JP4621083B2 - Multi-carrier light source - Google Patents
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Description
本発明は、複数の光キャリアを一括に発生することができるマルチキャリア光源に関し、特にWDM(波長分割多重)システムに用いる、等間隔で多数の光キャリアを発生する技術に関する。 The present invention relates to a multicarrier light source capable of generating a plurality of optical carriers at once, and more particularly to a technique for generating a large number of optical carriers at regular intervals, which is used in a WDM (wavelength division multiplexing) system.
近年、マルチキャリア光源として、図6に示すように、一定のパルス繰り返し周波数frepのパルス光源601と非線形光学媒質603とを組み合わせた構成の光源の研究開発が進められている(非特許文献1〜3)。繰り返し周波数frepの光パルス列は、そのスペクトルにおいては周波数軸上に間隔frepで光キャリア(線スペクトル)が並んでいる。パルス光源601から発生したこの光パルス列を非線形光学媒質603中に入射すると、非線形効果によりスペクトル幅が拡大して光キャリアの数が増大する。その結果、非線形光学媒質603から出力される光を周波数間隔frepのマルチキャリア光として応用することが可能となる。
In recent years, as a multicarrier light source, as shown in FIG. 6, research and development of a light source having a configuration in which a
従来、マルチキャリア光源用パルス光源601としては主に、モード同期LD(レーザダイオード)が用いられていた(非特許文献1,2)。このモード同期LD単体ではスペクトル幅がせいぜい数nm程度と狭いため、光キャリア数もせいぜい10〜30程度と少ない(キャリア間隔25〜50GHz程度の場合)が、光ファイバなどの非線形光学媒質603に光パルス列を入射して、自己位相変調や四光波混合等の非線形光学効果を利用することにより、そのスペクトル幅が拡大し(数10〜数100nm)、光キャリア数も100〜1000へと増大する。
Conventionally, a mode-locked LD (laser diode) has been mainly used as the
このようなマルチキャリア光源は、光キャリア周波数間隔が均一な100以上の光キャリアを一括に発生することができるため、多波長WDMシステム用光源の応用へ有望である(非特許文献3)。WDM用光源の場合、正確に規定の光周波数間隔に配置されて高いSNR(信号対雑音比)を有する光キャリアを発生することが必要である。 Such a multi-carrier light source is promising for the application of a light source for a multi-wavelength WDM system because it can collectively generate 100 or more optical carriers having a uniform optical carrier frequency interval (Non-patent Document 3). In the case of a WDM light source, it is necessary to generate an optical carrier having a high SNR (signal-to-noise ratio) that is precisely arranged at a prescribed optical frequency interval.
しかしながら、モード同期LDは、パルス繰り返し周波数が共振器長で決まり、可変域が10MHz程度と狭いため、WDMシステムで規定されている光周波数間隔(12.5GHz,25GHz,50GHz,100GHz)に正確に一致させるのは容易ではない。共振器周波数がずれたモード同期LDを規定周波数で駆動すると、出力光のSNR等の劣化につながる。また、モード同期LDには、モード分配雑音が生じることで、光キャリアのSNRが劣化する場合もあった。また、モード同期LDは、出力光パワーが一般的に数mW程度であり、この中に含まれる各光キャリアの光パワーは数分の一の1mW以下となり、SNRもこの光パワーで決まる値に制限されていた。 However, in mode-locked LD, the pulse repetition frequency is determined by the resonator length, and the variable range is as narrow as about 10 MHz. Therefore, the mode-locked LD is precisely at the optical frequency interval (12.5 GHz, 25 GHz, 50 GHz, 100 GHz) defined by the WDM system. It is not easy to match. Driving a mode-locked LD with a shifted resonator frequency at a specified frequency leads to degradation of SNR and the like of output light. In addition, mode-synchronized LD may deteriorate the SNR of the optical carrier due to mode distribution noise. In addition, the mode-locked LD generally has an output optical power of about several mW, and the optical power of each optical carrier included in the mode-locked LD is 1 mW or less of a fraction, and the SNR is also determined by this optical power. It was restricted.
