JP4141664B2 - 音響光学チューナブルフィルタを用いた多波長光源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長の異なる複数の光を発生する多波長光源に関し、特に、音響光学チューナブルフィルタ（acousto-optic tunable filter；ＡＯＴＦ）を利用して任意の波長の光を安定して発生する多波長光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及などによる爆発的な通信容量の増大に伴い、波長多重（ＷＤＭ）光通信システムの導入が進められており、通信波長の高密度化、広帯域化などにより、ＷＤＭ光通信システムの伝送容量は今や毎秒１テラビットの域にまで達している。このような高密度なＷＤＭ光通信システムを構築するためには、ＷＤＭ信号光の波長数に応じた台数の光源が必要となり、コストの面で大きな課題となることから、安価な多波長光源への期待が高まっている。なかでも希土類元素ドープファイバを用いた多波長発振レーザなどは、構成が簡単なため早くから研究されてきた。
【０００３】
従来の多波長発振レーザとしては、例えば図１６に示すように、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）を利用した光ファイバ増幅器とエタロンなどの周期フィルタとを組み合わせることでさまざまな形態の多波長光源が試されてきた。しかし、このような多波長発振レーザの場合、図１７に示すようなＥＤＦの持つ広い均一幅のために、モード間での競合が起こり、安定した多波長発振は得られないという欠点があった。従来、エルビウムドープファイバを用いて安定な多波長発振を得るためには、エルビウムドープファイバを冷却して、均一幅を狭くする方法が用いられてきた。
【０００４】
また、例えば、文献H.Sasamori et al., "Multi-wavelength Erbium-doped Fiber Ring Light Source with Fiber Grating", Technical Digest of Optical Amplifiers and Their Applications (OAA'97), paper WC3, pp.235-238, 1997.、文献A. Bellemare et al., "Multifrequency erbium-doped fiber ring lasers anchored on the ITU frequency grid", Optical Fiber Conference (OFC'99), paper TuB5, pp.16-18, 1999.、文献Seung-Kwan Kim et al., "Wideband multiwavelength erbium-doped fiber lasers", Optical Fiber Conference (OFC 2000), paper ThA3, 2000.などにおいては、エルビウムドープファイバを用いて室温で多波長発振を実現するために、周波数シフタを利用する技術が提案されている。具体的には、例えば図１８に示すように、音響光学効果を用いた周波数シフタ（acousto-optic frequency shifter；ＡＯＦＳ）を共振器内に挿入するもので、共振器内を周回する光の周波数を毎回少しずつシフトさせることで、単一波長での安定発振を妨げ、その結果、モード間競合なく多波長の同時発振を得るというものである。なお、音響光学効果を用いた周波数シフタは、ブラッグ（Bragg）反射などを利用することによる全波長の一括変換を行うものである。
【０００５】
このような周波数シフタを利用した多波長光源の場合、各波長に対する、エルビウムドープファイバの利得の違いおよび共振器損失の差などから、多波長発振時の各波長におけるピークパワーにバラツキが生じ、これを補正するデバイスが必要となる。このため、従来の多波長光源では、例えば図１９に示すように、エルビウムドープファイバとエタロンなどの周期フィルタのほかに、それぞれの波長に対応した可変減衰器などを用いたイコライザを導入することで、光強度分布の平坦化が図られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の多波長光源は、構成が複雑であり、かつ、各波長での光パワーの調整も難しいという欠点がある。また、周期フィルタの特性が固定であるため、任意の波長の発振を得ることはできないという問題もある。
【０００７】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、簡略な構成により任意の波長の複数の発振光を安定して発生することができる多波長光源を提供することを目的とする。また、各波長の光パワーの調整や波長の切り換えなどを高速かつ容易に行うことが可能な多波長光源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の多波長光源は、共振器の光路上に光増幅器を備え、共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光を発生する多波長光源において、共振器の光路上に音響光学チューナブルフィルタを備え、その音響光学チューナブルフィルタが、周波数の異なる複数の弾性表面波の周波数に対応して、入力光のうちから複数の波長の光を選択し、かつ、モード変換時のドップラーシフトにより各選択光の周波数をシフトさせて光路に出力するものである。
【０００９】
従来、多波長光源を実現するために用いられてきた音響光学周波数シフタ（ＡＯＦＳ）は、前述したように、ブラッグ反射などを利用するものであり、全帯域の光の周波数を一括してシフトさせる機能を持つ。一方、本発明の多波長光源で用いる音響光学チューナブルフィルタは、ＴＥ／ＴＭモードの変換を利用したものであり、強い波長選択性を持つ。また、音響光学チューナブルフィルタにおける周波数シフトは、それぞれの選択光に対して独立に働き、対応する弾性表面波の周波数だけシフトさせるという特徴がある。
【００１０】
このような音響光学チューナブルフィルタを用いた多波長光源によれば、音響光学チューナブルフィルタで選択された複数の波長の光が共振器内を伝搬するようになり、また、各選択光に生じる周波数シフトにより共振器内での単一モードの発振が抑えられ、その結果モード間競合なく多波長の光の発振が実現されるようになる。
【００１１】
さらに、従来の多波長光源は、得られる光波長は固定であったのに対し、本発明の多波長光源は、音響光学チューナブルフィルタに印加するＲＦ信号の周波数等に応じて、任意の多波長での動作が可能であり、また、必要な波長数や波長のスイッチングも非常に高速に行うことができるようになる。
また、上記の多波長光源の具体的な構成として、共振器がリング共振器またはファブリ・ペロー共振器であってもよい。リング共振器の場合には、光路上に光アイソレータを有する単一方向性の構成とすることで、より安定した多波長発振が実現されるようになる。さらに、上記多波長光源は、共振器の光路上に、周期的な透過波長特性を持つ光フィルタを備えるようにしてもよい。光フィルタを設けることで、より狭帯域の多波長発振光を得ることが可能になると共に、離散的な波長グリッド上で任意の多波長発振が可能な光源が実現されるようになる。
【００１２】
このような多波長光源については、共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光について、各々の光パワーを制御する光パワー制御部を備えるようにする。この光パワー制御部は、具体的には、音響光学チューナブルフィルタで発生する周波数の異なる複数の弾性表面波の各強度を変化させることによって各波長の出力光レベルが平坦化されるように、各波長の光パワーを制御するものとする。当該光パワー制御部は、複数の波長の光のパワーを検出するモニタ部の検出結果や、発振波長の組み合わせに応じて予め求めた補正値に従って、各波長の光パワーを制御するようにしてもよい。
【００１３】
このような光パワー制御部を設けることにより、各発振波長の光パワーを制御することが可能になり、特に、音響光学チューナブルフィルタにおける弾性表面波の強度を制御するようにすれば、各波長の光パワーの高速チューニングが可能になる。
上述した多波長光源について、音響光学チューナブルフィルタは、複数の音響光学チューナブルフィルタ要素を、各々の音響光学チューナブルフィルタ要素における選択光の周波数シフトの和が零にならないように多段接続したものであってもよい。このような多段構成の音響光学チューナブルフィルタを用いることで、選択される光の帯域幅を狭くすると同時に、サイドローブを抑えることが可能になり、良好なフィルタ特性が得られるようになる。
【００１４】
また、上述の多波長光源を用いて１波の動作を実現することも可能であるが、上述の多波長光源では周波数シフトを利用して単一モード発振を抑えているため、原理的に１波での動作は不安定となる。１波での発振を得るためには、共振器内で周波数シフトがない方が望ましく、例えば、２段構成の音響光学チューナブルフィルタを用いることで周波数シフトはキャンセルできる。しかし、周波数シフトをキャンセルした場合、単一モードでの安定した発振を得ることはできるが、今度は複数波長での動作が難しくなるか、若しくは、できなくなる。
【００１５】
そこで、単一波長動作と多波長動作とを電気的に切り換えて実現するための構成として、上述した多波長光源の音響光学チューナブルフィルタは、複数の音響光学チューナブルフィルタ要素を多段接続した構成を有し、各音響光学チューナブルフィルタ要素を選択的に駆動することによって、駆動した音響光学チューナブルフィルタ要素における選択光の周波数シフトが、零にならない多波長発振状態と、零になる単一波長発振状態とを切り換えることが可能であるようなものとする。このような音響光学チューナブルフィルタを用いれば、多波長での発振動作と単一波長での発振動作とを電気的に切り換えることが可能な光源を実現することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１は、本発明にかかる音響光学チューナブルフィルタを用いた多波長光源の第１の基本構成を示す平面図である。
【００１７】
図１において、第１の基本構成を備えた多波長光源は、光増幅器１と、弾性表面波によるＴＥ／ＴＭモード変換に基づいて波長選択を行うことが可能な音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）２とを環状に光接続したリング共振器の形態を有し、複数の波長の光を出力カプラ３を介して外部に出力する。
光増幅器１は、所要の波長帯域の光を増幅することが可能な一般的な光増幅器である。具体的には、例えば、希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器や半導体光増幅器などの公知の光増幅デバイスを使用することが可能である。
【００１８】
ＡＯＴＦ２は、例えば、１つの基板２０上に、光導波路２１、櫛形電極（Interdigital Transducer：ＩＤＴ）２２、ＳＡＷガイド２３およびモード分岐器２４，２５をそれぞれ形成したものである。
光導波路２１は、入力ポート２６および出力ポート２７が両端にそれぞれ設けられ、入力ポート２６を介して入射される光増幅器１からの出力光を出力ポート２７に向けて伝搬する。
【００１９】
ＩＤＴ２２は、ＲＦ信号生成回路２８で生成された周波数ｆ1，ｆ2，…，ｆnの各ＲＦ信号が印加され、各々のＲＦ信号に応じた弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を発生する。ＩＤＴ２２で発生した弾性表面波は、ＳＡＷガイド２３に沿って基板２０の表面を伝搬する。図１の一例では、ＩＤＴ２２が入力ポート２６側に配置されると共に、そのＩＤＴ２２から出力ポート２７側に向けて光導波路２１に概ね沿うようにＳＡＷガイド２３が設けられ、光導波路２１内の光の伝搬方向に対して弾性表面波が同じ方向（順方向）に伝搬するような構成としている。ただし、ここではＳＡＷガイド２３の長手方向が、光導波路２１の光軸に対して所要量だけ傾くように設定し、弾性表面波の伝搬軸と光軸とが斜角に交差するような構成を採用して、光が感じる弾性表面波の強度について長手方向に重み付けを行うことで、ＡＯＴＦの透過波長特性についてサイドローブレベルの抑圧を図っている。
