JPH11298072A

JPH11298072A - ファイバーリングモード同期レーザ装置および光通信システム

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Publication number: JPH11298072A
Application number: JP10097102A
Authority: JP
Inventors: Eikon Ri; 英根李
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-29
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Also published as: JP3192629B2

Abstract

(57)【要約】【課題】大伝送容量の光通信システムの光源として好適
なファイバーリングモード同期レーザ装置の繰り返し周
波数を大幅に増大する。更には、前記ファイバーリング
モード同期レーザ装置を光源として、より大きな伝送容
量の光通信システムを実現せんとする。【解決手段】本願発明のファイバーリングモード同期レ
ーザ装置は、当該ファイバーリングの内部あるいは外部
に、リング共振器あるいは二つの光導波路グレーティン
グルーターを有するフィルタ領域を設け、所望の高次の
縦モードを選択的に透過させるものである。本願発明の
光通信システムは、１０ＧＨＺ以上の繰り返し周波数の
光パルス出力を有するファイバーリングモード同期レー
ザ装置を当該光通信システムの光源として有するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、大伝送容量の光
通信システムおよびこれに用いるに適した光源に関する
ものである。更には、本願発明は超短光パルスを発生し
得るパルス発生装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の大伝送容量光通信システムの代表
的な例として、その光源にファイバーリングモード同期
レーザ装置を用いたものが考えられている。それはファ
イバーリングモード同期レーザ装置が比較的高周波数の
光パルスを発生し得るからである。

【０００３】この従来型のファイバーリングモード同期
レーザ装置を図１を用いて説明する。

【０００４】この従来型のファイバーリングモード同期
レーザ装置は、次の構成要素を有して成るファイバーリ
ングを有している。即ち、当該ファイバーリングは
（１）光増幅領域となる希土類のエリビウムが添加され
た光ファイバー２０と、このエリビウム添加の光ファイ
バー２０を励起するための、（２）励起用レーザ装置１
１と（３）この励起光をファイバーリングに導入する為
の波長多重用光カプラー１０と、（４）偏光性を保持す
るための偏波コントローラー１２、１５と、（５）光パ
ルスを出力するための出力用光カプラー１３と、（７）
発生した光パルスの分散補償をするために必要な前記光
ファイバー２０と反対の分散特性を有する光ファイバー
１６とから構成される。通例、反射を防ぐための（６）
アイソレーター１４が前述の出力用光カプラー１３と偏
波コントローラー１５の間に挿入されている。

【０００５】この構成によるファイバーリングの共振よ
って、所望のくり返し周波数の発振を得るものである。
例えば、Ｋ．Ｔａｍｕｒａｅｔａｌ．,オプティ
クスレター（ＯＰＴＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳ）,第１８
巻、１０８０〜１０８２頁(１９９３）に公表された例
では、上述の装置によって、繰り返し周波数３０ＭＨｚ
で、１００ｆｓ(ｆｓ＝１×１０^-15(秒))領域の光パル
ス列の発生に成功している。

【０００６】また、ファイバーリングの共振器長はその
ままにし、繰り返し周波数を上げる、いわゆる高次縦モ
ード同期法が既に知られている。この方法の基本は、例
えば、オプトロニクス、Ｎｏ．１，１１０頁〜１１７頁
（１９９５）の荒平慎氏の論文に見られる。この例は、
グレーティングをレーザ内部に設け所望の高次縦モード
を選択しているものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、より大伝
送容量の光通信システムを実現せんとするものである。
わけても、本願発明は、光通信システムの伝送容量を、
例えば、現在の２桁から４桁程度大きい大容量光通信シ
ステムを可能とせんとするものである。

【０００８】この伝送容量の大幅向上には、光通信シス
テムに係わる諸要因の改善、諸特性の向上が要請される
が、信号伝送の為の当該光通信システムの光源の繰り返
し周波数の増大が、基本的な大きな課題である。前述の
様に、本光通信システムの目的に合致する高周波の光源
として、ファイバーリングモード同期レーザ装置が知ら
れている。しかし、従来のファイバーリングモード同期
レーザ装置の光パルスの繰り返し周波数は、１０ＭＨｚ
から１００ＭＨＺ程度が現状である。

【０００９】そして、これまでのファイバーリングモー
ド同期レーザ装置では、その原理ならびに現実の構成諸
部品の制約から、繰り返し周波数を１００ＭＨｚ以上の
超高速の周波数を有する装置を得ることは困難であると
考えられる。それは、以下の理由による。

【００１０】ファイバーリングモード同期レーザ装置の
繰り返し周波数（光パルスの時間間隔の逆数、ｆ）は、
式ｆ＝ｃ／２・ｎｅｆｆ・Ｌで示される。ここで、Ｌは
ファイバーリングモード同期レーザ装置の共振器長、ｎ
ｅｆｆはモード同期レーザ装置の共振器の導波路の実効
屈折率、また、ｃは真空中における光の速度である。

【００１１】今、上記の「従来の技術」の欄で説明した
様にファイバーリングモード同期レーザー装置のファイ
バーリングは、光ファイバを主体とした導波路で構成さ
れる。従って、そのァイバーリングの共振器長を１メー
トルオーダーより十分に短くすることが現実には容易で
はない。モード同期レーザ装置の繰り返し周波数が上述
の式ｆ＝ｃ／２・ｎｅｆｆ・Ｌで示されること及び上述
の各構成要素の技術的な実現性を考慮すれば、繰り返し
周波数を１００ＭＨｚ以上にすることは困難となる。

