JPWO2005076422A1 - モード同期レーザ光源およびこれを用いたマルチキャリア光源 - Google Patents

モード同期レーザ光源およびこれを用いたマルチキャリア光源 Download PDF

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Abstract

各キャリア光の周波数を安定化し、かつ高品質のマルチキャリア光を発生させるための光源となるモード同期レーザ光源は、マスターレーザ光を発生するマスターレーザ光源と、光共振器中に少なくとも変調部と、増幅部と、モード分配雑音を低減する帯域制限部を含むモード同期レーザ光源部と、モード同期レーザ光源部のモード同期のための変調部に印加する周期的信号を発生する信号発生部とを備え、マスターレーザ光をモード同期レーザ光源部の光共振器に入射して注入同期させる構成である。マルチキャリア光源は、このモード同期レーザ光源に導波路型光非線形媒質を組み合わせる。

Description

本発明は、マルチキャリア光を発生するための安定した光源となるモード同期レーザ光源およびそれを用いたマルチキャリア光源に関する。
等しい周波数間隔でキャリア光が整列したマルチキャリア光源は、通信用および計測用光源として有用である。
図３４は、マルチキャリア光源の第１の従来例を示す（非特許文献１）。本従来例は、キャリア光数が数十程度の場合に適するものであり、単一波長光源８１をキャリア光数分用意し、それぞれから出力されるキャリア光を波長合波器８２で合波する構成である。小型化のためには、単一波長光源８１として、分布帰還型半導体レーザ等の小型光源が用いられる。
図３５は、マルチキャリア光源の第２の従来例を示す。本従来例は、分布帰還型半導体レーザ等の単一波長光源８１の出力光（中心光周波数ν０）を、発振器８３から出力される繰り返し周波数ｆの信号で駆動される光変調器（強度変調器や位相変調器など）８４に入力し、複数かつ等間隔の側帯波を発生させてマルチキャリア化する構成である。さらに、多くのキャリア光が必要な場合には、非特許文献２に示すように、複数の単一波長光源の出力光を多重してから光変調器で変調する構成をとる。マルチキャリア光の周波数間隔は光変調器の変調周波数となるが、マルチキャリア光の線幅および周波数安定性は、単一波長光源の出力光と同等である。
また、マルチキャリア光源の第３の従来例には、ファブリペローレーザ光源（非特許文献３）あるいはモード同期レーザ光源（非特許文献４）等の多モードレーザ光源を用い、等周波数間隔のマルチキャリア光を発生させるものがある。多数のキャリア光を発生させるためには、レーザ共振器中にフィルタ等の帯域制限手段を設けない。一方、発振光周波数を安定化するには、外部光による注入同期（非特許文献４）や、波長フィルタを利用した光周波数ロッキング手段が用いられている。
図３６は、マルチキャリア光源の第４の従来例を示す。本従来例は、パルス光源８５の変調部を信号発生部８６から供給される周期的信号で駆動し、その出力パルス光を導波路型光非線形媒質８７に入力してマルチキャリア光を発生させる構成である。導波路型光非線形媒質８７では、パルス光源８５の出力パルス光を種として、スーパーコンティニウム等の非線形光学効果に基づくスペクトル増大現象を起こし、出力パルス光に含まれるキャリア光の本数を増大させる。マルチキャリア光の周波数間隔は、出力パルス光の繰り返し周波数となる。このパルス光源８５には、単一波長光源と外部変調器を組み合わせた光源（非特許文献５）、あるいはモード同期レーザ光源（非特許文献６）などを用いることができる。
５００Ｇｂ／ｓ（５０×１０Ｇｂ／ｓ）ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ４０００ｋｍ ｕｓｉｎｇ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＥＤＦＡｓ ａｎｄ ｌｏｗ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｓｌｏｐｅ ｆｉｂｅｒ，ＯＦＣ／ＩＯＯＣ’９９ Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒｓ，１９９９ １２．５ＧＨｚ Ｓｐａｃｅｄ １．２８Ｔｂ／ｓ（５１２−Ｃｈａｎｎｅｌ×２．５Ｇｂ／ｓ）Ｓｕｐｅｒ−Ｄｅｎｓｅ ＷＤＭ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ ３２０ｋｍ ＳＭＦ Ｕｓｉｎｇ Ｍｕｌｔｉｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１４，ｎｏ．３，２００２ 注入同期におけるＦＰ−ＬＤの伝送特性の縦モード依存性、２００２年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１０−１５５ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｏｃｋｉｎｇ ｏｆ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｓｕｂｈａｒｍｏｎｉｃ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ａｃｔｉｖｅ Ｍｏｄｅ−Ｌｏｃｋｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ，ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．３４，ｎｏ．