このモード同期LDをパルス光源として使用して、非線形光学媒質でスペクトル拡大した場合、このスペクトルに含まれる光キャリアのSNRも、共振周波数と駆動周波数のずれ、モード分配雑音により劣化する場合があった。これらの劣化要因がなくても、拡大された光スペクトル内の光キャリアのSNRは、モード同期LD直後の光キャリアのSNR程度に制限されていた。 When this mode-locked LD is used as a pulsed light source and the spectrum is expanded with a nonlinear optical medium, the SNR of the optical carrier included in this spectrum may also deteriorate due to the difference between the resonance frequency and the drive frequency and the mode distribution noise. . Even without these deterioration factors, the SNR of the optical carrier in the expanded optical spectrum is limited to the SNR of the optical carrier immediately after the mode-locking LD.
また、通常の非線形光学媒質で十分なスペクトル拡大を起こすためには、その非線形光学媒質にパルス幅10ps(ピコ秒)以下の光パルス列を入射する必要がある。しかしながら、モード同期LDではデューティが1/5〜1/10程度であるため、パルス幅10ps以下の光パルス列を発生することができる繰り返し周波数は10GHz以上となる。従って、光キャリア周波数間隔を10GHzよりも狭くすることは困難であった。 In addition, in order to cause sufficient spectrum expansion with a normal nonlinear optical medium, it is necessary to make an optical pulse train having a pulse width of 10 ps (picoseconds) or less incident on the nonlinear optical medium. However, since the duty of the mode-locked LD is about 1/5 to 1/10, the repetition frequency at which an optical pulse train having a pulse width of 10 ps or less can be generated is 10 GHz or more. Therefore, it has been difficult to make the optical carrier frequency interval narrower than 10 GHz.
一方、パルス繰り返し周波数が可変であるパルス光源として、CW(持続波、連続波)光源と外部光変調手段を組み合わせたパルス光源がある(非特許文献4,5)。図7、8にこれらの光源の基本構成を示す。 On the other hand, as a pulse light source having a variable pulse repetition frequency, there is a pulse light source that combines a CW (continuous wave, continuous wave) light source and external light modulation means (Non-Patent Documents 4 and 5). 7 and 8 show the basic configuration of these light sources.
図7に示すCW光源701と強度光変調手段703からなる従来のパルス光源の場合、強度光変調手段703として主に電界吸収型変調器が用いられている(非特許文献4)。この光源は強度変調手段703への駆動周波数によりパルス繰り返し周波数を制御することができる。しかし、この電界吸収型変調器703は損傷のない入射光パワー限界が10mW以下と低く、変調器損失が10dB以上と大きいため、この中に含まれる各光キャリアの光パワーは0.1mW以下となり、SNRがモード同期LDよりも低い値しか得られない。
In the case of the conventional pulse light source including the
図8に示すCW光源801と、位相変調手段803と、波長分散付与手段805とからなる従来のパルス光源では、外部位相変調手段803への駆動周波数と波長分散付与手段805の波長分散値とにより、パルス繰り返し周波数を制御することができる(非特許文献5)。この方法によるパルス光発生は、以下の動作原理によるものである。CW光源801から発生するCW光に、位相変調手段803で正弦波位相変調を施すことにより、光強度は一定でCW光のままだが、その瞬時周波数が正弦波的に変化するチャープ光が得られる。このチャープ光を波長分散付与手段805に通すことにより、光周波数成分ごとに異なる遅延が与えられる。その結果、CW光のエネルギーの一部が時間軸上の一点に周期的に集中する。その結果、CW光は、位相変調周波数に等しい繰り返し周波数を有する光パルス列へと変化する。
In the conventional pulse light source including the
位相変調手段803としてLiNbO3位相変調器を用いた場合には、このパルス光源は、100mW以上の光パワーが入射でき、損失も3dB以下であるため、出力光として50mW以上が得られる。また、このパルス光源は繰り返し周波数が10GHz以下であっても、10ps以下の光パルスを発生することができる。しかしながら、図9の(A)、(B)に示すように、このパルス光源からの出力光キャリアは、レベルの違いが大きく、SNRの波長依存性も大きいという点があった。即ち、位相変調器803の出力において、図9の(A)に示すような各光キャリアの強度レベルのばらつき(中心の5本の光キャリア間で5dB以上)があることにより、SNRは図9の(B)に示すような波長依存性を持ってしまう。