【００１２】従って、こうした従来のファイバーリング
モード同期レーザ装置を、これまで以上の伝送容量の超
高速光通信用の光源として用いることは実際上難しい。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を、以下に説明する。

【００１４】先ず、本願発明のファイバーリングモード
同期レーザ装置の基本形態を説明する。図２、図３、図
１０および図１１はその代表的な諸例の構成を示す説明
図である。これらのより詳細は実施の形態の欄で説明さ
れる。本願発明の基本構成を図２を例として、以下に略
述する。

【００１５】それは、（１）希土類添加光ファイバーを
有する光増幅領域１、（２）前記光増幅領域を励起する
ための励起用レーザ装置３、（３）偏波コントローラー
４，７、（４）光アイソレーター６および（５）出力端
５を有してファイバーリングが構成されているファイバ
ーリングモード同期レーザ装置であって、所望の高次縦
モードを選択的に透過させるフィルタ領域を、当該ファ
イバーリングの内部にまたは当該ファイバーリングの外
部に結合したことを特徴とするものである。尚、通例、
（５）の出力端は光カプラーが用いられる。

【００１６】前記希土類添加光ファイバーに添加される
希土類元素は、その発振周波数（即ち、別な表現では波
長）によって選択される。以下の実施の形態の諸例にお
いては、希土類元素としてエルビウム（Ｅｒ）の例を示
した。一般に添加元素は、次の発振波長帯域を目安に選
択される。１．５μｍ帯の増幅においてはエルビウム
（Ｅｒ）の添加された光ファイバ、１．３帯の増幅にお
いてはプラセオジウム（Ｐｒ）あるいはネオジウム（Ｎ
ｄ）の添加、１．４μｍ帯あるいは１．６μｍ帯にはツ
リウム（Ｔｍ）が用いられる。希土類の添加量は光増幅
が可能なこれまでの技術に従って十分である。

【００１７】本願発明では、所望の高次縦モードを選択
的に透過させるフィルタ領域を構成するに、大きくは二
種類の装置を用い得る。一つはリング共振器である。更
に、別な形態は二つの光導波路グレーティングルーター
を有するフィルタである。尚、これらのリング共振器お
よび二つの光導波路グレーティングルーターを有するフ
ィルター自体はこれまで知られたものである。

【００１８】図２および図１０は開放型リング共振器を
用いた例を示す。図３および図１１は二つの光導波路グ
レーティングルーターを有するフィルターを用いた例で
ある。更に、図２および図１０は各々開放型リング共振
器をファイバーリングの内部に設けた例、図３および図
１１は各々二つの光導波路グレーティングルーターを有
するフィルターをフィルタリングの外部に設けた例であ
る。

【００１９】また、前記光増幅領域を励起するための励
起用レーザ装置の選択によって、当該ファイバーリング
モード同期レーザ装置が受動型となるか能動型になるか
が選択される。励起用レーザ装置として室温での連続発
振のレーザ装置を用いた場合、ァイバーリング受動モー
ド同期レーザ装置を構成する。一方、励起用レーザ装置
としてパルス発振のレーザ装置を用いた場合、ファイバ
ーリング能動モード同期レーザ装置を構成する。即ち、
前記光増幅領域をパルス光で励起せしめるものが能動型
である。

【００２０】上記の他の諸要素、即ち（３）偏波コント
ローラー、（４）光アイソレーターおよび（５）出力端
の出力用光カプラーは、これまでのファイバーリングモ
ード同期レーザ装置で用いているものと同種のもので良
い。

【００２１】次に、本願発明において、最も重要な前記
高次縦モードを選択的に透過させるフィルタ領域につい
て、詳細に説明する。

【００２２】先ず、ファイバーリングモード同期レーザ
装置の繰り返し周波数の増大についての検討である。上
記したファイバーリングモード同期レーザ装置の繰り返
し周波数の理論的考察から、実際問題として共振器長が
それほど大きく変更出来ないとすれば、現実的な対処方
法として、超高速、例えば１００ＭＨｚを実現する為に
は繰り返し周波数を大きくすることが必要なことが理解
される。

【００２３】こうした共振器長はそのままにし、繰り返
し周波数を上げる、いわゆる高次縦モード同期法が既に
知られていることは前述した。

【００２４】従って、本願発明は、特に高次縦モードの
選択の方法、即ち、選択的に所望の高次縦モードを透過
させるフィルタ領域をいかに構成するかに係わってい
る。

【００２５】このモード同期法による短光パルス列発生
の原理は、複数の縦モード間の位相が同期することによ
って生じるものである。モード同期法によるパルス列の
繰り返し周波数（ｆ）は、光パルスを構成する縦モード
間隔（Ｄｎ）で与えられる。即ち、式ｆ＝Ｄｎ… …
（１）が成立する。ここで、発振が基本モードの場合、
ｆ＝ｃ／２・ｎｅｆｆ・Ｌ… …（２）で与えられる。
尚、この基本モードでの繰り返し周波数は、前述のモー
ド同期レーザ装置の繰り返し周波数と同様の関係式であ
る。一方、そのパルス幅（Ｄｔ）は利得帯域幅（Ｄｎ
ｇ）の逆数で与えられる。即ち、式Ｄｔ＝１／Ｄｎｇ…
…（３）の関係が成立している。

【００２６】図４の（Ａ）および図４の（Ｂ）に光パル
ス列と縦モード発振の状態を示す。図４の（Ａ）は横軸
に時間を取った時の光パルス列（光パルスは符号２０と
示される）を示している。ここで、パルス幅は１／ΔＶ
ｇ、光パルス間隔は１／Δνで示される。尚、ΔＶｇは
利得スペクトルの半値幅、Δνは縦モードが立つ周波数
間隔を表わす。これらのΔＶｇ及びΔνと光パルスの関
係は、図４の（Ｂ）を参酌して一層明らかとなるであろ
う。

