JP4053787B2 - 搬送波抑圧光パルス列生成方法及び装置並びにグレーティング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、搬送波抑圧光パルス列生成方法及び装置並びにグレーティング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大し、伝送速度が毎秒１テラビット（１Ｔbit/s＝１×１０12bit/s）以上の高速・大容量伝送システムが実用化されつつある。このようなテラビット級の伝送速度を実現するためには、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術が必要不可欠である。特に、波長間隔を狭めて光搬送波（チャネル）を波長軸上に高密度に配置した、いわゆる高密度ＷＤＭ（ＤＷＤＭ：Dense WDM）システムが注目されている。しかしながら、かかるＤＷＤＭシステムにおいては、隣接チャネル間のスペクトルの重なり（クロストーク）や相互位相変調などの非線形効果により伝送特性が劣化することが問題となっている。
【０００３】
この問題を解決する一つの方法として、従来のＲＺ（Retun-to-Zero）信号に比べて狭いスペクトル帯域幅を有し、非線形効果に対しても良好な耐性を示す搬送波抑圧ＲＺ（ＣＳ−ＲＺ：Carrier Suppressed Retun-to-Zero）信号を用いた伝送システムが注目されている。かかるＣＳ−ＲＺ信号を生成する方法としては、Mach-Zender（ＭＺ）位相変調器を用いる方法、例えば、Ｙ．ミヤモト（Y.Miyamoto）等による「搬送波抑圧リターン−トゥ−ゼロ・パルスフォーマットを用いた、１２０ｋｍの中継器間隔を有する、ゼロ分散平坦ライン３６７ｋｍ超・３２０Gbit/s（8×40Gbit/s）ＷＤＭ伝送（"320Gbit/s(8×40Gbit/s) WDM transmission over 367-km zero-dispersion-flattened line with 120-km repeater spacing using carrier-suppressed return-to-zero pulse format"）」(OAA '99, PDP4, 1999)と題する論文に記載されているものがある。また、他の方法としては、位相シフタ及び遅延線を用いる方法、例えば、小西他による、「Supercontinuum光源による多波長キャリア抑圧ＲＺ信号生成」（信学技報、Vol.101, No.394, OCS2001-69, 2001）と題する論文に記載されているものがある。あるいは、モードロックレーザを用いる方法、例えば、Ｋ．サト（K.Sato）等による「４３Gb/s搬送波抑圧リターン−トゥ−ゼロ・パルス生成のためのモードロックレーザ（"Mode-Locked lasers for 43Gb/s carrier suppressed return-to-zero pulse generation"）」（ECOC '2001, 2001）と題する論文に記載されているものがある。
【０００４】
しかしながら、これらの方法においては、デバイスの挿入損失が大きい、構成が複雑である、又はコストが高い等の問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、挿入損失が小さく、また構成が簡便で、低コストかつ高性能な搬送波抑圧光パルス列生成方法及び装置並びにグレーティング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による光パルス列生成方法は、所定パルス周期を有するソース光パルス列を生成し、実質的に同一のブラッグ周波数を有する複数の均一ピッチグレーティングの各々をλ／４位相シフト部を介して順次結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングを設け、ソース光パルス列をλ／４位相シフトグレーティングの一端から入射せしめるとともにλ／４位相シフトグレーティングからの反射光を導波して反射光パルス列を生成することを特徴としている。
【０００７】
本発明による光パルス列生成装置は、所定パルス周期を有するソース光パルス列を生成する光パルス源と、実質的に同一のブラッグ周波数を有する第１及び第２の均一ピッチグレーティングをλ／４位相シフト部を介して結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングと、λ／４位相シフトグレーティングの長手方向に沿って形成され、ソース光パルス列をλ／４位相シフトグレーティングの一端から入射せしめるとともにλ／４位相シフトグレーティングからの反射光パルス列を導波する光導波路と、を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明によるグレーティング装置は、光導波路内にグレーティングが形成されたグレーティング装置であって、グレーティングは、実質的に同一のブラッグ周波数を有する第１及び第２の均一ピッチグレーティングをλ／４位相シフト部を介して結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングであり、第１及び第２の均一ピッチグレーティングのブラッグ波長における第１及び第２の均一ピッチグレーティングの各々の反射率をそれぞれＲ１，Ｒ２としたとき、反射率Ｒ１，Ｒ２は実質的に、
Ｒ１／Ｒ２＝（１−Ｒ１）2
を満たすことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明に用いられる図において、実質的に等価な構成要素には同一の参照符を付している。
［第１の実施例］
図１は、本発明による位相シフトグレーティングが適用された位相シフト・ファイバグレーティング１０の構成を模式的に示す斜視図である。
【００１０】
位相シフト・ファイバグレーティング１０は、クラッド１２及びコア１４からなる光ファイバ１１、及び位相シフトブラッググレーティング（ＰＳＢＧ：Phase Shifted Bragg Grating、以下、単に位相シフトグレーティングともいう）２０を有している。すなわち、光ファイバ１１のコア１４の屈折率を周期的に変化させることにより光ファイバ１１中にブラッグ回折格子が形成されている。この位相シフトグレーティング２０は、後に詳述するように、位相シフト部（ＰＳ：Phase Shift）２３によって所定の間隔をおいて配置された第１及び第２の均一ピッチブラッググレーティング（ＵＢＧ：Unifrom Bragg Grating、以下、単に均一ブラッググレーティング又は均一グレーティングともいう）ＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２からなる。なお、位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０は、位相シフトフェーズマスクを用いて形成した。
【００１１】
図２は、位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０の構成及び光ファイバ１１の長手方向、すなわち導波方向（ｚ軸方向）における屈折率（ｎ）の変化を模式的に示している。図に示すように、第１の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１はＬU1の長さを有し、その屈折率ｎ＝ｎ(ｚ)は一定のピッチ又は周期Λ（グレーティング周期）で変化している。第１の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１は、ブラッグ条件を満たす波長の光のみを選択的に反射する。また、第２の均一グレーティングＵＢＧ(２)２２はＬU2の長さを有し、第１の均一グレーティングと同様にその屈折率ｎ(ｚ)は一定の周期Λ（グレーティング周期）で変化している。位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０は、長さＬPSBGを有している。
