JP2003121897A - 多波長光源 - Google Patents
多波長光源Info
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Abstract
を一括して発生させる多波長光源であり、波長多重伝送
用の多波長光源に適した数十GHz程度の指定した値の光
周波数間隔を有し、かつ製作容易な多波長光源を提供す
る。 【解決手段】 連続光を発生する連続光光源と、連続光
を入力する手段、この連続光に周回ごとに光周波数Δf
の光周波数シフトを与える光周波数シフト手段、光周波
数間隔Δfの多波長光を出力する手段を含む光リング回
路とを備えた多波長光源において、光周波数シフト手段
は、入力光に対する変調側帯波を発生させる光変調器
と、この変調側帯波の1つを透過し、他の変調側帯波を
阻止する周期性光フィルタとを1組とし、これを複数n
組縦続に接続した構成であり、各組の周期性光フィルタ
を透過する変調側帯波がそれぞれΔf1 ,Δf2 ,…,
Δfnであるときに、Δf1+Δf2+…+Δfn =Δf
とする。
Description
ステムの光源や、光計測における光周波数基準として用
いる多波長光源に関する。特に、1つの光源で等しい光
周波数間隔の多波長光を一括して発生させる多波長光源
に関する。
るために波長多重光伝送方式が用いられている。その光
周波数は、ITU−Tによって 194.1THzを基準として
100GHzの整数倍ごとに標準化されている。なお、その
整数分の1である12.5GHz、25GHz、50GHzごとにも使
用されている。
を行うためには、その数に等しい光源を用意する必要が
ある。そのため、波長数が増大すると光源の数も増大
し、光源のコストとともに各光源波長の正確な調整が問
題となる。この問題を解決するために、1つの光源で等
しい光周波数間隔の多波長光を一括して発生させる多波
長光源の実現が望まれている。
数間隔で並ぶ多波長光源は、光周波数コムとも呼ばれ、
光計測における光周波数基準としても有望である。
源の一つとして、光リング回路(光ループ回路)を利用
した構成が知られている。図7は、光リング回路を利用
した多波長光源(光周波数コム)の基本構成を示す(P.
Coppin et al.,Electron.Lett.,vol.26, No.1, p.30 (1
990)) 。
10と光リング回路20とを光カプラ21を介して結合
する構成である。光リング回路20は、光カプラ21、
光増幅器22、光周波数シフタ23、光アイソレータ2
4を含む構成である。連続光光源10から出力された連
続光は、光カプラ21を介して光リング回路20内に入
力されて周回し、光周波数シフタ23を通過するごとに
Δfだけ光周波数がシフトし、各光周波数の出力光(多
波長光)が光カプラ21を介して光リング回路20外に
取り出される。すなわち、周波数間隔Δfの光周波数コ
ムが生ずる。なお、光増幅器22は、光カプラ21やそ
の他の光損失を補償している。
周波数シフタ23として音響光学素子(AO)型光周波
数シフタを用いているため、多波長光の光周波数間隔が
100MHz程度に制限される問題があった。これは、波長
多重伝送に用いる光周波数間隔である25GHz、50GHz、
100GHzといった値に比べると極めて小さいので、波長
多重伝送用の光源としての使用には適さなかった。
の多波長光を発生させる方法として、光リング回路内に
光変調器と光共振器を挿入し、変調周波数と光周波数シ
フタにおける周波数シフト量との和が光共振器の共振ピ
ーク間隔に等しくなるように設定する構成により、1周
回あたりの周波数シフト量を数GHz〜10GHz程度にまで
拡大できる構成が提案されている(特開平8−2625
15号公報「光周波数基準発生装置」、その学術論文で
ある「K.Shimizu et al.,IEEE J.Quantum Electron., v
ol.33, No.8, p.1268(1997) 」)。その構成を図8に示
