JP6533171B2 - Optical comb generator - Google Patents
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Description
本発明は、光通信システムや光計測システムにおいて用いられる光コム発生装置に関する。 The present invention relates to an optical comb generator used in an optical communication system and an optical measurement system.
現在の光通信システムでは、通信情報量の増大に伴い、一定の周波数間隔にチャンネルを定め、光信号をのせる波長分割多重(WDM)技術が広く用いられている。さらに、近年においては、周波数利用効率を高めるために四位相偏移変調(QPSK)や直角位相振幅変調(QAM)に代表される多値変調光信号を用いるため、信号雑音比(S/N比)の高い光信号生成が求められている。 In current optical communication systems, wavelength division multiplexing (WDM) technology is widely used, in which channels are defined at fixed frequency intervals and optical signals are mounted, as the amount of communication information increases. Furthermore, in recent years, in order to increase frequency utilization efficiency, a multi-level modulation optical signal represented by quadrature phase shift keying (QPSK) or quadrature phase amplitude modulation (QAM) is used, so the signal-to-noise ratio (S / N ratio) High optical signal generation is required.
波長分割多重方式では、より大容量の光信号を伝送するためにはより広い信号帯域を用いる必要があり、より波長数の多い多波長光源が要求されている。このため、波長分割多重方式では、非常に多くの光源を必要とする。例えば、一般的に用いられるC帯の帯域(約30nm)に100GHz間隔で信号を配置するためには、38個の光源が必要となることになる。 In the wavelength division multiplexing system, it is necessary to use a wider signal band in order to transmit a larger capacity optical signal, and a multi-wavelength light source having a larger number of wavelengths is required. For this reason, wavelength division multiplexing requires a very large number of light sources. For example, in order to place signals at 100 GHz intervals in a generally used C band (about 30 nm), 38 light sources will be required.
さらに、周波数利用効率による大容量化が進展し、ナイキストWDMや、スーパーチャネルと呼ばれる、信号の周波数間隔を密に詰めた手法が有望視されている。例えば、25GHz間隔で信号を配置するためには、100GHz間隔に比べ4倍の150個もの光源が必要となってしまう。 Further, as capacity utilization is increased by frequency utilization efficiency, a method called Nyquist WDM or a super channel, in which the frequency intervals of signals are closely packed, is considered promising. For example, in order to arrange signals at 25 GHz intervals, 150 light sources, which are four times the 100 GHz intervals, are required.
さらに、周波数間隔を密に詰める場合は、信号間の周波数に対する精度が厳しくなる。これは、周波数の変動があると信号同士が重なり合い、信号の識別が困難となるためである。このため、高精度な多波長光源が求められている。 Furthermore, if the frequency intervals are closely packed, the accuracy with respect to the frequency between the signals becomes severe. This is because when there is a frequency fluctuation, the signals overlap with one another, making it difficult to identify the signals. Therefore, a highly accurate multi-wavelength light source is required.
このような理由から、近年、一括で複数の光搬送波を生成することの可能な、すなわち一定周波数間隔で並ぶ狭いスペクトル線幅の光波を光搬送波(光コム)として生成することの可能な、高精度の光コム光源を用いることが期待されている。なお、この明細書では、光コムを構成する一つ一つの光波をコムとも呼ぶ。 For this reason, in recent years, it is possible to simultaneously generate a plurality of optical carriers, that is, to generate an optical carrier (optical comb) having a narrow spectral line width arranged at a constant frequency interval. It is expected to use an optical comb source of precision. In this specification, each light wave constituting an optical comb is also referred to as a comb.
光コムを発生させる従来手法としては、例えばLiNbO3変調器に代表される高速の位相もしくは強度変調器(光変調器)を正弦波で駆動することでサイドバンドを生成する方法(従来手法1:例えば、非特許文献1参照)や、高非線形ファイバなどの3次非線形光学媒質を用いる方法(従来手法2:例えば、非特許文献2参照)が知られている。 As a conventional method of generating an optical comb, for example, a method of generating a side band by driving a high-speed phase or intensity modulator (optical modulator) represented by a LiNbO 3 modulator with a sine wave (conventional method 1: For example, a method using a third-order nonlinear optical medium such as non-patent document 1) or highly non-linear fiber is known (conventional method 2: see, for example, non-patent document 2).
しかしながら、上述した従来手法1,2では、以下に述べるような問題点がある。
However, the above-described
〔従来手法1の問題点〕
光変調器を正弦波で駆動する従来手法1では、電気の帯域で制限(20〜30GHz)されるため、信号の周波数間隔の広い光コムを作ることが困難である。また、光変調器を駆動する電気のアンプのパワーで制限されるため、コムの数が少ないという課題があった。典型的には10〜30波程度で、100波以上の光搬送波を生成するのは困難であった。
[Problem of Conventional Method 1]
In the
光変調器を共振器(キャビティ)にすれば、広帯域のコムは発生できるが、コム間隔が電気帯域で決まるのは同じである。さらに共振器にするので、共振器長を精密に制御する必要があり、構成が複雑となる。 If an optical modulator is made into a resonator (cavity), a wide band comb can be generated, but the comb interval is determined by the electrical band. Furthermore, since the resonator is used, the resonator length needs to be precisely controlled, and the configuration becomes complicated.
また、通常は、光変調器としてTi拡散導波路のLiNbO3変調器が使われており、パワー耐性が低く、数十mW程度の入力しかできず、数mWの出力となってしまうという問題があった。 Also, usually, a LiNbO 3 modulator with a Ti diffused waveguide is used as an optical modulator, and the power tolerance is low, and only a few tens of mW can be input, resulting in a few mW output. there were.
バルク結晶の変調器を用いるとパワーは入れられるが、高速変調が困難になるため10GHz以上の周波数間隔を持つコム生成には向かない。仮に、150波のコムが1.5mWで出力される場合、一つ一つの光波のパワーは0.01mW(−20dBm)となってしまう。このパワーでは、WDM伝送に用いる光源としてはパワーが不足している。 Although the bulk crystal modulator can be used for power, it is not suitable for comb generation with a frequency interval of 10 GHz or more because high speed modulation becomes difficult. If a 150-wave comb is output at 1.5 mW, the power of each lightwave will be 0.01 mW (-20 dBm). This power is insufficient as a light source used for WDM transmission.
実際に、WDM伝送システムにおける光搬送波群として用いる場合には、コム信号をEDFA(エルビウムドープファイバ光増幅器)等の光増幅器で増幅する必要があるが、光増幅器では、信号が微弱であればあるほど出力のS/N比が劣化するため、独立光源を使う場合に比べ、送信器でのS/N比の担保が難しいという問題がある。 In fact, when using as an optical carrier group in a WDM transmission system, it is necessary to amplify the comb signal with an optical amplifier such as EDFA (erbium-doped fiber optical amplifier), but in an optical amplifier, the signal may be weak. As the S / N ratio of the output deteriorates to such an extent, there is a problem that it is difficult to secure the S / N ratio in the transmitter as compared with the case of using an independent light source.
〔従来手法2の問題点〕
高非線形ファイバなどの3次非線形光学媒質を用いる従来手法2では、3次非線形光学媒質中の四光波混合を使った場合、広い位相整合帯域があるので、100波以上のコム生成が可能ではある。
[Problems of Conventional Method 2]
しかしながら、光ファイバ中の誘導ブリリュアン散乱(SBS)によってパワーが入れられないという問題があった。このため、出力パワーが低くなってしまい、上述した光変調器を正弦波で駆動する従来手法1と同様に、光コムの信号品質の劣化が避けられないという問題があった。
However, there is a problem that power can not be input by stimulated Brillouin scattering (SBS) in an optical fiber. For this reason, the output power is lowered, and there is a problem that deterioration of the signal quality of the optical comb can not be avoided as in the
つまり、光コムを発生させる従来手法では、広帯域かつ高出力の光コムを作るのが困難であるという問題があった。 That is, in the conventional method of generating an optical comb, there is a problem that it is difficult to form a wide-band, high-power optical comb.
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡易な構成で、独立光源と遜色のないS/N比を持ち、かつ一括で100波クラスの光搬送波(光コム)を生成することが可能な光コム発生装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to provide an S / N ratio comparable to that of an independent light source with a simple configuration, and collectively 100 wave classes. An object of the present invention is to provide an optical comb generator capable of generating an optical carrier (optical comb).
このような目的を達成するために本発明は、周波数ω0の連続波光を発生する光源(1)と、光源(1)が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δω(nは整数、Δωは任意の周波数幅)の光波群を生成する光変調器(2)と、光変調器(2)によって生成された光波群を増幅する光増幅器(4)と、光増幅器(4)によって増幅された光波群を入力光コム信号とし、この入力光コム信号中の光波を増殖する二次非線形光学素子(5)とを備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, according to the present invention, a light source (1) generating continuous wave light of frequency ω 0 and a frequency ω 0 of the continuous wave light generated by the light source (1) are central frequency ω The optical modulator (2) generates an optical wave group having a frequency ω 0 ± n × Δω (n is an integer and Δω is an arbitrary frequency width) including 0, and the optical wave group generated by the optical modulator (2) is amplified And a second-order nonlinear optical element (5) for amplifying the light waves in the input optical comb signal, using the optical amplifier (4) and the lightwave group amplified by the optical amplifier (4) as the input optical comb signal. It features.
本発明において、光変調器(2)は、光源(1)が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δωの光波群を生成する。この生成された光波群は、光増幅器(4)によって増幅され、二次非線形光学素子(5)へ送られる。二次非線形光学素子(5)は、光増幅器(4)によって増幅された光波群を入力光コム信号とし、この入力光コム信号中の光波を増殖する。このようにして、本発明では、光変調器(2)が生成した光波群が増幅され、この増幅された光波群中の光波が増殖され、光コム(光コム出力信号)として出力されるものとなる。 In the present invention, an optical modulator (2), the frequency omega 0 of the continuous wave light source (1) is generated as the center frequency, to generate optical waves set frequency ω 0 ± n × Δω including the center frequency omega 0 . The generated light waves are amplified by the optical amplifier (4) and sent to the second-order nonlinear optical element (5). The second-order nonlinear optical element (5) takes the lightwave group amplified by the optical amplifier (4) as an input optical comb signal, and propagates the lightwave in the input optical comb signal. Thus, in the present invention, the lightwave group generated by the light modulator (2) is amplified, the lightwave in the amplified lightwave group is amplified, and the lightwave is output as an optical comb (optical comb output signal) It becomes.
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。 In the above description, as an example, constituent elements on the drawing corresponding to constituent elements of the invention are indicated by reference numerals in parentheses.
本発明によれば、光源が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数とし、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δωの光波群を生成し、この生成した光波群を増幅した後、この増幅した光波群中の光波を増殖するようにしたので、簡易な構成で、独立光源と遜色のないS/N比を持ち、かつ一括で100波クラスの光搬送波(光コム)を生成することが可能となる。 According to the present invention, with the frequency ω 0 of the continuous wave light generated by the light source as the central frequency, a light wave group of the frequency ω 0 ± n × Δω including the central frequency ω 0 is generated, and the generated light wave group is amplified. After that, the light waves in this amplified light wave group are propagated, so with a simple configuration, it has an S / N ratio equal to that of an independent light source, and collectively an optical carrier (optical comb) of 100 wave class. It is possible to generate.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.
