JP2009146991A

JP2009146991A - 光信号発生器

Info

Publication number: JP2009146991A
Application number: JP2007320873A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Taniguchi; 友宏谷口; Hisaya Sakurai; 尚也桜井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2009-07-02

Abstract

【課題】広帯域な光周波数変調信号を発生する光信号発生器を提供する。
【解決手段】光信号発生器は、所定のバイアスを加えた所定の振幅を有し、変調された信号電流からなる変調信号を出力する変調信号発生器１１と、当該変調信号に応じて変調された単一スペクトルの光信号を出力するレーザ光源１２と、レーザ光源１２の出力光信号を所定の通過特性でフィルタリングする光フィルタ１３とを備える。光フィルタ１３は、フィルタ動作領域の最小周波数からの周波数離調に従って光の透過率が低減する通過特性を有し、当該通過特性は、当該変調信号の周波数範囲に対応する光周波数領域ではほぼ一定の透過率を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、広帯域の光周波数変調信号を発生する光信号発生器に関し、特に、レーザを直接変調した際に発生する光強度変動成分を抑圧した光周波数変調信号を発生する光信号発生器に関する。

従来から、レーザを直接変調して光周波数変調信号を発生する光信号発生器は知られている。図１３は、従来の光信号発生器の構成を示す図である。図１３に示すように、従来の光信号発生器は、変調信号発生器１０１、レーザ光源１０２、光強度変調器１０３、極性反転回路１０４及び振幅／位相調整器１０５を備えている。従来技術として、代表的に、一定の繰返し周期（Δｔ）で光周波数が線形（Δｆ）に掃引される、いわゆる光周波数スイープ信号からなる光周波数変調信号を発生する光信号発生器について図１４〜図１７を参照して説明する。図１４〜図１７において、所定の時間ｔ_０、該所定の時間に対応する電流Ｉ_０、光周波数ｆ_０及び光強度Ｐ_０を表し、更に繰返し周期Δｔ、該繰り返し周期に対応して変化する電流ΔＩ、離調周波数Δｆ及び変化する光強度ΔＰを用いて説明する。

変調信号発生器１０１は、図１４に示すようなランプ波形の信号電流（Ｉ_０〜Ｉ_０＋ΔＩ）からなる変調信号を発生させ、レーザ光源１０２に供給する。レーザ光源１０２は、この変調信号に応じて、図１５（ａ）に示すような一定の繰返し周期（Δｔ）に応じた光周波数（ｆ_０〜ｆ_０＋Δｆ）の光信号を出力し、この出力される信号は、図１５（ｂ）に示すような一定の繰返し周期（Δｔ）に応じた光強度（Ｐ_０〜Ｐ_０＋Δｆ）を有している。即ち、レーザ光源１０２は、通常、信号電流からなる変調信号が供給されると、その電流の大きさに応じて光周波数及び光強度の双方が単調増加した光信号を出力する。従って、図１４に示す信号電流をレーザ光源１０２に供給することで、レーザ光源１０２は、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、時間に応じて、光周波数がスイープすると同時に、光強度も変化する光信号を発生することができる。尚、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）には、図１４に対応する一周期分（ｔ_０〜ｔ_０＋Δｔ）だけを図示している。

このように、変調信号発生器１０１からの変調した信号電流により、レーザ光源１０２の出力信号を直接周波数変調する技法であれば、簡素な構成で周波数変調した出力光信号を発生させることができる。しかしながら、広帯域の周波数偏移特性を持つ光周波数変調信号を発生させるためには、変調信号発生器１０１からの信号電流の振幅を大きくする必要があり、結果として、レーザ光源１０２の出力光信号は、大きな光強度変動成分を伴ってしまうことになる。即ち、図１５（ｂ）に示すΔＰは小さいほど好ましいが、信号電流の振幅の増大に伴い無視できないほど大きなものとなる。

そこで、図１３に示す従来の光信号発生器は、この光強度変動成分を抑圧するため、極性反転回路１０４、振幅／位相調整器１０５及び光強度変調器１０３を具備している（例えば、非特許文献１参照）。

極性反転回路１０４は、変調信号発生器１０１の出力信号を分岐して得られた変調信号に対して極性反転を施し、図１６に示すような電圧信号を発生する。振幅／位相調整器１０５は、極性反転回路１０４から供給される該電圧信号を、適宜、振幅及び位相を調整して光強度変調器１０３に供給する。光強度変調器１０３は、振幅／位相調整器１０５から供給される電圧信号を用いて、レーザ光源１０２から供給される出力光信号に対して強度変調を施した光周波数変調信号を出力する。

即ち、図１３に示す従来の光信号発生器では、レーザ光源１０２の出力光信号の光強度変動成分を打ち消すことができるように、振幅／位相調整器１０５によって、極性反転回路１０４から供給される該電圧信号の振幅及び位相を調整する。これにより、光強度変調器１０３は、光強度変動成分が抑圧され（図１７（ｂ）参照）、且つ、光周波数だけが変化する（図１７（ａ）参照）、純粋な光周波数スイープ信号からなる光周波数変調信号を発生することができる。

