JPH0669580A - 光パルスレーザの分周同期信号発生装置 - Google Patents
光パルスレーザの分周同期信号発生装置Info
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- JPH0669580A JPH0669580A JP4220483A JP22048392A JPH0669580A JP H0669580 A JPH0669580 A JP H0669580A JP 4220483 A JP4220483 A JP 4220483A JP 22048392 A JP22048392 A JP 22048392A JP H0669580 A JPH0669580 A JP H0669580A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 繰り返し周波数ｆで周期的にパルス発振する
光パルスレーザからの信号光パルスに同期して周波数ｆ
／ｎの分周同期信号を発生する。 【構成】 自走発振周波数がｆ／ｎ近傍の電圧制御発振
器１０３と、低周波数Δｆで発振する比較信号発振器１
０４とを設け、両者の混合波でローカルレーザ１０２を
変調して繰り返し周波数ｆ／ｎ＋Δｆの参照光パルスを
発生させ、この参照光パルスと信号光パルスとの光相関
によりのｎ・Δｆの相関電気信号を求め、その一方で、
比較信号発振器１０４の出力を電気的に逓倍して同じく
周波数ｎ・Δｆの電気信号を求め、周波数ｎ・Δｆの二
つの電気信号の位相差を誤差信号として検出して電圧制
御発振器１０３に帰還する。
光パルスレーザからの信号光パルスに同期して周波数ｆ
／ｎの分周同期信号を発生する。 【構成】 自走発振周波数がｆ／ｎ近傍の電圧制御発振
器１０３と、低周波数Δｆで発振する比較信号発振器１
０４とを設け、両者の混合波でローカルレーザ１０２を
変調して繰り返し周波数ｆ／ｎ＋Δｆの参照光パルスを
発生させ、この参照光パルスと信号光パルスとの光相関
によりのｎ・Δｆの相関電気信号を求め、その一方で、
比較信号発振器１０４の出力を電気的に逓倍して同じく
周波数ｎ・Δｆの電気信号を求め、周波数ｎ・Δｆの二
つの電気信号の位相差を誤差信号として検出して電圧制
御発振器１０３に帰還する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超高速光パルスを用いた
光通信および光情報処理に利用する。特に、光信号の多
重、分離などの同期に用いられる分周信号の発生に関す
る。
光通信および光情報処理に利用する。特に、光信号の多
重、分離などの同期に用いられる分周信号の発生に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、繰り返しパルス発振するレーザの
出力光を光通信や光情報処理に用いることが研究されて
いる。このような繰り返しパルス発振は、電気信号によ
る変調を介することなく、レーザ共振器内の可飽和吸収
効果その他を利用して自励的に発生させることができ
る。このような自励パルス発振するレーザを本明細書で
は光パルスレーザという。
出力光を光通信や光情報処理に用いることが研究されて
いる。このような繰り返しパルス発振は、電気信号によ
る変調を介することなく、レーザ共振器内の可飽和吸収
効果その他を利用して自励的に発生させることができ
る。このような自励パルス発振するレーザを本明細書で
は光パルスレーザという。
【０００３】このような光パルスレーザの出力光を光通
信や光信号処理に利用する場合、そのパルス発振繰り返
し周波数ｆに同期して、周波数ｆ／ｎの分周電気信号を
発生させる必要がある。ｎは自然数である。従来の光パ
ルスレーザの分周同期信号発生装置では、光検出器を用
いて光パルスを直接電気信号に変換し、その中に含まれ
る繰り返し周波数成分を電気の分周回路を用いて１／ｎ
に分周して分周周波数ｆ／ｎを発生させていた。
信や光信号処理に利用する場合、そのパルス発振繰り返
し周波数ｆに同期して、周波数ｆ／ｎの分周電気信号を
発生させる必要がある。ｎは自然数である。従来の光パ
ルスレーザの分周同期信号発生装置では、光検出器を用
いて光パルスを直接電気信号に変換し、その中に含まれ
る繰り返し周波数成分を電気の分周回路を用いて１／ｎ
に分周して分周周波数ｆ／ｎを発生させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の分周同期信号発生装置では、光パルス繰り返し周波
数が１０ＧＨｚを越える場合、電気回路の応答速度がそ
れほど速くないため、安定な電気的分周が難しく、正確
な位相同期が難しい欠点があった。
来の分周同期信号発生装置では、光パルス繰り返し周波
数が１０ＧＨｚを越える場合、電気回路の応答速度がそ
れほど速くないため、安定な電気的分周が難しく、正確
な位相同期が難しい欠点があった。
【０００５】本発明は、このような課題を解決し、１０
ＧＨｚ以上の繰り返し周波数に対しても位相同期された
分周電気信号を安定に発生する光パルスレーザの分周同
期信号発生装置を提供することを目的とする。
ＧＨｚ以上の繰り返し周波数に対しても位相同期された
分周電気信号を安定に発生する光パルスレーザの分周同
期信号発生装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光パルスレーザ
の分周同期信号発生装置は、周期的にパルス発振する光
パルスレーザからの信号光パルスを入力とし、この信号
光パルスの繰り返し周波数ｆに同期した周波数ｆ／ｎの
電気信号を発生する光パルスレーザの分周同期信号発生
装置において、外部から加えられる電気変調信号の周波
数で周期的に参照光パルスを発生するローカルレーザ
と、発振周波数がほぼ周波数ｆ／ｎに設定され、外部か
ら加えられた電圧により発振周波数が変化する電圧制御
発振器と、周波数Δｆで電気的に発振する比較信号発振
器と、この比較信号発振器の出力と電圧制御発振器の出
