JP3937233B2

JP3937233B2 - 多波長光源，及び多波長光の発生方法

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Publication number: JP3937233B2
Application number: JP2004192377A
Authority: JP
Inventors: 哲也川西; 雅之井筒
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: EP1780593A1; CA2575595A1; WO2006004133A1; JP2006017748A; EP1780593A4; US20090310968A1; US7962039B2; CA2575595C; EP1780593B1

Description

本発明は，多波長光源及び多波長光の発生方法に関する。

多波長光源は，波長多重通信システム用光源や計測用基準光源などの用途がある。このため，様々な形式の多波長光源が提案されている。具体的な多波長光源として，多数の半導体レーザ（LD）を集積化したもの，ファイバの非線形性を利用したスーパーコンティニューム光源，ファイバリングを用いたモードロックレーザ，及びファブリペロー光変調器を用いた光コム発生器が知られている。

モードロックレーザ及びファブリペロー光変調器は，各波長成分の位相関係が確定しており，波長間隔が精度良く一定である。しかしながら，これらを用いた多波長光源は，光路を安定にする必要があり，装置が複雑になる。また，スーパーコンティニューム光源もモードロックレーザを用いるため，モードロックレーザと同様の問題がある。

光コム発生器を多波長光源として用いる場合は，波長成分の位相関係が確定している必要がない。そこで，ファブリペロー光変調器ではなく，光SSB変調器を用いた光コム発生器が開発された（下記非特許文献１,及び下記非特許文献２参照）。

図４に，光SSB変調器を用いた従来の光コム発生器（以下単に「光コム発生器」ともいう。）の基本構成を示す。図４に示されるように，光コム発生器(100)は，光SSB変調器(101),光SSB変調器での変換ロスを補償するための光アンフ゜(102)，光入力ホ゜ート(103)，及び光出力ホ゜ート(104)を具備する光ファイバループ(105)によって構成される。なお、光SSB変調器は、変調信号の周波数分（f_m）だけシフトした出力光を得ることができる光変調器である。以下、光コム発生器の基本動作を説明する。

光コム発生器の入力ホ゜ート(104)に入力光(106)を入力する。入力光は、単一モート゛の連続光（f₀）である。すると、光SSB変調器(101)により入力光の周波数がシフトする（f₀+f_m）。周波数がシフトした光成分(107)は，ループを周回し，入力ホ゜ートに入力される新たな光と合わさる（f₀,f₀+f_m）。これらの光は、光SSB変調器(101)へと導かれ、両成分とも周波数がシフトする（f₀+f_m,f₀+2f_m）。これらの工程を繰り返すことで、多数のスペクトル成分を有する光（光コム）を得ることができる。光コム発生器は，波長成分の位相関係が不定であるが，波長間隔が精度良く一定であり，光路の安定に制御する必要に乏しいため簡便な装置でよいという利点がある。

このように，光コム発生器では，ループ内に複数の波長成分が含まれることとなる。そこで，ループ内での光の干渉を防ぐために，入力光として単一光が用いられていた。

波長多重光通信システム用テ゛ハ゛イスの検査のために，異なる波長（周波数）を有する複数の光が要求される。しかし，異なる波長を有する複数の光を得るためには，装置が複雑となり，費用がかかる。

このような観点から，波長多重光通信システム用デバイスを検査するための様々なデバイスが考案されている。例えば，L. D. Garrett, A. H. Gnauck, Member, IEEE, F. Forghieri, V. Gusmeroli, and D. Scarano, “16X10 Gb/s WDM Transmission Over 840-km SMF Using Eleven Broad-Band Chirped Fiber Gratings", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 11, NO. 4, APRIL 1999の図２に示されるように，複数の波長成分を束ねた後に，一つの変調器でまとめて強度変調し，このような光を用いて波長多重システムに関する実験を行っている。この例では，結局は全ての波長成分について同じ変調が加えられているので，適切に検査したことにならない。

