JP2006208656A

JP2006208656A - 光周波数コム発生方法、光周波数コム発生装置及び高密度波長多重送信システム

Info

Publication number: JP2006208656A
Application number: JP2005019493A
Authority: JP
Inventors: Motonobu Korogi; 元伸興梠; Widiyatmoko Bambang; ウィディヤトモコバンバン; Kazuhiro Imai; 一宏今井
Original assignee: Optical Comb Institute Inc
Current assignee: Optical Comb Institute Inc
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】チャンネル間隔を拡大した多波長レーザーを生成する。
【解決手段】光周波数コム発生器１２は、レーザー光源１１から入射されるレーザー光をファブリ・ペロー共振器内で変調周波数ｆｍの変調信号で変調することにより、上記変調周波数ｆｍの周波数間隔の光周波数コムを生成し、上記変調周波数の整数倍に一致した自由スペクトル域(FSR:Free spectral range)を持つファブリ・ペローフィルタ１３を通すことにより、上記変調周波数の整数倍の周波数間隔の光周波数コムを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光周波数コム発生方法、光周波数コム発生装置及びこの光周波数コム発生装置を用いた高密度波長多重(DWDM:Dense wavelength division multiplexing)送信システムに関する。

現在の光通信ネットワークは、通信容量を増大させるため一本の光ファイバに波長の異なる多くのチャネルを一括して伝送するＤＷＤＭ通信システムが利用されている。このようなＤＷＤＭシステムは、International Telecommunication Unit（ＩＴＵ）と呼ばれる規格に定められた周波数に一致する一定周波数間隔（ＩＴＵグリッド）の光源を必要とする。例えば、Ｃバンドと呼ばれる波長帯域は周波数１９１ＴＨｚから１９５ＴＨｚまでで、この周波数帯域に１００ＧＨｚ間隔で５０チャネルや５０ＧＨｚ間隔で１００チャネル、または２５ＧＨｚ間隔で２００チャネルの光源を用意して伝送を行う。

また、光周波数を高精度に測定する場合に光周波数コム発生器（Optical Frequency Comb Generator）が使用されている。

光周波数コム発生器は、入射したレーザー光のサイドバンドを等周波数間隔毎に数百本発生させるもので、発生されるサイドバンドの周波数安定度はもとのレーザー光のそれとほぼ同等である。

そこで、光周波数コム発生器により発生したサイドバンドは、ＷＤＭ通信用の周波数基準として用いたり、光の差周波数測定に用いている。

光周波数コム発生器を用いた光の差周波数測定では、光検出器の帯域よりもはるかに大きな差周波数であっても、サイドバンドとのビート信号によって差周波数を正確に測ることができる。すなわち、サイドバンドと被測定レーザー光をヘテロダイン検波することにより、数ＴＨｚに亘る広帯域なヘテロダイン検波系を構築することができる２つのレーザー光をヘテロダイン検波してその差周波数を測定する場合、その帯域は受光素子の帯域で制限され、おおむね数十ＧＨｚ程度であるので、光周波数コム発生器を用いて広帯域なヘテロダイン検波系を構築するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１７４５５２号公報

ところで、一本の光ファイバに波長の異なる多くのチャネルを一括して伝送する高密度波長多重（ＤＷＤＭ）通信システムでは、各チャネルに対して１台のレーザーを用意する必要があり、チャネル数に応じたたくさんのレーザー駆動電源やレーザー光源を用いるため大型で複雑となる問題があった。また、各レーザーの波長や光学素子の特性を全てＩＴＵのグリッドに一致させることも極めて困難な問題である。

ここで、一台の光コム発生器は、そのようなたくさんのレーザーを置き換えることが可能である。光周波数コム発生器はファブリ・ペロー型の電気光学変調器であり、周波数軸上で変調周波数間隔に並んだサイドバンドを極めて効率よく発生する。時間的には１ｐｓ以下の短パルス発生器でもある。これまで光周波数コム発生器は、周波数間隔の正確さを応用した光周波数計測に用いられてきた。