９，１９９８ 位相変調器を用いた低雑音光周波数コムの発生、第１回マイクロ波・ミリ波フォトニクス（ＭＷＰ）研究会、電子情報通信学会、ＭＷＰ０３−３，２００３ Ｍｏｒｅ ｔｈａｎ １０００ ｃｈａｎｎｅｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃｈａｉｎ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｓｉｎｇｌｅ ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ ｓｏｕｒｃｅ ｗｉｔｈ １２．５ＧＨｚ ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐａｃｉｎｇ，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，ｖｏｌ．３６，ｎｏ．２５，２０００
第１の従来例および第２の従来例の複数の単一波長光源を用いる構成は、各光源の光周波数が等間隔になるように制御・安定化する必要があり、キャリア光の数が１００を越えるような場合には、サイズおよびコスト的にも非現実的なものになる。
多モードレーザ光源を用いる第３の従来例では、多数のキャリア光を発生させようとすると、多モードレーザ光源に特有のモード分配雑音が発生し、各キャリア光の品質が劣化する。一方、多モードレーザ光源において帯域制限すると、モード分配雑音が低減して各キャリア光の品質は改善されるが、多数のキャリア光を発生させることは困難になる。すなわち、多モードレーザ光源における帯域制限は、キャリア光の発生数と品質のトレードオフの関係をもたらす。
第４の従来例におけるキャリア光の品質は、非線形光学効果に基づくスペクトル増大現象を用いているために、一般に種となるパルス光の品質と同等かそれ以下で、単一波長光源出力の品質と比較して劣っていた。
本発明は、各キャリア光の周波数を安定化し、かつ高品質のマルチキャリア光を発生させることができるモード同期レーザ光源およびそれを用いたマルチキャリア光源を提供することを目的とする。
（モード同期レーザ光源）
第１の発明のモード同期レーザ光源は、マスターレーザ光を発生するマスターレーザ光源と、光共振器中に少なくとも変調部と、増幅部と、モード分配雑音を低減する帯域制限部を含むモード同期レーザ光源部と、モード同期レーザ光源部のモード同期のための変調部に印加する周期的信号を発生する信号発生部とを備え、マスターレーザ光をモード同期レーザ光源部の光共振器に入射して注入同期させる構成である。なお、マスターレーザ光源には、光周波数がモード同期レーザ光源部のフリーランニング時の光周波数より安定であり、かつ線幅が小さいものを用いる。
第２の発明は、第１の発明のモード同期レーザ光源において、変調部は、電界吸収型変調器または可飽和吸収型変調器を用いる。第３の発明は、第２の発明のモード同期レーザ光源において、モード同期レーザ光源部は、少なくとも変調部および増幅部に対応する複数の電極を有する半導体レーザ光源を用いる。第４の発明は、第３の発明のモード同期レーザ光源において、変調部に印加される電圧、増幅部に流る電流、または半導体レーザ光源の動作温度の制御により、光共振器長を制御する構成とする。
第５の発明は、第１の発明のモード同期レーザ光源において、帯域制限部は、帯域通過型光フィルタあるいは回折格子あるいはブラッググレーティングあるいはチャープブラッググレーティングとする。
第６の発明は、第１の発明のモード同期レーザ光源において、マスターレーザ光源とモード同期レーザ光源部との間に、モード同期レーザ光源部からの戻り光を阻止する光アイソレータまたは光サーキュレータを配置する。第７の発明は、第１の発明のモード同期レーザ光源において、モード同期レーザ光源部にマスターレーザ光を入射するポートと、出力光を出射するポートが異なる構成である。第８の発明は、第１の発明のモード同期レーザ光源は、モード同期レーザ光源部の光共振器中に、変調部、増幅部、帯域制限部がこの順に配置され、変調部側からマスターレーザ光が入射される構成である。第９の発明は、第１の発明のモード同期レーザにおいて、マスターレーザ光源から出力されるマスターレーザ光を変調する光変調手段と、モード同期レーザ光源部の変調部に印加する周期的信号と同期した周期的信号を発生する信号発生部とを備え、信号発生部から出力される周期的信号によってマスターレーザ光を変調してモード同期レーザ光源部に入力する構成とする。
第１０の発明は、変調部に電界吸収型変調器または可飽和吸収型変調器を用いた第２の発明のモード同期レーザ光源において、モード同期レーザ光源部の変調部に流れる平均電流値を検出する変調部平均電流測定部と、モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、光共振器長制御部は、変調部平均電流測定部で測定される平均電流値が、モード同期レーザ光源部にマスターレーザ光が入射されないときの平均電流値より小さくなるように光共振器長を制御する構成である。
第１１の発明は、第１０の発明のモード同期レーザ光源において、光共振器長制御部は、変調部平均電流測定部で測定される平均電流値が、モード同期レーザ光源部にマスターレーザ光が入射されないときの平均電流値の９０％以下になるように光共振器長を制御する構成である。
第１２の発明は、第１の発明のモード同期レーザ光源において、モード同期レーザ光源部の出力光の平均光強度を検出する光強度測定部と、モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、光共振器長制御部は、光強度測定部で測定される平均光強度が、モード同期レーザ光源部にマスターレーザ光が入射されないときの平均光強度より大きくなるように光共振器長を制御する構成である。