Ｙ．Ｈｏｒｉｕｃｈｉ，Ｓ．ＹａｍａｍｏｔｏａｎｄＭ．Ｓｕｚｕｋｉ， "Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｕｓｉｎｇｄｉｔｈｅｒｉｎｇ‐ｉｎｄｕｃｅｄＡＭｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎｆｏｒＤＷＤＭｓｙｓｔｅｍｓ，" ＩＥＩＣＥＴＲＡＮＳ．ＥＬＥＣＴＲＯＮ．，ｖｏｌ．Ｅ８４‐Ｃ，Ｎｏ．５，２００１年３月，ｐｐ．５１９‐５２６

図１３に示す従来の光信号発生器では、繰返し周期（Δｔ）に対応する繰り返し周波数が制限された帯域である場合（例えば数百ＫＨｚオーダーの帯域）では、純粋な光周波数スイープ信号からなる光周波数変調信号を発生することができる。しかしながら、繰り返し周波数がＧＨｚオーダーと高い場合、このような広帯域の信号を歪みなく信号処理する、極性反転回路１０４、振幅／位相調整器１０５及び光強度変調器１０３が必要となるため、これらの構成が複雑且つ高価になるという問題がある。

また、光強度変調器１０３としてニオブ酸リチウム（ＬＮ）のマッハツェンダ型変調器（ＭＺＭ）又は電界吸収型（ＥＡ）変調器を用いる場合には、これらの挿入損失により、十分な光強度の光周波数変調信号が得られないという問題がある。更に、光強度変調器１０３として半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いた場合には、挿入損失を補償することはできるが、ＳＯＡ固有のいわゆるチャープ特性により、光強度変調器１０３から出力される光周波数変調信号に歪みを生じさせてしまうという問題がある。

本発明の目的は、このような背景に行われたものであり、簡易な構成で、且つ、過剰な光強度損失や光周波数変調信号の歪みを生じさせることなく、広帯域の光周波数変調信号を発生する光信号発生器を提供することにある。

本発明の光信号発生器は、光周波数変調信号を出力する光信号発生器であって、所定のバイアスを加えた所定の振幅を有し、変調された信号電流からなる変調信号を出力する変調信号発生器と、前記変調信号に応じて変調された単一スペクトルの光信号を出力するレーザ光源と、前記レーザ光源の出力光信号を所定の通過特性でフィルタリングする光フィルタとを備え、前記光フィルタは、フィルタ動作領域の最小周波数からの周波数離調に従って光の透過率が低減する通過特性を有し、当該通過特性は、前記変調信号の周波数範囲に対応する光周波数領域ではほぼ一定の透過率を有することを特徴とする。

また、本発明の光信号発生器において、前記変調信号は、前記レーザ光源の出力光信号の光強度が前記変調信号の周波数範囲で線形に変化し、且つ前記レーザ光源の出力光信号の光周波数が前記変調信号の周波数範囲で線形に変化するように、当該信号電流のバイアス及び振幅を調整して設定されていることを特徴とする。

これにより、レーザ光源が線形な変調特性を有する動作範囲において、特有の光フィルタを設置することで、レーザ光源を直接変調することにより生ずる光強度変化を抑圧し、安定した光周波数変調信号を発生することができる。この際、光信号が光フィルタを通過することにより、光フィルタが有する挿入損失分の過剰損失が発生するが、それぞれおよそ５ｄＢ〜１０ｄＢ程度の挿入損失を有するＬＮ‐ＭＺＭ変調器やＥＡ変調器などを用いる場合に比べて、過剰損失を抑圧することができる。更に、光強度変調器を用いた場合に発生する非線形現象が生じないため、光周波数変調信号の歪みも起こらず、高品質な光周波数変調信号を生成することができる。

また、本発明の光信号発生器において、前記変調信号は、前記レーザ光源の出力光信号の光強度が前記変調信号の周波数範囲で非線形に変化し、且つ前記レーザ光源の出力光信号の光周波数が前記変調信号の周波数範囲で非線形に変化するように拡張された周波数範囲で、当該信号電流のバイアス及び振幅を調整して設定され、前記光フィルタは、当該非線形に変化する周波数範囲に対応する光周波数領域では当該出力光信号の振幅の変化を低減させるような透過率を有することを特徴とする。

これにより、より大きな振幅の信号でレーザ光源を変調することができる。通常、レーザ光源の光周波数変動範囲は、供給される信号電流の振幅に対して単調増加するため、第１の発明に比べて、より広帯域の光周波数変調信号を生成することができる。