〔実施の形態1〕
図1に、本発明の実施の形態1に係る光コム発生装置100の要部の構成を示す。同図において、1は周波数ω0の連続波光を発生する光源、2は光源1が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δω(nは整数、Δωは任意の周波数幅)の光波群を生成する光変調器、3は光変調器2を駆動する正弦波発生器、4は光変調器2によって生成された光波群を増幅する光増幅器(EDFA)、5はEDFA4によって増幅された光波群中の光波を増殖する二次非線形光学素子である。
First Embodiment
FIG. 1 shows the configuration of the main part of the
この光コム発生装置100では、通常の光コム発生手段(光源1、光変調器2、正弦波発生器3)を用いて数波程度の光波(光波群)を生成し、この数波程度の光波をEDFA4によって増幅した後に、入力光コム信号として二次非線形光学素子5に入力する。そして、二次非線形光学素子5中の非線形光学過程を用いて、入力光コム信号中の光波を増殖(拡張)することで数十波から数百波以上の光コム(出力光コム信号)を生成する。
In this
この光コム発生装置100において、光源1は周波数ω0の連続波光(CW)を発生し、この周波数ω0の連続波光(CW)が光変調器2に入力される。光変調器2は、光源1が発生する連続波光(CW)の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δωの光波群を生成する。
In the
本実施の形態では、光変調器2としてニオブ酸リチウム変調器を用いていており、このニオブ酸リチウム変調器2を正弦波発生器3が発生する25GHzの正弦波で駆動し、Δω=25GHz間隔の5つの光波かなる光波群を生成するものとしている。そして、この5つの光波からなる光波群をEDFA4を用いて2Wまで増幅し、入力光コム信号として二次非線形光学素子5へ入力するようにしている。
In the present embodiment, a lithium niobate modulator is used as the
この光コム発生装置100において、二次非線形光学素子5には、1.55μm帯で周波数間隔が100GHzで2つの擬似位相整合波長を有するPPLN導波路(ニオブ酸リチウム導波路)が作製されている。PPLN導波路の作製方法を以下に例示する。
In the
まず、Znを添加したLiNbO3上に周期が17μmでかつ位相変調周期が10mm程度の空間的な位相変調を施した周期的な電極を形成した。次に、電界印加法により上記の電極パターンに応じた分極反転グレーティングをZn:LiNbO3中に形成した。次に、この周期分極反転構造を有するZn:LiNbO3(ZカットZn:LiNbO3基板)をクラッドとなるLiTaO3上に直接接合を行い、500℃で熱処理を行うことにより両基板を強固に接合した。次に、コア層を研磨により5μm程度まで薄膜化し、ドライエッチングプロセスを用いてリッジ型の光導波路を形成した。この導波路はペルチェ素子により温度調節が可能であり、導波路の長さは、50mmとした。このようにして形成された導波路(PPLN導波路)を1.55μm帯の偏波保持ファイバで光の入出力が可能なモジュールとした。 First, on the Zn-doped LiNbO 3 , a periodic electrode having a periodic phase modulation with a period of 17 μm and a phase modulation period of about 10 mm was formed. Next, a polarization inversion grating corresponding to the above electrode pattern was formed in Zn: LiNbO3 by an electric field application method. Then, Zn has the periodically poled: LiNbO3 (Z-cut Zn: LiNbO3 substrate) was subjected to bonding directly on LiTaO 3 as a clad, and firmly bonding the two substrates by heat treatment at 500 ° C.. Next, the core layer was thinned to about 5 μm by polishing, and a ridge-type optical waveguide was formed using a dry etching process. The temperature of the waveguide can be adjusted by a Peltier element, and the length of the waveguide is 50 mm. The waveguide (PPLN waveguide) formed in this manner is a module capable of inputting and outputting light with a polarization maintaining fiber of 1.55 μm band.
ここで、二次非線形光学素子5のもつ2つの擬似位相整合波長と、5つの光波からなる光波群との波長配置について説明する。図2に、この光コム発生装置100における2つの擬似位相整合波長と5つの光波からなる光波群(入力光コム信号)との波長配置の概念図を示す。
Here, the wavelength arrangement of the two quasi-phase matching wavelengths of the second-order nonlinear
光変調器2が生成する光波群は、Δω=25GHz間隔の5つの光波S0,S-1,S-2,S+1,S+2からなる。この5つの光波S0,S-1,S-2,S+1,S+2中、最も周波数の高い光波S+2と最も周波数の低い光波S-2との間の周波数差はちょうど100GHzとなっている。
A light wave group generated by the
一方、二次非線形光学素子5は、100GHz間隔で2つの擬似位相整合波長λ1,λ2を有する。本実施の形態では、この2つの擬似位相整合波長λ1,λ2の内、擬似位相整合波長λ1と光変調器2が生成する光波群中の最も周波数の高い光波S+2の波長とが同じとなるように、また擬似位相整合波長λ2と光変調器2が生成する光波群中の最も周波数の低い光波S-2の波長とが同じとなるように、波長を配置している。
On the other hand, the second-order nonlinear
ここで述べている2つの擬似位相整合波長λ1,λ2とは、二次非線形光学素子5による第2高調波発生(SHG)もしくは和周波発生(SFG)過程に対する位相整合波長のことである。つまり、1.56μm帯の入力に対しては、変換光が0.78μm帯となるような波長変換過程に対するものである。ここでは、便宜的にSHGに対する擬似位相整合波長と記述することにする。
The two quasi phase matching wavelengths λ1 and λ2 mentioned here refer to the phase matching wavelengths for the second harmonic generation (SHG) or sum frequency generation (SFG) process by the second order nonlinear
SHGに対する擬似位相整合波長λ1,λ2は、100GHz間隔の2つのピークを有し、それぞれの半値幅は0.1nm程度である。二次非線形光学素子5内では、第2高調波発生(SHG)もしくは和周波発生(SFG)過程以外にも、差周波発生(DFG)過程による変換が生じる。これは、第2高調波発生(SHG)もしくは和周波発生(SFG)過程によって生成された光が励起光となり起こるものである。このDFG過程に対する擬似位相整合波長をDFGに対する擬似位相整合波長と記述することにする。DFGに対する擬似位相整合波長の帯域は、本実施の形態に示すようなZカットのPPLN導波路を用いると、SHGに対する擬似位相整合波長の帯域に比べ広くとることが可能で、本実施の形態において作製した素子では約60nmの帯域を有する。
The quasi phase matching wavelengths λ1 and λ2 for SHG have two peaks at 100 GHz intervals, and the half width of each is about 0.1 nm. In the second-order nonlinear
次に、図3を用いて、二次非線形光学素子5における入力光コム信号中の光波の増殖過程について説明する。光変調器2からの5つの光波S0,S-1,S-2,S+1,S+2からなる光波群は、EDFA4によって増幅された後、2つのSHG過程に対する擬似位相整合波長λ1,λ2を有する二次非線形光学素子5に入力光コム信号として入力される(図3(a))。
Next, the process of propagating light waves in the input optical comb signal in the second-order nonlinear
ここで、光波S0の周波数を中心周波数ω0、光波S-1の周波数をω-1=ω0−Δω、光波S-2の周波数をω-2=ω0−2Δω、光波S+1の周波数をω+1=ω0+Δω、光波S+2の周波数をω+2=ω0+2Δωとする。また、擬似位相整合波長λ1の周波数をω1、擬似位相整合波長λ2の周波数をω2とする。ここで、Δωは25GHzに相当する。なお、周波数ωについては、周波数という言葉を省略し、単にωと記述する場合もある。 Here, the frequency of the light wave S 0 is the center frequency ω 0 , the frequency of the light wave S -1 is ω -1 = ω 0 -Δω, the frequency of the light wave S -2 is ω 2 = 2 0 -ω 2 -Δω, the light wave S +1 of frequency ω +1 = ω 0 + Δω, the frequency of the light wave S +2 and ω +2 = ω 0 + 2Δω. Further, the frequency of the pseudo phase matching wavelength λ1 is ω 1 , and the frequency of the pseudo phase matching wavelength λ 2 is ω 2 . Here, Δω corresponds to 25 GHz. In addition, about the frequency (omega), the word a frequency may be abbreviate | omitted and it may only be described with (omega).
この波長配置では、ω+2の光波S+2の波長がSHGに対する第1の擬似位相整合波長λ1(ω1)に一致しており、第2高調波発生により2ω+2の光波が二次非線形素子5内で生成される。さらに、二次非線形素子5内では、生成された2ω+2の光波を励起光とした光コム信号の差周波発生により、2ω+2−ω+1、2ω+2−ω0、2ω+2−ω-1、2ω+2−ω-2、の光波が生成される。これにより、周波数ω+2を中心に折り返した形で周波数の高い方向に新しい光波が生成される(図3(b))。
In this wavelength arrangement, the wavelength of the light wave S +2 of ω +2 coincides with the first quasi phase matching wavelength λ 1 (ω 1 ) for SHG, and the second harmonic generates a light wave of 2ω +2 second-order It is generated in the
また、ω-2の光波の波長がSHGに対する第2の擬似位相整合波長λ2(ω2)に一致しており、第2高調波発生により2ω-2の光波が二次非線形素子5内で生成される。さらに、二次非線形素子5内では、生成された2ω-2の光波を励起光とした光コム信号の差周波発生により、2ω-2−ω-1、2ω-2−ω0、2ω-2−ω+1、2ω-2−ω+2、の光波が生成される。これにより、周波数ω-2を中心に折り返した形で周波数の低い方向に新しい光波が生成される(図3(b))。
Also, the wavelength of the lightwave of ω -2 matches the second quasi phase matching wavelength λ 2 (ω 2 ) for SHG, and the lightwave of 2ω- 2 is generated in the second-order
さらに、二次非線形素子5内では、生成された光波から次々と新たな光波が生成される。すなわち、2ω+2−ω+1、2ω+2−ω0、2ω+2−ω-1、2ω+2−ω-2、の光波と2ω-2の光波を励起光とした差周波発生により、2ω-2−(2ω+2−ω+1)、2ω-2−(2ω+2−ω0)、2ω-2−(2ω+2−ω-1)、2ω-2−(2ω+2−ω-2)、の光波が生成される(図3(c))。また同様に、2ω-2−ω-1、2ω-2−ω0、2ω-2−ω+1、2ω-2−ω+2、の光と2ω+2の光を励起光とした差周波発生により、2ω+2−(2ω-2−ω-1)、2ω+2−(2ω-2−ω0)、2ω+2−(2ω-2−ω+1)、2ω+2−(2ω-2−ω+2)、の光波が生成される(図3(c))。
Furthermore, in the second-order
同様にして、二次非線形素子5内では、2つの励起光に対して次々と差周波発生過程が生じ、光コム信号中の光波が増殖される。上述した2回までの変換(図3(c))を考えると、光コム信号中の光波は21波まで増え、3回目変換(図3(d))では29波、4回目変換(図3(e))では37波まで、波長数が拡大する。より多くの変換回数を考慮するとさらに波長数は拡大する。
Similarly, in the second-order
この過程は、説明のために順を追って記述したが、実際の二次非線形光学素子5内では立て続けに非線形過程が生じ、光コム信号中の光波が増殖して行く(次々と波長変換が振り子のように起こって光コム信号中の光波が増えて行く)。なお、5波程度の光コム信号から位相と周波数が同期した40波程度の光コム信号を生成した時、2Wの入力に対して、1Wの出力が得られており、光コム信号中の1波当たり25mWの高強度の光出力が得られた。
This process has been described in order for the purpose of explanation, but in the actual second-order nonlinear
また、上述では、ω+2の光波が第2高調波発生により2ω+2の光波に変換され、ω-2の光波が第2高調波発生により2ω-2の光波に変換され、差周波発生における励起光となると述べたが、実際には、生成した光波同士の和周波発生(SFG)過程により、励起光への変換も行われる。 Further, in the above, the light wave of ω +2 is converted to the light wave of 2ω +2 by the second harmonic generation, and the light wave of ω −2 is converted to the light wave of 2ω −2 by the second harmonic generation. In fact, conversion to excitation light is also performed by a process of sum frequency generation (SFG) of generated light waves.
