JPH084188B2 - 周波数固定電磁信号の発生方法および装置 - Google Patents

周波数固定電磁信号の発生方法および装置

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JPH084188B2
JPH084188B2 JP61503153A JP50315386A JPH084188B2 JP H084188 B2 JPH084188 B2 JP H084188B2 JP 61503153 A JP61503153 A JP 61503153A JP 50315386 A JP50315386 A JP 50315386A JP H084188 B2 JPH084188 B2 JP H084188B2
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/302—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre

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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、スペクトル幅の中心周波数が参照周波数に
対して固定された複数の電磁信号を発生する方法および
装置に関する。
〔背景技術〕
参照周波数に対応して周波数が設定された電磁信号群
の発生は、例えば光波長を用いる場合等の、送信信号の
波長または周波数を正確に制御できることが非常に重要
な広帯域通信の分野で特に重要である。実際に、送信用
のチャネルが多くなるほど、信号の周波数、特にその間
隔の制御が重要になる。
〔発明の開示〕
本発明の第一の発明は、スペクトル幅の中心周波数が
参照周波数に対して固定された複数の電磁信号を発生す
る方法であり、 （ａ） 参照周波数信号の少なくとも一部を第一の導波
路リングに注入し、この第一の導波路リング内で、上記
参照周波数信号を散乱してこの参照周波数信号の伝搬方
向と反対方向に伝搬する第一の散乱信号を発生させ、 （ｂ） 上記第一の散乱信号の少なくとも一部を第二の
導波路リングに注入し、この第二の導波路リング内で、
上記第一の散乱信号を散乱してこの第一の散乱信号の伝
搬方向と反対方向に伝搬する第二の散乱信号を発生さ
せ、 （ｃ） 上記第二の散乱信号および以降の散乱信号をそ
れぞれの導波路リングに注入して上記（ｂ）のステップ
をｎ回繰り返し、 （ｄ） 上記参照周波数信号および参照信号の少なくと
も二つの一部をそれぞれの出力ポートに導き、参照周波
数に対して周波数が固定された複数の電磁信号を上記出
力ポートに出力する。
この方法における最も単純な態様はｎ＝０である。こ
の場合および他のいくつかの場合には、複数の電磁信号
は参照信号と同じ周波数の信号を含む。
それぞれの信号および導波路リングは、誘導ブリルア
ン散乱が生じるような特性であることが望ましい。
本発明の第二の発明は、スペクトル幅の中心周波数が
参照周波数に対して固定された複数の電磁信号を発生す
る装置であり、参照周波数信号源と、導波手段により互
いに直列に接続された複数の導波路リングとを備え、上
記参照周波数信号源は、参照周波数信号の少なくとも一
部を先頭の導波路リングに注入する構成であり、導波路
リングに注入されるそれぞれの信号および導波路リング
は、それぞれの導波路リングで散乱が発生し、注入され
た信号の伝搬方向と反対方向に伝搬する散乱信号を発生
する特性および構成であり、上記導波手段は、散乱信号
の少なくとも一部を直列に接続された次の導波路リング
に出力し、注入信号および参照信号の少なくとも二つの
信号の一部をそれぞれの出力ポートに出力する構成であ
る。
導波路リングに注入される各信号およびその導波路リ
ングは、それぞれの導波路リングで誘導ブリルアン散乱
が生じる特性および構成であることが望ましい。
ラマン散乱等の他の散乱現象を使用することも可能で
あるが、その場合にはかなり大きな励起パワーが必要と
なる。
誘導ブリルアン散乱（SBS）として知られる共鳴現象
は、現在まで、導波路を通る光の伝搬を制限すると考え
られていた。この現象は、誘電体導波路に沿って光波長
を伝送する場合に特に顕著であり、狭スペクトル幅のレ
ーザ光をあるしきい値以上のパワー・レベルで注入する
と、低損失光ファイバでこの現象が発生する。
SBSの原理について、光放射に関連付けて説明する。S
BSは、基本的に、入射光波（励起光、ポンプ光）、発生
した音響波および散乱光波（ストークス波）の三つの波
の干渉として説明される。励起光が電歪により媒質内に
圧力波を発生し、これによる密度の変化が光学感受率を
変化させる。したがって、入射光波が音響波を励起し、
この音響波が入射光波を散乱させ、この散乱によりスト
ークス波が生成される。
上述の三つの波はエネルギ保存則に従い、三つの周波
数には、 fA＝fL−fS の関係がある。ここで、添字Ｌ、Ｓ、Ａは、それぞれレ
ーザ（励起）周波数、ストークス周波数および音響周波
数を示す。波数ベクトルの不整合が零、すなわち、 kA＝kL−kS のときに最大パワー遷移が生じる。
これらの二つの等式から、二つの重要な結果が得られ
る。第一に、励起光波とストークス波との波数ベクトル
が平行かつ反対方向のとき、ストークス波の最大利得が
得られる。したがって、単一モード・ファイバでは、SB
Sにより、後方に伝搬するストークス波が発生する。第
二に、ストークス波の周波数は、励起光波の周波数か
ら、音響周波数分だけ低周波数側にシフトしている。