【００１２】
第１の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(２)２２は、位相シフト部（ＰＳ）２３によって所定の間隔をおいて配置されている。すなわち、位相シフト部（ＰＳ）２３の長さＬPSは、位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０がλ／４位相シフト構造となるように定められている。つまり、ＰＳＢＧ２０は、λ／４位相シフトグレーティングである。
【００１３】
より具体的には、第１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２の反射波長をλC（真空中における波長）とし、位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０が設けられたファイバ部分における実効屈折率をｎeffとしたとき、位相シフト部ＰＳ２３の長さＬPSは、次式で表される。
ＬPS＝（２ｋ＋１)・λC／４ｎeff (１)
ここで、ｋは０以上の整数（ｋ＝０，１，２，．．．）である。また、右辺のλC／ｎeffは導波路内波長を表す。
【００１４】
図２に示す場合において具体的に説明すると、位相シフト部ＰＳ２３の長さＬPSは第１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２の最も近い同一位相位置（屈折率ｎ(ｚ)の「山」の位置Ａ，Ａ’）間の距離で与えられる。
かかる位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０に光（真空中における波長λC）を入射させた場合、位相シフト部（ＰＳ）２３の長さＬPSを変えることにより第１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２からの反射光の位相差を制御することが可能である。上記したように、位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０をλ／４位相シフト構造とすることで、当該位相差をπとすることができる。このようなλ／４位相シフト構造を有するグレーティングの反射スペクトルは図３に示すように、ブラッグ波長に急峻な反射率の低下域を有する。
【００１５】
なお、均一ブラッググレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２が１次のグレーティングの場合、λ／４の位相シフトはΛ／２（Λはグレーティング周期）に対応するが、１次のグレーティングに限らず、高次のグレーティングを用いることもできる。
また、図２において、第１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２が正弦波状の屈折率分布プロファイルを有する場合について示したが、これに限らない。すなわち、ＵＢＧ(１)２１又はＵＢＧ(２)２２は、一定周期の屈折率変化を有し、ブラッググレーティングとして機能するものであればよい。例えば、矩形波状、三角波状等の屈折率分布プロファイルを有していてもよい。
【００１６】
図４及び図５を参照しつつ、上記した位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０を用いた搬送波抑圧ＲＺ（ＣＳ−ＲＺ）信号を生成する原理について以下に説明する。ＰＳＢＧ２０にＰＳＢＧ２０のブラッグ波長と同じ搬送波波長のＲＺ光パルス列が入射された場合、光パルス列の搬送波成分はＰＳＢＧ２０を透過し、反射波には搬送波成分は含まれない。従って、入射光パルス列（Ｐin）は、その一部がＵＢＧ(１)２１によって反射され、その反射光パルス列（ＰU1）は入射光パルス列Ｐinと逆方向に導波される。入射光パルス列ＰinのうちＵＢＧ(１)２１を透過した光はＵＢＧ(２)２２によって反射され、その反射光パルス列（ＰU2）は反射光パルス列ＰU1と同一方向に導波される。この際、図５に示すように、ＵＢＧ(１)２１からの反射光パルス列ＰU1に対し、ＵＢＧ(２)２２からの反射光パルス列ＰU2には位相差及び伝播遅延が生じる。ＰＳＢＧ２０の位相シフトはλ／４（＝π／２）であるので往復での位相差はπである。また、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２のそれぞれの反射中心位置の間隔、あるいはそれらの長さに応じて伝播遅延時間を調整することができる。当該伝播遅延時間が入射光パルス列Ｐinのパルス周期の１／２とするためには、伝播遅延時間をＴｄ、光速をｃとしたとき、第１及び第２の均一グレーティングの反射中心位置間隔Ｄは次式で表される。
【００１７】
Ｄ＝ｃ・Ｔｄ／２ｎeff (２)
この条件を満たすように設計されたＰＳＢＧ２０を用いることによって、λ／４位相シフトグレーティングＰＳＢＧ２０からの反射光パルス列ＰU1、すなわち、ＵＢＧ(１)２１からの反射光パルス列と、位相シフト部ＰＳ２３を介してＵＢＧ(２)２２により反射されかつ位相シフト部ＰＳ２３を経た反射光パルス列ＰU2と、を結合したものは入射光パルス列Ｐinの２倍のビットレートを有し、かつ各光パルスの位相が交互にπずれた光パルス列（Ｐout）となる。従って、ＰＳＢＧ２０からの反射光パルス列Ｐoutは、搬送波抑圧ＲＺ（ＣＳ−ＲＺ）光信号として用いることができる。
【００１８】
次に、ビットレートが２０ギガビット／秒（Gbit/s）のＲＺ光信号から４０Gbit/sのＣＳ−ＲＺ光信号を生成する場合を例にしてより具体的に説明する。図６は、位相シフト・ファイバグレーティング１０に光パルスＰin（真空中における波長λC）が入射したときの、入射光パルスＰinとＵＢＧ(１)及びＵＢＧ(２)からの反射光パルスとの光強度の関係を模式的に示している。均一ブラッググレーティングの反射率Ｒは、グレーティング長Ｌ、光の波長λ、ブラッグ波長λB及び入射光波長間の離調（デチューニング）量δ、光とグレーティングとの結合係数κをパラメータとして定まるが、波長λがブラッググレーティング中心波長に等しいとき（デチューニング量δ＝０）、反射率Ｒは次式で表される。
【００１９】
Ｒ＝ｔａｎｈ2(κＬ） (３)
本実施例においては、入射光パルス列Ｐinの波長（真空中）をλC＝１５５０ナノメートル（ｎｍ）とし、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２のブラッグ波長もまたλB＝１５５０ｎｍとしている。図７(ａ)に示すように、光パルス周期は５０ピコ秒（ｐｓ）、光パルス幅（全幅）は２５ｐｓである。位相シフト部ＰＳ２３を含むファイバ部分の実効屈折率ｎeffは１．４５であり、位相シフト部ＰＳ２３の長さを２６７．２ｎｍとした。また、前述のように、ＵＢＧ(２)２２からの反射光パルスの遅延時間はＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２のそれぞれ反射中心位置の間隔で定まるが、ここではＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の長さＬU1，ＬU2をそれぞれ２．５ミリメートル（ｍｍ）とし（図２を参照）、反射中心位置間隔をを２．５ｍｍとした。また、長さＬU1，ＬU2は、光パルス全幅（２５ｐｓ）に対応する光路長にほぼ等しい。
【００２０】
図８は、位相シフト・ファイバグレーティング１０の軸方向の屈折率変調度Δｎ／ｎ0（ｎ0はグレーティングが形成されていない光ファイバ部分の屈折率）の包絡線を示している。かかる屈折率変調度に応じて前述の結合係数κが変化するため、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の反射率を変化させることができる。なお、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２は、アポダイズされていないグレーティング（非アポダイズグレーティング）である。