第１３の発明は、第１２の発明のモード同期レーザ光源において、光共振器長制御部は、光強度測定部で測定される平均光強度が、モード同期レーザ光源部にマスターレーザ光が入射されないときの平均光強度の１０５％以上になるように光共振器長を制御する構成としてもよい。
第１４の発明は、第１の発明のモード同期レーザ光源において、モード同期レーザ光源部の出力光に含まれる縦モードの線幅を検出する線幅測定手段と、モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、光共振器長制御部は、線幅測定手段で測定される縦モードの線幅が極小になるように光共振器長を制御する構成である。
第１５の発明は、第１の発明のモード同期レーザ光源において、モード同期レーザ光源部の出力光に含まれる縦モードとマスターレーザ光のビート信号の線幅を検出する線幅測定手段と、モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、光共振器長制御部は、線幅測定手段で測定されるビート信号の線幅が極小になるように光共振器長を制御する構成である。
第１６の発明は、第１の発明のモード同期レーザ光源において、モード同期レーザ光源部の出力光に含まれる縦モードのＣＮ比を検出するＣＮ比測定手段と、モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、光共振器長制御部は、ＣＮ比測定手段で測定される縦モードのＣＮ比が極大になるように光共振器長を制御する構成である。
第１７の発明は、第１の発明のモード同期レーザ光源において、モード同期レーザ光源部の出力光に含まれる縦モードとマスターレーザ光のビート信号のＣＮ比または強度を検出するＣＮ比／強度測定手段と、モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、光共振器長制御部は、線幅測定手段で測定されるビート信号のＣＮ比が極大または強度が最大になるように光共振器長を制御する構成である。
（マルチキャリア光源）
第１８の発明のマルチキャリア光源は、第１〜第１７の発明のモード同期レーザ光源と、モード同期レーザ光源の出力光を入力し、そのスペクトル帯域を増大させて生成されるマルチキャリア光を出力する導波路型光非線形媒質とを備える。
第１９の発明のマルチキャリア光源は、第１〜第９の発明のモード同期レーザ光源と、モード同期レーザ光源の出力光を入力し、そのスペクトル帯域を増大させて生成されるマルチキャリア光を出力する導波路型光非線形媒質と、導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光の線幅を検出する線幅測定手段と、モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、光共振器長制御部は、線幅測定手段で測定されるキャリア光の線幅が極小になるように光共振器長を制御する構成である。
第２０の発明のマルチキャリア光源は、第１〜第９の発明のモード同期レーザ光源と、モード同期レーザ光源の出力光を入力し、そのスペクトル帯域を増大させて生成されるマルチキャリア光を出力する導波路型光非線形媒質と、導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光とマスターレーザ光のビート信号の線幅を検出する線幅測定手段と、モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、光共振器長制御部は、線幅測定手段で測定されるビート信号の線幅が極小になるように光共振器長を制御する構成である。
第２１の発明のマルチキャリア光源は、第１〜第９の発明のモード同期レーザ光源と、モード同期レーザ光源の出力光を入力し、そのスペクトル帯域を増大させて生成されるマルチキャリア光を出力する導波路型光非線形媒質と、導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光のＣＮ比を検出するＣＮ比測定手段と、モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、光共振器長制御部は、ＣＮ比測定手段で測定されるキャリア光のＣＮ比が極大になるように光共振器長を制御する構成である。
第２２の発明のマルチキャリア光源は、第１〜第９の発明のモード同期レーザ光源と、モード同期レーザ光源の出力光を入力し、そのスペクトル帯域を増大させて生成されるマルチキャリア光を出力する導波路型光非線形媒質と、導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光とマスターレーザ光のビート信号のＣＮ比または強度を検出するＣＮ比／強度測定手段と、モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、光共振器長制御部は、線幅測定手段で測定されるビート信号のＣＮ比が極大または強度が最大になるように光共振器長を制御する構成である。
第２３の発明は、第１８〜第２２の発明のマルチキャリア光源において、導波路型光非線形媒質の全長あるいは一部は、モード同期レーザ光源の出力光の平均波長における分散値（単位：ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）が正から負に減少する特性を有する。第２４の発明は、第２３の発明のマルチキャリア光源において、導波路型光非線形媒質の全長あるいは一部は、波長分散特性が上に凸の関数になる特性を有する。