【００２０】
モード分岐器２４は、例えば、入力ポート２６およびＩＤＴ２２の間に位置する光導波路２１上に挿入され、入力される光についてＴＥモードおよびＴＭモードの一方の成分のみを透過する。モード分岐器２５は、例えば、ＳＡＷガイド２３の出力側端部および出力ポート２７の間に位置する光導波路２１上に挿入され、入力される光についてモード分岐器２４の透過モードとは異なる他方のモード成分のみを透過する。
【００２１】
出力カプラ３は、例えば、ＡＯＴＦ２の出力ポート２７に接続され、リング共振器内を周回する光の一部を分岐して外部に出力するものである。なお、ここでは、ＡＯＴＦ２の出力ポート２７と光増幅器１の入力ポートとの間に出力カプラ３を挿入するようにしたが、出力カプラ３の配置はこれに限られるものではなく、リング共振器内の光路上の任意の位置に出力カプラ３を設けることが可能である。
【００２２】
次に、第１の基本構成を備えた多波長光源の動作について説明する。
本多波長光源では、励起状態にされた光増幅器１で発生する自然放出（amplified spontaneous emission：ＡＳＥ）光がＡＯＴＦ２の入力ポート２６に入射される。ＡＯＴＦ２に入力された光は、モード分岐器２４によってＴＥモード（またはＴＭモード）の光のみが分岐され、光導波路２１のＩＤＴ２２およびＳＡＷガイド２３が位置する部分（以下、モード結合部とする）に導かれる。
【００２３】
モード結合部では、ＩＤＴ２２によって誘起された弾性表面波がＳＡＷガイド２３に沿って伝搬し、光導波路２１内を伝搬する光と結合することで、弾性表面波の周波数に対応した波長の光（以下、選択光とする）のみがＴＥモードからＴＭモードに（またはＴＭモードからＴＥモードに）変換される。ここでは、ＩＤＴ２２に印加される周波数ｆ1〜ｆnのＲＦ信号に応じてｎ個の波長の選択光がモード変換を受けることになる。
【００２４】
また、上記のモード変換時には、各選択光の周波数が、ドップラーシフトによって、対応する弾性表面波の周波数だけ変化する。この選択光の周波数シフトの方向は、次の表１に示すように、モード変換の方向と弾性表面波および光の相対的な伝搬方向とに依存することが知られている。
【００２５】
【表１】
【００２６】
なお、表中のｆは周波数のシフト量であり、その正負の符号によってシフト方向を表している。ここでは、弾性表面波および光が順方向に伝搬するので、ＴＥモードからＴＭモードへの変換が生じる場合には、選択光の周波数が＋ｆだけシフトし、ＴＭモードからＴＥモードへの変換が生じる場合には、選択光の周波数が−ｆだけシフトすることになる。
【００２７】
そして、ＡＯＴＦ２の出力側に位置するモード分岐器２５では、モード変換およびドップラーシフトを受けた各波長の選択光のみが分岐され、モード分岐器２５を通過した各選択光が出力ポート２７から出力される。ＡＯＴＦ２からの出力光は、出力カプラ３を介して光増幅器１に帰還されて増幅された後に、ＡＯＴＦ２に再び送られる。
【００２８】
これにより、ＡＯＴＦ２においてＲＦ信号の周波数ｆ1〜ｆnに応じて選択されたｎ個の波長の光がリング共振器内を周回するようになり、また、各選択光についてＡＯＴＦ２で発生するドップラーシフトにより、リング共振器内での単一モードの発振が抑えられて、多波長の光の発振が実現されるようになる。
上記のように第１の基本構成を備えた多波長光源は、上述の図１６および図１８に示したような従来の構成における周期フィルタおよび周波数シフタに相当する双方の機能を１つのＡＯＴＦ２によって実現できるため、簡略な構成によって安定した多波長発振が可能になる。また、多波長光源の出力光波長は、ＡＯＴＦ２のＩＤＴ２２に印加するＲＦ信号の周波数に応じて適宜に設定できるため、任意の波長の複数の発振光を得ることが可能である。
【００２９】
次に、本発明にかかるＡＯＴＦを用いた多波長光源の第２の基本構成について説明する。
図２は、上記第２の基本構成を備えた多波長光源を示す平面図である。
図２において、本多波長光源は、光増幅器１およびＡＯＴＦ２の各一端を光学的に互いに接続し、かつ、光増幅器１およびＡＯＴＦ２の他端に反射部４，５をそれぞれ形成したファブリ・ペロー共振器の形態を有し、複数の波長の光を反射部５を介して外部に出力する。
【００３０】
光増幅器１およびＡＯＴＦ２は、前述した第１の基本構成の場合と同様の構成である。光増幅器１側に形成される反射部４は、光増幅器１の他端から出射される光を全反射し、その反射光を光増幅器１に戻すものである。ＡＯＴＦ２側に形成される反射部５は、ＡＯＴＦ２の他端から出射される光を高い反射率で反射し、その反射光をＡＯＴＦ２に戻すと共に、透過光をファブリ・ペロー共振器の外部に出力する。
【００３１】
なお、図２には、光増幅器１およびＡＯＴＦ２を一体化した構成を一例として示した。このような構成は、具体的には、例えば広い均一幅を持つような半導体光増幅器（ＳＯＡ）等を光増幅器１として用いることにより、ＡＯＴＦ２との一体化を図ることが可能である。ただし、本発明の第２の基本構成は、上記の一例に限られるものではなく、個別に用意した光増幅器１およびＡＯＴＦ２の各一端を互いに光接続しても構わない。
【００３２】
上記のようなファブリ・ペロー共振器の形態を有する多波長光源では、第１の基本構成の場合と同様にして光増幅器１で発生する自然放出光がＡＯＴＦ２の一端から入射され、モード変換およびドップラーシフトを受けたｎ個の波長の選択光がモード分岐器２５を通過してＡＯＴＦ２の他端から出力される。ＡＯＴＦ２の他端に達した各選択光は、反射部５によってその大部分が反射されてＡＯＴＦ２に戻される。そして、反射部５からの反射光は、モード分岐器２５を通過してモード結合部に送られ、モード変換およびドップラーシフトを再び受けた後、モード分岐器２４を通過してＡＯＴＦ２の一端から光増幅器１に出力される。
【００３３】
ここで、ＡＯＴＦ２を往復する光が受けるモード変換およびドップラーシフトについて具体的に説明する。
例えば、光増幅器１側に位置するモード分岐器２４がＴＥモードを分岐し、反射部５側に位置するモード分岐器２５がＴＭモードを分岐するように設定された場合を考えると、光増幅器１からＡＯＴＦ２に入力された光は、弾性表面波の伝搬方向に対して順方向にモード結合部を伝搬し、弾性表面波の周波数に対応した各波長の光がＴＥモードからＴＭモードに変換される。このモード変換の際に生じるドップラーシフトは、前述の表１に示したように選択光の周波数を＋ｆだけシフトさせる。ＴＭモードに変換され＋ｆのドップラーシフトを受けた各選択光は、モード分岐器２５を通過して反射部５で反射され、ＴＭモードを維持したままＡＯＴＦ２に戻されてモード分岐器２５を再び通過する。モード分岐器２５を通過したＴＭモードの戻り光は、弾性表面波の伝搬方向に対して逆方向にモード結合部を伝搬し、弾性表面波の周波数に対応した各波長の光がＴＭモードからＴＥモードに再度変換される。この２度目のモード変換の際に生じるドップラーシフトは、前述の表１に示したように選択光の周波数を＋ｆだけシフトさせる。そして、ＴＥモードに再変換され＋ｆのドップラーシフトを２度受けた各選択光は、モード分岐器２４を通過して光増幅器１に送られる。
【００３４】
このようにＡＯＴＦ２を往復して選択される光は、モード変換時に同じ方向のドップラーシフトを受けるため、周波数シフトがキャンセルされることはない。したがって、ファブリ・ペロー共振器の形態におけるＡＯＴＦ２についても、従来の構成における周波数シフタに相当する機能が実現される。
上記のようにＡＯＴＦ２を往復して選択された各波長の光は、光増幅器１に入力され反射部４で全反射されて光増幅器１を往復する間に増幅された後に、ＡＯＴＦ２に再び送られる。これにより、ＡＯＴＦ２においてＲＦ信号の周波数ｆ1〜ｆnに応じて選択されたｎ個の波長の光がファブリ・ペロー共振器内を往復するようになり、また、各選択光についてＡＯＴＦ２で発生するドップラーシフトにより、ファブリ・ペロー共振器内での単一モードの発振が抑えられて、多波長の光の発振が実現されるようになる。
【００３５】
このように第２の基本構成を備えた多波長光源についても、上述した第１の基本構成の場合の効果と同様に、安定した多波長発振が簡略な構成によって可能になり、任意の波長の複数の発振光を得ることができる。
なお、上記第２の基本構成では、ＡＯＴＦ２の他端に所要の反射率を持つ反射部５を形成するようにしたが、この反射部５については、例えば図３に示すように、ＡＯＴＦ２の選択波長帯域に対応した反射特性を持つ長周期グレーティング５’をＡＯＴＦ２の端部の導波路上に形成するようにしてもよい。
【００３６】
次に、本発明にかかるＡＯＴＦを用いた多波長光源の具体的な実施形態について説明する。以下の実施形態では、上述した第１の基本構成を備えた多波長光源について具体的に説明を行うことにする。第２の基本構成を備えた多波長光源については、第１の基本構成の場合と同様にして具体的な実施形態を考えることができるため、ここでの説明を省略する。
【００３７】
図４は、本発明にかかる多波長光源の実施形態（１）の構成を示す平面図である。
図４において、実施形態（１）の多波長光源は、上述の図１に示した第１の基本構成について、例えば、光増幅器１としてエルビウムドープ光ファイバアンプ（ＥＤＦＡ）１０を用いると共に、リング共振器の光路上に、周期フィルタ６０および光アイソレータ６１を挿入したものである。なお、ＡＯＴＦ２および出力カプラ３は、第１の基本構成で説明した構成と同様である。
【００３８】
ＥＤＦＡ１０は、例えば、リング共振器の光路上に接続されたエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）１１と、所要の波長の励起光を発生する励起光源１２と、ＥＤＦ１１に励起光を供給するためのＷＤＭカプラ１３とを有する。このＥＤＦＡ１０は、ＡＯＴＦ２における選択光の波長帯域よりも広い増幅帯域を持つものとする。なお、光増幅器１として使用可能なＥＤＦＡの構成は、上記の一例に限られるものではなく、周知のＥＤＦＡを光増幅器１として適用することが可能である。
【００３９】
周期フィルタ６０は、例えば図５の下段に示すような、離散的な波長グリッドに対応した透過波長特性を有する光フィルタである。周期フィルタ６０の周期的な透過帯の各帯域幅は、ＡＯＴＦ２で選択される光の帯域幅よりも狭くなるように設定されている。具体的には、例えばＩＴＵに規定された波長グリッドに応じて設計された狭い帯域幅を有するファブリ・ペローエタロンなどを使用することが可能である。この周期フィルタ６０は、ここでは、ＥＤＦＡ１０の出力端とＡＯＴＦ２の入力ポートとの間の光路上に挿入されるものとする。ただし、周期フィルタ６０の挿入箇所は上記の位置に限定されるものではなく、リング共振器の光路上の任意の位置に挿入することが可能である。
【００４０】
光アイソレータ６１は、光を一方向にのみ通過させるものである。この光アイソレータ６１は、ここでは出力カプラ３とＥＤＦＡ１０の入力端との間の光路上に挿入されるものとする。ただし、光アイソレータ６１の挿入箇所は上記の位置に限定されるものではなく、リング共振器の光路上の任意の位置に挿入することが可能である。
【００４１】
このような構成を備えた実施形態（１）の多波長光源では、リング共振器内に周期フィルタ６０を挿したことで、ＡＯＴＦ２およびＥＤＦＡ１０によって選択および増幅される各波長の発振光を狭帯域化することができると共に、周期フィルタ６０の周期的な透過波長特性に対応した任意の波長における複数の光の発振が可能になる。例えば、ＡＯＴＦ２において周波数ｆ1〜ｆ4のＲＦ信号をＩＤＴ２２に印加し、４つの波長の光を選択して発振させようとした場合、各ＲＦ信号の周波数ｆ1〜ｆ4を周期フィルタ６０の透過波長特性に対応させて適宜に設定することで、図５の上段に示すように、所要の波長グリッド上における任意の４波の光を選択的に発振させて出力することが可能になる。
