JPH1174592A

JPH1174592A - 高速光パルス発生装置

Info

Publication number: JPH1174592A
Application number: JP9246183A
Authority: JP
Inventors: Shin Arataira; 慎荒平; Hiroshi Ogawa; 洋小川; Satoko Kutsuzawa; 聡子沓沢; Daisuke Kunimatsu; 大介国松
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】【解決手段】モード同期周波数ｆｒｔ／Ｎの被制御モ
ード同期レーザ２に、繰り返し周波数ｆｒｔ／ｍ・Ｎ
で、ジッタ成分の少ない光パルス列を注入する。更に、
この時に被制御モード同期レーザ２から出力する繰り返
し周波数ｆｒｔ／Ｎの光パルス列を、ファイバー長Ｚ＝
Ｚｐ／２Ｎの伝送路３を通す【効果】パルス間の振幅変動が小さく、ジッタ成分の
少ない高速光パルス列を得ることができる。更に、伝送
路３を構成する光ファイバーとして、市場に大量に出回
っている安価な光ファイバーを用いることができるため
高速光パルス発生装置全体としてコストダウンを図るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大容量光通信等に
用いられる繰り返し周波数の高い光パルス列発生装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル信号を用いた光通信におい
て、その伝送容量を増加させるためには、できるだけ繰
り返し周波数の高い光パルス列が要求される。こうした
光パルス列を発生する方法として、半導体レーザを用い
たものがある。半導体レーザを用いた光パルス列を発生
する方法として、利得スイッチ法、外部変調法、能動モ
ード同期法等が知られている。これらの方法では、パル
ス繰り返し周波数の上限が、阻止の緩和振動周波数や、
電極部の周波数帯域によって制限される。現状、その上
限は３０〜４０ＧＨｚである。これらの問題が発生しな
い方法として受動モード法が提案されている。例えば、
文献（１）S.Arahiraet al.,“Terahertz-rate optical
pulse generationfrom a passively mode-locked semi
conductor laser diode Opt.Lett.,voL.19,pp.834-836,
1994に紹介されている。

【０００３】この方法では、光パルスの発生が、外部か
らの変調信号なしに自発的に生じるために上記のような
電気的問題は発生しない。ところがこの方法にも、発生
したパルス出力に含有する、ジッタ成分が大きいこと
と、発生パルス出力と外部回路の同期をとることが難し
いという欠点がある。そこでこの問題を解決するために
サブハーモニック光シンクロナスモード同期法が提案さ
れている。例えば、文献（２）S.Arahiraet al.“Synch
ronousmode-locking inpassivelymode-lockedsemicondu
ctorlaserdiodes using optical short pulsesrepeated
atsubharmonicsofthecavity round-tripfrequency,“I
EEE Photon. Technol.Lett.,vol.8,pp.191-193,1996.に
紹介されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のサブ
ハーモニック光シンクロナスモード同期法にも以下に記
すような解決すべき課題があった。サブハーモニック光
シンクロナスモード同期法では、受動モード同期レーザ
に、同期モードレーザのモード同期周波数ｆｒｔをｆｒ
ｔ／ｍ（ここで分周比ｍは整数）に分周した低ジッタ光
パルス列を注入する。このパルス列は必ずしも光信号で
ある必要はなく、電気信号でも良い。この光または、電
気信号をモード同期レーザのモード同期周波数ｆｒｔに
同期させる。それによって受動モード同期レーザの時間
ジッタが低減する。ところが、分周比ｍを大きくする程
同期モードレーザの出力パルス列に周波数ｆｒｔ／ｍに
同期した、振幅変動が発生するという、解決すべき課題
があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、次の構成を採用する。〈構成１〉出力側で要求される高速光パルス列の繰り返
し周波数をｆｒｔとしたとき、ｍ・Ｎ（ｍ、Ｎ、正の整
数）分のｆｒｔの繰り返し周波数で光パルス列を出力す
る低ジッタパルス光源と、この低ジッタパルス光源の出
力を受け入れて、そのｍ倍の繰り返し周波数の光パルス
列を出力する被制御モード同期レーザと、この被制御モ
ード同期レーザの出力を受け入れて、光パルス列に含ま
れる光の各モードがそれぞれ異なる群速度で伝搬し、上
記繰り返し周波数ｆｒｔ成分、及び、ｆｒｔの整数倍高
調波成分を強調し、その他の周波数成分を減衰させた光
パルス列を出力する所定長の光伝送路を備えたことを特
徴とする、高速光パルス発生装置。

