JP7366294B1

JP7366294B1 - 光強度変調装置及び波形圧縮装置

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Publication number: JP7366294B1
Application number: JP2022573635A
Authority: JP
Inventors: 隼也西岡; 良明小西; 誠希中村; 孝俊赤松
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2042-08-10
Also published as: WO2024034039A1

Abstract

パルス光を分岐する光分配器（２）と、光分配器（２）により分岐された一方のパルス光を電気信号に変換する光検出器（３）と、光検出器（３）による変換後の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤＣ（４）と、重畳波形データ、及び、ＡＤＣ（４）による変換後の電気信号に基づいて、パルス光の時間的な強度変動による歪を補正する波形データである補正重畳波形データを算出する補正重畳波形演算部（５）と、補正重畳波形演算部（５）により算出された補正重畳波形データを、デジタル信号からアナログ信号に変換するＤＡＣ（６）と、光分配器（２）により分岐された他方のパルス光に、ＤＡＣ（６）による変換後の補正重畳波形データを重畳することで、強度変調光を得る光強度変調器（７）とを備えた。

Description

本開示は、パルス光に対して強度変調を行う光強度変調装置、及び、当該光強度変調装置を備えた波形圧縮装置に関する。

従来、パルス光の圧縮を行う装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
この特許文献１に開示された装置では、まず、光パルス整形部が、光源部により出力されたパルス光に対し、光強度波形の整形を行う。次いで、圧縮部が、光パルス整形部による整形後のパルス光に対し、分散を用いた圧縮を行って、圧縮パルス光を得ている。
また、この装置では、演算制御部が、光パルス整形部による整形後のパルス光をモニタし、目標波形と比較することで、整形のための目標値を計算している。そして、この装置では、演算制御部による計算結果を光パルス整形部に入力して変調制御を行うことで、目標の圧縮パルス光を得ている。

特開２０１３－１７８３７４号公報

しかしながら、この特許文献１では、圧縮パルス光に任意の重畳波形を重畳させる機能及び目的については言及されていない。
また、パルス光の強度波形は、そのパルス内において、理想的な形状ではなく、時間的に変動している場合がある。この場合、上記パルス光に任意の重畳波形を重畳すると、その変調波形に歪が生じてしまう。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来に対し、パルス光の強度波形に時間的な変動が生じている場合でも、変調波形での歪を抑制可能となる光強度変調装置を提供することを目的としている。

本開示に係る光強度変調装置は、パルス光を分岐する光分配器と、光分配器により分岐された一方のパルス光を電気信号に変換する光検出器と、光検出器による変換後の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、任意の重畳波形データ、及び、アナログデジタル変換器による変換後の電気信号に基づいて、パルス光の時間的な強度変動による歪を考慮し、当該電気信号のうちの、パルス光で時間的な強度変動が生じている可能性のあるパルス光の区間に相当する電気信号の区間における電気信号の最小値に相当する電気信号の値、又は、当該最小値に相当する電気信号の値の平均値が、強度変調光におけるフルスケール範囲の上限値となるように、任意の光強度波形の波形データである補正重畳波形データを算出する補正重畳波形演算部と、補正重畳波形演算部により算出された補正重畳波形データを、デジタル信号からアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と、光分配器により分岐された他方のパルス光に、デジタルアナログ変換器による変換後の補正重畳波形データを重畳することで、任意波形の強度変調光を得る光強度変調器とを備えたことを特徴とする。

本開示によれば、上記のように構成したので、従来に対し、パルス光の強度波形に時間的な変動が生じている場合でも、変調波形での歪を抑制可能となる。

実施の形態１に係る波形圧縮装置の構成例を示す図である。実施の形態１に係る波形圧縮装置の具体的な構成例を示す図である。実施の形態１に係る波形圧縮装置の動作例を示すフローチャートである。図４Ａ～図４Ｃは、実施の形態１に係る波形圧縮装置の動作例を示す図であって、図４ＡはＭＺＭに入力されたパルス光及び当該ＭＺＭによりバイアスされたパルス光の一例を示す図であり、図４ＢはＭＺＭの変調特性の一例を示す図であり、図４ＣはＭＺＭによる強度変調後のパルス光の一例を示す図である。実施の形態１に係る波形圧縮装置の別の構成例を示す図である。

