JP4644180B2 - Optical variable delay unit and optical variable delay device - Google Patents
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Description
本発明は、光可変遅延ユニットおよび光可変遅延装置に関する。より詳しくは、本発明は、入力された特定波長のパルス光である信号光を制御光によって遅延して出力する光可変遅延ユニット、および、これを用いた光可変遅延装置に関する。 The present invention relates to an optical variable delay unit and an optical variable delay device. More specifically, the present invention relates to an optical variable delay unit that delays and outputs signal light that is input pulse light of a specific wavelength with control light, and an optical variable delay device using the optical variable delay unit.
入力された光を制御信号によって波長変換して、その波長変換した光を遅延して出力する光遅延装置がある(例えば、特許文献1から3)。例えば、特許文献1および2の光遅延装置は、光ファイバループに両周りのプローブ光および右回りの信号光を入力することにより、カップラからプローブ光と同じ周波数の信号光を取り出す。さらに、この信号光を、可変波長光フィルタを介して互いに長さの異なる複数の高分散光ファイバに通すことにより、高分散光ファイバ毎に異なる遅延量を得る。 There is an optical delay device that converts the wavelength of input light using a control signal and delays and outputs the wavelength-converted light (for example, Patent Documents 1 to 3). For example, the optical delay devices of Patent Documents 1 and 2 take out signal light having the same frequency as the probe light from the coupler by inputting both probe light and clockwise signal light into the optical fiber loop. Further, the signal light is passed through a plurality of high-dispersion optical fibers having different lengths through a variable wavelength optical filter, thereby obtaining a different delay amount for each high-dispersion optical fiber.
また、特許文献3の光遅延装置は、FBGが配された光ファイバのループに信号光を入力してから、電気信号により光SSB変調器によってこの信号光の波長をずらす。信号光の波長がFBGを通過する波長までずれたら、FBGを通過して出力される。このときに、信号光がループを回転するので、波長をずらす量を制御することにより異なる遅延量を得る。
しかしながら、上記特許文献1から3のいずれも、光ファイバのループを用いるので、装置が大型化するという課題がある。また、特許文献1および2に記載の光遅延装置によれば、光ファイバループの分散特性を用いて波長を変換するので、変換効率が高くないという問題がある。また、特許文献3に記載の光遅延装置によれば、波長をずらすための制御信号は電気的な信号なので、高速に制御することが難しい。 However, all of the above-mentioned Patent Documents 1 to 3 have a problem that the apparatus is increased in size because an optical fiber loop is used. Further, according to the optical delay devices described in Patent Documents 1 and 2, since the wavelength is converted using the dispersion characteristics of the optical fiber loop, there is a problem that the conversion efficiency is not high. Further, according to the optical delay device described in Patent Document 3, since the control signal for shifting the wavelength is an electrical signal, it is difficult to control at high speed.
上記課題を解決するために、本発明の第1の形態においては、入力された特定波長のパルス光である信号光を制御光によって遅延して出力する光可変遅延ユニットであって、信号光が単独で入力された場合は特定波長の信号光をそのまま非変換光として出力し、信号光および制御光が時間的に重畳して入力された場合に、制御光の波長に対応して、特定波長とは異なる変換波長に信号光の波長を変換した変換光を出力する、周期的な分極反転構造を有する波長変換素子と、非変換光および変換光それぞれの波長に応じて互いに異なる経路長を通ることにより、非変換光および変換光の一方を、他方に対して、時間的に遅延させて出力する遅延部とを備える。 In order to solve the above-described problem, in the first embodiment of the present invention, an optical variable delay unit that outputs a signal light that is a pulsed light having a specific wavelength and that is delayed by a control light is output. When input alone, the signal light of a specific wavelength is output as it is as non-converted light, and when the signal light and control light are superimposed in time, the specific wavelength corresponds to the wavelength of the control light. A wavelength conversion element having a periodically poled structure that outputs converted light obtained by converting the wavelength of the signal light to a different conversion wavelength, and a different path length depending on the wavelengths of the non-converted light and the converted light. Accordingly, a delay unit that outputs one of the non-converted light and the converted light while being delayed with respect to the other is provided.