例えば、2ω+2の励起光とω+1の光波との差周波発生により、2ω+2−ω+1の光波が生じるが、2ω+2−ω+1の光波が生じると同時に、2ω+2−ω+1の光波とω+1の光波との間の和周波発生により2ω+2の励起光への変換も生じる。励起光からのエネルギーの移行により新たな光波が生成されるが、励起光パワーが単調に減っていくわけではなく、新たな光波からの励起光へのエネルギーの移行過程もあり、その光波がまた新たな光波の増殖へ寄与することとなる。 For example, at the same time by the difference frequency generation between the excitation light and the omega +1 lightwave of 2 [omega +2, although light waves 2 [omega +2 - [omega] +1 occurs when light waves 2 [omega +2 - [omega] +1 occurs, 2 [omega + The sum frequency generation between the 2 −ω 1 light wave and the ω 1 1 light wave also causes conversion to 2ω +2 excitation light. Transfer of energy from the pump light generates a new light wave, but the pump light power does not decrease monotonically, and there is also a transfer process of energy from the new light wave to the pump light, and the light wave It will contribute to the growth of new light waves.
この光波の増殖過程では1回の変換過程を考えると8波づつ増殖することが分かる。つまり、最初の光コム信号(入力光コム信号)中の光波の数が多いほど多波長化が容易に可能であり、200GHzの帯域を持つ25GHz間隔の9波の入力光コム信号を用いて、第1の擬似位相整合波長λ1と第2の擬似位相整合波長λ2を入力光コム信号の内の最も周波数の高い光波の波長と最も周波数の低い光波の波長と同じになるような波長配置とすると、4回目変換だけ考えても73波まで増殖(拡張)される。実際にはさらに多数の変換が起きることで、100波以上の光コム信号を生成可能であった。この時、光コム信号の1波当たり10mW以上の高強度の光出力が得られている。 It can be seen that, in the light wave propagation process, eight waves are proliferated in consideration of one conversion process. That is, as the number of lightwaves in the first optical comb signal (input optical comb signal) increases, it is possible to easily increase the number of wavelengths, using nine waves of input optical comb signals with 25 GHz intervals and a 200 GHz band. Assuming that the first quasi phase matching wavelength λ1 and the second quasi phase matching wavelength λ2 have the same wavelength as the wavelength of the highest frequency lightwave and the wavelength of the lowest frequency lightwave in the input optical comb signal. Even if you think only the 4th conversion, it is propagated (expanded) to 73 waves. In fact, it was possible to generate an optical comb signal of 100 waves or more by the occurrence of more conversions. At this time, a high-intensity light output of 10 mW or more per wave of the optical comb signal is obtained.
このようにして、実施の形態1の光コム発生装置100では、簡易な構成で、独立光源と遜色のないS/N比を持ち、かつ一括で100波クラスの光搬送波(光コム)を生成することが可能となる。
Thus, in the optical
なお、この実施の形態1では、第1の擬似位相整合波長λ1と第2の擬似位相整合波長λ2が入力光コム信号の内の最も周波数の高い光波の波長と最も周波数の低い光波の波長と同じになるような波長配置としたが、第1の擬似位相整合波長λ1と第2の擬似位相整合波長λ2は入力光コム信号中の光波のいずれかの2波と波長を一致させればよい。 In the first embodiment, the first quasi phase matching wavelength λ1 and the second quasi phase matching wavelength λ2 are the wavelength of the highest frequency lightwave and the wavelength of the lowest frequency lightwave in the input optical comb signal. Although the wavelength arrangement is the same, the first quasi phase matching wavelength λ1 and the second quasi phase matching wavelength λ2 may be matched with the wavelength of any two light waves in the input optical comb signal. .
この実施の形態1の光コム発生装置(100)について、概念的に述べると、周波数ω0の連続波光を発生する光源(1)と、光源が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δω(nは整数、Δωは任意の周波数幅)の光波群を生成する光変調器(2)と、光変調器によって生成された光波群を増幅する光増幅器(4)と、周波数ω1の光波と2ω1の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω1+δの光波とω1−δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω1の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第1の擬似位相整合条件と、周波数ω2の光波と2ω2の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω2+δの光波とω2−δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω2の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第2の擬似位相整合条件と、周波数2ω1の光波と周波数ωXの光波と2ω1−ωXの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件と、2ω2の光波と周波数ωYの光波と2ω2−ωYの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たす二次非線形光学素子(5)を備え、中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δωの光波で構成される光波群内のいずれかの2つの光波の周波数が第1及び第2の擬似位相整合条件であるω1とω2とに一致するか、いずれかの4つの光波の周波数が第1及び第2の擬似位相整合条件であるω1+δとω1−δとω2+δとω2−δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、ω0を中心とするω1側およびω2側の各光波の周波数をそれぞれωX,ωYとした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖する光コム発生装置であると言うことができる。 For optical comb generator of the first embodiment (100), Conceptually speaking, the light source (1) for generating a continuous wave light frequency omega 0, as center frequency of omega 0 of the continuous wave light source is generated An optical modulator (2) that generates an optical wave group having a frequency ω 0 ± n × Δω (where n is an integer and Δω is an arbitrary frequency width) including the central frequency ω 0, and the optical wave group generated by the optical modulator an optical amplifier (4) for amplifying and a quasi-phase matching conditions for second harmonic generation between the light waves of the optical wave and 2 [omega 1 frequency omega 1, the light wave and omega 1 - [delta light wave of frequency omega 1 + [delta] A first quasi-phase matching condition satisfying either or both quasi-phase matching conditions, where (δ is an arbitrary frequency width) and quasi-phase matching condition for sum frequency generation between light waves of 2ω1; for the second harmonic generation between the frequency omega 2 of the light waves and 2 [omega 2 of the lightwave A phase matching condition similar, the quasi phase matching conditions with respect to the sum frequency generation between the light wave and omega 2 - [delta light waves ([delta] is an arbitrary frequency width) and light waves of 2 [omega 2 frequency omega 2 + [delta], or on the other hand, or with both quasi-phase matching condition is satisfied second pseudo phase matching conditions, quasi-phase matching for difference frequency generation between the light waves of the optical wave and 2 [omega 1 - [omega] X lightwave frequency omega X frequency 2 [omega 1 A second-order nonlinear optical element (5) satisfying the conditions and the quasi-phase matching condition for the difference frequency generation between the light wave of 2ω 2, the light wave of frequency ω Y and the light wave of 2 ω 2 -ω Y , matching omega 1 and omega 2 and is one of the two quasi-phase matching conditions frequency of the first and second optical wave frequency omega 0 in lightwave group consisting of light wave ± n × [Delta] [omega containing omega 0 Or the frequency of any four lightwaves is the first and second quasi-phase matching condition ω 1 + At least one of or both of δ and ω 1 −δ, ω 2 + δ and ω 2 −δ is satisfied, and the frequencies of the respective light waves on the ω 1 side and ω 2 side centering on ω 0 are ω It can be said that this is an optical comb generator that propagates the light waves in the optical comb signal input by the generation of the difference frequency as X 1 , ω Y.
〔実施の形態2〕
図4に、本発明の実施の形態2に係る光コム発生装置200の要部の構成を示す。実施の形態1の光コム発生装置100(図1)では、光変調器2が生成した光コムをEDFA4によってワットクラスまで増幅した後に入力光コム信号として二次非線形光学素子5に入射したが、EDFA4からの自然放出雑音(ASE雑音)が混入するという点では課題があった。そこで、実施の形態2の光コム発生装置200では、EDFA4からの自然放出雑音の混入を抑え、さらにS/N比の高い光コム(出力光コム信号)を生成するようにする。
Second Embodiment
FIG. 4 shows the configuration of the main part of the
図4において、図1と同一符号は図1を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。この実施の形態2の光コム発生装置200では、光変調器2によって生成された5つの光波(周波数ω0,ω-1,ω-2,ω+1,ω+2の光波)からなる光波群を第1の光波群(周波数ω-2,ω+2の光波)と第2の光波群(周波数ω0,ω-1,ω+1の光波)とに分離する波長選択スイッチ(WSS)6を設けている。また、二次非線形光学素子として第1の二次非線形光学素子5(5−1)と第2の二次非線形光学素子5(5−2)とを設け、波長選択スイッチ6によって分離された第1の光波群(周波数ω-2,ω+2の光波)をEDFA4およびバンドパスフィルタ(BPF)7を介して第1の二次非線形光学素子5(5−1)へ入力し、第1の二次非線形光学素子5(5−1)が生成する第3の光波群(周波数2ω-2,2ω+2の光波)を第2の二次非線形光学素子5(5−2)へ励起光として与えるようにしている。また、波長選択スイッチ6によって分離された第2の光波群(周波数ω0,ω-1,ω+1の光波)を第2の二次非線形光学素子5(5−2)へ入力光コム信号として入力するようにしている。
In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or similar components as the components described with reference to FIG. 1, and the description thereof will be omitted. In the
この光コム発生装置200において、第1の二次非線形光学素子5(5−1)および第2の二次非線形光学素子5(5−2)は、実施の形態1における二次非線形光学素子5と同様、直接接合法を用いて形成したPPLNリッジ導波路を備えており、同じSHGに対する2つの擬似位相整合波長λ1,λ2を有する。このSHGに対する2つの擬似位相整合波長λ1,λ2は周波数ω-2,ω+2の光波と同じ波長配置とされている。
In the
この光コム発生装置200では、波長選択スイッチ6により、光変調器2によって生成された光波群を構成する5つの光波(ω0,ω-1,ω-2,ω+1,ω+2の光波)の中からSHGに対する2つの擬似位相整合波長λ1,λ2にその波長が一致するω-2、ω+2の光波のみが第1の光波群として取り出され(図5参照)、EDFA4にて増幅された後、バンドパスフィルタ7を介して第1の二次非線形光学素子5(5−1)に入力される。
In this
第1の二次非線形光学素子5(5−1)は、第2高調波発生により、2ω-2、2ω+2の光波を発生させ、ダイクロイックミラーによりω-2、ω+2の光と2ω-2、2ω+2の光波を分離し、2ω-2、2ω+2の光波のみを第3の光波群として取り出す。この第1の二次非線形光学素子5(5−1)より取り出された第3の光波群(2ω-2、2ω+2の光波)は第2の二次非線形光学素子5(5−2)に励起光として入力される。 The first second-order nonlinear optical element 5 (5-1) is the second harmonic generation, 2 [omega -2, to generate a light wave 2 [omega +2, dichroic the dichroic mirror omega -2, omega +2 light and 2 [omega The light waves of -2 and 2ω +2 are separated, and only the light waves of 2ω -2 and 2ω +2 are taken out as a third light wave group. The third light wave group (2ω -2 , 2ω +2 light waves) extracted from the first second-order nonlinear optical element 5 (5-1) is the second second-order nonlinear optical element 5 (5-2) Is input as excitation light.