また，Hiro Suzuki, Jun-Ichi Kani, Hiroji Masuda, Noboru Takachio, Katsumi Iwatsuki, Yasuhiko Tada, and Masatoyo Sumida, "1-Tb/s (100 10 Gb/s) Super-Dense WDM Transmission with 25-GHz Channel Spacing in the Zero-Dispersion Region Employing Distributed Raman Amplification Technology" IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 12, NO. 7, JULY 2000 の図１では，偶数番目及び奇数番目の波長成分を束ねた後で，時間差を持った信号を用いて強度変調し，このような光を用いて波長多重システムに関する実験を行っている。この例でも，隣り合うチャネル間では，変調パターンが異なっているものの，２つおきに同じパターンを持っている。したがって，先の例と同様適切に検査したことにはならない。そこで，簡便な装置により，より多くの変調などを含む多波長信号源が望まれた。

T. Kawanishi, S. Oikawa, K. Higuma and M. Izutsu, "Electraically Tunable Delay Line Using an Optical Single-Side-Band Modulator" IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 14, No. 10, 1454-1456 (2002) 川西哲也井筒雅之 "SSB変調光ルーフ゜を用いた光コム発生と可変光テ゛ィレイライン"信学技報（Technical Report of IEICE）2004-04, pp. 13-18 (2004)

本発明は，上記した従来の光コム発生器を用い，より多くの性質をもった光を発生できる多波長光源，及びそのような光源を用いた多波長光の発生方法を提供することを目的とする。

本発明は，簡便な装置により異なる波長（周波数）を有する複数の光を提供できる多波長光源を提供することを別の目的とする。本発明は，特に波長多重光通信システム用テ゛ハ゛イスなど光通信デバイスの検査に用いられる多波長光源を提供することを別の目的とする。

本発明者らは，所定の光コム発生器を用いて，所定の多波長光源を光源として用いた場合，光コム発生器内での光の干渉を抑えることができるという知見に基づき，本発明を完成するに至った。すなわち，上記の課題は，以下の発明により解決できる。

［１］上記課題の少なくともひとつを解決するため，本発明の多波長光源は，入力光と当該入力光から所定周波数ずつずれた光群を得るための光コム発生器と，前記光コム発生器に入力する光を調整する光調整部とを有する多波長光源であって，前記光コム発生器は，光ＳＳＢ変調器(101),前記光ＳＳＢ変調器での変換ロスを補償するための光アンプ(102)，前記光源からの光が入力する光入力ポート(103)，及び光を出力する光出力ポート(104)を具備する光ファイバループ(105)によって構成され，前記光調整部は，波長の異なる複数の光を生成するための複数の光源を具備するとともに，前記光コム発生器に入力する光を波長ごとに位相変調又は強度変調するための位相変調器又は強度変調器を具備する。

従来の光コム発生器には，単一光のみが入力されていた。そして，複数の光を入力した場合，光が複雑に干渉し，好ましい出力光は得られないと考えられていた。しかし，本発明のように所定の光コム発生器では，波長が異なる複数の光を入力しても，それらの光が互いに干渉し合うことはないことがわかった。たとえば，ｎ種類の光を入力すれば，従来の光コム発生器のｎ倍の数の出力を得ることができることとなる。すなわち，本発明によれば，従来の光コム発生器を用いた多波長光源に比べ，異なる光周波数を有する多くの光を得ることができることとなる。このように波長の異なる多くの光を得ることができるので，本発明の多波長光源は，波長多重光通信システム用テ゛ハ゛イスの検査用などに好適に用いられる。また，本発明は，少ない数の多波長光源を用意するだけで，従来の光コム発生器に比べ，何倍もの光を得ることができるので，低コストに波長多重光通信システム用テ゛ハ゛イスの検査用光源を提供できる。特に，光調整部により調整される複数の光の周波数の差が，光SSBの変調周波数に比べ数倍以上であれば，それぞれの入力光に由来する光コムが重なり合わないので好ましい。