【００２１】
入射光パルスＰinの光強度を１に正規化し、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の入射光パルスＰinに対する反射率をそれぞれＲ１，Ｒ２としたとき、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２からの反射光パルスＰU1，ＰU2の光強度はそれぞれＲ１，（１−Ｒ１)2Ｒ２となる（図６）。従って、反射率Ｒ１，Ｒ２が次式、
Ｒ１／Ｒ２＝（１−Ｒ１）2 (４)
を満たすように前述のパラメータを選ぶことによって反射光パルス列ＰU1，ＰU2の光強度を等しくすることができる。本実施例においては、長さＬU1，ＬU2を等しくし、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の屈折率変調度を異ならせることによって反射光パルスＰU1，ＰU2の光強度が等しくなるようにしている。
【００２２】
図７(ｂ)に示すように、この位相シフトグレーティングＰＳＢＧ２０からの反射光のうち、ＵＢＧ(２)２２からの反射光パルス列ＰU2（破線）はＵＢＧ(１)２１からの反射光パルス列ＰU1（一点鎖線）と位相がπずれており、光強度はほぼ等しい。また、各光パルス間の間隔は一定（２５ｐｓ）となっている。これらの反射光パルス列ＰU1，ＰU2の光パルスのパルス幅は反射によって広がり、部分的に重なり合っている。しかしながら、隣接する光パルス間では位相がπずれているために重なり合った光は打ち消し合って、図７(ｃ)に示すような重なりの無い光パルス列（Ｐout）が得られる。従って、この光パルス列Ｐoutは、入射光パルス列Ｐinの２倍のビットレート（４０Gbit/s）を有する搬送波抑圧ＲＺ（ＣＳ−ＲＺ）光信号である。
【００２３】
なお、本実施例においては、反射光パルスＰU1，ＰU2の光強度が等しくなるようにＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の各反射率Ｒ１，Ｒ２を異ならせた場合について説明したが、当該反射率は同じ（すなわち、Ｒ１＝Ｒ２）であってもよい。
［第２の実施例］
図９は、本発明の第２の実施例であるλ／４位相シフトグレーティングＰＳＢＧ２０の屈折率変調度の包絡線を模式的に示している。すなわち、均一グレーティングＵＢＧ(１)２１の屈折率変調度が光ファイバ１１の長手方向の両端側において低減されたグレーティング、すなわちアポダイズされたグレーティングとなっている。均一グレーティングＵＢＧ(２)２２も同様にアポダイズグレーティングとなっている。かかるアポダイズによって、グレーティングの反射パルスの時間拡がりを改善することができる。
【００２４】
上記したように、均一グレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２を非アポダイズグレーティングとしたときには、図７(ｂ)に示すように、隣接する光パルスが位相反転の関係にあるため打ち消し合うが、パワーロスが発生する。このパワーロスを防止するために、均一グレーティングＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の双方をアポダイズグレーティングとしている。
【００２５】
なお、本実施例においては、均一グレーティングＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の双方をアポダイズグレーティングとしたが、いずれか一方のみをアポダイズグレーティングとしてもよい。
さらに、入射光パルス列Ｐinの光パルス全幅をパルス周期の１／２以下、あるいは光パルスの半値全幅（ＦＷＨＭ）をパルス周期の１／４以下として、上記した光パルスの重なりを低減するようにしてもよい。
【００２６】
［第３の実施例］
以下に、本発明の第３の実施例について説明する。位相シフトグレーティングは、波長選択ファブリペロー共振器として作用するために、多重反射が発生する。図１０は、入射光パルス列Ｐinに対するＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２による多重反射を模式的に示している。また、図１１は、かかる多重反射による光パルスの干渉を模式的に示している。図１０に示すように、光パルス列Ｐinに対する多重反射により反射光パルス列Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，．．．が生じる。入射光パルス列Ｐinの光強度を１に正規化したとき、反射光強度は、Ｓ１＝Ｒ１，Ｓ２＝（１−Ｒ１）2Ｒ２，Ｓ３＝（１−Ｒ１）2Ｒ１Ｒ２2，．．．と表される。個々の光パルスについて説明すると、図１１に示すように、光パルス列Ｐinの最初の光パルスＰ-１に対して多重反射光パルスＳ１-１，Ｓ２-１，Ｓ３-１，Ｓ４-１，．．．からなる多重反射光パルス列Ｐ-１’が生じる。また、光パルス列Ｐinの２番目の光パルスＰ-２に対して多重反射光パルスＳ１-２，Ｓ２-２，Ｓ３-２，Ｓ４-２，．．．からなる多重反射光パルス列Ｐ-２’が生じる。同様にして、光パルス列Ｐinの各光パルスＰ-３，Ｐ-４，．．．に対しても多重反射光パルスが生じる。これらの多重反射光パルスが互いに干渉してコヒーレンスクロストークが発生する。このコヒーレンスクロストークは、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の反射率が高いほど大きくなる。従って、かかるコヒーレンスクロストークが伝送特性に影響を与えないようにＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の反射率が定められる。例えば、伝送後のパワーペナルティを１ｄＢ以下に抑えるためには、妨害信号強度の主信号強度に対する比が−３０ｄＢ以下、すなわち、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の反射率Ｒ１，Ｒ２が次式を満たすように定めればよい。
【００２７】
Ｒ１×Ｒ２≦１０-3 (５)
この条件を満たすように位相シフトグレーティングＰＳＢＧ２０を形成することによって、高い伝送性能を有する搬送波抑圧光パルス信号を生成するためのグレーティング装置を実現することができる。
［第４の実施例］
図１２は、本発明の第４の実施例であるλ／４位相シフトグレーティングＰＳＢＧ２０を適用した搬送波抑圧光キャリア信号（ＣＳ−ＲＺ信号）生成装置３０の構成を示すブロック図である。
【００２８】
光源３１は、所定周期の光パルス列（ＲＺ信号）を生成する。光源３１は、例えばモードロックレーザ等を用いており、波長（真空中）がλC＝１５５０ｎｍ、光パルス幅（ＦＷＨＭ）が１２．５ｐｓでビットレートが２０Gbit/sのＲＺ光信号を生成する。生成されたＲＺ光信号は、光ファイバ３２を介して光サーキュレータ３３の第１ポートに供給される。当該ＲＺ光信号は、光サーキュレータ３３の第２ポートから出力され、λ／４位相シフト・ファイバグレーティング１０に供給される。λ／４位相シフト・ファイバグレーティング１０において、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２のブラッグ波長はλB＝１５５０ｎｍ、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の長さはそれぞれ２．５ｍｍ、位相シフト部ＰＳ２３の長さは２６７．２ｎｍである。
【００２９】