【００２７】一方、図４の（Ｂ）は、図４の（Ａ）の状
態を周波数空間で表現したものである。即ち、周波数の
関数として利得スペクトルを示したものである。曲線２
１は利得スペクトル、複数の縦の細線２２は、このスペ
クトルの縦モードがどの周波数で立つかを示している。

【００２８】従って、ここで光パルス間隔（１／Δν）
を小さくして、より高い光パルス間隔、即ち、より高い
周波数を得んとすれば、Δνを大きく、即ち、縦モード
が立つ周波数間隔を大きくとることである。

【００２９】本願発明は当該レーザ発振の縦モードの数
を減少させ、縦モード間隔を広くする。そして、本願発
明は、残った縦モード間の同期を取ることによって、実
質的な繰り返し周波数を高くする。

【００３０】縦モードの数を減少させ、縦モード間隔を
広くなったものをＤｎｈ、縦モードの数を減少させる前
の縦モード間隔をＤｎと表わすと、これらの間には、式
Ｄｎｈ＞Ｄｎの関係を有する。

【００３１】この状態を図５に示す。図５の（Ａ）は、
所望のレーザ発振の縦モードを周波数を横軸にして表わ
したものである。複数の縦の細線２３が当該縦モードを
示している。この例の縦モード間の間隔はΔνである。

【００３２】一方、図５の（Ｂ）は、本願発明の方法に
よって、縦モードの数を減少させた例を示している。複
数の実線２４は残された縦モード、複数の点線２５は所
期のレーザ発振の縦モードより所定の方法によって減少
された縦モードを示している。図５の（Ｂ）の状態によ
れば、縦モードの間隔Δνｈは実質的に、図５の（Ａ）
の状態と比較して３倍の間隔となっている。従って、上
述の式（１）ｆ＝Ｄｎによれば、ＤｎがΔνよりΔν
ｈに増大することによって、発振周波数ｆが実質的に
増大する。

【００３３】尚、高次縦モードの透過特性は、光システ
ムに要求される周波数によって決定される。

【００３４】本願発明は、前述した通り、このことの実
現の為、所望の高次縦モード選択のための高次縦モード
透過フィルターとして、リング共振器あるいは二つのグ
レーティングルーターよりの郡より選択された少なくと
も一者を用いるものである。

【００３５】これらの導波路型として構成された高次縦
モード透過フィルターは、本願発明が対象としているフ
ァイバーリングモード同期レーザ装置と特に整合性が良
いのである。例えば、高次縦モード透過フィルターとし
て、ファブリペロー共振器なども考えられるが、２枚の
反射面を平行に向かい合わせて有しており、導波路型共
振器に比較し光ファイバとの結合効率は悪く、本願発明
の目的には不向きである。

【００３６】従来技術とし述べたグレーティングをレー
ザ装置内に組み込む構成より、達成される特性、特性の
安定性、あるいは製造の容易性からみても、本願発明が
優位である。

【００３７】次に、リング共振器および二つのグレーテ
ィングルーターについて説明する。

【００３８】〈リング共振器による構成〉開放型リング
共振器について略述する。図６に開放型リング共振器の
基本構成の平面図を示す。当該開放型リング共振器２６
は、入力光導波路２７、結合光導波路２８、および出力
光導波路２９を有してなる。図中、Ｅ０は入力光を示
し、且つその強度をも示している。Ｅｈａ出力光および
その強度を示している。尚、開放型リング共振器自体
は、例えば「光導波路の基礎」岡本勝就著、コロナ社、
第４章、１２４〜１６６頁に詳しい。

【００３９】この透過特性｜Ｅ／Ｅ０｜²を図７に示
す。図７において、横軸は周波数、縦軸は透過特性｜Ｅ
／Ｅ０｜²である。ここで、透過ピーク間隔（Ｄｆ）
は、式Ｄｆ＝ｃ／（ｎｅｆｆ・Ｌ）……（４）で与えら
れる。尚、ｃは真空中での光の速度、ｎｅｆｆは光導波
路の実効屈折率、Ｌはリング長である。

【００４０】例えば、具体的にｎｅｆｆが１．５、Ｌが
２ｃｍとすると、上記式（４）によってＤｆは１０ＧＨ
ｚとなる。従って、この開放型リング共振器を用いた高
次縦モード同期法を従来型ファイバーリングモード同期
レーザ装置に適用すると、１０ＧＨｚ以上の高繰り返し
ファイバーリングモード同期レーザ装置を実現できる。

【００４１】更に、上述した高次縦モード同期を実現す
るためのフェイルターは，モ−ド同期レ−ザの内部に存
在する場合または外部に存在する場合の二種類が考えら
れる。当然これらは、同等の効果を奏する。

【００４２】〈二つの光導波路グレーティングルーター
を有してなる構成〉二つの光導波路グレーティングルー
ターからなるフィルターを当該ファイバーリングモード
同期レーザーに組み込む場合、その内部に組み込む場合
または、その外部に組み込む場合の２種類が考えられ
る。そのいずれでも、実施可能である。

【００４３】以下、高次縦モード選択のためのフィルタ
ーとして、二つの光導波路グレーティングルーターから
なるフィルターを用いる構成例について説明する。図８
にその構成例の平面図の例を示す。