力とから周波数ｆ／ｎ±Δｆの電気変調信号を発生して
ローカルレーザに加える手段と、光パルスレーザからの
繰り返し周波数ｆの信号光パルスとローカルレーザから
の繰り返し周波数ｆ／ｎ±Δｆの参照光パルスとを入力
とし、周波数ｎ・Δｆの相関信号を発生する光相関信号
発生器と、比較信号発振器の出力周波数Δｆをｎ倍する
周波数逓倍器と、この周波数逓倍器の出力と光相関信号
発生器の出力との位相差を検出する位相比較器と、検出
された位相差に比例した誤差電圧により電圧制御発振器
の発振周波数を制御し、その発振周波数を信号光パルス
の繰り返し周波数ｆに同期させる帰還手段とを備えたこ
とを特徴とする。
の分周同期信号発生装置は、周期的にパルス発振する光
パルスレーザからの信号光パルスを入力とし、この信号
光パルスの繰り返し周波数ｆに同期した周波数ｆ／ｎの
電気信号を発生する光パルスレーザの分周同期信号発生
装置において、外部から加えられる電気変調信号の周波
数で周期的に参照光パルスを発生するローカルレーザ
と、発振周波数がほぼ周波数ｆ／ｎに設定され、外部か
ら加えられた電圧により発振周波数が変化する電圧制御
発振器と、周波数Δｆで電気的に発振する比較信号発振
器と、この比較信号発振器の出力と電圧制御発振器の出
力とから周波数ｆ／ｎ±Δｆの電気変調信号を発生して
ローカルレーザに加える手段と、光パルスレーザからの
繰り返し周波数ｆの信号光パルスとローカルレーザから
の繰り返し周波数ｆ／ｎ±Δｆの参照光パルスとを入力
とし、周波数ｎ・Δｆの相関信号を発生する光相関信号
発生器と、比較信号発振器の出力周波数Δｆをｎ倍する
周波数逓倍器と、この周波数逓倍器の出力と光相関信号
発生器の出力との位相差を検出する位相比較器と、検出
された位相差に比例した誤差電圧により電圧制御発振器
の発振周波数を制御し、その発振周波数を信号光パルス
の繰り返し周波数ｆに同期させる帰還手段とを備えたこ
とを特徴とする。
【０００７】光相関信号発生器としては、導波路構造の
二次の光非線形媒質を用いた和周波数発生器を用いるこ
とがよい。すなわち、ローカルレーザの発振光波長λ2
を光パルスレーザの発振光波長λ1 と異なる値にしてお
き、光相関信号発生器には、波長λ1 の信号光パルスと
波長λ2 の参照光パルスとからその和周波数成分である
波長λ1 ・λ2 ／（λ1 ＋λ2 ）の光を発生する和周波
数発生器と、この和周波数成分を電気信号として検出す
る検出手段と、検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆ
の成分を取り出す電気フィルタとを含むことがよい。
二次の光非線形媒質を用いた和周波数発生器を用いるこ
とがよい。すなわち、ローカルレーザの発振光波長λ2
を光パルスレーザの発振光波長λ1 と異なる値にしてお
き、光相関信号発生器には、波長λ1 の信号光パルスと
波長λ2 の参照光パルスとからその和周波数成分である
波長λ1 ・λ2 ／（λ1 ＋λ2 ）の光を発生する和周波
数発生器と、この和周波数成分を電気信号として検出す
る検出手段と、検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆ
の成分を取り出す電気フィルタとを含むことがよい。
【０００８】また、これとは別に、光相関信号発生器と
して光カー効果を有する三次の光非線形媒質を用いるこ
ともできる。すなわち、光相関信号発生器は、信号光パ
ルスと同時に参照光パルスが入射したときにその信号光
パルスを透過する光カースイッチと、この光カースイッ
チを透過した信号光パルスを電気信号として検出する検
出手段と、検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆの成
分を取り出す電気フィルタとを含む構成でもよい。
して光カー効果を有する三次の光非線形媒質を用いるこ
ともできる。すなわち、光相関信号発生器は、信号光パ
ルスと同時に参照光パルスが入射したときにその信号光
パルスを透過する光カースイッチと、この光カースイッ
チを透過した信号光パルスを電気信号として検出する検
出手段と、検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆの成
分を取り出す電気フィルタとを含む構成でもよい。
【０００９】
【作用】発振周波数がｆ／ｎ近傍の電圧制御発振器と低
周波数Δｆで発振する比較信号発振器とを設け、両者の
混合波（電気信号）でローカルレーザを変調することに
より、繰り返し周波数がｆ／ｎ±Δｆの参照光パルスを
発生させる。そして、この参照光パルスと信号光パルス
との光相関をとることにより、周波数ｎ・Δｆの相関電
気信号を得る。この一方で、比較信号発振器の出力を電
気的に逓倍して、同じく周波数ｎ・Δｆの電気信号を得
る。この周波数ｎ・Δｆの二つの電気信号の位相差を誤
差信号として検出し、その誤差信号を電圧制御発振器に
帰還する。これにより、電圧制御発振器から、信号光パ
ルスの繰り返し周波数ｆに同期した周波数ｆ／ｎの分周
電気信号が発生する。
周波数Δｆで発振する比較信号発振器とを設け、両者の
混合波（電気信号）でローカルレーザを変調することに
より、繰り返し周波数がｆ／ｎ±Δｆの参照光パルスを
発生させる。そして、この参照光パルスと信号光パルス
との光相関をとることにより、周波数ｎ・Δｆの相関電
気信号を得る。この一方で、比較信号発振器の出力を電
気的に逓倍して、同じく周波数ｎ・Δｆの電気信号を得
る。この周波数ｎ・Δｆの二つの電気信号の位相差を誤
差信号として検出し、その誤差信号を電圧制御発振器に
帰還する。これにより、電圧制御発振器から、信号光パ
ルスの繰り返し周波数ｆに同期した周波数ｆ／ｎの分周
電気信号が発生する。
【００１０】本発明では、信号光パルスと参照光パルス
の位相を低周波成分（周波数Δｆ）に落として比較して
いるので、この低周波成分に対して電気回路はその応答