【００４２】
さらに、リング共振器内に光アイソレータ６１を挿入したことによって、一方向性の共振器が構成されるため、より安定した多波長発振を実現することが可能になる。
次に、本発明にかかる多波長光源の実施形態（２）について説明する。
上記実施形態（１）の多波長光源では、ＥＤＦＡ１０の利得波長特性やリング共振器内の光部品の損失波長特性によって、図５の上段に示したように、各波長の出力光のレベルにバラツキが生じてしまうことが考えられる。そこで、実施形態（２）では、上記のような出力光レベルの偏差を補正して、レベルの揃った多波長の光を出力できるようにした応用例について考えることにする。
【００４３】
図６は、実施形態（２）の構成を示す平面図である。
図６において、本多波長光源は、図４に示した実施形態（２）の構成について、出力カプラ３によりリング共振器の外部に取り出された各波長の出力光のレベルを検出するモニタ６２を設け、そのモニタ６２における検出結果に基づいて、各波長の出力光レベルが平坦化されるように、ＡＯＴＦ２における周波数ｆ1〜ｆ4の各ＲＦ信号の強度（振幅）をそれぞれ制御するようにしたものである。
【００４４】
上記のような多波長光源では、各波長の出力光レベルを基に各ＲＦ信号の振幅がフィードバック制御されることで、各々のＲＦ信号に従って発生する各弾性表面波の強度が変化し、ＡＯＴＦ２で選択される各波長の光のレベルが対応する弾性表面波の強度に応じて調整される。これにより、リング共振器内で発振する各波長の光レベルが平坦化され、レベルの揃った多波長の光が出力カプラ３を介して外部に出力されるようになる。
【００４５】
このように実施形態（２）の多波長光源によれば、上述の図１９に示したような従来の構成におけるイコライザに相当する機能を、ＡＯＴＦ２の各ＲＦ信号の振幅を制御することによって実現できる。したがって、従来の構成における周期フィルタ、周波数シフタおよびイコライザの３つの機能が１つのＡＯＴＦ２で実現されることになり、より簡略な構成によって光強度分布の平坦化された多波長の光を出力することが可能になる。また、ＡＯＴＦ２のＲＦ信号制御は容易であるため、出力光レベルの高速チューニングが可能である。
【００４６】
なお、上記の実施形態（２）では、モニタ６２の検出結果を基にＡＯＴＦ２のＲＦ信号を制御することで、リング共振器内にイコライザ等を設けることなく出力光レベルの平坦化を図るようにしたが、例えば図７に示すように、従来の場合と同様にして、各波長に対応した可変減衰器などのイコライザをリング共振器の光路上に挿入し、該イコライザによって出力光レベルの平坦化を図るようにしても構わない。この場合、モニタ６２の検出結果を基にＡＯＴＦ２のＲＦ信号およびイコライザの両方を制御することが可能であり、出力光レベルの平坦化をより高い精度で行うことができるようになる。なお、図７の構成例では光アイソレータが省略してある。
【００４７】
また、例えば図８に示すように、モニタ６２を設ける代わりに、ＡＯＴＦ２のＲＦ信号を制御するためのデータベース６４を設けて、各波長の出力光レベルのバラツキを補正するようにしてもよい。このデータベース６４には、測定等により予め求められた、あらゆる発振パターンにおける光強度の補正値がデータベース化されており、それぞれの発振パターンに応じてデータベース６４の補正値が参照されて、ＡＯＴＦ２に印加する各ＲＦ信号の強度が制御されることにより、出力光レベルの平坦化が図られる。
【００４８】
次に、本発明にかかる多波長光源の実施形態（３）について説明する。
図９は、実施形態（３）の構成を示す平面図である。
図９の多波長光源は、２段構成のＡＯＴＦ２Ａを用いるようにしたものであり、ＡＯＴＦ２Ａ以外の他の構成は、上述の図４に示した実施形態（１）の場合と同様である。
【００４９】
ＡＯＴＦ２Ａは、例えば、２つのＡＯＴＦを直列に連結して２段構成としたものである。具体的には、ＥＤＦＡ１０からの出力光が入力される前段部分の構成は、上述してきたＡＯＴＦ２の構成と同一であり、さらに、モード分岐器２５後段の光導波路２１が伸延され、後段部分のＩＤＴ２２’およびＳＡＷガイド２３’が、光導波路２１に沿って前段部分のＩＤＴ２２およびＳＡＷガイド２３とは対称的に配置される。また、ＩＤＴ２２’および出力ポート２７の間の光導波路２１上には、入力ポート２６側のモード分岐器２４と同様のモード分岐器２４’が設けられている。ここでは、１つの基板２０内に前段および後段のＡＯＴＦ要素を集積化した一例を示したが、個別のＡＯＴＦを光ファイバ等を用いて接続するようにしてもよい。前段および後段の各ＩＤＴ２２，２２’には、ＲＦ信号生成回路２８で生成された周波数ｆ1〜ｆ4の各ＲＦ信号が共通に印加される。これにより、前段のＩＤＴ２２から発生する弾性表面波は光の伝搬方向に対して順方向に伝搬し、後段のＩＤＴ２２’から発生する弾性表面波は光の伝搬方向に対して逆方向に伝搬する。
【００５０】
上記のような構成の多波長光源では、ＥＤＦＡ１０からの出力光がＡＯＴＦ２Ａの入力ポート２６から入射され、前段のＡＯＴＦ要素でモード変換およびドップラーシフトを受けた４波の選択光が、さらに、後段のＡＯＴＦ要素でモード変換およびドップラーシフトを受けて出力ポート２７から出力される。
この際、前段および後段の各モード変換時に生じるドップラーシフトはキャンセルされずに２倍となる。例えば、モード分岐器２４，２４’がＴＥモードを分岐し、モード分岐器２５がＴＭモードを分岐するように設定された場合を考えると、前段におけるドップラーシフトは、光と弾性表面波が順方向に伝搬し、ＴＥモードからＴＭモードへの変換となるため、上述の表１に示したように＋ｆの周波数シフトとなる。また、後段におけるドップラーシフトは、光と弾性表面波が逆方向に伝搬し、ＴＭモードからＴＥモードへの変換となるため、上述の表１に示したように＋ｆの周波数シフトとなる。
【００５１】
上記のようにして２段構成のＡＯＴＦ２Ａで選択された各波長の光は、光アイソレータ６１、ＥＤＦＡ１０および周期フィルタ６０を順に通過して、ＡＯＴＦ２Ａに再び送られる。これにより、ＡＯＴＦ２ＡにおいてＲＦ信号の周波数ｆ1〜ｆ4に応じて選択された４波の光がリング共振器内を周回するようになり、また、各選択光についてＡＯＴＦ２Ａで発生するドップラーシフトにより、リング共振器内での単一モードの発振が抑えられて、多波長の光の発振が実現されるようになる。
【００５２】
このように実施形態（３）の多波長光源によれば、２段構成のＡＯＴＦ２Ａを用いることで、ＡＯＴＦ２Ａで選択される光の帯域幅を狭くすると同時に、サイドローブを抑えることが可能になり、良好なフィルタ特性が得られるようになる。
なお、実施形態（３）では、２段構成のＡＯＴＦを実施形態（１）の構成について適用した場合を説明したが、出力光レベルの制御機能を付加した実施形態（２）の構成について、２段構成のＡＯＴＦを適用することも可能である。
【００５３】
また、２つのＡＯＴＦを直列に連結した２段構成の場合を示したが、例えば図１０に示すように、折り返しの２段構成としたＡＯＴＦ２Ｂを用いることも可能である。この場合、前段のＡＯＴＦ要素を通過した光は、反射部２９によって全反射されて折り返され、前段とは対称的な構成を持つ後段のＡＯＴＦ要素に送られる。このような折り返しの２段構成としたＡＯＴＦ２Ｂを適用することで、ＡＯＴＦの光導波路に沿った長手方向のサイズを短くすることが可能になる。
【００５４】
図１１には、上記図１０の構成と同様の多波長光源を用いて３波の光の発振を実現すると共に、出力光レベルの平坦化制御を行うようにした場合に測定した出力光のスペクトルを示しておく。
次に、本発明にかかる多波長光源の実施形態（４）について説明する。
図１２は、実施形態（４）の多波長光源に用いられるＡＯＴＦの要部構成例を示す平面図である。なお、実施形態（４）の全体の構成は、上述した実施形態（１）または実施形態（２）の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００５５】
図１２に示すように、実施形態（４）の多波長光源で用いられるＡＯＴＦ２Ｃは、例えば、実施形態（１）等で用いてきたＡＯＴＦ２と同様の構成の４個のＡＯＴＦ（以下、ＡＯＴＦ要素２1〜２4とする）を１つの基板２０内に集積化した構成を有し、各ＡＯＴＦ要素２1〜２4を選択的に使用することで、多波長光源の発振動作を多波長での発振または単一波長での発振に切り換え可能にしたものである。
【００５６】
図１２で基板２０の左側に配置されたＡＯＴＦ要素２1は、ＥＤＦＡ１０等からの出力光が入力ポート２６を介して入力され、光と弾性表面波が順方向に伝搬するように設定されている。このＡＯＴＦ要素２1の出力側のモード分岐器は、モード変換された選択光を基板２０の中央上段に配置されたＡＯＴＦ要素２2に繋がる光導波路に導き、モード変換されなかった通過光を基板２０の中央下段に配置されたＡＯＴＦ要素２3側に繋がる光導波路に導く。ＡＯＴＦ要素２2は、ＡＯＴＦ要素２1からの選択光が入力され、光と弾性表面波が逆方向に伝搬するように設定されている。このＡＯＴＦ要素２2の出力側のモード分岐器は、モード変換された選択光を基板２０の右側に配置されたＡＯＴＦ要素２4に繋がる光導波路に導く。ＡＯＴＦ要素２3は、ＡＯＴＦ要素２1からの通過光が入力され、光と弾性表面波が順方向に伝搬するように設定されている。このＡＯＴＦ要素２3の出力側のモード分岐器は、モード変換された選択光をＡＯＴＦ要素２4に繋がる光導波路に導く。ＡＯＴＦ要素２4は、ＡＯＴＦ要素２2または２3からの選択光が入力され、光と弾性表面波が順方向に伝搬するように設定されている。このＡＯＴＦ要素２4の出力側のモード分岐器は、モード変換された選択光を出力ポート２７から出力する。
【００５７】
各ＡＯＴＦ要素２1〜２4のＩＤＴには、図示しないＲＦ信号発生回路で発生した所要の周波数のＲＦ信号が、ＡＯＴＦ要素２1，２2の組とＡＯＴＦ要素２3，２4の組とに切り換え可能な回路構成により、各々の組ごとに共通に印加される。
なお、基板２０内における各ＡＯＴＦ要素２1〜２4の配置は上記の一例に限られるものではない。また、ここでは１つの基板２０内に各ＡＯＴＦ要素２1〜２4を集積化するようにした、個別に用意したＡＯＴＦを光ファイバ等を用いて接続するようにしてもよい。
【００５８】
ここで、上記のような構成のＡＯＴＦ２Ｃにおける動作を具体的に説明する。
多波長光源を多波長で発振動作させる場合には、図１３に示すように、ＡＯＴＦ要素２1，２2に所要の周波数のＲＦ信号を共通に印加してＯＮ状態とし、ＡＯＴＦ要素２3，２4にはＲＦ信号を印加せずにＯＦＦ状態とする。このような状態において、例えば、ＴＥモードの光が入力ポート２６から入射されると、その入力光は、図中の太線矢印で示すような経路を伝搬するようになる。すなわち、ＴＥモードの入力光は、ＯＮ状態のＡＯＴＦ要素２1でＲＦ信号の周波数に応じた波長の複数の選択光がＴＭモードに変換されてＡＯＴＦ要素２2に送られる。ＯＮ状態のＡＯＴＦ要素２2では、ＡＯＴＦ要素２1からの各選択光がさらにＴＥモードに変換されてＡＯＴＦ要素２4に送られる。ＡＯＴＦ要素２1，２2における各モード変換時に生じるドップラーシフトは、同じ方向の周波数シフトになるためキャンセルされずに２倍となる。ＯＦＦ状態のＡＯＴＦ要素２4では、ＡＯＴＦ要素２2からの各選択光がモード変換されることなくＴＥモードのまま通過して出力ポート２７に出力される。
【００５９】
上記のようにしてＡＯＴＦ２Ｃで選択された各波長の光は、リング共振器内を一巡して再びＡＯＴＦ２Ｃに送られる。これにより、ＡＯＴＦ２Ｃにおいて、ＡＯＴＦ要素２1，２2に共通に印加されるＲＦ信号の周波数に応じて選択された複数波長の光がリング共振器内を周回するようになり、また、各選択光についてＡＯＴＦ２Ｃで発生するドップラーシフトにより、リング共振器内での単一モードの発振が抑えられて、多波長の光の発振が実現されるようになる。
【００６０】
