CN101483482A - 载波抑制光脉冲串生成装置和载波抑制光脉冲串生成方法 - Google Patents

载波抑制光脉冲串生成装置和载波抑制光脉冲串生成方法 Download PDF

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Abstract

一种载波抑制光脉冲串生成装置和载波抑制光脉冲串生成方法。其使CS光脉冲串的光脉冲宽度、占空比以及中心波长可变。CS光脉冲串生成装置构成为具有第1电调制信号生成器(10)、第2电调制信号生成器(14)、双模拍频光源(18)、以及光强度调制器(20)。第1电调制信号生成器生成并输出第1电调制信号(13)。第2电调制信号生成器生成并输出频率与第1电调制信号相同、且被赋予了δ弧度(δ为满足0≤δ≤π的实数)的相位差的第2电调制信号(15)。双模拍频光源由第1电调制信号驱动，生成并输出双模拍频光(19)。光强度调制器被输入双模拍频光，生成并输出CS光脉冲串(21)。通过第2电调制信号对光强度调制器的光透射率进行调制。

Description

载波抑制光脉冲串生成装置和载波抑制光脉冲串生成方法
技术领域
本发明涉及生成CS(Carrier-suppressed，载波抑制)光脉冲串的装置和利用该装置的CS光脉冲串的生成方法，该CS光脉冲串用于基于载波抑制RZ(Returnto Zero：归零)格式的光强度调制或光相位调制生成光脉冲信号。
背景技术
光通信网络正在向传输的长距离化和大容量化方向发展。关于在构成该光通信网络的光通信系统中使用的光信号的格式，提出了各种方案，其中的几个方案已经实用化。在实用化的光信号的格式中，具有代表性的是通过光强度的强弱来表示2值数字信号的光强度调制格式。而且，该光强度调制格式大体有2种，分别是在连续的“1”信号之间维持光强度的NRZ(Non Returnto Zero：不归零)格式、和光强度在连续的“1”信号之间暂时为零的RZ(规零)格式。
RZ格式的光信号是针对在时间轴上有规律地以一定间隔排列的光脉冲串，通过光强度调制器对构成该光脉冲串的各个光脉冲进行光强度调制而生成的。对构成光脉冲串的各个光脉冲进行光强度调制是指，通过选择性地遮断或透射构成光脉冲串的光脉冲，来生成2值数字信号。为了生成RZ格式的光信号，首先需要光脉冲串，而且必须要有生成该光脉冲串的光源。
如上所述，RZ格式的光信号是对在时间轴上有规律地以一定间隔排列的光脉冲串进行光强度调制而得到的2值数字信号，所以，以下，光脉冲信号和光脉冲串这样的术语是以以下的意思来使用的。即，光脉冲信号这个术语用于表示对在时间轴上有规律地以一定间隔排列的光脉冲串进行光强度调制而得到的作为2值数字信号光脉冲的串的情况。另一方面，光脉冲串这个术语用于表示在时间轴上有规律地以一定间隔且无缺损地排列的光脉冲的总体。
RZ格式是光强度在连续的“1”信号之间也暂时为零的格式，所以，一般与NRZ格式相比，作为光载波的光的波长带宽较宽。
关于RZ格式的光脉冲信号，表示含义为“1”的比特的光脉冲始终在时间轴上单独存在，所以，该光脉冲信号构成为半值宽度窄的光脉冲的集合。另一方面，关于NRZ格式的光脉冲信号，在含义为“1”的比特连续出现的情况下，构成为在“1”连续的期间中宽度宽的连续的光脉冲。因此，构成NRZ格式的光脉冲信号的光脉冲的半值宽度与构成RZ格式的光脉冲信号的光脉冲的半值宽度相比，平均较宽。
因此，RZ格式的光脉冲信号占有的频带(以下有时也记为频谱带)比NRZ格式的光脉冲信号占有的频谱带宽。在以下的说明中，在不需要区分是用频率表达的频谱，还是用波长表达的波长谱时，简称为谱。
当谱带变宽时，第1，显著地出现由于信号的传输介质即光纤所具有的群速度色散(group velocity dispersion)而使光脉冲在时间轴上的半值宽度变宽这样的波形畸变效应，由此，限制了传输距离。第2，考虑到基于波分复用方式的大容量化，为了抑制分配了相邻波长的信道间的串扰(crosstalk)，需要将对相邻的信道分配的波长差取得较大。总之，针对谱带较宽的光脉冲信号，从有效利用使用该光脉冲信号的光通信网络的频带的观点出发，不是优选的。
因此，提出了缩窄RZ格式的光脉冲信号的谱带的方法。其中代表性的方法是，采用所谓的CS-RZ格式，该CS-RZ格式是在时间轴上相邻的光脉冲之间使作为光载波的相位反转的光脉冲串成为RZ格式(例如参照非专利文献1)。在时间轴上相邻的光脉冲之间使作为光载波的相位反转等同于相邻的光脉冲之间的相位差为π。
在时间轴上相邻的光脉冲之间使作为光载波的相位反转是指，作为光载波的相位不连续，光载波的相位突变π的相位跳跃部分存在于相邻的光脉冲之间。因此，在相邻的光脉冲之间产生的干扰的效果是抵消彼此的振幅的效果。另一方面，在时间轴上相邻的光脉冲之间的作为光载波的相位为同相的情况下，这些光脉冲之间产生的干扰的效果是使彼此的振幅相加的效果。
CS-RZ格式与在时间轴上相邻的光脉冲之间的作为光载波的相位为同相的通常的RZ格式相比，能够使谱带宽降低25％左右(参照非专利文献1)。因此，对光纤的群速度色散导致的波形畸变的耐受性优良，并且，频率利用效率优良。并且，在CS-RZ格式中，即使光脉冲信号的占空比高，与通常的RZ格式相比，也能够抑制由在时间轴上相邻的光脉冲之间的干扰导致的波形畸变。因此，与通常的RZ格式相比，能够将构成光脉冲信号的光脉冲在时间轴上的宽度取得更宽。其结果，能够降低光载波的谱带宽。即，通过采用CS-RZ格式的光脉冲信号，能够实现长距离传输特性和频率利用效率优良的光通信系统。
这里，光脉冲的占空比是指，在时间轴上相邻排列的光脉冲的半值宽度相对于该光脉冲的间隔(是每1比特的时间宽度，有时也称为时隙)的比。因此，占空比变高是指，光脉冲的半值宽度相对于时隙变宽。即，当固定时隙而使光脉冲的半值宽度变宽、或固定光脉冲的半值宽度而使时隙变窄时，占空比变高。
以往，作为生成用于生成CS-RZ格式的光脉冲信号所需要的CS光脉冲串的方法，提出了以下4种方法。
第1种方法是使用马赫-策德尔干涉仪型的LiNbO3光强度调制器的方法(例如参照非专利文献1)。下面，有时将LiNbO3光强度调制器记为LN光强度调制器。以生成重复频率为40GHz的CS光脉冲串为例说明该方法。首先，将从连续波(CW：Continuance Wave)光源产生的CW光输入到LN光强度调制器中。然后，将提供给LN光强度调制器的控制电信号(多数情况下为正弦波)的DC偏置电平设定为光透射率最小的电压值。进而，如果利用重复频率为20GHz、且最大-最小间的电压差即强度振幅(peak-to-peak电压、以下也记为Vpp)为半波长电压Vπ的2倍的电调制信号对LN光强度调制器进行调制，则从LN光强度调制器输出重复频率为40GHz的CS光脉冲串。
根据第1种方法，即使改变CW光源的波长，光脉冲的特性变化也很小，所以，能够提供高性能的波长可变CS光脉冲串生成光源。这是因为LN光强度调制器的光强度调制特性的波长依赖性小。并且，第1种方法还具有容易改变重复频率的优点。
第2种方法是使用双模振荡激光器的方法。双模振荡激光器是指，激光器振荡谱的纵模由2个波长分量构成，理想的情况下，双模振荡激光器是该2个波长分量的强度相等的激光器。双模振荡激光器的光输出是CS光脉冲串，其时间波形是正弦波。而且，从双模振荡激光器输出的CS光脉冲串的重复频率与2个振荡纵模的光频率之差一致。
双模振荡激光器的振荡光由重复频率与2个纵模分量的拍频相等的光脉冲串构成，所以，有时将双模振荡激光器称为双模拍频光源。但是，只要是获得波谱由强度相等的2个波长分量构成的输出光的光源，则有时与其结构无关地，也称为双模拍频光源。因此，将由单一激光元件实现的双模拍频光源称为双模振荡激光器，包含该双模振荡激光器在内，在表示包含组合多个激光元件构成的脉冲光源的一般的脉冲光源的情况下，称为双模拍频光源。即，双模拍频光源是包含双模振荡激光器的广义的概念。
如后所述，在组合多个激光器元件构成的脉冲光源中公知有如下形式的光源：以相位同步的方式驱动纵单模振荡的2台半导体激光器，合成并输出从这2台半导体激光器输出的2个输出光。并且，公知有如下结构的光源：针对具有多个纵模分量的模同步半导体激光器的输出光，通过波长滤波器，仅取出纵模分量中相邻的2个波长分量，获得双模拍频光。
并且，公知有使用集成了啁啾光栅(Chirped Grating)的模同步半导体激光器，利用啁啾光栅的色散使双模激光器振荡的方法(例如参照非专利文献2)。为了便于说明，这里，考虑啁啾光栅的布拉格反射波长附近的3个纵模。设这3个纵模的频率从低频率侧起为fm-1、fm、fm+1。而且，利用啁啾光栅的色散，使(m-1)次和m次纵模之间的频率差(fm-fm-1)、以及m次和(m+1)次纵模之间的频率差(fm+1-fm)为它们的差异大到不会产生由模同步动作而导致的频率捕获(frequency acquisition，周波数引き
Figure A200910001447D0012190401QIETU
み)的程度的值。这里，m是整数。
在对该模同步半导体激光器提供与(fm+1-fm)相等的调制并使其产生模同步的情况下，(m-1)次模不产生频率捕获，所以不进行模同步动作。即，该激光器双模振荡。
上述的双模振荡激光器不限于非专利文献2所公开的这种集成了啁啾光栅的模同步半导体激光器。并且，也不限于模同步半导体激光器。通过集成了取样光栅的激光器(参照非专利文献3)、自脉动分布反馈型半导体激光器(参照非专利文献4)，也能够实现双模振荡激光器。该情况下，对集成了取样光栅的激光器或自脉动分布反馈型半导体激光器的包含衍射光栅形成区域的元件的结构进行优化，以实现双模振荡激光器。
第3种方法是使用光脉冲光源和光延迟干涉仪的方法。以生成重复频率为40GHz的CS光脉冲串的情况为例说明该方法。首先，准备光脉冲光源，该光脉冲光源生成并输出重复频率为20GHz且相邻的光脉冲之间的光相位一致的通常的光脉冲串。接着，使用光分路器等对该光脉冲串进行二分。使用延迟光学系统，对二分后的光脉冲串的一方赋予25ps的时间延迟，同时，赋予π的光相位差。然后，使用光合成器对双方的光脉冲串进行合波，由此，生成重复频率为40GHz的CS光脉冲串。
光分路器、光合成器和延迟光学系统可以使用光纤型元件，并且，也可以使用组合了半透半反镜和空间光学系统的方式(参照非专利文献5)。
第4种方法是如下的方法：利用仅由强度相等的2个波长分量构成的纵模，调整其谐振腔模式的纵模波长，以使模同步DBR(DistributedBragg Reflector，分布布拉格反射)激光器产生模同步动作，同时通过使模同步DBR激光器进行模同步动作，由此，生成CS光脉冲串(参照非专利文献6)。根据第4种方法，能够使用单一元件生成CS光脉冲串，能够实现装置的小型化和低成本化。并且，能够在宽范围内变更构成CS光脉冲串的光脉冲的时间宽度，所以，能够根据所利用的通信系统等，灵活地设定光脉冲的时间宽度。
【非专利文献1】A.Hirano，Y.Miyamoto，S.Kuwahara，M.Tomizawa，and K.Murata，“A novel mode-splitting detection scheme in 43-Gb/s CS-andDCS-RZsignal transmission，”IEEE J.Lightwave Technology.，vol.20，No.12，pp.2029-2034，2002.