時間で十分に追従できる。また、この場合の位相同期が
かかる繰り返し周波数の上限は、用いる光相関信号発生
器の応答速度および参照光パルスのパルス幅によって決
まる。光相関信号発生器として、二次の光非線形効果を
利用した和周波数発生器や、三次の光非線形効果を利用
した光カースイッチを用いた場合、その応答速度を数ピ
コ秒程度に設定できる。また、参照光パルスの幅につい
ても、ローカルレーザである半導体レーザにアクティブ
モードロックをかけることにより、１〜２ピコ秒にする
ことができる。したがって、全体として１０ピコ秒以下
の動作が可能となり、少なくとも１００ＧＨｚ程度の繰
り返し周波数に対して位相同期をかけることが可能であ
る。
の位相を低周波成分（周波数Δｆ）に落として比較して
いるので、この低周波成分に対して電気回路はその応答
時間で十分に追従できる。また、この場合の位相同期が
かかる繰り返し周波数の上限は、用いる光相関信号発生
器の応答速度および参照光パルスのパルス幅によって決
まる。光相関信号発生器として、二次の光非線形効果を
利用した和周波数発生器や、三次の光非線形効果を利用
した光カースイッチを用いた場合、その応答速度を数ピ
コ秒程度に設定できる。また、参照光パルスの幅につい
ても、ローカルレーザである半導体レーザにアクティブ
モードロックをかけることにより、１〜２ピコ秒にする
ことができる。したがって、全体として１０ピコ秒以下
の動作が可能となり、少なくとも１００ＧＨｚ程度の繰
り返し周波数に対して位相同期をかけることが可能であ
る。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の実施例を示すブロック構成図
である。
である。
【００１２】この実施例装置は、周期的にパルス発振す
る光パルスレーザ１０１からの信号光パルス１１３を入
力とし、この信号光パルス１１３の繰り返し周波数ｆに
同期した周波数ｆ／ｎの電気信号、すなわち分周同期信
号１１５を発生する装置であり、外部から加えられる電
気変調信号の周波数で周期的に参照光パルス１１４を発
生するローカルレーザ１０２と、発振周波数がほぼ周波
数ｆ／ｎに設定され、外部から加えられた電圧により発
振周波数が変化する電圧制御発振器１０３と、周波数Δ
ｆで電気的に発振する比較信号発振器１０４と、この比
較信号発振器１０４の出力と電圧制御発振器１０３の出
力とから周波数ｆ／ｎ±Δｆの電気変調信号を発生して
ローカルレーザ１０２に加える手段としてのミキサ１０
５、帯域通過フィルタ１１６および変調ドライバ１０６
と、光パルスレーサ１０１からの繰り返し周波数ｆの信
号光パルス１１３とローカルレーザ１０２からの繰り返
し周波数ｆ／ｎ±Δｆの参照光パルス１１４とを入力と
し、周波数ｎ・Δｆの相関信号を発生する光相関信号発
生器１０９と、比較信号発振器１０４の出力周波数Δｆ
をｎ倍する周波数逓倍器１１０と、この周波数逓倍器１
１０の出力と光相関信号発生器１０９の出力との位相差
を検出する位相比較器１１１とを備え、検出された位相
差に比例した誤差電圧により電圧制御発振器１０３の発
振周波数を制御し、その発振周波数を信号光パルスの繰
り返し周波数ｆに同期させる帰還手段として、位相比較
器１１１の出力が低域通過フィルタ１１２を介して電圧
制御発振器１０３に接続される。光相関信号発生器１０
９の入力には、信号光パルス１１３および参照光パルス
１１４をそれぞれ増幅するために、Ｅｒ添加光ファイバ
増幅器１０７、１０８が設けられる。
る光パルスレーザ１０１からの信号光パルス１１３を入
力とし、この信号光パルス１１３の繰り返し周波数ｆに
同期した周波数ｆ／ｎの電気信号、すなわち分周同期信
号１１５を発生する装置であり、外部から加えられる電
気変調信号の周波数で周期的に参照光パルス１１４を発
生するローカルレーザ１０２と、発振周波数がほぼ周波
数ｆ／ｎに設定され、外部から加えられた電圧により発
振周波数が変化する電圧制御発振器１０３と、周波数Δ
ｆで電気的に発振する比較信号発振器１０４と、この比
較信号発振器１０４の出力と電圧制御発振器１０３の出
力とから周波数ｆ／ｎ±Δｆの電気変調信号を発生して
ローカルレーザ１０２に加える手段としてのミキサ１０
５、帯域通過フィルタ１１６および変調ドライバ１０６
と、光パルスレーサ１０１からの繰り返し周波数ｆの信
号光パルス１１３とローカルレーザ１０２からの繰り返
し周波数ｆ／ｎ±Δｆの参照光パルス１１４とを入力と
し、周波数ｎ・Δｆの相関信号を発生する光相関信号発
生器１０９と、比較信号発振器１０４の出力周波数Δｆ
をｎ倍する周波数逓倍器１１０と、この周波数逓倍器１
１０の出力と光相関信号発生器１０９の出力との位相差
を検出する位相比較器１１１とを備え、検出された位相
差に比例した誤差電圧により電圧制御発振器１０３の発
振周波数を制御し、その発振周波数を信号光パルスの繰
り返し周波数ｆに同期させる帰還手段として、位相比較
器１１１の出力が低域通過フィルタ１１２を介して電圧
制御発振器１０３に接続される。光相関信号発生器１０
９の入力には、信号光パルス１１３および参照光パルス
１１４をそれぞれ増幅するために、Ｅｒ添加光ファイバ
増幅器１０７、１０８が設けられる。
【００１３】光パルスレーザ１０１はＩｎＧａＡｓＰ系
半導体レーザ内に可飽和領域が設けられた構造をもち、
パッシブなコライディングパルスモードロッキングをか
けることにより、波長１．５５μｍにおいて、繰り返し
周波数が約４０ＧＨｚ、パルス幅が１．１ピコ秒の信号
光パルスを出力する。
半導体レーザ内に可飽和領域が設けられた構造をもち、
パッシブなコライディングパルスモードロッキングをか
けることにより、波長１．５５μｍにおいて、繰り返し
周波数が約４０ＧＨｚ、パルス幅が１．１ピコ秒の信号
光パルスを出力する。
【００１４】ローカルレーザ１０２はＩｎＧａＡｓＰ系
半導体レーザであり、約１０ＧＨｚの電気信号による変
調でアクティブモードロッキングがかかり、波長１．５
３μｍで、繰り返し周波数が約１０ＧＨｚの参照光パル