一方、多波長光源を単一波長で発振動作させる場合には、図１４に示すように、ＡＯＴＦ要素２3，２4に単一周波数のＲＦ信号を共通に印加してＯＮ状態とし、ＡＯＴＦ要素２1，２2にはＲＦ信号を印加せずにＯＦＦ状態とする。このような状態において、入力ポート２６からＴＥモードの光が入射されると、その入力光は、図中の太線矢印で示すような経路を伝搬するようになる。すなわち、ＴＥモードの入力光は、ＯＦＦ状態のＡＯＴＦ要素２1ではモード変換されることなくＴＥモードのまま通過してＡＯＴＦ要素２3に送られる。ＯＮ状態のＡＯＴＦ要素２3では、ＡＯＴＦ要素２1からの通過光のうちのＲＦ信号の周波数に応じた単一波長の選択光がＴＭモードに変換されてＡＯＴＦ要素２4に送られる。ＯＮ状態のＡＯＴＦ要素２4では、ＡＯＴＦ要素２3からの選択光がさらにＴＥモードに変換されて出力ポート２７に出力される。ＡＯＴＦ要素２3，２4における各モード変換時に生じるドップラーシフトは、逆方向の周波数シフトになるためキャンセルされる。
【００６１】
上記のようにしてＡＯＴＦ２Ｃで選択された単一波長の光は、リング共振器内を一巡して再びＡＯＴＦ２Ｃに送られる。これにより、ＡＯＴＦ２Ｃにおいて、ＡＯＴＦ要素２3，２4に共通に印加されるＲＦ信号の周波数に応じて選択された単一波長の光がリング共振器内を周回するようになり、また、ＡＯＴＦ２Ｃにおけるモード変換時のドップラーシフトはキャンセルされるため、リング共振器内での単一モードの安定した発振が実現されるようになる。
【００６２】
このように実施形態（４）の多波長光源によれば、リング共振器内にＡＯＴＦ２Ｃを挿入し、各ＡＯＴＦ要素２1〜２4に選択的にＲＦ信号を印加することで、多波長での発振動作と単一波長での発振動作とを電気的に切り換えることが可能な光源を実現することが可能になる。
上述したような本発明によるＡＯＴＦを用いた多波長光源は、例えば、波長多重（ＷＤＭ）光通信に利用される、送信用光源、予備用光源、挿入用光源（光挿入分岐装置）、基準光源および検査用光源などとして使用することが可能であり、また、ラマン増幅器における大容量の励起光源としても有用である。図１５には、ラマン増幅用の複数の波長の励起光を発生する励起光源として、本発明による多波長光源を使用する場合の構成例を示しておく。この場合、ラマン増幅する信号光の波長帯に対応させて、本発明による多波長光源から出力される複数の光の波長を設定し、各波長の光を光増幅器を用いて所要のレベルまで増幅した後にラマン増幅媒体に供給することで、ラマン増幅媒体を伝搬する信号光の増幅が可能になる。
【００６３】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００６４】
（付記１） 共振器の光路上に光増幅器を備え、前記共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光を発生する多波長光源において、
前記共振器の光路上に音響光学チューナブルフィルタを備え、
該音響光学チューナブルフィルタが、周波数の異なる複数の弾性表面波に対応して、入力光のうちから複数の波長の光を選択し、かつ、該各選択光の周波数をシフトさせて前記光路に出力することを特徴とする多波長光源。
【００６５】
（付記２） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記共振器の光路上に、前記複数の波長の光を外部に出力する光出力部を備えたことを特徴とする多波長光源。
【００６６】
（付記３） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記音響光学チューナブルフィルタは、
基板に形成された光導波路と、
周波数の異なる複数の電気信号を生成する信号生成部と、
該信号生成回路で生成された複数の電気信号に応じて前記基板上に周波数の異なる複数の弾性表面波を発生し、該各弾性表面波を光導波路に沿った所定の領域内に伝搬させる弾性表面波発生部と、
前記光導波路を伝搬する光について、前記弾性表面波発生部で発生した各弾性表面波に基づく音響光学効果によって偏光モードの変換された複数の波長の光のみを分岐するモード分岐部と、を備えたことを特徴とする多波長光源。
【００６７】
（付記４） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記共振器は、リング共振器であることを特徴とする多波長光源。
【００６８】
（付記５） 付記４に記載の多波長光源であって、
前記リング共振器は、光路上に光アイソレータを有する単一方向性の構成であることを特徴とする多波長光源。
【００６９】
（付記６） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記共振器は、ファブリ・ペロー共振器であることを特徴とする多波長光源。
【００７０】
（付記７） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記光増幅器は、非晶質中に希土類元素を添加した媒体に励起光を供給することで、前記媒体を伝搬する光を増幅して出力することを特徴とする多波長光源。
【００７１】
（付記８） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記光増幅器は、半導体光増幅器であることを特徴とする多波長光源。
【００７２】
（付記９） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記共振器の光路上に、周期的な透過波長特性を持つ光フィルタを備え、
該光フィルタの各透過帯域は、前記音響光学チューナブルフィルタによって選択される各波長の光の帯域幅よりも狭い帯域幅を持つことを特徴とする多波長光源。
【００７３】
（付記１０） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光について、各々の光パワーを制御する光パワー制御部を備えたことを特徴とする多波長光源。
【００７４】
（付記１１） 付記１０に記載の多波長光源であって、
前記光パワー制御部は、前記音響光学チューナブルフィルタで発生する周波数の異なる複数の弾性表面波の各強度を変化させることによって、各波長の光パワーを制御することを特徴とする多波長光源。
【００７５】
（付記１２） 付記１０に記載の多波長光源であって、
前記光パワー制御部は、前記共振器の光路上に挿入したイコライザの各発振波長に対応した損失を変化させることによって、各波長の光パワーを制御することを特徴とする多波長光源。
【００７６】
（付記１３） 付記１０に記載の多波長光源であって、
前記共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光のパワーを検出するモニタ部を備え、
前記光パワー制御部は、前記モニタ部の検出結果に従って、各波長の光パワーを制御することを特徴とする多波長光源。
【００７７】
（付記１４） 付記１０に記載の多波長光源であって、
発振波長の組み合わせに応じて予め求めた補正値を記憶する記憶部を備え、
前記光パワー制御部は、発振波長の組み合わせに対応して前記記憶部から読み出した補正値に従って、各波長の光パワーを制御することを特徴とする多波長光源。
【００７８】
（付記１５） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記音響光学チューナブルフィルタは、複数の音響光学チューナブルフィルタ要素を、各々の音響光学チューナブルフィルタ要素における選択光の周波数シフトの和が零にならないように多段接続したものであることを特徴とする多波長光源。
【００７９】
（付記１６） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記音響光学チューナブルフィルタは、複数の音響光学チューナブルフィルタ要素を多段接続した構成を有し、前記各音響光学チューナブルフィルタ要素を選択的に駆動することによって、駆動した音響光学チューナブルフィルタ要素における選択光の周波数シフトが、零にならない多波長発振状態と、零になる単一波長発振状態とを切り換えることが可能であることを特徴とする多波長／単一波長切り換え光源。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による多波長光源は、光増幅器および音響光学チューナブルフィルタを用いた簡略な構成の共振器により、任意の波長の複数の発振光を安定して発生することが可能である。また、各発振波長の光パワーの制御も容易に行うことができ、特に、音響光学チューナブルフィルタにおける弾性表面波の強度を制御するようにすれば、各波長の光パワーの高速チューニングが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる多波長光源の第１の基本構成を示す平面図である。
【図２】本発明にかかる多波長光源の第２の基本構成を示す平面図である。
【図３】第２の基本構成に関する他の構成例を示す平面図である。
【図４】本発明にかかる多波長光源の実施形態（１）の構成を示す平面図である。
【図５】同上実施形態（１）における出力光のスペクトルおよび周期フィルタの透過波長特性の一例を示す図である。
【図６】本発明にかかる多波長光源の実施形態（２）の構成を示す平面図である。
【図７】同上実施形態（２）に関し、イコライザを用いた場合の構成例を示す平面図である。
【図８】同上実施形態（２）に関し、データベースを用いた場合の構成例を示す平面図である。
【図９】本発明にかかる多波長光源の実施形態（３）の構成を示す平面図である。
【図１０】同上実施形態（３）に関する他の構成例を示す平面図である。
【図１１】本発明による多波長光源の出力光スペクトルの実験結果を示す図である。
【図１２】本発明にかかる多波長光源の実施形態（４）に用いられるＡＯＴＦの要部構成を示す平面図である。
【図１３】同上実施形態（３）における多波長発振時のＡＯＴＦの動作を説明する図である。
【図１４】同上実施形態（３）における単一波長発振時のＡＯＴＦの動作を説明する図である。
【図１５】本発明にかかる多波長光源をラマン増幅用の励起光源として用いた場合の構成例を示すブロック図である。
【図１６】従来の多波長発振レーザの構成例を示すブロック図である。
【図１７】多波長発振レーザにおける不安定な発振動作を説明するための図である。
【図１８】従来の周波数シフタを用いた多波長光源の構成例を示すブロック図である。
【図１９】図１８の従来の多波長光源について、イコライザを用いて強度分布補正を行う場合の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 光増幅器
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）
３ 出力カプラ
４，５，２９ 反射器
５’ 長周期ファイバグレーティング
１０ ＥＤＦＡ
２０ 基板
２１，２１’ 光導波路
２２，２２’ ＩＤＴ
２３，２３’ ＳＡＷガイド
２４，２４’，２５，２５’ モード分岐器
２６ 入力ポート
２７ 出力ポート
２８ ＲＦ信号生成回路
６０ 周期フィルタ
６１ 光アイソレータ
６２ モニタ
６３ イコライザ
２1，２2，２3，２4 ＡＯＴＦ要素
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長の異なる複数の光を発生する多波長光源に関し、特に、音響光学チューナブルフィルタ（acousto-optic tunable filter；ＡＯＴＦ）を利用して任意の波長の光を安定して発生する多波長光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及などによる爆発的な通信容量の増大に伴い、波長多重（ＷＤＭ）光通信システムの導入が進められており、通信波長の高密度化、広帯域化などにより、ＷＤＭ光通信システムの伝送容量は今や毎秒１テラビットの域にまで達している。このような高密度なＷＤＭ光通信システムを構築するためには、ＷＤＭ信号光の波長数に応じた台数の光源が必要となり、コストの面で大きな課題となることから、安価な多波長光源への期待が高まっている。なかでも希土類元素ドープファイバを用いた多波長発振レーザなどは、構成が簡単なため早くから研究されてきた。