以下、実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る波形圧縮装置の構成例を示す図である。また、図２は実施の形態１に係る波形圧縮装置の具体的な構成例を示す図である。
波形圧縮装置は、図１に示すように、パルス光源部１、光分配器２、光検出器３、ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）４、補正重畳波形演算部５、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）６、光強度変調器７、パルス光圧縮部８、及び、光検出器（第２の光検出器）９を備えている。

なお、図１に示す波形圧縮装置のうち、パルス光源部１、光分配器２、光検出器３、ＡＤＣ４、補正重畳波形演算部５、ＤＡＣ６、及び、光強度変調器７は、光強度変調装置を構成する。

パルス光源部１は、パルス光を生成する。このパルス光源部１により生成されたパルス光は、光分配器２に出力される。

パルス光源部１は、例えば図２に示すように、短パルス光源１０１、スペクトル整形部１０２、及び、波長分散部１０３を有している。

短パルス光源１０１は、広帯域な短パルス光を生成する。なお、短パルス光源１０１により生成される短パルス光の時間幅は、例えば１００ｆｓ～１ｐｓ程度である。この短パルス光源１０１により生成された短パルス光は、スペクトル整形部１０２に出力される。

なお、図２において、短パルス光源１０１を示す機能ブロックの下に、この短パルス光源１０１による短パルス光の一例を２段の図で示している。ここで、上段の図は、短パルス光源１０１による短パルス光の時間波形を示し、横軸が時間であり、縦軸が強度である。また、下段の図は、短パルス光源１０１による短パルス光のスペクトル波形を示し、横軸が波長であり、縦軸が強度である。

スペクトル整形部１０２は、短パルス光源１０１により生成された短パルス光に対し、スペクトル整形を行う。すなわち、スペクトル整形部１０２は、短パルス光源１０１により生成された短パルス光に対し、波長成分毎のレベルを調整し、例えば略矩形となるように波長のスペクトル整形を行う。このスペクトル整形部１０２によるスペクトル整形後の短パルス光は、波長分散部１０３に出力される。
このスペクトル整形部１０２としては、例えば、ＷＳＳ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＳｅｌｅｃｔｉｖｅＳｗｉｔｃｈ）を用いることができる。

なお、図２において、スペクトル整形部１０２を示す機能ブロックの下に、このスペクトル整形部１０２によるスペクトル整形後の短パルス光の一例を２段の図で示している。ここで、上段の図は、スペクトル整形部１０２によるスペクトル整形後の短パルス光の時間波形を示し、横軸が時間であり、縦軸が強度である。また、下段の図は、スペクトル整形部１０２によるスペクトル整形後の短パルス光のスペクトル波形を示し、横軸が波長であり、縦軸が強度である。

波長分散部１０３は、スペクトル整形部１０２によるスペクトル整形後の短パルス光に対し、波形分散を行う。すなわち、波長分散部１０３は、スペクトル整形部１０２によるスペクトル整形後の短パルス光に対し、波長に応じた遅延量を付加することで、パルス光を伸長し、およそスペクトル形状と同様の時間波形を有する伸長パルス光を生成する。この波長分散部１０３により得られた伸長パルス光は、光分配器２に出力される。例えば、波長分散部１０３は、スペクトル整形部１０２によるスペクトル整形後の短パルス光に対し、波長が大きくなる程に大きな遅延量を付加することで、伸長パルス光を得る。又は、波長分散部１０３は、スペクトル整形部１０２によるスペクトル整形後の短パルス光に対し、波長が小さくなる程に大きな遅延量を付加することで、伸長パルス光を得る。
この波長分散部１０３としては、例えば、ＳＭＦ（ＳｉｎｇｌｅＭｏｄｅＦｉｂｅｒ）を用いることができる。

なお、図１及び図２において、パルス光源部１（波長分散部１０３）を示す機能ブロックの後ろに、このパルス光源部１（波長分散部１０３）によるパルス光（伸長パルス光）の一例の図を示している。この図は、パルス光源部１（波長分散部１０３）によるパルス光（伸長パルス光）の時間波形を示し、横軸が時間であり、縦軸が強度である。
そして、図１及び図２に示すように、このパルス光源部１（波長分散部１０３）によるパルス光（伸長パルス光）の強度波形は、スペクトル整形誤差によって、理想的な矩形波形にはならず、実際には、パルス内において、時間的な変動のある波形となる。なお、パルス光源部１（波長分散部１０３）によるパルス光（伸長パルス光）の一例を示す図において、２つの破線のうちの上の破線は強度変動の最大値を示し、下の破線は強度変動の最小値を示している。