また、本発明の光信号発生器において、更に、前記レーザ光源の温度を調整して、前記レーザ光源の出力光信号を安定化させるように制御する温度調整器と、前記光フィルタの出力光信号を分岐する光分岐器と、前記光分岐器から分岐された少なくとも１つの光信号を受光して電気信号に変換し、該電気信号を前記変調信号発生器及び／又は前記温度調整器に供給するモニタ用受光器とを備え、前記変調信号発生器は、当該電気信号を受信する場合には、前記光フィルタの出力光信号の高周波成分の電力を低減するように、当該変調信号に加えるバイアスを制御し、前記温度調整器は、当該電気信号を受信する場合には、前記光フィルタの出力光信号の高周波成分の電力を低減するように、前記レーザ光源の温度を制御することを特徴とする。

或いは又、本発明の光信号発生器において、更に、前記レーザ光源の温度を調整して、前記レーザ光源の出力光信号を安定化させるように制御する温度調整器と、前記光フィルタの出力光信号を分岐する光分岐器と、前記光分岐器から分岐された少なくとも１つの光信号を受光して電気信号に変換し、該電気信号から高周波成分の電力を監視し、高周波成分の電力が所定値より大きいと判断した場合には、その旨を示す制御信号を前記変調信号発生器及び／又は前記温度調整器に供給するモニタ用受光器とを備え、前記変調信号発生器が、当該制御信号を受信する場合には、当該変調信号に加えるバイアスを制御し、前記温度調整器が、当該制御信号を受信する場合には、前記レーザ光源の温度を制御することを特徴とする。

これにより、光フィルタ出力における光強度変動の抑圧効果を劣化させるような温度変動や、レーザの電流に対する光強度及び光周波数特性と光フィルタの通過特性との間の不整合等が生じないように、モニタ用受光器の出力信号の状態を基にフィードバック制御することで、それらの変動要素に影響されずに安定して、光強度変動が十分に抑圧された光信号を発生することができる。

以上説明したように、本発明の光信号発生器は、レーザ光源の出力の電流に対する光強度及び光周波数特性に対応した通過特性を有する光フィルタを設けることで、残留する光強度変動成分を抑圧しながら、簡素な構成で広帯域の光周波数変調信号を生成することができる。

更に、従来技術で必要であった振幅／位相調整器や光強度変調器等の回路を用いないため、前述のような過剰な光強度損失や、光周波数変調成分の歪みを発生することなく、高品質な光周波数変調信号を発生することができる。本発明は、特に、周波数偏移量が数１０ＧＨｚ以上といった広帯域の場合にも、本発明の光フィルタの作製が容易であり、従来技術のような時間軸で処理する方法と比較して大きな優位性がある。

まず、本発明による実施例１の光信号発生器について説明する。

（実施例１）
実施例１の光信号発生器について、図１〜図６を参照して説明する。図１は、本発明による実施例１の光信号発生器の構成を示している。実施例１の光信号発生器は、単一スペクトルの光信号を出力するレーザ光源１２、レーザ光源１２に信号電流からなる変調信号を供給する変調信号発生器１１、及びレーザ光源１２の出力に接続される光フィルタ１３を備える。該変調信号は、レーザ光源１２の出力光信号の光強度が該変調信号の周波数範囲で線形に変化し、且つレーザ光源１２の出力光信号の光周波数が該変調信号の周波数範囲で線形に変化するように、信号電流のバイアス及び振幅を調整して設定されている。

変調信号発生器１１が出力する波形としては、様々な信号が考えられるが、本実施例では、図３に示すようなランプ波形信号を出力することで、一定の繰返し周期（Δｔ）で光周波数が所定の範囲で線形に変化する、いわゆる光周波数スイープ光を発生させる場合について説明する。

変調信号発生器１１は、所定のバイアスを加えた所定の振幅を有し、変調された信号電流からなる変調信号を出力する。例えば、変調信号発生器１１は、図３に示すようなランプ波形の信号電流（Ｉ_０〜Ｉ_０＋ΔＩ）からなる変調信号を発生させ、レーザ光源１２に供給する。尚、従来の変調信号発生器１０１（図１３）と比較して、レーザ光源１２に供給する信号電流からなる変調信号の振幅及びバイアスは、レーザ光源１２からの出力光信号が後述する光フィルタ１３の広帯域フィルタ特性の入力に合致するように設定されている点で相違する。即ち、変調信号発生器１１の変調信号の振幅及びバイアスは、最終的に光フィルタ１３の出力特性として数ＧＨｚオーダーの光周波数範囲（ｆ_０〜ｆ_０＋Δｆ）を得るために、レーザ光源１２の出力光信号の光周波数及び光強度が変調信号発生器１１の変調信号に対して線形に変化するように設定されている（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）。