本発明の多波長光源の別の好ましい態様は，前記光調整部は，前記光コム発生器に入力する光を波長ごとに位相変調，強度変調又は周波数変調する位相変調器，強度変調器又は周波数変調器を具備する上記［１］に記載の多波長光源である。このように，入力光自体を変調することで，各波長成分間の干渉によって出力スペクトルが変動する事態を防止できる。変調信号の周波数成分は光ファイバループの機械振動や温度変化の周波数成分よりも高いものであればよい。例えば、１０Ｈｚ以上１ＭＨｚ以下、３００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下の周波数成分からなる信号により干渉効果を平均化させることができる。これにより，ループ内での干渉を抑え，シャープな出力光を得ることができる。また，この態様の多波長光源は，その出力光が波長ごとに異なる情報を有することもできるので，波長多重光通信システム用のテ゛ハ゛イスの検波光として有効に利用できる。

［２］本発明の多波長光源の別の好ましい態様は，上記［１］に記載の多波長光源を用いた波長多重光通信システムである。

[３] 上記課題の少なくともひとつを解決するため本発明の多波長光を発生する方法は，光調整部が，波長の異なる複数の光を生成するための複数の光源を具備するとともに，前記光コム発生器に入力する光を波長ごとに位相変調又は強度変調するための位相変調器又は強度変調器を具備し，前記波長が異なる複数の光の位相又は強度をそれぞれ調整することで，位相変調又は強度変調を行う工程と，前記工程で位相変調又は強度変調が施された波長が異なる複数の光が，光入力ポート(103)に入力する工程と，前記複数の光が，光ファイバループ(105)を経て，光ＳＳＢ変調器(101)に入力する工程と，光ＳＳＢ変調器が，入力光の周波数より変調信号の周波数分だけシフトした光単側波帯信号を出力する工程と，光アンプ(102)が，前記光ＳＳＢ変調器(101)の出力光の光強度を高める工程と，光アンプ(102)からの出力光が，光ファイバループ(105)を経て，光入力ポート(103)に到達する工程と，前記光アンプ(102)からの出力光と，前記光調整部からの光が，光入力ポート(103)にて合波される工程と，を繰り返すことにより，光周波数が順次ずれた光の集合である光コムを得る多波長光の発生方法である。

［４］本発明の多波長光の発生方法の好ましい態様は，上記[３]に記載の多波長光の発生方法により得た多波長光を用いた波長多重光通信方法である。

本発明によれば，従来の光コム発生器のｎ倍（ｎは入力される光の種類）の種類の光を有する多波長光源を提供できる。この多波長光源は，波長多重光通信システムの光源や，波長多重光通信用テ゛ハ゛イスの検査用光源などとして利用できる。

本発明によれば，簡便な装置により異なる波長（周波数）を有する複数の光を提供できる多波長光源を提供することができる。また，本発明によれば，光コムを形成する各光成分ごとに変調を行って，光コム（多波長光）を形成できる。また，従来の多波長光源に比べて，様々な情報をもった光を形成できるので，例えば波長多重システムなど光通信に用いられるデバイスの検査などに好適に用いることができる。

（１．多波長光源の具現例）
図１に本発明の多波長光源の基本構成を示す概略図を示す。図１に示されるように、本発明の多波長光源は、光コム発生器(100)と光調整部(106)とを具備する。以下、本発明の多波長光源の構成要素について説明する。

（１．１．光コム発生器）
光コム発生器(100)は，入力光と当該入力光から所定周波数ずつずれた光群を得るため装置である。図１に示されるように，本発明の前記光コム発生器は，光SSB変調器(101)と,光アンフ゜(102)と，光入力ホ゜ート(103)と，光出力ホ゜ート(104)とを具備する。なお，光コム発生器の動作については，従来技術において説明したと同様である。

（１．１．１．光SSB変調器）
光SSB変調器は、変調信号の周波数（f_m）分だけシフトした出力光を得ることができる光変調器である（S. Shimotsu, S. Oikawa, T. Saitou, N. Mitsugi, K. Kubodera, T. Kawanishi and M. Izutsu, "Single Side-Band Modulation Performance of a LiNbO3 Integrated Modulator Consisting of Four-Phase Modulator Wavegate," IEEE Photon. Tech. Lett., Vol. 13, 364-366 (2001)、「下津臣一、井筒雅之，"次世代通信のためのLiNbO₃光ＳＳＢ変調器"，光アライアンス， 2000.7. pp. 27-30」）。なお、光ＳＳＢ変調器の動作は、たとえば、「川西哲也、井筒雅之、"光ＳＳＢ変調器を用いた光周波数シフター"、信学技報、TECHNICAL REPORT OF IEICE, OCS2002-49, PS2002-33, OFT2002-30(2002-08)」、「日隈ら，Ｘカットリチウムニオブ光ＳＳＢ変調器，エレクトロンレター，vol. 37， 515-516 (2001)．」などに詳しく報告されている。