第２５の発明は、第１８〜第２２の発明のマルチキャリア光源において、導波路型光非線形媒質の全長あるいは一部は、モード同期レーザ光源の出力光の平均波長における分散値が０から−０．５［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］で、かつ波長分散特性が上に凸の関数になる特性を有する。
第２６の発明は、第１８〜第２２の発明のマルチキャリア光源において、導波路型光非線形媒質は、モード同期レーザ光源の出力光の平均波長における分散スロープの絶対値が０．１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］以下で、非線形定数γが１０［Ｗ−１ｋｍ−１］以上のホーリーファイバである。
第２７の発明は、第１８〜第２２の発明のマルチキャリア光源において、モード同期レーザ光源と導波路型光非線形媒質との間に光増幅器を配置する。第２８の発明は、第１８〜第２２の発明のマルチキャリア光源において、モード同期レーザ光源と導波路型光非線形媒質との間に、モード同期レーザ光源の出力光の時間幅を圧縮するパルス圧縮器を配置する。第２９の発明は、第１８〜第２２の発明のマルチキャリア光源において、マルチキャリア光源を構成する各要素を偏波保持型とする。
本発明のモード同期レーザ光源は、モード同期レーザ光源部に配置した帯域制限部の効果、およびマスターレーザ光源から出力されるマスターレーザ光による注入同期の効果により、出力光の低雑音化および狭線幅化を図ることができる。
また、モード同期レーザ光源部の変調部に流れる平均電流、出力光の平均光電力、出力光に含まれる縦モードの線幅あるいはＣＮ比、マスターレーザ光とモード同期レーザ光源部の出力光のビート信号の線幅あるいはＣＮ比を用いてマスターレーザ光とのロッキング状態を監視し、それに基づいてモード同期レーザ光源部の光共振器長を制御することにより、注入同期状態を長時間維持することができる。
本発明のマルチキャリア光源は、低雑音化および狭線幅化されたモード同期レーザ光源の出力光を導波路型光非線形媒質に入力することにより、広波長範囲にわたって各キャリア光の周波数が安定化し、かつ高品質のマルチキャリア光を発生させることができる。
［図１］本発明のモード同期レーザ光源の第１の実施形態を示す図である。
［図２］本発明のモード同期レーザ光源の第２の実施形態を示す図である。
［図３］本発明のモード同期レーザ光源の第３の実施形態を示す図である。
［図４］本発明のモード同期レーザ光源の第４の実施形態を示す図である。
［図５］本発明のモード同期レーザ光源の第５の実施形態を示す図である。
［図６］本発明のモード同期レーザ光源の第６の実施形態を示す図である。
［図７］モード同期レーザ光源部２０のロッキング特性を示す図である。
［図８］変調部２４に流れる平均電流の温度依存性を示す図である。
［図９］本発明のモード同期レーザ光源の第７の実施形態を示す図である。
［図１０］モード同期レーザ光源部２０の出力光の平均光強度の温度依存性を示す図である。
［図１１］本発明のモード同期レーザ光源の第８の実施形態を示す図である。
［図１２］導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光線幅の測定例を示す図である。
［図１３］本発明のモード同期レーザ光源の第９の実施形態を示す図である。
［図１４］本発明のモード同期レーザ光源の第１０の実施形態を示す図である。
［図１５］導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光のＣＮ比の測定例を示す図である。
［図１６］本発明のモード同期レーザ光源の第１１の実施形態を示す図である。
［図１７］本発明のモード同期レーザ光源の第１２の実施形態を示す図である。
［図１８］本発明のモード同期レーザ光源の第１３の実施形態を示す図である。
［図１９］本発明のモード同期レーザ光源の第１４の実施形態を示す図である。
［図２０］本発明のモード同期レーザ光源の第１５の実施形態を示す図である。
［図２１］本発明のモード同期レーザ光源の第１６の実施形態を示す図である。
［図２２］本発明のマルチキャリア光源の第１の実施形態を示す図である。
［図２３］本発明のマルチキャリア光源の出力スペクトルの一例（注入同期あり）を示す図である。
［図２４］本発明のマルチキャリア光源の出力スペクトルの一例（注入同期なし）を示す図である。
［図２５］導波路型光非線形媒質２の波長分散特性の第１例を示す図である。
［図２６］導波路型光非線形媒質２の波長分散特性の第２例を示す図である。
［図２７］導波路型光非線形媒質２の波長分散特性の第３例を示す図である。
［図２８］本発明のマルチキャリア光源の第２の実施形態を示す図である。
［図２９］本発明のマルチキャリア光源の第３の実施形態を示す図である。
［図３０］本発明のマルチキャリア光源の第４の実施形態を示す図である。
［図３１］本発明のマルチキャリア光源の第５の実施形態を示す図である。
［図３２］本発明のマルチキャリア光源の第６の実施形態を示す図である。
［図３３］本発明のマルチキャリア光源の第７の実施形態を示す図である。
［図３４］マルチキャリア光源の第１の従来例を示す図である。
［図３５］マルチキャリア光源の第２の従来例を示す図である。
［図３６］マルチキャリア光源の第３の従来例を示す図である。
（モード同期レーザ光源の第１の実施形態）