位相シフト・ファイバグレーティング１０からの反射光パルス列として４０Gbit/sのＣＳ−ＲＺ光信号が得られる。当該ＣＳ−ＲＺ光信号は、光サーキュレータ３３を介して光アンプ（ＯＡ）３５に供給され、増幅される。例えば、光アンプ（ＯＡ）３５は、エルビウムドープ・ファイバアンプ等の光ファイバ増幅器、又は半導体増幅器など種々の光増幅器を用いることができる。光アンプ（ＯＡ）３５によって所定レベルに増幅されたＣＳ−ＲＺ光信号は、出力端３６から出力される。このＣＳ−ＲＺ光信号は搬送波抑圧光信号として用いることができる。また、波長の異なるＣＳ−ＲＺ信号生成装置３０を複数設けることによってＷＤＭ用のキャリア光源として適用することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施例について詳細に説明した。なお、上記した実施例においては、λ／４位相シフトグレーティング２０が２つの均一グレーティングＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２からなる場合について説明したが、これに限らない。図１３に示すように、複数の均一グレーティングＵＢＧ(１)，ＵＢＧ(２)，．．．の各々をλ／４位相シフト部を介して順次結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングの各々をλ／４位相シフト部を介して順次結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングを用いることができる。
【００３１】
また、上記した実施例においては、第１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の長さが同一の場合を例に説明したが、これに限らない。前述のように、ＵＢＧ(２)２２からの反射パルス列の伝播遅延時間、すなわちパルス間隔はＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２のそれぞれの反射中心位置の間隔に応じて調整することができる。一方、グレーティング長Ｌと結合係数κとの積（κＬ）が大きいほどグレーティングの反射率は高くなるので、例えば、後段のグレーティングＵＢＧ(２)２２の長さを光入射側のグレーティングＵＢＧ(１)２１のそれよりも長くすることによりＵＢＧ(２)２２の反射率を高くすることができる。従って、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の両者の結合係数κ、すなわち屈折率変調度を異ならせることなく両者の反射率を調整することができる。あるいは、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の両者の屈折率変調度を異ならせるとともに、グレーティング長を異ならせるようにしてもよい。また、光パルスの広がりを含む光パルス波形等を考慮する場合には、後段のグレーティングＵＢＧ(２)２２の長さを光入射側のグレーティングＵＢＧ(１)２１よりも短くして波形劣化を抑制することができる。
【００３２】
上記した実施例においては、１５５０ｎｍ帯の光パルスを生成する場合について説明したが、この波長帯に限定されない。例えば、１３１０ｎｍ帯などの波長帯に対しても適用が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、挿入損失が小さく、また構成が簡便で、低コストの高性能なグレーティング装置、搬送波抑圧光パルス列生成装置及びその方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位相シフトグレーティングが適用された位相シフト・ファイバグレーティングの構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明による位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）の構成及び光ファイバの導波方向（ｚ方向）における屈折率ｎの変化を模式的に示している。
【図３】λ／４位相シフトグレーティングの反射スペクトルを示す図である。
【図４】位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）のＵＢＧ(１)，ＵＢＧ(２)による入射光の反射を示す図である。
【図５】入射光パルス列Ｐin、ＵＢＧ(１)及びＵＢＧ(２)からの反射光パルス列ＰU1，ＰU2，及び位相シフトグレーティングＰＳＢＧからの反射光パルス列Ｐoutを示す図である。
【図６】入射光パルスＰinとＵＢＧ(１)及びＵＢＧ(２)からの反射光パルスとの光強度の関係を模式的に示す図である。
【図７】入射光パルス列Ｐin、ＵＢＧ(１)及びＵＢＧ(２)からの反射光パルス列ＰU1，ＰU2，及びＰＳＢＧからの反射光パルス列Ｐoutを模式的に示す図である。
【図８】λ／４位相シフト・ファイバグレーティングの軸方向の屈折率変調度を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例である、アポダイズグレーティングからなるλ／４位相シフト・ファイバグレーティングの軸方向の屈折率変調度を模式的に示す図である。
【図１０】入射光パルス列Ｐinに対するＵＢＧ(１)及びＵＢＧ(２)による多重反射を模式的に示す図である。
【図１１】多重反射による光パルスの干渉を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施例であるλ／４位相シフトグレーティングを適用した搬送波抑圧ＣＳ−ＲＺ光信号生成装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】λ／４位相シフト部を介して順次結合された複数の均一グレーティングを有するλ／４位相シフトグレーティングの構成を示す図である。
【主要部分の符号の説明】
１０ λ／４位相シフト・ファイバグレーティング
１１，３２，３４ 光ファイバ
１２ クラッド
１４ コア
２０ 位相シフトブラッググレーティング
２１ 均一ブラッググレーティング(１)
２２ 均一ブラッググレーティング(２)
２３ 位相シフト部
３１ 光源
３３ 光サーキュレータ
３５ 光アンプ
３６ 光出力端
【発明が属する技術分野】
本発明は、搬送波抑圧光パルス列生成方法及び装置並びにグレーティング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大し、伝送速度が毎秒１テラビット（１Ｔbit/s＝１×１０12bit/s）以上の高速・大容量伝送システムが実用化されつつある。このようなテラビット級の伝送速度を実現するためには、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）技術が必要不可欠である。特に、波長間隔を狭めて光搬送波（チャネル）を波長軸上に高密度に配置した、いわゆる高密度ＷＤＭ（ＤＷＤＭ：Dense WDM）システムが注目されている。しかしながら、かかるＤＷＤＭシステムにおいては、隣接チャネル間のスペクトルの重なり（クロストーク）や相互位相変調などの非線形効果により伝送特性が劣化することが問題となっている。
【０００３】
この問題を解決する一つの方法として、従来のＲＺ（Retun-to-Zero）信号に比べて狭いスペクトル帯域幅を有し、非線形効果に対しても良好な耐性を示す搬送波抑圧ＲＺ（ＣＳ−ＲＺ：Carrier Suppressed Retun-to-Zero）信号を用いた伝送システムが注目されている。かかるＣＳ−ＲＺ信号を生成する方法としては、Mach-Zender（ＭＺ）位相変調器を用いる方法、例えば、Ｙ．ミヤモト（Y.Miyamoto）等による「搬送波抑圧リターン−トゥ−ゼロ・パルスフォーマットを用いた、１２０ｋｍの中継器間隔を有する、ゼロ分散平坦ライン３６７ｋｍ超・３２０Gbit/s（8×40Gbit/s）ＷＤＭ伝送（"320Gbit/s(8×40Gbit/s) WDM transmission over 367-km zero-dispersion-flattened line with 120-km repeater spacing using carrier-suppressed return-to-zero pulse format"）」(OAA '99, PDP4, 1999)と題する論文に記載されているものがある。また、他の方法としては、位相シフタ及び遅延線を用いる方法、例えば、小西他による、「Supercontinuum光源による多波長キャリア抑圧ＲＺ信号生成」（信学技報、Vol.101, No.394, OCS2001-69, 2001）と題する論文に記載されているものがある。あるいは、モードロックレーザを用いる方法、例えば、Ｋ．サト（K.Sato）等による「４３Gb/s搬送波抑圧リターン−トゥ−ゼロ・パルス生成のためのモードロックレーザ（"Mode-Locked lasers for 43Gb/s carrier suppressed return-to-zero pulse generation"）」（ECOC '2001, 2001）と題する論文に記載されているものがある。