一方、波長選択スイッチ6により、光変調器2によって生成された光波群を構成する5つの光波(ω0,ω-1,ω-2,ω+1,ω+2の光波)の中からω0,ω-1,ω+1の光波が第2の光波群として取り出され(図5参照)、第2の二次非線形光学素子5(5−2)へ入力光コム信号として入力される。第2の二次非線形光学素子5(5−2)内では、ダイクロイックミラーにより2ω-2、2ω+2の光波とω0,ω-1,ω+1の光波とが合波された後、PPLN導波路に入射される。
On the other hand, of the five light waves (light waves of ω 0 , ω −1 , ω −2 , ω +1 , ω +2 ) that constitute the light wave group generated by the
第2の二次非線形光学素子5(5−2)内では、差周波発生により、次々と波長変換が誘発され光コムの波長数が増えていく。この構成では、第2の二次非線形光学素子5(5−2)への入力光コム信号を直接EDFA4で増幅しないため、よりS/N比の高い光コム(出力光コム信号)を生成することが可能となる。
In the second second-order nonlinear optical element 5 (5-2), wavelength conversion is induced one after another due to the generation of the difference frequency, and the number of wavelengths of the optical comb increases. In this configuration, since the input optical comb signal to the second second-order nonlinear optical element 5 (5-2) is not directly amplified by the
また、この実施の形態2の光コム発生装置200では、光波を増殖する二次非線形光学素子5(5−2)とは別の二次非線形光学素子5(5−1)を用いて励起光となる2ω-2、2ω+2の光波を生成することで、より効率の高い変換が可能となり、波長数を実施の形態1に比べて1.25倍にすることが可能であった。
Further, in the optical
この実施の形態2の光コム発生装置(200)について、概念的に述べると、周波数ω0の連続波光を発生する光源(1)と、光源が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δω(nは整数、Δωは任意の周波数幅)の光波群を生成する光変調器(2)と、光変調器によって生成された光波群を第1の光波群と第2の光波群とに分離する波長選択スイッチ(6)と、波長選択スイッチによって分離された第1の光波群を増幅する光増幅器(4)と、周波数ω1の光波と2ω1の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω1+δの光波とω1−δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω1の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第1の擬似位相整合条件と、周波数ω2の光波と2ω2の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω2+δの光波とω2−δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω2の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第2の擬似位相整合条件と、周波数2ω1の光波と周波数ωXの光波と2ω1−ωXの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件と、2ω2の光波と周波数ωYの光波と2ω2−ωYの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たす第1および第2の二次非線形光学素子(5−1,5−2)を備え、中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δωの光波で構成される光波群内のいずれかの2つの光波の周波数が第1及び第2の擬似位相整合条件であるω1とω2とに一致するか、いずれかの4つの光波の周波数が第1及び第2の擬似位相整合条件であるω1+δとω1−δとω2+δとω2−δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、波長選択スイッチにより、光変調器からの光波群をω1とω2とに一致するかω1+δとω1−δとω2+δとω2−δとに一致する光波群(第1の光波群)と、それ以外の光波群(第2の光波群)とに分離し、ω1とω2もしくはω1+δとω1−δとω2+δとω2−δの光波を光増幅器により増幅した後第1の二次非線形光学素子へ入力し、得られた第2高調波光または和周波光を励起光として第2の二次非線形光学素子へ入力し、ω0を中心とするω1側およびω2側の各光波の周波数をそれぞれωX,ωYとした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖する光コム発生装置であると言うことができる。 This optical comb generator of the second embodiment (200), Conceptually speaking, the light source (1) for generating a continuous wave light frequency omega 0, as center frequency of omega 0 of the continuous wave light source is generated An optical modulator (2) that generates an optical wave group having a frequency ω 0 ± n × Δω (where n is an integer and Δω is an arbitrary frequency width) including the central frequency ω 0, and the optical wave group generated by the optical modulator the wavelength selection switch that separates (6) into a first optical wave group and the second light wave group, and an optical amplifier (4) for amplifying the first optical wave group separated by the wavelength selective switch, the frequency omega 1 of Quasi-phase-matching conditions for the second harmonic generation between the lightwave and the lightwave of 2ω 1, the lightwave of frequency ω 1 + δ, the lightwave of ω 1 −δ (δ is an arbitrary frequency width) and the lightwave of 2ω 1 Either one or both of the quasi-phase matching conditions for sum frequency generation between A quasi-phase matching condition is satisfied first quasi-phase matching conditions, a quasi-phase matching conditions for second harmonic generation between the frequency omega 2 of the light waves and 2 [omega 2 of the light waves, the light waves of frequency omega 2 + [delta] omega A second pseudo light meeting a pseudo phase matching condition for one or both of the light wave of 2 −δ (where δ is an arbitrary frequency width) and the quasi phase matching condition for sum frequency generation between the light wave of 2ω 2 Phase matching condition, quasi phase matching condition for difference frequency generation between light wave of frequency 2ω 1 and light wave of frequency ω X and light wave of 2ω 1 -ω X , light wave of 2ω 2 and light wave of frequency ω Y A center frequency ω 0 is provided with first and second second-order nonlinear optical elements (5-1, 5-2) that satisfy the quasi phase matching condition for the difference frequency generation with the light wave of 2ω 2 −ω Y one of two light waves in the composed light wave group at light wave frequencies ω 0 ± n × Δω including Or frequency matches the omega 1 and omega 2 and a first and second quasi-phase matching condition, and omega 1 + [delta] is any of the four quasi-phase matching conditions frequency of the first and second light wave Whether one or both of ω 1 −δ, ω 2 + δ, and ω 2 −δ are met, and the wavelength selective switch matches light waves from the optical modulator to ω 1 and ω 2 It divides into the lightwave group (1st lightwave group) which corresponds to ω 1 + δ, ω 1 -δ, ω 2 + δ and ω 2 -δ, and the other lightwave group (second lightwave group), Second harmonic light obtained by amplifying light waves of 1 and ω 2 or ω 1 + δ and ω 1 −δ and ω 2 −δ and ω 2 + δ and ω 2 −δ by means of an optical amplifier and then inputting them to a first second-order nonlinear optical element or the sum frequency light entered as excitation light to a second second-order nonlinear optical element, respectively the frequencies of the light waves in the omega 1 side and omega 2 side centering on the omega 0 omega X, was omega Y It can be said to be optical comb generator for growing light wave in the optical comb signal inputted by the frequency generation.
〔実施の形態3〕
図6に、本発明の実施の形態3に係る光コム発生装置300の要部の構成を示す。実施の形態1の光コム発生装置100(図1)では、二次非線形光学素子5内を1回通過する間での非線形光学過程により光コム信号中の光波を増殖させるため、構成が簡易であるものの増殖(拡張)できる波長数に制限があった。実施の形態2の光コム発生装置200(図4)でも同様である。そこで、実施の形態3の光コム発生装置300では、さらに大規模な波長数を有する光コム(出力光コム信号)を生成できるようにする。
Third Embodiment
FIG. 6 shows the configuration of the main part of the
図6において、図1と同一符号は図1を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。この実施の形態3の光コム発生装置300では、EDFA4の前段に光合波器8を設け、二次非線形光学素子5の後段に光分波器9を設け、二次非線形光学素子5を通過することによって増殖された光波群の一部を分波して、光変調器2からのEDFA4への光波群に合波するようにしている。
6, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or similar components as the components described with reference to FIG. 1, and the description thereof will be omitted. In the
この光コム発生装置300において、二次非線形光学素子5は、実施の形態1と同様、SHGに対する2つの擬似位相整合波長λ1,λ2を有しており、このSHGに対する擬似位相整合波長λ1,λ2は周波数ω-2,ω+2の光波と同じ波長配置とされている。また、光変調器2からのEDFA4への光波群は、5つの光波(周波数ω0,ω-1,ω-2,ω+1,ω+2の光波)から構成されていることも実施の形態1と同じである。
In the
なお、二次非線形光学素子5は、実施の形態1と同様の直接接合法を用いて形成したPPLNリッジ導波路を備えている。さらに、二次非線形光学素子5からの出力を光分波器9により2分岐し、一方を出力(出力光コム信号)とし、もう一方をEDFA4の前段に配置した光合波器8に入力しているが、その分岐比および合波比は、どちらも10%と90%のものを用いている。なお、他の分岐比および合波比を用いてもよいことは言うまでもない。
The second-order nonlinear
この光コム発生装置300では、二次非線形光学素子5により生成した新たな光波を再度二次非線形光学素子5に入射することができる。さらに、再度の入射の前にEDFA4にて増幅することができるため、光強度を損なうことなく波長数を拡大することができる。
In the
なお、この光コム発生装置300において、二次非線形光学素子5に入射する光の位相は、入力光と同位相となるように調整している。具体的には、ピエゾ素子(PZT)10を用いて光ファイバ長を伸縮させることで光分波器9から光合波器8までの光路長の調整機構を設け、出力光の一部をモニタし光強度が最大となるように、PZTにフィードバックをかけることで、常に位相が同位相となるように安定化を行った。
In the
このような構成とすることにより、実施の形態3の光コム発生装置300では、60nm以上の二次非線形光学素子5の持つDFGに対する擬似位相整合波長全域に渡って、光コムを生成することが可能となった。25GHz間隔では、300波以上の光コムを出力することができている。
With such a configuration, in the optical
この実施の形態3の光コム発生装置(300)について、概念的に述べると、周波数ω0の連続波光を発生する光源(1)と、光源が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δω(nは整数、Δωは任意の周波数幅)の光波群を生成する光変調器(2)と、光合波器(8)と、光合波器からの出力を増幅する光増幅器(4)と、周波数ω1の光波と2ω1の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω1+δの光波とω1−δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω1の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第1の擬似位相整合条件と、周波数ω2の光波と2ω2の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω2+δの光波とω2−δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω2の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第2の擬似位相整合条件と、周波数2ω1の光波と周波数ωXの光波と2ω1−ωXの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件と、2ω2の光波と周波数ωYの光波と2ω2−ωYの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たす二次非線形光学素子(5)と、光分波器(8)と、光路調整機構(10)とを備え、中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δωの光波で構成される光波群内のいずれかの2つの光波の周波数が第1及び第2の擬似位相整合条件であるω1とω2とに一致するか、いずれかの4つの光波の周波数が第1及び第2の擬似位相整合条件であるω1+δとω1−δとω2+δとω2−δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、ω0を中心とするω1側およびω2側の各光波の周波数をそれぞれωX,ωYとした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖し、この光波が増殖された光波群の一部を光分波器により分離し、光合波器により光変調器からの出力と合波した後、二次非線形光学素子へ再度入力できる共振器構造を有しており、光変調器からの出力と光分波器から帰還される光波群の位相が二次非線形光学素子への入力において一致するように共振器長を調整するものとした光コム発生装置であると言うことができる。 For optical comb generator of the third embodiment (300), Conceptually speaking, the light source (1) for generating a continuous wave light frequency omega 0, as center frequency of omega 0 of the continuous wave light source is generated An optical modulator (2) for generating an optical wave group having a frequency ω 0 ± n × Δω (where n is an integer and Δω is an arbitrary frequency width) including the central frequency ω 0 , an optical multiplexer (8), An optical amplifier (4) for amplifying the output from the wave device, quasi phase matching conditions for second harmonic generation between the light wave of frequency ω 1 and the light wave of 2ω 1 , the light wave of frequency ω 1 + δ and ω A first pseudo condition satisfying one or both quasi phase matching conditions of a 1- δ light wave (where δ is an arbitrary frequency width) and a quasi phase matching condition for sum frequency generation between 2ω 1 light waves a phase matching condition, versus the second harmonic generation between the frequency omega 2 of the light waves and 2 [omega 2 of the lightwave Of the quasi phase matching conditions, a quasi-phase matching conditions for sum frequency generation between the light wave and omega 2 - [delta light waves of frequency ω 2 + δ (δ is an arbitrary frequency width) and the lightwave of 2 [omega 2 that, either one or with both quasi-phase matching condition is satisfied second quasi-phase matching condition or pseudo for the difference frequency generation between the light waves of the optical wave and 2 [omega 1 - [omega] X lightwave frequency omega X frequency 2 [omega 1 phase and matching condition, the second-order nonlinear optical element that satisfies the quasi phase matching conditions with respect to the difference frequency generation between the light waves of the optical wave and 2 [omega 2 - [omega] Y of the light wave of 2 [omega 2 and the frequency omega Y (5), the light fraction The frequency of any two light waves in the light wave group including the wave unit (8) and the optical path adjusting mechanism (10) and including the light waves of the frequency ω 0 ± n × Δω including the center frequency ω 0 1 and a second quasi-phase matching condition a is omega 1 and omega 2 and to match either one of the four optical wave Wavenumber meet either one or both or matching the first and second quasi-phase matching condition a is omega 1 + [delta] and omega 1 - [delta and omega 2 + [delta] and omega 2 - [delta, and about the omega 0 The light waves in the optical comb signal input are propagated by the difference frequency generation where the frequencies of the respective light waves on the ω 1 side and the ω 2 side are ω X and ω Y respectively, and the light waves are partially amplified. Are separated by the optical demultiplexer, multiplexed with the output from the optical modulator by the optical multiplexer, and then re-input to the second-order nonlinear optical element, and the output from the optical modulator is It can be said that this is an optical comb generating device in which the resonator length is adjusted so that the phase of the light wave group fed back from the light splitter matches at the input to the second order nonlinear optical element.