図１は、本発明のモード同期レーザ光源の第１の実施形態を示す。図において、モード同期レーザ光源は、マスターレーザ光源１０と、対向するミラー２１，２２で形成される光共振器中に変調部２３と増幅部２４と帯域制限部２５を含むモード同期レーザ光源部２０ａと、信号発生部３０から構成される。本実施形態の特徴は、モード同期レーザ光源部２０ａに帯域制限部２５を設けたところと、マスターレーザ光源１０から出力されるマスターレーザ光をモード同期レーザ光源部２０ａの光共振器に入射して注入同期させるところにある。なお、モード同期レーザ光源部２０ａには出力ポートに加え、マスターレーザ光を入射するための入力ポートを別に設けることが望ましい。これにより、モード同期レーザ光源部２０ａの出力光にマスターレーザ光が直接混入することを防止することができる。
モード同期レーザ光源部２０ａの変調部２３には、信号発生部（例えば発振器）３０からモード同期のための周期的信号が印加される。帯域制限部２５は、帯域通過型光フィルタ（例えば多層膜光フィルタ）あるいは回折格子あるいはブラッググレーティングあるいはチャープブラッググレーティングが用いられる。この帯域制限部２５の波長フィルタリング効果により、モード同期レーザ光源部２０ａの出力光のモード分配雑音が低減化される。なお、本実施形態では、ミラー２１，２２間に、変調部２３、増幅部２４、帯域制限部２５の順に配置され、変調部２３側からマスターレーザ光が入射される構成をとっている。この構成は、帯域制限部２５として回折格子、ブラッググレーティングあるいはチャープブラッググレーティングが用いられる場合に、光共振器へのマスターレーザ光の入射効率が向上する利点がある。ただし、一般には変調部２３、増幅部２４、帯域制限部２５の配置は本実施形態の配置例に限定されず、その順番は任意であり、また例えば衝突パルス型モード同期レーザのように複数の増幅部を設け、光共振器の中央に変調部を配置する構成としてもよい。
マスターレーザ光源１０には、光周波数がモード同期レーザ光源部２０ａのフリーランニング時の光周波数より安定であり、線幅が小さいものを用いる。マスターレーザ光源１０から出力されるマスターレーザ光をモード同期レーザ光源部２０ａに注入することにより、モード同期レーザ光源部２０ａの出力光のスペクトルの縦モードがマスターレーザ光の光周波数にロックされる注入同期現象が起こる。これにより、モード同期レーザ光源部２０ａの出力光は、帯域制限部２５の効果および注入同期の効果により、低雑音化および狭線幅化される。ただし、マルチキャリア光としての帯域および縦モード本数は十分ではない。
（モード同期レーザ光源の第２の実施形態）
図２は、本発明のモード同期レーザ光源の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、リング型共振器を構成するモード同期レーザ光源部２０ｂを用いるところにある。モード同期レーザ光源部２０ｂは、光結合器２６、変調部２３、増幅部２４、帯域制限部２５、光分岐器２７をリング状に結合し、マスターレーザ光源１０から出力されるマスターレーザ光を光結合器２６を介して入力し、出力光は光分岐器２７を介して出力する。なお、光共振器中に光アイソレータを挿入してもよい。
（モード同期レーザ光源の第３の実施形態）
図３は、本発明のモード同期レーザ光源の第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、モード同期レーザ光源部２０ｃとして、基板上にモノリシックに変調部２３、増幅部２４および帯域制限部２５を形成した半導体レーザ光源を用いるところにある。これによりサイズが小型化される。なお、変調部２３に印加する信号を供給する信号発生部３０には、バイアス電圧付与手段が付加される。
（モード同期レーザ光源の第４の実施形態）
図４は、本発明のモード同期レーザ光源の第４の実施形態を示す。本実施形態の特徴は第１の実施形態〜第３の実施形態において、マスターレーザ光源１０とモード同期レーザ光源部２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）との間に、モード同期レーザ光源からマスターレーザ光源への戻り光の悪影響を防止するために光アイソレータ４１を備えるところにある。なお、半導体レーザ光源を用いたモード同期レーザ光源部２０ｃの場合には、出力ポートにも光アイソレータを備えてもよい。
（モード同期レーザ光源の第５の実施形態）
図５は、本発明のモード同期レーザ光源の第５の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１の実施形態〜第３の実施形態におけるモード同期レーザ光源部２０が１つのポート（出力ポート）のみを有する場合に、その出力ポート側から、マスターレーザ光源１０から出力されたマスターレーザ光を注入するところにある。モード同期レーザ光源の出力光とマスターレーザ光の分離は、光サーキュレータ４２により行う。
（モード同期レーザ光源の第６の実施形態）
図６は、本発明のモード同期レーザ光源の第６の実施形態を示す。第１の実施形態〜第５の実施形態におけるモード同期レーザ光源部２０の注入同期は、温度等の外部環境によりロックがはずれることがある。本実施形態は、長時間安定にロックするための安定化手段（注入同期条件の調整）として、モード同期レーザ光源部２０の光共振器長（光路長）を制御するための構成例を示す。
図において、変調部平均電流測定部４３は、モード同期レーザ光源部２０の変調部２３に流れる平均電流をモニタし、ロッキング状態を判断する。光共振器長制御部４４は、変調部平均電流測定部４３のモニタ結果に応じて、モード同期レーザ光源部２０の光共振器長を制御する。このような電流モニタが可能な変調部２３としては、例えば電界吸収型変調器や可飽和吸収型変調器などを用いることができる。