す。なお、図8の構成では、図7の構成に対して光パル
ス変調器、同期制御装置、光遅延素子などが追加されて
いるが、周波数シフト量の拡大には直接関与しないの
で、ここでは光周波数をシフトする部分のみに注目して
説明する。
間隔fs が、光変調器26の変調周波数fm と光周波数
シフタ23のシフト量fAOの和に等しく、光共振器25
の半値幅が光周波数シフタ23のシフト量fAO(前記学
術論文では120 MHz)と同程度もしくはそれ以下である
という条件とする。このように設定すると、変調周波数
fm とシフト量fAOの和以外に光変調器で発生したスプ
リアスの光周波数を除去でき、周波数シフタとして動作
する。
に、図8に示す従来構成の光周波数をシフトする部分を
組み合わせることにより、光周波数間隔を10GHz程度
(現在の高速な光変調器を用いれば数十GHz程度)の多
波長光源が実現可能である。
した値に正確に一致する狭帯域なファブリペロ光共振器
は、製作が困難な問題がある。例えば、前記学術論文中
で10GHzちょうどを目指したと思われる共振ピーク間隔
は、実験値では 9.855GHzであった。光共振器の半値幅
が光周波数シフタの周波数シフト量fAO(前記学術論文
では120 MHz)と同程度もしくはそれ以下で狭いので、
光周波数間隔(変調周波数と周波数シフト量の和)を共
振ピーク間隔からずらすことができず、光周波数間隔は
共振ピーク間隔に一致する必要がある。
タを利用した構成で、波長多重伝送用の多波長光源に適
した光周波数間隔が数十GHzの指定した値(例えば25G
Hz、50GHzちょうどなど)を有するものを製作すること
が極めて困難であった。
隔の多波長光を一括して発生させる多波長光源であり、
波長多重伝送用の多波長光源に適した数十GHz程度の指
定した値の光周波数間隔を有し、かつ製作容易な多波長
光源を提供することを目的とする。
する連続光光源と、連続光を入力する手段、この連続光
に周回ごとに光周波数Δfの光周波数シフトを与える光
周波数シフト手段、光周波数間隔Δfの多波長光を出力
する手段を含む光リング回路とを備えた多波長光源にお
いて、光周波数シフト手段は、入力光に対する変調側帯
波を発生させる光変調器と、この変調側帯波の1つを透
過し、他の変調側帯波を阻止する周期性光フィルタとを
1組とし、これを複数n組縦続に接続した構成であり、
各組の周期性光フィルタを透過する変調側帯波がそれぞ
れΔf1 ,Δf2 ,…,Δfn であるときに、Δf1+
Δf2+…+Δfn =Δfとする。
に対する変調側帯波を発生させる光変調器と、m次(m
は自然数)以下の変調側帯波の1つを透過し、m次以下
の他の変調側帯波を阻止する周期性光フィルタとを1組
とし、これを複数n組縦続に接続した構成であり、各組
の周期性光フィルタの光周波数間隔がΔfであるととも
に、各組の周期性光フィルタを透過する変調側帯波がそ
れぞれΔf1 ,Δf2,…,Δfn であるときに、Δf1
+Δf2+…+Δfn =Δfとする。
タを透過する波長(光周波数)が等周波数間隔で並ぶ光
透過特性を有する光フィルタのことをいう。
グ回路は、所定周回後の光周波数に相当する光を阻止す
る光フィルタ手段を備えてもよい。
ング回路内に、光周波数間隔がΔfであり、かつ合分波
波長がリング内を周回する多波長光に等しい波長分波器
と波長合波器をこの順に配置し、波長分波器と波長合波
器との間に分波された各波長光を分岐する分岐手段を備
える。
明の第1の実施形態を示す。図において、本発明の多波
長光源は、光周波数f0 の連続光を発生する連続光光源
10と光リング回路20から構成される。光リング回路
20は、光カプラ21、光増幅器22a、第1の光変調
器31a、第1の周期性光フィルタ32a、光増幅器2
2b、第2の光変調器31b、第2の周期性光フィルタ
32bをその順にリング状に接続した構成である。ここ
で、第1の光変調器31aおよび第1の周期性光フィル
タ32aと、第2の光変調器31bおよび第2の周期性
光フィルタ32bの2組で光周波数シフタが構成され
る。