レーザ光源１２は、変調信号発生器１１から供給された、所定の振幅及びバイアスに設定された変調信号に応じて、光周波数（ｆ_０〜ｆ_０＋Δｆ）の単一スペクトルからなる出力光信号を発生する。この出力される光信号は、図２に示すような一定の繰返し周期（Δｔ）に応じた光強度（Ｐ_０〜Ｐ_０＋ΔＰ）を有している。尚、従来のレーザ光源１０１（図１３）と比較して、単に一定の繰返し周期（Δｔ）の変調信号を供給して動作するだけではなく、後述する光フィルタ１３のフィルタリング効果に適合するように、レーザ光源１２の出力光信号の光周波数及び光強度が変調信号発生器１１の変調信号に対して線形に変化するように、変調信号発生器１１からの変調信号が事前に調整されている点で相違する。

また、本実施例のようにレーザ光源１２を直接変調する場合には、レーザ光源１２に供給される信号電流の変化と光周波数変化及び光強度変化との間で相関関係があるレーザ光源を用いればよく、電流−光強度（Ｉ−Ｌ）特性が線形な領域で動作するように、変調信号発生器１１の信号電流のバイアス及び振幅を設定する。

従って、図２に示す広帯域（数ＧＨｚ以上）に対応するように設定された動作条件下において、図３に示すような周期Δｔで、変調信号発生器１１からＩ_０〜Ｉ_０＋ΔＩまで変化するランプ波形の信号電流が供給された場合、レーザ光源１２の出力光信号の光強度及び光周波数は、それぞれ図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように変化することになる。

尚、図４（ａ）及び図４（ｂ）では、一定の周期（ｔ_０〜ｔ_０＋Δｔ）の範囲に限って図示している。即ち、レーザ光源１２は、光強度及び光周波数がそれぞれ所定の光強度範囲（Ｐ_０〜Ｐ_０＋ΔＰ）及び所定の光周波数範囲（ｆ_０〜ｆ_０＋Δｆ）となるように、一定の周期Δｔで線形に変化する光信号を発生する。このように、レーザ光源１２の出力光信号は、所望の光周波数スイープを得ることができるが、光強度変動成分を伴った状態である。本実施例の光信号発生装置では、この広帯域（数ＧＨｚ以上）に対応するように設定されたレーザ光源１２の出力光信号における光強度変動成分を抑圧するために、光フィルタ１３を備える。

次に、図５を用いて光フィルタ１３の通過特性について説明する。

光フィルタ１３は、レーザ光源１２の出力光信号を所定の通過特性でフィルタリングするように機能する。即ち、光フィルタ１３は、フィルタ動作領域の最小周波数（ｆ_０’）からの周波数離調（Δｆ）に従って光の透過率が低減する通過特性を有し、当該通過特性は、前記変調信号の周波数範囲に対応する光周波数領域ではほぼ一定の透過率を有する。

例えば、光フィルタ１３は、図５に示すように、各光周波数成分の光強度の入力対出力比で定義する通過率Ｔが、基準となる光周波数ｆ_０’からの離調周波数に従って光の透過率が低減する特性を有している。尚、レーザ光源１２が動作する光周波数範囲（ｆ_０〜ｆ_０＋Δｆ）において（図２参照）、通過率Ｔがほぼ一定となるような特性を有し、光フィルタ１３の通過率Ｔは、所定の周波数（ｆ_０’〜ｆ_０’＋Δｆ）において、式（１）のように表すことができる。

尚、式（１）において、αは、フィルタ動作領域の最小周波数（ｆ_０’）における所定の通過率を表し、０＜α＜１である。また、式（１）におけるｆは、フィルタ動作領域の光周波数の範囲（ｆ_０’〜ｆ_０’＋Δｆ）を表す。従って、フィルタ動作領域の光周波数の範囲（ｆ_０’〜ｆ_０’＋Δｆ）では、線形特性よりも、入力される当該光信号の変動幅を抑圧する特性を有し、特に光周波数が高いほど変動幅を抑圧することができる。従って、好適には、変調信号発生器１１によって設定されるべき信号電流は、レーザ光源１２が動作する光周波数範囲（ｆ_０〜ｆ_０＋Δｆ）を、式（１）におけるαがほぼ一定となる光周波数範囲（ｆ_０〜ｆ_０’＋Δｆ）内となるように適合させる。

式（１）に示すフィルタ特性を有する光フィルタ１３は、例えば、ファブリーペロー・エタロンフィルタを用いて反射率Ｒを調整して作成することができ、式（１）に示すようなフィルタ通過特性を得ることができる。

図７にファブリーペロー・エタロンフィルタの通過特性の概略図を示す。図示するように、ファブリーペロー・エタロンフィルタは、反射率Ｒを制御して作成したフィルタ材であり、反射率Ｒを制御して通過特性Ｔを調整することが可能である（ファブリーペロー・エタロンフィルタの製法に関して、例えば、Ｒ．ＲａｍａｓｗａｍｉａｎｄＫ．Ｎ．Ｓｉｖａｒａｊａｎ“Ｏｐｔｉｃａ１ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｓｅｃｏｎｄｅｄｉｔｉｏｎ，”ＭｏｒｇａｎＫａｕｆｍａｎｎＰｕｂ１ｉｓｈｅｒｓ，２００２年，ｐｐ．１３０−１３３参照）。