光分配器２は、パルス光源部１により生成されたパルス光を２つに分岐する。この光分配器２により分岐された一方のパルス光は光検出器３に出力され、他方のパルス光は光強度変調器７に出力される。
この光分配器２としては、例えば図２に示すように、光カプラを用いることができる。

光検出器３は、光分配器２により分岐された一方のパルス光を、電気信号に変換する。この光検出器３により得られた電気信号は、ＡＤＣ４に出力される。
この光検出器３としては、例えば図２に示すように、ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）を用いることができる。

ＡＤＣ４は、光検出器３により得られた電気信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換することで、パルス光のサンプリングデータを得る。このＡＤＣ４により得られたデジタル信号は、補正重畳波形演算部５に出力される。

補正重畳波形演算部５は、任意の重畳波形データ、及び、ＡＤＣ４による変換後の電気信号に基づいて、補正重畳波形データを算出する。なお、重畳波形データをｘ（ｔ）で表す。また、補正重畳波形データは、パルス光の時間的な強度変動による歪を補正する波形データである。この補正重畳波形演算部５により算出された補正重畳波形データは、ＤＡＣ６に出力される。
この補正重畳波形演算部５としては、例えばＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）により構成されたＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を用いることができる。

なお、図１及び図２において、補正重畳波形演算部５を示す機能ブロックの前に、この補正重畳波形演算部５に入力される重畳波形データの一例の図を示している。この図は、重畳波形データの時間波形を示し、横軸が時間であり、縦軸が電圧である。また、図１及び図２では、一例として、重畳波形データがサイン波形のデータである場合を示している。

この補正重畳波形演算部５は、例えば図１及び図２に示すように、データゲート部５０１、最小値検出部５０２、データ記録部５０３、及び、波形算出部５０４を有している。

データゲート部５０１は、ＡＤＣ４による変換後の電気信号から、一部区間のデータを、パルス波形データとして取り出す。なお、パルス波形データをａ（ｔ）で表す。このデータゲート部５０１により取り出されたパルス波形データは、最小値検出部５０２及びデータ記録部５０３に出力される。

最小値検出部５０２は、データゲート部５０１により取り出されたパルス波形データに基づいて、当該パルス波形データの最小値を検出する。なお、パルス波形データの最小値をａ_ｍｉｎで表す。この最小値検出部５０２により検出されたパルス波形データの最小値を示すデータは、データ記録部５０３に出力される。

データ記録部５０３は、データゲート部５０１により取り出されたパルス波形データ、及び、最小値検出部５０２により検出された当該パルス波形データの最小値を示すデータを記録する。
なお、データ記録部５０３は、データゲート部５０１で取り出された１つのパルス波形データ、及び、最小値検出部５０２で検出された当該パルス波形データの最小値を示すデータを記録してもよい。又は、データ記録部５０３は、データゲート部５０１で取り出されたパルス波形データ、及び、最小値検出部５０２で検出された当該パルス波形データの最小値を示すデータを、毎回又は所定のタイミングで、更新しながら記録してもよい。又は、データ記録部５０３は、データゲート部５０１で取り出された複数のパルス波形データが平均化された結果、及び、最小値検出部５０２で検出された当該複数のパルス波形データのそれぞれの最小値が平均化された結果を示すデータを記録してもよい。

なお、データ記録部５０３としては、例えば、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥＰＲＯＭ）等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、又は、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）等が該当する。

波形算出部５０４は、任意の重畳波形データ、並びに、データ記録部５０３に記録されたパルス波形データ及び当該パルス波形データの最小値を示すデータに基づいて、補正重畳波形データを算出する。この際、波形算出部５０４は、光強度変調器７の変調特性に基づいて、補正重畳波形データの算出を行うことが望ましい。この波形算出部５０４により算出された補正重畳波形データは、ＤＡＣ６に出力される。

なお、図１及び図２では、データ記録部５０３が、光強度変調装置及び波形圧縮装置の内部に設けられた場合を示した。しかしながら、これに限らず、データ記録部５０３は、光強度変調装置及び波形圧縮装置の外部に設けられていてもよい。

ＤＡＣ６は、補正重畳波形演算部５により得られた補正重畳波形データを、デジタル信号からアナログ信号に変換する。このＤＡＣ６による変換後の補正重畳波形データは、光強度変調器７に出力される。

なお、図１及び図２において、ＤＡＣ６を示す機能ブロックの後ろに、このＤＡＣ６による補正重畳波形データの一例の図を示している。この図は、ＤＡＣ６による補正重畳波形データの時間波形を示し、横軸が時間であり、縦軸が電圧である。