【非专利文献2】K.Sato，A.Hirano，and N.Shimizu，“Dual modeoperation of semiconductor mode-locked lasers for anti-phase pulsegeneration，”Technical Digest of OFC 2000，paper ThW3-1～3-3，2000.
【非专利文献3】L.A.Johansson，Zhaoyang Hu，D.J.Blumenthal，L A.Coldren，Y.A.Akulova，and G.A.Fish，＂40-GHz dual-mode-locked widelytunable sampled-grating DBR laser，＂IEEE Photon.Technol.Lett.，vol.17，No.2，pp.285-287，2005.
【非专利文献4】C.Bobbert，J.Kreissl，L.Molle，F.Raub，M.Rohde，B.Sartorius，A.Umbach，and G.Jacumeit，＂Novel compact 40GHz RZ-pulsesource based on self-pulsating phase COMB lasers，＂Technical Digest of OFC2004，paper WL5，2004.
【非专利文献5】H.Murai，M.Kagawa，H.Tsuji，and K.Fujii，“EAmodulator-based optical multiplexing/demultiplexing techniques for160Gbit/s OTDM signal transmission，”IEICE Trans.Electron.，vol.E88-C，No.3，pp.309-318，2005.
【非专利文献6】S.Arahira，H.Yaegashi，K.Nakamura，and Y.Ogawa，＂Generation of carrier-suppressed broad pulses from modelocked DBR laseroperating with two carrier wavelengths，＂Electronics Letters 12th October2006 vol.42，No.21，pp.1298-1300.
但是，在基于上述第1～第4的现有技术的CS光脉冲串生成方法中，存在如下所述要解决的课题。
根据第1种方法，除LN光强度调制器之外还需要连续波光源，所以，装置本身大型化。并且，设LN光强度调制器的半波长电压为Vπ时，LN光强度调制器所需要的调制电压的振幅Vpp为2Vπ。一般的LN光强度调制器的半波长电压Vπ为5V～10V，所以，调制电压的振幅Vpp为10V～20V。如果LN光强度调制器的阻抗为50Ω，将其换算为功率，则为24dBm～30dBm这样较大的值，可以说第1种方法是需要较大功耗的方法。
当假设用于波分复用方式的系统等中的情况时，需要与波分复用数对应的多个CS光脉冲串生成光源，功耗大是指伴随该CS光脉冲串生成光源的数量的增加，需要很大的功耗。由此，系统本身需要大型化。
根据第2种方法，能够使用单一元件生成CS光脉冲串，可获得实现装置的小型化和低成本化的优点，但是，原理上只能获得正弦波的光脉冲串，无法设定与系统规格对应的灵活的脉冲宽度。进而，波长的可控制宽度为几nm左右，非常窄，限定了实用上的可以使用范围。
根据第3种方法，需要具有重复频率为所生成的CS光脉冲串的重复频率的一半大小的光脉冲光源。例如，要生成重复频率为40GHz的CS光脉冲串，就需要具有重复频率为20GHz的光脉冲光源。
进而，在被二分的光脉冲串之间的光相位控制所需要的光延迟干涉仪中，针对被二分的光脉冲串之间的光路长，需要相当于μm级的高精度的调节。即，需要装置结构复杂且高精度的光路长控制电路。其结果，用于实现第3种方法的装置大型化且高成本化。
根据第4种方法，所生成的CS光脉冲串的波长可变的波长宽度为几nm左右，非常窄。在假设将CS光脉冲串应用于基于波分复用方式的大容量通信系统的情况下，从波长与系统的规定波长栅(wavelength grid)的符合和备用光源的确保等要求来看，作为光信号源的波长可变范围，优选至少波长带的1个波段左右的波长可变。例如，所谓的C波段的波长带宽为1535nm～1565nm，所以，作为CS光脉冲串生成装置，优选能够实现该C波段的波长带宽程度的宽度的波长可变。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供光脉冲宽度以及占空比和中心波长可变的CS光脉冲串生成装置。并且，提供小型化且功耗小的CS光脉冲串生成装置。并且，提供利用该CS光脉冲串生成装置的CS光脉冲串生成方法。
本发明的发明人着眼于具有仅由强度相等的2个纵模构成的纵模谱的双模拍频光具有正弦波形状的时间波形这一点，研究了使CS光脉冲串的光脉冲宽度可变的方法，结果发现，通过利用光强度调制器在特定条件下对该双模拍频光进行光强度调制，能够改变光脉冲宽度。即，该特定条件是指，将用于对双模拍频光进行光强度调制的控制信号的相位和该双模拍频光的相位之间的相位差设定为何种程度的值。通过计算仿真等方法确认到，通过使该相位差为0，能够使CS光脉冲串的光脉冲宽度设定得较窄，通过使该相位差为π，能够使CS光脉冲串的光脉冲宽度设定得较宽。
本发明的主旨是，根据通过在特定条件下对双模拍频光进行光强度调制来控制CS光脉冲串的光脉冲宽度这样的上述指导原理，能够达成光脉冲宽度以及占空比和中心波长可变这样的目的，根据该主旨，提供以下结构的CS光脉冲串生成装置和CS光脉冲串生成方法。
本发明的第1CS光脉冲串生成装置构成为具有第1电调制信号生成器、第2电调制信号生成器、双模拍频光源、以及光强度调制器。
第1电调制信号生成器生成并输出与时钟信号同步的第1电调制信号。第2电调制信号生成器生成并输出频率与第1电调制信号相同、且被赋予了δ弧度的相位差的第2电调制信号。双模拍频光源由第1电调制信号驱动，生成并输出与时钟信号同步的双模拍频光。光强度调制器被输入该双模拍频光，对双模拍频光进行光强度调制，生成并输出纵模谱具有大于2的多个纵模的CS光脉冲串。通过第2电调制信号对光强度调制器的光透射率进行调制。而且，δ为满足0≦δ≦π的实数。
双模拍频光是指，其纵模谱(波长谱)仅具有彼此强度相等的2个波长的纵模分量的CS光脉冲串。另一方面，在纵模谱由超过2个波长分量的多个纵模分量构成的情况下，只要是在其强度时间波形中相邻的光脉冲的作为光载波的相位相差π的光脉冲串，则也是CS光脉冲串。因此，CS光脉冲串是包含双模拍频光的广义概念。
通过光强度调制器对双模拍频光进行光强度调制，由此，如后所述，成为其纵模谱由超过2个波长分量的多个纵模分量构成的CS光脉冲串。因此，为了简便，在以下的说明中，不将对双模拍频光进行光强度调制而得到的光标记为“调制双模拍频光”，而标记为CS光脉冲串。
利用本发明的第1CS光脉冲串生成装置，实现如后所述的本发明的第1CS光脉冲串生成方法。
第1CS光脉冲串生成方法构成为包含第1电调制信号生成步骤、第2电调制信号生成步骤、双模拍频光生成步骤、以及光强度调制步骤。
第1电调制信号生成步骤是通过第1电调制信号生成器生成并输出与时钟信号同步的第1电调制信号的步骤。第2电调制信号生成步骤是通过第2电调制信号生成器生成并输出频率与第1电调制信号相同、且具有δ弧度的相位差的第2电调制信号的步骤。双模拍频光生成步骤是通过第1电调制信号驱动双模拍频光源，生成并输出与时钟信号同步的双模拍频光的步骤。光强度调制步骤是通过由第2电调制信号驱动的光强度调制器，对该双模拍频光进行光强度调制，生成并输出纵模谱具有大于2的多个纵模的载波抑制光脉冲串的步骤。
本发明的第2CS光脉冲串生成装置的特征在于，上述第1CS光脉冲串生成装置中的双模拍频光源和光强度调制器单片集成在同一半导体基板上。为了实现双模拍频光源的功能，采用布拉格反射型半导体激光器结构。即，第2CS光脉冲串生成装置所利用的布拉格反射型半导体激光器构成为，对进行模同步动作的通常的布拉格反射型半导体激光器结构的部分和具有光强度调制器的功能的部分进行单片集成，并构成为在通常的布拉格反射型半导体激光器结构的部分上附属用于对双模拍频光进行光强度调制的光强度调制区域。
如上所述，第2CS光脉冲串生成装置所利用的光源是具备进行模同步动作的通常的布拉格反射型半导体激光器结构的部分和具有光强度调制器的功能的部分的特殊结构的光源，但是，这里，仅将该光源表达为布拉格反射型半导体激光器。即，本发明的第2CS光脉冲串生成装置构成为具有第1电调制信号生成器、第2电调制信号生成器、以及布拉格反射型半导体激光器。
第1电调制信号生成器生成并输出与时钟信号同步的第1电调制信号。第2电调制信号生成器生成并输出频率与第1电调制信号相同、且被赋予了δ弧度的相位差的第2电调制信号。
布拉格反射型半导体激光器具有：第1和第2取样光栅区域、第1和第2光强度调制区域、形成反转分布的增益区域、以及等效折射率可变的第1和第2相位调节区域。通过第1和第2取样光栅区域以及增益区域构成基本的布拉格反射型半导体激光器结构。通过在该基本的布拉格反射型半导体激光器结构上增加第1光强度调制区域，由此构成模同步半导体激光器结构。在该模同步半导体激光器结构上还具有用于对双模拍频光进行光强度调制的第2光强度调制区域，这是第2CS光脉冲串生成装置所具有的布拉格反射型半导体激光器的特征。
第1和第2取样光栅区域形成有取样光栅，该取样光栅具有长周期和短周期的双重周期结构，其中构成为短周期光栅编入在长周期光栅的1个周期内。第1和第2光强度调制区域具有对光强度进行调制的功能。而且，在第1取样光栅区域和第2取样光栅区域之间，串联配置第1光强度调制区域、增益区域以及第1和第2相位调整区域。并且，第2光强度调制区域在由第1取样光栅区域和第2取样光栅区域所夹持的区域外，且与第1取样光栅区域和第2取样光栅区域中的任一方邻接串联配置。
该布拉格反射型半导体激光器通过第1电调制信号对第1光强度调制区域的光透射率进行调制，由此，能够进行模同步动作，输出CS光脉冲串。
并且，该布拉格反射型半导体激光器通过改变第1和第2取样光栅区域以及第1和第2相位调整区域的等效折射率，能够改变振荡光的波长，并且，通过第2电调制信号对第2光强度调制区域的光透射率进行调制，由此，能够控制构成CS光脉冲串的光脉冲的占空比。
在第2CS光脉冲串生成装置中，优选第1光强度调制区域在由第1取样光栅区域和第2取样光栅区域所形成的光学谐振腔中，配置在如下的该光学谐振腔的光学意义上的中心位置：通过第1光强度调制区域后的光脉冲在第1取样光栅区域被布拉格反射而返回该第1光强度调制区域的时间、和通过该第1光强度调制区域后的光脉冲在第2取样光栅区域被布拉格反射而返回该第1光强度调制区域的时间都等于N/Δf。
这里，N为1以上的整数，Δf为光脉冲串即CS光脉冲串的光脉冲的重复频率。
利用本发明的第2CS光脉冲串生成装置，实现如后所述的本发明的第2CS光脉冲串生成方法。
第2CS光脉冲串生成方法是利用布拉格反射型半导体激光器的CS光脉冲串生成方法，其构成为包含第1电调制信号生成步骤、第2电调制信号生成步骤、波长调整步骤、模同步动作步骤、以及占空比调整步骤。这里，布拉格反射型半导体激光器是第2CS光脉冲串生成装置所具有的布拉格反射型半导体激光器。
第1电调制信号生成步骤是通过第1电调制信号生成器生成并输出与时钟信号同步的第1电调制信号的步骤。
第2电调制信号生成步骤是通过第2电调制信号生成器生成并输出频率与第1电调制信号相同、且具有δ弧度的相位差的第2电调制信号的步骤。
波长调整步骤是通过改变第1和第2取样光栅区域以及第1和第2相位调整区域的等效折射率，来改变布拉格反射型半导体激光器结构部分中的振荡光的波长的步骤。布拉格反射型半导体激光器结构部分是指，由上述第1取样光栅区域和第2取样光栅区域所形成的光学谐振腔。在以下的说明中，根据要说明的技术内容，标记为布拉格反射型半导体激光器结构部分，或标记为光学谐振腔，但是，两者所指的本发明的结构部分相同。
模同步动作步骤是通过第1电调制信号对第1光强度调制区域的光透射率进行调制，由此进行模同步动作的步骤。
占空比调整步骤是通过第2电调制信号对第2光强度调制区域的光透射率进行调制，由此，控制构成CS光脉冲串的光脉冲的占空比的步骤。