【０００６】〈構成２〉出力側で要求される高速光パル
ス列の繰り返し周波数をｆｒｔとしたとき、ｍ・Ｎ
（ｍ、Ｎ、正の整数）分のｆｒｔの周波数の電気信号を
出力する電気的変調信号源と、この電気信号出力を受け
入れて、そのｍ倍の繰り返し周波数の光パルス列を出力
するモード同期レーザと、このモード同期レーザの出力
を受け入れて、光パルス列に含まれる光の各モードがそ
れぞれ異なる群速度で伝搬し、上記繰り返し周波数ｆｒ
ｔ成分、及び、ｆｒｔの整数倍高調波成分を強調し、そ
の他の周波数成分を減衰させた光パルス列を出力する所
定長の光伝送路を備えたことを特徴とする、高速光パル
ス発生装置。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。〈具体例１の構成〉図１は、具体例１の構成図である。
具体例１の構成について説明する前に、本願の発明者等
が、上記文献（２）に紹介している技術内容の内、本具
体例の理解に必要な技術内容について図を用いて説明す
る。

【０００８】図２は、モード同期レーザ出力の周波数ス
ペクトル図である。横軸に周波数、縦軸に光強度を表
す。受動モード同期レーザに、モード同期周波数ｆｒｔ
をｍ分の１（ここで分周比ｍは整数）に分周した光パル
ス列を注入して得た、出力パルス列の周波数スペクトル
を示している。同期モードレーザとして、ＤＢＲ（dist
ributed Bragg Reflector）型レーザダイオードを用い
た。またこの同期モードレーザに注入するｆｒｔ／ｍの
光パルス列をＤＦＢ（Distrbuted Feedback）型レーザ
ダイオードを用いて生成した。

【０００９】（ａ）は、ｍ＝２の時の出力を示してい
る。注入する光パルス列の繰り返し周波数ｆｒｔ／２
は、４．２５ＧＨｚである。図から、同期モードレーザ
の出力パルス列の周波数８．５ＧＨｚの成分と、注入す
る光パルス列の繰り返し周波数の成分とのレベル差は、
３０ｄＢ以上と、読み取れる。出力パルスに重畳される
スプリアス成分が少ないことを意味する。（ｂ）は、ｍ
＝３の時の出力を示している。注入する光パルス列の繰
り返し周波数ｆｒｔ／３は、２．８３３ＧＨｚである。
図から、同期モードレーザの出力パルス列の周波数８．
５ＧＨｚの成分と、注入する光パルス列の繰り返し周波
数の成分とのレベル差は、１５ｄＢ前後と、読み取れ
る。出力パルスに重畳されるスプリアス成分は、無視で
きないことを意味する。

【００１０】（ｃ）は、ｍ＝４の時の出力を示してい
る。注入する光パルス列の繰り返し周波数ｆｒｔ／４
は、２．１２５ＧＨｚである。図から、同期モードレー
ザの出力パルス列の周波数８．５ＧＨｚの成分と、注入
する光パルス列の繰り返し周波数の成分とのレベル差
は、１０ｄＢ前後と、読み取れる。出力パルスに重畳さ
れるスプリアス成分は、極めて大きい。従って最早この
同期モードレーザは、正常に発振することすら難しい状
態にある。以上の認識を基にして、本発明の説明に戻
る。

【００１１】再度図１に戻って具体例１の構成について
説明する。具体例１による高速光パルス発生装置は、低
ジッタ光パルス発生光源１と、光学的結合部Ａと、被制
御モード同期レーザ２と、光学的結合部Ｂと、伝送路３
とを、備える。低ジッタ光パルス発生光源１は、図には
記してない外部信号に同期して、繰り返し周波数ｆｒｔ
／ｍ・Ｎの低ジッタ光パルス列を発振する光源である。
光学的結合部Ａは、低ジッタ光パルス発生光源１と、被
制御モード同期レーザ２との間に結合して、低ジッタ光
パルス発生光源１が発振した光パルス列を被制御モード
同期レーザ２に供給する部分であり内部に光アイソレー
タや、時には、エルビュームドープファイバで構成した
光増幅器等を備えることもある。

【００１２】被制御モード同期レーザ２は、低ジッタ光
パルス発生光源１が発振した繰り返し周波数ｆｒｔ／ｍ
・Ｎの光パルス列を注入されると、繰り返し周波数ｆｒ
ｔ／Ｎの光パルス列を出力する部分である。光学的結合
部Ｂは、被制御モード同期レーザ２と伝送路３との間に
結合して、被制御モード同期レーザ２が出力した光パル
ス列を伝送路３に供給する部分であり内部に光アイソレ
ータや、時には、エルビュームドープファイバで構成し
た光増幅器等を備えることもある。