しかし、最近では波長多重通信の容量増大とともに、多波長光源としての応用に期待が高まっている。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、チャンネル間隔を拡大した多波長レーザーを生成する光周波数コム発生方法、光周波数コム発生装置及びこの光周波数コム発生装置を用いたＤＷＤＭ送信システムを提供することにある。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明に係る光周波数コム発生方法は、入射されるレーザー光をファブリ・ペロー共振器内で変調周波数の変調信号で変調することにより、上記変調周波数の周波数間隔の光周波数コムを生成し、上記変調周波数の整数倍に一致した自由スペクトル域を持つファブリ・ペローフィルタを通すことにより、上記変調周波数の整数倍の周波数間隔の光周波数コムを生成することを特徴とする。

また、本発明に係る光周波数コム発生装置は、レーザー光を出射するレーザー光源と、上記レーザー光源から入射されるレーザー光を変調周波数の変調信号で変調して光周波数コムを生成する光周波数コム発生器と、上記光周波数コム発生器により生成された光周波数コムが入射されるファブリ・ペローフィルタとを備え、上記ファブリ・ペローフィルタは、上記変調周波数の整数倍に一致した自由スペクトル域を持ち、上記変調周波数の整数倍の周波数間隔の光周波数コムを出力することを特徴とする。

さらに、本発明に係るＤＷＤＭ送信システムは、レーザー光を出射するレーザー光源と、上記レーザー光源から入射されるレーザー光を変調周波数の変調信号で変調して光周波数コムを生成する光周波数コム発生器と、上記変調周波数の整数倍に一致した自由スペクトル域を持ち、上記光周波数コム発生器により生成された光周波数コムが入射され、上記変調周波数の整数倍の周波数間隔の光周波数コムを出力するファブリ・ペローフィルタと、上記ファブリ・ペローフィルタを介して入射される光周波数コムのサイドバンドを各チャンネルの光に分離する分波器と、上記分波器により分離された光が入射される各チャンネルの変調器と、上記各チャンネルの変調器により変調された光変調信号を合波して光伝送信号として出力する合波器とを備えることを特徴とする。

本発明では、光周波数コム発生器により生成される周波数コムのチャンネル間隔を拡大した多波長レーザーを生成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、例えば図１に示すように構成のＤＷＤＭ送信システム１０に適用される。

このＤＷＤＭ送信システム１０は、基準となる周波数ｆ０のレーザー光Ｌ_０を出射するレーザー光源（半導体レーザＬＤ）１１、上記レーザー光源１１から出射されたレーザー光Ｌ_０が入射される光周波数コム発生器１２、上記光周波数コム発生器１２により生成された光周波数コムＬ_ｃｏｍが入射されるファブリ・ペローフィルタ１３、上記光周波数コム発生器１２により生成された光周波数コムＬ_ｃｏｍが上記ファブリ・ペローフィルタ１３を介して入射される分波器１４、上記分波器１４により分離された光Ｌ_１〜Ｌ_ｎが入射される各チャンネルの変調器１５_１〜１５_ｎ、上記各チャンネルの変調器１５_１〜１５_ｎにより変調された光変調信号Ｌ_ｍｏｄ１〜Ｌ_ｍｏｄｎが入射される合波器１６などからなる。

このＤＷＤＭ送信システム１０において、レーザー光源１１から出射されるレーザーＬ_０の波長λ０は、ＩＴＵ規格に定められた一定周波数間隔（ＩＴＵグリッド）のどれか１つに一致させておく。

この実施の形態では、レーザー光源１１は、波長１５５０ｎｍ、出力５ｍＷの半導体レーザーであり、その出力はエルビウム添加光ファイバ増幅器によって＋２３ｄＢｍにまで増幅されている。増幅されたレーザー光Ｌ_０が光周波数コム発生器１２に入力されるようになっている。

光周波数コム発生器１２は、レーザー光源１１から入射されたレーザー光Ｌ_０から一定周波数間隔の光周波数コムＬ_ｃｏｍを生成する。

この光周波数コム発生器１２は、図２に示すように、ファブリ・ペロー共振器１２Ａとファブリ・ペロー共振器１２Ａに挿入された電気光学位相変調器１２Ｂから構成される。電気光学位相変調器１２Ｂは、共振器の自由スペクトル域(FSR:Free spectral range)の整数倍の周波数で駆動される。ＦＳＲの整数倍の周波数に一致したマイクロ波が加えられえると、共振器内を周回する光の周期とマイクロ波電圧の周期が一致するため極めて深い位相変調がかけられる。その結果、光周波数コム発生器１２は、周波数軸ではきわめて広い周波数スパンの光周波数コム、時間軸では１ｐｓ以下の超短光パルスを発生する。光周波数コムの周波数間隔は変調周波数ｆｍに一致するため、周波数間隔は極めて安定である。したがって発生した光周波数コムＬ_ｃｏｍの周波数安定度は、入力されたレーザー光Ｌ_０の周波数安定度に一致する。