光共振器長の制御は、光共振器の幾何学的長さを変化させる方法と、光共振器内の屈折率を変化させる方法がある。リング型共振器（図２）のように光共振器長が長い場合には前者の方法が容易である。半導体レーザ光源（図３）の場合には後者の方法が容易であり、例えば増幅部２４に流れる電流、あるいは変調部２３に印加する電圧、あるいは動作温度を変化させてレーザ導波路の屈折率を変化させることにより、等価的に光共振器長を制御することができる。
図７は、モード同期レーザ光源部２０の動作温度を変化させて光共振器長を変化させた場合のロッキング特性を示す。横軸は動作温度、縦軸はモード同期レーザ光源部２０の出力光とマスターレーザ光とのビート周波数を表し、プロットの変化が平坦な部分は注入同期が起きていることを表す。
図８は、モード同期レーザ光源部２０の変調部２３を流れる平均電流の温度依存性を示す。平均電流が大きく変化する動作温度の範囲は、注入同期が起きるロッキング範囲と対応している。これにより、変調部２３を流れる平均電流をモニタすることにより、マスターレーザ光とのロッキング状態を判断することができる。すなわち、光共振器長制御部４４は、変調部平均電流測定部４３で測定される平均電流値が、マスターレーザ光がモード同期レーザ光源部２０に入射されないときの平均電流値より小さくなるように、例えば９０％以下になるように光共振器長を制御することにより、ロッキング状態を維持することができる。
（モード同期レーザ光源の第７の実施形態）
図９は、本発明のモード同期レーザ光源の第７の実施形態を示す。本実施形態は、モード同期レーザ光源部２０のロッキング状態安定化（注入同期条件の調整）のための他の構成例を示す。
図において、光強度測定部４５は、モード同期レーザ光源部２０の出力光の一部を光分岐器４６を介して入力し、その平均光強度をモニタしてロッキング状態を判断する。光共振器長制御部４４は、光強度測定部４５のモニタ結果に応じて、モード同期レーザ光源部２０の光共振器長を制御する。光共振器長の制御は、第６の実施形態と同様である。
図１０は、モード同期レーザ光源部２０の出力光の平均光強度の温度依存性を示す。出力光の平均光強度が大きく変化する動作温度の範囲は、注入同期が起きるロッキング範囲と対応している。これにより、出力光の平均光強度をモニタすることにより、マスターレーザ光とのロッキング状態を判断することができる。すなわち、光共振器長制御部４４は、光強度測定部４５で測定される平均光強度が、マスターレーザ光がモード同期レーザ光源部２０に入射されないときの平均光強度より大きくなるように、例えば１０５％以上になるように光共振器長を制御することにより、ロッキング状態を維持することができる。
（モード同期レーザ光源の第８の実施形態）
図１１は、本発明のモード同期レーザ光源の第８の実施形態を示す。本実施形態は、モード同期レーザ光源部２０のロッキング状態安定化（注入同期条件の調整）のための他の構成例を示す。
図において、光フィルタ４７および線幅測定部４８は、モード同期レーザ光源部２０の出力光の一部を光分岐器４６を介して入力し、その出力光に含まれる縦モードの１つを光学的に分離し、その線幅をモニタしてロッキング状態を判断する。光共振器長制御部４４は、線幅測定部４８のモニタ結果に応じて、モード同期レーザ光源部２０の光共振器長を制御する。光共振器長の制御は、第６の実施形態と同様である。線幅測定部４８は、遅延自己ヘテロダイン方等の測定方法により１つの縦モードの線幅の測定が可能である。
ここで、モード同期レーザ光源部２０の出力光の縦モード線幅の測定例に代えて、後述するモード同期レーザ光源部２０の出力光を入力する導波路型光非線形媒質（マルチキャリア光源）の出力光中のキャリア光線幅の測定例を図１２に示す。なお、同じ光周波数では、モード同期レーザ光源部２０の出力光の縦モードの線幅と、導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光の線幅はほぼ等しい。本測定では、本発明のモード同期レーザ光源（モード同期レーザ光源部２０）の出力光の平均波長を１５５２．５２ｎｍとした。
図１２において、黒丸はモード同期レーザ光源部２０にマスターレーザ光を注入した場合であり、白丸は注入がない場合である。線幅が狭いマスターレーザ光によってモード同期レーザ光源部２０をロックすることにより、モード同期レーザ光源部２０の出力光の縦モード線幅（導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光線幅）が極小となる。これにより、モード同期レーザ光源部２０の出力光の縦モード線幅として、導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光線幅をモニタすることにより、マスターレーザ光とのロッキング状態を判断することができる。すなわち、光共振器長制御部４４は、線幅測定部４８で測定される線幅が極小になるように光共振器長を制御することにより、ロッキング状態を維持することができる。
（モード同期レーザ光源の第９の実施形態）
図１３は、本発明のモード同期レーザ光源の第９の実施形態を示す。本実施形態は、モード同期レーザ光源部２０のロッキング状態安定化（注入同期条件の調整）のための他の構成例を示す。
図において、光分岐器４６−１で分岐されるマスターレーザ光の一部と、光分岐器４６−２で分岐されるモード同期レーザ光源部２０の出力光の一部を光ミキサ４９で結合し、出力光に含まれる縦モードの１つ（マスターレーザ光の周波数に最も近い縦モード）とマスターレーザ光のビート信号の線幅を線幅測定部４８でモニタしてロッキング状態を判断する。光共振器長制御部４４は、線幅測定部４８のモニタ結果に応じて、モード同期レーザ光源部２０の光共振器長を制御する。光共振器長の制御は、第６の実施形態と同様である。光ミキサ４９は、フォトディテクタ等の光検出器を用いることができる。なお、光周波数シフタ５０を用いてマスターレーザ光の周波数をシフトさせて光ヘテロダイン検波する構成とすれば、線幅の測定をより容易に行うことができる。