【００１３】伝送路３は、特定の長さを持つ、通常のシ
ングルモード光ファイバからなり、その長さＺを適当に
選定することによって、光学的結合部Ａから供給された
光パルス列を、高い繰り返し周波数の光パルス列に変換
する部分である。具体例１では、繰り返し周波数ｆｒｔ
／Ｎの光パルス列を光学的結合部Ｂから供給され、繰り
返し周波数ｆｒｔの光パルス列に変換するするために長
さをＺ＝Ｚｐ／２Ｎに設定する（Ｎ；整数、Ｚｐ；後述
の基準長）。この動作原理、及び光ファイバの基準長、
Ｚｐを求める理論については、以下に詳細に説明する。

【００１４】（伝送路３の動作原理）伝送路３の動作原
理については、特願平９−８７５９１号（発明者、出願
人、本願に同じ）に詳細に紹介されているが、ここで
は、本願の理解に必要な範囲のみについて引用して、以
下に説明する。図３は、伝送路の基本構成図である。引
用発明においては、この図に示すように、光源としてモ
ード同期レーザ４を使用する。モード同期レーザ４の出
力口５には、光伝送路３が接続されている。引用発明で
は、モード同期レーザ４が繰り返し周波数ｆの光パルス
列を発生するとき、この光伝送路３の長さを適当に選定
することによって高い繰り返し周波数の光パルス列を得
る。以下、その原理説明を行う。

【００１５】図４に、光パルス列複素振幅の説明図を示
す。図４の（ａ）には、モード同期レーザの光パルス列
複素振幅を示す式を図示した。モード同期レーザは、等
周波数間隔で並んだ位相の固定された複数の共振モード
を重ね合わせて光パルス列を発生する。図の（１）式に
示すように、ｎ番目のモードの光は、光パルス列の繰り
返し周波数ｆ、真空中の光速度Ｃ、真空中の波長λ、ｎ
番目の振幅や相対位相等によって表される。

【００１６】図４（ｂ）には、光ファイバ伝送後の光パ
ルス列復素振幅を示す（２）式を図示した。この図に示
すように、モード同期レーザの出力口を光ファイバのよ
うな、光伝送モードを有する伝送媒質中に伝搬させる
と、この図のように各モードが表される。各モードは、
即ちその各モードの群速度、群遅延に起因する位相変化
量、光ファイバの長さ等に基づいて表される。

【００１７】図５に、モード同期レーザ出力の説明図を
示す。なお、理想的なＡＭモード同期の場合には、光の
各モードは同相で発振する。このとき、各モードの発振
波形はｅｘｐ（ｉ２πｎｆｔ）の複素関数の形で表され
る。しかし、ここでは簡単のため、各モードの発振波形
を余弦関数ｃｏｓ（２πｎｆｔ）の形で表すことにす
る。

【００１８】この図の（ａ）は、ＡＭモード同期におけ
る光出力パルス列に含まれる各モードの光発振波形を示
したものである。横軸は時間、縦軸に振幅を表した。図
の（ａ）に示すように、各モードは同相で発振してい
る。従って、各モードの極大値をとる時間が周期Ｔ（繰
り返し周波数ｆの逆数）毎に重なる。この図に示すよう
に、両端の各モードの極大値をとる部分では、出力はこ
れらの極大値の単純和となり、パルス振幅が最大にな
る。一方、両端以外の部分では、各モードの極大値（正
の値）と極小値（負の値）とが重なりあったり、各モー
ドの振幅がゼロであったりするため、振幅の和が減少す
る。

【００１９】（ｂ）には、繰り返し周期Ｔに対応したＴ
時間の光強度プロファイルを示した。この図に示すよう
に、時間Ｔ毎に光強度が最大となるようなピークが得ら
れる。また、時間ｔが、ｔ＝（２Ｍ＋１）／２＊Ｔ
（Ｍ：整数）の場合には、ｎが偶数のモードが極大値を
とり、ｎが奇数のモードは極小値をとって互いに打ち消
し合い、光強度が最小になる。（ｃ）には、モード同期
レーザ出力の光スペクトルを示す。図の棒グラフの頂点
に示したのは、モード番号ｎである。棒の長さは各モー
ドの振幅を示す。