When a LiNbO 3 phase modulator is used as the phase modulation means 803, this pulsed light source can receive an optical power of 100 mW or more, and the loss is 3 dB or less, so that an output light of 50 mW or more can be obtained. Further, this pulse light source can generate an optical pulse of 10 ps or less even when the repetition frequency is 10 GHz or less. However, as shown in FIGS. 9A and 9B, the output optical carrier from the pulse light source has a large level difference and a large SNR wavelength dependency. That is, in the output of the
上記の理由により、これまで、CW光源と外部光変調手段を組み合わせたパルス光源をWDM用光源へ適用することはできなかった。そのため従来、この位相変調手段803を用いたパルス光源と、非線形光学媒質703との組み合わせを、WDM用マルチキャリア光源として使用することは検討されていなかった。
For the above reasons, a pulse light source combining a CW light source and an external light modulation means cannot be applied to a WDM light source. Therefore, conventionally, the use of a combination of the pulse light source using the phase modulation means 803 and the nonlinear
本発明の目的は、上述の課題を解決するため、100波長以上のWDM用光源において、SNRが高く、光キャリア周波数間隔が容易に調整できる、マルチキャリア光源を提供することにある。 In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a multicarrier light source that has a high SNR and can easily adjust an optical carrier frequency interval in a WDM light source having 100 wavelengths or more.
上記目的を達成するため、本発明のマルチキャリア光源は、CW光を発生するCW光源と、前記CW光をパルス繰り返し周波数frepで位相変調する位相変調手段と、位相変調されたCW光に波長分散を与えてパルス繰り返し周波数frepの光パルス列に変換する波長分散付与手段と、前記光パルス列を入射してスペクトル幅を拡大する非線形光学媒質として、長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバとを有し、前記非線形光学媒質としての前記光ファイバにおいて光スペクトル拡大が起きる光パワーしきい値を、該光ファイバに入射する光パルス列のピークパワーよりも低く、且つ該光パルス列のペデスタルのパワーよりも高くしたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a multicarrier light source of the present invention includes a CW light source that generates CW light, phase modulation means that phase-modulates the CW light at a pulse repetition frequency f rep , and wavelength of the phase-modulated CW light. As chromatic dispersion providing means for applying dispersion and converting it into an optical pulse train having a pulse repetition frequency f rep , and as a nonlinear optical medium for injecting the optical pulse train to expand the spectrum width, the chromatic dispersion in the longitudinal direction is changed from anomalous dispersion to normal dispersion. It possesses a decreasing optical fiber, the optical power threshold for optical spectral broadening occurs in the optical fiber as the nonlinear optical medium, lower than the peak power of the optical pulse train entering the optical fiber, and optical pulse train It is characterized by higher than the power of the pedestal .
ここで、前記波長分散付与手段として、光ファイバ、ファイバグレイティング、または平面型光波回路を用いたことを特徴とすることができる。 Here, an optical fiber, a fiber grating, or a planar lightwave circuit can be used as the chromatic dispersion providing means.
また、前記波長分散付与手段と、前記非線形光学媒質としての前記光ファイバとの間に、光増幅器および光バンドパスフィルタを配置したことを特徴とすることができる。 In addition, an optical amplifier and an optical bandpass filter may be disposed between the chromatic dispersion providing unit and the optical fiber as the nonlinear optical medium.
また、前記位相変調手段と、前記波長分散付与手段との間に、光増幅器および光バンドパスフィルタを配置したことを特徴とすることができる。 Further, an optical amplifier and an optical bandpass filter may be disposed between the phase modulation unit and the chromatic dispersion providing unit.