【０００３】
従来の多波長発振レーザとしては、例えば図１６に示すように、エルビウムドープファイバ（ＥＤＦ）を利用した光ファイバ増幅器とエタロンなどの周期フィルタとを組み合わせることでさまざまな形態の多波長光源が試されてきた。しかし、このような多波長発振レーザの場合、図１７に示すようなＥＤＦの持つ広い均一幅のために、モード間での競合が起こり、安定した多波長発振は得られないという欠点があった。従来、エルビウムドープファイバを用いて安定な多波長発振を得るためには、エルビウムドープファイバを冷却して、均一幅を狭くする方法が用いられてきた。
【０００４】
また、例えば、文献H.Sasamori et al., "Multi-wavelength Erbium-doped Fiber Ring Light Source with Fiber Grating", Technical Digest of Optical Amplifiers and Their Applications (OAA'97), paper WC3, pp.235-238, 1997.、文献A. Bellemare et al., "Multifrequency erbium-doped fiber ring lasers anchored on the ITU frequency grid", Optical Fiber Conference (OFC'99), paper TuB5, pp.16-18, 1999.、文献Seung-Kwan Kim et al., "Wideband multiwavelength erbium-doped fiber lasers", Optical Fiber Conference (OFC 2000), paper ThA3, 2000.などにおいては、エルビウムドープファイバを用いて室温で多波長発振を実現するために、周波数シフタを利用する技術が提案されている。具体的には、例えば図１８に示すように、音響光学効果を用いた周波数シフタ（acousto-optic frequency shifter；ＡＯＦＳ）を共振器内に挿入するもので、共振器内を周回する光の周波数を毎回少しずつシフトさせることで、単一波長での安定発振を妨げ、その結果、モード間競合なく多波長の同時発振を得るというものである。なお、音響光学効果を用いた周波数シフタは、ブラッグ（Bragg）反射などを利用することによる全波長の一括変換を行うものである。
【０００５】
このような周波数シフタを利用した多波長光源の場合、各波長に対する、エルビウムドープファイバの利得の違いおよび共振器損失の差などから、多波長発振時の各波長におけるピークパワーにバラツキが生じ、これを補正するデバイスが必要となる。このため、従来の多波長光源では、例えば図１９に示すように、エルビウムドープファイバとエタロンなどの周期フィルタのほかに、それぞれの波長に対応した可変減衰器などを用いたイコライザを導入することで、光強度分布の平坦化が図られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の多波長光源は、構成が複雑であり、かつ、各波長での光パワーの調整も難しいという欠点がある。また、周期フィルタの特性が固定であるため、任意の波長の発振を得ることはできないという問題もある。
【０００７】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、簡略な構成により任意の波長の複数の発振光を安定して発生することができる多波長光源を提供することを目的とする。また、各波長の光パワーの調整や波長の切り換えなどを高速かつ容易に行うことが可能な多波長光源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の多波長光源は、共振器の光路上に光増幅器を備え、共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光を発生する多波長光源において、共振器の光路上に音響光学チューナブルフィルタを備え、その音響光学チューナブルフィルタが、周波数の異なる複数の弾性表面波の周波数に対応して、入力光のうちから複数の波長の光を選択し、かつ、モード変換時のドップラーシフトにより各選択光の周波数をシフトさせて光路に出力するものである。
【０００９】
従来、多波長光源を実現するために用いられてきた音響光学周波数シフタ（ＡＯＦＳ）は、前述したように、ブラッグ反射などを利用するものであり、全帯域の光の周波数を一括してシフトさせる機能を持つ。一方、本発明の多波長光源で用いる音響光学チューナブルフィルタは、ＴＥ／ＴＭモードの変換を利用したものであり、強い波長選択性を持つ。また、音響光学チューナブルフィルタにおける周波数シフトは、それぞれの選択光に対して独立に働き、対応する弾性表面波の周波数だけシフトさせるという特徴がある。
【００１０】
このような音響光学チューナブルフィルタを用いた多波長光源によれば、音響光学チューナブルフィルタで選択された複数の波長の光が共振器内を伝搬するようになり、また、各選択光に生じる周波数シフトにより共振器内での単一モードの発振が抑えられ、その結果モード間競合なく多波長の光の発振が実現されるようになる。
【００１１】
さらに、従来の多波長光源は、得られる光波長は固定であったのに対し、本発明の多波長光源は、音響光学チューナブルフィルタに印加するＲＦ信号の周波数等に応じて、任意の多波長での動作が可能であり、また、必要な波長数や波長のスイッチングも非常に高速に行うことができるようになる。
また、上記の多波長光源の具体的な構成として、共振器がリング共振器またはファブリ・ペロー共振器であってもよい。リング共振器の場合には、光路上に光アイソレータを有する単一方向性の構成とすることで、より安定した多波長発振が実現されるようになる。さらに、上記多波長光源は、共振器の光路上に、周期的な透過波長特性を持つ光フィルタを備えるようにしてもよい。光フィルタを設けることで、より狭帯域の多波長発振光を得ることが可能になると共に、離散的な波長グリッド上で任意の多波長発振が可能な光源が実現されるようになる。
【００１２】
このような多波長光源については、共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光について、各々の光パワーを制御する光パワー制御部を備えるようにする。この光パワー制御部は、具体的には、音響光学チューナブルフィルタで発生する周波数の異なる複数の弾性表面波の各強度を変化させることによって各波長の出力光レベルが平坦化されるように、各波長の光パワーを制御するものとする。当該光パワー制御部は、複数の波長の光のパワーを検出するモニタ部の検出結果や、発振波長の組み合わせに応じて予め求めた補正値に従って、各波長の光パワーを制御するようにしてもよい。
【００１３】
このような光パワー制御部を設けることにより、各発振波長の光パワーを制御することが可能になり、特に、音響光学チューナブルフィルタにおける弾性表面波の強度を制御するようにすれば、各波長の光パワーの高速チューニングが可能になる。
上述した多波長光源について、音響光学チューナブルフィルタは、複数の音響光学チューナブルフィルタ要素を、各々の音響光学チューナブルフィルタ要素における選択光の周波数シフトの和が零にならないように多段接続したものであってもよい。このような多段構成の音響光学チューナブルフィルタを用いることで、選択される光の帯域幅を狭くすると同時に、サイドローブを抑えることが可能になり、良好なフィルタ特性が得られるようになる。
【００１４】
また、上述の多波長光源を用いて１波の動作を実現することも可能であるが、上述の多波長光源では周波数シフトを利用して単一モード発振を抑えているため、原理的に１波での動作は不安定となる。１波での発振を得るためには、共振器内で周波数シフトがない方が望ましく、例えば、２段構成の音響光学チューナブルフィルタを用いることで周波数シフトはキャンセルできる。しかし、周波数シフトをキャンセルした場合、単一モードでの安定した発振を得ることはできるが、今度は複数波長での動作が難しくなるか、若しくは、できなくなる。
【００１５】
そこで、単一波長動作と多波長動作とを電気的に切り換えて実現するための構成として、上述した多波長光源の音響光学チューナブルフィルタは、複数の音響光学チューナブルフィルタ要素を多段接続した構成を有し、各音響光学チューナブルフィルタ要素を選択的に駆動することによって、駆動した音響光学チューナブルフィルタ要素における選択光の周波数シフトが、零にならない多波長発振状態と、零になる単一波長発振状態とを切り換えることが可能であるようなものとする。このような音響光学チューナブルフィルタを用いれば、多波長での発振動作と単一波長での発振動作とを電気的に切り換えることが可能な光源を実現することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１は、本発明にかかる音響光学チューナブルフィルタを用いた多波長光源の第１の基本構成を示す平面図である。
【００１７】
図１において、第１の基本構成を備えた多波長光源は、光増幅器１と、弾性表面波によるＴＥ／ＴＭモード変換に基づいて波長選択を行うことが可能な音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）２とを環状に光接続したリング共振器の形態を有し、複数の波長の光を出力カプラ３を介して外部に出力する。
光増幅器１は、所要の波長帯域の光を増幅することが可能な一般的な光増幅器である。具体的には、例えば、希土類元素ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器や半導体光増幅器などの公知の光増幅デバイスを使用することが可能である。
【００１８】
ＡＯＴＦ２は、例えば、１つの基板２０上に、光導波路２１、櫛形電極（Interdigital Transducer：ＩＤＴ）２２、ＳＡＷガイド２３およびモード分岐器２４，２５をそれぞれ形成したものである。
光導波路２１は、入力ポート２６および出力ポート２７が両端にそれぞれ設けられ、入力ポート２６を介して入射される光増幅器１からの出力光を出力ポート２７に向けて伝搬する。
【００１９】
ＩＤＴ２２は、ＲＦ信号生成回路２８で生成された周波数ｆ1，ｆ2，…，ｆnの各ＲＦ信号が印加され、各々のＲＦ信号に応じた弾性表面波（Surface Acoustic Wave：ＳＡＷ）を発生する。ＩＤＴ２２で発生した弾性表面波は、ＳＡＷガイド２３に沿って基板２０の表面を伝搬する。図１の一例では、ＩＤＴ２２が入力ポート２６側に配置されると共に、そのＩＤＴ２２から出力ポート２７側に向けて光導波路２１に概ね沿うようにＳＡＷガイド２３が設けられ、光導波路２１内の光の伝搬方向に対して弾性表面波が同じ方向（順方向）に伝搬するような構成としている。ただし、ここではＳＡＷガイド２３の長手方向が、光導波路２１の光軸に対して所要量だけ傾くように設定し、弾性表面波の伝搬軸と光軸とが斜角に交差するような構成を採用して、光が感じる弾性表面波の強度について長手方向に重み付けを行うことで、ＡＯＴＦの透過波長特性についてサイドローブレベルの抑圧を図っている。
【００２０】
モード分岐器２４は、例えば、入力ポート２６およびＩＤＴ２２の間に位置する光導波路２１上に挿入され、入力される光についてＴＥモードおよびＴＭモードの一方の成分のみを透過する。モード分岐器２５は、例えば、ＳＡＷガイド２３の出力側端部および出力ポート２７の間に位置する光導波路２１上に挿入され、入力される光についてモード分岐器２４の透過モードとは異なる他方のモード成分のみを透過する。
【００２１】