また、本発明の第2の形態においては、特定波長のパルス光である信号光を制御光によって遅延して出力する光可変遅延装置であって、信号光を出力する信号光源と、制御光を出力する制御光源と、信号光源からの信号光が単独で入力された場合は特定波長の信号光をそのまま非変換光として出力し、信号光源からの信号光および制御光源からの制御光が時間的に重畳して入力された場合に、制御光の波長に対応して、特定波長とは異なる変換波長に信号光の波長を変換した変換光を出力する、周期的な分極反転構造を有する波長変換素子と、非変換光および変換光それぞれの波長に応じて互いに異なる経路長を通ることにより、非変換光および変換光の一方を、他方に対して、時間的に遅延させて出力する遅延部とを備える。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical variable delay device that outputs a signal light that is a pulsed light having a specific wavelength by delaying the control light with a control light. When the control light source to be output and the signal light from the signal light source are input alone, the signal light of a specific wavelength is output as it is as non-converted light, and the signal light from the signal light source and the control light from the control light source are temporally Wavelength conversion with a periodic domain-inverted structure that outputs converted light in which the wavelength of the signal light is converted to a conversion wavelength different from the specific wavelength, corresponding to the wavelength of the control light A delay unit that delays one of the non-converted light and the converted light with respect to the other by passing through different path lengths according to the wavelengths of the element and the non-converted light and the converted light; Is provided.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention, and sub-combinations of these feature groups can also be the invention.
小型で、かつ、高速に遅延量を可変させることができる光可変遅延装置を提供することができる。 It is possible to provide an optical variable delay device that is small and can vary the delay amount at high speed.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the invention according to the scope of claims, and all combinations of features described in the embodiments are included. It is not necessarily essential for the solution of the invention.
図1は、入力された特定波長のパルス光を遅延して出力する光可変遅延装置10の構成図である。図1に示すように、光可変遅延装置10は、信号光源20と、制御光源30と、波長制御信号発生部32と、波長変換部100と、遅延部200とを備える。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical
信号光源20は、パルス幅とパルス間隔が一定である特定波長λ1のパルス光である信号光25を発生する。信号光源20の一例はパルスレーザであるが、これに限られず、CWレーザと変調器との組み合わせ等であってもよい。波長制御信号発生部32は、波長制御信号を制御光源30に出力する。この波長制御信号発生部32には、例えば周波数可変の高周波電源を備えた高周波電気信号発生装置が用いられ、この場合、上記波長制御信号は、高周波電気信号である。制御光源30は、波長制御信号発生部32から出力される波長制御信号が入力されると、その波長制御信号に応じた波長λ2のパルス光である制御光35を発生する。すなわち、上記波長λ2は特定の波長に限られず、例えば上記波長制御信号発生部32から周波数の異なる高周波電気信号が波長制御信号として出力されて制御光源30に入力されると、制御光源30は、この高周波電気信号の周波数に応じた異なる波長λ2の制御光35を発生する。制御光源30には、例えばDFBレーザが用いられるが、波長を変換できるものであれば他の光源を用いることもできる。
The
波長変換部100は、光カプラ110および波長変換素子120を有する。光カプラ110は、入力側で信号光源20および制御光源30とそれぞれ光ファイバ71、72で接続し、また、出力側で波長変換素子120の入力側と接続する。光カプラ110は、信号光源20および制御光源30からそれぞれ信号光25および制御光35が入力されると、それらの入力光を合波して波長変換素子120に出力する。
The