光SSB変調器によって変調される周波数の値として，1GHz〜50GHzがあげられ，具体的には10GHz,12.5GHz,及び25GHzがあげられる。なお，変調周波数を，入力光が周回するたびに変化させても良い。このようにすれば，異なる周波数間隔を持った光コムを得ることができる。

（１．１．２．光アンフ゜）
光アンフ゜(102)は，光SSB変調器での変換ロスを補償するための装置である。光アンフ゜として，公知の光アンフ゜を用いることができる。光SSB変調器によって減衰した光を元の強度に戻すことが好ましい。また,光SSB変調器に入力される前の光強度を高めるように設置されていてもよい。

（１．１．３．光入力ホ゜ート・光出力ホ゜ート）
光入力ホ゜ート(103)は，光源からの光が入力するホ゜ートである。一方，光出力ホ゜ート(104)は，光を出力するホ゜ートである。光入力ホ゜ート及び光出力ホ゜ートは，公知の光ホ゜ートを用いることができ，具体的には公知のサーキュレータを用いることができる。

（１．２．光調整部）
光調整部は，波長が異なる複数の光を得るものための装置である。光調整部が，波長の異なる複数の光を生成する複数の光源を具備するものは，本発明の好ましい実施態様である。このように複数の光源を用いれば,容易に波長の異なる複数の光を得ることができる。また，光調整部は，光コム発生器に入力する光を（好ましくは波長ごとに）位相変調，強度変調又は周波数変調する位相変調器，強度変調器又は周波数変調器を具備するものが好ましい。このように，入力光自体を変調することで，各波長成分間の干渉によって出力スペクトルが変動する事態を防止でき，さらには波長ごとに情報をのせることがでる。変調信号の周波数成分は光ファイバーループの機械振動や温度変化の周波数成分よりも高いものであればよい。例えば、10Hz以上1MHz以下、300Hz以上10kHz以下の周波数成分からなる信号により干渉効果を平均化させることができる。これにより，ループ内での干渉を抑え，シャープな出力光を得ることができる。また，この態様の多波長光源は，その出力光が波長ごとに異なる情報を有することもできるので，波長多重光通信システム用のテ゛ハ゛イスの検波光として有効に利用できる。

「波長が異なる複数の光」における波長が異なる光の種類は，これが多いほど多くの光コム群を生成できるが，装置が複雑となりコスト高となる。そこで，波長が異なる光の種類として，２種類〜１００種類があげられ，好ましくは２種類〜１０種類であり、より好ましくは３種類〜５種類である。

「波長が異なる複数の光」は，単一光源を用いて光学素子などを用いて波長を変化させ，得ても良いし，波長の異なる複数の光源を用いてもよい。光源の好ましい態様は，擬似ランダム信号を出力するものである。擬似ランダム信号は，特開平5-45250号公報，特開平7-218353号公報，及び特開2003-50410号公報などに記載されたものを用いることができる。擬似ランダム信号を用いれば，様々な特性を有する信号を発生できる。このため，擬似ランダム信号を光源として用いた多波長光源は，特に波長多重システムなどの光通信に用いられるデバイスの検査などに好適に用いることができる。光源の好ましい別の態様は，周期性を持って配列された光信号を出力するものである。周期性を持って配列された光信号として，パルス信号があげられる。

（２．波長多重光通信システム）
本発明の波長多重光通信システムは，上記した本発明の多波長光源を含むシステムである。すなわち，本発明の波長多重光通信システムは，上記した本発明の多波長光源を光源とする他は，公知の波長多重光通信システムにおける構成を採用することができる。