在第1CS光脉冲串生成装置和第1CS光脉冲串生成方法中，为了减小所生成的CS光脉冲串的占空比，优选将赋予第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差的δ的值设定为0。
并且，为了进一步减小所生成的CS光脉冲串的占空比，优选将δ的值设定为0，并且，设定第2电调制信号的偏置值和强度振幅的值，以使光强度调制器的光透射率的最小值为0。
在第1CS光脉冲串生成装置和第1CS光脉冲串生成方法中，为了增大所生成的CS光脉冲串的占空比，优选将赋予第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差的δ的值设定为π。
并且，为了进一步增大所生成的CS光脉冲串的占空比，优选将δ的值设定为π，并且，设定第2电调制信号的偏置值和强度振幅的值，以使消光比为产生构成CS光脉冲串的单一光脉冲的峰值被分离为多个的分离现象之前的最大值，其中，该消光比是作为光强度调制器的光透射率的最大值和最小值之比而定义的。
根据第1CS光脉冲串生成装置，通过光强度调制器对从双模拍频光源输出的双模拍频光进行光强度调制，由此，生成CS光脉冲串。双模拍频光具有仅由强度相等的纵模波长分量构成的纵模谱，具有正弦波形状的时间波形。
第1电调制信号与时钟信号同步，并且由该第1电调制信号进行驱动来生成双模拍频光，所以，双模拍频光也与该时钟信号同步。即，双模拍频光的时间波形在时间轴上的极大位置即峰值位置和第1电调制信号的时间波形在时间轴上的极大位置即峰值位置一致。另一方面，光强度调制器由第2电调制信号驱动，所以，光强度调制器的光透射率的时间波形在时间轴上的极大位置即峰值位置和第2电调制信号的时间波形在时间轴上的极大位置即峰值位置一致。
因此，当第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差为δ弧度时，如果δ的值为0，则双模拍频光的时间波形在时间轴上的峰值位置和光强度调制器的光透射率的时间波形在时间轴上的峰值位置一致。并且，如果δ的值为π，则双模拍频光的时间波形在时间轴上的峰值位置和光强度调制器的光透射率的时间波形在时间轴上的极小位置一致。
在后面详细叙述理由，但是，CS光脉冲串的光脉冲宽度在δ的值为0时最窄，在δ的值为π时最宽。即，通过使δ的值在O～π的范围内变化，能够控制CS光脉冲串的光脉冲宽度，因此，能够改变占空比。
能够通过公知的方法任意地设定δ的值，该公知的方法例如为，利用共同的时钟信号控制第1电调制信号生成器和第2电调制信号生成器，通过延迟器对从第2电调制信号生成器输出的电脉冲信号调整延迟量。并且，不限于该方法，也可以利用对提供给第1电调制信号生成器和第2电调制信号生成器的时钟信号的相位差进行调整的公知的方法。总之，只要能够使第1电调制信号和第2电调制信号的相位差在0～π的范围内变化，则可以使用任意的公知的技术，使用何种技术属于设计事项。
通过基于计算仿真等的研究可知，为了有效地控制所生成的CS光脉冲串的光脉冲的时间宽度，通过调整δ的值，并且，如上所述地调整第2电调制信号的偏置值和强度振幅的值来控制光强度调制器的光透射率的特性是有效的。
另一方面，作为双模拍频光源，如果采用如下形式的光源：即以相位同步的方式驱动纵单模振荡的2台半导体激光器，合成并输出从这2台半导体激光器输出的2个输出光的光源，则通过改变这2台半导体激光器的振荡波长，能够实现宽范围的波长可变的CS光脉冲串生成装置。
并且，作为双模拍频光源，通过采用如下结构的光源：即针对具有多个纵模分量的模同步半导体激光器的输出光，通过波长滤波器，仅取出纵模分量中相邻的2个波长分量，获得双模拍频光的光源，也能够实现宽范围的波长可变的CS光脉冲串生成装置。即，通过改变所取出的2个波长分量的波长，能够改变所生成的CS光脉冲串的波长。因此，模同步半导体激光器的纵模所包含的波长分量的数量越多，则可变波长范围越宽。
第2CS光脉冲串生成装置利用使作为双模拍频光源的功能和作为光强度调制器的功能一体化的布拉格反射型半导体激光器。因此，根据第2CS光脉冲串生成装置，能够实现小型化、且功耗小的CS光脉冲串生成装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式的第1CS光脉冲串生成装置的概略结构框图。
图2(A)、(B)和(C)分别是示出双模拍频光、第2电调制信号和CS光脉冲串的时间波形的图，(D)和(E)分别是示出双模拍频光和CS光脉冲串的频谱的图。
图3(A)是示出第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差为0弧度时的双模拍频光的时间波形的图，(B)是示出第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差为0弧度时的光强度调制器的光透射率的时间波形的图，(C)是示出第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差为0弧度时的CS光脉冲串的时间波形的图。
图4(A)是示出第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差为π弧度时的双模拍频光的时间波形的图，(B)是示出第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差为π弧度时的光强度调制器的光透射率的时间波形的图，(C)是示出第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差为π弧度时的CS光脉冲串的时间波形的图。
图5(A)、(B)和(C)分别是示出双模拍频光的光载波的振幅的包络线的时间波形、光强度调制器的光透射率的时间波形、和CS光脉冲串的光载波的振幅的包络线的时间波形的图。
图6是根据光强度调制器的消光比的差异来说明CS光脉冲串的光强度时间波形和频谱特征的图。(A)和(B)是示出CS光脉冲串的光强度时间波形的图，(C)和(D)是示出CS光脉冲串的频谱的图。
图7是示出CS光脉冲串的占空比的光强度调制器的消光比依赖性的图，(A)示出赋予第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差的δ的值为0弧度的情况，(B)示出δ的值为π弧度的情况。
图8是用于说明利用了非线性光强度调制器的情况下占空比的可调整变化范围的图。(A)是示出电场吸收型半导体光强度调制器的光输出强度与施加电压VEA之间的关系的图，(B)和(C)是示出在利用正弦波状的第2电调制信号驱动电场吸收型半导体光强度调制器的情况下所生成并输出的CS光脉冲串的光强度时间波形的图。
图9是本发明的实施方式的第2CS光脉冲串生成装置的概略结构图。
图10是说明分别构成第1取样光栅区域和第2取样光栅区域的取样光栅的结构及其功能的图。(A)是示出沿着激光的传播方向即光波导的长度方向的取样光栅等效折射率分布的图。(B)是示出折射率的周期结构为Λ时的基于布拉格反射结构的反射特性的图。
图11是说明决定在布拉格反射型半导体激光器的光学谐振腔中产生的双模拍频光的波长的机理的图，是示出第1和第2取样光栅区域的布拉格反射率的布拉格反射波长相同的情况的图。(A)是示出第1取样光栅区域的布拉格反射率谱的图，(B)是示出第2取样光栅区域的布拉格反射率谱的图，(C)是示出第1和第2取样光栅区域的布拉格反射率的二谱之积的图，(D)是示出布拉格反射型半导体激光器的光学谐振腔的纵模谱的图。
图12是说明决定在布拉格反射型半导体激光器的光学谐振腔中产生的双模拍频光的波长的机理的图，是示出第1和第2取样光栅区域的布拉格反射波长不同的情况的图。(A)是示出第1取样光栅区域的布拉格反射率谱的图，(B)是示出第2取样光栅区域的布拉格反射率谱的图，(C)是示出第1和第2取样光栅区域的布拉格反射率的二谱之积的图，(D)是示出布拉格反射型半导体激光器的光学谐振腔的纵模谱的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。另外，用于说明装置的形式的各图图示出本发明的一个结构例，只不过是在能够理解本发明的程度上概略地示出各结构要素的配置关系等，本发明不限于图示例。
<第1CS光脉冲串生成装置>
(结构)
参照图1和图2(A)～(E)说明本发明的实施方式的第1CS光脉冲串生成装置的结构。
图1是本发明的实施方式的第1CS光脉冲串生成装置的概略结构框图。在图1中，用粗线示出光脉冲串的传播路径，用细线示出电信号的传播路径。光脉冲串的传播路径是组合光纤等光波导或透镜等光学元件而构成的空间耦合路径。具体如何形成光脉冲串的传播路径属于设计事项，而且不是本发明的实质性技术事项，所以省略说明。
本发明的实施方式的第1CS光脉冲串生成装置构成为具有：第1电调制信号生成器10、第2电调制信号生成器14、双模拍频光源18、以及光强度调制器20。并且，具有向第1电调制信号生成器10和/或第2电调制信号生成器14提供时钟信号的时钟信号生成器22。
第1电调制信号生成器10执行第1电调制信号生成步骤，其生成并输出与时钟信号23同步的第1电调制信号13。第2电调制信号生成器14执行第2电调制信号生成步骤，其生成并输出频率与第1电调制信号相同、且被赋予了δ弧度的相位差的第2电调制信号15。第1电调制信号13和第2电调制信号15的时间波形不限于正弦波波形，也可以是所谓的脉冲状的波形。
第1CS光脉冲串生成装置自不用说，在利用第1CS光脉冲串生成装置而构成的光通信系统等中，时钟信号23是成为用于使系统动作的基准的时钟信号，所以，有时也称为系统时钟信号。
双模拍频光源18由第1电调制信号13驱动，执行生成并输出与时钟信号23同步的双模拍频光19的双模拍频光生成步骤。光强度调制器20执行光强度调制步骤，其被输入双模拍频光19，对该双模拍频光19进行光强度调制，生成并输出纵模谱具有大于2的多个纵模分量的CS光脉冲串21。通过第2电调制信号15对光强度调制器20的光透射率进行调制。
这里，在通过第1电调制信号13驱动双模拍频光源18来生成并输出与时钟信号23同步的双模拍频光19的双模拍频光生成步骤中，同步意味着以下内容。这里所谓的同步是指，第1电调制信号13的频率和相位与双模拍频光19的强度时间波形的重复频率和相位一致。双模拍频光19的强度时间波形的重复频率与双模拍频光19的频谱中的2个频率分量的频率差相等。即，意味着双模拍频光19的频谱中的2个频率分量的频率差与第1电调制信号13的频率一致。
参照图2(A)～(E)说明双模拍频光19、第2电调制信号15和CS光脉冲串21的时间波形和频谱(纵模谱)。图2(A)、(B)和(C)分别是示出双模拍频光19、第2电调制信号15和CS光脉冲串21的时间波形的图。并且，图2(D)和(E)分别是示出双模拍频光19和CS光脉冲串21的频谱的图。
在图2(A)、(B)和(C)中，横轴以任意刻度示出时间，纵轴方向以任意刻度示出光强度。并且，在图2(D)和(E)中，横轴以任意刻度示出光频率，纵轴方向以任意刻度示出光强度。
图2(A)是示出形成双模拍频光19的光载波的振幅包络线的光强度的时间波形的图。作为光强度的变化而观测的时间波形，表现为取作为光载波的光的电场向量的振幅的绝对值的平方而得到的时间波形的包络线。因此，在以下的说明中，称为光脉冲的光强度的时间波形或简称为光脉冲的时间波形的情况下，表示取光的电场向量的振幅的绝对值的平方而得到的时间波形的包络线。
双模拍频光19是在时间轴上相邻排列的光脉冲之间的、作为光载波的、相位为彼此相反的相位关系的光脉冲串。即，在时间轴上相邻排列的光脉冲之间的作为光载波的两者的相位差满足等于π的关系。在图2(A)中，在光脉冲的峰值位置将其交替显示为“0”、“π”。即，意味着相邻的光脉冲彼此的作为光载波的相位相差π。
如图2(D)所示，双模拍频光19的频谱的2个频率分量的频率为f0+Δf/2和f0-Δf/2。这里，f0是双模拍频光19的作为光载波的频率，Δf是光脉冲串即双模拍频光19的光脉冲的重复频率。并且，对从光强度调制器20输出的双模拍频光19进行光强度调制而生成的CS光脉冲串21的作为光载波的频率为f0，CS光脉冲串21的光脉冲的重复频率为Δf。
如图2(B)所示，第2电调制信号15的偏置电压设定为VDC，强度振幅设定为VPP。在图2(A)和图2(B)中，示出双模拍频光19和第2电调制信号15的相位为相同相位，所以，两者的时间波形的峰值位置一致。一般地，双模拍频光19和第2电调制信号15的相位能够在0～π弧度的范围内变化。