【００４４】図８の例は、二つの光導波路グレーティン
グルーター３３および３９を有している。一方の（１x
Ｎ）光導波路グレーティングルーター３３は、一つの入
力光導波路３４と、複数（Ｎ個）の結合光導波路３５、
自由空間領域３６、３７と複数（Ｎ個）の出力光導波路
３８を有する。他方、（Ｎx１）光導波路グレーティン
グルーター３９は、複数（Ｎ）の入力光導波路４０と、
複数（Ｎ個）の結合光導波路４１、自由空間領域４２、
４３と出力光導波路４４を有する。

【００４５】（１×Ｎ)光導波路グレーティングルータ
ー３３の一つの入力光導波路３４へ入射された光パルス
（Ｅ０）は、複数（Ｎ個）の結合光導波路３５において
周波数間隔が等間隔であるＮ個の周波数成分に分波され
る。そして、各周波数成分の光パルスは異なるＮ個の出
力光導波路３８から出力される。即ち、このことによっ
て、周波数領域でのフィルタリングが生じる。

【００４６】次に、前記の各周波数成分の光パルスは、
（Ｎx１）の光導波路グレーティングルーター３９の複
数（Ｎ）の入力光導波路４０に入力される。この(Nx1)
の光導波路グレーティングルーター３９は、（１xＮ）
光導波路グレーティングルーター３３と基本的に同じフ
ィルタリング特性を有する。この入射された光パルス
は、複数（Ｎ個）の結合光導波路４１を経て、一つの出
力光導波路４４で再度合成され、出力光（Ｅ）として出
力される。

【００４７】尚、二つの光導波路グレーティングルータ
ーからなるフィルター自体の例については、例えばM. Z
irngibl et al., IEEE Photon. Technol. Lett., 第３
巻、８１２〜８１５頁（１９９１）に公表されてい
る。従って、これについては、更なる詳細説明を省略す
る。

【００４８】前述のフィルターの透過特性｜Ｅ／Ｅ０｜
²を図７に示す。

【００４９】ここで、典型的な透過ピーク間隔（Ｄｆ）
は、例えば１０〜１００ＧＨｚオーダーである。従っ
て、このフィルターをファイバーリングモード同期レー
ザ装置に適用すると、１０〜１００ＧＨｚオーダーの高
繰り返し周波数の光パルスの発生が実現できる。

【００５０】こうした光パルス周波数の特性を有する本
願発明のパルス発生装置は、わけても時分割多重光通信
システム，あるいは時分割多重光通信と波長分割多重光
通信システムのハイブリッド通信システムを柱とした長
距離大容量光通信システム用として好適である。

【００５１】しかしまた、本願発明の光パルス発生装置
は上記光通信システムへの適用のみに限らないことは言
うまでもない。その発光波長、繰り返し周波数などの諸
特性に応じての諸応用、例えば、超高速光計測用に必要
不可欠な超短光パルス発生装置に用い得ることは言うま
でもないし、本願発明のパルス発生装置の狙いでもあ
る。

【００５２】次に、本願の光通信システムの主な形態の
概要を列挙する。

【００５３】本願発明の光通信システムの第１の形態
は、１０ＧＨＺ以上の繰り返し周波数の光パルス出力を
有するファイバーリングモード同期レーザ装置を、当該
光通信システムの光源として有するものである。本願発
明の光通信システムの第１の形態によれば、これまでの
光通信システムに比較して、例えば一桁以上の大容量の
光通信システムを構築することが出来る。

【００５４】本願発明の光通信システムの第２の形態
は、当該光通信システムの光源として、１０ＧＨＺ以上
の繰り返し周波数の光パルス出力を有するファイバーリ
ングモード同期レーザ装置を当該光通信システムの光源
として有する時分割多重光通信システムである。

【００５５】本願発明の光通信システムの第３の形態
は、当該光通信システムの光源として、１０ＧＨＺ以上
の繰り返し周波数の光パルス出力を有するファイバーリ
ングモード同期レーザ装置を当該光通信システムの光源
として有する波長多重光通信システムである。

【００５６】前記本願発明の光通信システムの第２ある
いは第３の形態によれば、例えば１テラ・ビット級ない
しは１０テラ・ビット級の大容量の光通信システムが構
築することが出来る。即ち、通信容量として、現在のそ
れと比較して１００倍から１０００倍を可能とする。

【００５７】上記光通信システムの光源として、本願発
明に係わる諸ファイバーリングモード同期レーザ装置の
いずれをも用い得ることは言うまでもない。

【００５８】

【発明の実施の形態】最初にファイバーリング受動モー
ド同期レーザ装置の例を示す。次いで、本願に係わる光
伝送システムの例を示す。

【００５９】ファイバーリング受動モード同期レーザ装
置は、（１）リング共振器による構成の例を示し、次い
で、（２）二つの光導波路グレーティングルーターを有
する構成の例を順次示す。

【００６０】リング共振器による構成の諸例：〈実施の形態１〉本発明に係わる高繰り返しファイバー
リング受動モード同期レーザ装置の実施の形態１を、図
２を用いて説明する。図２は本願発明に係わるファイバ
ーリングモード同期レーザ装置の基本構成を示す図であ
る。本実施の形態１は，高次縦モード選択フィルタ−を
当該ファイバーリングモード同期レ−ザのファイバーリ
ングの内部に結合する場合である。