【０００４】
しかしながら、これらの方法においては、デバイスの挿入損失が大きい、構成が複雑である、又はコストが高い等の問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、挿入損失が小さく、また構成が簡便で、低コストかつ高性能な搬送波抑圧光パルス列生成方法及び装置並びにグレーティング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による光パルス列生成方法は、所定パルス周期を有するソース光パルス列を生成し、実質的に同一のブラッグ周波数を有する複数の均一ピッチグレーティングの各々をλ／４位相シフト部を介して順次結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングを設け、ソース光パルス列をλ／４位相シフトグレーティングの一端から入射せしめるとともにλ／４位相シフトグレーティングからの反射光を導波して反射光パルス列を生成することを特徴としている。
【０００７】
本発明による光パルス列生成装置は、所定パルス周期を有するソース光パルス列を生成する光パルス源と、実質的に同一のブラッグ周波数を有する第１及び第２の均一ピッチグレーティングをλ／４位相シフト部を介して結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングと、λ／４位相シフトグレーティングの長手方向に沿って形成され、ソース光パルス列をλ／４位相シフトグレーティングの一端から入射せしめるとともにλ／４位相シフトグレーティングからの反射光パルス列を導波する光導波路と、を有することを特徴としている。
【０００８】
本発明によるグレーティング装置は、光導波路内にグレーティングが形成されたグレーティング装置であって、グレーティングは、実質的に同一のブラッグ周波数を有する第１及び第２の均一ピッチグレーティングをλ／４位相シフト部を介して結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングであり、第１及び第２の均一ピッチグレーティングのブラッグ波長における第１及び第２の均一ピッチグレーティングの各々の反射率をそれぞれＲ１，Ｒ２としたとき、反射率Ｒ１，Ｒ２は実質的に、
Ｒ１／Ｒ２＝（１−Ｒ１）2
を満たすことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明に用いられる図において、実質的に等価な構成要素には同一の参照符を付している。
［第１の実施例］
図１は、本発明による位相シフトグレーティングが適用された位相シフト・ファイバグレーティング１０の構成を模式的に示す斜視図である。
【００１０】
位相シフト・ファイバグレーティング１０は、クラッド１２及びコア１４からなる光ファイバ１１、及び位相シフトブラッググレーティング（ＰＳＢＧ：Phase Shifted Bragg Grating、以下、単に位相シフトグレーティングともいう）２０を有している。すなわち、光ファイバ１１のコア１４の屈折率を周期的に変化させることにより光ファイバ１１中にブラッグ回折格子が形成されている。この位相シフトグレーティング２０は、後に詳述するように、位相シフト部（ＰＳ：Phase Shift）２３によって所定の間隔をおいて配置された第１及び第２の均一ピッチブラッググレーティング（ＵＢＧ：Unifrom Bragg Grating、以下、単に均一ブラッググレーティング又は均一グレーティングともいう）ＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２からなる。なお、位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０は、位相シフトフェーズマスクを用いて形成した。
【００１１】
図２は、位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０の構成及び光ファイバ１１の長手方向、すなわち導波方向（ｚ軸方向）における屈折率（ｎ）の変化を模式的に示している。図に示すように、第１の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１はＬU1の長さを有し、その屈折率ｎ＝ｎ(ｚ)は一定のピッチ又は周期Λ（グレーティング周期）で変化している。第１の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１は、ブラッグ条件を満たす波長の光のみを選択的に反射する。また、第２の均一グレーティングＵＢＧ(２)２２はＬU2の長さを有し、第１の均一グレーティングと同様にその屈折率ｎ(ｚ)は一定の周期Λ（グレーティング周期）で変化している。位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０は、長さＬPSBGを有している。
【００１２】
第１の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(２)２２は、位相シフト部（ＰＳ）２３によって所定の間隔をおいて配置されている。すなわち、位相シフト部（ＰＳ）２３の長さＬPSは、位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０がλ／４位相シフト構造となるように定められている。つまり、ＰＳＢＧ２０は、λ／４位相シフトグレーティングである。
【００１３】
より具体的には、第１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２の反射波長をλC（真空中における波長）とし、位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０が設けられたファイバ部分における実効屈折率をｎeffとしたとき、位相シフト部ＰＳ２３の長さＬPSは、次式で表される。
ＬPS＝（２ｋ＋１)・λC／４ｎeff (１)
ここで、ｋは０以上の整数（ｋ＝０，１，２，．．．）である。また、右辺のλC／ｎeffは導波路内波長を表す。
【００１４】
図２に示す場合において具体的に説明すると、位相シフト部ＰＳ２３の長さＬPSは第１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２の最も近い同一位相位置（屈折率ｎ(ｚ)の「山」の位置Ａ，Ａ’）間の距離で与えられる。
かかる位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０に光（真空中における波長λC）を入射させた場合、位相シフト部（ＰＳ）２３の長さＬPSを変えることにより第１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２からの反射光の位相差を制御することが可能である。上記したように、位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０をλ／４位相シフト構造とすることで、当該位相差をπとすることができる。このようなλ／４位相シフト構造を有するグレーティングの反射スペクトルは図３に示すように、ブラッグ波長に急峻な反射率の低下域を有する。