如图2(C)所示，CS光脉冲串21的时间波形与双模拍频光19的周期和相位相同，但是，光脉冲的时间宽度不同。在图2(C)中，示出光脉冲的时间宽度较宽的情况，但是，根据将双模拍频光19和第2电调制信号15的相位差设定为多少而能够改变该光脉冲的时间宽度。
比较图2(D)所示的频谱和图2(E)所示的频谱时，存在以下的明显的不同点。即，图2(D)所示的双模拍频光19和图2(E)所示的CS光脉冲串21的各自的频谱结构的不同点在于，双模拍频光19的频谱的频率分量为f0+Δf/2和f0-Δf/2这两个，与此相对，CS光脉冲串21的频率分量除了f0+Δf/2和f0-Δf/2以外，还具有与该频率分量的频率分离Δf的整数倍频率的多个调制边带分量。
作为双模拍频光源18，根据设计上的便利等，能够使用多种多样的光源。例如，可以利用上述非专利文献2～4所公开的双模振荡激光器。并且，也可以将经相位同步的2台单纵模半导体激光器的合成输出用作双模拍频光源。该情况下，单纵模半导体激光器利用分布反馈型半导体激光器(DFB激光器：distributed feedback laser)或布拉格反射型半导体激光器(DBR激光器：Distributed Bragg Reflector laser)。
并且，从经与第1电调制信号13模同步动作后的模同步激光器输出的光脉冲串和/或同样与该第1电调制信号13同步地进行光强度调制或相位调制后的光信号所具有的多个纵模分量中，通过波长滤波器等取出相邻的2个纵模分量，这样也能够作为双模拍频光源。
用于使第1电调制信号13和第2电调制信号15的相位同步且两者的相位差为δ弧度的方法，如下执行。
第1种方法是，首先将从时钟信号生成器22输出的时钟信号23输入到第1电调制信号生成器10，生成并输出相位与时钟信号23相同的第1电调制信号11和13。将第1电调制信号11输入到第2电调制信号生成器14，对第1电调制信号11附加δ弧度的相位差，而生成并输出第2电调制信号15。该情况下，根据相位与第1电调制信号13相同的第1电调制信号11生成第2电调制信号15，所以，第1电调制信号13和第2电调制信号15取得同步，且两者的相位差为δ弧度。
在第1种方法中，第2电调制信号生成器14具有对第1电调制信号11附加δ弧度的相位延迟来生成第2电调制信号15的功能。着眼于第2电调制信号生成器14的该功能，能够通过仅具有相位延迟功能的相位延迟器来构成第2电调制信号生成器14。但是，如后所述，第2电调制信号生成器14除了对所输入的第1电调制信号附加相位延迟以外，还需要改变第1电调制信号的偏置值和强度振幅值的功能。因此，第2电调制信号生成器14不仅需要相位延迟器，而且还需要具有针对所输入的电信号，改变该电信号的偏置值和强度振幅值的功能。
并且，也可以如下那样生成第1电调制信号13和第2电调制信号15。即，第2种方法是，首先，通过分路器16将从时钟信号生成器22输出的时钟信号23二分为时钟信号23-1和时钟信号23-2，使时钟信号23-1输入到第1电调制信号生成器10，使时钟信号23-2输入到延迟器24。在延迟器24中，对时钟信号23-2附加δ弧度的相位差，生成时钟信号25，将该时钟信号25输入到第2电调制信号生成器14。这样，从第1电调制信号生成器10生成并输出相位与时钟信号23-1相同的第1电调制信号13。并且，从第2电调制信号生成器14生成并输出相位与时钟信号25相同的第2电调制信号15。该情况下，时钟信号23-1和时钟信号25取得同步，且两者的相位差为δ弧度。因此，第1电调制信号13和第2电调制信号15取得同步，且两者的相位差为δ弧度。
这里，说明用于生成第1电调制信号13和第2电调制信号15的一个具体例子。这里，列举生成重复频率为40GHz的CS光脉冲串的情况，但是，显而易见地，在生成重复频率为40GHz以外的CS光脉冲串的情况下，也同样可以实施。该情况下，代替以下说明的40GHz电信号振荡器，利用生成并输出重复频率与要生成的CS光脉冲串相等的电脉冲信号的电信号振荡器即可。
首先，使用40GHz电信号振荡器(マイク口ウエ—ブ·ダイナミツクス公司制造的Phase Locked Dielectric Resonator Osci1lator：锁相介质振荡器)，生成与系统时钟信号(时钟信号23)同步的40GHz的电脉冲信号。该40GHz电信号振荡器相当于第1电调制信号生成器10。接着，利用功率分配器(ァンリツ公司制造的K240/V240系列)对来自该40GHz电信号振荡器的输出进行二分。将该二分后的信号中的一个输入到移相器(ワカ制作所制造)。
根据这种结构，从功率分配器的未与移相器连接的分支输出端口输出第1电调制信号13。并且，从移相器的输出端口输出第2电调制信号15。即，通过这种结构，根据上述第1种方法，能够生成并输出第1电调制信号13和第2电调制信号15。
另外，关于マイクロウエ—ブ·ダイナミツクス公司制造的锁相介质振荡器，在URL(http:∥www.microwave-dynamics.com/erpldro.html)中公开了详细的技术信息(2007年12月19日检索)。关于ァンリツ公司制浩的功率分配器，在URL(http://www.anritsu.co.jp/j/products/tm/list.aspx？sID＝32#134)中公开了详细的技术信息(2007年12月19日检索)。关于ワカ制作所制造的移相器，在URL(http:∥www.waka.co.jp/Phase_Shifter.html)中公开了详细的技术信息(2007年12月19日检索)。
通过上述任意方法，都能够使第1电调制信号13和第2电调制信号15的相位同步，且两者的相位差为δ弧度。在图1中，用单点划线示出在上述第1种方法中使用的电气路径，用双点划线示出在第2种方法中使用的电气路径。
(动作)
参照图3(A)、(B)和(C)以及图4(A)、(B)和(C)，说明本发明的实施方式的第1CS光脉冲串生成装置的动作。在图3(A)、(B)和(C)以及图4(A)、(B)和(C)中，横轴以任意刻度示出时间，纵轴以任意刻度示出光强度。
图3(A)、(B)和(C)是分别示出第1电调制信号13和第2电调制信号15之间的相位差为0弧度时的双模拍频光19、光强度调制器20的光透射率、以及CS光脉冲串21的时间波形的图。同样地，图4(A)、(B)和(C)是分别示出第1电调制信号13和第2电调制信号15之间的相位差为π弧度时的双模拍频光19、光强度调制器20的光透射率、以及CS光脉冲串21的时间波形的图。
这里，为了简洁地说明发明的本质部分，以正弦波给出光强度调制器20的光透射率的时间变化。但是，在本发明中，不限于以正弦波给出光强度调制器20的光透射率的时间变化的情况，在一般地以所谓脉冲状的波形来给出时间变化的情况下，也获得同样的效果。
在第1电调制信号13和第2电调制信号15之间的相位差为0弧度的情况下，如图3(A)和(B)所示，双模拍频光19的时间波形在时间轴上的极大位置和光强度调制器20的光透射率的时间波形在时间轴上的极大位置一致。CS光脉冲串21的时间波形由双模拍频光19的时间波形和光强度调制器20的光透射率的时间波形之积给出。因此，该情况下，关于CS光脉冲串21，与CS光脉冲串21的时间波形的极大附近相比，在极小附近，在光强度调制器20中受到更大的光强度的衰减。即，该情况下，在CS光脉冲串21的时间波形中，引起光脉冲宽度缩小化的现象。
光脉冲宽度缩小化的比例根据光强度调制器20的光透射率的时间波形的消光比、即光强度调制器20的光透射率的最大值和最小值之比(用最小值去除以最大值后得到的值)而变化。在大多已实用的光强度调制器中，能够通过提供给光强度调制器的电调制信号的强度调制电流或强度调制电压来控制该光强度调制的消光比。因此，通过改变第2电调制信号15的直流分量即偏置值和交流分量的强度振幅值，能够控制光强度调制的消光比。
第2电调制信号15是由直流分量和交流信号分量之和给出的调制信号，所以，可以通过组合生成交流信号分量的电脉冲信号生成器和能够提供生成直流分量的恒定电流或恒定电压的直流电源来构成。即，只要构成为利用合流器对从电脉冲信号生成器输出的交流信号和从直流电源输出的直流分量进行合成并输出即可。能够通过改变直流电源的输出值来对应改变第2电调制信号15的直流分量即偏置值的情况，能够通过改变电脉冲信号生成器的输出值的强度振幅来对应改变交流分量的强度振幅值的情况。
另一方面，在第1电调制信号13和第2电调制信号15之间的相位差为π弧度的情况下，如图4(A)和(B)所示，双模拍频光19的时间波形在时间轴上的极大位置和光强度调制器20的光透射率的时间波形在时间轴上的极小位置一致。该情况下，如上所述，CS光脉冲串21的时间波形也由双模拍频光19的时间波形和光强度调制器20的光透射率的时间波形之积给出。因此，该情况下，关于CS光脉冲串21，与CS光脉冲串21的时间波形的极小附近相比，在极大附近，在光强度调制器20中受到更大的光强度的衰减。即，该情况下，在CS光脉冲串21的时间波形中，引起光脉冲宽度扩大化的现象。
光脉冲宽度扩大化的比例与上述光脉冲宽度缩小化的情况同样，也根据光强度调制器20的光透射率的消光比而变化。因此，通过改变第2电调制信号15的直流分量即偏置值和交流分量的强度振幅值，能够控制光强度调制器的消光比。
即，在光脉冲宽度缩小化或光脉冲宽度扩大化的任意情况下，都可以通过如下方式来控制光强度调制器的消光比：将δ的值设定为0，并且，针对光强度调制器的光透射率，改变在1周期(1/Δf＝(t1+t2))期间，取大于该光透射率的最大值和最小值的中值的值的时间段的宽度t1所占的比例(t1/(t1+t2))和取小于该光透射率的最大值和最小值的中值的值的时间段的宽度t2所占的比例(t2/(t1+t2))的大小关系。
关于光脉冲宽度缩小化和光脉冲宽度扩大化的切换，只要选择使双模拍频光19的时间波形在时间轴上的极大位置与光强度调制器20的光透射率的时间波形在时间轴上的极大位置一致，还是与极小位置一致即可。通过对第2电调制信号15赋予相对于第1电调制信号13的0或π的相位差，能够容易地执行该选择。
参照图5(A)、(B)和(C)说明CS光脉冲串21的时间波形的形状。图5(A)是示出双模拍频光19的光载波的振幅的包络线的时间波形的图，图5(B)是示出光强度调制器20的光透射率的时间波形的图，图5(C)是示出CS光脉冲串21的光载波的振幅的包络线的时间波形的图。下面，有时将光载波的振幅的包络线的时间波形称为振幅波形。
在图5(A)、(B)和(C)中，横轴以任意刻度示出时间。并且，图5(A)和(C)的纵轴以任意刻度示出光的电场向量的大小，图5(B)的纵轴以任意刻度示出光强度调制器20的光透射率。
双模拍频光19是最典型的CS光脉冲串，所以，其光载波的振幅包络线的极大位置处的光载波的相位和极小位置处的光载波的相位相差π。即，极大位置和极小位置的光载波的相位值分别为0、π、0、π、…，极大位置和极小位置的光载波的振幅值分别为正负或负正的关系。从光强度调制器20输出的CS光脉冲串21的光载波的包络线的振幅波形由光强度调制器20的光透射率的平方根和双模拍频光19的光载波的包络线的振幅波形之积给出。
因此，在CS光脉冲串21的光载波的包络线的振幅波形中，与双模拍频光19同样，极大位置和极小位置处的光载波的电场向量值分别为正负或负正的关系。即，即使对双模拍频光19进行光强度调制，也不会损害其作为CS光脉冲串的性质。
参照图6(A)～(D)，并参照计算仿真结果说明本发明的第1CS光脉冲串生成装置发挥的效果。在以下的说明中，为了简洁，在不产生误解的范围内，有时不记载为第1电调制信号生成器10、第2电调制信号生成器14、光强度调制器20等，而是省略表示与图1所示的结构框图对应的10、14、20等指示各功能块的数字，而记载为第1电调制信号生成器、第2电调制信号生成器、光强度调制器等。
图6(A)～(D)是用于说明CS光脉冲串的光强度时间波形和频谱的图。图6(A)和(B)是示出CS光脉冲串的光强度时间波形的图，横轴将相对于时钟信号的周期(1/Δf)进行标准化后的时间标注刻度示出，纵轴将相对于光峰值强度进行标准化后的光强度标注刻度示出。图6(C)和(D)是示出CS光脉冲串的频谱的图，横轴将标准化后的频率漂移量标注刻度示出，纵轴将标准化后的光强度标注刻度示出。频率漂移量是指，在纵模频谱中，将CS光脉冲串的作为光载波的频率f0坐标变换为0而示出的值。即，在横轴，相对于频率f0+Δf/2，标记为与Δf/2对应的值，相对于频率f0-Δf/2，标记为与-Δf/2对应的值。