よび個数ともに一例である。例えば、光リング回路20
の損失を補償するという観点からは、光増幅器は光リン
グ内のいずれかの位置に1つあればよいが、光損失が大
きいと信号対雑音比が劣化することや必要とする光出力
パワーを考慮して、光リング内に適宜配置される。ま
た、光リング回路20を安定して多波長光が周回するた
めには、光リング回路20内に光アイソレータを挿入す
る構成が好ましい。それは、光リング回路20内の異常
反射による異常発振の抑制や、光リング回路20を逆向
きに伝搬する異常発振を抑制するためである。
の連続光は、光カプラ21を介して光リング回路20へ
結合される。この連続光は、光増幅器22aで増幅され
た後に、第1の光変調器31aに入力される。第1の光
変調器31aはRF周波数Δf1 で駆動され、光周波数
f0 +Δf1 を含む複数の変調側帯波を発生させる。第
1の周期性光フィルタ32aは光周波数間隔がΔfであ
り、光周波数f0 +Δf1 の変調側帯波を透過し、その
他の変調側帯波を阻止する。ここで、Δf1 <Δfとす
る。
強度低下が補償された後に、第2の光変調器31bに入
力される。第2の光変調器31bはRF周波数Δf2 で
駆動され、光周波数f0 +Δf1 +Δf2 を含む複数の
変調側帯波を発生させる。ここで、Δf2 <Δf、Δf
1 +Δf2 =Δfとする。第2の周期性光フィルタ32
bは光周波数間隔がΔfであり、光周波数f0 +Δfの
変調側帯波を透過し、その他の変調側帯波を阻止する。
このように、光変調器と周期性光フィルタを2組縦続に
接続することにより、RF周波数Δf1 およびΔf2 の
和であるΔfの光周波数シフトを与える光周波数シフタ
が構成される。
は、その一部が光カプラ21を介して光リング回路20
の外部に取り出されるとともに、残りが再び光リング回
路20を周回する。なお、ここでは光リング回路20に
連続光を入力する結合手段と、光周波数シフトを受けた
連続光(多波長光)を出力する結合手段を2×2の光カ
プラ21によって同時に実現しているが、それぞれ専用
の結合手段を用いてもよい。
2に示す。図2(a) は第1の光変調器31aの入力光ス
ペクトル、図2(b) は第1の光変調器31aの出力光ス
ペクトル、図2(c) は第1の周期性光フィルタ32aの
透過特性および出力光スペクトル(第2の光変調器31
bの入力光スペクトル)、図2(d) は第2の光変調器3
1bの出力光スペクトル、図2(e) は第2の周期性光フ
ィルタ32bの透過特性および出力光スペクトルを示
す。なお、実線および破線で示す光スペクトルは、光リ
ング回路20の1周目および2周目のものである。
の変調側帯波のうち、上側の1次(+1次)の変調側帯
波を利用する構成になっているが、下側の1次(−1
次)の変調側帯波を利用する構成としてもよい。いずれ
にしても、周期性光フィルタで一方の1次の変調側帯波
のみを透過するためには、Δf1 ≠Δf/2、Δf2 ≠
Δf/2(Δf1 +Δf2 =ΔfであるのでΔf1 ≠Δ
f2 )の条件が必要になる。ただし、例えば2電極型の
マッハツェンダ型光強度変調器にRF電圧の位相をずら
して印加し、片側帯波のみを発生させるような光変調器
や変調方式を用いる場合には、この条件は必ずしも必要
としない。
には、Δf1 ≠Δf/3、Δf2 ≠Δf/3の条件が必
要になる。一般に、n組の光変調器と周期性光フィルタ
を用いた構成において、例えばm次の変調側帯波を阻止
するためには、Δfi ≠Δf/(m+1)とする必要が
ある(iは1〜nの整数)。
および図2を参照して説明する。光カプラ21を通過し
た光周波数f0 +Δfの連続光は、光増幅器22aで増
幅された後に第1の光変調器31aに入力される。第1
の光変調器31aは、光周波数f0 +Δf+Δf1 を含
む複数の変調側帯波を発生させる。第1の周期性光フィ
ルタ32aは光周波数間隔がΔfであるので、1周目と
Δfだけ異なる光周波数f0 +Δf+Δf1 の変調側帯
波を透過する。この変調側帯波は、光増幅器22bでそ