この実施の形態において、上記光周波数コム発生器１２は、上記電気光学位相変調器１２ＢがＬｉＮｂＯ_３結晶を用いて作られている。ＬｉＮｂＯ_３結晶はｚカットのウエハから切り出され、その寸法は２２×０．７×０．７ｍｍ^３である。ＬｉＮｂＯ_３結晶の端面は、鏡面に研磨され、入力側には反射率９５．５％のミラーコーティング、出力側には反射率０．１％以下の無反射コーティングが施されている。出力側に、反射率９５．５％の外部反射鏡を取り付けることによってファブリ・ペロー共振器１２Ａを構成している。このファブリ・ペロー共振器１２ＡのＦＳＲは、３．１２５ＧＨｚに調整され、ＦＳＲの８倍が変調周波数ｆｍ（２５ＧＨｚ）に一致している。この光周波数コム発生器１２は、周波数２５ＧＨｚ、出力３Ｗのマイクロ波で駆動し、その出力を光スペクトラムアナライザで観測したところ、図３の（Ａ），（Ｂ）に示すような２５ＧＨｚ間隔の光周波数コムＬ_ｃｏｍが観測された。

図３の（Ａ）はファブリ・ペロー共振器１２Ａのフィネスが６０のとき、図３の（Ｂ）はファブリ・ペロー共振器１２Ａのフィネスが２００のときのスペクトルを示している。

ここで、図３の（Ａ），（Ｂ）に示す出力スペクトルから、サイドバンドの信号対雑音比が５０ｄＢ以上であり、一般的に光通信で要求される信号対雑音比よりも２０ｄＢ良い信号対雑音比を持っていることがわかる。光増幅器を利用することによって、通信に使用可能なチャネル数は４０に達することを確認した。サイドバンドの本数は、マイクロ波のパワー（変調指数）と共振器のフィネスに依存している。例えば共振器のフィネスを１０倍に上げるとサイドバンドの本数は１０倍に増えるが、パワーは低下する。スペクトルに示されているように、光周波数コム発生器出力のサイドバンドパワーは、次数が大きくなると指数関数的に減少する。

上記光周波数コム発生器１２により生成された光周波数コムＬ_ｃｏｍが入射されるファブリ・ペローフィルタ１３は、変調周波数ｆｍの整数倍に一致したＦＳＲを持つものである。このように変調周波数ｆｍの整数倍に一致したＦＳＲを持つファブリ・ペローフィルタ１３を通過させることにより、光周波数コムＬ_ｃｏｍから元の周波数間隔の整数倍の周波数間隔の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｏｕｔ}を生成することができる。例えば、２５ＧＨｚの光周波数コムをＦＳＲ５０ＧＨｚのファブリ・ペローフィルタ１３に通すと、ファブリ・ペローフィルタ１３の透過モードに一致した周波数だけが取り出され、周波数間隔５０ＧＨｚの光周波数コムＬ_{ｃｏｍｏｕｔ}を生成することができる。

ここで、上記ファブリ・ペローフィルタ１３の出力を図４の（Ａ），（Ｂ）に示す。図４の（Ａ）はファブリ・ペローフィルタ１３のフィネスが４０のとき、図４の（Ｂ）はファブリ・ペローフィルタ１３のフィネスが８０のときのスペクトルを示している。いずれの場合にも５０ＧＨｚ間隔の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｏｕｔ}が発生できている。フィネス８０の場合のほうが、中間モードの抑圧度が大きいが、全体的に挿入損失が大きいため、サイドバンドのパワーはフィネス４０の場合に比べて若干低下している。

このように光周波数コムＬ_ｃｏｍにおけるサイドバンドの周波数間隔は、変調周波数ｆｍの整数倍に一致したＦＳＲを持つファブリ・ペローフィルタ１３を使って広くすることができる。