图6(A)和(C)是分别示出设光强度调制器的消光比为10dB、将第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差δ设定为0弧度时的CS光脉冲串的光强度时间波形和频谱的图。并且，图6(B)和(D)是分别示出设光强度调制器的消光比为3dB、将第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差δ设定为π弧度时的CS光脉冲串的光强度时间波形和频谱的图。光强度调制器的消光比是指光强度调制器的光透射率的最大值和最小值之比。在图6(A)和(B)中，虚线示出双模拍频光的光强度时间波形，实线示出CS光脉冲串的光强度时间波形。
如图6(A)和(C)所示，在第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差δ为0弧度的情况下，生成光脉冲的时间宽度缩小的CS光脉冲串。其结果，由于双模拍频光的振幅时间波形是正弦波，所以，双模拍频光的光强度时间波形的占空比为50％，但是，所生成的CS光脉冲串的光强度时间波形的占空比为37％。
另一方面，如图6(B)和(D)所示，在第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差δ为π弧度的情况下，生成光脉冲的时间宽度扩大的CS光脉冲串。其结果，所生成的CS光脉冲串的光强度时间波形的占空比为64％，是大于双模拍频光的光强度时间波形的占空比即50％的值。
并且，如图6(C)和(D)所示，所生成的CS光脉冲串的频谱示出如下波形：在频率漂移量为0的位置不具有作为光载波的频率分量，Δf间隔的调制边带左右对称地扩展。这表示从光强度调制器输出的光脉冲串是CS光脉冲串。
从以上说明可知，为了减小所生成的CS光脉冲串的占空比，只要将赋予第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差的δ的值设定为0即可，为了增大占空比，只要将δ的值设定为π即可。
参照图7(A)和(B)，说明通过计算仿真对如下效果进行验证后的结果：即，通过控制光强度调制器的光透射率的消光比而得到的，带给由第1CS光脉冲串生成装置所生成的CS光脉冲串的占空比的调制动作的效果。
图7(A)和(B)是示出CS光脉冲串的占空比的光强度调制器的消光比依赖性的图，横轴以dB刻度示出消光比，纵轴对占空比标注刻度并示出。图7(A)示出赋予第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差的δ的值为0弧度的情况，图7(B)示出δ的值为π弧度的情况。
如图7(A)所示，在δ的值为0弧度的情况下，随着光强度调制器的消光比的增大，占空比单调递减。当求解消光比无限大时的极限值时，可以确认到占空比能够缩小到36％。消光比无限大是指，光强度调制器的光透射率的最小值为0。
即，表示为了进一步减小所生成的CS光脉冲串的占空比，可以将δ的值设定为0，并且，设定第2电调制信号的偏置值和强度振幅值，以使光强度调制器的光透射率的最小值为0。
另一方面，如图7(B)所示，在δ的值为π弧度的情况下，随着光强度调制器的消光比的增大，占空比单调递增。该情况下，将光强度调制器的消光比设定得越大，越能够增大占空比，但是，该情况下，能够设定的占空比的大小存在上限。
即，判明为当增大光强度调制器的消光比时，产生构成CS光脉冲串的单一光脉冲的峰值被分离为多个的分离现象。当构成CS光脉冲串的单一光脉冲的峰值被分离为多个时，就无法用作旨在生成通常的CS-RZ格式的光脉冲信号的CS光脉冲串。
在赋予光强度调制器的光透射率的变化的时间变化为正弦波的情况下，即将产生单一光脉冲的分离现象之前的消光比的最大值为3.5dB。将消光比的值设定为3.5dB而得到的CS光脉冲串的占空比为66％，其中，该单一光脉冲是构成由光强度调制器所生成并输出的CS光脉冲串的单一光脉冲。
即，表示为了进一步增大所生成的CS光脉冲串的占空比，可以将δ的值设定为π，并且，设定第2电调制信号的偏置值和强度振幅值，以使光强度调制器的消光比为即将产生分离现象之前的最大值，其中，该分离现象是指构成CS光脉冲串的单一光脉冲的峰值被分离为多个。
根据本发明的第1CS光脉冲串生成装置确认到，通过调整δ的值并且调整光强度调制器的消光比，在给出光强度调制器的光透射率的变化的时间变化为正弦波的这样的条件下，能够在36％～66％的范围内调整变化所生成的CS光脉冲串的占空比。
通过以非正弦波来给出赋予光强度调制器的光透射率的变化的时间变化，能够进一步扩大占空比的可调整变化的范围。这可以通过利用电压控制型的光强度调制器、即具有由非线性关系给出光透射率的电压依赖性的特性的光强度调制器来实现。具有这种光强度调制特性的光强度调制器的一例为电场吸收型半导体光强度调制器。
参照图8(A)、(B)和(C)说明利用具有由非线性关系给出光透射率的电压依赖性的特性的光强度调制器(下面有时也称为非线性光强度调制器)时所得到的、占空比的可调整变化范围。图8(A)、(B)和(C)是说明利用了非线性光强度调制器的情况下的占空比的可调整变化范围的图。
图8(A)是示出电场吸收型半导体光强度调制器的光输出强度与施加电压VEA之间的关系的图。横轴以伏特为单位对施加电压VEA标注刻度示出，纵轴以dB为刻度示出输出光强度。图8(B)和(C)是示出在利用正弦波状的第2电调制信号驱动电场吸收型半导体光强度调制器的情况下所生成并输出的CS光脉冲串的光强度时间波形的图。
在图8(B)中，第2电调制信号的偏置电压设定为-0.5V，强度振幅值Vpp设定为1V，且第1电调制信号和第2电调制信号之间的相位差δ的值设定为π弧度。并且，在图8(C)中，第2电调制信号的偏置电压设定为-3.0V，强度振幅值Vpp设定为3V，且δ的值设定为0弧度。
通过将第2电调制信号的偏置电压和强度振幅值Vpp分别设定为上述值，能够使电场吸收型半导体光强度调制器作为非线性光强度调制器动作。
在图8(B)和(C)中，通过虚线示出双模拍频光的光强度时间波形，通过实线示出所生成的CS光脉冲串的光强度时间波形。
在图8(B)中，示出生成占空比最大的CS光脉冲串的情况，占空比为69％。并且，在图8(C)中，示出生成占空比最小的CS光脉冲串的情况，占空比为26％。
即，根据本发明的第1CS光脉冲串生成装置确认到，通过调整δ的值并且调整光强度调制器的消光比，在给出光强度调制器的光透射率的变化的时间变化为非正弦波的这样的条件下，能够在26％～69％的范围内调整变化所生成的CS光脉冲串的占空比。这表示，通过使赋予光强度调制器的光透射率的变化的时间变化从正弦波变化为非正弦波，能够进一步扩大占空比的调整变化的范围。
<第2CS光脉冲串生成装置>
(结构)
参照图9说明本发明的实施方式的第2CS光脉冲串生成装置的结构。图9是本发明的实施方式的第2CS光脉冲串生成装置的概略结构图。
本发明的实施方式的第2CS光脉冲串生成装置构成为具有：第1电调制信号生成器70、第2电调制信号生成器90、以及布拉格反射型半导体激光器30。
第1电调制信号生成器70生成并输出与时钟信号同步的第1电调制信号73。第2电调制信号生成器90生成并输出频率与第1电调制信号73相同、且被赋予了δ弧度的相位差的第2电调制信号93。
用于使第1电调制信号73和第2电调制信号93的相位同步且两者的相位差为δ弧度的方法与第1CS光脉冲串生成装置的情况相同，所以省略重复的说明。在图9中，假设通过上述第1种方法生成第1电调制信号73和第2电调制信号93，并简化示出。当然，也可以构成为通过上述第2种方法生成第1电调制信号73和第2电调制信号93。
布拉格反射型半导体激光器30具有：第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50、第1光强度调制区域44和第2光强度调制区域52、形成反转分布的增益区域46、以及等效折射率可变的第1相位调整区域42和第2相位调整区域48。下面，在表示第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50两者的情况下，在不产生误解的范围内，有时简称为取样光栅区域。
第1光强度调制区域44和第2光强度调制区域52被施加反向偏置电压，从而产生电场吸收效果，由此，实现光强度调制。
布拉格反射型半导体激光器30的基本结构为通过p侧包层(clad)38和n侧包层34夹持光波导层36的结构，是基于p-n接合的电流注入型的半导体激光器。上述的取样光栅区域、第1光强度调制区域44和第2光强度调制区域52、形成反转分布的增益区域46、以及等效折射率可变的第1相位调整区域42和第2相位调整区域48分别由光波导和夹持该光波导的p侧包层38和n侧包层34的双异质结构构成。
通过挨着p侧包层构成的电极来区分上述各个区域。在上述各个区域连接有与各自的功能对应的不同的电源，通过由该电源提供的电信号来实现各自的功能。因此，上述各区域构成为包含：夹持光波导层36的p侧包层38和n侧包层34、各个p侧电极以及n侧共同电极32，但是，为了便于说明，通过指出存在于对应区域中的光波导来指定各个区域。
即，从电源74经由第1取样光栅区域的p侧电极54向第1取样光栅区域40提供控制电信号，来调整等效折射率。从电源84经由第2取样光栅区域的p侧电极64向第2取样光栅区域50提供控制电信号，来调整等效折射率。从第1电调制信号生成器70经由第1光强度调制区域的p侧电极58向第1光强度调制区域44提供第1电调制信号73，来驱动第1光强度调制区域44。从第2电调制信号生成器90经由第2光强度调制区域的p侧电极66向第2光强度调制区域52提供第2电调制信号93，来驱动第2光强度调制区域52。从电源80经由增益区域的p侧电极60向增益区域46提供注入电流，来形成反转分布。从电源76经由第1相位调整区域的p侧电极56向第1相位调整区域42提供对等效折射率进行调制的调制电信号，对通过该区域的光脉冲的相位进行调制。从电源82经由第2相位调整区域的p侧电极62向第2相位调整区域48提供对等效折射率进行调制的调制电信号，对通过该区域的光脉冲的相位进行调制。
分别形成在第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50上的取样光栅40G和50G是具有长周期和短周期的双重周期结构的光栅，构成为在长周期光栅的1周期内组入短周期光栅。第1光强度调制区域44和第2光强度调制区域52具有对光强度进行调制的功能。而且，在第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50之间，串联配置有第1光强度调制区域44、增益区域46以及第1相位调整区域42和第2相位调整区域48。并且，第2光强度调制区域52在由第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50所夹持的区域之外，且与第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50中的任一方邻接串联配置。
该布拉格反射型半导体激光器30通过第1电调制信号73对第1光强度调制区域44的光透射率进行调制，由此，能够进行模同步动作，输出CS光脉冲串。
并且，该布拉格反射型半导体激光器30通过改变取样光栅区域以及第1相位调整区域42和第2相位调整区域48的等效折射率，能够改变振荡光的波长，并且，通过第2电调制信号93对第2光强度调制区域52的光透射率进行调制，由此，能够控制构成CS光脉冲串的光脉冲的占空比。
如以上说明的那样，第1CS光脉冲串生成装置和第2CS光脉冲串生成装置的各个结构要素间的对应关系如下。图1所示的第1CS光脉冲串生成装置的双模拍频光源18对应于第2CS光脉冲串生成装置的布拉格反射型半导体激光器30的除去第2光强度调制区域52之外的部分，并且，第1CS光脉冲串生成装置的光强度调制器20对应于第2CS光脉冲串生成装置的第2光强度调制区域52。
分别生成并输出第1电调制信号73和第2电调制信号93的第1电调制信号生成器70和第2电调制信号生成器90的结构及其功能与第1CS光脉冲串生成装置同样，所以省略重复的说明。
当然也可以构成为仅具有布拉格反射型半导体激光器30中的第1相位调整区域42和第2相位调整区域48中的任一方。并且，第1相位调整区域42、第1光强度调制区域44、增益区域46、第2相位调整区域48的排列顺序不限于图9所示的顺序，例如，也可以按照第1光强度调制区域44、第1相位调整区域42、增益区域46、第2相位调整区域48的顺序排列。