図2は、波長変換素子120に用いられるPPLN(Periodically Poled LiNbO3:周期分極ニオブ酸リチウム)光導波路の構造を示す斜視図である。図2に示すように、PPLN光導波路は、非常に短い周期的な分極反転構造を有するLiNbO3基板122と、反転する分極分布を横切るようにLiNbO3基板122に形成された光導波路124とを有する。このようなPPLN光導波路を用いた波長変換素子120は、波長の異なる2つのレーザ光が時間的な重なりを有して入力した場合、それらの一方のレーザ光の第二高調波光を発生し、さらに発生した第二高調波と他方のレーザ光との差周波光を出力する。ここで、波長変換素子120に入力する上記2つのレーザ光は、TMモードの直線偏光であることが好ましい。なお、波長変換素子120には、このようなPPLN光導波路に代えて、例えば周期分極反転構造を持ったLiB3O5、BaB2O4、KTiOPO4、LiTaO3等を用いることもできる。
FIG. 2 is a perspective view showing a structure of a PPLN (Periodically Poled LiNbO 3 : periodic polarized lithium niobate) optical waveguide used for the
図3は、パルス光として信号光源20から出力される信号光25、パルス光として制御光源30から出力される制御光35、および、波長変換部100から出力される変換信号光45のそれぞれのパルス波形を相互のタイミングを比較して示す図である。図3に示すように、上記の波長変換素子120は、特定波長λ1の信号光25および特定波長λ2の制御光35が入力されると、信号光25の各パルス光のうち、制御光35の各パルス光と時間的に対応する(時間的な重なりを有する)パルス光を上記特定波長λ1と異なる波長λ3に波長変換する。また、波長変換素子120は、信号光25の各パルス光のうち、制御光35の各パルス光の何れとも時間的に対応しない(時間的な重なりを有しない)パルス光を上記特定波長λ1のまま出力する。
FIG. 3 shows the respective pulses of the
したがって、波長変換素子120は、波長変換されなかった波長λ1のパルス光と波長変換された波長λ3のパルス光とが混合した変換信号光45を出力する。以下において、上記の波長変換されなかった波長λ1のパルス光、すなわち波長変換素子120で波長変換されないでそのまま出力された信号光25を「非変換光」と称し、また、上記の波長変換された波長λ3のパルス光を「変換光」と称する。
Therefore, the
遅延部200は、光遅延線210および光サーキュレータ220を有する。光サーキュレータ220は、光ファイバ73で波長変換素子120の出力側と接続し、また、光ファイバ74で光遅延線210と接続する。また、光サーキュレータ220には、光ファイバ75が接続する。光サーキュレータ220は、波長変換素子120から出力した変換信号光45を光遅延線210に入力するとともに、光遅延線210において反射した遅延部出力光55を光ファイバ75に導く。
The
光遅延線210は、光ファイバ74と連続的に接続される光ファイバである。また、図1に示すように、光遅延線210のコア部分には、屈折率を軸方向に周期的に変化させたFBG(ファイバ・ブラッグ・グレーティング)212およびFBG214がそれぞれ光遅延線210の軸方向における異なる位置に形成されている。これらFBG212およびFBG214はブラッグ格子であり、光遅延線210への入力光のうち、光遅延線210の光ファイバの屈折率とFBG212およびFBG214における屈折率変化の間隔との積の二倍で与えられる波長(以下においてこれを「ブラッグ波長」と称する)を中心とする狭帯域の光だけが反射される。
The
ここで、図1に示すように、FBG212およびFBG214は、光ファイバ74に近い側から順に光遅延線210に形成されている。また、FBG212のブラッグ波長はλ1であり、FBG214のブラッグ波長はλ3である。したがって、光遅延線210に変換信号光45が入力すると、変換信号光45のうち波長λ1の非変換光はFBG212で反射し、波長λ3の変換光はFBG212を透過してFBG214で反射する。このとき、FBG212で反射した非変換光の経路長と比べて、FBG214で反射した変換光の経路長が長くなる。また、光遅延線210は長さ方向において均質であることから、上記の経路長の違いは光路長の違いと等価である。
Here, as shown in FIG. 1, the FBG 212 and the FBG 214 are formed on the
図4は、変換信号光45および遅延部出力光55のそれぞれのパルス波形を相互のタイミングを比較して示す図である。図4に示すように、FBG212で反射した波長λ1の非変換光およびFBG214で反射した波長λ3の変換光を含む遅延部出力光55において、変換光は非変換光に対してΔtだけ時間的に遅延する。これは、上記のように、光遅延線210が、入射した変換光および非変換光に対してこれらの光路長を異ならせて反射することによる。
FIG. 4 is a diagram showing the respective pulse waveforms of the converted
ここで、光遅延線210の光ファイバ74に近い側にFBG214が形成され、光ファイバ74から遠い側にFBG212が形成された場合、遅延部出力光55における変換光および非変換光の時間的な遅延関係は逆になる。また、上記制御光35のパルス幅やパルス間隔を調整して、波長変換素子120から出力される変換信号光45に含まれる変換光の割合を変えることにより、遅延部出力光55に含まれる遅延したパルス光の割合を所望に設定することができる。さらに、遅延したパルス光の遅延時間(図4のΔt)は、光遅延線210の軸方向におけるFBG212およびFBG214の形成間隔を変えることにより所望に設定することができる。
Here, when the
このように、本実施形態の光可変遅延装置10は、波長変換素子120において波長変換された変換光および波長変換されていない非変換光を、それぞれの波長に対応するFBG212およびFBG214が軸方向の異なる位置に形成された光遅延線210で反射させることにより、非変換光および変換光それぞれの波長に応じて非変換光の経路長および変換光の経路長を互いに異ならせる。これにより、非変換光および変換光の一方を、他方に対して、時間的に遅延させることができる。したがって、信号光25をパルスごとに波長変換して時間的に遅延させることができるので、所望のタイミングのパルス信号を発生させることができる。また、上記遅延部200は、電気回路等の電気的素子を含まない構成であるので、光−電気変換に伴う信号劣化も生じない。なお、図1において点線で囲って示す波長変換部100および光遅延部200を組み合わせて、光可変遅延ユニット15を形成して単独で供給することもできる。