ストークス波の周波数シフトは音響周波数に等しく、 fA＝2vAnλ として定義される。ここで、vAは音速、ｎは導波路の反
射率、λは導波路内の光波長である。
周波数シフトは導波媒体の特性および注入波に依存す
る。したがって、この周波数シフトは、温度変化等の周
囲の状況の変化にはあまり依存しない。これは、それぞ
れの注入された信号とこの信号に対応する散乱信号との
間の周波数シフトが、比較的固定されることを意味す
る。
導波路リングを同じ材料で製造した場合にはこの周波
数シフトが同じ量となるが、異なる媒体を使用した場合
には異なる周波数シフトを得ることができる。
一例として、溶融シリカで製造した光ファイバに光信
号を注入した場合には、11.1GHzの周波数シフトが得ら
れる。この例では、 vA＝5960m/s、λ＝1.55μｍ、ｎ＝1.44 である。
通常は導波路リングを物理的に分離するが、共通のリ
ングを使用することもできる。
それ以上の散乱が発生できなくなるまで、各段におい
て信号パワーが減衰する。これを防ぐため、リングの間
に増幅器を設ける。増幅器は、半導体レーザ発振増幅器
を含んでもよく、また、ラマン散乱またはSBS等の散乱
作用を利用してもよい。
散乱信号が上流の導波路リングに逆流しないように、
連続する導波路リングの間に分離手段を設けることが望
ましい。このような分離手段として、ファラデイ回転に
基づくアイソレータを用いることができる。
典型的には、電磁信号は光信号を含む。本明細書にお
いて「光」とは、電磁スペクトルの可視領域として一般
に知られる部分と、この可視領域の両側の、光ファイバ
等の誘導光導波路により伝送可能な赤外領域および紫外
領域の部分とをいう。例えば、信号の波長は0.5μｍな
いし10μｍの範囲である。
本発明による生成される信号群は、広帯域通信網に利
用することができる。これらの信号を送信信号および局
部発振信号の双方に利用できる。
〔図面の簡単な説明〕
図はスペクトル幅の中心周波数が参照周波数に対して
固定された複数の電磁信号を発生する方法および装置の
一例のブロック構成図を示す。
〔発明を実施するための最良の形態〕
図に示した装置はレーザ１を含み、このレーザ１は、
狭スペクトル幅の出力信号を発生する気体レーザか、ま
たは、ダイオードレーザ、分布帰還レーザ等のスペクト
ル幅が比較的広い出力信号を発生する半導体レーザで構
成される。いずれの場合にも、出力信号の周波数は実質
的に一定である。出力信号は、方向性結合器２を経由し
て、光ファイバ・リング・レーザ３に供給される。光フ
ァイバ・リング・レーザ３は、光結合器４と、単一モー
ド光ファイバにより構成されたファイバ・リング５とを
含む。光ファイバ・リング・レーザについては、ストー
クス他によるオプティクス・レターズ第７巻（1982年）
第509頁ないし第511頁の論文（L.F.Storkes etal、Opti
cs Lett.7（1982）pp509−511）に詳しく説明されてい
る。
一例として、励起用レーザ１の波長を0.63μｍとし、
励起パワーを0.56mWとする。より低損失のファイバ・リ
ングを用い、より小さい励起パワーを使用することも可
能である。ファイバ・リング５の長さは10mである。こ
のような励起パワーおよび波長でSBSが発生し、方向性
結合器２の方向に戻る散乱波が発生する。方向性結合器
２は、この散乱波を注入波から分離し、この散乱波を光
ファイバ６に沿って分離素子７に出力する。
方向性結合器２はまた、レーザ１からの参照信号を光
ファイバ８に直接に供給し、この光ファイバ８は、周波
数fpの信号を出力ポート９に供給する。
散乱波の周波数は、入力波の周波数fpが音響周波数fA
だけシフトしたfp−fAとなる。溶融シリカを用いたファ
イバ・リングの場合には、音響周波数fAは11.1GHzに等
しい。さらに、この散乱波のスペクトル幅は、ファイバ
・リングの特性により狭く、注入された参照信号のスペ
クトル幅には関係しない。
分離素子７を通過した散乱光は、方向性結合器２と同
等の結合器10に導かれ、ここから光ファイバ・リング・
レーザ３と同等のリング・レーザ11に導かれる。リング
・レーザ11は別の散乱波を発生し、これを結合器10によ
り光ファイバ12に供給し、さらに分離素子13に供給す
る。リング・レーザ11が光ファイバ・リング・レーザ３
と同じ構成、すなわち同じ反射率の材質で製造されてい
るので、この散乱波の周波数はfP−2fAとなる。
分離素子７の出力波はまた、結合器10により出力ポー
ト14に直接に供給される。
同様にして、結合器10からの散乱波は、分離素子13を
経由して、別の方向性結合器15およびリング・レーザ16
に供給される。このリング・レーザ16は周波数がfP−3f
Aの散乱波を発生し、この散乱波がさらに下流のリング
・レーザに供給され、以下同様にこれを繰り返す。分離
素子13からの散乱波は、出力ポート17に直接に供給され
る。
したがって、出力ポート９、14、17…には、それぞれ
その上流の周波数から固定周波数（fA）だけ、この実施
例ではそれぞれ同じ周波数だけずれた出力信号が得られ
る。これらの出力信号は、搬送波信号として、または検
波用の局部発振信号として、あらゆる一般的な光伝送装
置で利用できる。
ある場合には、ファイバ・リング５の長さを調節する
ことが必要となるが、その場合には、光ファイバを圧電
シリンダ上に巻き、制御電圧を印加する。
フロントページの続き (72)発明者 ワイアツト リチヤード 英国アイピー５ ７エスエヌ・サフオー ク・イプスウイツチ・マートレシヤムヒー ス・サリアーズクローズ27番地