构成存在于布拉格反射型半导体激光器30的各区域中的光波导的半导体材料的带隙(band gap)波长优选如下设定。即，优选针对由增益区域46的光学增益特性和取样光栅区域的布拉格反射特性决定的激光器振荡波长，将取样光栅区域以及第1相位调整区域42和第2相位调整区域48的带隙波长设定在短波长侧，使得取样光栅区域以及第1相位调整区域42和第2相位调整区域48对于激光器振荡光为透明的区域。
例如，如果假设通过Inp系半导体构成布拉格反射型半导体激光器30的情况，则激光器振荡光的波长为1.55μm附近。该情况下，存在于取样光栅区域以及第1相位调整区域42和第2相位调整区域48的光波导优选由带隙波长为1.1μm～1.3μm范围的InGaAsP单晶结构或量子阱结构构成。
另一方面，当由于施加给第1光强度调制区域44和第2光强度调制区域52的反向偏置电压，带隙波长向长波长侧漂移时，第1光强度调制区域44和第2光强度调制区域52优选设定为如下的带隙组成：以能带一端与激光器振荡波长部分重合的程度，相对于激光器振荡波长设定为短波长。在激光器振荡光的波长为1.55μm附近的情况下，第1光强度调制区域44和第2光强度调制区域52优选为带隙波长为1.45μm～1.5μm的InGaAsP单晶结构或量子阱结构。
参照图10(A)和(B)，说明分别构成第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的取样光栅40G和50G的结构及其功能。
图10(A)是示出沿着激光的传播方向即光波导的长度方向的取样光栅40G和50G的等效折射率分布的图。通过改变光波导的几何学厚度，能够改变等效折射率。关于光波导的几何学厚度的变化、即等效折射率的变化的状况，图10(A)的纵轴方向以任意刻度对其变化量进行分度并示意地示出。
图10(B)是示出等效折射率的周期结构为Λ时的基于布拉格反射结构的反射特性即布拉格反射率谱的图，横轴以任意刻度对波长进行分度并示出，纵轴以任意刻度对反射光的强度进行分度并示出。
通过形成图10(A)所示的等效折射率分布、即光波导的几何学厚度的变化分布，来形成分别构成第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的取样光栅40G和50G。即，取样光栅40G和50G具有如下结构：相对于激光的传播方向，周期性排列形成有均匀的周期Λ1的衍射光栅的部分和没有形成衍射光栅的部分。
下面，将形成有均匀的周期Λ1的衍射光栅的部分称为标记部，将没有形成衍射光栅的部分称为间隙部。而且，将标记部的长度和间隙部的长度之和Λ2称为取样周期。并且，有时也将周期Λ1称为光栅栅距Λ1。第2取样光栅区域50也同样。即，第2取样光栅区域50的光栅栅距为Λ3，取样周期为Λ4。
第1取样光栅区域40的光栅栅距Λ1和取样周期Λ2以及第2取样光栅区域50的光栅栅距Λ3和取样周期Λ4之间不需要特别的规律性。但是，考虑到便于制造布拉格反射型半导体激光器30时，制造最容易的结构如下。
以第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的光波导层36、n侧包层34和p侧包层38为同一组成、且光波导的宽度为相同的宽度的方式来构成。而且，使用激光干涉曝光法，使取样光栅40G和50G的各自的光栅栅距Λ1和Λ3构成为相等。但是，该情况下，由于后述的理由，需要将取样光栅40G和50G的各自的取样周期Λ2和Λ4设定为不同的值。
布拉格反射型半导体激光器30构成为，通过使激光环绕配置在光学谐振腔之间的第1相位调整区域42、第1光强度调制区域44、增益区域46、第2相位调整区域48，来生成双模拍频光，其中，该光学谐振腔通过由第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50实现的反射镜来形成。为了使该布拉格反射型半导体激光器30产生重复频率Δf的模同步动作，需要调整第1相位调整区域42、第1光强度调制区域44、增益区域46、第2相位调整区域48的各区域的光学长度，以使布拉格反射型半导体激光器30的上述光学谐振腔环绕频率成为近似于Δf的频率。
这里，光学谐振腔环绕频率成为近似于Δf的频率是指，布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔环绕频率的整数倍和在光学谐振腔之间生成的激光器振荡光即双模拍频光的重复频率之差，小到产生进行模同步动作所需要的频率捕获的程度。并且，光学谐振腔环绕频率是指，使光脉冲环绕由第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50构成的光学谐振腔一周所需要的时间的倒数。
第2光强度调制区域52和外部之间的边界面R优选实施无反射涂层处理。其理由是防止被第2光强度调制区域52和外部之间的边界面R反射的反射光混入光学谐振腔内，从而防止增益区域46的阈值增益引起变动而导致模同步动作不稳定。
(动作)
对增益区域46注入激光器振荡阈值以上的电流，从第1电调制信号生成器70向第1光强度调制区域44提供第1电调制信号73时，产生模同步动作，在布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔内生成与第1电调制信号73同步的重复频率为Δf的光脉冲串。如后所述，该光脉冲串是双模拍频光。将该光脉冲串输入到第2光强度调制区域52。CS光脉冲串从第2光强度调制区域52，通过第2光强度调制区域52和外部之间的边界面R，输出到外部。
在图9所示的布拉格反射型半导体激光器30中，代替第2光强度调制区域52与第2取样光栅区域50相邻设置，第2光强度调制区域52也可以与第1取样光栅区域40相邻设置。在布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔内生成双模拍频光，并输出到该光学谐振腔的外部。即，只要是布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔的外部，则设置对该双模拍频光进行光强度调制的第2光强度调制区域52的场所可以是该光学谐振腔的左右任意一侧。
这里，说明通过布拉格反射型半导体激光器30的第2光强度调制区域52和外部之间的边界面R输出到外部的CS光脉冲串的光谱结构。因此，首先考察取样光栅区域的布拉格反射率。
在论文(V.Jayaraman，Z-M.Chuang，and L A.Coldren，＂Theory，Design，and Performance of Extended Tuning Range Semiconductor Laserswith Sampled Gratings，＂IEEE Journal of Quantum Electronics，vol.29，No.6，pp.1824-1834，1993)中，论述了具有图10(A)所示的等效折射率分布结构的取样光栅的反射特性。
根据上述V.Jayaraman等的论文，具有图10(A)所示的等效折射率分布结构的取样光栅的布拉格反射特性一般如图10(B)所示，为具有多峰状的反射率峰值的布拉格反射率谱结构。该布拉格反射率谱由如下分量构成：在由λBragg＝2nΛ1给出的波长中具有反射率峰值的tanh型(hyperbolic tangent，双曲正切型)反射光谱分量和距该峰值反射波长λBragg 2/(2nΛ2)的整数倍的波长处具有次峰值(极大)的多个tanh型反射光谱分量。其中，n为取样光栅区域的等效折射率的平均值。
构成为在光学谐振腔的两端具备具有图10(B)所示的等效折射率分布结构的取样光栅的取样光栅型DBR激光器的振荡波长，由构成光学谐振腔的、两端的取样光栅的布拉格反射率之积的值最大的波长决定。如果形成光学谐振腔的两端的取样光栅的布拉格反射率的极大的间隔λBragg 2/(2nΛ2)不同且等效折射率n可变的机构，则能够通过调整两端或一端的取样光栅的等效折射率n，来控制激光器振荡波长。
这样，通过调整取样光栅的等效折射率n来改变激光器振荡波长的现象被称为游标效应(Vernier Effect)。在上述V.Jayaraman等的论文中记载了，通过适当选择构成光学谐振腔的取样光栅的光栅栅距、取样周期、标记部对间隙部的长度比等，能够获得100nm宽度的宽范围的波长可变特性。
如以上说明的那样，通过取样光栅区域构成布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔，由此，能够使模同步动作中的振荡波长在宽范围内变化，能够使光学谐振腔中产生的振荡光的波长在该范围内变化。即，由此，能够在宽范围内改变从布拉格反射型半导体激光器30的第2光强度调制区域52和外部之间的边界面R输出的CS光脉冲串的波长。
参照图11(A)～(D)和图12(A)～(D)，详细说明能够在宽范围内改变布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔中产生的双模拍频光的波长的动作原理。
图11(A)～(D)是说明决定在布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔中产生的双模拍频光的波长的机理的图，是示出第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱的主峰值的波长相同的情况的图。图11(A)是示出第1取样光栅区域40的布拉格反射率谱的图，图11(B)是示出第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱的图，图11(C)是示出第1和第2取样光栅区域的布拉格反射率的两光谱之积的图，图11(D)是示出布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔的纵模光谱的图。在图11(A)～(D)中，横轴以任意刻度对波长进行分度并示出，纵轴虽然省略了，但是，纵轴以任意刻度对光强度进行分度并示出。
首先，作为初始条件，如图11(A)～(D)所示，设第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱具有相同的布拉格反射波长，且布拉格反射率的极大位置(峰值波长)间隔具有相互不同的值。
通过通常的DBR激光器的制造工艺，能够制造满足这种条件的取样光栅区域。即，在相同组成且具有相同宽度和厚度的光波导36的上表面，对取样光栅区域的标记部进行掩模遮蔽，在没有被遮蔽的间隙部分，利用通常的激光干涉曝光法，以成为相同的光栅栅距、即成为Λ1＝Λ3的方式，形成光栅结构。接着，除去上述的掩模，在第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50上形成相同组成的p侧包层38即可。
为了改变第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱的极大位置(峰值波长)的间隔λBragg 2/(2nΛ2)，只要改变标记部或间隙部的一方或双方的间隔即可。取样光栅区域的周期等效折射率结构可以通过上述的激光干涉曝光法或电子束曝光法来制造。
由于第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱的极大位置(峰值波长)间隔具有相互不同的值，因此，由两者之积给出的波长谱如图11(C)所示，成为在与布拉格反射波长相等的位置出现主峰值的大致单峰性的谱结构。在近似于该单峰性谱的主峰值的谐振腔模式中，产生布拉格反射型半导体激光器30的激光器振荡。
这里，设定第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的耦合系数、取样周期、取样的标记部和间隙部的长度比、以及作为标记部和间隙部的重复次数而定义的取样数，以使将上述取样光栅的波长谱换算为频率而得到的频谱带成为与布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔内产生的振荡光的重复频率Δf相同的程度。该情况下，如图11(D)所示，在频带内，布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔内产生的激光器振荡光所具有的频率间隔Δf的调制边带为最多2条的程度。这2条边带(纵模谱分量)存在于图11(D)所示的与主峰值位置对称的位置上。