〔実施の形態4〕
図7に、本発明の実施の形態4に係る光コム発生装置400の要部の構成を示す。実施の形態1(図1)、実施の形態2(図4)および実施の形態3(図6)において、二次非線形光学素子5は、第1の擬似位相整合と第2の擬似位相整合を同時に満たす周期分極反転構造を有するPPLN導波路を用いて構成していた。
Fourth Embodiment
FIG. 7 shows the configuration of the main part of an
これに対して、実施の形態4では、単一周期分極反転構造を有するPPLN導波路を用いて構成された2つの二次非線形光学素子5’(5−1’,5−2’)を用いる。なお、周期分極反転構造と単一周期分極反転構造との違いは、単純には、周期分極反転構造のピッチ(周期)が1種類(擬似位相整合は1つ)か、複数種類(二種類であれば基本的には擬似位相整合は2つ)かということである。 On the other hand, in the fourth embodiment, two second-order nonlinear optical elements 5 '(5-1', 5-2 ') configured using a PPLN waveguide having a single period polarization inversion structure are used. . The difference between the periodically poled structure and the single-period poled structure is simply that the pitch (period) of the periodically poled structure is one type (one pseudo phase matching) or plural types (two types). Basically, it means that there are two quasi-phase matchings.
図7において、図6と同一符号は図6を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。この実施の形態4の光コム発生装置400では、光合波器8と光分波器9との間に、第1の擬似位相整合波長λ1を有する第1の二次非線形光学素子5’(5−1’)と第2の擬似位相整合波長λ2を有する第2の二次非線形光学素子5’(5−2’)とを直列タンデムに接続している。また、第1の二次非線形光学素子5’(5−1’)の前段に光増幅器4(4−1)を設け、第2の二次非線形光学素子5’(5−2’)の前段に光増幅器4(4−2)を設けている。
7, the same reference numerals as those in FIG. 6 indicate the same or similar components as the components described with reference to FIG. 6, and the description thereof will be omitted. In the
この実施の形態4の光コム発生装置400では第1の二次非線形光学素子5’(5−1’)を入力光コム信号が通過する際には、第1の擬似位相整合波長λ1を中心として折り返した形で波長変換が起き、第2の二次非線形光学素子5’(5−2’)を入力光コム信号が通過する際には、第2の擬似位相整合波長λ2を中心として折り返した形で波長変換が起き、光コム信号中の光波が増殖する。
In the
ただし、この構成において、第1の二次非線形光学素子5’(5−1’)および第2の二次非線形光学素子5’(5−2’)を1度通過しただけでは、1回の波長変換しか起きないため、大規模な光コム信号は生成できない。 However, in this configuration, only once passing through the first second-order nonlinear optical element 5 '(5-1') and the second second-order nonlinear optical element 5 '(5-2') Since only wavelength conversion takes place, large optical comb signals can not be generated.
そのため、この実施の形態4の光コム発生装置400では、実施の形態3と同様に、第1の二次非線形光学素子5’(5−1’)および第2の二次非線形光学素子5’(5−2’)を通過することによって増殖された光波群の一部を分岐して、光変調器2からのEDFA4(4−1)への光波群に合波させるようにしている。これにより、多段の波長変換を誘起し、大規模な光コム信号を生成させることができる。
Therefore, in the optical
この実施の形態4の光コム発生装置(400)について、概念的に述べると、周波数ω0の連続波光を発生する光源(1)と、光源が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δω(nは整数、Δωは任意の周波数幅)の光波群を生成する光変調器(2)と、光合波器(8)と、光合波器からの出力を増幅する光増幅器(4−1)と、周波数ω1の光波と2ω1の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω1+δの光波とω1−δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω1の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第1の擬似位相整合条件と、周波数2ω1の光波と周波数ωXの光波と2ω1−ωXの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たす第1の二次非線形光学素子(5−1’)と、第1の二次非線形光学素子からの出力を増幅する光増幅器(4−2)と、周波数ω2の光波と2ω2の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω2+δの光波とω2−δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω2の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第2の擬似位相整合条件と、2ω2の光波と周波数ωYの光波と2ω2−ωYの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たす第2の二次非線形光学素子(5−2’)と、光分波器(9)と、光路調整機構(10)とを備え、中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δωの光波で構成される光波群内のいずれかの2つの光波の周波数が第1及び第2の擬似位相整合条件であるω1とω2とに一致するか、いずれかの4つの光波の周波数が第1及び第2の擬似位相整合条件であるω1+δとω1−δとω2+δとω2−δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、ω0を中心とするω1側およびω2側の各光波の周波数をそれぞれωX,ωYとした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖し、この光波が増殖された光波群の一部を光分波器により分離し、光合波器により光変調器からの出力と合波した後、第1の二次非線形光学素子へ再度入力できる共振器構造を有しており、光変調器からの出力と光分波器から帰還される光波群の位相が第1の二次非線形光学素子への入力において一致するように共振器長を調整するものとした光コム発生装置であると言うことができる。 For optical comb generator of the fourth embodiment (400), Conceptually speaking, the light source (1) for generating a continuous wave light frequency omega 0, as center frequency of omega 0 of the continuous wave light source is generated An optical modulator (2) for generating an optical wave group having a frequency ω 0 ± n × Δω (where n is an integer and Δω is an arbitrary frequency width) including the central frequency ω 0 , an optical multiplexer (8), Optical amplifier (4-1) for amplifying the output from the wave device, quasi phase matching condition for second harmonic generation between the light wave of frequency ω 1 and the light wave of 2ω 1 , light wave of frequency ω 1 + δ And a quasi phase matching condition for sum frequency generation between the light wave of ω 1 −δ (δ is an arbitrary frequency width) and a light wave of 2ω 1 , or both of the quasi phase matching conditions quasi-phase matching conditions, the light wave of the light wave and 2ω 1 -ω X of the light wave and the frequency ω X of frequency 2ω 1 of Of the first second-order nonlinear optical element (5-1 ′) satisfying the quasi-phase matching condition for differential frequency generation between the first and second optical elements, and an optical amplifier (4- and 2), second and quasi-phase matching conditions for harmonic generation, optical waves and omega 2 - [delta frequency omega 2 + [delta] light waves ([delta] is any frequency between the frequency omega 2 of the light waves and 2 [omega 2 of the lightwave a quasi-phase matching condition, either or both of the quasi-phase matching condition is satisfied second pseudo phase matching conditions for sum frequency generation between the width) and the lightwave of 2 [omega 2, of 2 [omega 2 light waves and the frequency A second second-order nonlinear optical element (5-2 ′) satisfying a quasi phase matching condition for generation of a difference frequency between the light wave of ω Y and the light wave of 2 ω 2 −ω Y , and an optical demultiplexer (9 ) and, an optical path adjusting mechanism (10), is composed of a light wave frequencies ω 0 ± n × Δω including the center frequency omega 0 That either of the two frequencies of the light waves of the light wave in the group is equal to omega 1 and omega 2 and a first and second quasi-phase matching condition, either the frequency of the four light waves first and And one or both of ω 1 + δ, ω 1 −δ, ω 2 + δ, and ω 2 −δ, which are quasi-phase matching conditions of 2 , satisfying ω 1 side and ω centered on ω 0 The light waves in the optical comb signal input are propagated by the difference frequency generation where the frequency of each light wave on the two sides is ω X and ω Y respectively, and a part of the light wave group in which this light wave is grown is It has a resonator structure that can be separated and combined with the output from the optical modulator by the optical multiplexer and then re-input to the first second-order nonlinear optical element, and the output from the optical modulator and the optical demultiplexing The resonator length is adjusted so that the phase of the lightwave group fed back from the resonator matches at the input to the first second-order nonlinear optical element Can be said to be an optical comb generator.