出力カプラ３は、例えば、ＡＯＴＦ２の出力ポート２７に接続され、リング共振器内を周回する光の一部を分岐して外部に出力するものである。なお、ここでは、ＡＯＴＦ２の出力ポート２７と光増幅器１の入力ポートとの間に出力カプラ３を挿入するようにしたが、出力カプラ３の配置はこれに限られるものではなく、リング共振器内の光路上の任意の位置に出力カプラ３を設けることが可能である。
【００２２】
次に、第１の基本構成を備えた多波長光源の動作について説明する。
本多波長光源では、励起状態にされた光増幅器１で発生する自然放出（amplified spontaneous emission：ＡＳＥ）光がＡＯＴＦ２の入力ポート２６に入射される。ＡＯＴＦ２に入力された光は、モード分岐器２４によってＴＥモード（またはＴＭモード）の光のみが分岐され、光導波路２１のＩＤＴ２２およびＳＡＷガイド２３が位置する部分（以下、モード結合部とする）に導かれる。
【００２３】
モード結合部では、ＩＤＴ２２によって誘起された弾性表面波がＳＡＷガイド２３に沿って伝搬し、光導波路２１内を伝搬する光と結合することで、弾性表面波の周波数に対応した波長の光（以下、選択光とする）のみがＴＥモードからＴＭモードに（またはＴＭモードからＴＥモードに）変換される。ここでは、ＩＤＴ２２に印加される周波数ｆ1〜ｆnのＲＦ信号に応じてｎ個の波長の選択光がモード変換を受けることになる。
【００２４】
また、上記のモード変換時には、各選択光の周波数が、ドップラーシフトによって、対応する弾性表面波の周波数だけ変化する。この選択光の周波数シフトの方向は、次の表１に示すように、モード変換の方向と弾性表面波および光の相対的な伝搬方向とに依存することが知られている。
【００２５】
【表１】
なお、表中のｆは周波数のシフト量であり、その正負の符号によってシフト方向を表している。ここでは、弾性表面波および光が順方向に伝搬するので、ＴＥモードからＴＭモードへの変換が生じる場合には、選択光の周波数が＋ｆだけシフトし、ＴＭモードからＴＥモードへの変換が生じる場合には、選択光の周波数が−ｆだけシフトすることになる。
【００２７】
そして、ＡＯＴＦ２の出力側に位置するモード分岐器２５では、モード変換およびドップラーシフトを受けた各波長の選択光のみが分岐され、モード分岐器２５を通過した各選択光が出力ポート２７から出力される。ＡＯＴＦ２からの出力光は、出力カプラ３を介して光増幅器１に帰還されて増幅された後に、ＡＯＴＦ２に再び送られる。
【００２８】
これにより、ＡＯＴＦ２においてＲＦ信号の周波数ｆ1〜ｆnに応じて選択されたｎ個の波長の光がリング共振器内を周回するようになり、また、各選択光についてＡＯＴＦ２で発生するドップラーシフトにより、リング共振器内での単一モードの発振が抑えられて、多波長の光の発振が実現されるようになる。
上記のように第１の基本構成を備えた多波長光源は、上述の図１６および図１８に示したような従来の構成における周期フィルタおよび周波数シフタに相当する双方の機能を１つのＡＯＴＦ２によって実現できるため、簡略な構成によって安定した多波長発振が可能になる。また、多波長光源の出力光波長は、ＡＯＴＦ２のＩＤＴ２２に印加するＲＦ信号の周波数に応じて適宜に設定できるため、任意の波長の複数の発振光を得ることが可能である。
【００２９】
次に、本発明にかかるＡＯＴＦを用いた多波長光源の第２の基本構成について説明する。
図２は、上記第２の基本構成を備えた多波長光源を示す平面図である。
図２において、本多波長光源は、光増幅器１およびＡＯＴＦ２の各一端を光学的に互いに接続し、かつ、光増幅器１およびＡＯＴＦ２の他端に反射部４，５をそれぞれ形成したファブリ・ペロー共振器の形態を有し、複数の波長の光を反射部５を介して外部に出力する。
【００３０】
光増幅器１およびＡＯＴＦ２は、前述した第１の基本構成の場合と同様の構成である。光増幅器１側に形成される反射部４は、光増幅器１の他端から出射される光を全反射し、その反射光を光増幅器１に戻すものである。ＡＯＴＦ２側に形成される反射部５は、ＡＯＴＦ２の他端から出射される光を高い反射率で反射し、その反射光をＡＯＴＦ２に戻すと共に、透過光をファブリ・ペロー共振器の外部に出力する。
【００３１】
なお、図２には、光増幅器１およびＡＯＴＦ２を一体化した構成を一例として示した。このような構成は、具体的には、例えば広い均一幅を持つような半導体光増幅器（ＳＯＡ）等を光増幅器１として用いることにより、ＡＯＴＦ２との一体化を図ることが可能である。ただし、本発明の第２の基本構成は、上記の一例に限られるものではなく、個別に用意した光増幅器１およびＡＯＴＦ２の各一端を互いに光接続しても構わない。
【００３２】
上記のようなファブリ・ペロー共振器の形態を有する多波長光源では、第１の基本構成の場合と同様にして光増幅器１で発生する自然放出光がＡＯＴＦ２の一端から入射され、モード変換およびドップラーシフトを受けたｎ個の波長の選択光がモード分岐器２５を通過してＡＯＴＦ２の他端から出力される。ＡＯＴＦ２の他端に達した各選択光は、反射部５によってその大部分が反射されてＡＯＴＦ２に戻される。そして、反射部５からの反射光は、モード分岐器２５を通過してモード結合部に送られ、モード変換およびドップラーシフトを再び受けた後、モード分岐器２４を通過してＡＯＴＦ２の一端から光増幅器１に出力される。
【００３３】
ここで、ＡＯＴＦ２を往復する光が受けるモード変換およびドップラーシフトについて具体的に説明する。
例えば、光増幅器１側に位置するモード分岐器２４がＴＥモードを分岐し、反射部５側に位置するモード分岐器２５がＴＭモードを分岐するように設定された場合を考えると、光増幅器１からＡＯＴＦ２に入力された光は、弾性表面波の伝搬方向に対して順方向にモード結合部を伝搬し、弾性表面波の周波数に対応した各波長の光がＴＥモードからＴＭモードに変換される。このモード変換の際に生じるドップラーシフトは、前述の表１に示したように選択光の周波数を＋ｆだけシフトさせる。ＴＭモードに変換され＋ｆのドップラーシフトを受けた各選択光は、モード分岐器２５を通過して反射部５で反射され、ＴＭモードを維持したままＡＯＴＦ２に戻されてモード分岐器２５を再び通過する。モード分岐器２５を通過したＴＭモードの戻り光は、弾性表面波の伝搬方向に対して逆方向にモード結合部を伝搬し、弾性表面波の周波数に対応した各波長の光がＴＭモードからＴＥモードに再度変換される。この２度目のモード変換の際に生じるドップラーシフトは、前述の表１に示したように選択光の周波数を＋ｆだけシフトさせる。そして、ＴＥモードに再変換され＋ｆのドップラーシフトを２度受けた各選択光は、モード分岐器２４を通過して光増幅器１に送られる。
【００３４】
このようにＡＯＴＦ２を往復して選択される光は、モード変換時に同じ方向のドップラーシフトを受けるため、周波数シフトがキャンセルされることはない。したがって、ファブリ・ペロー共振器の形態におけるＡＯＴＦ２についても、従来の構成における周波数シフタに相当する機能が実現される。
上記のようにＡＯＴＦ２を往復して選択された各波長の光は、光増幅器１に入力され反射部４で全反射されて光増幅器１を往復する間に増幅された後に、ＡＯＴＦ２に再び送られる。これにより、ＡＯＴＦ２においてＲＦ信号の周波数ｆ1〜ｆnに応じて選択されたｎ個の波長の光がファブリ・ペロー共振器内を往復するようになり、また、各選択光についてＡＯＴＦ２で発生するドップラーシフトにより、ファブリ・ペロー共振器内での単一モードの発振が抑えられて、多波長の光の発振が実現されるようになる。
【００３５】
このように第２の基本構成を備えた多波長光源についても、上述した第１の基本構成の場合の効果と同様に、安定した多波長発振が簡略な構成によって可能になり、任意の波長の複数の発振光を得ることができる。
なお、上記第２の基本構成では、ＡＯＴＦ２の他端に所要の反射率を持つ反射部５を形成するようにしたが、この反射部５については、例えば図３に示すように、ＡＯＴＦ２の選択波長帯域に対応した反射特性を持つ長周期グレーティング５’をＡＯＴＦ２の端部の導波路上に形成するようにしてもよい。
【００３６】
次に、本発明にかかるＡＯＴＦを用いた多波長光源の具体的な実施形態について説明する。以下の実施形態では、上述した第１の基本構成を備えた多波長光源について具体的に説明を行うことにする。第２の基本構成を備えた多波長光源については、第１の基本構成の場合と同様にして具体的な実施形態を考えることができるため、ここでの説明を省略する。
【００３７】
図４は、本発明にかかる多波長光源の実施形態（１）の構成を示す平面図である。
図４において、実施形態（１）の多波長光源は、上述の図１に示した第１の基本構成について、例えば、光増幅器１としてエルビウムドープ光ファイバアンプ（ＥＤＦＡ）１０を用いると共に、リング共振器の光路上に、周期フィルタ６０および光アイソレータ６１を挿入したものである。なお、ＡＯＴＦ２および出力カプラ３は、第１の基本構成で説明した構成と同様である。
【００３８】
ＥＤＦＡ１０は、例えば、リング共振器の光路上に接続されたエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ）１１と、所要の波長の励起光を発生する励起光源１２と、ＥＤＦ１１に励起光を供給するためのＷＤＭカプラ１３とを有する。このＥＤＦＡ１０は、ＡＯＴＦ２における選択光の波長帯域よりも広い増幅帯域を持つものとする。なお、光増幅器１として使用可能なＥＤＦＡの構成は、上記の一例に限られるものではなく、周知のＥＤＦＡを光増幅器１として適用することが可能である。
【００３９】
周期フィルタ６０は、例えば図５の下段に示すような、離散的な波長グリッドに対応した透過波長特性を有する光フィルタである。周期フィルタ６０の周期的な透過帯の各帯域幅は、ＡＯＴＦ２で選択される光の帯域幅よりも狭くなるように設定されている。具体的には、例えばＩＴＵに規定された波長グリッドに応じて設計された狭い帯域幅を有するファブリ・ペローエタロンなどを使用することが可能である。この周期フィルタ６０は、ここでは、ＥＤＦＡ１０の出力端とＡＯＴＦ２の入力ポートとの間の光路上に挿入されるものとする。ただし、周期フィルタ６０の挿入箇所は上記の位置に限定されるものではなく、リング共振器の光路上の任意の位置に挿入することが可能である。
【００４０】
光アイソレータ６１は、光を一方向にのみ通過させるものである。この光アイソレータ６１は、ここでは出力カプラ３とＥＤＦＡ１０の入力端との間の光路上に挿入されるものとする。ただし、光アイソレータ６１の挿入箇所は上記の位置に限定されるものではなく、リング共振器の光路上の任意の位置に挿入することが可能である。
【００４１】
このような構成を備えた実施形態（１）の多波長光源では、リング共振器内に周期フィルタ６０を挿したことで、ＡＯＴＦ２およびＥＤＦＡ１０によって選択および増幅される各波長の発振光を狭帯域化することができると共に、周期フィルタ６０の周期的な透過波長特性に対応した任意の波長における複数の光の発振が可能になる。例えば、ＡＯＴＦ２において周波数ｆ1〜ｆ4のＲＦ信号をＩＤＴ２２に印加し、４つの波長の光を選択して発振させようとした場合、各ＲＦ信号の周波数ｆ1〜ｆ4を周期フィルタ６０の透過波長特性に対応させて適宜に設定することで、図５の上段に示すように、所要の波長グリッド上における任意の４波の光を選択的に発振させて出力することが可能になる。
【００４２】
さらに、リング共振器内に光アイソレータ６１を挿入したことによって、一方向性の共振器が構成されるため、より安定した多波長発振を実現することが可能になる。
次に、本発明にかかる多波長光源の実施形態（２）について説明する。
上記実施形態（１）の多波長光源では、ＥＤＦＡ１０の利得波長特性やリング共振器内の光部品の損失波長特性によって、図５の上段に示したように、各波長の出力光のレベルにバラツキが生じてしまうことが考えられる。そこで、実施形態（２）では、上記のような出力光レベルの偏差を補正して、レベルの揃った多波長の光を出力できるようにした応用例について考えることにする。
【００４３】
図６は、実施形態（２）の構成を示す平面図である。