上記構成により、本発明によれば、広波長域においてキャリア光源を提供することができる。さらに、本発明のマルチキャリア光源は、広波長域においてばらつきが少なく、かつ高いSNRの多数の光キャリアを発生することができる。また、本発明のマルチキャリア光源は、均一で狭い周波数間隔の多数の光キャリアを発生することができる。 With the above configuration, according to the present invention, a carrier light source can be provided in a wide wavelength region. Furthermore, the multi-carrier light source of the present invention can generate a large number of optical carriers with little variation in a wide wavelength range and a high SNR. In addition, the multicarrier light source of the present invention can generate a large number of optical carriers with uniform and narrow frequency intervals.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明のマルチキャリア光源の第1の実施形態の構成を示す。本図に示すように、本実施形態のマルチキャリア光源は、パルス光源としてCW光を発生するCW光源101と、そのCW光を周波数frepで位相変調する位相変調手段103と、位相変調されたCW光に波長分散を与えてパルス繰り返し周波数frepの光パルス列に変換する波長分散付与手段105と、非線形光学媒質として、長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバ(非線形光ファイバ)111とを有する。必要に応じて、その波長分散付与手段105と非線形光ファイバ111との間に、上記光パルス列を増幅する光増幅器107と、増幅された光パルス列をフィルタリングする光バンドパスフィルタ109とを接続しても好ましい。波長分散付与手段105としては、光ファイバ、ファイバグレイティングまたは平面型光波回路を用いることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of a multicarrier light source of the present invention. As shown in this figure, the multicarrier light source of this embodiment includes a CW
前述したように、CW光源と位相変調手段と波長分散付与手段とからなる従来のパルス光源は、出力された光キャリア間でレベルやSNRのばらつきが大きいという課題があり、WDM光源へ適用することができなかった。これに対し、本発明では、この従来と同様な構成101,103,105のパルス光源と、長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバ111とを組み合わせて構成しているので、従来技術の上記課題を解決し、広い波長域で、高いSNRの光キャリアを発生することができる。以下、本発明のこの作用原理について説明する。
As described above, the conventional pulse light source including the CW light source, the phase modulation unit, and the chromatic dispersion providing unit has a problem that the level and SNR vary greatly between the output optical carriers, and is applied to the WDM light source. I could not. On the other hand, in the present invention, the pulse light source having the
CW光源101と位相変調手段103と波長分散付与手段105とからなるパルス光源の時間領域でのパルス波形を図2に示す。CW光源101と位相変調手段103と波長分散付与手段105とからなるパルス光源の場合には、モード同期LDやCW光源+電界吸収型変調器と異なり、光パルス間にCW光成分が存在しており、各光パルスのすその部分に小さな山(ペデスタル)が生じる。
FIG. 2 shows a pulse waveform in the time domain of a pulse light source composed of the CW
一方、長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバ111は、図3の(A)に示すように、入射する光パルスのピークパワーと拡大したスペクトル幅の関係は非線形特性を持つ。光パルスのピークパワーが図3の(A)で示したしきい値Pth、までは、スペクトルはほとんど広がらず(図3の(B)参照)、光パルスのピークパワーがしきい値Pthを超えると、スペクトルは急激に拡大する(図3の(C)参照)。 On the other hand, in the optical fiber 111 in which the chromatic dispersion decreases in the longitudinal direction from anomalous dispersion to normal dispersion, as shown in FIG. 3A, the relationship between the peak power of the incident optical pulse and the expanded spectrum width has a nonlinear characteristic. Have. (A) threshold P th shown in the peak power of the optical pulses is 3, to the spectral hardly spread (see (B) in FIG. 3), the peak power of the optical pulse threshold P th If it exceeds, the spectrum expands rapidly (see FIG. 3C).