〔実施の形態5〕
図8に、本発明の実施の形態5に係る光コム発生装置500の要部の構成を示す。この実施の形態5の光コム発生装置500は、実施の形態2(図4)と実施の形態4(図7)とを融合させたものであり、単一周期分極反転構造を有するPPLN導波路を用いて構成された2つの二次非線形光学素子5’(5−1’,5−2’)を用いた構成と波長選択スイッチ6と2つの二次非線形光学素子5(5−1,5−2)を用いた構成とを組み合わせることにより、よりS/N比の高い出力を得るようにしたものである。
Fifth Embodiment
FIG. 8 shows the configuration of the main part of the
図8において、図4および図7と同一符号は図4および図7を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。この実施の形態5の光コム発生装置500では、光合波器8と光分波器9との間に、第1の擬似位相整合波長λ1を有する第3の二次非線形光学素子5’(5−1’)と第2の擬似位相整合波長λ2を有する第4の二次非線形光学素子5’(5−2’)とを直列タンデムに接続している。
In FIG. 8, the same reference numerals as in FIGS. 4 and 7 denote the same or equivalent components as the components described with reference to FIGS. 4 and 7, and the description thereof will be omitted. In the
また、光変調器2によって生成された5つの光波(周波数ω0,ω-1,ω-2,ω+1,ω+2の光波)からなる光波群を第1の光波群(周波数ω-2の光波)と第2の光波群(周波数ω+2の光波)と第3の光波群(周波数ω0,ω-1,ω+1の光波)とに分離する波長選択スイッチ(WSS)6を設け、波長選択スイッチ6によって分離された第1の光波群(周波数ω-2の光波)をEDFA4(4−1)およびBPF7(7−1)を介して第1の二次非線形光学素子5(5−1)へ入力するようにし、波長選択スイッチ6によって分離された第2の光波群(周波数ω+2の光波)をEDFA4(4−2)およびBPF7(7−2)を介して第2の二次非線形光学素子5(5−2)へ入力するようにしている。
In addition, a light wave group consisting of five light waves (light waves with frequencies ω 0 , ω −1 , ω −2 , ω +1 , ω +2 ) generated by the
また、第1の二次非線形光学素子5(5−1)が周波数ω-2の光波より生成する周波数2ω-2の光波(第4の光波群)を第3の二次非線形光学素子5’(5−1’)へ励起光として与えるようにし、第2の二次非線形光学素子5(5−2)が周波数ω+2の光波より生成する周波数2ω+2の光波(第5の光波群)を第4の二次非線形光学素子5’(5−2’)へ励起光として与えるようにしている。また、波長選択スイッチ6によって分離された第3の光波群(周波数ω0,ω-1,ω+1の光波)を合波器8を通して第3の二次非線形光学素子5’(5−1’)に入力するようにしている。
Further, the light wave (fourth light wave group) of frequency 2ω -2 generated by the first second-order nonlinear optical element 5 (5-1) from the light wave of frequency ω -2 is converted to the third second-order nonlinear optical element 5 ' A light wave of a frequency 2ω +2 (fifth light wave group generated by the second second-order nonlinear optical element 5 (5-2) from the light wave of frequency ω +2 as excitation light is given to (5-1 ′) ) As excitation light to the fourth second-order nonlinear optical element 5 '(5-2'). In addition, the third light wave group (light waves of frequencies ω 0 , ω −1 , ω +1 ) separated by the wavelength
なお、この例では、第1の光波群を周波数ω-2の光波とし、第2の光波群を周波数ω+2の光波とし、第4の光波群を周波数2ω-2の光波とし、第5の光波群を周波数2ω+2の光波としているが、すなわち光波群とは言っても1つの光波しか存在していないが、このような1つの光波しか存在しない構成についても本発明で言う光波群の概念に含めるものとする。すなわち、実施の形態5に対応する請求項5に係る発明において、第1の光波群、第2の光波群、第4の光波群、第5の光波群は、1つの光波から構成されていてもよく、複数の光波から構成されていてもよい。
In this example, the first light wave group is a light wave of frequency ω -2 , the second light wave group is a light wave of frequency ω +2 , and the fourth light wave group is a light wave of frequency 2ω -2 . The lightwave group of the lightwave group is a lightwave of frequency 2.omega. + 2 , that is, although there is only one lightwave in the lightwave group, the lightwave group in the present invention also refers to a configuration in which there is only one such light wave. Shall be included in the concept of That is, in the invention according to
この光コム発生装置500では、波長選択スイッチ6により、光変調器2によって生成された5つの光波(ω0,ω-1,ω-2,ω+1,ω+2の光波)からなる光波群の中からSHGに対する2つの擬似位相整合波長λ1およびλ2にその波長が一致するω-2および2ω+2の光波が第1の光波群および第2の光波群として取り出され、第1の波長群の光波(周波数ω-2の光波)がEDFA4(4−1)にて増幅された後、バンドパスフィルタ7(7−1)を介して第1の二次非線形光学素子5(5−1)に入力される。また、第2の波長群の光波(周波数ω+2の光波)がEDFA4(4−2)にて増幅された後、バンドパスフィルタ7(7−2)を介して第2の二次非線形光学素子5(5−2)に入力される。
In this
第1の二次非線形光学素子5(5−1)は、第2高調波発生により、2ω-2の光波を発生させ、ダイクロイックミラーによりω-2の光と2ω-2の光波を分離し、2ω-2の光波のみを第4の波長群の光波として取り出す。この第1の二次非線形光学素子5(5−1)より取り出された第4の波長群の光波(周波数2ω-2の光波)は第3の二次非線形光学素子5’(5−1’)に励起光として入力される。 The first second-order nonlinear optical element 5 (5-1) generates a light wave of 2ω -2 by second harmonic generation, and separates the light of ω -2 and the light wave of 2ω -2 by a dichroic mirror, Only the light wave of 2ω -2 is extracted as the light wave of the fourth wavelength group. The lightwave of the fourth wavelength group (lightwave of frequency 2ω -2 ) extracted from the first second-order nonlinear optical element 5 (5-1) is the third second-order nonlinear optical element 5 '(5-1') ) As excitation light.
第2の二次非線形光学素子5(5−2)は、第2高調波発生により、2ω+2の光波を発生させ、ダイクロイックミラーによりω+2の光と2ω+2の光波を分離し、2ω+2の光波のみを第5の波長群の光波として取り出す。この第2の二次非線形光学素子5(5−2)より取り出された第5の波長群の光波(周波数2ω+2の光波)は第4の二次非線形光学素子5’(5−2’)に励起光として入力される。 The second second-order nonlinear optical element 5 (5-2) generates a 2ω +2 light wave by the second harmonic generation, and separates the ω +2 light and the 2ω +2 light wave by a dichroic mirror, Only the 2ω + 2 lightwave is extracted as the lightwave of the fifth wavelength group. The lightwave of the fifth wavelength group (lightwave of frequency 2.omega. + 2) extracted from the second second-order nonlinear optical element 5 (5-2) is the fourth second-order nonlinear optical element 5 '(5-2') ) As excitation light.
一方、波長選択スイッチ6により、光変調器2によって生成された光波群を構成する5つの光波(ω0,ω-1,ω-2,ω+1,ω+2の光波)の中からω0,ω-1,ω+1の光波が第3の光波群として取り出され、光合波器8を介して、第3の二次非線形光学素子5’(5−1’)へ入力光コム信号として入力される。
On the other hand, of the five light waves (light waves of ω 0 , ω −1 , ω −2 , ω +1 , ω +2 ) that constitute the light wave group generated by the
この実施の形態5の光コム発生装置500では第3の二次非線形光学素子5’(5−1’)を入力光コム信号が通過する際には、第1の擬似位相整合波長λ1を中心として折り返した形で波長変換が起き、第4の二次非線形光学素子5’(5−2’)を入力光コム信号が通過する際には、第2の擬似位相整合波長λ2を中心として折り返した形で波長変換が起き、光コム信号中の光波が増殖する。
In the
ただし、この構成において、第3の二次非線形光学素子5’(5−1’)および第4の二次非線形光学素子5’(5−2’)を1度通過しただけでは、1回の波長変換しか起きないため、大規模な光コム信号は生成できない。 However, in this configuration, only once passing through the third second-order nonlinear optical element 5 '(5-1') and the fourth second-order nonlinear optical element 5 '(5-2') can be performed once. Since only wavelength conversion takes place, large optical comb signals can not be generated.
そのため、この実施の形態5の光コム発生装置500では、実施の形態4と同様に、第3の二次非線形光学素子5’(5−1’)および第4の二次非線形光学素子5’(5−2’)を通過することによって増殖された光波群の一部を分岐して、第3の二次非線形光学素5’(5−1’)への波長選択スイッチ6からの第3の光波群に合波させるようにしている。これにより、多段の波長変換を誘起し、大規模な光コム信号を生成させることができる。
Therefore, in the optical
この実施の形態5の光コム発生装置(500)について、概念的に述べると、周波数ω0の連続波光を発生する光源(1)と、光源が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δω(nは整数、Δωは任意の周波数幅)の光波群を生成する光変調器(2)と、光変調器によって生成された光波群を第1の光波群と第2の光波群と第3の光波群とに分離する波長選択スイッチ(6)と、波長選択スイッチによって分離された第1の光波群中の光波を増幅する第1の光増幅器(4−1)と、波長選択スイッチによって分離された第2の光波群中の光波を増幅する第2の光増幅器(4−2)と、光合波器(8)と、周波数ω1の光波と2ω1の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω1+δの光波とω1−δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω1の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第1の擬似位相整合条件を満たす第1の二次非線形光学素子(5−1)と、周波数ω2の光波と2ω2の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω2+δの光波とω2−δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω2の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第2の擬似位相整合条件とを満たす第2の二次非線形光学素子(5−2)と、周波数2ω1の光波と周波数ωXの光波と2ω1−ωXの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条とを満たす第3の二次非線形光学素子(5−1’)と、2ω2の光波と周波数ωYの光波と2ω2−ωYの光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件を満たす第4の二次非線形光学素子(5−2’)と、光分波器(9)と、光路長調整機構(10)とを備え、波長選択スイッチにより、中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δωの光波で構成される光波群内のω1に一致するかω1+δとω1−δとに一致する光波群(第1の光波群)と、ω2に一致するかω2+δとω2−δとに一致する光波群(第2の光波群)と、それ以外の光波群(第3の光波群)とに分離し、ω1もしくはω1+δとω1−δの光波群を第1の光増幅器により増幅した後第1の二次非線形光学素子へ入力し、得られた第2高調波光または和周波光を励起光として第3の次非線形光学素子へ入力し、ω0を中心とするω1側およびω2側の各光波の周波数をそれぞれωX,ωYとした差周波発生により入力される光コム信号中のω1側の光波を増殖し、ω2もしくはω2+δとω2−δの光波群を第2の光増幅器により増幅した後第2の二次非線形光学素子へ入力し、得られた第2高調波光または和周波光を励起光として第4の二次非線形光学素子へ入力し、ω0を中心とするω1側およびω2側の各光波の周波数をそれぞれωX,ωYとした差周波発生により入力される光コム信号中のω2側の光波を増殖し、このω1側およびω2側の光波が増殖された光波群の一部を光分波器により分離し、光合波器により光変調器からの出力と合波した後、第3の二次非線形光学素子へ再度入力できる共振器構造を有しており、光変調器からの出力と光分波器から帰還される光波群の位相が第3の二次非線形光学素子への入力において一致するように共振器長を調整するものとした光コム発生装置であると言うことができる。 For optical comb generator of the fifth embodiment (500), Conceptually speaking, the light source (1) for generating a continuous wave light frequency omega 0, as center frequency of omega 0 of the continuous wave light source is generated An optical modulator (2) that generates an optical wave group having a frequency ω 0 ± n × Δω (where n is an integer and Δω is an arbitrary frequency width) including the central frequency ω 0, and the optical wave group generated by the optical modulator Wavelength-selective switch (6) for separating the first lightwave group into the first lightwave group, the second lightwave group, and the third lightwave group, and the first lightwave group for amplifying the lightwaves in the first lightwave group separated by the wavelength selection switch. Optical amplifier (4-1), a second optical amplifier (4-2) for amplifying light waves in the second light wave group separated by the wavelength selective switch, an optical multiplexer (8), and a frequency ω a quasi-phase matching conditions for second harmonic generation in between the first optical wave and 2 [omega 1 of the light wave, One or both quasi-phases of quasi-phase matching conditions for sum frequency generation between a light wave of frequency ω 1 + δ, a light wave of ω 1 -δ (δ is an arbitrary frequency width) and a light wave of 2ω 1 the matching condition is satisfied first quasi-phase matching condition is satisfied first second-order nonlinear optical element (5-1), the pseudo for the second harmonic generation between the frequency omega 2 of the light waves and 2 [omega 2 of the lightwave One of the phase matching condition and the quasi phase matching condition for sum frequency generation between the light wave of frequency ω 2 + δ and the light wave of ω 2 -δ (where δ is an arbitrary frequency width) and the light wave of 2ω 2 And a second second-order nonlinear optical element (5-2) satisfying the second quasi-phase matching condition satisfying both quasi-phase matching conditions, the light wave of frequency 2ω 1 and the light wave of frequency ω X and 2ω 1 -ω third secondary satisfying the quasi-phase matching conditions for the difference frequency generation between the X light wave Linear optical element (5-1 '), quasi-phase matching condition is satisfied fourth second-order nonlinear for difference frequency generation between the light waves of the optical wave and 2 [omega 2 - [omega] Y of the light wave of 2 [omega 2 and the frequency omega Y An optical element (5-2 '), an optical demultiplexer (9), and an optical path length adjusting mechanism (10), and a wavelength selective switch, an optical wave of frequency ω 0 ± n × Δω including center frequency ω 0 in in configured lightwave group omega 1 to match or omega 1 + [delta] and omega 1 - [delta and the matching lightwave group (first lightwave group), or coincides with ω 2 ω 2 + δ and omega 2 - It divides into the lightwave group (the second lightwave group) which agrees with δ and the other lightwave group (the third lightwave group), and the light wave group of ω 1 or ω 1 + δ and ω 1 −δ is after amplified by the optical amplifier and input to the first second-order nonlinear optical element, the second harmonic light or sum frequency light obtained input as excitation light to the third next non-linear optical element, the omega 0 Were grown lightwave omega 1 side in the optical comb signal inputted mind that omega 1 side and omega 2 side of the frequency of each light wave, respectively omega X, by a difference frequency generation and ω Y, ω 2 or omega 2 A light wave group of + δ and ω 2 −δ is amplified by the second optical amplifier and then input to the second second-order nonlinear optical element, and the obtained second harmonic light or sum frequency light is used as the excitation light to generate the fourth two type next nonlinear optical element, omega respective frequencies of the light waves omega 0 a centered omega 1 side and omega 2 side X, omega 2 side in the optical comb signal input by the difference frequency generation and omega Y The light wave is amplified, and a part of the light wave group in which the light waves on the ω 1 side and the ω 2 side are amplified is separated by the optical splitter and combined with the output from the optical modulator by the optical multiplexer. It has a resonator structure that can be re-input to the third second-order nonlinear optical element, and the output from the optical modulator and the light wave fed back from the optical demultiplexer It can be said that it is an optical comb generating device in which the resonator length is adjusted so that the phase of the group coincides with the input to the third second-order nonlinear optical element.