【００２０】こうしたモード同期レーザの光出力パルス
列を各モードがそれぞれ異なる群速度で伝搬する光伝送
路に入力すると、群速度分散が生じ、図２（ｂ）に示す
ように各モードの相対的な位相関係が変わる。この技術
は、例えば次のような技術文献に記載されている（A.Ya
riv 著、多田邦雄、神谷武志共訳「光エレクトロニクス
の基礎」原書３版、p.45、丸善）。

【００２１】図６に、光ファイバの基準長の説明図を示
す。図６（ａ）には、上記のような分散による各モード
の群遅延に起因する位相変化量を図示した。図の（３）
式に示すように、群遅延による位相変化量は各モードの
光の周波数の２乗に比例し、ｎが正の場合も負の場合も
同一の値をとる。モード同期レーザの出力する光パルス
列をこのような群速度分散を持つ分散媒質中に伝搬させ
ると、各モード毎に異なる遅延が生じることから、伝搬
後の光パルス列に波形変化が生じる。そこで、まず各モ
ードの波形変化が生じない光ファイバ等の光伝送路長を
基準長Ｚｐと定義し、これとの関係を以下に説明する。

【００２２】図６（ｂ）は、光ファイバの基準長を定義
する式である。基準長Ｚｐは、図に示すように真空中の
光速度と波長、光周波数及び群速度分散値によって決ま
る値である。なお、このときの位相変化量は図６（３）
式に（４）式を代入することによって（５）式に示すよ
うに表される。この基準長Ｚｐの光ファイバを伝搬させ
た場合の出力は、図５に示すものと同一になる。一方、
理想的なＡＭモード同期の場合、各モードの相対位相差
φn がゼロであれば、距離Ｚｐの半分の距離即ちＺｐ／
２で出力パルス列の波形が元に戻る。

【００２３】図７には、Ｎ＝１のときの発生光パルス列
の説明図を示す。なお、このＮというのは、モード同期
レーザから出力される光パルス列の繰り返し周波数と光
ファイバを伝搬して出力された光パルス列の繰り返し周
波数の比を示すものとする。

【００２４】図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図５に示
したものと全く同様の形式のグラフである。図５（ａ）
と図７（ａ）とを比較してわかるように、奇数番目のモ
ードの極大と極小が入れ替わっているだけで、全てのモ
ードが極大値で重なり合うタイミングがＴ／２だけずれ
ている。その結果、図の（ｂ）に示す光強度プロファイ
ルはＴ／２の部分で最大出力が得られている。この最大
出力を示す周期も図３に示したものと同一である。
（ｃ）に示したスペクトルも変わらない。

【００２５】ところが、図４（ｂ）に示した式によれ
ば、光ファイバの長さがＺｐ／２以下になった場合、各
モードの波形の極大値や極小値をとるタイミングが必ず
しも一致しないため、出力される光パルス列の波形は複
雑に変化する。

【００２６】図８と図９に、発生光パルス列とＺの関係
説明図を示す。Ｚは光ファイバ長である。なお、モード
同期レーザの出力は繰り返し周波数が１０ＧＨｚ、パル
ス幅３．６７ＰＳ（光スペクトル幅１２７ＧＨｚ）のＡ
Ｍモード同期光パルス列とした。なお、（ａ）〜（ｄ）
は、それぞれＺ＝０，Ｚ＝（１／８）Ｚｐ，Ｚ＝（１／
６）Ｚｐ，Ｚ＝（１／４）Ｚｐ，Ｚ＝（１／２）Ｚｐの
場合の光強度を示す。横軸は時間で、この値は図４
（ｂ）に示した（２）式のｅの係数である。図８（ａ）
は、モード同期レーザの出力そのものである。（ｂ）は
図４（ｂ）で定義した基準長の１／８、（ｃ）は基準長
の１／６、図７（ａ）は１／４、図７（ｂ）は１／２の
場合を示す。

【００２７】図１Ｏには、Ｎ＝２のときの発生光パルス
列の説明図を示す。この図の形式は図５と全く同様であ
る。Ｎ＝２即ち光ファイバ長が基準長Ｚｐの１／４のと
きは、この図に示すような状態となる。各モードの群遅
延による位相変化量はπ／２×ｎ² で表される。図８
（ａ）に示すように、奇数番目のモードについて着目す
ると、２Ｍ＋１番目のモードと、−（２Ｍ＋１）番目の
モードは互いに極大と極小が重なり、位相が反転してい
ることがわかる。これは２Ｍ＋１番目のモードの波形が
ｃｏｓ｛π／２＋２π×（２Ｍ＋１）×ｔ｝＝−ｓｉｎ
｛２π×（２Ｍ＋１）×ｔ｝と表せるのに対し、−（２
Ｍ＋１）のモードはｃｏｓ｛π／２−２π×（２Ｍ＋
１）×ｔ｝＝ｓｉｎ｛２π×（２Ｍ＋１）×ｔ｝と表さ
れるためである。