（３．ミリ波通信システム）
本発明のミリ波通信システムは，上記した本発明の多波長光源を含むシステムである。具体的には，本発明の多波長光源と，光検出器(PD)と，アンテナとを含むものがあげられる。光検出器(PD)は,多波長光源からの光を検出し電気信号に変換するための装置である。また，アンテナは，光検出器(PD)が変換した電気信号を放射するための装置である。

（４．動作例）
以下では，本発明の多波長光源の動作例を説明する。図２は，各工程における光の状態を示す概念図である。図２Ａは，始めの光が入力した状態を示す。図２Ｂは，光SSB変調器の出力光の状態を示す。図２Ｃは，SSB変調光と新たな光とが合波した状態を示す。図２Ｄは，３順目の合波状態を示す。図２Ｅは，入力光f₁から派生した光コムの概念図である。まず，光調整部が，波長が異なる（したがって周波数が異なる）複数の光（f₁,f₂,f₃,及びf₄とする）を調整する。これら波長が異なる複数の光が，光入力ホ゜ート(103)に入力する（図２Ａ）。これら複数の光が，光ファイバループ(105)を経て，光SSB変調器(191)に入力する。すると,光SSB変調器が，入力光の周波数より変調信号の周波数分だけシフトした光単側波帯信号を出力する（f₁+f_m,f₂+f_m,f₃+f_m,及びf₄+f_m）（図２Ｂ）。光アンフ゜(102)が，光SSB変調器の出力光の光強度を高め，光変調により弱まった光強度を補償する。光アンフ゜(102)からの出力光が，光ファイバループ(105)を経て，光入力ホ゜ート(103)に到達する。光アンフ゜(102)からの出力光（f₁+f_m,f₂+f_m,f₃+f_m,及びf₄+f_m）と，光調整部からの光（f₁,f₂,f₃,及びf₄）が，光入力ホ゜ート(103)にて合波される（f₁,f₁+f_m; f₂,f₂+f_m；f₃,f₃+f_m,及びf₄,f₄+f_m）（図２Ｃ）。これらの工程をもう一度繰り返すと，第3チャネルを含む波長多重光（f₁,f₁+f_m,f₁+f_m+2f_m; f₂,f₂+f_m,f₂+f_m+2f_m；f₃,f₃+f_m,f₃+f_m+2f_m,及びf₄,f₄+f_m,f₄+f_m+2f_m）を得ることができる（図２Ｄ）。これらの工程を繰り返すことにより，光周波数が順次ずれた光の集合である光コム（図２Ｅ）を得ることができる。このようにして得られた，波長多重光を用いれば，光多重通信を容易に行うことができる。

なお，上記の動作例において，４種の入力光（f₁,f₂,f₃,及びf₄）の位相をずらして光コムを得ても，上記と同様に光周波数が順次ずれた光の集合である光コムを得ることができる。また，４種の入力光（f₁,f₂,f₃,及びf₄）の強度をずらしても，上記と同様に光周波数が順次ずれた光の集合である光コムを得ることができる。さらには，変調周波数を周回毎に変化させることで，コムの間隔がずれた光コムを得ることができる。

また、出力光スペクトルを光スペクトラムアナライザなどの計測器で監視し、所望のスペクトルとなるように４種類の入力光の強度をそれぞれ別個に制御できるような調節機構を設けてもよい。この調節機構は計測器で得られるスペクトルに関する情報をもとに自動制御できる構成となっていることが望ましい。さらに，上記の動作例では，４種類の入力光のみを用いたが，より多くの種類の入力光を用いれば，より多くの光コムを得ることができる。