【００６１】本発明に係わるファイバーリングモード同
期レーザ装置は、そのファイバーリングが（１）光増幅
領域となる希土類添加光ファイバー１と、（２）この希
土類添加光ファイバー１を励起するための励起用レーザ
装置３と（３）波長多重用光カプラー２と、（４）偏光
性を保持するための偏波コントローラー４、７と、
（５）光パルスを出力するための出力用光カプラー５
と、、（６）光ファイバー８と、（８）開放型リング共
振器９とを有して構成される。

【００６２】前述の希土類添加光ファイバー８は、発生
した光パルスの分散補償をするためのもので、前述の希
土類添加光ファイバー１と反対の分散特性を有する。
尚、上述の希土類添加光ファイバー１および８はエリビ
ウム添加光ファイバーを用いた。上述の励起用レーザ装
置３として、本例ではＣＷ（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕ
ｓＷａｖｅ，連続発振光）発振レーザ装置を用いた。
開放型リング共振器９は、これまで一般的説明で行った
ように、高次縦モード同期を起こさせるためのフィルタ
ーとして働く。また、通例、上述の出力用光カプラー５
と偏波コントローラー７の間に反射を防ぐためのアイソ
レーター６が挿入される。

【００６３】開放型リング共振器の基本構成は前述の図
６通りである。線状ならびに円形の光導波路の製造方法
は、これまで知られた通例の光導波路の製造方法を用い
れば十分である。例えば、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂による
光導波路を形成することによって実現することができ
る。また、化合物半導体基板を用いても実現可能であ
る。この例は、例えばＩｎＰ基板上でのＩｎＧａＡｓＰ
を用いた光導波路の形成によっても実現可能である。

【００６４】〈実施の形態２〉実施の形態２は，本発明
に係わる高繰り返しファイバーリング能動モード同期レ
ーザ装置の一実施の形態である。実施の形態２を図２を
用いて説明する。本実施の形態２は前述の実施の形態１
と、上述の励起用レーザ装置３としてパルス発振のレー
ザ装置を用いた点が異なる点である。

【００６５】本発明に係わるファイバーリング能動モー
ド同期レーザ装置は、そのファイバーリングが（１）光
増幅領域となる希土類添加光ファイバー１と、（２）こ
の希土類添加光ファイバー１を励起するための、励起用
レーザ装置３と（３）波長多重用光カプラー２と、
（４）偏光性を保持するための偏波コントローラー４、
７と、（５）光パルスを出力するための出力用光カプラ
ー５と、（６）発生した光パルスの分散補償をするため
に必要な光ファイバー８と、（７）開放型リング共振器
９とから構成される。

【００６６】また、通例、上述の出力用光カプラー５と
偏波コントローラー７の間に反射を防ぐためのアイソレ
ーター６が挿入される。

【００６７】前述の希土類添加光ファイバー８は、発生
した光パルスの分散補償をするためのもので、前述の希
土類添加光ファイバー１と反対の分散特性を有する。
尚、上述の希土類添加光ファイバー１および８はエリビ
ウム添加光ファイバーを用いた。開放型リング共振器９
は、これまで一般的説明で行ったように、高次縦モード
同期を起こさせるためのフィルターとして働く。

【００６８】開放型リング共振器の基本構成は前述の図
６通りである。線状ならびに円形の光導波路の製造方法
は、これまで知られた通例の光導波路の製造方法を用い
れば十分である。例えば、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂の光導
波路を形成することによって実現することができる。ま
た、化合物半導体基板を用いても実現可能である。この
例は、例えばＩｎＰ基板上でのＩｎＧａＡｓＰを用いた
光導波路の形成によっても実現可能である。

【００６９】ここで、前記励起用パルスレーザ装置３の
繰り返し周波数は、前記開放型リング共振器９の透過ピ
ークの周波数間隔（Ｄｆ）の整数倍または、整数分の１
に等しい。

【００７０】〈実施の形態３〉実施の形態３では，本発
明に係わる高繰り返しファイバーリング受動モード同期
レーザ装置の一実施の形態の例である。本実施の形態は
高次縦モード選択フィルタ−をモード同期レ−ザ装置の
ファイバリングの外部に結合する場合である。本実施の
形態３を図１０を用いて説明する。

【００７１】本発明に係わるファイバーリング受動モー
ド同期レーザ装置は、そのファイバーリングが（１）光
増幅領域となる希土類添加光ファイバー１と、（２）こ
の希土類添加光ファイバー１を励起するための励起用レ
ーザ装置３と（３）波長多重用光カプラー２と、（４）
偏光性を保持するための偏波コントローラー４、７と、
（５）光パルスを出力するための出力用光カプラー５
と、（６）光ファイバー８と、（８）開放型リング共振
器９と、（９）出力用光ファイバ−３０を有して構成さ
れる。

【００７２】この例では、（８）開放型リング共振器９
が、出力用光カプラー５に接続されている。従って、光
の出力時に、光周波数のフィルタリングがなされる。

【００７３】前述の希土類添加光ファイバー８は、発生
した光パルスの分散補償をするためのもので、前述の希
土類添加光ファイバー１と反対の分散特性を有する。
尚、上述の希土類添加光ファイバー１および８はエリビ
ウム添加光ファイバーを用いた。

【００７４】上述の励起用レーザ装置３は、ＣＷ（Ｃ
Ｗ：ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ，連続発振光）発
振レーザ装置を用いた。開放型リング共振器９は、上述
の一般的説明で行ったように、高次縦モード同期を起こ
させるためのフィルターとして働く。

【００７５】開放型リング共振器の基本構成は前述の図
６通りである。線状ならびに円形の光導波路の製造方法
は、これまで知られた通例の光導波路の製造方法を用い
れば十分である。例えば、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂による
光導波路を形成することによって実現することができ
る。また、化合物半導体基板を用いても実現可能であ
る。この例は、例えばＩｎＰ基板上でのＩｎＧａＡｓＰ
を用いた光導波路の形成によっても実現可能である。