【００２８】即ち、この場合、これらのモードは互いに
打ち消し合い、光パルス列の形成に寄与しなくなる。光
パルス列の形成に寄与するのは同相で発振している偶数
番目のモードのみとなる。このため、図８（ｂ）に示す
ように、繰り返し周波数２ｆの光パルス列が得られる。
特に、光スペクトルが対称で、Ｅn ＝Ｅ-nである場合に
は、奇数番目のモードが完全に打ち消し合い、入力した
光パルス列の繰り返し周期１０ＧＨｚに相当する成分が
完全に除去される。従って、振幅変調のないレベルの均
一な光パルス列が得られる。

【００２９】次に、ファイバ長がＺｐ／６と等しい場合
には、群遅延による位相変化量はπ／３×ｎ² と表さ
れ、｜ｎ｜＝３Ｍ（Ｍ：整数）のとき、３Ｍ番目のモー
ドと、−３Ｍ番目のモードは同相となり互いに強め合
う。しかし、｜ｎ｜≠３Ｍのときは、ｎ番目のモードと
−ｎ番目のモードの極大値同士が重なり合わず、振幅の
和が小さくなる。故に、ファイバ出力は｜ｎ｜＝３Ｍを
満足するモードの影響が強く現れ、光パルス列の繰り返
し周期は入力の３倍即ち３ｆとなる。ファイバ長がＺｐ
／８と等しい場合も同様で、群遅延による位相変化量は
π／４×ｎ² と表される。この場合には、｜ｎ｜＝４Ｍ
を満足するモードの影響が強く現れ、光パルス列の繰り
返し周期は入力の４倍となる。

【００３０】図１１と図１２には、光パルス列のスペク
トルとＺの関係説明図を示す。これらの図に示したもの
は、光ファイバから出力された光パルス列の強度プロフ
ァイルをフーリエ変換して得られたものである。図１１
（ｂ）、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、光ファ
イバ長がＺｐ／４、Ｚｐ／６、Ｚｐ／８のとき、モード
同期レーザの出力する出力パルス列の繰り返し周波数成
分の強度は弱まる。一方、Ｚ＝Ｚｐ／４のときは２０Ｇ
Ｈｚ及び高調波成分、Ｚ＝Ｚｐ／６のときは３０ＧＨｚ
及びその高調波成分、Ｚ＝Ｚｐ／８のときは４０ＧＨｚ
及びその高調波成分が強く現れている。これは、それぞ
れ繰り返し周波数２０ＧＨｚ、３０ＧＨｚ、４０ＧＨｚ
の光パルス列が発生していることを示している。

【００３１】この関係を一般式で記すと、パルス繰り返
し周波数ｆの入力光パルス列をファイバ長Ｚ＝Ｚｐ／２
Ｎの伝送路３に注入すると、周波数ｆ・Ｎの高調波成分
が強調されて、その他の成分が減衰される。本発明では
この関係に着目している（後述）。これらの高調波成分
の強度が元の光パルス列の繰り返し周波数（１０ＧＨ
ｚ）の成分の強度よりも十分大きければ、振幅変動のな
い定常的な逓倍周波数パルスが得られる。

【００３２】この結果、図３に示すように、モード同期
レーザ４の出力側にＺｐの１／２Ｎの長さの光伝送路３
を接続することによって、繰り返し周波数Ｎｆの光パル
ス列を発生させることができる。Ｎを選択すれば、この
繰り返し周波数を自由に変更できる。なお、こうして得
られた光パルス列は、その後、分散のない光ファイバや
その他の光伝送路を通じて後続の回路に送り込まれる。
以上、説明した動作原理に基づいて具体例１による高速
パルス発生装置は以下のように動作する。

【００３３】〈具体例１の動作〉再び図１に戻って具体
例１の動作について説明する。低ジッタ光パルス発生光
源１が外部信号源Ｓに同期して、繰り返し周波数ｆｒｔ
／ｍ・Ｎの光パルス列の発振を開始したと仮定する。こ
の光パルス列は、光学的結合部Ａを介して、被制御モー
ド同期レーザ２に注入される。被制御モード同期レーザ
２は、この注入された光パルス列に同期して、繰り返し
周波数をｍ倍したｆｒｔ／Ｎの光パルス列を出力する。
ここで繰り返し周波数ｆｒｔ／Ｎを被制御モード同期レ
ーザ２のモード同期周波数に一致させておく。この時、
このモード同期発振を確実に励起するために、光学的結
合部Ａにエルビュームドープファイバーで構成した光増
幅器を備えることもある。