図７において、反射率Ｒの設定を大きくするに従い、所望の周波数範囲（ＦＳＲ：ＦｕｌｌＳｃａｌｅＲａｎｇｅ）の透過率Ｔを低減させたフィルタ材料を作成することができる。例えば、上述のファブリーペロー・エタロンフィルタの製法に関する文献にあるように、反射率Ｒの設定の応じて、参照記号５１〜５４に示すような任意の透過率特性を、所望の周波数範囲（ＦＳＲ）で変化させることができる。従って、反射率Ｒを所定の値に設定し、図７の点線で示す動作領域を、式（１）に近似するように形成し、光フィルタ１３として構成することができる。尚、図７の参照記号５４で表される通過率Ｔは、周波数ｆに対して式（２）に示すように表される。

式（１）に示すフィルタ特性を有する光フィルタ１３は、例えば、誘電体多層膜フィルタを用いてキャビティ数を調整して作成することもできる（誘電体多層膜フィルタの製法に関して、例えば、ファブリーペロー・エタロンフィルタの製法に関する文献、即ち、Ｒ．ＲａｍａｓｗａｍｉａｎｄＫ．Ｎ．Ｓｉｖａｒａｊａｎ“Ｏｐｔｉｃａ１ｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｓｅｃｏｎｄｅｄｉｔｉｏｎ，”ＭｏｒｇａｎＫａｕｆｍａｎｎＰｕｂ１ｉｓｈｅｒｓ，２００２年，ｐｐ．１３３−１３５参照）。

従って、レーザ光源１２の出力光信号（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）は、光フィルタ１３を通過することで、特定の周波数帯（図５において、光周波数ｆに対して透過率Ｔがほぼ一定となる範囲（ｆ_０〜ｆ_０＋Δｆ））では、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すような光信号が得られる。尚、図６（ａ）及び図６（ｂ）では、一定周期（ｔ_０〜ｔ_０＋Δｔ）の範囲に限って図示している。即ち、図６（ａ）に示すように、レーザ光源１２の出力光信号において見られる光強度変動成分は、当該信号電流に対してレーザ光源１２の出力の光強度及び光周波数が線形に変化する範囲内の周波数帯においては、好適に抑圧されることになる。尚、図６において、本実施例の効果の理解を容易とするために、ほぼ一定となる範囲として説明しているが、図５において、より広い周波数範囲（ｆ_０’〜ｆ_０＋Δｆ）における変動量が許容範囲内であれば、変調信号発生器１１の変調信号におけるバイアス及び振幅の設定範囲も緩和されることになる。

一方、図６（ｂ）に示すように、光周波数成分については、通常、光フィルタ１３における光周波数の非線形性はほとんど無いため、光フィルタ１３の前後で振幅が変動することはなく、実施例１の光信号発生器は、レーザ光源１２の出力光信号と同様の光周波数変調成分を得ることができる。

このように、本実施例の光信号発生器によれば、光フィルタにおいて、光周波数変調成分を変化させることなく、光強度変動成分を抑圧することができるため、レーザ光源１２に十分大きな信号電流の振幅を供給することで、極めて広帯域の光周波数スイープ信号を発生することができる。尚、ここでは、レーザ光源１２にランプ波形の信号電流を供給して、光周波数スイープ信号を発生する例を示したが、本実施例の動作条件下であれば、如何なる波形の信号であっても、光強度変動成分を抑圧し、光周波数変調成分のみを有する光信号を発生することができる。

次に、本発明による実施例２の光信号発生器について説明する。

（実施例２）
実施例２の光信号発生器は、実施例１と同様の構成で実現することができる（図１参照）。ただし、変調信号発生器１１の信号電流からなる変調信号の振幅の設定が異なる点と、光フィルタ１３の特性を該変調信号と適合させる点で相違する。即ち、前述の実施例１においては、レーザ光源１２に供給される信号電流に対してレーザ光源１２の出力光信号の光強度及び光周波数が線形に変化するように、変調信号発生器１１によって該信号電流の振幅を制限していた（図２参照）。この振幅制限に起因して、得られる光周波数変調信号の帯域も例えば数ＧＨｚオーダーまでに制限されることもありうる。

そこで、実施例２では、レーザ光源１２の動作範囲を図２に示すような線形の領域に制限せずに、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、レーザ光源１２に供給される信号電流に対してレーザ光源１２の出力光信号の光強度及び光周波数が非線形に変化する領域を含むように、変調信号発生器１１は、より大きな振幅の該信号電流を出力する。このため、変調信号発生器１１は、出力する信号電流のバイアス及び振幅を設定した制御信号を出力する（ΔＩ＜ΔＩ’）。

従って、変調信号発生器１１から出力される変調信号は、レーザ光源１２の出力光信号の光強度が当該変調信号の周波数範囲で非線形に変化し、且つレーザ光源１２の出力光信号の光周波数が当該変調信号の周波数範囲で非線形に変化するように拡張された周波数範囲で、当該信号電流のバイアス及び振幅を調整して設定される。