の強度低下が補償された後に第2の光変調器31bに入
力される。第2の光変調器31bは、光周波数f0 +Δ
f+Δf1 +Δf2(=f0 +2Δf)を含む複数の変調
側帯波を発生させる。第2の周期性光フィルタ32bは
光周波数間隔がΔfであるので、1周目とΔfだけ異な
る光周波数f0 +2Δfの変調側帯波を透過する。
光は、その一部が光カプラ21を介して光リング回路2
0の外部に取り出されるとともに、残りが再び光リング
回路20を周回する。3周目以降も同様であり、3Δ
f、4Δf、…の光周波数シフトが順次得られる。
ごとに光周波数がΔfずつ順次シフトしていき、その一
部が光カプラ21を介して光リング回路20外へ取り出
される。なお、連続光光源10は、常に光リング回路2
0へ光周波数f0 の連続光を結合し続けているので、周
回する波長光の数は増え続け、光周波数間隔Δfの多波
長連続光光源が実現する。ただし、無限に波長光が発生
することはなく、光リング回路20内の光増幅器22
a,22bの利得および増幅波長帯域により、発生する
波長数は制限される。
組縦続に接続した場合の動作例を示す。1組目ではΔf
1 の光周波数シフトを与え、2組目ではさらにΔf2 の
光周波数シフトを与え、3組ではさらにΔf3 の光周波
数シフトを与え、合計Δf1+Δf2 +Δf3 =Δfの
光周波数シフトを与える構成となる。
を2組以上用いることにより、周回ごとに光周波数をΔ
fずつ順次シフトさせて光周波数間隔Δfの多波長を発
生させながら、光周波数f0 の搬送波成分および他の変
調側帯波を抑圧することができる。また、光周波数間隔
Δfは、光変調器を駆動するRF周波数によって正確に
決定されるので、多波長光の波長間隔が正確である特長
を有する。
用する周期性光フィルタとしては、非対称マッハツェン
ダ干渉フィルタ、ファブリペロ共振器フィルタ、Lyotフ
ィルタ、導波路型光周波数インターリーブフィルタ、ア
レイ導波路回折格子(AWG)等の波長分波器と波長合
波器を組み合わせた構成等を用いることができる。
光成分のみを透過し、不要な他の波長光成分を十分に抑
圧する特性が望まれる。例えば上記の例では、搬送波お
よび−1次の変調側帯波の抑圧が重要である。ここで、
光変調器と周期性光フィルタを2組用いる構成におい
て、 Δf/2<Δf1 <Δf、Δf2 <Δf/2 とした場合の各周期性光フィルタの特性の一例につい
て、図4を参照して説明する。
圧するためには中心周波数から(Δf−Δf1 )離れて
十分な減衰量が必要となる。また、−1次の変調側帯波
を抑圧するためには、中心周波数から(2Δf1 −Δ
f)離れて十分な減衰量が必要となる。第2の周期性光
フィルタでも、搬送波を抑圧するためには中心周波数か
らΔf2 離れて十分な減衰量が必要となる。また、−1
次の変調側帯波を抑圧するためには、中心周波数から
(Δf−2Δf2 )離れて十分な減衰量が必要となる。
具体例としてΔf=50GHz、Δf1 =30GHz、Δf2 =
20GHzとすると、搬送波を抑圧するためには中心周波数
から20GHz離れて十分な減衰量を有する周期性光フィル
タが必要となり、−1次の変調側帯波を抑圧するために
は中心周波数から10GHz離れて十分な減衰量を有する周
期性光フィルタが必要となる。
数シフタの光周波数シフト量が小さいために、それ以下
の半値幅の狭帯域フィルタを必要としたわけであるが、
本発明では変調側帯波の間隔が広いので、周期性光フィ
ルタとしてそれほど狭帯域のものを必要とせず、製作が
容易である。したがって、ファブリペロ共振器フィルタ
に限らず、上記のような様々な周期性光フィルタを用い
ることができる。さらに、光フィルタの帯域が広くても
よいので、周期性光フィルタの周期に多少の誤差を許容
することができ、この点でも光フィルタの製作および選
択が容易になる。
間隔を変えることは困難であるが、透過波長の位置を変
えることは比較的容易であり、透過波長を変化させるこ
とができる構造の周期性光フィルタも多い。したがっ