即，布拉格反射型半导体激光器30振荡的纵模数限定为最多2条的程度。进而，如果调整为布拉格反射型半导体激光器30的纵模谱的纵模位置相对于取样光栅的波长谱的峰值波长位置对称，则接近取样光栅的波长谱的峰值波长的2条边带满足彼此同等的激光器振荡条件。
在该状态下，布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔内生成的振荡光的波长谱由2条相等峰值强度的调制边带构成。此时，所生成的振荡光的光强度时间波形为正弦波，其结果，该振荡光为双模拍频光。因此，根据第2CS光脉冲串生成装置，布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔内生成的双模拍频光与第1CS光脉冲串生成装置的光强度调制器20同样，通过第2光强度调制区域52进行光强度调制，作为CS光脉冲串生成并输出。这样，根据第2CS光脉冲串生成装置，能够使生成并输出的CS光脉冲串的占空比在宽范围内变化。
通过对第1相位调整区域42和第2相位调整区域48注入电流，产生等离子体效应，由此，能够调整第1相位调整区域42和第2相位调整区域48的等效折射率。因此，通过调整注入第1相位调整区域42和第2相位调整区域48的至少一方的电流值，来实现布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔的纵模谱的纵模位置的调整。
并且，通过对第1相位调整区域42和第2相位调整区域48施加反向偏置电压，产生普克尔斯效应(Pockels effect)，由此，也能够调整第1相位调整区域42和第2相位调整区域48的等效折射率。因此，该情况下，通过调整对第1相位调整区域42和第2相位调整区域48的至少一方施加的反向偏置电压，来实现布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔的纵模谱的纵模位置的调整。
接着，研究第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱的任意一方或双方的区域的布拉格反射波长不一致的情况。分别通过电源74和电源84对第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱的任意一方或双方的区域注入电流或施加电压，来实现这种状态。
通过对第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50注入电流，能够产生等离子体效应。通过等离子体效应，能够改变取样光栅区域的两者的等效折射率，并能够改变布拉格反射波长。并且，通过对第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50施加电压，能够产生普克尔斯效应。由此，也能够改变取样光栅区域的两者的等效折射率，并能够改变布拉格反射波长。总之，能够改变布拉格反射波长，所以，能够实现第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱的任意一方或双方的区域的布拉格反射波长不一致的状态。
图12(A)～(D)是说明决定在布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔中产生的双模拍频光的波长的机理的图，是示出第1取样光栅区域40的布拉格反射率谱的次峰值和第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱的次峰值不同的情况的图。即，图12(A)～(D)是示出布拉格反射波长不同的情况的图。图12(A)是示出第1取样光栅区域40的布拉格反射率谱的图，图12(B)是示出第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱的图，图12(C)是示出第1和第2取样光栅区域的布拉格反射率的二谱之积的图，图12(D)是示出布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔的纵模谱的图。在图12(A)～(D)中，横轴以任意刻度对波长进行分度并示出，纵轴虽然省略了，但是，纵轴以任意刻度对光强度进行分度并示出。
关于图12(B)所示的布拉格反射率谱，分别通过电源74和电源84对第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50中的任意一方或双方的区域注入电流或施加电压，布拉格反射率谱的主峰值相对于图12(A)所示的布拉格反射率谱偏移。
当进行调整使第1取样光栅区域40的布拉格反射率谱的次峰值和第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱的次峰值一致时，两者的布拉格反射率谱之积如图12(C)所示，大致为单峰性的谱结构。在布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔中，在近似于该单峰性谱的主峰值的谐振腔模式中产生振荡。
这里，与参照上述图11(A)～(D)说明的情况相同，设定第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的耦合系数、取样周期、取样的标记部和间隙部的长度比、以及作为标记部和间隙部的重复次数而定义的取样数，以使将取样光栅的波长谱换算为频率而得到的频谱带成为与布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔内生成的振荡光的重复频率Δf相同的程度。
该情况下，与参照上述图11(A)～(D)说明的情况相同，在布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔内，产生光强度时间波形为正弦波的双模拍频光。该情况下，如图12(D)所示，在频带内，布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔内生成的振荡光所具有的频率间隔Δf的调制边带(纵模频谱分量)为最多2条的程度。这2条边带存在于图12(D)所示的与主峰值位置对称的位置上。
其结果，根据第2CS光脉冲串生成装置，在布拉格反射型半导体激光器30的由第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50形成的光学谐振腔内生成的双模拍频光，与第1CS光脉冲串生成装置的光强度调制器20同样，通过第2光强度调制区域52进行光强度调制，作为CS光脉冲串生成并输出。这样，根据第2CS光脉冲串生成装置，能够使生成并输出的CS光脉冲串的占空比在宽范围内变化。
在以下的说明中，在不产生误解的范围内，有时在应该称为“由第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50形成的光学谐振腔”的地方，简称为“光学谐振腔”。
接着，对通过如下配置和设定获得的效果进行说明：在第2CS光脉冲串生成装置中，将第1光强度调制区域44配置在光学谐振腔的光学中心的位置，并且，设定布拉格反射型半导体激光器30的结构，以使向第1光强度调制区域44输入频率为Δf的第1电调制信号73时，产生2N次的高次谐波模同步动作。其中，N为1以上的整数。
光学谐振腔的光学意义上的中心位置是指，在光学谐振腔中的位置，且通过第1光强度调制区域44后的光脉冲被第1取样光栅区域40进行布拉格反射而返回第1光强度调制区域44的时间、和通过第1光强度调制区域44后的光脉冲被第2取样光栅区域50进行布拉格反射而返回第1光强度调制区域44的时间相等的位置。
即，在将上述第1光强度调制区域44配置在光学谐振腔的光学意义上的中心位置，且设定布拉格反射型半导体激光器30的结构，以使产生2N次的高次谐波模同步动作的情况下，光脉冲环绕光学谐振腔1周所需要的时间即光学谐振腔环绕频率的倒数与2N/Δf大致一致。换言之，光学谐振腔环绕频率近似于第1电调制信号73的重复频率Δf的1/(2N)。
该条件相当于上述的通过第1光强度调制区域44后的光脉冲被第1取样光栅区域40进行布拉格反射而返回第1光强度调制区域44的时间、和通过第1光强度调制区域44后的光脉冲被第2取样光栅区域50进行布拉格反射而返回第1光强度调制区域44的时间双方都与N/Δf一致。
这里，光学谐振腔环绕频率近似于第1电调制信号73的重复频率是指，光学谐振腔环绕频率的正的整数倍和第1电调制信号73的重复频率之差小到产生进行模同步动作所需要的频率捕获的程度。
光脉冲环绕光学谐振腔1周所需要的时间等于如下值：对第1相位调整区域42、第1光强度调制区域44、增益区域46、以及第2相位调整区域48的各区域的光学长度加上第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的侵入长度并乘以2，然后用真空中的光速去除以该2倍后得到的值而得到的值。这里，光学长度是指，对几何学长度(也称为物理长度)乘以等效折射率后的值。并且，取样光栅区域的侵入长度是指，考虑了因布拉格反射导致的取样光栅的有效区域长度减少的等效光学长度。即，输入到取样光栅区域的光脉冲被布拉格反射，同时其光强度减少并在取样光栅区域中前进，在此，将从取样光栅区域的入射端到光脉冲的光强度为入射端的光强度的1/e的强度的位置为止的距离，称为取样光栅区域的侵入长度。其中，e为自然对数的底。
在第2CS光脉冲串生成装置的布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔中，实现基本次数的模同步动作。基本次数的模同步动作意味着，光学谐振腔环绕频率近似于第1电调制信号73的频率Δf。
在第2CS光脉冲串生成装置中，为了增大要输出的CS光脉冲串的重复频率Δf，需要增大光学谐振腔环绕频率。因此，只要缩短构成光学谐振腔的第1相位调整区域42、第1光强度调制区域44、增益区域46和第2相位调整区域48的各区域的物理长度、以及第1取样光栅区域40和第2取样光栅区域50的侵入长度即可。
但是，缩短构成光学谐振腔的各区域的物理长度、以及取样光栅区域的侵入长度是存在极限的。例如，当过度缩短增益区域46的物理长度时，无法获得激光器振荡所需要的增益。并且，当过度缩短第1光强度调制区域44的物理长度时，无法以模同步动作所需要程度的深度进行光强度调制。
并且，缩短取样光栅区域的物理长度也是存在极限的。第1，为了获得取样光栅的效果，需要确保相当多数量的将光栅的标记部和间隙部作为一组的对数。如果确保多个对数，则必然需要缩短取样周期。当过度缩短取样周期时，取样光栅区域的布拉格反射率谱的峰值间隔(λBragg 2/(2nΛ2))为非常大的值，无法实现连续的波长可变动作。
并且，当过度缩短取样光栅区域的物理长度时，难以增大布拉格反射率，其结果，激光器振荡阈值增加，并且，布拉格反射率谱带变宽，由此，难以获得选择的双模振荡。
针对这种状况，在第2CS光脉冲串生成装置的布拉格反射型半导体激光器30中，将第1光强度调制区域44配置在光学谐振腔的光学意义上的中心位置，并且进行设定，以使向第1光强度调制区域44输入频率为Δf的第1电调制信号73时，产生2N次的高次谐波模同步动作，由此，获得以下效果。
即，通过设定为这种条件，能够使光学谐振腔环绕频率的倒数大致与2N/Δf一致。这意味着，与产生基本模同步动作的情况相比，光学谐振腔的光学长度为2N倍。因此，将第1光强度调制区域44配置在光学谐振腔的光学意义上的中心位置，并设定为产生2N次的高次谐波模同步动作的条件，由此，在增大由第2CS光脉冲串生成装置生成并输出的CS光脉冲串的重复频率Δf时，不需要缩短构成光学谐振腔的各区域的物理长度、以及取样光栅区域的侵入长度。
在产生2N次数的高次谐波模同步动作的状态下，光脉冲在环绕光学谐振腔1周的时间内，2次通过第1光强度调制区域44，并受到光强度调制。为了在时间上稳定地持续2N次数的高次谐波模同步动作，需要以同等程度实现光脉冲在第1光强度调制区域44中受到的2次光强度调制。
例如，如果第1光强度调制区域44的光透射率为极小的时刻、和光脉冲的峰值通过该第1光强度调制区域44的时刻的相对关系在上述2次光强度调制中彼此不同，则产生具有2个不同特性的光脉冲。该情况下，在第1光强度调制区域44中，在光学谐振腔内产生的光脉冲中产生光强度调制，难以生成峰值强度一致的稳定的双模拍频光。