実施例２では、実施例１と同様に、変調信号発生器１１が図３に示すようなランプ波形の信号電流からなる変調信号をレーザ光源１２に供給することで、レーザ光源１２は、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すような非線形の光強度及び光周波数の光信号を発生する。ここで、実施例１の構成よりも大きな振幅の信号電流を供給するため、光周波数の変動範囲も大きくなる(Δｆ＜Δｆ’)。

実施例２の光フィルタ１３は、レーザ光源１２の出力光信号の光強度及び光周波数特性に対応して、光フィルタ１３の出力における光強度変動成分ができる限り小さくなるような特性値としたものを用いる。即ち、実施例２の光フィルタ１３は、変調信号発生器１１によって調整されたバイアス及び振幅の変調信号によって非線形に変化する周波数範囲に対応する光周波数領域では変動幅の小さい、好適にはほぼ一定の透過率を有する。

実施例２の光フィルタ１３は、実施例１と同様に、例えばファブリーペロー・エタロンフィルタ又は誘電体多層膜フィルタを用いて、それぞれ反射率又はキャビティ数などを調整し、動作させる光周波数領域を所望の光周波数範囲に設定することができる。

これにより、レーザ光源１２により大きな振幅の電流を供給した場合でも、光周波数変調成分を保持しつつ、光強度変動を抑圧することができる。従って、実施例２の光信号発生器は、実施例１の光信号発生器よりも広帯域の光周波数変調信号を発生することができる。

次に、本発明による実施例３の光信号発生器について説明する。

（実施例３）
本発明による実施例３の光信号発生器を、図１０〜図１２を参照して説明する。図１０は、本発明による実施例３の光信号発生器の構成を示している。実施例３の光信号発生器は、変調信号発生器２１、レーザ光源２２、光フィルタ２３、温度調整器２４、光分岐器２５及びモニタ用受光器２６を備える。

変調信号発生器２１、レーザ光源２２及び光フィルタ２３は、それぞれ実施例１又は実施例２の変調信号発生器１１、レーザ光源１２及び光フィルタ１３と同様に機能するが、実施例３の光信号発生器は、温度調整器２４、光分岐器２５及びモニタ用受光器２６を更に備えるため、これらの構成要素によって制御される機能を更に具備する点で相違する。

温度調整器２４は、レーザ光源２２の温度を調整して、レーザ光源２２の出力光信号を安定化させるように制御する機能を有する。温度調整器２４は、サーミスタとペルチェを組み合わせて実現することができ、その他にもファン、加熱コイル、冷却コイル、或いはこれらの組み合わせで実現することができる。

光分岐器２５は、光フィルタ２３の出力光信号を分岐する機能を有する。光分岐器２５は、例えば、Ｙ分岐型のパワースプリッタ等を用いることができる。

モニタ用受光器２６は、光分岐器２５から分岐して出力される少なくとも１つの光信号を受光して電気信号に変換し、該電気信号を変調信号発生器２１及び／又は温度調整器２４に供給する機能を有する。モニタ用受光器２６は、既知の光電変換素子を用いることができる。

従って、変調信号発生器２１は、当該電気信号を受信する場合には、光フィルタ２３の出力光信号の高周波成分の電力を低減するように、当該変調信号に加えるバイアスを制御し、温度調整器２４は、当該電気信号を受信する場合には、光フィルタ２３の出力光信号の高周波成分の電力を低減するように、レーザ光源２２の温度を制御する。

以下、変調信号発生器２１が、図３に示すような信号電流からなる変調信号をレーザ光源２２に供給し、光フィルタ２３によって光周波数スイープ信号を発生する場合について、より詳細に説明する。

レーザ光源２２の該信号電流に対する光強度及び光周波数特性、並びに光フィルタ２３の通過特性が、実施例１又は２で説明した所定の関係を有する場合には、光フィルタ２３の出力における光強度変動成分を十分に抑圧することができる。しかしながら、レーザ光源２２のレーザの発振周波数は、レーザ光源２２の温度に依存するため、温度変動の影響で上述の関係が維持できなくなることが考えられる。この場合、事前に変調信号発生器２１、レーザ光源２２及び光フィルタ２３を実施例１又は２で説明したように設定しても、温度変動が生じた場合には、光フィルタ２３の出力において光強度変動成分が残留してしまうことになる。例えば、図３に示すようなランプ波形の信号電流をレーザ光源２２に供給した際には、図１１（ａ）に示すように、温度変動に起因するランプ波形の光強度変動成分（ΔＰ_１）が光フィルタ２３の出力光信号として現れることになる。

例えば、図１１（ａ）に示すような光フィルタ２３の出力光信号のスペクトルは、図１１（ｂ）のように示される。図１１（ｂ）では、直流成分（周波数が０）に加え、変調信号に依存した高周波成分が発生する様子を示している。つまり、図１１（ａ）に示すようなランプ波形の出力光信号のスペクトルは、周波数が１／Δｔ、２／Δｔ、３／Δｔ、・・・、ｎ／Δｔ（ｎは自然数）の櫛状の高周波スペクトルを有する。