モード同期レーザ光源部２０がマスターレーザ光とロックした場合には、モード同期レーザ光源部２０の出力光に含まれる縦モードとマスターレーザ光とのビート信号の線幅は極小になる。よって、光共振器長制御部４４は、線幅測定部４８で測定されるビート信号の線幅が極小になるように光共振器長を制御することにより、ロッキング状態を維持することができる。
（モード同期レーザ光源の第１０の実施形態）
図１４は、本発明のモード同期レーザ光源の第１０の実施形態を示す。本実施形態は、モード同期レーザ光源部２０のロッキング状態安定化（注入同期条件の調整）のための他の構成例を示す。
図において、光フィルタ４７およびＣＮ比測定部５１は、モード同期レーザ光源部２０の出力光の一部を光分岐器４６を介して入力し、その出力光に含まれる縦モードの１つを光学的に分離し、そのＣＮ比をモニタしてロッキング状態を判断する。光共振器長制御部４４は、ＣＮ比測定部５１のモニタ結果に応じて、モード同期レーザ光源部２０の光共振器長を制御する。光共振器長の制御は、第６の実施形態と同様である。ＣＮ比測定部５１は、フォトディテクタと光スペクトラムアナライザ等を用いて測定した相対強度雑音を信号の帯域で積分することにより、縦モードのＣＮ比を測定することができる。
ここで、モード同期レーザ光源部２０の出力光の縦モードのＣＮ比の測定例に代えて、後述するモード同期レーザ光源部２０の出力光を入力する導波路型光非線形媒質（マルチキャリア光源）の出力光中のキャリア光のＣＮ比の測定例を図１５に示す。なお、マスターレーザ光の注入によるモード同期レーザ光源部２０の出力光の縦モードのＣＮ比の改善量と、導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光のＣＮ比の改善量はほぼ等しい。本測定では、本発明のモード同期レーザ光源（モード同期レーザ光源部２０）の出力光の平均波長を１５５２．５２ｎｍとした。
図１５において、黒丸はモード同期レーザ光源部２０にマスターレーザ光を注入した場合であり、白丸は注入がない場合である。マスターレーザ光によってモード同期レーザ光源部２０をロックすることにより、モード同期レーザ光源部２０の出力光（導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光）のＣＮ比が極大とる。これにより、出力光の縦モードのＣＮ比（導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光のＣＮ比）をモニタすることにより、マスターレーザ光とのロッキング状態を判断することができる。すなわち、光共振器長制御部４４は、ＣＮ比測定部５１で測定されるＣＮ比が極大になるように光共振器長を制御することにより、ロッキング状態を維持することができる。
（モード同期レーザ光源の第１１の実施形態）
図１６は、本発明のモード同期レーザ光源の第１１の実施形態を示す。本実施形態は、モード同期レーザ光源部２０のロッキング状態安定化（注入同期条件の調整）のための他の構成例を示す。
図において、光分岐器４６−１で分岐されるマスターレーザ光の一部と、光分岐器４６−２で分岐されるモード同期レーザ光源部２０の出力光の一部を光ミキサ４９で結合し、出力光に含まれる縦モードの１つ（マスターレーザ光の周波数に最も近い縦モード）とマスターレーザ光のビート信号のＣＮ比または強度をＣＮ比／強度測定部５１でモニタしてロッキング状態を判断する。光共振器長制御部４４は、ＣＮ比／強度測定部５１のモニタ結果に応じて、モード同期レーザ光源部２０の光共振器長を制御する。光共振器長の制御は、第６の実施形態と同様である。光ミキサ４９は、フォトディテクタ等の光検出器を用いることができる。なお、光周波数シフタ５０を用いてマスターレーザ光の周波数をシフトさせて光ヘテロダイン検波する構成とすれば、ＣＮ比の測定をより容易に行うことができる。
モード同期レーザ光源部２０がマスターレーザ光とロックした場合には、モード同期レーザ光源部２０の出力光に含まれる縦モードとマスターレーザ光とのビート信号のＣＮ比は極大になり、強度は最大になる。よって、光共振器長制御部４４は、ＣＮ比測定部４８で測定されるビート信号のＣＮ比が極大、または強度が最大になるように光共振器長を制御することにより、ロッキング状態を維持することができる。
（モード同期レーザ光源の第１２の実施形態）
図１７は、本発明のモード同期レーザ光源の第１２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、マスターレーザ光源１０からモード同期レーザ光源部２０に入力するマスターレーザ光を変調する光変調手段６０と、モード同期レーザ光源部２０の変調部に印加する周期的信号と同期した周期的信号を発生する信号発生部６１を備え、信号発生部６１から出力される周期的信号によってマスターレーザ光を変調するところにある。なお、この２つの周期的信号の周波数は等しいか整数倍の関係にある。また、光変調手段６０を用いる代わりに、マスターレーザ光源１０を直接変調する構成としてもよい。
（モード同期レーザ光源の第１３の実施形態）
図１８は、本発明のモード同期レーザ光源の第１３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、光ファイバ伝送路２００を介して接続されるノード１００ｍ，１００ｓにそれぞれ本発明のモード同期レーザ光源を配置する場合に、マスターレーザ光（基準周波数光）を発生するマスターレーザ光源１０を共用するところにある。なお、ノード１００ｍに接続されるノードは複数であってもよい。