スを発生する。
半導体レーザであり、約１０ＧＨｚの電気信号による変
調でアクティブモードロッキングがかかり、波長１．５
３μｍで、繰り返し周波数が約１０ＧＨｚの参照光パル
スを発生する。
【００１５】電圧制御発振器１０３の自走発振周波数は
１０ＧＨｚ、比較信号発振器１０４が発生する信号の周
波数Δｆ＝１００ＫＨｚ、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器１
０７、１０８の最大飽和平均出力は約１００ｍＷであ
る。
１０ＧＨｚ、比較信号発振器１０４が発生する信号の周
波数Δｆ＝１００ＫＨｚ、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器１
０７、１０８の最大飽和平均出力は約１００ｍＷであ
る。
【００１６】この実施例の動作について説明する。
【００１７】電圧制御発生器１０３の出力と比較信号発
振器１０４の出力とはミキサ１０５で混合され、その和
周波数信号と差周波数信号との一方、この実施例の場合
には和周波数信号を帯域通過フィルタ１１６により取り
出し、変調ドライバ１０６でローカルレーザ１０２に変
調を加える。この変調によりアクティブモードロッキン
グがかかり、ローカルレーザ１０２は参照光パルス１１
４を出力する。参照光パルス１１４の繰り返し周波数
は、電圧制御発振器１０３の発振周波数ｆ／ｎ（１０Ｇ
Ｈｚ）と、比較信号発振器１０４の発振周波数Δｆ（１
００ｋＨｚ）との和周波数に一致する。参照光パルス１
１４のパルス幅は、実測によると約１．２ピコ秒であっ
た。信号光パルス１１３および参照光パルス１１４は、
それぞれＥｒ添加光ファイバ増幅器１０７、１０８によ
り増幅され、光相関信号発生器１０９に入力される。光
相関信号発生器１０９は、二つの光パルスの相関をと
り、周波数ｎ・Δｆ＝４００ｋＨｚの相関信号を発生す
る。
振器１０４の出力とはミキサ１０５で混合され、その和
周波数信号と差周波数信号との一方、この実施例の場合
には和周波数信号を帯域通過フィルタ１１６により取り
出し、変調ドライバ１０６でローカルレーザ１０２に変
調を加える。この変調によりアクティブモードロッキン
グがかかり、ローカルレーザ１０２は参照光パルス１１
４を出力する。参照光パルス１１４の繰り返し周波数
は、電圧制御発振器１０３の発振周波数ｆ／ｎ（１０Ｇ
Ｈｚ）と、比較信号発振器１０４の発振周波数Δｆ（１
００ｋＨｚ）との和周波数に一致する。参照光パルス１
１４のパルス幅は、実測によると約１．２ピコ秒であっ
た。信号光パルス１１３および参照光パルス１１４は、
それぞれＥｒ添加光ファイバ増幅器１０７、１０８によ
り増幅され、光相関信号発生器１０９に入力される。光
相関信号発生器１０９は、二つの光パルスの相関をと
り、周波数ｎ・Δｆ＝４００ｋＨｚの相関信号を発生す
る。
【００１８】比較信号発振器１０４の出力はまた、分岐
されて周波数逓倍器１１０に入力される。周波数逓倍器
１１０は、入力された信号の周波数をｎ＝４倍し、ｎ・
Δｆ＝４００ｋＨｚの参照信号を出力する。
されて周波数逓倍器１１０に入力される。周波数逓倍器
１１０は、入力された信号の周波数をｎ＝４倍し、ｎ・
Δｆ＝４００ｋＨｚの参照信号を出力する。
【００１９】光相関信号発生器１０９の出力した相関信
号と、周波数逓倍器１１０の出力した参照信号とは、位
相比較器１１１に入力される。位相比較器１１１は、両
者の位相差（瞬時周波数差）を検出する。この位相差
は、信号光パルス１１３と参照光パルス１１４との位相
差、すなわち信号光パルスの繰り返周波数と電圧制御発
振器１０３の発振周波数のｎ＝４倍の値との差に対応し
ている。
号と、周波数逓倍器１１０の出力した参照信号とは、位
相比較器１１１に入力される。位相比較器１１１は、両
者の位相差（瞬時周波数差）を検出する。この位相差
は、信号光パルス１１３と参照光パルス１１４との位相
差、すなわち信号光パルスの繰り返周波数と電圧制御発
振器１０３の発振周波数のｎ＝４倍の値との差に対応し
ている。
【００２０】位相比較器１１１の出力は低域通過フィル
タ１１２に入力される。低域通過フィルタ１１２は、位
相比較器１１１の出力から、相関信号と参照信号との位
相差に比例した誤差電圧を取り出し、これを電圧制御発
振器１０３の制御電圧端子に供給する。
タ１１２に入力される。低域通過フィルタ１１２は、位
相比較器１１１の出力から、相関信号と参照信号との位
相差に比例した誤差電圧を取り出し、これを電圧制御発
振器１０３の制御電圧端子に供給する。
【００２１】この制御電圧端子に入力された誤差電圧に
より、電圧制御発振器１０３の発振周波数は、相関信号
と参照信号との位相差が減少する方向に変動する。すな
わち、電圧制御発振器１０３→ローカルレーザ１０２→
光相関信号発生器１０９→位相比較器１１１→低域通過
フィルタ１１２→電圧制御発振器１０３で構成されるル
ープが位相同期ループとして働く。この位相同期ループ
は、電圧制御発振器１０３の発振周波数の４倍値が信号
光パルス１１３の繰り返し周波数に等しくなった点が安
定である。したがって、ループが安定した時点で、繰り
返し周波数が４０ＧＨｚの信号光パルスに同期して、１
／４に分周された１０ＧＨｚの分周同期信号１１５が電
圧制御発振器１０３から出力される。
より、電圧制御発振器１０３の発振周波数は、相関信号
と参照信号との位相差が減少する方向に変動する。すな
わち、電圧制御発振器１０３→ローカルレーザ１０２→
光相関信号発生器１０９→位相比較器１１１→低域通過
フィルタ１１２→電圧制御発振器１０３で構成されるル
ープが位相同期ループとして働く。この位相同期ループ
は、電圧制御発振器１０３の発振周波数の４倍値が信号
光パルス１１３の繰り返し周波数に等しくなった点が安
定である。したがって、ループが安定した時点で、繰り
返し周波数が４０ＧＨｚの信号光パルスに同期して、１
／４に分周された１０ＧＨｚの分周同期信号１１５が電