这样，在光学谐振腔内，为了避免难以生成峰值强度一致的稳定的双模拍频光的情况，只要将第1光强度调制区域44配置在光学谐振腔的光学意义上的中心位置即可。该情况下，第1光强度调制区域44的光透射率为极小的时刻、和光脉冲的峰值通过该第1光强度调制区域44的时刻的相对关系在上述2次光强度调制中分别一致，所以，在光学谐振腔内产生具有相同特性的光脉冲，能够生成峰值强度一致的稳定的CS光脉冲串。
并且，如下设定取样光栅区域即可。即，设定取样光栅区域的耦合系数、取样周期、取样的标记部和间隙部的长度比、以及作为标记部和间隙部的重复次数而定义的取样数，以使由第1取样光栅区域40的布拉格反射率谱和第2取样光栅区域50的布拉格反射率谱之积给出的、单峰性的布拉格反射率谱的峰值频率近似于在光学谐振腔内产生的双模拍频光的重复频率Δf。
这里，单峰性的布拉格反射率谱的峰值频率近似于在光学谐振腔内产生的双模拍频光的重复频率意味着，单峰性的布拉格反射率谱的峰值频率和在光学谐振腔内产生的双模拍频光的重复频率之差，小到产生进行模同步动作所需要的频率捕获的程度。
如以上说明的那样，通过将第1光强度调制区域44配置在光学谐振腔的光学意义上的中心位置，并且进行设定，以使向第1光强度调制区域44输入频率为Δf的第1电调制信号73时，产生2N次的高次谐波模同步动作，由此，获得以下效果。即，即使在重复频率Δf高的情况下，也不需要使光学谐振腔长度非常短。其结果，能够降低激光器振荡阈值，生成并输出具有足够强度的高重复频率的CS光脉冲串。
上述实施方式假设了要生成的CS光脉冲串的波长为1.5μm的波长带的情况。但是，本发明的第2CS光脉冲串生成装置也可以设计为在该波长带以外生成CS光脉冲串的装置。例如，在作为生成0.8μm波长带的波长的CS光脉冲串的装置来构成本发明的第2CS光脉冲串生成装置时，通过使构成布拉格反射型半导体激光器30的半导体材料为GaAs系半导体来实现。即，第2CS光脉冲串生成装置是在原理上能够不限于要生成的CS光脉冲串的波长而实现的装置。
并且，在上述实施方式中，在布拉格反射型半导体激光器30的光学谐振腔中，从外部向第1光强度调制区域44提供第1电调制信号73，由此产生模同步动作。即，在光学谐振腔中，产生能动模同步。与此相对，通过从外部进行控制以使第1光强度调制区域44作为可饱和吸收体发挥功能，从而实现模同步动作、即所谓的受动模同步动作，由此，也同样能够实现第2CS光脉冲串生成装置。
但是，在根据受动模同步动作来实现第2CS光脉冲串生成装置的情况下，为了与第1电调制信号73同步地产生在光学谐振腔内产生的光脉冲串(双模拍频光)，需要从外部向第1光强度调制区域44提供第1电调制信号73，该第1电调制信号73作为偏置分量包含作为可饱和吸收体发挥功能所需要的直流分量。即，该情况下，使第1光强度调制区域44作为可饱和吸收体发挥功能，实现混合模(hybrid mode)同步动作，由此，在光学谐振腔内产生双模拍频光。

Claims (18)

1.一种载波抑制光脉冲串生成装置，其特征在于，该载波抑制光脉冲串生成装置具有：
第1电调制信号生成器，其生成并输出与时钟信号同步的第1电调制信号；
第2电调制信号生成器，其生成并输出频率与所述第1电调制信号相同、且被赋予了δ弧度的相位差的第2电调制信号，其中，δ为满足0≦δ≦π的实数；
双模拍频光源，其由所述第1电调制信号驱动，生成并输出双模拍频光；以及
光强度调制器，其被输入所述双模拍频光，并对该双模拍频光进行光强度调制，生成并输出纵模谱具有大于2的多个纵模的载波抑制光脉冲串，
所述载波抑制光脉冲串生成装置构成为，通过所述第2电调制信号对所述光强度调制器的光透射率进行调制。
2.一种载波抑制光脉冲串生成装置，其特征在于，该载波抑制光脉冲串生成装置具有：
第1电调制信号生成器，其生成并输出与时钟信号同步的第1电调制信号；
第2电调制信号生成器，其生成并输出频率与所述第1电调制信号相同、且被赋予了δ弧度的相位差的第2电调制信号，其中，δ为满足0≦δ≦π的实数；以及
布拉格反射型半导体激光器，
该布拉格反射型半导体激光器具有：
形成有取样光栅的第1和第2取样光栅区域，该取样光栅具有长周期和短周期的双重周期结构，构成为短周期光栅编入在长周期光栅的1个周期内；
第1和第2光强度调制区域，其具有对光强度进行调制的功能；
增益区域，其形成反转分布；以及
等效折射率可变的第1和第2相位调整区域，
在所述第1取样光栅区域和所述第2取样光栅区域之间，串联配置所述第1光强度调制区域、所述增益区域以及所述第1和第2相位调整区域，来形成布拉格反射型半导体激光器结构，
并且，所述第2光强度调制区域构成为，处于由所述第1取样光栅区域和所述第2取样光栅区域所夹持的区域之外，且与所述第1取样光栅区域和所述第2取样光栅区域中的任一方邻接串联配置，
通过改变所述第1和第2取样光栅区域以及所述第1和第2相位调整区域的等效折射率，能够改变该布拉格反射型半导体激光器结构部分的振荡光的波长，
通过所述第1电调制信号对所述第1光强度调制区域的光透射率进行调制，由此，进行模同步动作，能够输出载波抑制光脉冲串，
通过所述第2电调制信号对所述第2光强度调制区域的光透射率进行调制，由此，能够控制构成所述载波抑制光脉冲串的光脉冲的占空比。
3.根据权利要求2所述的载波抑制光脉冲串生成装置，其特征在于，
所述第1光强度调制区域处于由所述第1取样光栅区域和所述第2取样光栅区域所形成的光学谐振腔中，且配置在如下的该光学谐振腔的光学意义上的中心位置：即，通过所述第1光强度调制区域后的光脉冲被所述第1取样光栅区域进行布拉格反射而返回该第1光强度调制区域的时间、和通过该第1光强度调制区域后的光脉冲被所述第2取样光栅区域进行布拉格反射而返回该第1光强度调制区域的时间都等于N/Δf，其中，N为1以上的整数，Δf为光脉冲串即所述载波抑制光脉冲串的光脉冲的重复频率。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的载波抑制光脉冲串生成装置，其特征在于，
所述δ的值为0。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的载波抑制光脉冲串生成装置，其特征在于，
所述δ的值为π。
6.根据权利要求1所述的载波抑制光脉冲串生成装置，其特征在于，
所述δ的值为0，且设定所述第2电调制信号的偏置值和强度振幅值，以使所述光强度调制器的光透射率的最小值为0。
7.根据权利要求1所述的载波抑制光脉冲串生成装置，其特征在于，
所述δ的值为π，且设定所述第2电调制信号的偏置值和强度振幅值，以使消光比为即将产生构成所述载波抑制光脉冲串的单一光脉冲的峰值被分离为多个的分离现象之前的最大值，其中，所述消光比是作为所述光强度调制器的光透射率的最大值和最小值之比而定义的。
8.根据权利要求2或3所述的载波抑制光脉冲串生成装置，其特征在于，
所述δ的值为0，且设定所述第2电调制信号的偏置值和强度振幅值，以使所述第1和第2光强度调制区域的光透射率的最小值为0。
9.根据权利要求2或3所述的载波抑制光脉冲串生成装置，其特征在于，
所述δ的值为π，且设定所述第2电调制信号的偏置值和强度振幅值，以使消光比为即将产生构成所述载波抑制光脉冲串的单一光脉冲的峰值被分离为多个的分离现象之前的最大值，其中，所述消光比是作为所述第1和第2光强度调制区域的光透射率的最大值和最小值之比而定义的。
10.一种载波抑制光脉冲串生成方法，其特征在于，该载波抑制光脉冲串生成方法包含以下步骤：
第1电调制信号生成步骤，在该步骤中，通过第1电调制信号生成器生成并输出与时钟信号同步的第1电调制信号；
第2电调制信号生成步骤，在该步骤中，通过第2电调制信号生成器生成并输出频率与所述第1电调制信号相同、且具有δ弧度的相位差的第2电调制信号，其中，δ为满足0≦δ≦π的实数；
双模拍频光生成步骤，在该步骤中，通过所述第1电调制信号驱动双模拍频光源，生成并输出与所述时钟信号同步的双模拍频光；以及
光强度调制步骤，在该步骤中，通过由所述第2电调制信号驱动的光强度调制器，对该双模拍频光进行光强度调制，生成并输出纵模谱具有大于2的多个纵模的载波抑制光脉冲串。
11.一种载波抑制光脉冲串生成方法，该载波抑制光脉冲串生成方法利用布拉格反射型半导体激光器，该布拉格反射型半导体激光器具有：
形成有取样光栅的第1和第2取样光栅区域，该取样光栅具有长周期和短周期的双重周期结构，构成为短周期光栅编入在长周期光栅的1个周期内；
第1和第2光强度调制区域，其具有对光强度进行调制的功能；
增益区域，其形成反转分布；以及
等效折射率可变的第1和第2相位调整区域，
在所述第1取样光栅区域和所述第2取样光栅区域之间，串联配置所述第1光强度调制区域、所述增益区域以及所述第1和第2相位调整区域，来形成布拉格反射型半导体激光器结构，
并且，所述第2光强度调制区域构成为，处于由所述第1取样光栅区域和所述第2取样光栅区域所夹持的区域之外，且与所述第1取样光栅区域和所述第2取样光栅区域中的任一方邻接串联配置，
通过改变所述第1和第2取样光栅区域以及所述第1和第2相位调整区域的等效折射率，能够改变布拉格反射型半导体激光器结构部分的振荡光的波长，
通过对所述第1光强度调制区域的光透射率进行调制，由此，进行模同步动作，能够输出载波抑制光脉冲串，
通过对所述第2光强度调制区域的光透射率进行调制，由此，能够控制构成所述载波抑制光脉冲串的光脉冲的占空比，
所述载波抑制光脉冲串生成方法的特征在于，该载波抑制光脉冲串生成方法包含以下步骤：
第1电调制信号生成步骤，在该步骤中，通过第1电调制信号生成器生成并输出与时钟信号同步的第1电调制信号；
第2电调制信号生成步骤，在该步骤中，通过第2电调制信号生成器生成并输出频率与所述第1电调制信号相同、且具有δ弧度的相位差的第2电调制信号，其中，δ为满足0≦δ≦π的实数；
波长调整步骤，在该步骤中，通过改变所述第1和第2取样光栅区域以及所述第1和第2相位调整区域的等效折射率，来改变该布拉格反射型半导体激光器结构部分的振荡光的波长；
模同步动作步骤，在该步骤中，通过所述第1电调制信号对所述第1光强度调制区域的光透射率进行调制，由此进行模同步动作；以及
占空比调整步骤，在该步骤中，通过所述第2电调制信号对所述第2光强度调制区域的光透射率进行调制，由此，控制构成载波抑制光脉冲串的光脉冲的占空比。
12.根据权利要求11所述的载波抑制光脉冲串生成方法，其特征在于，
所述布拉格反射型半导体激光器部分的所述第1光强度调制区域处于由所述第1取样光栅区域和所述第2取样光栅区域所形成的光学谐振腔中，且配置在如下的该光学谐振腔的光学意义上的中心位置：即，通过所述第1光强度调制区域后的光脉冲被所述第1取样光栅区域进行布拉格反射而返回该第1光强度调制区域的时间、和通过该第1光强度调制区域后的光脉冲被所述第2取样光栅区域进行布拉格反射而返回该第1光强度调制区域的时间都等于N/Δf，其中，N为1以上的整数，Δf为光脉冲串即所述载波抑制光脉冲串的光脉冲的重复频率。
13.根据权利要求10～12中的任一项所述的载波抑制光脉冲串生成方法，其特征在于，
所述δ的值为0。
14.根据权利要求10～12中的任一项所述的载波抑制光脉冲串生成方法，其特征在于，
所述δ的值为π。
15.根据权利要求10所述的载波抑制光脉冲串生成方法，其特征在于，
所述δ的值为0，且设定所述第2电调制信号的偏置值和强度振幅值，以使所述光强度调制器的光透射率的最小值为0。
16.根据权利要求10所述的载波抑制光脉冲串生成方法，其特征在于，
所述δ的值为π，且设定所述第2电调制信号的偏置值和强度振幅值，以使消光比为即将产生构成所述载波抑制光脉冲串的单一光脉冲的峰值被分离为多个的分离现象之前的最大值，其中，所述消光比是作为所述光强度调制器的光透射率的最大值和最小值之比而定义的。
17.根据权利要求11或12所述的载波抑制光脉冲串生成方法，其特征在于，
所述δ的值为0，且设定所述第2电调制信号的偏置值和强度振幅值，以使所述第1和第2光强度调制区域的光透射率的最小值为0。
18.根据权利要求11或12所述的载波抑制光脉冲串生成方法，其特征在于，
所述δ的值为π，且设定所述第2电调制信号的偏置值和强度振幅值，以使消光比为即将产生构成所述载波抑制光脉冲串的单一光脉冲的峰值被分离为多个的分离现象之前的最大值，其中，所述消光比是作为所述第1和第2光强度调制区域的光透射率的最大值和最小值之比而定义的。
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