光強度変調器７は、光分配器２により分岐された他方のパルス光に、ＤＡＣ６による変換後の補正重畳波形データを重畳して当該パルス光を変調することで、強度変調光を得る。この光強度変調器７により得られた強度変調光は、パルス光圧縮部８に出力される。
この光強度変調器７としては、例えば図２に示すように、ＭＺＭ（Ｍａｃｈ－ＺｅｈｎｄｅｒＭｏｄｕｌａｔｏｒ）を用いることができる。なお、ＭＺＭでは、変調特性として、過変調による高調波歪が生じることが知られている。

なお、図１及び図２において、光強度変調器７を示す機能ブロックの上又は後ろに、この光強度変調器７による強度変調光の一例の図を示している。この図は、光強度変調器７による強度変調光の時間波形を示し、横軸が時間であり、縦軸が強度である。

パルス光圧縮部８は、光強度変調器７による変調後のパルス光を圧縮することで、圧縮パルス光を得る。すなわち、パルス光圧縮部８は、光強度変調器７による変調後のパルス光に対し、波長分散部１０３とは逆の波長分散を行うことで、パルス光を圧縮する。このパルス光圧縮部８により得られた圧縮パルス光は、光検出器９に出力される。
このパルス光圧縮部８としては、例えば図２に示すように、逆分散ファイバ等の波長逆分散部を用いることができる。

なお、図１及び図２において、パルス光圧縮部８を示す機能ブロックの上又は後ろに、このパルス光圧縮部８による圧縮パルス光の一例の図を示している。この図は、パルス光圧縮部８による圧縮パルス光の時間波形を示し、横軸が時間であり、縦軸が強度である。

光検出器９は、パルス光圧縮部８により得られた圧縮パルス光を、電気信号に変換する。これにより、波形圧縮装置は、高周波数且つ所望の圧縮パルス波形の電気信号を得ることができる。この光検出器９により得られた電気信号は、波形圧縮装置の外部に出力される。
この光検出器９としては、例えば図２に示すように、ＰＤを用いることができる。

なお、図１及び図２において、光検出器９を示す機能ブロックの後ろに、この光検出器９による電気信号の一例の図を示している。この図は、光検出器９による電気信号の時間波形を示し、横軸が時間であり、縦軸が電圧である。

また、図１及び図２では、パルス光源部１が、波形圧縮装置及び光強度変調装置の内部に設けられた場合を示した。しかしながら、これに限らず、パルス光源部１は、波形圧縮装置及び光強度変調装置の外部に設けられていてもよい。

次に、図１に示す実施の形態１に係る波形圧縮装置の動作例について、図３を参照しながら説明する。

図１に示す実施の形態１に係る波形圧縮装置の動作例では、図３に示すように、まず、パルス光源部１は、パルス光を生成する（ステップＳＴ３０１）。なお、パルス光源部１により生成されたパルス光の強度波形は、理想的な矩形波形にはならず、実際には、パルス内において、時間的な変動のある波形となる。このパルス光源部１により生成されたパルス光は、光分配器２に出力される。

次いで、光分配器２は、パルス光源部１により生成されたパルス光を２つに分岐する（ステップＳＴ３０２）。この光分配器２により分岐された一方のパルス光は光検出器３に出力され、他方のパルス光は光強度変調器７に出力される。

次いで、光検出器３は、光分配器２により分岐された一方のパルス光を、電気信号に変換する（ステップＳＴ３０３）。この光検出器３により得られた電気信号は、ＡＤＣ４に出力される。

次いで、ＡＤＣ４は、光検出器３により得られた電気信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換することで、パルス光のサンプリングデータを得る（ステップＳＴ３０４）。このＡＤＣ４による変換後の電気信号は、補正重畳波形演算部５に出力される。

次いで、補正重畳波形演算部５は、任意の重畳波形データ、及び、ＡＤＣ４による変換後の電気信号に基づいて、補正重畳波形データを算出する（ステップＳＴ３０５）。この補正重畳波形演算部５により算出された補正重畳波形データは、ＤＡＣ６に出力される。