すなわち、ファブリ・ペローフィルタ１３は、上記光周波数コム発生器１２により生成された光周波数コムＬ_ｃｏｍのサイドバンドからコムの本数を間引くフィルタとして機能する。また、ファブリ・ペローフィルタ１３は、光コムのモード間を非通過帯域とするので、上記光コムのモード間にある雑音を除去する効果もある。

このＤＷＤＭ送信システム１０において、上記光周波数コム発生器１２により生成された周波数間隔が２５ＧＨｚの光周波数コムＬ_ｃｏｍは、上記ファブリ・ペローフィルタ１３を介することにより、周波数間隔５０ＧＨｚの光周波数コムＬ_{ｃｏｍｏｕｔ}として分波器１４に入射される。

分波器１４は、上記ファブリ・ペローフィルタ１３により生成された５０ＧＨｚ間隔の光周波数コムＬ_{ｃｏｍｏｕｔ}のサイドバンドをチャンネル毎に分離して、各チャンネルの変調器１５_１〜１５_ｎに入射する。

また、各チャンネルの変調器１５_１〜１５_ｎは、上記分波器１４により分離されたら各チャンネルの光Ｌ_１〜Ｌ_ｎを変調する。

そして、合波器１６は、上記各チャンネルの変調器１５_１〜１５_ｎにより変調された光変調信号Ｌ_１〜Ｌ_ｍｏｄｎを合波して光伝送信号Ｌ_ＯＵＴとして出力する。

ここで、上記分波器１４は、例えばアレイ導波路格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）型分波器が用いられており、また、上記合波器１６は、ＡＷＧはスターカプラからなる。

このＤＷＤＭ送信システム１０では、サイドバンドのパワーは入力パワーが＋２３ｄＢｍのとき−３０ｄＢｍから０ｄＢｍであり、信号対雑音比は５０ｄＢ以上であった。また、チャネル間隔は、ファブリ・ペローフィルタ１３の使用によって５０ＧＨｚに拡大することができた。

本発明を適用したＤＷＤＭ送信システムの構成を示すブロック図である。上記ＤＷＤＭ送信システムにおける光周波数コム発生器の構成を示す模式図である。上記光周波数コム発生器の出力を光スペクトラムアナライザで観測した結果を示す図である。上記ＤＷＤＭ送信システムにおけるファブリ・ペローフィルタの出力を光スペクトラムアナライザで観測した結果を示す図である。

符号の説明

１０ＤＷＤＭ送信システム、１１レーザー光源、１２光周波数コム発生器、１３ファブリ・ペローフィルタ、１４分波器、１５_１〜１５_ｎ変調器、１６合波器、１２Ａファブリ・ペロー共振器、１２Ｂ電気光学位相変調器

Claims

入射されるレーザー光をファブリ・ペロー共振器内で変調周波数の変調信号で変調することにより、上記変調周波数の周波数間隔の光周波数コムを生成し、
上記変調周波数の整数倍に一致した自由スペクトル域を持つファブリ・ペローフィルタを通すことにより、上記変調周波数の整数倍の周波数間隔の光周波数コムを生成することを特徴とする光周波数コム発生方法。
レーザー光を出射するレーザー光源と、
上記レーザー光源から入射されるレーザー光を変調周波数の変調信号で変調して光周波数コムを生成する光周波数コム発生器と、
上記光周波数コム発生器により生成された光周波数コムが入射されるファブリ・ペローフィルタとを備え、
上記ファブリ・ペローフィルタは、上記変調周波数の整数倍に一致した自由スペクトル域を持ち、上記変調周波数の整数倍の周波数間隔の光周波数コムを出力することを特徴とする光周波数コム発生装置。
レーザー光を出射するレーザー光源と、
上記レーザー光源から入射されるレーザー光を変調周波数の変調信号で変調して光周波数コムを生成する光周波数コム発生器と、
上記変調周波数の整数倍に一致した自由スペクトル域を持ち、上記光周波数コム発生器により生成された光周波数コムが入射され、上記変調周波数の整数倍の周波数間隔の光周波数コムを出力するファブリ・ペローフィルタと、
上記ファブリ・ペローフィルタを介して入射される光周波数コムのサイドバンドを各チャンネルの光に分離する分波器と、
上記分波器により分離された光が入射される各チャンネルの変調器と、
上記各チャンネルの変調器により変調された光変調信号を合波して光伝送信号として出力する合波器と
を備えることを特徴とする高密度波長多重送信システム。