上記のCW光源101と位相変調手段103と波長分散付与手段105とからなるパルス光源から出力された光パルス列を、長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバ111に入射して、ペデスタルのピークパワーをしきい値Pthよりも低く設定することで、光パルス間のCW光成分と各光パルスのすそののペデスタルはスペクトル拡大に寄与せずに、所望のスペクトル拡大を行うことができる。
The optical pulse train output from the pulse light source composed of the CW
その結果、非線形光ファイバ111の出力は、図3の(C)に示すように、パルス光源がもともと有している励起光波長域(数nm程度)だけは多少のレベルばらつきが残るが、その他の広波長域(100nm以上)で光キャリア間のレベルばらつきが非常に少ないスペクトルとなる。 As a result, as shown in FIG. 3C, the output of the nonlinear optical fiber 111 has some level variations only in the pumping light wavelength region (about several nm) originally possessed by the pulse light source. In a wide wavelength range (100 nm or more), the spectrum has very little level variation between optical carriers.
従来例で既述したように、CW光源と位相変調手段と波長分散付与手段とからなるパルス光源は、モード同期LDやCW光源+電界吸収型変調器に比べて高パワーの光パルス列が発生できる利点がある。従って、このパルス光源に非線形光ファイバ111を付加した本発明の構成により、このパルス光源の持つ難点(レベル・SNRのばらつき)を無くして、利点(高パワーによる高SNR化)を活かすことができるため、励起光波長域以外の広波長域において、ばらつきが少なく、高いSNRのマルチ光キャリアの発生が実現できる。 As already described in the conventional example, the pulse light source including the CW light source, the phase modulation unit, and the chromatic dispersion imparting unit can generate a high-power optical pulse train as compared with the mode-locked LD or CW light source + electroabsorption modulator. There are advantages. Therefore, the configuration of the present invention in which the nonlinear optical fiber 111 is added to the pulse light source can eliminate the difficulty (variation in level and SNR) of the pulse light source and take advantage of the advantage (high SNR due to high power). Therefore, there is little variation in a wide wavelength range other than the excitation light wavelength range, and generation of a multi-optical carrier having a high SNR can be realized.
さらに、CW光源と位相変調手段と波長分散付与手段とからなるパワー光源は、既に従来例で説明したように、10GHz以下のパルス繰り返し周波数でも短光パルス列を発生することができるため、本発明のマルチキャリア光源により、低周波数間隔(10GHz以下)のマルチ光キャリア発生が実現できる。 Furthermore, since the power light source composed of the CW light source, the phase modulation means, and the chromatic dispersion imparting means can generate a short optical pulse train even at a pulse repetition frequency of 10 GHz or less, as already described in the conventional example, The multi-carrier light source can generate multi-optical carriers at low frequency intervals (10 GHz or less).
本発明(CW光源+位相変調手段+波長分散付与手段+長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバ)における出力光キャリアと従来技術(図6のモード同期LD+長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバ)における出力光キャリアのSNRの比較を行った結果を図4に示す。この場合、光キャリア周波数間隔は6.25GHzに設定している。本発明の場合は、図1の構成により、直接、周波数間隔6.25GHzのマルチ光キャリアを発生させている。 Output optical carrier in the present invention (CW light source + phase modulation means + wavelength dispersion providing means + optical fiber in which chromatic dispersion is reduced from anomalous dispersion to normal dispersion in the longitudinal direction) and the prior art (mode-locked LD in FIG. 6 + wavelength in the longitudinal direction) FIG. 4 shows the result of comparison of the SNR of the output optical carrier in an optical fiber whose dispersion decreases from anomalous dispersion to normal dispersion. In this case, the optical carrier frequency interval is set to 6.25 GHz. In the case of the present invention, the multi-optical carrier having a frequency interval of 6.25 GHz is directly generated by the configuration of FIG.
一方、従来技術の場合には、モード同期LD601から直接パルス繰り返し周波数6.25GHzの光パルス列が発生できないため、図5に示すように、光ゲート501をモード同期LD601の直後に配置して、パルス繰り返し周波数を25GHzから1/4の6.25GHzへ間引くことで、周波数間隔6.25GHzのマルチ光キャリアを発生させている。
On the other hand, in the case of the prior art, since an optical pulse train having a pulse repetition frequency of 6.25 GHz cannot be generated directly from the mode-synchronized
図4から、本発明のSNRが従来技術のSNRよりも1〜4dB程度高いことより、本発明が従来技術よりも優れていることがわかる。 FIG. 4 shows that the SNR of the present invention is superior to that of the prior art because the SNR of the present invention is about 1 to 4 dB higher than the SNR of the prior art.