この際、まず、データゲート部５０１は、ＡＤＣ４による変換後の電気信号から、一部区間のデータを、パルス波形データとして取り出す。
次に、最小値検出部５０２は、データゲート部５０１により取り出されたパルス波形データに基づいて、当該パルス波形データの最小値を検出する。
次に、データ記録部５０３は、データゲート部５０１により取り出されたパルス波形データ、及び、最小値検出部５０２により検出された当該パルス波形データの最小値を示すデータを記録する。
次に、波形算出部５０４は、任意の重畳波形データ、並びに、データ記録部５０３に記録されたパルス波形データ及び当該パルス波形データの最小値を示すデータに基づいて、補正重畳波形データを算出する。この際、波形算出部５０４は、光強度変調器７の変調特性に基づいて、補正重畳波形データの算出を行うことが望ましい。

次いで、ＤＡＣ６は、補正重畳波形演算部５により算出された補正重畳波形データを、デジタル信号からアナログ信号に変換する（ステップＳＴ３０６）。このＤＡＣ６による変換後の補正重畳波形データは、光強度変調器７に出力される。

次いで、光強度変調器７は、光分配器２により分岐された他方のパルス光に、ＤＡＣ６による変換後の補正重畳波形データを重畳して当該パルス光を変調することで、強度変調光を得る（ステップＳＴ３０７）。この光強度変調器７により得られた強度変調光は、パルス光圧縮部８に出力される。

次いで、パルス光圧縮部８は、光強度変調器７による変調後のパルス光を圧縮することで、圧縮パルス光を得る（ステップＳＴ３０８）。このパルス光圧縮部８により得られた圧縮パルス光は、光検出器９に出力される。

次いで、光検出器９は、パルス光圧縮部８により得られた圧縮パルス光を、電気信号に変換する（ステップＳＴ３０９）。これにより、波形圧縮装置は、高周波数且つ所望の圧縮パルス波形の信号を得ることができる。この光検出器９により得られた電気信号は、波形圧縮装置の外部に出力される。

次に、補正重畳波形演算部５の動作の具体例について、図４を参照しながら説明する。図４では、光強度変調器７がＭＺＭであり、ＭＺＭのバイアスポイントがＭＺＭに入力されるパルス光における最大強度の半値である場合を示している。また、図４では、重畳波形データがサイン波形のデータである場合を示している。

まず、図４Ａでは、ＭＺＭに入力されたパルス光と、ＭＺＭによりバイアスされたパルス光の一例を示している。図４Ａにおいて、符号４１はＭＺＭに入力されたパルス光を示し、符号４２はＭＺＭによりバイアスされたパルス光を示している。また、図４Ａにおいて、横軸は時間であり、縦軸は強度である。
また、図４Ｂでは、ＭＺＭの変調特性の一例を示している。図４Ｂにおいて、横軸はＭＺＭ内の干渉計の経路（アーム）間の位相差であり、縦軸は強度である。なお、位相差は、ＭＺＭに入力される補正重畳波形データの電圧値に相当する。
また、図４Ｃでは、ＭＺＭにより得られた強度変調光の一例を示している。図４Ｃにおいて、横軸は時間であり、縦軸は強度である。すなわち、ＭＺＭでは、図４Ａに示すＭＺＭに入力されたパルス光に対し、当該パルス光を当該パルス光における最大強度の半値にバイアス制御した上で、ＭＺＭに入力された補正重畳波形データ及びＭＺＭの変調特性に従って強度変調を行うことで、図４Ｃに示すような強度変調光を得る。

ここで、図４Ａに示すように、ＭＺＭに入力されたパルス光には、時間的な強度変動が生じている。そのため、ＭＺＭでパルス光に対する強度変調を行う場合、その強度変動に応じて、変調波形として表現できる範囲に制約が生じてしまう。例えば、符号４１で示す波形において、強度が最大値であるポイントについては、当該最大値までの範囲で変調可能であるのに対し、強度が最小値であるポイントについては、当該最小値までの範囲でしか変調ができない。
そのため、このようなパルス光に対して任意の重畳波形データを単に重畳した場合、パルス光の全ての区間において正常に強度変調が行えない場合があり、波形に歪が生じてしまう可能性がある。

また、図４Ｂに示すように、ＭＺＭでは、変調特性が、線形ではなく、下式（１）に示すようなカーブする特性となっている。そのため、ＭＺＭでは、上記のような変調特性により、電圧の変動が強度の変動にそのまま射影されず歪が発生する。
よって、このＭＺＭでは、パルス光に対して任意の重畳波形データを単に重畳した場合には過変調による高調波歪が生じる。
ａ（ｔ）｛１＋ｓｉｎφ（ｔ）｝／２（１）