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ） 参照周波数信号の少なくとも一部
    を第一の導波路リング（３）に注入し、この第一の導波
    路リング内で上記参照周波数信号を誘導ブリルアン散乱
    により散乱してこの参照周波数信号の伝搬方向と反対方
    向に伝搬する第一の散乱信号を発生させ、 （ｂ） 上記第一の散乱信号の少なくとも一部を第二の
    導波路リング（11）に注入し、この第二の導波路リング
    内で、上記第一の散乱信号を誘導ブリルアン散乱により
    散乱してこの第一の散乱信号の伝搬方向と反対方向に伝
    搬する第二の散乱信号を発生させ、 （ｃ） 上記第二の散乱信号および以降の散乱信号をそ
    れぞれの導波路リング（16）に注入して上記（ｂ）のス
    テップをｎ回繰り返し、 （ｄ） 上記参照周波数信号および参照信号の少なくと
    も二つの一部をそれぞれの出力ポート（９、14、17）に
    導き、参照周波数に対して周波数が固定された複数の電
    磁信号を上記出力ポート（９、14、17）に出力する スペクトル幅の中心周波数が参照周波数に対して固定さ
    れた複数の電磁信号を発生する方法。
  2. 【請求項２】すべての散乱信号および参照周波数信号に
    ついて各々の一部はそれぞれの出力ポートに導かれる請
    求の範囲第１項に記載の電磁信号を発生する方法。
  3. 【請求項３】ｎ＝０である請求の範囲第１項または第２
    項に記載の電磁信号を発生する方法。
  4. 【請求項４】参照周波数信号のスペクトル幅が比較的広
    い請求項１ないし３のいずれかに記載の電磁信号を発生
    する方法。
  5. 【請求項５】参照周波数信号源（１）と、 導波手段により互いに直列に接続された複数の導波路リ
    ング（３、11、16）とを備え、 上記導波手段は、上記参照周波数信号源から送出される
    参照周波数信号の少なくとも一部を先頭の導波路リング
    （３）に注入する手段を含み、 上記複数の導波路リング（３、11、16）に注入されるそ
    れぞれの信号およびその導波路リングは、それぞれの導
    波路リングで誘導ブリルアン散乱が発生し、注入された
    信号の伝搬方向と反対方向に伝搬する散乱信号を発生す
    る特性および構成を備え、 上記導波手段は、散乱信号の少なくとも一部を直列に接
    続された直ぐ次の導波路リングに出力し、注入信号およ
    び参照信号の少なくとも二つの信号の一部をそれぞれの
    出力ポート（９、14、17）に出力する構成である ことを特徴とするスペクトル幅の中心周波数が参照周波
    数に対して固定された複数の電磁信号を発生する電磁信
    号発生装置。
  6. 【請求項６】複数の導波路リング（３、11、16）は実質
    的に同等の構造であり、それぞれの散乱信号がその対応
    する注入信号から実質的に同じ周波数だけずれるように
    設定された請求の範囲第５項に記載の電磁信号発生装
    置。
  7. 【請求項７】複数の導波路リング（３、11、16）の間に
    は、散乱信号がその上流の導波路リングに導かれること
    を防ぐための分離手段（７、13）が設けられた請求の範
    囲第５項または第６項に記載の電磁信号発生装置。
  8. 【請求項８】参照周波数信号のスペクトル幅が比較的広
    く設定された請求項５ないし７のいずれかに記載の電磁
    信号発生装置。
  9. 【請求項９】導波手段は、方向性結合器（２、10、15）
    を含む請求項５ないし７のいずれかに記載の電磁信号発
    生装置。
  10. 【請求項１０】請求項５ないし８項のいずれかに記載の
    装置を含む広帯域通信網。
JP61503153A 1985-05-09 1986-05-09 周波数固定電磁信号の発生方法および装置 Expired - Fee Related JPH084188B2 (ja)

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