【００３４】繰り返し周波数ｆｒｔ／Ｎの光パルス列
は、すでに図２を用いて説明したように、分周比ｍを大
きくするとジッタ成分は減少するが、ｆｒｔ／ｍ・Ｎの
整数倍の周波数スペクトルを発生する。このスペクトル
成分中、信号成分ｆｒｔ／Ｎ以外はすべてスプリアス成
分となって、出力パルス列の振幅変動の要因に成る。従
って、被制御モード同期レーザ２は、ジッタ成分は少な
いが振幅変動を無視できないパルス列を出力することに
なる。このジッタ成分は少ないが振幅変動の無視できな
い、繰り返し周波数ｆｒｔ／Ｎの光パルス列は、光学的
結合部Ｂを介して伝送路３に注入される。

【００３５】伝送路３は、ファイバー長をＺ＝Ｚｐ／２
Ｎに設定してあるので、繰り返し周波数ｆｒｔ／Ｎの光
パルス列を注入すると、すでに伝送路３の動作原理で説
明したように、出力端から繰り返し周波数ｆｒｔの光パ
ルス列を出力する。更に、既に説明したように、周波数
ｆｒｔの高調波成分のみ強調され、他の周波数成分は減
衰される。

【００３６】よって、ジッタ成分は少ないが振幅変動の
無視できない、繰り返し周波数ｆｒｔ／Ｎの光パルス列
を伝送路３に注入すると、その出力端からは周波数ｆｒ
ｔの高調波成分のみ強調され、他の周波数成分は減衰さ
れたパルス列を出力する。その結果ジッタ成分が少な
く、かつ振幅変動の少ない、繰り返し周波数ｆｒｔの光
パルス列を得ることができる。以上の構成を確認するた
めの、実証実験とその結果について以下に記す。

【００３７】（実証実験、及びその結果）図１３は、具
体例１の実証実験配置図である。実証実験配置は、ハイ
ブリッドモード同期半導体レーザ１１、被制御受動モー
ド同期半導体レーザ１２、周波数シンセサイザ２１、逆
バイアス電源２２、順バイアス電源２３、光結合モジュ
ール３１、光増幅器３２、光バンドパスフィルタ３３、
光サーキュレータ３４、ＳＨＧ相関計４１、シンクロス
キャンストリークカメラ４２、Ｏ／Ｅ変換器４３、ミリ
波スペクトルアナライザ４４、トリガ信号４５、伝送路
３、とで構成した。

【００３８】ハイブリッドモード同期半導体レーザ１１
は、外部から電気信号を印加することによって、その信
号に同期して、ジッタ成分の少ない光パルス列を出力す
るレーザダイオードである。被制御受動モード同期半導
体レーザ１２は、光パルス列を注入すると、そのパルス
列に同期して、分周比ｍ倍した繰り返し周波数の光パル
ス列を出力するレーザダイオードである。光増幅器３２
は、エルビュームドープファイバで構成され、光パルス
列の光強度を光信号の状態のまま増幅する機器である。
光バンドパスフィルタ３３は、特に光増幅器３２が増幅
中に発生する光スプリアス成分を除去する光フィルタで
ある。

【００３９】光サーキュレータ３４は、図に示してある
ように、被制御受動モード同期半導体レーザ１２へ注入
する光パルス列Ｐ１と、被制御受動モード同期半導体レ
ーザ１２が出力する光パルス列Ｐ２の進行方向を分離す
る素子である。伝送路３は、すでに説明したように、繰
り返し周波数ｆｒｔ／Ｎの光パルス列を供給され、繰り
返し周波数ｆｒｔの光パルス列に変換する部分である。
更に、実験で、このファイバー長を任意に変更できる構
成をとる。

【００４０】逆バイアス電源２２と順バイアス電源２３
は、それぞれ、レーザダイオードを動作させるための電
源である。ＳＨＧ相関計４１、シンクロスキャンストリ
ークカメラ４２、は光パルス列を光信号の状態で計測す
る計測器である。Ｏ／Ｅ変換器４３とミリ波スペクトル
アナライザ４４は、光パルス列を電気信号に変換して計
測する計測器である。