そこで、実施の形態１における補正重畳波形演算部５では、まず、データゲート部５０１が、ＡＤＣ４による変換後の電気信号から、一部区間のデータを、パルス波形データとして取り出す。すなわち、データゲート部５０１は、ＡＤＣ４による変換後の電気信号から、パルス光で強度変動が生じている可能性のある区間に相当する区間を取り出す。図４Ａでは、ゲート幅を概ねパルス幅とし、パルス光の強度が最大強度の半値まで上がったと想定されるタイミングをゲートの開始点とし、その後、パルス光の強度が最大強度の半値まで下がったと想定されるタイミングをゲートの終了点としている。なお、図４Ａにおいて、ａ_ｍａｘはパルス波形データの最大値を示している。
次に、最小値検出部５０２は、データゲート部５０１により取り出されたパルス波形データに基づいて、当該パルス波形データの最小値を検出する。

そして、波形算出部５０４は、任意の重畳波形データ、データゲート部５０１により取り出されたパルス波形データ、及び、最小値検出部５０２により検出された当該パルス波形データの最小値に基づいて、補正重畳波形データを算出する。この際、波形算出部５０４は、光強度変調器７の変調特性に基づいて、補正重畳波形データの算出を行うことが望ましい。

例えば、波形算出部５０４は、重畳波形データであるｘ（ｔ）、パルス波形データであるａ（ｔ）、当該パルス波形データの最小値であるａ_ｍｉｎ、及び、式（１）に示すＭＺＭの変調特性に基づいて、下式（２）に従い、補正重畳波形データを算出する。なお、式（２）において、Ｖ（ｔ）は、補正重畳波形データであり、Ｖ_πは半波長電圧である。

すなわち、図４Ｃに示すように、波形算出部５０４は、ＭＺＭに入力されたパルス光の最小値が、ＭＺＭによる変調後のパルス光におけるフルスケール範囲の上限値となるように、補正重畳波形データを算出する。更に、波形算出部５０４は、ＭＺＭの変調特性を考慮して、当該ＭＺＭにおいて過変調により生じる高調波歪を抑制するように、補正重畳波形データを算出する。図４Ｃの例では、ＭＺＭは、最終的に、ＭＺＭに入力されたパルス光における最小値の半値であるａ_ｍｉｎ／２をオフセットとした歪の無い波形の強度変調光を得ることができる。

このように、実施の形態１に係る光強度変調装置では、パルス波形データの最小値及び光強度変調器７の変調特性を考慮して重畳波形データを補正することで、パルス光の強度変動に起因する歪及び光強度変調器７に起因する高調波歪の双方を低減可能となる。

なお、上記では、波形算出部５０４が、ＡｒｃＳｉｎ関数を用いた演算を行った場合を例に示した。しかしながら、波形算出部５０４による演算方法はこれに限らず、波形算出部５０４は、ＡｒｃＳｉｎ関数ではなく、光強度変調器７の変調特性を近似した別の関数式、例えば、線形近似又は多項式近似等を用いて演算を行ってもよい。
ここで、波形算出部５０４が、線形近似を用いて演算を行うことは、実質的に、光強度変調器７の変調特性を考慮せずに補正重畳波形データを算出することに等しい。

また、補正重畳波形演算部５において、パルス波形データ及び当該パルス波形データの最小値の取得を逐一行うことは必須ではない。例えば、パルス光の強度変動が静的であると想定される場合等には、補正重畳波形演算部５は、パルス波形データ及び当該パルス波形データの最小値の取得を逐一行う必要はなく、例えば、１度だけ又は所定のタイミングでパルス波形データ及び当該パルス波形データの最小値の取得を行えばよい。
一方、補正重畳波形演算部５は、パルス波形データ及び当該パルス波形データの最小値の取得を繰り返すことで、例えば、周囲の温度変動又は装置の経年劣化に伴ってパルス光の強度変動に変化が生じた場合にも素早く対応可能となる。

また、例えば、パルス光の強度変動が静的であると想定される場合等には、補正重畳波形演算部５は、パルス波形データ及び当該パルス波形データの最小値の取得を複数回行い、その複数のパルス波形データを平均化した結果及び複数の最小値を平均化した結果を示すデータを記録して補正重畳波形データの算出に用いてもよい。すなわち、波形算出部５０４は、データゲート部５０１により取り出された複数のデータが平均化された結果及び最小値検出部５０２により検出された当該複数のデータのそれぞれの最小値が平均化された結果、並びに、重畳波形データに基づいて、補正重畳波形データを算出してもよい。これにより、補正重畳波形演算部５は、データ取得精度を高めることが可能である。