て、図1の構成では、第1および第2の周期性光フィル
タとして、同一の波長可変の周期性光フィルタを2台用
意すれば対応できる。
変調器としては、光強度変調器、光位相変調器等を用い
ることができる。現在、ニオブ酸リチウム導波路やポリ
マー導波路を用いた位相変調器やマッハツェンダ型強度
変調器により、あるいはIn P系の光半導体導波路を用
いたマッハツェンダ型強度変調器や電界吸収型強度変調
器により、RF周波数が数十GHz程度の光変調器が実現
されている。本発明では、変調を2回以上行うことか
ら、使用するRF周波数の和に相当する大きな光周波数
間隔Δfを実現することができる。すなわち、数十GHz
以上の光周波数間隔Δfを有する多波長光源を実現する
ことができる。
ると、±1次の変調側帯波(±fRF)だけでなく、±2
次の変調側帯波(±2fRF)などの高次の変調側帯波が
発生する。したがって、第1の実施形態においてこの高
次の変調側帯波を利用する場合には、光変調器をΔf1
およびΔf2 (=Δf−Δf1 )の整数分の1の変調周
波数で駆動しても、Δf1 およびΔf2 (=Δf−Δf
1 )の変調側帯波を発生させることができる。この方法
では、多波長光の光周波数間隔Δfを変調周波数の整数
倍まで大きくすることができる。
るには、図3に示した光変調器と周期性光フィルタを3
組以上縦続に接続する構成が有効である。あるいは、光
リング回路の出力に光周波数間隔がΔfの整数k倍の周
期性光フィルタを用い、発生する多波長光からk本ごと
に間引いて出力することにより、多波長光の光周波数間
隔をk倍にすることも可能である。
光周波数を正確に制御する形態を用いることにより、す
べての波長光の絶対光周波数を正確に制御した多波長光
源を実現することができる。これは、広波長範囲にわた
る光周波数基準となる。例えば波長1.5 μm帯では、ア
セチレンやシアン化合物の吸収線に波長をロックする構
成をとることにより、絶対光周波数が正確な連続光光源
として利用することができる。
の実施形態を示す。本実施形態は、図1に示す第1の実
施形態の構成において、発生する多波長光の波長範囲を
特定するための構成例を示す。すなわち、光リング回路
20の任意の位置に、f0 +NΔfの光周波数を阻止す
る光帯域阻止フィルタ33を挿入する(Nは任意の自然
数)。ここでは、光帯域阻止フィルタ15を周期性光フ
ィルタ32bの後段に配置しているので、光周波数がf
0 +(N−1)Δfまでの波長光が光カプラ21から出
力され、新たにf0 +NΔf以降の波長光の発生が抑止
される。
幅器22aの前段に配置する場合には、光周波数がf0
+NΔfまでの波長光が光カプラ21から出力され、新
たにf0 +(N+1)Δf以降の波長光の発生が抑止さ
れる。また、それぞれに位置に、透過帯域がf0 からf
0 +(N−1)Δfまでの光帯域透過フィルタ、または
f0 からf0 +NΔfまでの光帯域透過フィルタを挿入
しても同様である。なお、光変調器と周期性光フィルタ
は2組の構成に限定されるものではない。
光源10として、光周波数がΔfの倍数だけ異なった複
数の波長の連続光を発生できるものを用いることによ
り、それぞれの連続光に対して多波長光を発生させるこ
とができる。この場合には、発生した互いの多波長光が
重なるとビート成分が発生し不安定になることから、各
連続光から発生した多波長光が重ならないように帯域制
限する必要がある。これには、例えば複数の光帯域阻止
フィルタまたは光帯域透過フィルタを光リング回路20
に挿入し、各連続光から発生する多波長光を帯域制限す
る。
の実施形態を示す。本実施形態は、図1に示す第1の実
施形態の構成において、後段の周期性光フィルタ32b
として光周波数間隔がΔfであり、かつ合分波波長がリ
ング内を周回する多波長光に等しい波長分波器34と波
長合波器35を用い、波長分波器34と波長合波器35
との間に、分波された各波長光を分岐する分岐手段36
を挿入し、各波長光を取り出す構成である。なお、光変