【００１５】
なお、均一ブラッググレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２が１次のグレーティングの場合、λ／４の位相シフトはΛ／２（Λはグレーティング周期）に対応するが、１次のグレーティングに限らず、高次のグレーティングを用いることもできる。
また、図２において、第１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２が正弦波状の屈折率分布プロファイルを有する場合について示したが、これに限らない。すなわち、ＵＢＧ(１)２１又はＵＢＧ(２)２２は、一定周期の屈折率変化を有し、ブラッググレーティングとして機能するものであればよい。例えば、矩形波状、三角波状等の屈折率分布プロファイルを有していてもよい。
【００１６】
図４及び図５を参照しつつ、上記した位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）２０を用いた搬送波抑圧ＲＺ（ＣＳ−ＲＺ）信号を生成する原理について以下に説明する。ＰＳＢＧ２０にＰＳＢＧ２０のブラッグ波長と同じ搬送波波長のＲＺ光パルス列が入射された場合、光パルス列の搬送波成分はＰＳＢＧ２０を透過し、反射波には搬送波成分は含まれない。従って、入射光パルス列（Ｐin）は、その一部がＵＢＧ(１)２１によって反射され、その反射光パルス列（ＰU1）は入射光パルス列Ｐinと逆方向に導波される。入射光パルス列ＰinのうちＵＢＧ(１)２１を透過した光はＵＢＧ(２)２２によって反射され、その反射光パルス列（ＰU2）は反射光パルス列ＰU1と同一方向に導波される。この際、図５に示すように、ＵＢＧ(１)２１からの反射光パルス列ＰU1に対し、ＵＢＧ(２)２２からの反射光パルス列ＰU2には位相差及び伝播遅延が生じる。ＰＳＢＧ２０の位相シフトはλ／４（＝π／２）であるので往復での位相差はπである。また、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２のそれぞれの反射中心位置の間隔、あるいはそれらの長さに応じて伝播遅延時間を調整することができる。当該伝播遅延時間が入射光パルス列Ｐinのパルス周期の１／２とするためには、伝播遅延時間をＴｄ、光速をｃとしたとき、第１及び第２の均一グレーティングの反射中心位置間隔Ｄは次式で表される。
【００１７】
Ｄ＝ｃ・Ｔｄ／２ｎeff (２)
この条件を満たすように設計されたＰＳＢＧ２０を用いることによって、λ／４位相シフトグレーティングＰＳＢＧ２０からの反射光パルス列ＰU1、すなわち、ＵＢＧ(１)２１からの反射光パルス列と、位相シフト部ＰＳ２３を介してＵＢＧ(２)２２により反射されかつ位相シフト部ＰＳ２３を経た反射光パルス列ＰU2と、を結合したものは入射光パルス列Ｐinの２倍のビットレートを有し、かつ各光パルスの位相が交互にπずれた光パルス列（Ｐout）となる。従って、ＰＳＢＧ２０からの反射光パルス列Ｐoutは、搬送波抑圧ＲＺ（ＣＳ−ＲＺ）光信号として用いることができる。
【００１８】
次に、ビットレートが２０ギガビット／秒（Gbit/s）のＲＺ光信号から４０Gbit/sのＣＳ−ＲＺ光信号を生成する場合を例にしてより具体的に説明する。図６は、位相シフト・ファイバグレーティング１０に光パルスＰin（真空中における波長λC）が入射したときの、入射光パルスＰinとＵＢＧ(１)及びＵＢＧ(２)からの反射光パルスとの光強度の関係を模式的に示している。均一ブラッググレーティングの反射率Ｒは、グレーティング長Ｌ、光の波長λ、ブラッグ波長λB及び入射光波長間の離調（デチューニング）量δ、光とグレーティングとの結合係数κをパラメータとして定まるが、波長λがブラッググレーティング中心波長に等しいとき（デチューニング量δ＝０）、反射率Ｒは次式で表される。
【００１９】
Ｒ＝ｔａｎｈ2(κＬ） (３)
本実施例においては、入射光パルス列Ｐinの波長（真空中）をλC＝１５５０ナノメートル（ｎｍ）とし、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２のブラッグ波長もまたλB＝１５５０ｎｍとしている。図７(ａ)に示すように、光パルス周期は５０ピコ秒（ｐｓ）、光パルス幅（全幅）は２５ｐｓである。位相シフト部ＰＳ２３を含むファイバ部分の実効屈折率ｎeffは１．４５であり、位相シフト部ＰＳ２３の長さを２６７．２ｎｍとした。また、前述のように、ＵＢＧ(２)２２からの反射光パルスの遅延時間はＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２のそれぞれ反射中心位置の間隔で定まるが、ここではＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の長さＬU1，ＬU2をそれぞれ２．５ミリメートル（ｍｍ）とし（図２を参照）、反射中心位置間隔をを２．５ｍｍとした。また、長さＬU1，ＬU2は、光パルス全幅（２５ｐｓ）に対応する光路長にほぼ等しい。
【００２０】
図８は、位相シフト・ファイバグレーティング１０の軸方向の屈折率変調度Δｎ／ｎ0（ｎ0はグレーティングが形成されていない光ファイバ部分の屈折率）の包絡線を示している。かかる屈折率変調度に応じて前述の結合係数κが変化するため、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の反射率を変化させることができる。なお、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２は、アポダイズされていないグレーティング（非アポダイズグレーティング）である。
【００２１】
入射光パルスＰinの光強度を１に正規化し、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の入射光パルスＰinに対する反射率をそれぞれＲ１，Ｒ２としたとき、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２からの反射光パルスＰU1，ＰU2の光強度はそれぞれＲ１，（１−Ｒ１)2Ｒ２となる（図６）。従って、反射率Ｒ１，Ｒ２が次式、
Ｒ１／Ｒ２＝（１−Ｒ１）2 (４)
を満たすように前述のパラメータを選ぶことによって反射光パルス列ＰU1，ＰU2の光強度を等しくすることができる。本実施例においては、長さＬU1，ＬU2を等しくし、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の屈折率変調度を異ならせることによって反射光パルスＰU1，ＰU2の光強度が等しくなるようにしている。
【００２２】
図７(ｂ)に示すように、この位相シフトグレーティングＰＳＢＧ２０からの反射光のうち、ＵＢＧ(２)２２からの反射光パルス列ＰU2（破線）はＵＢＧ(１)２１からの反射光パルス列ＰU1（一点鎖線）と位相がπずれており、光強度はほぼ等しい。また、各光パルス間の間隔は一定（２５ｐｓ）となっている。これらの反射光パルス列ＰU1，ＰU2の光パルスのパルス幅は反射によって広がり、部分的に重なり合っている。しかしながら、隣接する光パルス間では位相がπずれているために重なり合った光は打ち消し合って、図７(ｃ)に示すような重なりの無い光パルス列（Ｐout）が得られる。従って、この光パルス列Ｐoutは、入射光パルス列Ｐinの２倍のビットレート（４０Gbit/s）を有する搬送波抑圧ＲＺ（ＣＳ−ＲＺ）光信号である。
【００２３】
なお、本実施例においては、反射光パルスＰU1，ＰU2の光強度が等しくなるようにＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の各反射率Ｒ１，Ｒ２を異ならせた場合について説明したが、当該反射率は同じ（すなわち、Ｒ１＝Ｒ２）であってもよい。
［第２の実施例］