圧制御発振器１０３から出力される。
【００２２】図２は光相関信号発生器の一例を示す構成
図である。ここでは、和周波発生器を用いた例を説明す
る。
図である。ここでは、和周波発生器を用いた例を説明す
る。
【００２３】この光相関信号発生器は、信号光パルス２
０１（図１における１１３に相当）と、参照光パルス２
０２（図１における１１４に相当）とを入力とし、λ／
２位相板２０３、２０４、ハーフミラー２０５、結合レ
ンズ２０６、和周波発生器２０７、コリメートレンズ２
０８、波長０．７７μｍの光のみを透過する波長フィル
タ２０９、光検出器２１０、および遮断周波数が７００
ｋＨｚの電気的な低域通過フィルタ２１１を備え、周波
数４・Δｆ（４００ｋＨｚ）の相関信号２１２を出力す
る。光検出器２１０としては、例えばＳｉアバランシェ
フォトダイオード（ＡＰＤ）を用いる。
０１（図１における１１３に相当）と、参照光パルス２
０２（図１における１１４に相当）とを入力とし、λ／
２位相板２０３、２０４、ハーフミラー２０５、結合レ
ンズ２０６、和周波発生器２０７、コリメートレンズ２
０８、波長０．７７μｍの光のみを透過する波長フィル
タ２０９、光検出器２１０、および遮断周波数が７００
ｋＨｚの電気的な低域通過フィルタ２１１を備え、周波
数４・Δｆ（４００ｋＨｚ）の相関信号２１２を出力す
る。光検出器２１０としては、例えばＳｉアバランシェ
フォトダイオード（ＡＰＤ）を用いる。
【００２４】和周波発生器２０７は、光の伝搬方向に結
晶のａ軸、基板面に平行にｂ軸、基板面に垂直に−ｃ軸
をとったＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3 結晶基板に、Ｔｉを拡散
して光導波路を形成したものである。基板面上には、ｃ
軸方向からｂ軸と平行にピッチｄで電子線を周期的に照
射することにより、基板に周期的なドメイン反転が形成
され、和周波発生のための疑似位相整合条件が成立する
ようになっている。疑似位相整合が成立するピッチｄは
次の式で表される。
晶のａ軸、基板面に平行にｂ軸、基板面に垂直に−ｃ軸
をとったＭｇＯ：ＬｉＮｂＯ3 結晶基板に、Ｔｉを拡散
して光導波路を形成したものである。基板面上には、ｃ
軸方向からｂ軸と平行にピッチｄで電子線を周期的に照
射することにより、基板に周期的なドメイン反転が形成
され、和周波発生のための疑似位相整合条件が成立する
ようになっている。疑似位相整合が成立するピッチｄは
次の式で表される。
【００２５】 ｄ＝｜Ｎ3 ／λ3 −Ｎ2 ／λ2 −Ｎ1 ／λ1 ｜-1 …（１） この式において、λ1 は信号光パルスの波長、λ2 は参
照光パルスの波長、λ3は二つの光の和周波の波長を表
し、Ｎ1 、Ｎ2 、Ｎ3 はそれぞれ波長λ1 、λ2、λ3
におけるｃ軸偏光波に対する実効屈折率を表す。
照光パルスの波長、λ3は二つの光の和周波の波長を表
し、Ｎ1 、Ｎ2 、Ｎ3 はそれぞれ波長λ1 、λ2、λ3
におけるｃ軸偏光波に対する実効屈折率を表す。
【００２６】ここで、λ1 ＝１．５５μｍ、λ2 ＝１．
５３μｍとすると、和周波波長λ3は、波長の逆数が周
波数に比例することから１／λ1 ＋１／λ2 ＝１／λ3
により求められ、λ3 ＝０．７７μｍである。このと
き、ｄ＝２０μｍに設定すると、ｃ軸に偏光した信号光
パルス２０１と参照光パルス２０２によりｃ軸に偏光し
た和周波成分が発生する疑似位相整合条件が得られる。
５３μｍとすると、和周波波長λ3は、波長の逆数が周
波数に比例することから１／λ1 ＋１／λ2 ＝１／λ3
により求められ、λ3 ＝０．７７μｍである。このと
き、ｄ＝２０μｍに設定すると、ｃ軸に偏光した信号光
パルス２０１と参照光パルス２０２によりｃ軸に偏光し
た和周波成分が発生する疑似位相整合条件が得られる。
【００２７】このような和周波発生器２０７による光相
関信号の発生についてさらに詳しく説明する。
関信号の発生についてさらに詳しく説明する。
【００２８】信号光パルス２０１および参照光パルス２
０２の偏光をそれぞれλ／２位相板２０３、２０４によ
りｃ軸方向に一致させ、ハーフミラー２０５で合波した
後、結合レンズ２０６を介して和周波発生器２０７に入
射する。和周波発生器２０７では、疑似位相整合条件が
満足されていることから、信号光パルス２０１と参照光
パルス２０２との和周波成分である波長０．７７μｍの
光を出力する。
０２の偏光をそれぞれλ／２位相板２０３、２０４によ
りｃ軸方向に一致させ、ハーフミラー２０５で合波した
後、結合レンズ２０６を介して和周波発生器２０７に入
射する。和周波発生器２０７では、疑似位相整合条件が
満足されていることから、信号光パルス２０１と参照光
パルス２０２との和周波成分である波長０．７７μｍの
光を出力する。
【００２９】和周波発生過程を時間的にみると、信号光
パルス２０１と参照光パルス２０２との時間的重なりの
程度が大きいほど、発生する和周波成分の強度が大きく
なる。本実施例では、信号光パルス２０１と参照光パル
ス２０２とで繰り返し周波数が異なるため、二つのパル
スの重なりの程度が周期的に変動し、この重なりの変動
に対応した光強度のビート成分（相関信号）が和周波に
重畳される。参照光パルス２０２の時間幅が信号光パル
ス２０１の時間幅と同程度に十分に狭いため、発生する
ビート周波数は、信号光パルス２０１の繰り返し周波数
と、参照光パルス２０２の高調波周波数（繰り返し周波
数のｎ倍）との差となる。したがって、この例の場合の
設定では、ビート周波数は４・Δｆ（４００ｋＨｚ）と
なる。
パルス２０１と参照光パルス２０２との時間的重なりの
程度が大きいほど、発生する和周波成分の強度が大きく
なる。本実施例では、信号光パルス２０１と参照光パル
ス２０２とで繰り返し周波数が異なるため、二つのパル
スの重なりの程度が周期的に変動し、この重なりの変動
に対応した光強度のビート成分（相関信号）が和周波に
重畳される。参照光パルス２０２の時間幅が信号光パル