以上の実施の形態で用いたリッジ導波路を構成する材料は一例にすぎない。すなわち、リッジ導波路は、LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNb(x)Ta(1-x)O3(0≦x≦1)又はKTiOPO4、或いは、それらにMg、Zn、Sc、Inからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有していてよい。 The material which comprises the ridge waveguide used in the above embodiment is only an example. That is, the ridge waveguide is made of LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb (x) Ta (1-x) O 3 (0 ≦ x ≦ 1) or KTiOPO 4 , or Mg, Zn, Sc, In And at least one selected from the group consisting of
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
[Extension of the embodiment]
Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the technical idea of the present invention.
1…光源、2…光変調器、3…正弦波発生器、4…光増幅器(EDFA)、5(5−1,5−2),5’(5−1’,5−2’)…二次非線形光学素子、6…波長選択スイッチ(WSS)、7…バンドパスフィルタ(BPF)、8…光合波器、9…光分波器、10…ピエゾ素子(PZT)、100〜500…光コム発生装置。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光源が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δω(nは整数、Δωは任意の周波数幅)の光波群を生成する光変調器と、
前記光変調器によって生成された光波群を第1の光波群と第2の光波群とに分離する波長選択スイッチと、
前記波長選択スイッチによって分離された第1の光波群を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器によって増幅された第1の光波群から第3の光波群を生成する第1の二次非線形光学素子と、
前記第1の二次非線形光学素子が生成した第3の光波群を励起光として入力し、前記波長選択スイッチによって分離された第2の光波群を入力光コム信号として入力し、この入力光コム信号中の光波を増殖する第2の二次非線形光学素子と
を備え、
前記第1および第2の二次非線形光学素子は、
周波数ω 1 の光波と2ω 1 の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω 1 +δの光波とω 1 −δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω 1 の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第1の擬似位相整合条件と、周波数ω 2 の光波と2ω 2 の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω 2 +δの光波とω 2 −δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω 2 の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第2の擬似位相整合条件と、周波数2ω 1 の光波とω X の光波と2ω 1 −ω X の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数2ω 2 の光波とω Y の光波と2ω 2 −ω Y の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たし、
前記光波群内のいずれかの2つの光波の周波数が、前記第1及び第2の擬似位相整合条件であるω 1 とω 2 とに一致するか、前記光波群内のいずれかの4つの光波の周波数が、前記第1及び第2の擬似位相整合条件であるω 1 +δとω 1 −δとω 2 +δとω 2 −δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、
前記波長選択スイッチは、
前記光変調器からの光波群を、周波数ω 1 とω 2 の光波、または周波数ω 1 +δとω 1 −δとω 2 +δとω 2 −δの光波を前記第1の光波群として、前記第1の光波群以外の光波を前記第2の光波群として分離し、
前記第1の二次非線形光学素子は、前記第3の光波群として第2高調波光または和周波光を生成し、
前記第2の二次非線形光学素子は、周波数ω 0 を中心とするω 1 側およびω 2 側の各光波の周波数をそれぞれω X 、ω Y とした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖する
ことを特徴とする光コム発生装置。 A light source generating continuous wave light of frequency ω 0 ,
Optical modulation that generates a light wave group having a frequency ω 0 ± n × Δω (n is an integer, Δω is an arbitrary frequency width) including the center frequency ω 0 with the frequency ω 0 of continuous wave light generated by the light source as the center frequency And the
A wavelength selective switch that separates a lightwave group generated by the light modulator into a first lightwave group and a second lightwave group;
An optical amplifier for amplifying a first light wave group separated by the wavelength selective switch;
A first second-order nonlinear optical element generating a third lightwave group from the first lightwave group amplified by the optical amplifier;
The third lightwave group generated by the first second-order nonlinear optical element is input as excitation light, and the second lightwave group separated by the wavelength selective switch is input as an input optical comb signal, and this input optical comb A second second-order nonlinear optical element for propagating light waves in the signal ;
The first and second second-order nonlinear optical elements are
A quasi-phase matching conditions for second harmonic generation between the frequency omega 1 of the optical wave and 2 [omega 1 of the light wave, the optical wave and omega 1 - [delta frequency omega 1 + [delta] lightwave ([delta] is an arbitrary frequency width) and 2 [omega the sum of the quasi-phase matching condition for frequency generation, either or with both quasi-phase matching condition is satisfied first for quasi-phase matching conditions, the frequency omega 2 of the light waves and light waves of 2 [omega 2 between the first optical wave And the quasi-phase matching condition for the second harmonic generation , and the sum frequency between the lightwave of frequency ω 2 + δ and the lightwave of ω 2 −δ (δ is an arbitrary frequency width) and the lightwave of 2ω 2 the quasi-phase matching conditions for the generation, and either or both quasi-phase matching condition is satisfied second quasi-phase matching condition, the light wave and omega X frequency 2 [omega 1 lightwave and 2 [omega 1 - [omega] X with optical wave a quasi-phase matching condition for difference frequency generation between, the frequency 2 [omega 2 lightwave and omega Y lightwave Meet the quasi-phase matching condition for difference frequency generation between the light waves of 2ω 2 -ω Y,
The frequency of any two lightwaves in the lightwave group matches the first and second quasi phase matching conditions ω 1 and ω 2 or any four lightwaves in the lightwave group The frequency of the first and second quasi phase matching conditions satisfy one or both of the first and second quasi phase matching conditions ω 1 + δ, ω 1 −δ, ω 2 + δ, and ω 2 −δ,
The wavelength selective switch
The light waves from the light modulator are the light waves of frequencies ω 1 and ω 2 or the light waves of frequencies ω 1 + δ, ω 1 −δ, ω 2 + δ, and ω 2 −δ as the first light wave group. Separating light waves other than the first light wave group as the second light wave group,
The first second-order nonlinear optical element generates second harmonic light or sum frequency light as the third light wave group,
The second second-order nonlinear optical element is an optical comb signal input by the difference frequency generation where the frequencies of the light waves on the ω 1 side and the ω 2 side centering on the frequency ω 0 are ω X and ω Y respectively An optical comb generator characterized by proliferating a light wave .