一方、光分岐器２５を介して得られる光フィルタ２３の出力光信号が、図１２（ａ）に示すように、光強度変動成分が十分に抑圧されている場合には、当該出力光信号のスペクトルは、直流成分以外にはほとんど電力を持たないものとなる。

そこで、実施例３において、モニタ用受光器２６から供給される電気信号の交流成分を、変調信号発生器２１と温度調整器２４の一方又は双方によって監視し制御する。具体的な方法として、例えば、変調信号発生器２１と温度調整器２４の双方で制御する場合は、モニタ用受光器２６の出力信号のスペクトルを監視しながら、逐次、当該変調信号のバイアス及びレーザの温度をそれぞれ調整するように動作する。例えば、まず、変調信号発生器２６においてバイアスをある一定値に保った状態で、温度調整器２４を用いて、モニタ用受光器２６の出力の交流成分が最小になるように、レーザ温度を設定し、その後、レーザ温度は該設定値に保った状態で、変調信号発生器２１を用いて、モニタ受光器の出力の交流成分が最小になるように変調信号のバイアスを設定する。尚、レーザ温度、変調信号のバイアスの設定の順番は逆でもよい。

尚、変調信号発生器２１の信号電流のバイアス及び振幅の設定を定常動作時の値又はレーザ光源２２の定常動作時の温度に合わせて予め設定することもでき、或いは定期的に更新するようにしておくこともできるので、変調信号発生器２１及び温度調整器２４を精密に機能させてもよいが、高精度を要求されることなく実現することもできる。

従って、実施例３において、モニタ用受光器２６から出力される電気信号における直流成分以外の高周波成分ができる限り小さくなるように、変調信号発生器及び温度調整器でそれぞれバイアス、温度を制御することで、温度変動等による光強度変動抑圧効果の劣化を補償することができ、安定して広帯域の光周波数変調信号を生成することができるようになる。

上述のような変調信号発生器２１及び温度調整器２３における制御方法において、例えば、光フィルタの通過特性（光周波数と透過率の関係）、及びレーザ光源２２の電流に対する光強度及び光周波数特性の非線形性を効果的に利用することもできる。

例えば、光フィルタ２３の通過特性が非線形性を有する場合には、光フィルタに入力する光信号の周波数帯に応じて通過特性の勾配が異なるため、温度調整器２４でレーザ光源２２の温度を調整し、発振周波数を制御することで、光フィルタ２３の出力における光強度変動抑圧効果を調整することができる。

また、レーザ光源２２の電流に対する光強度及び光周波数特性が非線形性を有する場合には、変調信号発生器２１で変調信号に加えるバイアスを調整することで、光強度及び光周波数の変調効率（即ち、一定の電流振幅に対する、光強度及び光周波数の変化）を制御することができるため、結果として、光フィルタ出力で得られる光信号に残留する光強度変動量を調整することができる。

上述の説明では、モニタ用受光器２６は、光分岐器２５から分岐して出力される光信号を受光して電気信号に変換し、該電気信号を変調信号発生器２１及び／又は温度調整器２４に供給し、変調信号発生器２１及び温度調整器２４の各々が該電気信号から高周波成分の大きさを監視し制御するように説明したが、モニタ用受光器２６が、高周波スペクトルが大きいか否かを監視し（特定の高周波成分のみを監視してもよい）、高周波スペクトルが予め定めた所定値より大きいと判断した場合にはその旨を表す制御信号を変調信号発生器２１及び／又は温度調整器２４の各々に送出するように構成してもよい。この場合、変調信号発生器２１は、該制御信号に応じて、光フィルタ１３の適用周波数の範囲内で、変調信号発生器２１の信号電流からなる変調信号のバイアスを制御し、温度調整器２４は、該制御信号に応じて、レーザ光源２２の温度を所定の変動幅以内（例えば、変調信号発生器２１の信号電流のバイアス及び振幅を設定したときの温度に対して許容される変動幅の範囲内）に抑えるように制御する。

更に、温度変化に起因する光強度変動成分を低減させるために、必ずしも変調信号発生器２１及び温度調整器２３の双方で制御することが必要とされるわけではなく、変調信号発生器２１又は温度調整器２３のいずれか一方のみで温度変化に起因する光強度変動成分を低減させるように構成することもできる。

前述した実施例は、特定の例について説明したが、適宜組み合わせて更に別の実施例を構成することができることは明らかである。従って、本発明は、前述した実施例に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