また、特許文献１に開示された装置では、目標波形が変わる度に、光パルス整形部による整形後のパルス光をモニタする必要がある。
これに対し、実施の形態１に係る光強度変調装置は、重畳波形データが変わる度にパルス光をモニタする必要はない。すなわち、実施の形態１に係る光強度変調装置は、重畳波形データが変わったとしても、過去に取得したパルス波形データ及び当該パルス波形データの最小値を用いて補正重畳波形データを算出することが可能である。

また、図２では、パルス光源部１に、スペクトル整形部１０２が設けられた場合を示した。しかしながら、このスペクトル整形部１０２は、パルス光源部１に必須の構成ではなく、パルス光源部１に設けられていなくてもよい。

また、図２では、光強度変調器７として、ＭＺＭが用いられた場合を示した。しかしながら、光強度変調器７としてはこれに限らず、光強度変調器７として、例えば、電界吸収型の変調器が用いられていてもよい。

また、波長分散部１０３は、波長成分毎に異なる遅延量を与えることが可能なデバイスであればよい。例えば、波長分散部１０３として、チャープトファイバブラッググレーティングを用いることができる。
同様に、パルス光圧縮部８は、波長成分毎に異なる遅延量を与えることが可能なデバイスであればよい。例えば、パルス光圧縮部８として、チャープトファイバブラッググレーティングを用いることができる。

また、図４では、データゲート部５０１が、ゲート幅を概ねパルス幅とし、パルス光の強度が最大強度の半値まで上がったと想定されるタイミングをゲートの開始点とし、その後、パルス光の強度が最大強度の半値まで下がったと想定されるタイミングをゲートの終了点とした場合を示した。しかしながら、これに限らず、データゲート部５０１は、補正重畳波形演算部５でパルス光の強度変動をモニタ可能な範囲を取り出すようにゲートを設定すればよい。なお、データゲート部５０１により取り出されたパルス波形データに、パルス光の立ち上がり前に相当するデータ又は当該パルス光の立ち下がり後に相当するデータが含まれていると、最小値検出部５０２においてパルス光の立ち上がり前に相当する値又は当該パルス光の立ち下がり後に相当する値が最小値として検出されてしまうため、このようなデータが含まれないようにする。

また、上記では、最小値検出部５０２がパルス波形データの最小値を検出するものとしたが、その最小値は厳密に最小値である必要はなく、若干のずれがあってもよい。

また、上記では、波形圧縮装置が、パルス光の強度変動に起因する歪の抑制、及び、パルス光に対する任意の重畳波形データの重畳を、同時に行う場合について示した。しかしながら、これに限らず、波形圧縮装置は、パルス光の強度変動に起因する歪の抑制と、パルス光に対する任意の重畳波形データの重畳を、別々に行ってもよい。
この場合、例えば図５に示すように、波形圧縮装置は、まず、重畳波形データとして一定のデータ（固定値）を用いてパルス光の強度変動に起因する歪の抑制を行い、その後、光強度変調器１０で任意の重畳波形データを用いて上記パルス光に対する重畳を行う。また、この際、波形圧縮装置は、光強度変調器１０で用いる重畳波形データに対し、当該光強度変調器１０の変調特性に基づいて高調波歪を抑制するように補正を行った上で重畳を行ってもよい。

また、上記では、実施の形態１に係る光強度変調装置が波形圧縮装置に適用された場合を示した。しかしながら、実施の形態１に係る光強度変調装置の適用先はこれに限らない。例えば、実施の形態１に係る光強度変調装置は、パルス光の分光分析を行う分光分析装置に適用されていてもよい。この分光分析装置では、分光分析に用いられるパルス光の時間強度成分を任意のものに整形可能とすることで、高感度な分光分析が可能となる。

以上のように、この実施の形態１によれば、光強度変調装置は、パルス光を分岐する光分配器２と、光分配器２により分岐された一方のパルス光を電気信号に変換する光検出器３と、光検出器３による変換後の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤＣ４と、重畳波形データ、及び、ＡＤＣ４による変換後の電気信号に基づいて、パルス光の時間的な強度変動による歪を補正する波形データである補正重畳波形データを算出する補正重畳波形演算部５と、補正重畳波形演算部５により算出された補正重畳波形データを、デジタル信号からアナログ信号に変換するＤＡＣ６と、光分配器２により分岐された他方のパルス光に、ＤＡＣ６による変換後の補正重畳波形データを重畳することで、強度変調光を得る光強度変調器７とを備えた。これにより、実施の形態１に係る光強度変調装置は、従来に対し、パルス光の強度波形に時間的な変動が生じている場合でも、変調波形での歪を抑制可能となる。更に、実施の形態１に係る光強度変調装置は、任意の波形を重畳可能となる。