図６において、本多波長光源は、図４に示した実施形態（２）の構成について、出力カプラ３によりリング共振器の外部に取り出された各波長の出力光のレベルを検出するモニタ６２を設け、そのモニタ６２における検出結果に基づいて、各波長の出力光レベルが平坦化されるように、ＡＯＴＦ２における周波数ｆ1〜ｆ4の各ＲＦ信号の強度（振幅）をそれぞれ制御するようにしたものである。
【００４４】
上記のような多波長光源では、各波長の出力光レベルを基に各ＲＦ信号の振幅がフィードバック制御されることで、各々のＲＦ信号に従って発生する各弾性表面波の強度が変化し、ＡＯＴＦ２で選択される各波長の光のレベルが対応する弾性表面波の強度に応じて調整される。これにより、リング共振器内で発振する各波長の光レベルが平坦化され、レベルの揃った多波長の光が出力カプラ３を介して外部に出力されるようになる。
【００４５】
このように実施形態（２）の多波長光源によれば、上述の図１９に示したような従来の構成におけるイコライザに相当する機能を、ＡＯＴＦ２の各ＲＦ信号の振幅を制御することによって実現できる。したがって、従来の構成における周期フィルタ、周波数シフタおよびイコライザの３つの機能が１つのＡＯＴＦ２で実現されることになり、より簡略な構成によって光強度分布の平坦化された多波長の光を出力することが可能になる。また、ＡＯＴＦ２のＲＦ信号制御は容易であるため、出力光レベルの高速チューニングが可能である。
【００４６】
なお、上記の実施形態（２）では、モニタ６２の検出結果を基にＡＯＴＦ２のＲＦ信号を制御することで、リング共振器内にイコライザ等を設けることなく出力光レベルの平坦化を図るようにしたが、例えば図７に示すように、従来の場合と同様にして、各波長に対応した可変減衰器などのイコライザをリング共振器の光路上に挿入し、該イコライザによって出力光レベルの平坦化を図るようにしても構わない。この場合、モニタ６２の検出結果を基にＡＯＴＦ２のＲＦ信号およびイコライザの両方を制御することが可能であり、出力光レベルの平坦化をより高い精度で行うことができるようになる。なお、図７の構成例では光アイソレータが省略してある。
【００４７】
また、例えば図８に示すように、モニタ６２を設ける代わりに、ＡＯＴＦ２のＲＦ信号を制御するためのデータベース６４を設けて、各波長の出力光レベルのバラツキを補正するようにしてもよい。このデータベース６４には、測定等により予め求められた、あらゆる発振パターンにおける光強度の補正値がデータベース化されており、それぞれの発振パターンに応じてデータベース６４の補正値が参照されて、ＡＯＴＦ２に印加する各ＲＦ信号の強度が制御されることにより、出力光レベルの平坦化が図られる。
【００４８】
次に、本発明にかかる多波長光源の実施形態（３）について説明する。
図９は、実施形態（３）の構成を示す平面図である。
図９の多波長光源は、２段構成のＡＯＴＦ２Ａを用いるようにしたものであり、ＡＯＴＦ２Ａ以外の他の構成は、上述の図４に示した実施形態（１）の場合と同様である。
【００４９】
ＡＯＴＦ２Ａは、例えば、２つのＡＯＴＦを直列に連結して２段構成としたものである。具体的には、ＥＤＦＡ１０からの出力光が入力される前段部分の構成は、上述してきたＡＯＴＦ２の構成と同一であり、さらに、モード分岐器２５後段の光導波路２１が伸延され、後段部分のＩＤＴ２２’およびＳＡＷガイド２３’が、光導波路２１に沿って前段部分のＩＤＴ２２およびＳＡＷガイド２３とは対称的に配置される。また、ＩＤＴ２２’および出力ポート２７の間の光導波路２１上には、入力ポート２６側のモード分岐器２４と同様のモード分岐器２４’が設けられている。ここでは、１つの基板２０内に前段および後段のＡＯＴＦ要素を集積化した一例を示したが、個別のＡＯＴＦを光ファイバ等を用いて接続するようにしてもよい。前段および後段の各ＩＤＴ２２，２２’には、ＲＦ信号生成回路２８で生成された周波数ｆ1〜ｆ4の各ＲＦ信号が共通に印加される。これにより、前段のＩＤＴ２２から発生する弾性表面波は光の伝搬方向に対して順方向に伝搬し、後段のＩＤＴ２２’から発生する弾性表面波は光の伝搬方向に対して逆方向に伝搬する。
【００５０】
上記のような構成の多波長光源では、ＥＤＦＡ１０からの出力光がＡＯＴＦ２Ａの入力ポート２６から入射され、前段のＡＯＴＦ要素でモード変換およびドップラーシフトを受けた４波の選択光が、さらに、後段のＡＯＴＦ要素でモード変換およびドップラーシフトを受けて出力ポート２７から出力される。
この際、前段および後段の各モード変換時に生じるドップラーシフトはキャンセルされずに２倍となる。例えば、モード分岐器２４，２４’がＴＥモードを分岐し、モード分岐器２５がＴＭモードを分岐するように設定された場合を考えると、前段におけるドップラーシフトは、光と弾性表面波が順方向に伝搬し、ＴＥモードからＴＭモードへの変換となるため、上述の表１に示したように＋ｆの周波数シフトとなる。また、後段におけるドップラーシフトは、光と弾性表面波が逆方向に伝搬し、ＴＭモードからＴＥモードへの変換となるため、上述の表１に示したように＋ｆの周波数シフトとなる。
【００５１】
上記のようにして２段構成のＡＯＴＦ２Ａで選択された各波長の光は、光アイソレータ６１、ＥＤＦＡ１０および周期フィルタ６０を順に通過して、ＡＯＴＦ２Ａに再び送られる。これにより、ＡＯＴＦ２ＡにおいてＲＦ信号の周波数ｆ1〜ｆ4に応じて選択された４波の光がリング共振器内を周回するようになり、また、各選択光についてＡＯＴＦ２Ａで発生するドップラーシフトにより、リング共振器内での単一モードの発振が抑えられて、多波長の光の発振が実現されるようになる。
【００５２】
このように実施形態（３）の多波長光源によれば、２段構成のＡＯＴＦ２Ａを用いることで、ＡＯＴＦ２Ａで選択される光の帯域幅を狭くすると同時に、サイドローブを抑えることが可能になり、良好なフィルタ特性が得られるようになる。
なお、実施形態（３）では、２段構成のＡＯＴＦを実施形態（１）の構成について適用した場合を説明したが、出力光レベルの制御機能を付加した実施形態（２）の構成について、２段構成のＡＯＴＦを適用することも可能である。
【００５３】
また、２つのＡＯＴＦを直列に連結した２段構成の場合を示したが、例えば図１０に示すように、折り返しの２段構成としたＡＯＴＦ２Ｂを用いることも可能である。この場合、前段のＡＯＴＦ要素を通過した光は、反射部２９によって全反射されて折り返され、前段とは対称的な構成を持つ後段のＡＯＴＦ要素に送られる。このような折り返しの２段構成としたＡＯＴＦ２Ｂを適用することで、ＡＯＴＦの光導波路に沿った長手方向のサイズを短くすることが可能になる。
【００５４】
図１１には、上記図１０の構成と同様の多波長光源を用いて３波の光の発振を実現すると共に、出力光レベルの平坦化制御を行うようにした場合に測定した出力光のスペクトルを示しておく。
次に、本発明にかかる多波長光源の実施形態（４）について説明する。
図１２は、実施形態（４）の多波長光源に用いられるＡＯＴＦの要部構成例を示す平面図である。なお、実施形態（４）の全体の構成は、上述した実施形態（１）または実施形態（２）の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００５５】
図１２に示すように、実施形態（４）の多波長光源で用いられるＡＯＴＦ２Ｃは、例えば、実施形態（１）等で用いてきたＡＯＴＦ２と同様の構成の４個のＡＯＴＦ（以下、ＡＯＴＦ要素２1〜２4とする）を１つの基板２０内に集積化した構成を有し、各ＡＯＴＦ要素２1〜２4を選択的に使用することで、多波長光源の発振動作を多波長での発振または単一波長での発振に切り換え可能にしたものである。
【００５６】
図１２で基板２０の左側に配置されたＡＯＴＦ要素２1は、ＥＤＦＡ１０等からの出力光が入力ポート２６を介して入力され、光と弾性表面波が順方向に伝搬するように設定されている。このＡＯＴＦ要素２1の出力側のモード分岐器は、モード変換された選択光を基板２０の中央上段に配置されたＡＯＴＦ要素２2に繋がる光導波路に導き、モード変換されなかった通過光を基板２０の中央下段に配置されたＡＯＴＦ要素２3側に繋がる光導波路に導く。ＡＯＴＦ要素２2は、ＡＯＴＦ要素２1からの選択光が入力され、光と弾性表面波が逆方向に伝搬するように設定されている。このＡＯＴＦ要素２2の出力側のモード分岐器は、モード変換された選択光を基板２０の右側に配置されたＡＯＴＦ要素２4に繋がる光導波路に導く。ＡＯＴＦ要素２3は、ＡＯＴＦ要素２1からの通過光が入力され、光と弾性表面波が順方向に伝搬するように設定されている。このＡＯＴＦ要素２3の出力側のモード分岐器は、モード変換された選択光をＡＯＴＦ要素２4に繋がる光導波路に導く。ＡＯＴＦ要素２4は、ＡＯＴＦ要素２2または２3からの選択光が入力され、光と弾性表面波が順方向に伝搬するように設定されている。このＡＯＴＦ要素２4の出力側のモード分岐器は、モード変換された選択光を出力ポート２７から出力する。
【００５７】
各ＡＯＴＦ要素２1〜２4のＩＤＴには、図示しないＲＦ信号発生回路で発生した所要の周波数のＲＦ信号が、ＡＯＴＦ要素２1，２2の組とＡＯＴＦ要素２3，２4の組とに切り換え可能な回路構成により、各々の組ごとに共通に印加される。
なお、基板２０内における各ＡＯＴＦ要素２1〜２4の配置は上記の一例に限られるものではない。また、ここでは１つの基板２０内に各ＡＯＴＦ要素２1〜２4を集積化するようにした、個別に用意したＡＯＴＦを光ファイバ等を用いて接続するようにしてもよい。
【００５８】
ここで、上記のような構成のＡＯＴＦ２Ｃにおける動作を具体的に説明する。
多波長光源を多波長で発振動作させる場合には、図１３に示すように、ＡＯＴＦ要素２1，２2に所要の周波数のＲＦ信号を共通に印加してＯＮ状態とし、ＡＯＴＦ要素２3，２4にはＲＦ信号を印加せずにＯＦＦ状態とする。このような状態において、例えば、ＴＥモードの光が入力ポート２６から入射されると、その入力光は、図中の太線矢印で示すような経路を伝搬するようになる。すなわち、ＴＥモードの入力光は、ＯＮ状態のＡＯＴＦ要素２1でＲＦ信号の周波数に応じた波長の複数の選択光がＴＭモードに変換されてＡＯＴＦ要素２2に送られる。ＯＮ状態のＡＯＴＦ要素２2では、ＡＯＴＦ要素２1からの各選択光がさらにＴＥモードに変換されてＡＯＴＦ要素２4に送られる。ＡＯＴＦ要素２1，２2における各モード変換時に生じるドップラーシフトは、同じ方向の周波数シフトになるためキャンセルされずに２倍となる。ＯＦＦ状態のＡＯＴＦ要素２4では、ＡＯＴＦ要素２2からの各選択光がモード変換されることなくＴＥモードのまま通過して出力ポート２７に出力される。
【００５９】
上記のようにしてＡＯＴＦ２Ｃで選択された各波長の光は、リング共振器内を一巡して再びＡＯＴＦ２Ｃに送られる。これにより、ＡＯＴＦ２Ｃにおいて、ＡＯＴＦ要素２1，２2に共通に印加されるＲＦ信号の周波数に応じて選択された複数波長の光がリング共振器内を周回するようになり、また、各選択光についてＡＯＴＦ２Ｃで発生するドップラーシフトにより、リング共振器内での単一モードの発振が抑えられて、多波長の光の発振が実現されるようになる。
【００６０】
一方、多波長光源を単一波長で発振動作させる場合には、図１４に示すように、ＡＯＴＦ要素２3，２4に単一周波数のＲＦ信号を共通に印加してＯＮ状態とし、ＡＯＴＦ要素２1，２2にはＲＦ信号を印加せずにＯＦＦ状態とする。このような状態において、入力ポート２６からＴＥモードの光が入射されると、その入力光は、図中の太線矢印で示すような経路を伝搬するようになる。すなわち、ＴＥモードの入力光は、ＯＦＦ状態のＡＯＴＦ要素２1ではモード変換されることなくＴＥモードのまま通過してＡＯＴＦ要素２3に送られる。ＯＮ状態のＡＯＴＦ要素２3では、ＡＯＴＦ要素２1からの通過光のうちのＲＦ信号の周波数に応じた単一波長の選択光がＴＭモードに変換されてＡＯＴＦ要素２4に送られる。ＯＮ状態のＡＯＴＦ要素２4では、ＡＯＴＦ要素２3からの選択光がさらにＴＥモードに変換されて出力ポート２７に出力される。ＡＯＴＦ要素２3，２4における各モード変換時に生じるドップラーシフトは、逆方向の周波数シフトになるためキャンセルされる。
【００６１】