ス２０１の時間幅と同程度に十分に狭いため、発生する
ビート周波数は、信号光パルス２０１の繰り返し周波数
と、参照光パルス２０２の高調波周波数（繰り返し周波
数のｎ倍）との差となる。したがって、この例の場合の
設定では、ビート周波数は４・Δｆ（４００ｋＨｚ）と
なる。
【００３０】和周波発生器２０７の出力光は、コリメー
トレンズ２０８によりコリメートされ、波長フィルタ２
０９により和周波成分だけが取り出された後、光検出器
２１０で電気信号に変換さる。検出された電気信号中の
相関信号（周波数４・Δｆ）は低域通過フィルタ２１１
により取り出される。
トレンズ２０８によりコリメートされ、波長フィルタ２
０９により和周波成分だけが取り出された後、光検出器
２１０で電気信号に変換さる。検出された電気信号中の
相関信号（周波数４・Δｆ）は低域通過フィルタ２１１
により取り出される。
【００３１】このように、和周波発生器を利用して図１
における光相関信号発生器１０９を構成することによ
り、信号光パルス１１３と参照光パルス１１４との相関
信号を検出できる。
における光相関信号発生器１０９を構成することによ
り、信号光パルス１１３と参照光パルス１１４との相関
信号を検出できる。
【００３２】図３は光相関信号発生器の別の例を示す構
成図である。この例は三次の非線形効果を利用した光カ
ースイッチを用いたものである。
成図である。この例は三次の非線形効果を利用した光カ
ースイッチを用いたものである。
【００３３】この光相関信号発生器は、波長１．５５μ
ｍの信号光パルス３０１と、波長１．５３μｍの参照光
パルス３０２とを入力とし、λ／２位相板３０３、３０
４、偏光子３０５、ハーフミラー３０６、結合レンズ３
０７、光非線形光学媒体３０８、コリメートレンズ３０
９、１．５５μｍの光のみを透過する波長フィルタ３１
０、検光子３１１、光検出器３１２、および遮断周波数
が７００ｋＨｚの低域通過フィルタ３１３を備え、周波
数４・Δｆ（４００ｋＨｚ）の相関信号３１５を出力す
る。光非線形光学媒体３０８としては、例えば長さ１ｍ
のＡｓ2 Ｓ3 系ファイバを用いる。光検出器３１２とし
ては、例えばＧｅ：ＡＰＤを用いる。
ｍの信号光パルス３０１と、波長１．５３μｍの参照光
パルス３０２とを入力とし、λ／２位相板３０３、３０
４、偏光子３０５、ハーフミラー３０６、結合レンズ３
０７、光非線形光学媒体３０８、コリメートレンズ３０
９、１．５５μｍの光のみを透過する波長フィルタ３１
０、検光子３１１、光検出器３１２、および遮断周波数
が７００ｋＨｚの低域通過フィルタ３１３を備え、周波
数４・Δｆ（４００ｋＨｚ）の相関信号３１５を出力す
る。光非線形光学媒体３０８としては、例えば長さ１ｍ
のＡｓ2 Ｓ3 系ファイバを用いる。光検出器３１２とし
ては、例えばＧｅ：ＡＰＤを用いる。
【００３４】このような構成において、偏光子３０５の
透過偏光方向を光非線形光学媒体３０８のｘ軸から４５
度傾いた方向に合わせ、かつ、検光子３１１の透過偏光
方向を偏光子３０５の偏光方向と９０度ずらしておく。
λ／２位相板３０３を調整して、信号光パルス３０１の
偏光方向を偏光子３０５の偏光透過方向に合わせること
により、信号光パルス３０１が偏光子３０５を経て光非
線形光学媒体３０８に伝搬する。しかし、この信号光パ
ルス３０１は、非線形光学媒体３０８から出射され、コ
リメートレンズ３０９によりコリメートされて波長フィ
ルタ３１０を透過するものの、偏波透過方向が９０度異
なる検光子３１１によって遮断されてしまう。
透過偏光方向を光非線形光学媒体３０８のｘ軸から４５
度傾いた方向に合わせ、かつ、検光子３１１の透過偏光
方向を偏光子３０５の偏光方向と９０度ずらしておく。
λ／２位相板３０３を調整して、信号光パルス３０１の
偏光方向を偏光子３０５の偏光透過方向に合わせること
により、信号光パルス３０１が偏光子３０５を経て光非
線形光学媒体３０８に伝搬する。しかし、この信号光パ
ルス３０１は、非線形光学媒体３０８から出射され、コ
リメートレンズ３０９によりコリメートされて波長フィ
ルタ３１０を透過するものの、偏波透過方向が９０度異
なる検光子３１１によって遮断されてしまう。
【００３５】この状態でλ／２位相板３０４を調整し、
参照光パルス３０２をその偏光方向をｙ軸偏光に合わせ
て光非線形光学媒体３０８に入射する。参照光パルス３
０２の強度がある程度高ければ、その参照光パルス３０
２によって光カー効果が発生し、光非線形光学媒体３０
８内に複屈折が生じる。この複屈折により、参照光パル
ス３０２と重なって伝搬する信号光パルス３０１の偏光
が楕円化し、９０度方向の異なる偏光成分、すなわち直
交偏光成分を生じる。この直交偏光成分は、光非線形光
学媒体３０８から出射され、検光子３１１を透過する。
参照光パルス３０２は波長フィルタ３１０により遮断さ
れる。
参照光パルス３０２をその偏光方向をｙ軸偏光に合わせ
て光非線形光学媒体３０８に入射する。参照光パルス３
０２の強度がある程度高ければ、その参照光パルス３０
２によって光カー効果が発生し、光非線形光学媒体３０
８内に複屈折が生じる。この複屈折により、参照光パル
ス３０２と重なって伝搬する信号光パルス３０１の偏光
が楕円化し、９０度方向の異なる偏光成分、すなわち直
交偏光成分を生じる。この直交偏光成分は、光非線形光
学媒体３０８から出射され、検光子３１１を透過する。
参照光パルス３０２は波長フィルタ３１０により遮断さ
れる。
【００３６】すなわち、参照光パルス３０２が無い状態
では、光非線形光学媒体３０８のｘ軸から４５度傾いた
偏光方向３１６ａで入射した信号光パルス３０１は、そ
の偏光方向を維持したまま非線形光学媒体３０８から出
射され、検光子３１１により遮断される。これに対して
参照光パルス３０２を光非線形光学媒体３０８のｙ軸に
一致する偏光方向３１６ｂで入射すると、光非線形光学
媒体３０８の出力端では、その参照光パルス３０２と重
なった部分で、信号光パルス３１０に偏光方向３１６ｂ