なお、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係る光強度変調装置は、従来に対し、パルス光の強度波形に時間的な変動が生じている場合でも、変調波形での歪を抑制可能となり、パルス光に対して強度変調を行う光強度変調装置等に用いるのに適している。

１パルス光源部、２光分配器、３光検出器、４ＡＤＣ（アナログデジタル変換器）、５補正重畳波形演算部、６ＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）、７光強度変調器、８パルス光圧縮部、９光検出器（第２の光検出器）、１０１短パルス光源、１０２スペクトル整形部、１０３波長分散部、５０１データゲート部、５０２最小値検出部、５０３データ記録部、５０４波形算出部。

Claims

パルス光を分岐する光分配器と、
前記光分配器により分岐された一方のパルス光を電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器による変換後の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、
任意の重畳波形データ、及び、前記アナログデジタル変換器による変換後の電気信号に基づいて、パルス光の時間的な強度変動による歪を考慮し、当該電気信号のうちの、パルス光で時間的な強度変動が生じている可能性のあるパルス光の区間に相当する電気信号の区間における電気信号の最小値に相当する電気信号の値、又は、当該最小値に相当する電気信号の値の平均値が、強度変調光におけるフルスケール範囲の上限値となるように、任意の光強度波形の波形データである補正重畳波形データを算出する補正重畳波形演算部と、
前記補正重畳波形演算部により算出された補正重畳波形データを、デジタル信号からアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と、
前記光分配器により分岐された他方のパルス光に、前記デジタルアナログ変換器による変換後の補正重畳波形データを重畳することで、任意波形の強度変調光を得る光強度変調器と
を備えた光強度変調装置。
前記補正重畳波形演算部は、前記光強度変調器の変調特性に基づいて、補正重畳波形データを算出する
ことを特徴とする請求項１記載の光強度変調装置。
前記補正重畳波形演算部は、
前記アナログデジタル変換器による変換後の電気信号から、一部区間のデータを取り出すデータゲート部と、
前記データゲート部により取り出されたデータの最小値を検出する最小値検出部と、
重畳波形データ、前記データゲート部により取り出されたデータ、及び、前記最小値検出部により検出された当該データの最小値に基づいて、補正重畳波形データを算出する波形算出部とを有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光強度変調装置。
前記データゲート部は、前記アナログデジタル変換器により電気信号が変換される度に、データの取り出しを行う
ことを特徴とする請求項３記載の光強度変調装置。
前記データゲート部は、１度又は所定のタイミングで、データの取り出しを行う
ことを特徴とする請求項３記載の光強度変調装置。
前記波形算出部は、前記データゲート部により取り出された複数のデータが平均化された結果及び前記最小値検出部により検出された当該複数のデータのそれぞれの最小値が平均化された結果、並びに、重畳波形データに基づいて、補正重畳波形データを算出する
ことを特徴とする請求項３記載の光強度変調装置。
パルス光を分岐する光分配器と、
前記光分配器により分岐された一方のパルス光を電気信号に変換する光検出器と、
前記光検出器による変換後の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、
任意の重畳波形データ、及び、前記アナログデジタル変換器による変換後の電気信号に基づいて、パルス光の時間的な強度変動による歪を考慮し、当該電気信号のうちの、パルス光で時間的な強度変動が生じている可能性のあるパルス光の区間に相当する電気信号の区間における電気信号の最小値に相当する電気信号の値、又は、当該最小値に相当する電気信号の値の平均値が、強度変調光におけるフルスケール範囲の上限値となるように、任意の光強度波形の波形データである補正重畳波形データを算出する補正重畳波形演算部と、
前記補正重畳波形演算部により算出された補正重畳波形データを、デジタル信号からアナログ信号に変換するデジタルアナログ変換器と、
前記光分配器により分岐された他方のパルス光に、前記デジタルアナログ変換器による変換後の補正重畳波形データを重畳することで、任意波形の強度変調光を得る光強度変調器と、
前記光強度変調器により得られた強度変調光を圧縮することで、圧縮パルス光を得るパルス光圧縮部と、
前記パルス光圧縮部により得られた圧縮パルス光を電気信号に変換する第２の光検出器と
を備えた波形圧縮装置。