【００４１】図１４は、伝送路通過後のストリークカメ
ラ像の変化を示す説明図である。実験１．周波数シンセ
サイザ２１が周波数 9.80028GHz、出力30dbmの信号を出
力する。この信号に同期して、ハイブリッドモード同期
半導体レーザ１１は、繰り返し周波数 9.80028GHz、中
心波長 1538.3nm、パルス幅 4.9psの光パルス列を出力
する。被制御受動モード同期半導体レーザ１２は、この
光パルス列を注入されて、繰り返し周波数 49.0014GHz
（制御パルスの５倍、つまりｍ＝５）、中心波長 1565.
7nm、パルス幅 1.6psの光パルス列を出力する。この光
パルス列を伝送路３でファイバー長（１／２）Ｚｐで測
定する。

【００４２】実験結果．ＳＨＧ相関計４１から、振幅変
動ほとんど無し。ミリ波スペクトルアナライザ４４か
ら、ジッタ成分ほとんど無し。以上を確認した。シンク
ロスキャンストリークカメラ４２から、出力波形、図１
４（ａ）を観測。この出力波形の繰り返し周期２０．４
ｐｓから計算して、周波数シンセサイザ２１出力周波数
9.80028GHzの５倍の繰り返し周波数になっていることが
確認できる。

【００４３】実験２．伝送路３のファイバー長を（１／
４）Ｚｐに変更してその他の条件は実験１と同じ。実験
結果．ＳＨＧ相関計４１から振幅変動ほとんど無し。ミ
リ波スペクトルアナライザ４４から、ジッタ成分ほとん
ど無し。以上を確認した。シンクロスキャンストリーク
カメラ４２から、出力波形、図１４（ｂ）を観測。この
出力波形から、周波数シンセサイザ２１出力周波数 9.8
0028GHzの１０倍の繰り返し周波数になっていることが
確認できる。

【００４４】以下同様に、伝送路３のファイバー長を
（１／６）Ｚｐ、（１／８）Ｚｐ、に変更した時のシン
クロスキャンストリークカメラ４２からの出力波形を
（ｃ）、（ｄ）に示す。それぞれ、周波数シンセサイザ
２１出力周波数 9.80028GHzの１５倍、２０倍の繰り返
し周波数になっていることが確認できる。

【００４５】なお、実験に用いた伝送路３の光ファイバ
は１．３ミクロンメーター用シングルモード石英ファイ
バである。１．３ミクロンメーター用シングルモード石
英ファイバは１．３ミクロンメーターの波長の光を伝送
する場合に群速度分散が“０”となるゼロ分散ファイバ
と呼ばれるものである。このような光ファイバに１．５
６４５ミクロンの波長の光を伝送すると、群速度分散値
は１７．８ps/km/nmとなる。従って、既に説明した
（４）式から、Ｚｐ＝５．７３ｋｍとなる。

【００４６】〈具体例１の効果〉以上説明した具体例１
による高速光パルス発生装置は、モード同期周波数ｆｒ
ｔ／Ｎの被制御モード同期レーザ２に、繰り返し周波数
ｆｒｔ／ｍ・Ｎで、ジッタ成分の少ない光パルス列を注
入する。更に、この時の被制御モード同期レーザ２から
出力する繰り返し周波数ｆｒｔ／Ｎの光パルス列を、フ
ァイバー長Ｚ＝Ｚｐ／２Ｎの伝送路３を通すことによっ
て以下の効果を得る。

【００４７】１．パルス間の振幅変動が小さく、ジッタ
成分の少ない高速光パルス列を得ることができる。更
に、外部回路との同期がとりやすくなった。２．更に、伝送路３を構成する光ファイバとして、市場
に大量に出回っている安価な光ファイバを用いることが
できるため高速光パルス発生装置全体としてコストダウ
ンを図ることができる。

【００４８】〈具体例２〉図１５は、具体例２の構成図
である。具体例２による高速光パルス発生装置は、電気
的変調信号源５１と、モード同期レーザ５２と、光学的
結合部Ｂと、伝送路３を備える。電気的変調信号源５１
は、特定の周波数で発振する電気信号発振器である。モ
ード同期レーザ５２は、外部から印加する電気信号に同
期して光パルスを出力するサブシンクロナスハイブリッ
ドモード同期半導体レーザである。ここでサブシンクロ
ナスハイブリッドモードとは、電気信号を印加して、そ
の信号に同期して、その信号周波数よりも高い繰り返し
周期の光パルス列を発振する、受動、能動の、両面性を
もつことを意味する。光学的結合部Ｂと、伝送路３は、
具体例１と同様である。