As described above, the optical
なお、上記実施形態において、光遅延線210は、二つの異なる波長λ1、λ3で反射するFBG212およびFBG214を軸方向の異なる位置に配するが、光遅延線210の構成はこれに限られない。他の光遅延線210として、波長λ1、λ3を含む波長領域で反射するように、ピッチが軸方向について連続的に変化するチャープドFBGを用いてもよい。この場合に、制御光の波長によって変換光の波長を変えることで、連続して遅延量を変えることができる。
In the above embodiment, the
図5は、他の実施形態に係る光可変遅延装置11の構造を模式的に示す図である。光可変遅延装置11において、上記の光可変遅延装置10と同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。図5に示すように、この光可変遅延装置11の遅延部201は、AWG(アレイド・ウェーブガイド・グレーティング)分波器250、および、このAWG分波器250に連結された遅延線270を有する。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the structure of an optical
AWG分波器250は、一対のスラブ導波路252、258およびこれらの間に配された複数のアレイ導波路254、255、256、257を有する。このAWG分波器250は、波長変換部100から光ファイバ73を介して入力される変換信号光45に含まれる非変換光および変換光をそれぞれの波長に応じて分光して後段のスラブ導波路258において異なる導波路から出力する。
The AWG duplexer 250 has a pair of
また、遅延線270は、複数のアレイ導波路274、275、276、277、および、合波器278を有する。これら複数のアレイ導波路274、275、276、277は、互いに長さが異なる。この遅延線270は、AWG分波器250の異なる導波路から出力されたそれぞれの光を、対応する複数のアレイ導波路274、275、276,277に入力し、合波部278において一つの光ファイバ75に出力する。このとき、アレイ導波路274はアレイ導波路275よりも経路長が長いので、例えば変換信号光45のうち変換光がアレイ導波路274を通り、非変換光がアレイ導波路275を通る場合に、変換光は非変換光に対して時間的に遅延する。ここで、変換光がアレイ導波路275を通り、非変換光がアレイ導波路274を通る場合に、遅延部出力光55における変換光および非変換光の時間的な遅延関係は逆になる。このように、光可変遅延装置11の遅延部201は、非変換光および変換光の一方を他方に対して時間的に遅延させて出力することができる。なお、図5において点線で囲って示す波長変換部100および光遅延部201を組み合わせて、光可変遅延ユニット16を形成して単独で供給することもできる。
The
図6は、さらに他の実施形態に係る光可変遅延装置12の構造を模式的に示す図である。光可変遅延装置12において、上記の光可変遅延装置10、11と同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。図6に示すように、この光可変遅延装置12の遅延部202は、図6に示すAWG分波器250と、このAWG分波器250に接続された光ファイバ281、282、283、284、と、これらの光ファイバ281、282、283、284、に接続された合波器278とを有する。このような構成によれば、光ファイバ281、282、283、284の長さを調節することにより、分光部231により分光された非変換光および変換光の通過する経路長を所望に設定することができる。したがって、光可変遅延装置12は、遅延部出力光55に含まれる非変換光および変換光の一方を他方に対してより大きな時間だけ遅延させることができる。なお、図6において点線で囲って示す波長変換部100および光遅延部202を組み合わせて、光可変遅延ユニット17を形成して単独で供給することもできる。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the structure of an optical
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
10、11、12 光可変遅延装置、15、16、17 光可変遅延ユニット、20 信号光源、25 信号光、30 制御光源、32 波長制御信号発生部、35 制御光、45 変換信号光、55 遅延部出力光、71、72、73、74、75 光ファイバ、100 波長変換部、110 光カプラ、120 波長変換素子、122 LiNbO3基板、124 光導波路、200、201、202 遅延部、210 光遅延線、212、214 FBG、220 光サーキュレータ、230 基板、231 分光部、232、234 光導波路、252、254 光ファイバ 10, 11, 12 Optical variable delay device, 15, 16, 17 Optical variable delay unit, 20 Signal light source, 25 Signal light, 30 Control light source, 32 Wavelength control signal generator, 35 Control light, 45 Conversion signal light, 55 Delay Part output light, 71, 72, 73, 74, 75 optical fiber, 100 wavelength conversion part, 110 optical coupler, 120 wavelength conversion element, 122 LiNbO 3 substrate, 124 optical waveguide, 200, 201, 202 delay part, 210 optical delay Line, 212, 214 FBG, 220 Optical circulator, 230 Substrate, 231 Spectrometer, 232, 234 Optical waveguide, 252, 254 Optical fiber
