。これに対して本実施例の構成においては、〔マッハツェンダ強度変調器＋位相変調器〕の組み合わせの接続段数の増加に対して全体の波長数ＮTが指数関数的に増大することが上記（４）式により分かる。
【００６８】
なお、本実施例においては各段の〔マッハツェンダ強度変調器＋位相変調器〕の組み合わせにおいてマッハツェンダ強度変調器の後段に位相変調器を配置する構成を示したが、この順番を入れ替えても同じ出力光が得られる。また、本実施例において位相シフタをマッハツェンダ強度変調器２１，２２及び位相変調器３１に挿入する例を示したが、位相シフタを挿入する変調器は図１に示したものに限らない。但し、位相シフタを挿入しない変調器としては大きい変調信号を与える必要のある変調器を選択すれば好適である。
【実施例２】
【００６９】
図４を用いて本発明の第２の実施例を説明する。図４は、本実施例に係る多波長光源装置の一例を示す構成図である。
【００７０】
図４に示すように、本実施例は、実施例１における２台の位相変調器３１，３２に代えて１台の位相変調器３０を用いるとともに、合波手段としての合波器８０を設け、合波器８０によって３０GHzの変調信号と１GHzの変調信号を合波した信号を位相変調器３０に入力するようにした例である。その他の構成は図１に示し上述したものと概ね同様であり、同一の作用を奏する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７１】
図４に示す本実施例の構成によって得られる多波長光スペクトルは図１に示す実施例１の構成によって得られる多波長光スペクトルと同じである。
【００７２】
なお、本実施例においては２段、即ち第１及び第２のマッハツェンダ強度変調器２１，２２の後段に位相変調器３０を配置する構成を示したが、位相変調器３０は、２段のマッハツェンダ強度変調器２１，２２の前段、あるいは第１のマッハツェンダ強度変調器２１と第２のマッハツェンダ強度変調器２２の間に挿入してもよく、いずれの場合も本実施例において得られる出力光と同様の出力光を得ることができる。
【００７３】
また、本実施例においては、マッハツェンダ強度変調器２台と位相変調器１台の組み合わせとしたが、変調信号の数、マッハツェンダ強度変調器の接続段数、ならびに位相変調器へ入力する変調信号の合波数をそれぞれ同様に増加させることによって、全体の波長数を格段に増加させることが可能である。
【実施例３】
【００７４】
図５を用いて本発明の第３の実施例を説明する。図５は、本実施例に係る多波長光源装置の一例を示す構成図である。
【００７５】
図５に示すように、本実施例は、実施例１における２台のマッハツェンダ強度変調器２１，２２に代えて１台のマッハツェンダ強度変調器２０を用いるとともに、乗算手段としての乗算器９０を設け、乗算器９０によって３０GHzの変調信号と１GHzの変調信号を乗算した信号をマッハツェンダ強度変調器２０に入力するようにした例である。複数の変調信号の乗算を行う部品としては、例えばダブルバランスドミキサを使用することができる。その他の構成は図１に示し上述したものと概ね同様であり、同一の作用を奏する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７６】
図５に示す本実施例の構成によって得られる多波長光スペクトルは図１に示す実施例１の構成によって得られる多波長光スペクトルと同じである。
【００７７】
なお、本実施例においては２段、即ち第１及び第２の位相変調器３１，３２の前段にマッハツェンダ強度変調器２０を配置する構成を示したが、マッハツェンダ強度変調器２０は、２段の位相変調器３１，３２の後段、あるいは第１の位相変調器３１と第２の位相変調器３２の間に挿入してもよく、いずれの場合も本実施例において得られる出力光と同様の出力光を得ることができる。
【００７８】
また、本実施例においては、マッハツェンダ強度変調器１台と位相変調器２台の組み合わせとしたが、変調信号の数、マッハツェンダ強度変調器の接続段数、ならびに位相変調器へ入力する変調信号の合波数をそれぞれ同様に増加させることによって、全体の波長数を格段に増加させることが可能である。
【実施例４】
【００７９】
図６を用いて本発明の第４の実施例を説明する。図６は、本実施例に係る多波長光源装置の一例を示す構成図である。
【００８０】
図６に示すように、本実施例は、実施例１における２台のマッハツェンダ強度変調器２１，２２、及び２台の位相変調器３１，３２に代えて、１台のマッハツェンダ強度変調器２０及び１台の位相変調器３０を用いるとともに、乗算器９０及び合波器８０を設け、乗算器９０によって３０GHzの変調信号と１GHzの変調信号を乗算した信号をマッハツェンダ強度変調器２０に入力するようにし、合波器８０によって３０GHzの変調信号と１GHzの変調信号を合波した信号を位相変調器３０に入力するようにした例である。複数の変調信号の乗算を行う部品としては、例えばダブルバランスドミキサを使用することができる。その他の構成は図１又は図４に示した構成と概ね同様であり、同様の作用を奏する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８１】
図６に示す本実施例の構成によって得られる多波長光スペクトルは図１に示す実施例１の構成によって得られる多波長光スペクトルと同じである。
【００８２】
なお、本実施例においてはマッハツェンダ強度変調器２０の後段に位相変調器３０を配置する構成を示したが、この順番を入れ替えても同じ出力光が得られる。また、本実施例においては、マッハツェンダ強度変調器２０と位相変調器３０のおのおのに、第１のシンセサイザ４１及び第２のシンセサイザ４２が発生する２つの変調信号を入射しているが、この変調信号の数を増大させることにより、波長数を格段に増加させることが可能である。
【００８３】
（他の実施例）
なお、上記では本発明の好適な実施例を例示して説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更、設定パラメータの変更等の各種変形は、全て本発明の実施例に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、光通信における波長多重伝送信号用の位相のロックされたキャリア光源や、光周波数計測におけるコヒーレンス性の高い基準周波数光源として利用するための多波長光源装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の多波長光源装置の第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明の多波長光源装置の第１の実施例における多波長光スペクトルを模式的に示す図である。
【図３】本発明の多波長光源装置の第１の実施例における多波長光スペクトルの計算機シミュレーションの結果を示す図である。
【図４】本発明の周波数安定化光源の第２の実施例を示す図である。
【図５】本発明の周波数安定化光源の第３の実施例を示す図である。
【図６】本発明の周波数安定化光源の第４の実施例を示す図である。
【図７】ＣＷ光源の従来技術の構成例を示すブロック図である。
【図８】ＣＷ光源、マッハツェンダ強度変調器、位相変調器を組み合わせた多波長光源装置における出力光スペクトルの例を示す計算結果の図である。
【図９】ＣＷ光源、マッハツェンダ強度変調器、位相変調器を組み合わせた多波長光源装置における波長数と位相変調の変調指数の関係の計算結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０  ＣＷレーザ光源
２０，２１，２２  マッハツェンダ強度変調器
３０，３１，３２  位相変調器
４１，４２  シンセサイザ
５１，５２  電力分配器
６１ａ，６１ｂ，６２  位相シフタ
７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ  アンプ
８０  合波器
９０  乗算器
【図１】
0004963462.tif 000004
【図２】
0004963462.tif 000005
【図３】
0004963462.tif 000006
【図４】
0004963462.tif 000007
【図５】
0004963462.tif 000008
【図６】
0004963462.tif 000009
【図７】
0004963462.tif 000010
【図８】
0004963462.tif 000011
【図９】
0004963462.tif 000012