調器と周期性光フィルタは2組の構成に限定されるもの
ではない。また、本実施形態の構成は、光リング回路を
用いた従来の多波長光源にも適用することができる。
力端子を逆にした構造で実現でき、例えばアレイ導波路
回折格子(AWG)、複数の誘電体多層膜光フィルタ、
複数のファイバブラッグ回折格子などを用いることがで
きる。また、本実施形態の波長分波器34の出力端子数
は有限であるので、第2の実施形態と同様に波長範囲は
波長分波器34の分波波長に限定される特徴がある。
源は、1つの光源で等しい光周波数間隔の多波長光を一
括して発生させることができ、特に現状の波長多重伝送
用の多波長光源に適した光周波数間隔が25GHz、50GHz
などの指定した正確な値の光周波数間隔の多波長光を一
括して発生させることができる。さらに、光フィルタに
要求される特性が緩和されるので、製作容易な多波長光
源を実現することができる。
を示す図。
した場合の動作例を示す図。
を示すブロック図。
を示すブロック図。
Claims (4)
- 【請求項1】 連続光を発生する連続光光源と、 前記連続光を入力する手段、この連続光に周回ごとに光
周波数Δfの光周波数シフトを与える光周波数シフト手
段、光周波数間隔Δfの多波長光を出力する手段を含む
光リング回路とを備えた多波長光源において、 前記光周波数シフト手段は、入力光に対する変調側帯波
を発生させる光変調器と、この変調側帯波の1つを透過
し、他の変調側帯波を阻止する周期性光フィルタとを1
組とし、これを複数n組縦続に接続した構成であり、前
記各組の周期性光フィルタの光周波数間隔がΔfである
とともに、前記各組の周期性光フィルタを透過する変調
側帯波がそれぞれΔf1 ,Δf2 ,…,Δfn であると
きに、Δf1+Δf2+…+Δfn=Δfであることを特
徴とする多波長光源。 - 【請求項2】 連続光を発生する連続光光源と、 前記連続光を入力する手段、この連続光に周回ごとに光
周波数Δfの光周波数シフトを与える光周波数シフト手
段、光周波数間隔Δfの多波長光を出力する手段を含む
光リング回路とを備えた多波長光源において、 前記光周波数シフト手段は、入力光に対する変調側帯波
を発生させる光変調器と、m次(mは自然数)以下の変
調側帯波の1つを透過し、m次以下の他の変調側帯波を
阻止する周期性光フィルタとを1組とし、これを複数n
組縦続に接続した構成であり、前記各組の周期性光フィ
ルタの光周波数間隔がΔfであるとともに、前記各組の
周期性光フィルタを透過する変調側帯波がそれぞれΔf
1 ,Δf 2 ,…,Δfn であるときに、Δf1+Δf2+
…+Δfn =Δfであることを特徴とする多波長光源。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の多波長
光源において、 前記光リング回路は、所定周回後の光周波数に相当する
光を阻止する光フィルタ手段を備えたことを特徴とする
多波長光源。 - 【請求項4】 連続光を発生する連続光光源と、 前記連続光を入力する手段、この連続光に周回ごとに光
周波数Δfの光周波数シフトを与える光周波数シフト手
段、光周波数間隔Δfの多波長光を出力する手段を含む
光リング回路とを備えた多波長光源において、 前記光リング回路内に、光周波数間隔がΔfであり、か
つ合分波波長がリング内を周回する多波長光に等しい波
長分波器と波長合波器をこの順に配置し、前記波長分波
器と前記波長合波器との間に分波された各波長光を分岐
する分岐手段を備えたことを特徴とする多波長光源。
Priority Applications (1)
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JP4636527B2 (ja) * | 2004-08-05 | 2011-02-23 | 住友大阪セメント株式会社 | 光周波数コム発生装置及びそれを用いた多波長光源 |
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