以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明する。図３は、実施例１において用いた多波長光源の概略図である。入力光は波長1550nm，1540nm,及び1530nmの光であり，それぞれ強度1mWであった。また，光SSB変調器に供給した電気信号の周波数は，10GHzであった。フッ化物EDFを用いた光アンフ゜をルーフ゜内に設けて，光SSB変調器での波長変換に伴う光損失を補償した。波長間隔は，10GHzに対して0.08nmであった。図３に示した多波長光源を用いて，120回以上の周回を行い，それぞれの入力光の1550nm成分について約10nmの範囲に渡る光コムを得た。なお，図３中，TLSは,変調可能な光源（Tunable Laser Source）を意味する。PCは,偏光調整器（Polarization Controller）を意味する。Circは,サーキュレータ(Circulator)を意味する。T-FBGは，反射帯域が可変であるなファイハ゛フ゛ラック゛ク゛レーティンク゛を意味する。SSBは,SSB変調器を意味する。Coupは，カフ゜ラ（Coupler）を意味する。SMFは,シンク゛ルモート゛ファイハ゛を意味する。OSAは,光スペクトル分析器（Optical Spectrum Analyzer）を意味する。T-FBGの反射帯域を調整することで、周回数を指定して光を光ファイバループから取りだし、特定の波長成分に対して、周回の工程の回数を制限することが可能となる。

位相変調器を用いて,3種類の入力光の位相をそれぞれ120°ずつずらした他は，実施例１と同様にして多波長光を得た。実施例１に比べて，よりきれいな光コムを得ることができた。これは，光位相を制御することにより，各入力光同士の干渉が少なくなったことに起因するものと考えられる。

本発明の多波長光源は，光波長多重光通信に用いられる光アンプなどの検査用光源などとして用いることができる。また，本発明の多波長光源は，光波長多重光通信システムの光源として利用できる。

図１は，本発明の多波長光源の基本構成を示す概略図である。図２は，各工程における光の状態を示す概念図である。図２Ａは，始めの光が入力した状態を示す。図２Ｂは，光SSB変調器の出力光の状態を示す。図２Ｃは，SSB変調光と新たな光とが合波した状態を示す。図２Ｄは，３順目の合波状態を示す。図２Ｅは，入力光f₁から派生した光コムの概念図である。図３は，実施例１において用いた多波長光源の概略図である。図４は，従来の光コム発生器の基本構成を示す概略図である。

符号の説明

100 光コム発生
101 光SSB変調器
102 光アンフ゜
103 光入力ホ゜ート
104 光出力ホ゜ート
105 光ファイハ゛ルーフ゜
106 光調整部

Claims

入力光と当該入力光から所定周波数ずつずれた光群を得るための光コム発生器と，前記光コム発生器に入力する光を調整する光調整部とを有する多波長光源であって，
前記光コム発生器は，
光ＳＳＢ変調器(101),
前記光ＳＳＢ変調器での変換ロスを補償するための光アンプ(102)，
前記光源からの光が入力する光入力ポート(103)，及び
光を出力する光出力ポート(104)を具備する光ファイバループ(105)によって構成され，
前記光調整部は，波長の異なる複数の光を生成するための複数の光源を具備するとともに，前記光コム発生器に入力する光を波長ごとに位相変調又は強度変調するための位相変調器又は強度変調器を具備する，
多波長光源。
請求項１に記載の多波長光源を用いた波長多重光通信システム。
光調整部が，波長の異なる複数の光を生成するための複数の光源を具備するとともに，前記光コム発生器に入力する光を波長ごとに位相変調又は強度変調するための位相変調器又は強度変調器を具備し，前記波長が異なる複数の光の位相又は強度をそれぞれ調整することで，位相変調又は強度変調を行う工程と，
前記工程で位相変調又は強度変調が施された波長が異なる複数の光が，光入力ポート(103)に入力する工程と，
前記複数の光が，光ファイバループ(105)を経て，光ＳＳＢ変調器(101)に入力する工程と，
光ＳＳＢ変調器が，入力光の周波数より変調信号の周波数分だけシフトした光単側波帯信号を出力する工程と，
光アンプ(102)が，前記光ＳＳＢ変調器(101)の出力光の光強度を高める工程と，
光アンプ(102)からの出力光が，光ファイバループ(105)を経て，光入力ポート(103)に到達する工程と，
前記光アンプ(102)からの出力光と，前記光調整部からの光が，光入力ポート(103)にて合波される工程と，
を繰り返すことにより，光周波数が順次ずれた光の集合である光コムを得る
多波長光の発生方法。
請求項３に記載の多波長光の発生方法により得た多波長光を用いた波長多重光通信方法。