【００７６】また、能動モード同期レーザ装置として動
作させる場合、実施の形態２のように、励起用レーザ装
置としてパルスレーザ装置を用いる。その繰り返し周波
数は、ファイバーレーザ装置の基本周波数の整数倍また
は整数分の１である。

【００７７】開放型リング共振器の透過ピーク周波数間
隔は、ファイバーレーザ装置出力の周波数間隔の整数倍
に合わせることとなる。

【００７８】二つの光導波路グレーティングルーターを
有する構成の諸例：〈実施の形態４〉実施の形態４では，本発明に係わる高
繰り返しファイバーリング受動モード同期レーザ装置の
一実施の形態を、図３を用いて説明する。本実施の形態
は、高次縦モード選択フィルターを、ファイバーリング
モード同期レーザ装置のファイバーリングの内部に結合
する場合の例である。

【００７９】本発明に係わるファイバーリング受動モー
ド同期レーザ装置は、そのファイバーリングが（１）光
増幅領域となる希土類添加光ファイバー１と、（２）こ
の希土類添加光ファイバー１を励起するための、励起用
レーザ装置３と、（３）波長多重用光カプラー２と、
（４）偏光性を保持するための偏波コントローラー４、
７と、（５）光パルスを出力するための出力用光カプラ
ー５と、（６）希土類添加光ファイバー１と反対の分散
特性を有する光ファイバー８と、（７）二つの光導波路
グレーティングルーター９からなる高次縦モード透過フ
ィルターとから構成される。

【００８０】前述の希土類添加光ファイバー８は、発生
した光パルスの分散補償をするためのもので、前述の希
土類添加光ファイバー１と反対の分散特性を有する。
尚、上述の希土類添加光ファイバー１および８はエリビ
ウム添加光ファイバーを用いた。上述の励起用レーザ装
置３は、ＣＷ（ＣＷ：ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖ
ｅ，連続発振光）発振レーザ装置を用いた。

【００８１】二つの光導波路グレーティングルーター９
は、これまで一般的説明で行ったように、高次縦モード
同期を起こさせるためのフィルターとして働く。また、
通例、上述の出力用光カプラー５と偏波コントローラー
７の間に反射を防ぐためのアイソレーター６が挿入され
る。

【００８２】二つの光導波路グレーティングルーター９
の基本構成は前述の図８通りである。線状ならびに円孤
形の光導波路の製造方法は、これまで知られた通例の光
導波路の製造方法を用いれば十分である。例えば、Ｓｉ
基板上にＳｉＯ₂による光導波路を形成することによっ
て実現することができる。また、化合物半導体基板を用
いても実現可能である。この例は、例えばＩｎＰ基板上
でのＩｎＧａＡｓＰを用いた光導波路の形成によっても
実現可能である。

【００８３】〈実施の形態５〉実施の形態５は，本発明
に係わる高繰り返しファイバーリング能動モード同期レ
ーザ装置の一実施の形態である。実施の形態５を図３を
用いて説明する。本実施の形態５は前述の実施の形態４
と、上述の励起用レーザ装置３としてパルス発振レーザ
装置を用いた点が基本的に異なる点である。

【００８４】本発明に係わるファイバーリング能動モー
ド同期レーザ装置は、そのファイバーリングが（１）光
増幅領域となる希土類添加光ファイバー１と、（２）こ
の希土類添加光ファイバー１を励起するための、励起用
レーザ装置３と（３）波長多重用光カプラー２と、
（４）偏光性を保持するための偏波コントローラー４、
７と、（５）光パルスを出力するための出力用光カプラ
ー５と、（６）発生した光パルスの分散補償をするため
に必要な光ファイバー８と、（７）二つの光導波路グレ
ーティングルーターからなる高次縦モード透過フィルタ
ー９とから構成される。

【００８５】また、通例、上述の出力用光カプラー５と
偏波コントローラー７の間に反射を防ぐためのアイソレ
ーター６が挿入される。

【００８６】前述の希土類添加光ファイバー８は、発生
した光パルスの分散補償をするためのもので、前述の希
土類添加光ファイバー１と反対の分散特性を有する。
尚、上述の希土類添加光ファイバー１および８はエリビ
ウム添加光ファイバーを用いた。

【００８７】二つの光導波路グレーティングルーターか
らなる高次縦モード透過フィルター９は、これまで一般
的説明で行ったように、高次縦モード同期を起こさせる
ためのフィルターとして働く。

【００８８】二つの光導波路グレーティングルーターか
らなる高次縦モード透過フィルター９の基本構成は前述
の図８通りである。線状ならびに円弧形の光導波路の製
造方法はこれまで知られた通例の光導波路の製造方法を
用いれば十分である。例えば、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂の
光導波路を形成することによって実現することができ
る。また、化合物半導体基板を用いても実現可能であ
る。この例は、例えばＩｎＰ基板上でのＩｎＧａＡｓＰ
を用いた光導波路の形成によっても実現可能である。

【００８９】ここで、前記励起用パルスレーザ装置３の
繰り返し周波数は、前記二つの光導波路グレーティング
ルーターからなる高次縦モード透過フィルター９の透過
ピークの周波数間隔（Ｄｆ）の整数倍または、整数分の
１に等しい。