【００４９】具体例２による高速光パルス発生装置は、
以下のように動作する。電気的変調信号源５１がｆｒｔ
／ｍ・Ｎの電気信号を発振する。モード同期レーザ５２
は、この電気信号を印加されると繰り返し周波数ｆｒｔ
／Ｎのパルス列を出力する。この繰り返し周波数ｆｒｔ
／Ｎのパルス列を、光学的結合部Ｂを介して伝送路３に
注入する。伝送路３は、ファイバー長をＺ＝Ｚｐ／２Ｎ
に設定されており、その出力口から、繰り返し周波数ｆ
ｒｔのパルス列を出力する。モード同期レーザ５２に印
加する信号を電気信号に変更したのみで、その他全て具
体例１と同様である。

【００５０】〈具体例２の効果〉以上説明した具体例２
による高速光パルス発生装置は、モード同期周波数ｆｒ
ｔ／Ｎのモード同期レーザ５２に、繰り返し周波数ｆｒ
ｔ／ｍ・Ｎで、ジッタ成分の少ない電気信号を注入す
る。更に、この時のモード同期レーザ５２から出力する
繰り返し周波数ｆｒｔ／Ｎの光パルス列を、ファイバー
長Ｚ＝Ｚｐ／２Ｎの伝送路３を通すことによって以下の
効果を得る。

【００５１】１．光源が１つで済むため、レーザ間の偏
波方向の不一致や、機械的不安定性等による特性劣化が
少なくなった。２．光源が１つで済むため、光学的結合部の必要数も少
なくなり、装置全体としてコンパクトになった。３．同時に具体例１の効果を全て得ることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】具体例１の構成図である。

【図２】モード同期レーザ出力の周波数スペクトル図で
ある。

【図３】伝送路の基本構成図である。

【図４】光パルス列複素振幅の説明図である。

【図５】モード同期レーザ出力の説明図である。

【図６】光ファイバの基準長の説明図である。

【図７】Ｎ＝１のときの発生光パルス列の説明図であ
る。

【図８】発生光パルス列とＺの関係説明図（その１）で
ある。

【図９】発生光パルス列とＺの関係説明図（その２）で
ある。

【図１０】Ｎ＝２のときの発生光パルス列の説明図であ
る。

【図１１】光パルス列のスペクトルとＺの関係説明図
（その１）である。

【図１２】光パルス列のスペクトルとＺの関係説明図
（その２）である。

【図１３】具体例１の実証実験配置図である。

【図１４】伝送路通過後のストリークカメラ像の変化を
示す説明図である。

【図１５】具体例２の構成図である。

【符号の説明】

１低ジッタ光パルス光源２被制御モード同期レーザ３伝送路Ａ，Ｂ光学的結合部Ｓ外部信号源

フロントページの続き (72)発明者国松大介東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出力側で要求される高速光パルス列の繰
り返し周波数をｆｒｔとしたとき、ｍ・Ｎ（ｍ、Ｎ、正の整数）分のｆｒｔの繰り返し周波
数で光パルス列を出力する低ジッタパルス光源と、この低ジッタパルス光源の出力を受け入れて、そのｍ倍
の繰り返し周波数の光パルス列を出力する被制御モード
同期レーザと、この被制御モード同期レーザの出力を受け入れて、光パ
ルス列に含まれる光の各モードがそれぞれ異なる群速度
で伝搬し、前記繰り返し周波数ｆｒｔ成分、及び、ｆｒ
ｔの整数倍高調波成分を強調し、その他の周波数成分を
減衰させた光パルス列を出力する所定長の光伝送路を備
えたことを特徴とする、高速光パルス発生装置。
【請求項２】出力側で要求される高速光パルス列の繰
り返し周波数をｆｒｔとしたとき、ｍ・Ｎ（ｍ、Ｎ、正の整数）分のｆｒｔの周波数の電気
信号を出力する電気的変調信号源と、この電気信号出力を受け入れて、そのｍ倍の繰り返し周
波数の光パルス列を出力するモード同期レーザと、このモード同期レーザの出力を受け入れて、光パルス列
に含まれる光の各モードがそれぞれ異なる群速度で伝搬
し、前記繰り返し周波数ｆｒｔ成分、及び、ｆｒｔの整
数倍高調波成分を強調し、その他の周波数成分を減衰さ
せた光パルス列を出力する所定長の光伝送路を備えたこ
とを特徴とする、高速光パルス発生装置。