と直交する偏光方向３１７ａの成分が生じる。これは、
信号光パルス３０１が参照光パルス３０２によってスイ
ッチングされたことを意味する。このスイッチングされ
た光パルス３１４のみが光検出器３１２に入射する。
では、光非線形光学媒体３０８のｘ軸から４５度傾いた
偏光方向３１６ａで入射した信号光パルス３０１は、そ
の偏光方向を維持したまま非線形光学媒体３０８から出
射され、検光子３１１により遮断される。これに対して
参照光パルス３０２を光非線形光学媒体３０８のｙ軸に
一致する偏光方向３１６ｂで入射すると、光非線形光学
媒体３０８の出力端では、その参照光パルス３０２と重
なった部分で、信号光パルス３１０に偏光方向３１６ｂ
と直交する偏光方向３１７ａの成分が生じる。これは、
信号光パルス３０１が参照光パルス３０２によってスイ
ッチングされたことを意味する。このスイッチングされ
た光パルス３１４のみが光検出器３１２に入射する。
【００３７】このようなスイッチングにより得られる直
交偏光成分の強度は、信号光パルス３０１と参照光パル
ス３０２との時間的な重なりの程度に依存し、重なりが
強いほど直交偏光成分の強度が強くなる。信号光パルス
３０１と参照光パルス３０２とで繰り返し周波数が異な
ることから、この二つの光の繰り返し周波数の差（高調
波周波数との差の成分も含む）により、二つのパルスの
重なりの程度が周期的に変化する。この周期的な変化は
直交偏光成分の包絡線の強度変化として現れる。したが
って、この直交偏光成分を光検出器３１２で電気信号に
変換し、低域通過フィルタ３１３を通して低周波成分を
取り出すことにより、相関信号を検出することができ
る。
交偏光成分の強度は、信号光パルス３０１と参照光パル
ス３０２との時間的な重なりの程度に依存し、重なりが
強いほど直交偏光成分の強度が強くなる。信号光パルス
３０１と参照光パルス３０２とで繰り返し周波数が異な
ることから、この二つの光の繰り返し周波数の差（高調
波周波数との差の成分も含む）により、二つのパルスの
重なりの程度が周期的に変化する。この周期的な変化は
直交偏光成分の包絡線の強度変化として現れる。したが
って、この直交偏光成分を光検出器３１２で電気信号に
変換し、低域通過フィルタ３１３を通して低周波成分を
取り出すことにより、相関信号を検出することができ
る。
【００３８】このように、光カースイッチを用いること
によっても信号光パルスと参照光パルスとの相関信号を
検出することができる。
によっても信号光パルスと参照光パルスとの相関信号を
検出することができる。
【００３９】また、ここでは光非線形光学媒体としてＡ
ｓ2 Ｓ3 系ファイバを例に説明したが、三次の光非線形
効果を有するものであれば、石英系ファイバや有機材料
導波路などを用いても同様に実施できる。
ｓ2 Ｓ3 系ファイバを例に説明したが、三次の光非線形
効果を有するものであれば、石英系ファイバや有機材料
導波路などを用いても同様に実施できる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光パルス
レーザの分周同期信号発生装置は、信号光パルスを電気
信号に変換してから電気的に分周するのではなく、光学
的な処理を組み合わせて分周している。このため、電気
回路に負担をかけることなく、パッシブなモードロック
レーザから繰り返し出力される光パルスの繰り返し周波
数に同期して分周信号を発生できる。
レーザの分周同期信号発生装置は、信号光パルスを電気
信号に変換してから電気的に分周するのではなく、光学
的な処理を組み合わせて分周している。このため、電気
回路に負担をかけることなく、パッシブなモードロック
レーザから繰り返し出力される光パルスの繰り返し周波
数に同期して分周信号を発生できる。
【図１】本発明実施例の分周同期信号発生装置を示すブ
ロック構成図。
ロック構成図。
【図２】光相関信号発生器の一例を示す構成図であり、
和周波発生器を用いた例を示す図。
和周波発生器を用いた例を示す図。
【図３】光相関信号発生器の別の例を示す構成図であ
り、光カースイッチを用いた例を示す図。
り、光カースイッチを用いた例を示す図。
１０１ 光パルスレーザ １０２ ローカルレーザ １０３ 電圧制御発振器 １０４ 比較信号発振器 １０５ ミキサ １０６ 変調ドライバ １０７、１０８ Ｅｒ添加光ファイバ増幅器 １０９ 光相関信号発生器 １１０ 周波数逓倍器 １１１ 位相比較器 １１２ 低域通過フィルタ １１３ 信号光パルス １１４ 参照光パルス １１５ 分周同期信号 １１６ 帯域通過フィルタ ２０１ 信号光パルス ２０２ 参照光パルス ２０３、２０４ λ／２位相板 ２０５ ハーフミラー ２０６ 結合レンズ ２０７ 和周波発生器 ２０８ コリメートレンズ ２０９ 波長フィルタ ２１０ 光検出器 ２１１ 低域通過フィルタ ２１２ 相関信号 ３０１ 信号光パルス ３０２ 参照光パルス ３０３、３０４ λ／２位相板 ３０５ 偏光子 ３０６ ハーフミラー ３０７ 結合レンズ ３０８ 光非線形光学媒体 ３０９ コリメートレンズ ３１０ 波長フィルタ ３１１ 検光子 ３１２ 光検出器 ３１３ 低域通過フィルタ ３１４ スイッチングされた光パルス ３１５ 相関信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/06 (72)発明者 石橋 茂雄 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 周期的にパルス発振する光パルスレーザ
からの信号光パルスを入力とし、この信号光パルスの繰
り返し周波数ｆに同期した周波数ｆ／ｎ（ただしｎは自
然数）の電気信号を発生する光パルスレーザの分周同期
信号発生装置において、 外部から加えられる電気変調信号の周波数で周期的に参
照光パルスを発生するローカルレーザ（１０２）と、 発振周波数がほぼ前記周波数ｆ／ｎに設定され、外部か
ら加えられた電圧により発振周波数が変化する電圧制御