図９は、本発明の第２の実施例であるλ／４位相シフトグレーティングＰＳＢＧ２０の屈折率変調度の包絡線を模式的に示している。すなわち、均一グレーティングＵＢＧ(１)２１の屈折率変調度が光ファイバ１１の長手方向の両端側において低減されたグレーティング、すなわちアポダイズされたグレーティングとなっている。均一グレーティングＵＢＧ(２)２２も同様にアポダイズグレーティングとなっている。かかるアポダイズによって、グレーティングの反射パルスの時間拡がりを改善することができる。
【００２４】
上記したように、均一グレーティングＵＢＧ(１)２１，ＵＢＧ(２)２２を非アポダイズグレーティングとしたときには、図７(ｂ)に示すように、隣接する光パルスが位相反転の関係にあるため打ち消し合うが、パワーロスが発生する。このパワーロスを防止するために、均一グレーティングＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の双方をアポダイズグレーティングとしている。
【００２５】
なお、本実施例においては、均一グレーティングＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の双方をアポダイズグレーティングとしたが、いずれか一方のみをアポダイズグレーティングとしてもよい。
さらに、入射光パルス列Ｐinの光パルス全幅をパルス周期の１／２以下、あるいは光パルスの半値全幅（ＦＷＨＭ）をパルス周期の１／４以下として、上記した光パルスの重なりを低減するようにしてもよい。
【００２６】
［第３の実施例］
以下に、本発明の第３の実施例について説明する。位相シフトグレーティングは、波長選択ファブリペロー共振器として作用するために、多重反射が発生する。図１０は、入射光パルス列Ｐinに対するＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２による多重反射を模式的に示している。また、図１１は、かかる多重反射による光パルスの干渉を模式的に示している。図１０に示すように、光パルス列Ｐinに対する多重反射により反射光パルス列Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，．．．が生じる。入射光パルス列Ｐinの光強度を１に正規化したとき、反射光強度は、Ｓ１＝Ｒ１，Ｓ２＝（１−Ｒ１）2Ｒ２，Ｓ３＝（１−Ｒ１）2Ｒ１Ｒ２2，．．．と表される。個々の光パルスについて説明すると、図１１に示すように、光パルス列Ｐinの最初の光パルスＰ-１に対して多重反射光パルスＳ１-１，Ｓ２-１，Ｓ３-１，Ｓ４-１，．．．からなる多重反射光パルス列Ｐ-１’が生じる。また、光パルス列Ｐinの２番目の光パルスＰ-２に対して多重反射光パルスＳ１-２，Ｓ２-２，Ｓ３-２，Ｓ４-２，．．．からなる多重反射光パルス列Ｐ-２’が生じる。同様にして、光パルス列Ｐinの各光パルスＰ-３，Ｐ-４，．．．に対しても多重反射光パルスが生じる。これらの多重反射光パルスが互いに干渉してコヒーレンスクロストークが発生する。このコヒーレンスクロストークは、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の反射率が高いほど大きくなる。従って、かかるコヒーレンスクロストークが伝送特性に影響を与えないようにＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の反射率が定められる。例えば、伝送後のパワーペナルティを１ｄＢ以下に抑えるためには、妨害信号強度の主信号強度に対する比が−３０ｄＢ以下、すなわち、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の反射率Ｒ１，Ｒ２が次式を満たすように定めればよい。
【００２７】
Ｒ１×Ｒ２≦１０-3 (５)
この条件を満たすように位相シフトグレーティングＰＳＢＧ２０を形成することによって、高い伝送性能を有する搬送波抑圧光パルス信号を生成するためのグレーティング装置を実現することができる。
［第４の実施例］
図１２は、本発明の第４の実施例であるλ／４位相シフトグレーティングＰＳＢＧ２０を適用した搬送波抑圧光キャリア信号（ＣＳ−ＲＺ信号）生成装置３０の構成を示すブロック図である。
【００２８】
光源３１は、所定周期の光パルス列（ＲＺ信号）を生成する。光源３１は、例えばモードロックレーザ等を用いており、波長（真空中）がλC＝１５５０ｎｍ、光パルス幅（ＦＷＨＭ）が１２．５ｐｓでビットレートが２０Gbit/sのＲＺ光信号を生成する。生成されたＲＺ光信号は、光ファイバ３２を介して光サーキュレータ３３の第１ポートに供給される。当該ＲＺ光信号は、光サーキュレータ３３の第２ポートから出力され、λ／４位相シフト・ファイバグレーティング１０に供給される。λ／４位相シフト・ファイバグレーティング１０において、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２のブラッグ波長はλB＝１５５０ｎｍ、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の長さはそれぞれ２．５ｍｍ、位相シフト部ＰＳ２３の長さは２６７．２ｎｍである。
【００２９】
位相シフト・ファイバグレーティング１０からの反射光パルス列として４０Gbit/sのＣＳ−ＲＺ光信号が得られる。当該ＣＳ−ＲＺ光信号は、光サーキュレータ３３を介して光アンプ（ＯＡ）３５に供給され、増幅される。例えば、光アンプ（ＯＡ）３５は、エルビウムドープ・ファイバアンプ等の光ファイバ増幅器、又は半導体増幅器など種々の光増幅器を用いることができる。光アンプ（ＯＡ）３５によって所定レベルに増幅されたＣＳ−ＲＺ光信号は、出力端３６から出力される。このＣＳ−ＲＺ光信号は搬送波抑圧光信号として用いることができる。また、波長の異なるＣＳ−ＲＺ信号生成装置３０を複数設けることによってＷＤＭ用のキャリア光源として適用することができる。
【００３０】
以上、本発明の実施例について詳細に説明した。なお、上記した実施例においては、λ／４位相シフトグレーティング２０が２つの均一グレーティングＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２からなる場合について説明したが、これに限らない。図１３に示すように、複数の均一グレーティングＵＢＧ(１)，ＵＢＧ(２)，．．．の各々をλ／４位相シフト部を介して順次結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングの各々をλ／４位相シフト部を介して順次結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングを用いることができる。
【００３１】
また、上記した実施例においては、第１及び第２の均一グレーティングＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の長さが同一の場合を例に説明したが、これに限らない。前述のように、ＵＢＧ(２)２２からの反射パルス列の伝播遅延時間、すなわちパルス間隔はＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２のそれぞれの反射中心位置の間隔に応じて調整することができる。一方、グレーティング長Ｌと結合係数κとの積（κＬ）が大きいほどグレーティングの反射率は高くなるので、例えば、後段のグレーティングＵＢＧ(２)２２の長さを光入射側のグレーティングＵＢＧ(１)２１のそれよりも長くすることによりＵＢＧ(２)２２の反射率を高くすることができる。従って、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の両者の結合係数κ、すなわち屈折率変調度を異ならせることなく両者の反射率を調整することができる。あるいは、ＵＢＧ(１)２１及びＵＢＧ(２)２２の両者の屈折率変調度を異ならせるとともに、グレーティング長を異ならせるようにしてもよい。また、光パルスの広がりを含む光パルス波形等を考慮する場合には、後段のグレーティングＵＢＧ(２)２２の長さを光入射側のグレーティングＵＢＧ(１)２１よりも短くして波形劣化を抑制することができる。