(第2の実施形態)
図10は、本発明のマルチキャリア光源の第2の実施形態の構成を示す。ここで、図1と同様な構成要素には同一符号を用いている。図10に示すように、本実施形態のマルチキャリア光源は、パルス光源としてCW光を発生するCW光源101と、そのCW光を周波数frepで位相変調する位相変調手段103と、位相変調されたCW光を増幅する光増幅器107と、波長分散を与えてパルス繰り返し周波数frepの光パルス列に変換する波長分散付与手段105と、非線形光学媒質として、長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバ(非線形光ファイバ)111とを有する。必要に応じて、その光増幅器107の後段に、増幅後の光から不要な波長成分を除去する光バンドパスフィルタ109を接続しても好ましい。ここで、光増幅器107は位相変調手段103と波長分散付与手段105の間に挿入する。この位置に光増幅器107を挿入することにより、CW光はパルス化される前に増幅されることになる。これにより、光増幅器107を波長分散付与手段105の後段に挿入した場合よりも、光増幅器107中における光のピークパワーが低くなる。その結果、光増幅器中の非線形現象により不要な光スペクトル変化が起こるのを防ぐことが可能となる。
(Second Embodiment)
FIG. 10 shows the configuration of the second embodiment of the multicarrier light source of the present invention. Here, the same reference numerals are used for the same components as in FIG. As shown in FIG. 10, the multi-carrier light source of this embodiment includes a CW
(他の実施の形態)
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。
(Other embodiments)
In the above, the preferred embodiment of the present invention has been described by way of example. However, the embodiment of the present invention is not limited to the above-described example, and the constituent members thereof are within the scope of the claims. Various modifications such as replacement, change, addition, increase / decrease in number, change in shape design, etc. are all included in the embodiments of the present invention.
101 CW光源
103 位相変調手段
105 波長分散付与手段
107 光増幅器
109 光フィルタ
111 非線形光ファイバ
(長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバ)
501 光ゲート
503 光増幅器
507 光フィルタ
601 光パルス光源
603 非線形光学媒質(非線形光ファイバ)
701 CW光源
703 強度変調器
801 CW光源
803 位相変調手段
805 波長分散付与手段
DESCRIPTION OF
501 Optical gate 503
701 CW
Claims (4)
前記CW光をパルス繰り返し周波数frepで位相変調する位相変調手段と、
位相変調されたCW光に波長分散を与えてパルス繰り返し周波数frepの光パルス列に変換する波長分散付与手段と、
前記光パルス列を入射してスペクトル幅を拡大する非線形光学媒質として、長手方向に波長分散が異常分散から正常分散に減少する光ファイバと
を有し、
前記非線形光学媒質としての前記光ファイバにおいて光スペクトル拡大が起きる光パワーしきい値を、該光ファイバに入射する光パルス列のピークパワーよりも低く、且つ該光パルス列のペデスタルのパワーよりも高くしたことを特徴とするマルチキャリア光源。 A CW light source that generates CW light;
Phase modulation means for phase modulating the CW light at a pulse repetition frequency f rep ;
Chromatic dispersion providing means for applying chromatic dispersion to the phase-modulated CW light and converting it to an optical pulse train having a pulse repetition frequency f rep ;
As the nonlinear optical medium to expand the spectral width enters the optical pulse train, it possesses an optical fiber whose wavelength dispersion in the longitudinal direction decreases from anomalous dispersion to normal dispersion,
The optical power threshold at which optical spectrum expansion occurs in the optical fiber as the nonlinear optical medium is set lower than the peak power of the optical pulse train incident on the optical fiber and higher than the power of the pedestal of the optical pulse train. Multi-carrier light source characterized by
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