前記光源が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δω(nは整数、Δωは任意の周波数幅)の光波群を生成する光変調器と、
前記光変調器によって生成された光波群を増幅する第1の光増幅器と、
前記第1の光増幅器によって増幅された光波群を入力光コム信号として入力し、この入力光コム信号中の前記中心周波数ω0を中心とする一方側の光波を増殖する第1の二次非線形光学素子と、
前記第1の二次非線形光学素子によって前記中心周波数ω0を中心とする一方側の光波が増殖された光波群を増幅する第2の光増幅器と、
前記第2の光増幅器によって前記中心周波数ω0を中心とする一方側の光波が増殖された光波群を入力光コム信号として入力し、この入力光コム信号中の前記中心周波数ω0を中心とする他方側の光波を増殖する第2の二次非線形光学素子と、
前記第1および第2の二次非線形光学素子を通過することによって前記中心周波数ω0を中心とする一方側および他方側の光波が増殖された光波群の一部を分波する光分波器と、
前記光分波器によって分波された光波群を前記光変調器からの前記第1の光増幅器への光波群に合波する光合波器と
を備え、
前記第1の二次非線形光学素子は、
周波数ω 1 の光波と2ω 1 の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω 1 +δの光波とω 1 −δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω 1 の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第1の擬似位相整合条件と、周波数2ω 1 の光波とω X の光波と2ω 1 −ω X の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たし、
前記第2の二次非線形光学素子は、
周波数ω 2 の光波と2ω 2 の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω 2 +δの光波とω 2 −δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω 2 の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第2の擬似位相整合条件と、周波数2ω 2 の光波とω Y の光波と2ω 2 −ω Y の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件とを満たし、
前記光波群内のいずれかの2つの光波の周波数が、前記第1及び第2の擬似位相整合条件であるω 1 とω 2 とに一致するか、前記光波群内のいずれかの4つの光波の周波数が、前記第1及び第2の擬似位相整合条件であるω 1 +δとω 1 −δとω 2 +δとω 2 −δとに一致するかのいずれか一方もしくは両方を満たし、
周波数ω 0 を中心とするω 1 側およびω 2 側の各光波の周波数をそれぞれω X 、ω Y とした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖する
ことを特徴とする光コム発生装置。 A light source generating continuous wave light of frequency ω 0 ,
Optical modulation that generates a light wave group having a frequency ω 0 ± n × Δω (n is an integer, Δω is an arbitrary frequency width) including the center frequency ω 0 with the frequency ω 0 of continuous wave light generated by the light source as the center frequency And the
A first optical amplifier for amplifying a group of light waves generated by the light modulator;
A first second-order nonlinear system which inputs the lightwave group amplified by the first optical amplifier as an input optical comb signal, and propagates the lightwave on one side centering on the center frequency ω 0 in the input optical comb signal An optical element,
A second optical amplifier for amplifying a lightwave group in which a lightwave on one side centered on the center frequency ω 0 is amplified by the first second-order nonlinear optical element;
A lightwave group in which a lightwave on one side centered on the center frequency ω 0 is amplified by the second optical amplifier is input as an input light comb signal, and the center frequency ω 0 in the input light comb signal is centered A second second-order nonlinear optical element that propagates the lightwave on the other side,
A light splitter that splits part of a group of light waves in which light waves on one side and the other side centering on the center frequency ω 0 by passing through the first and second second-order nonlinear optical elements When,
An optical multiplexer that combines the lightwave group demultiplexed by the optical demultiplexer into the lightwave group from the optical modulator to the first optical amplifier ;
The first second-order nonlinear optical element is
A quasi-phase matching conditions for second harmonic generation between the frequency omega 1 of the optical wave and 2 [omega 1 of the light wave, the optical wave and omega 1 - [delta frequency omega 1 + [delta] lightwave ([delta] is an arbitrary frequency width) and 2 [omega the quasi phase matching conditions with respect to the sum frequency generation between the first light wave, either one or the both quasi-phase matching condition is satisfied first for quasi-phase matching condition, the light wave of the light wave and omega X frequency 2 [omega 1 And the quasi-phase-matching condition for the difference frequency generation between the light waves of 2ω 1 -ω X and
The second second-order nonlinear optical element is
A quasi-phase matching conditions for second harmonic generation between the frequency omega 2 of the light waves and 2 [omega 2 of the light waves, the light waves and omega 2 - [delta frequency omega 2 + [delta] light waves ([delta] is an arbitrary frequency width) and 2 [omega the quasi phase matching conditions with respect to the sum frequency generation between the two light waves, either or with both quasi-phase matching condition is satisfied second pseudo phase matching conditions, the light wave of the light wave and omega Y frequency 2 [omega 2 And the quasi-phase matching condition for the difference frequency generation between the light waves of 2ω 2 −ω Y and
The frequency of any two lightwaves in the lightwave group matches the first and second quasi phase matching conditions ω 1 and ω 2 or any four lightwaves in the lightwave group The frequency of the first and second quasi phase matching conditions satisfy one or both of the first and second quasi phase matching conditions ω 1 + δ, ω 1 −δ, ω 2 + δ, and ω 2 −δ,
A light characterized by proliferating the light wave in the optical comb signal input by the difference frequency generation where the frequencies of the light waves on the ω 1 side and the ω 2 side centering on the frequency ω 0 are ω X and ω Y respectively. Comb generator.
前記光源が発生する連続波光の周波数ω0を中心周波数として、この中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δω(nは整数、Δωは任意の周波数幅)の光波群を生成する光変調器と、
前記光変調器によって生成された光波群を第1の光波群と第2の光波群と第3の光波群とに分離する波長選択スイッチと、
前記波長選択スイッチによって分離された第1の光波群を増幅する第1の光増幅器と、
前記波長選択スイッチによって分離された第2の光波群を増幅する第2の光増幅器と、
前記第1の光増幅器によって増幅された第1の光波群から第4の光波群を生成する第1の二次非線形光学素子と、
前記第2の光増幅器によって増幅された第2の光波群から第5の光波群を生成する第2の二次非線形光学素子と、
前記第1の二次非線形光学素子が生成した第4の光波群を励起光として入力し、前記波長選択スイッチによって分離された第3の光波群を入力光コム信号として入力し、この入力光コム信号中の前記中心周波数ω0を中心とする一方側の光波を増殖する第3の二次非線形光学素子と、
前記第2の二次非線形光学素子が生成した第5の光波群を励起光として入力し、前記第3の二次非線形光学素子によって前記中心周波数ω0を中心とする一方側の光波が増殖された光波群を入力光コム信号として入力し、この入力光コム信号中の前記中心周波数ω0を中心とする他方側の光波を増殖する第4の二次非線形光学素子と、
前記第3および第4の二次非線形光学素子を通過することによって前記中心周波数ω0を中心とする一方側および他方側の光波が増殖された光波群の一部を分波する光分波器と、
前記光分波器によって分波された光波群を前記第3の二次非線形光学素子への前記波長選択スイッチからの第3の光波群に合波する光合波器と
を備え、
前記第1の二次非線形光学素子は、
周波数ω 1 の光波と2ω 1 の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω 1 +δの光波とω 1 −δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω 1 の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第1の擬似位相整合条件を満たし、
前記第2の二次非線形光学素子は、
周波数ω 2 の光波と2ω 2 の光波との間での第2高調波発生に対する擬似位相整合条件と、周波数ω 2 +δの光波とω 2 −δの光波(δは任意の周波数幅)と2ω 2 の光波との間での和周波発生に対する擬似位相整合条件との、いずれか一方もしくは両方の擬似位相整合条件を満たす第2の擬似位相整合条件とを満たし、
前記第3の二次非線形光学素子は、
周波数2ω 1 の光波とω X の光波と2ω 1 −ω X の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件を満たし、
前記第4の二次非線形光学素子は、
周波数2ω 2 の光波とω Y の光波と2ω 2 −ω Y の光波との間での差周波発生に対する擬似位相整合条件を満たし、
前記波長選択スイッチは、
前記光変調器からの光波群を、周波数ω 1 の光波、または周波数ω 1 +δとω 1 −δの光波を前記第1の光波群として、周波数ω 2 の光波、または周波数ω 2 +δとω 2 −δの光波を前記第2の光波群として、前記第1、第2の光波群以外の光波を前記第3の光波群として分離し、
前記第1の二次非線形光学素子は、前記第4の光波群として第2高調波光または和周波光を生成し、
前記第2の二次非線形光学素子は、前記第5の光波群として第2高調波光または和周波光を生成し、
周波数ω 0 を中心とするω 1 側およびω 2 側の各光波の周波数をそれぞれω X 、ω Y とした差周波発生により入力される光コム信号中の光波を増殖する
ことを特徴とする光コム発生装置。 A light source generating continuous wave light of frequency ω 0 ,
Optical modulation that generates a light wave group having a frequency ω 0 ± n × Δω (n is an integer, Δω is an arbitrary frequency width) including the center frequency ω 0 with the frequency ω 0 of continuous wave light generated by the light source as the center frequency And the
A wavelength selective switch that separates a lightwave group generated by the light modulator into a first lightwave group, a second lightwave group, and a third lightwave group;
A first optical amplifier for amplifying a first light wave group separated by the wavelength selective switch;
A second optical amplifier for amplifying a second light wave group separated by the wavelength selective switch;
A first second-order nonlinear optical element generating a fourth lightwave group from the first lightwave group amplified by the first optical amplifier;
A second second-order nonlinear optical element generating a fifth lightwave group from the second lightwave group amplified by the second optical amplifier;
The fourth lightwave group generated by the first second-order nonlinear optical element is input as excitation light, and the third lightwave group separated by the wavelength selective switch is input as an input optical comb signal, and this input optical comb A third second-order nonlinear optical element for propagating a light wave on one side centered on the central frequency ω 0 in the signal;
The fifth lightwave group generated by the second second-order nonlinear optical element is input as excitation light, and the third second-order nonlinear optical element amplifies a lightwave on one side centered on the center frequency ω 0 A fourth second-order non-linear optical element which receives the lightwave group as an input light comb signal and propagates the lightwave on the other side centered on the center frequency ω 0 in the input light comb signal;
A light splitter that splits part of a group of light waves in which light waves on one side and the other side centering on the center frequency ω 0 by passing through the third and fourth second-order nonlinear optical elements When,
And an optical multiplexer for multiplexing the demultiplexed light waves groups by the optical demultiplexer to the third light wave groups from the wavelength selective switch to the third second-order nonlinear optical element,
The first second-order nonlinear optical element is
A quasi-phase matching conditions for second harmonic generation between the frequency omega 1 of the optical wave and 2 [omega 1 of the light wave, the optical wave and omega 1 - [delta frequency omega 1 + [delta] lightwave ([delta] is an arbitrary frequency width) and 2 [omega Satisfy a first quasi phase matching condition satisfying either or both quasi phase matching conditions with a quasi phase matching condition for sum frequency generation with one light wave,
The second second-order nonlinear optical element is
A quasi-phase matching conditions for second harmonic generation between the frequency omega 2 of the light waves and 2 [omega 2 of the light waves, the light waves and omega 2 - [delta frequency omega 2 + [delta] light waves ([delta] is an arbitrary frequency width) and 2 [omega Satisfying a quasi-phase matching condition for sum frequency generation between two light waves and a second quasi-phase matching condition satisfying one or both quasi-phase matching conditions;
The third second-order nonlinear optical element is
Satisfy the quasi-phase matching condition for the difference frequency generation between the lightwave of frequency 2ω 1, the lightwave of ω X and the lightwave of 2ω 1 −ω X ,
The fourth second-order nonlinear optical element is
Satisfy the quasi-phase matching condition for the difference frequency generation between the lightwave of frequency 2ω 2, the lightwave of ω Y and the lightwave of 2ω 2 −ω Y ,
The wavelength selective switch
The lightwave group from the optical modulator, the frequency omega 1 of the optical or light waves of a frequency omega 1 + [delta] and omega 1 - [delta as the first light wave group, the frequency omega 2 of the light wave or frequency omega 2 + [delta] and omega, The light waves other than the first and second light wave groups are separated as the third light wave group, with the light wave of 2 − δ as the second light wave group,
The first second-order nonlinear optical element generates second harmonic light or sum frequency light as the fourth light wave group,
The second second-order nonlinear optical element generates second harmonic light or sum frequency light as the fifth light wave group,
A light characterized by proliferating the light wave in the optical comb signal input by the difference frequency generation where the frequencies of the light waves on the ω 1 side and the ω 2 side centering on the frequency ω 0 are ω X and ω Y respectively. Comb generator.
前記波長選択スイッチは、
前記中心周波数ω0を含む周波数ω0±n×Δωの光波群中のいずれかの2つの光波のうち一方を前記第1の光波群として、他方を前記第2の光波群として、残りを前記第3の光波群として分離し、
前記第1の二次非線形光学素子は、
前記波長選択スイッチが前記第1の光波群として分離した光波の周波数をω-2とした場合、前記第4の光波群として2ω-2の周波数の光波を生成し、
前記第2の二次非線形光学素子は、
前記波長選択スイッチが前記第2の光波群として分離した光波の周波数をω+2とした場合、前記第5の光波群として2ω+2の周波数の光波を生成する
ことを特徴とする光コム発生装置。 In the optical comb generator according to claim 3 ,
The wavelength selective switch
One of two light waves in the light wave group at the frequency ω 0 ± n × Δω including the central frequency ω 0 is used as the first light wave group, the other is used as the second light wave group, and the rest is used as the second light wave group. Separated as a third lightwave group,
The first second-order nonlinear optical element is
If the frequency of the light wave separated by the wavelength selective switch as the first light wave group is ω −2 , a light wave having a frequency of 2ω −2 is generated as the fourth light wave group,
The second second-order nonlinear optical element is
When the wavelength of the light wave separated as the second light wave group is ω +2 , the wavelength selective switch generates a light wave of 2ω +2 frequency as the fifth light wave group apparatus.
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