【００３２】
上記した実施例においては、１５５０ｎｍ帯の光パルスを生成する場合について説明したが、この波長帯に限定されない。例えば、１３１０ｎｍ帯などの波長帯に対しても適用が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、挿入損失が小さく、また構成が簡便で、低コストの高性能なグレーティング装置、搬送波抑圧光パルス列生成装置及びその方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による位相シフトグレーティングが適用された位相シフト・ファイバグレーティングの構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明による位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）の構成及び光ファイバの導波方向（ｚ方向）における屈折率ｎの変化を模式的に示している。
【図３】λ／４位相シフトグレーティングの反射スペクトルを示す図である。
【図４】位相シフトグレーティング（ＰＳＢＧ）のＵＢＧ(１)，ＵＢＧ(２)による入射光の反射を示す図である。
【図５】入射光パルス列Ｐin、ＵＢＧ(１)及びＵＢＧ(２)からの反射光パルス列ＰU1，ＰU2，及び位相シフトグレーティングＰＳＢＧからの反射光パルス列Ｐoutを示す図である。
【図６】入射光パルスＰinとＵＢＧ(１)及びＵＢＧ(２)からの反射光パルスとの光強度の関係を模式的に示す図である。
【図７】入射光パルス列Ｐin、ＵＢＧ(１)及びＵＢＧ(２)からの反射光パルス列ＰU1，ＰU2，及びＰＳＢＧからの反射光パルス列Ｐoutを模式的に示す図である。
【図８】λ／４位相シフト・ファイバグレーティングの軸方向の屈折率変調度を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例である、アポダイズグレーティングからなるλ／４位相シフト・ファイバグレーティングの軸方向の屈折率変調度を模式的に示す図である。
【図１０】入射光パルス列Ｐinに対するＵＢＧ(１)及びＵＢＧ(２)による多重反射を模式的に示す図である。
【図１１】多重反射による光パルスの干渉を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施例であるλ／４位相シフトグレーティングを適用した搬送波抑圧ＣＳ−ＲＺ光信号生成装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】λ／４位相シフト部を介して順次結合された複数の均一グレーティングを有するλ／４位相シフトグレーティングの構成を示す図である。
【主要部分の符号の説明】
１０ λ／４位相シフト・ファイバグレーティング
１１，３２，３４ 光ファイバ
１２ クラッド
１４ コア
２０ 位相シフトブラッググレーティング
２１ 均一ブラッググレーティング(１)
２２ 均一ブラッググレーティング(２)
２３ 位相シフト部
３１ 光源
３３ 光サーキュレータ
３５ 光アンプ
３６ 光出力端
Claims (19)
- 光パルス列生成方法であって、
所定パルス周期を有するソース光パルス列を生成し、実質的に同一のブラッグ周波数を有する複数の均一ピッチグレーティングの各々をλ／４位相シフト部を介して順次結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングを設け、
前記ソース光パルス列を前記λ／４位相シフトグレーティングの一端から入射せしめるとともに前記λ／４位相シフトグレーティングからの反射光を導波して反射光パルス列を生成することを特徴とする光パルス列生成方法。 - 前記複数の均一ピッチグレーティングは、前記反射光パルス列のパルス間隔が実質的に一定となるような間隔で配されていることを特徴とする請求項１記載の光パルス列生成方法。
- 前記複数の均一ピッチグレーティングの各々の反射率は、前記反射光パルス列の光パルス強度が実質的に均一となるように定められていることを特徴とする請求項１記載の光パルス列生成方法。
- 前記複数の均一ピッチグレーティングの各々の長さは、前記ソース光パルス列の光パルス時間幅に対応する光路長以下であることを特徴とする請求項１記載の光パルス列生成方法。
- 前記ソース光パルス列の光パルス全幅は前記所定パルス周期の１／２以下であることを特徴とする請求項１記載の光パルス列生成方法。
- 光パルス列生成装置であって、
所定パルス周期を有するソース光パルス列を生成する光パルス源と、
実質的に同一のブラッグ周波数を有する第１及び第２の均一ピッチグレーティングをλ／４位相シフト部を介して結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングを内部に有するとともに前記λ／４位相シフトグレーティングが導波方向に形成された光導波路と、を有し、
前記光導波路は、前記ソース光パルス列を前記λ／４位相シフトグレーティングの一端から入射せしめるとともに前記λ／４位相シフトグレーティングからの反射光パルス列を導波することを特徴とする光パルス列生成装置。 - 前記第１及び第２の均一ピッチグレーティングは、前記反射光パルス列のパルス間隔が実質的に一定となるような間隔で配されていることを特徴とする請求項６記載の光パルス列生成装置。
- 前記第１及び第２の均一ピッチグレーティングの各々の反射率は、前記反射光パルス列の各光パルスの強度が実質的に均一となるように定められていることを特徴とする請求項６記載の光パルス列生成装置。
- 前記第１及び第２の均一ピッチグレーティングの各々の長さは、前記ソース光パルス列の光パルス時間幅に対応する光路長以下であることを特徴とする請求項６記載の光パルス列生成装置。
- 前記ソース光パルス列の光パルス全幅は前記所定パルス周期の１／２以下であることを特徴とする請求項６記載の光パルス列生成装置。
- 前記第１及び第２の均一ピッチグレーティングの前記ソース光パルス列に対する反射率をそれぞれＲ１，Ｒ２としたとき、前記反射率Ｒ１，Ｒ２は実質的に、
Ｒ１／Ｒ２＝（１−Ｒ１）2
を満たすことを特徴とする請求項６記載の光パルス列生成装置。 - 前記第１及び第２の均一ピッチグレーティングのうち少なくとも１つはアポダイズグレーティングであることを特徴とする請求項６記載の光パルス列生成装置。
- 前記第１及び第２の均一ピッチグレーティングの前記ソース光パルス列に対する反射率をそれぞれＲ１，Ｒ２としたとき、前記反射率Ｒ１，Ｒ２は実質的に、
Ｒ１×Ｒ２≦１０-3
を満たすことを特徴とする請求項６記載の光パルス列生成装置。 - 前記光導波路は光ファイバであることを特徴とする請求項６記載の光パルス列生成装置。
- 前記光導波路は平面チャネル型光導波路であることを特徴とする請求項６記載の光パルス列生成装置。
- 光導波路内にグレーティングが形成されたグレーティング装置であって、
前記グレーティングは、実質的に同一のブラッグ周波数を有する第１及び第２の均一ピッチグレーティングをλ／４位相シフト部を介して結合して形成されたλ／４位相シフトグレーティングであり、
前記第１及び第２の均一ピッチグレーティングのブラッグ波長における前記第１及び第２の均一ピッチグレーティングの各々の反射率をそれぞれＲ１，Ｒ２としたとき、前記反射率Ｒ１，Ｒ２は実質的に、
Ｒ１／Ｒ２＝（１−Ｒ１）2
を満たすことを特徴とするグレーティング装置。 - 前記第１及び第２の均一ピッチグレーティングのうち少なくとも１つはアポダイズグレーティングであることを特徴とする請求項１６記載のグレーティング装置。
- 前記光導波路は光ファイバであることを特徴とする請求項１６記載のグレーティング装置。
- 前記光導波路は平面チャネル型光導波路であることを特徴とする請求項１６記載のグレーティング装置。
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