【００９０】〈実施の形態６〉実施の形態６では，本発
明に係わる高繰り返しファイバーリング受動モード同期
レーザ装置の一実施の形態の例である。本実施の形態は
高次縦モード選択フィルタ−をモード同期レ−ザ装置の
ファイバーリングの外部に結合する場合である。本実施
の形態６を図１１を用いて説明する。

【００９１】本発明に係わるファイバーリング受動モー
ド同期レーザ装置は、そのファイバーリングが（１）光
増幅領域となる希土類添加光ファイバー１と、（２）こ
の希土類添加光ファイバー１を励起するための励起用レ
ーザ装置３と（３）波長多重用光カプラー２と、（４）
偏光性を保持するための偏波コントローラー４、７と、
（５）光パルスを出力するための出力用光カプラー５
と、（６）光ファイバー８と、（８）二つの光導波路グ
レーティングルーターからなる高次縦モード透過フィル
ター９とを有して構成される。

【００９２】この例では、（８）二つの光導波路グレー
ティングルーターからなる高次縦モード透過フィルター
９が、出力用光カプラー５に接続されている。従って、
光の出力時に光周波数のフィルタリングがなされる。

【００９３】前述の希土類添加光ファイバー５２は、発
生した光パルスの分散補償をするためのもので、前述の
希土類添加光ファイバー４５と反対の分散特性を有す
る。尚、上述の希土類添加光ファイバー４５および４２
はエリビウム添加光ファイバーを用いた。上述の励起用
レーザ装置３は、ＣＷ（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
Ｗａｖｅ，連続発振光）レーザ装置を用いた。開放型
リング共振器９は、上述の一般的説明で行ったように、
高次縦モード同期を起こさせるためのフィルターとして
働く。

【００９４】開放型リング共振器の基本構成は前述の図
６通りである。線状ならびに円形の光導波路の製造方法
はこれまで知られた通例の光導波路の製造方法を用いれ
ば十分である。例えば、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂による光
導波路を形成することによって実現することができる。
また、化合物半導体基板を用いても実現可能である。こ
の例は、例えばＩｎＰ基板上でのＩｎＧａＡｓＰを用い
た光導波路の形成によっても実現可能である。

【００９５】また、能動モード同期レーザ装置として動
作させる場合、実施の形態２のように、励起用レーザ装
置としてパルスレーザ装置を用いる。その繰り返し周波
数は、ファイバーレーザの基本周波数の整数倍または整
数分の１である。

【００９６】開放型リング共振器の透過ピーク周波数間
隔は、ファイバーレーザの出力の周波数間隔の整数倍に
合わせることとなる。

【００９７】光通信システムの基本構成例：〈実施の形態７〉実施の形態７において、光通信システ
ムの基本構成を説明する。

【００９８】図１２は、送信モジュール５０を用いた幹
線系光通信システムを示している。送信装置５１は送信
モジュール５０とこのモジュールを駆動するための駆動
装置部５２とを有する。送信モジュル５０からの光信号
が光ファイバ５３を通して受信装置５４内の受光部５５
で検出される。

【００９９】本願発明の光通信システムは、この光通信
系の光源として、これまで説明してきた各種ファイバー
リングモード同期レーザ装置を用いるものである。

【０１００】本願発明は、時分割多重光通信と波長分割
多重光通信システム、あるいはそのハイブリッド通信シ
ステムに適用が可能である。図１２に示した光通信シス
テムはこれら通信方式の選択に伴い、通例の方法によっ
てシステムの構築を行うことが出来る。

【０１０１】図１３は時分割多重光通信の考え方の一例
を示すものである。短パルス光源５６の波長λ０の光パ
ルスを、Ａ、Ｂ、Ｃの時間遅延領域を通過させることに
よって、各光パルスを３種類の信号系となるように時間
遅延を発生させる。これらの実質的に同一の波長を有す
る各光パルスを、同一光伝送路によって時分割多重にて
伝送するものである。更に、多数の時分割多重光通信が
可能なことは言うまでもない。

【０１０２】図１４は波長多重光通信の考え方の一例を
示すものである。この場合、短パルス光源５７より、例
えば、波長λ１、λ２、およびλ３の光パルスを、Ａ、
Ｂ、Ｃの時間遅延領域を通過させることによって、各光
パルスに時間遅延を発生させる。これらの異なる波長を
有する各光パルスを、同一光伝送路によって伝送するも
のである。勿論、異なる波長を有する各光パルスを同一
時間にて伝送することも可能である。

【０１０３】尚、光通信システムの光学系および電気信
号系はこれまでの通例のものを用いれば良いので、その
詳細は省略する。

【０１０４】

【発明の効果】本願発明のファイバーリングモード同期
レーザ装置によれば、安定な高繰り返しの短パルスレー
ザ装置が実現できる。

【０１０５】本願発明の光通信システムの第１の形態こ
れまでの光通信システムに比較してより大容量の光通信
システムが構築することが出来る。

【０１０６】本願発明の光通信システムの第２の形態あ
るいは第３の形態によれば、例えば１テラ・ビット級な
いしは１０テラ・ビット級の大容量の光通信システムが
構築することが出来る。

【０１０７】尚、本願発明のファイバーリングモード同
期レーザ装置は、時分割多重光通信と波長分割多重光通
信システムのハイブリッド通信システムを柱とした長距
離大容量光通信システム用に好適である。更に、超高速
光計測用に必要不可欠な超短光パルス発生装置としても
好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来型ファイバーリングモード同期レーザ装置
を示す図である。