本発明によれば、安定した広帯域の変調光信号を生成する光信号発生器を提供することができるので、あらゆる光通信システムに有用である。

本発明による実施例１及び実施例２の光信号発生器を示す図である。本発明による実施例１の光信号発生器におけるレーザ光源の電流−光周波数、光強度特性を示す図である。本発明による実施例１の光信号発生器の出力信号を示す図である。本発明による実施例１の光信号発生器におけるレーザ光源の出力光信号を示す図である。本発明による実施例１の光信号発生器における光フィルタの通過特性を示す図である。本発明による実施例１の光信号発生器における光フィルタの出力光信号を示す図である。本発明による実施例１の光信号発生器にファブリーペロー・エタロンフィルタを用いる場合の制御例を示す図である。本発明による実施例２の光信号発生器におけるレーザ光源の電流−光周波数、光強度特性を示す図である。本発明による実施例２の光信号発生器におけるレーザ光源の出力光信号を示す図である。本発明による実施例３の光信号発生器における光信号発生器を示す図である。本発明による実施例３の光信号発生器における光強度変動抑圧が不十分なときの光フィルタ出力とモニタ用受光器出力の一例を示すずである。本発明による実施例３の光信号発生器における光強度変動抑圧が十分なときの光フィルタ出力とモニタ用受光器出力の一例を示す図である。従来の光信号発生器の構成を示す図である。従来の変調信号発生器の出力信号の一例を示す図である。従来の変調信号発生器におけるレーザ光源の出力光信号を示す図である。従来の変調信号発生器における光強度変調器に入力する信号を示す図である。従来の変調信号発生器における光強度変調器の出力光信号を示す図である。

符号の説明

１１変調信号発生器
１２レーザ光源
１３光フィルタ
２１変調信号発生器
２２レーザ光源
２３光フィルタ
２４温度調整器
２５光分岐器
２６モニタ用受光器
１０１変調信号発生器
１０２レーザ光源
１０３光強度変調器
１０４極性反転回路
１０５振幅位相調整器

Claims

光周波数変調信号を出力する光信号発生器であって、
所定のバイアスを加えた所定の振幅を有し、変調された信号電流からなる変調信号を出力する変調信号発生器と、
前記変調信号に応じて変調された単一スペクトルの光信号を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源の出力光信号を所定の通過特性でフィルタリングする光フィルタとを備え、
前記光フィルタは、
フィルタ動作領域の最小周波数からの周波数離調に従って光の透過率が低減する通過特性を有し、当該通過特性は、前記変調信号の周波数範囲に対応する光周波数領域ではほぼ一定の透過率を有することを特徴とする光信号発生器。
請求項１に記載の光信号発生器において、
前記変調信号は、前記レーザ光源の出力光信号の光強度が前記変調信号の周波数範囲で線形に変化し、且つ前記レーザ光源の出力光信号の光周波数が前記変調信号の周波数範囲で線形に変化するように、当該信号電流のバイアス及び振幅を調整して設定されていることを特徴とする光信号発生器。
請求項１に記載の光信号発生器において、
前記変調信号は、前記レーザ光源の出力光信号の光強度が前記変調信号の周波数範囲で非線形に変化し、且つ前記レーザ光源の出力光信号の光周波数が前記変調信号の周波数範囲で非線形に変化するように拡張された周波数範囲で、当該信号電流のバイアス及び振幅を調整して設定され、
前記光フィルタは、当該非線形に変化する周波数範囲に対応する光周波数領域では当該出力光信号の振幅の変化を低減させるような透過率を有することを特徴とする光信号発生器。
請求項２又は３に記載の光信号発生器において、更に、
前記レーザ光源の温度を調整して、前記レーザ光源の出力光信号を安定化させるように制御する温度調整器と、
前記光フィルタの出力光信号を分岐する光分岐器と、
前記光分岐器から分岐された少なくとも１つの光信号を受光して電気信号に変換し、該電気信号を前記変調信号発生器及び／又は前記温度調整器に供給するモニタ用受光器とを備え、
前記変調信号発生器は、当該電気信号を受信する場合には、前記光フィルタの出力光信号の高周波成分の電力を低減するように、当該変調信号に加えるバイアスを制御し、
前記温度調整器は、当該電気信号を受信する場合には、前記光フィルタの出力光信号の高周波成分の電力を低減するように、前記レーザ光源の温度を制御することを特徴とする光信号発生器。
請求項２又は３に記載の光信号発生器において、更に、
前記レーザ光源の温度を調整して、前記レーザ光源の出力光信号を安定化させるように制御する温度調整器と、
前記光フィルタの出力光信号を分岐する光分岐器と、
前記光分岐器から分岐された少なくとも１つの光信号を受光して電気信号に変換し、該電気信号から高周波成分の電力を監視し、高周波成分の電力が所定値より大きいと判断した場合には、その旨を示す制御信号を前記変調信号発生器及び／又は前記温度調整器に供給するモニタ用受光器とを備え、
前記変調信号発生器が、当該制御信号を受信する場合には、当該変調信号に加えるバイアスを制御し、
前記温度調整器が、当該制御信号を受信する場合には、前記レーザ光源の温度を制御することを特徴とする光信号発生器。