Claims (7)
前記信号光が単独で入力された場合は前記特定波長の前記信号光をそのまま非変換光として出力し、前記信号光および制御光が時間的に重畳して入力された場合に、前記制御光の波長に対応して、前記特定波長とは異なる変換波長に前記信号光の波長を変換した変換光を出力する、周期的な分極反転構造を有する波長変換素子と、
前記非変換光および前記変換光それぞれの波長に応じて互いに異なる経路長を通ることにより、前記非変換光および前記変換光の一方を、他方に対して、時間的に遅延させて出力する遅延部と
を備える光可変遅延ユニット。 An optical variable delay unit that delays and outputs signal light, which is input pulse light of a specific wavelength, with control light,
When the signal light is input alone, the signal light of the specific wavelength is output as it is as non-converted light, and when the signal light and control light are temporally superimposed and input, Corresponding to the wavelength, a wavelength conversion element having a periodic polarization inversion structure that outputs converted light obtained by converting the wavelength of the signal light to a conversion wavelength different from the specific wavelength;
A delay unit that outputs one of the non-converted light and the converted light with a time delay relative to the other by passing through different path lengths according to the wavelengths of the non-converted light and the converted light, respectively. An optical variable delay unit comprising:
信号光を出力する信号光源と、
制御光を出力する制御光源と、
前記信号光源からの前記信号光が単独で入力された場合は前記特定波長の前記信号光をそのまま非変換光として出力し、前記信号光源からの前記信号光および前記制御光源からの制御光が時間的に重畳して入力された場合に、前記制御光の波長に対応して、前記特定波長とは異なる変換波長に前記信号光の波長を変換した変換光を出力する、周期的な分極反転構造を有する波長変換素子と、
前記非変換光および前記変換光それぞれの波長に応じて互いに異なる経路長を通ることにより、前記非変換光および前記変換光の一方を、他方に対して、時間的に遅延させて出力する遅延部と
を備える光可変遅延装置。 An optical variable delay device that delays and outputs signal light, which is pulse light of a specific wavelength, with control light,
A signal light source for outputting signal light;
A control light source that outputs control light;
When the signal light from the signal light source is input alone, the signal light of the specific wavelength is output as it is as non-converted light, and the signal light from the signal light source and the control light from the control light source are timed. A periodic polarization inversion structure that outputs converted light in which the wavelength of the signal light is converted to a conversion wavelength different from the specific wavelength corresponding to the wavelength of the control light when being input in a superimposed manner A wavelength conversion element having
A delay unit that outputs one of the non-converted light and the converted light with a time delay relative to the other by passing through different path lengths according to the wavelengths of the non-converted light and the converted light, respectively. An optical variable delay device comprising:
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