【図２】本発明に係わるリング共振器を用いたファイバ
ーリングモード同期レーザ装置の構成を示す図である。

【図３】本発明に係わる高次縦モード透過フィルターを
用いたファイバーリングモード同期レーザ装置の構成を
示す図である。

【図４】モード同期法における光パルス列と縦モードの
関係を示す図である。

【図５】基本縦モードとフィルターによって選択された
高次縦モードを示す図である。

【図６】リング共振器の構成を示す平面図である。

【図７】リング共振器の透過特性を示す図である。

【図８】高次縦モードフィルタの構成を示す図である。

【図９】高次縦モードフィルタの透過特性を示す図であ
る。

【図１０】本発明に係わるリング共振器を用いたファイ
バーリングモード同期レーザ装置の第２の構成を示す図
である。

【図１１】本発明に係わる高次縦モード透過フィルター
を用いたファイバーリングモード同期レーザ装置の第２
の構成を示す図である。

【図１２】光通信系の例を示す図である。

【図１３】時分割多重光通信の基本を示す説明図であ
る。

【図１４】波長多重光通信の基本を示す説明図である。

【符号の説明】

１、２０・・・希土類添加光ファイバー、２、１０・・・波長
多重用光カプラー、３、１１・・・励起用レーザ装置、
４、１２・・・偏波コントローラー５、１３・・・出力用
光カプラー、６、１４・・・アイソレーター、７、１５
・・偏波コントローラー、８、１６・・・光ファイバ
ー、９・・・フィルタ領域、２０・・・光パルス、２１・・
・利得スペクトル、２２、２３・・・光の縦モード、２４
・・・フィルターを透過した光の縦モード、２５・・・フィ
ルターを遮断された光の縦モード２６・・・開放型リング共振器、２７・・・入力光導波
路、２８・・・円形状の光導波路、２９・・・出力光導波
路３３・・・(１×Ｎ)光導波路グレーティングルーター、３
４・・・入力光導波路３５・・・結合光導波路、３６・・・自由空間領域、３７
・・・自由空間領域３８・・・出力光導波路、３９・・・(Ｎ×１)光導波路グレー
ティングルーター４０・・・入力光導波路、４１・・・結合光導波路、４２
・・・自由空間領域４３・・・自由空間領域、４４・・・出力光導波路５０・・・送信モジュール、５１・・・送信装置、５２・・
・駆動装置、５３・・・光ファイバー、５４・・・受信
装置、５５・・・受光部、５６、５７・・・光パルス光源

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年４月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｂ 10/04 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｅ 10/06 Ｈ０４Ｊ 14/08 14/00 14/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】希土類添加光ファイバーを有する光増幅領
域、前記光増幅領域を励起するための励起用レーザ装
置、偏波コントローラー、アイソレーター、および出力
用光カプラーとを有して成るファイバーリングを有する
ファイバーリングモード同期レーザ装置であって、所望
の高次縦モードを選択的に透過させる独立したフィルタ
領域を当該ファイバーリングの内部にまたは当該ファイ
バーリングの外部に結合したことを特徴とするファイバ
ーリングモード同期レーザ装置。
【請求項２】希土類添加光ファイバーを有する光増幅領
域、前記光増幅領域を励起するための励起用レーザ装
置、偏波コントローラー、アイソレーター、および出力
用光カプラーとを有するファイバーリング有するファイ
バーリングモード同期レーザ装置であって、所望の高次
縦モードを選択的に透過させる開放型リング共振器を当
該ファイバーリングの内部にまたは当該ファイバーリン
グの外部に結合したことを特徴とするファイバーリング
モード同期レーザ装置。
【請求項３】前記ファイバーリングモード同期レーザ装
置の光増幅領域を連続光励起によってモード同期をかけ
ることを特徴とする請求項第１項または第２項に記載の
ファイバーリングモード同期レーザ装置。
【請求項４】前記ファイバーリングモード同期レーザ装
置の光増幅領域を同期的パルス光励起によってモード同
期をかけることを特徴とする請求項第１項または第２項
に記載のファイバーリングモード同期レーザ装置。
【請求項５】希土類添加光ファイバーを有する光増幅領
域、前記光増幅領域を励起するための励起用レーザ装
置、偏波コントローラー、アイソレーター、および出力
用光カプラーとを有するファイバーリングを有するファ
イバーリングモード同期レーザ装置であって、所望の高
次縦モードを選択的に透過させる２つの光導波路グレー
ティングルーターからなるフィルター領域を当該ファイ
バーリングの内部にまたは当該ファイバーリングの外部
に結合したことを特徴とするファイバーリングモード同
期レーザ装置。
【請求項６】前記ファイバーリングモード同期レーザ装
置の光増幅領域を連続光励起によってモード同期をかけ
ることを特徴とする請求項第５項に記載のファイバーリ
ングモード同期レーザ装置。
【請求項７】前記ファイバーリングモード同期レーザ装
置の光増幅領域を同期的パルス光励起によってモード同
期をかけることを特徴とする請求項第５項に記載のファ
イバーリングモード同期レーザ装置。
【請求項８】１０ＧＨＺ以上の繰り返し周波数の光パル
ス出力を有するファイバーリングモード同期レーザ装置
を、当該光通信システムの光源として有することを特徴
とする光通信システム。
【請求項９】１０ＧＨＺ以上の繰り返し周波数の光パル
ス出力を有するファイバーリングモード同期レーザ装置
を当該光通信システムの光源として有する時分割多重光
通信システム。
【請求項１０】１０ＧＨＺ以上の繰り返し周波数の光パ
ルス出力を有するファイバーリングモード同期レーザ装
置を当該光通信システムの光源として有する波長多重光
通信システム。