発振器（１０３）と、 周波数Δｆで電気的に発振する比較信号発振器（１０
４）と、 この比較信号発振器の出力と前記電圧制御発振器の出力
とから周波数ｆ／ｎ＋Δｆまたはｆ／ｎ−Δｆ（以下ｆ
／ｎ±Δｆと表示する）の電気変調信号を発生して前記
ローカルレーザに加える手段（１０５、１１６、１０
６）と、 前記光パルスレーサからの繰り返し周波数ｆの信号光パ
ルスと前記ローカルレーザからの繰り返し周波数ｆ／ｎ
±Δｆの参照光パルスとを入力とし、周波数ｎ・Δｆの
相関信号を発生する光相関信号発生器（１０９）と、 前記比較信号発振器の出力周波数Δｆをｎ倍する周波数
逓倍器（１１０）と、 この周波数逓倍器の出力と前記光相関信号発生器の出力
との位相差を検出する位相比較器（１１１）と、 検出された位相差に比例した誤差電圧により前記電圧制
御発振器の発振周波数を制御し、その発振周波数を前記
信号光パルスの繰り返し周波数ｆに同期させる帰還手段
とを備えたことを特徴とする光パルスレーザの分周同期
信号発生装置。 - 【請求項２】 前記ローカルレーザの発振光波長λ2 は
前記光パルスレーザの発振光波長λ1 と異なる値に設定
され、 前記光相関信号発生器は、 波長λ1 の信号光パルスと波長λ2 の参照光パルスとか
らその和周波数成分である波長λ1 ・λ2 ／（λ1 ＋λ
2 ）の光を発生する和周波数発生器と、 この和周波数成分を電気信号として検出する検出手段
と、 検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆの成分を取り出
す電気フィルタとを含む請求項１記載の光パルスレーザ
の分周同期信号発生装置。 - 【請求項３】 前記光相関信号発生器は、 信号光パルスと同時に参照光パルスが入射したときにそ
の信号光パルスを透過する光カースイッチと、 この光カースイッチを透過した信号光パルスを電気信号
として検出する検出手段と、 検出された電気信号から周波数ｎ・Δｆの成分を取り出
す電気フィルタとを含む請求項１記載の光パルスレーザ
の分周同期信号発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04220483A JP3092757B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 光パルスレーザの分周同期信号発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04220483A JP3092757B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 光パルスレーザの分周同期信号発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0669580A true JPH0669580A (ja) | 1994-03-11 |
| JP3092757B2 JP3092757B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=16751794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04220483A Expired - Fee Related JP3092757B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 光パルスレーザの分周同期信号発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3092757B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997023933A1 (en) * | 1995-12-22 | 1997-07-03 | Philips Electronics N.V. | Optical unit for synchronizing clock signals |
| US5940198A (en) * | 1995-12-22 | 1999-08-17 | U.S. Philips Corporation | Optical unit for synchronizing clock signals |
| JP2017507344A (ja) * | 2014-01-24 | 2017-03-16 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | 安定化マイクロ波周波数源 |
-
1992
- 1992-08-19 JP JP04220483A patent/JP3092757B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997023933A1 (en) * | 1995-12-22 | 1997-07-03 | Philips Electronics N.V. | Optical unit for synchronizing clock signals |
| US5940198A (en) * | 1995-12-22 | 1999-08-17 | U.S. Philips Corporation | Optical unit for synchronizing clock signals |
| JP2017507344A (ja) * | 2014-01-24 | 2017-03-16 | カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー | 安定化マイクロ波周波数源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3092757B2 (ja) | 2000-09-25 |
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