上記のようにしてＡＯＴＦ２Ｃで選択された単一波長の光は、リング共振器内を一巡して再びＡＯＴＦ２Ｃに送られる。これにより、ＡＯＴＦ２Ｃにおいて、ＡＯＴＦ要素２3，２4に共通に印加されるＲＦ信号の周波数に応じて選択された単一波長の光がリング共振器内を周回するようになり、また、ＡＯＴＦ２Ｃにおけるモード変換時のドップラーシフトはキャンセルされるため、リング共振器内での単一モードの安定した発振が実現されるようになる。
【００６２】
このように実施形態（４）の多波長光源によれば、リング共振器内にＡＯＴＦ２Ｃを挿入し、各ＡＯＴＦ要素２1〜２4に選択的にＲＦ信号を印加することで、多波長での発振動作と単一波長での発振動作とを電気的に切り換えることが可能な光源を実現することが可能になる。
上述したような本発明によるＡＯＴＦを用いた多波長光源は、例えば、波長多重（ＷＤＭ）光通信に利用される、送信用光源、予備用光源、挿入用光源（光挿入分岐装置）、基準光源および検査用光源などとして使用することが可能であり、また、ラマン増幅器における大容量の励起光源としても有用である。図１５には、ラマン増幅用の複数の波長の励起光を発生する励起光源として、本発明による多波長光源を使用する場合の構成例を示しておく。この場合、ラマン増幅する信号光の波長帯に対応させて、本発明による多波長光源から出力される複数の光の波長を設定し、各波長の光を光増幅器を用いて所要のレベルまで増幅した後にラマン増幅媒体に供給することで、ラマン増幅媒体を伝搬する信号光の増幅が可能になる。
【００６３】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００６４】
（付記１） 共振器の光路上に光増幅器を備え、前記共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光を発生する多波長光源において、
前記共振器の光路上に音響光学チューナブルフィルタを備え、
該音響光学チューナブルフィルタが、周波数の異なる複数の弾性表面波に対応して、入力光のうちから複数の波長の光を選択し、かつ、該各選択光の周波数をシフトさせて前記光路に出力することを特徴とする多波長光源。
【００６５】
（付記２） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記共振器の光路上に、前記複数の波長の光を外部に出力する光出力部を備えたことを特徴とする多波長光源。
【００６６】
（付記３） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記音響光学チューナブルフィルタは、
基板に形成された光導波路と、
周波数の異なる複数の電気信号を生成する信号生成部と、
該信号生成回路で生成された複数の電気信号に応じて前記基板上に周波数の異なる複数の弾性表面波を発生し、該各弾性表面波を光導波路に沿った所定の領域内に伝搬させる弾性表面波発生部と、
前記光導波路を伝搬する光について、前記弾性表面波発生部で発生した各弾性表面波に基づく音響光学効果によって偏光モードの変換された複数の波長の光のみを分岐するモード分岐部と、を備えたことを特徴とする多波長光源。
【００６７】
（付記４） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記共振器は、リング共振器であることを特徴とする多波長光源。
【００６８】
（付記５） 付記４に記載の多波長光源であって、
前記リング共振器は、光路上に光アイソレータを有する単一方向性の構成であることを特徴とする多波長光源。
【００６９】
（付記６） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記共振器は、ファブリ・ペロー共振器であることを特徴とする多波長光源。
【００７０】
（付記７） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記光増幅器は、非晶質中に希土類元素を添加した媒体に励起光を供給することで、前記媒体を伝搬する光を増幅して出力することを特徴とする多波長光源。
【００７１】
（付記８） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記光増幅器は、半導体光増幅器であることを特徴とする多波長光源。
【００７２】
（付記９） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記共振器の光路上に、周期的な透過波長特性を持つ光フィルタを備え、
該光フィルタの各透過帯域は、前記音響光学チューナブルフィルタによって選択される各波長の光の帯域幅よりも狭い帯域幅を持つことを特徴とする多波長光源。
【００７３】
（付記１０） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光について、各々の光パワーを制御する光パワー制御部を備えたことを特徴とする多波長光源。
【００７４】
（付記１１） 付記１０に記載の多波長光源であって、
前記光パワー制御部は、前記音響光学チューナブルフィルタで発生する周波数の異なる複数の弾性表面波の各強度を変化させることによって、各波長の光パワーを制御することを特徴とする多波長光源。
【００７５】
（付記１２） 付記１０に記載の多波長光源であって、
前記光パワー制御部は、前記共振器の光路上に挿入したイコライザの各発振波長に対応した損失を変化させることによって、各波長の光パワーを制御することを特徴とする多波長光源。
【００７６】
（付記１３） 付記１０に記載の多波長光源であって、
前記共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光のパワーを検出するモニタ部を備え、
前記光パワー制御部は、前記モニタ部の検出結果に従って、各波長の光パワーを制御することを特徴とする多波長光源。
【００７７】
（付記１４） 付記１０に記載の多波長光源であって、
発振波長の組み合わせに応じて予め求めた補正値を記憶する記憶部を備え、
前記光パワー制御部は、発振波長の組み合わせに対応して前記記憶部から読み出した補正値に従って、各波長の光パワーを制御することを特徴とする多波長光源。
【００７８】
（付記１５） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記音響光学チューナブルフィルタは、複数の音響光学チューナブルフィルタ要素を、各々の音響光学チューナブルフィルタ要素における選択光の周波数シフトの和が零にならないように多段接続したものであることを特徴とする多波長光源。
【００７９】
（付記１６） 付記１に記載の多波長光源であって、
前記音響光学チューナブルフィルタは、複数の音響光学チューナブルフィルタ要素を多段接続した構成を有し、前記各音響光学チューナブルフィルタ要素を選択的に駆動することによって、駆動した音響光学チューナブルフィルタ要素における選択光の周波数シフトが、零にならない多波長発振状態と、零になる単一波長発振状態とを切り換えることが可能であることを特徴とする多波長／単一波長切り換え光源。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による多波長光源は、光増幅器および音響光学チューナブルフィルタを用いた簡略な構成の共振器により、任意の波長の複数の発振光を安定して発生することが可能である。また、各発振波長の光パワーの制御も容易に行うことができ、特に、音響光学チューナブルフィルタにおける弾性表面波の強度を制御するようにすれば、各波長の光パワーの高速チューニングが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる多波長光源の第１の基本構成を示す平面図である。
【図２】本発明にかかる多波長光源の第２の基本構成を示す平面図である。
【図３】第２の基本構成に関する他の構成例を示す平面図である。
【図４】本発明にかかる多波長光源の実施形態（１）の構成を示す平面図である。
【図５】同上実施形態（１）における出力光のスペクトルおよび周期フィルタの透過波長特性の一例を示す図である。
【図６】本発明にかかる多波長光源の実施形態（２）の構成を示す平面図である。
【図７】同上実施形態（２）に関し、イコライザを用いた場合の構成例を示す平面図である。
【図８】同上実施形態（２）に関し、データベースを用いた場合の構成例を示す平面図である。
【図９】本発明にかかる多波長光源の実施形態（３）の構成を示す平面図である。
【図１０】同上実施形態（３）に関する他の構成例を示す平面図である。
【図１１】本発明による多波長光源の出力光スペクトルの実験結果を示す図である。
【図１２】本発明にかかる多波長光源の実施形態（４）に用いられるＡＯＴＦの要部構成を示す平面図である。
【図１３】同上実施形態（３）における多波長発振時のＡＯＴＦの動作を説明する図である。
【図１４】同上実施形態（３）における単一波長発振時のＡＯＴＦの動作を説明する図である。
【図１５】本発明にかかる多波長光源をラマン増幅用の励起光源として用いた場合の構成例を示すブロック図である。
【図１６】従来の多波長発振レーザの構成例を示すブロック図である。
【図１７】多波長発振レーザにおける不安定な発振動作を説明するための図である。
【図１８】従来の周波数シフタを用いた多波長光源の構成例を示すブロック図である。
【図１９】図１８の従来の多波長光源について、イコライザを用いて強度分布補正を行う場合の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 光増幅器
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 音響光学チューナブルフィルタ（ＡＯＴＦ）
３ 出力カプラ
４，５，２９ 反射器
５’ 長周期ファイバグレーティング
１０ ＥＤＦＡ
２０ 基板
２１，２１’ 光導波路
２２，２２’ ＩＤＴ
２３，２３’ ＳＡＷガイド
２４，２４’，２５，２５’ モード分岐器
２６ 入力ポート
２７ 出力ポート
２８ ＲＦ信号生成回路
６０ 周期フィルタ
６１ 光アイソレータ
６２ モニタ
６３ イコライザ
２1，２2，２3，２4 ＡＯＴＦ要素
Claims (5)
- 共振器の光路上に光増幅器を備え、前記共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光を発生する多波長光源において、
前記共振器の光路上に備えられた音響光学チューナブルフィルタと、前記共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光について、各々の光パワーを制御する光パワー制御部と、を含み、
該音響光学チューナブルフィルタは、周波数の異なる複数の弾性表面波に対応して、入力光のうちから複数の波長の光を選択し、かつ、モード変換時のドップラーシフトにより各選択光の周波数をシフトさせて前記光路に出力し、
前記光パワー制御部は、前記音響光学チューナブルフィルタで発生する周波数の異なる複数の弾性表面波の各強度を変化させることによって各波長の出力光レベルが平坦化されるように、各波長の光パワーを制御する
ことを特徴とする多波長光源。 - 請求項１に記載の多波長光源であって、
前記共振器は、リング共振器であることを特徴とする多波長光源。 - 請求項１に記載の多波長光源であって、
前記共振器は、ファブリ・ペロー共振器であることを特徴とする多波長光源。 - 請求項１に記載の多波長光源であって、
前記共振器内を伝搬して発振した複数の波長の光のパワーを検出するモニタ部を備え、
前記光パワー制御部は、前記モニタ部の検出結果に従って、各波長の光パワーを制御することを特徴とする多波長光源。 - 請求項１に記載の多波長光源であって、
発振波長の組み合わせに応じて予め求めた補正値を記憶する記憶部を備え、
前記光パワー制御部は、発振波長の組み合わせに対応して前記記憶部から読み出した補正値に従って、各波長の光パワーを制御することを特徴とする多波長光源。
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