すなわち、ノード１００ｍのマスターレーザ光源１０、モード同期レーザ光源部２０ｍおよび信号発生部３０ｍと、ノード１００ｓのモード同期レーザ光源部２０ｓおよび信号発生部３０ｍは、第１〜第１２の実施形態のモード同期レーザ光源に対応する。本実施形態では、ノード１００ｍのマスターレーザ光源１０から出力されるマスターレーザ光の一部を光分岐器４６で分岐し、光ファイバ伝送路２００を介してノード１００ｓに伝送し、モード同期レーザ光源部２０ｓに入射して注入同期させる。
ここで、ノード１００ｍの信号発生部３０ｍと、ノード１００ｓの信号発生部３０ｓの出力周波数ｆが同一になるように設定すれば、各ノードで同一周波数間隔ｆの出力光（マルチキャリア光）を発生させることができる。しかも、同一のマスターレーザ光による注入同期の効果により、出力光の低雑音化および狭線幅化を図ることができる。
なお、各ノードのモード同期レーザ光源部２０ｍ、２０ｓは、第６〜１１の実施形態のように、マスターレーザ光とのロッキング状態を監視し、それに基づいて光共振器長を制御することによりロッキング状態を長時間維持する構成としてもよい。また、ノード１００ｓにマスターレーザ光源を備え、ノード１００ｍのマスターレーザ光源１０からマスターレーザ光が入射されているときは使用せず、待機状態に設定するようにしてもよい。
（モード同期レーザ光源の第１４の実施形態）
図１９は、本発明のモード同期レーザ光源の第１４の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１３の実施形態において光ファイバ伝送路２００を介して伝送されるマスターレーザ光を、ノード１００ｍの信号発生部３０からモード同期レーザ光源部２０ｍに与えるモード同期のための周期的信号で変調し、ノード１００ｓでマスターレーザ光に重畳された周期的信号を復調し、モード同期レーザ光源部２０ｓに与えるところにある。
すなわち、ノード１００ｍのマスターレーザ光源１０から出力されるマスターレーザ光の一部を光分岐器４６ｍで分岐し、光変調部７１に入力して信号発生部３０から出力される周期的信号で変調し、光ファイバ伝送路２００を介してノード１００ｓに伝送する。ノード１００ｓでは、光分岐器４６ｓでマスターレーザ光を２分岐し、その一方をモード同期レーザ光源部２０ｓに入射して注入同期させる。２分岐されたマスターレーザ光の他方は光受信器７２で受信し、ノード１００ｍの信号発生部３０から出力された周期的信号を復調し、信号発生部（増幅器）３１を介してモード同期レーザ光源部２０ｓに入力する。その他の構成は、第１３の実施形態と同様である。
（モード同期レーザ光源の第１５の実施形態）
図２０は、本発明のモード同期レーザ光源の第１５の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１４の実施形態において、周期的信号をマスターレーザ光ではなく、専用の光源７３の出力光に重畳し、光ファイバ伝送路２０１でノード１００ｓに送信するところにある。すなわち、信号発生部３０から出力される周期的信号を信号発生部（増幅器）３１ｍを介してモード同期レーザ光源部２０ｍに入力するとともに、信号発生部３０から出力される周期的信号を光源７３に入力し、光源７３の出力光を変調する。その他の構成は、第１４の実施形態と同様である。なお、信号発生部３０から出力される周期的信号は信号発生部（増幅器）３１ｍを介さず、モード同期レーザ光源部２０ｍを直接駆動してもよい。また、光源７３の出力光は、光合波器と光分波器を介して１本の光ファイバ伝送路２００に波長多重されるものでもよい。
（モード同期レーザ光源の第１６の実施形態）
図２１は、本発明のモード同期レーザ光源の第１６の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１５の実施形態において、ノード１００ｍの信号発生部３０で周波数ｆを分周した周波数ｆ／Ｋの周期的信号によって光源７３の出力光を変調し、これをノード１００ｓに伝送する。ノード１００ｍ，１００ｓの信号発生部３２ｍ，３２ｓは、周波数ｆ／Ｋの周期的信号を逓倍して周波数ｆの周期的信号に変換し、それぞれモード同期レーザ光源部２０ｍ，２０ｓに入力する。その他の構成は、第１５の実施形態と同様である。なお、光源７３の出力光は、光合波器と光分波器を介して１本の光ファイバ伝送路２００に波長多重されるものでもよい。
本実施形態では、周波数ｆの周期的信号により変調された光信号が光ファイバ伝送路２０１で歪む可能性のある場合に、分周した周波数ｆ／Ｋの周期的信号により変調された光信号を伝送することにより、光ファイバ伝送路２０１で生じる歪みを回避することが可能となる。
第１３〜第１６の実施形態に示すように、複数のノード間でモード同期レーザ光源部２０の注入同期に用いるマスターレーザ光を伝送し、さらにモード同期レーザ光源部２０のモード同期に用いる周期的信号を伝送することにより、各ノードで発生するマルチキャリア光の各光周波数および位相を一致させることができる。このようなモード同期レーザ光源を構成することにより、光ホモダイン受信または光ヘテロダイン受信等を用いたコヒーレントＷＤＭ通信が可能となる。
（マルチキャリア光源の第１の実施形態）
以上説明したモード同期レーザ光源は、モード同期レーザ光源部２０に配置した帯域制限部２５の効果、およびマスターレーザ光源１０から出力されるマスターレーザ光による注入同期の効果により、非特許文献４などのモード同期レーザでは実現されていない出力光の低雑音化および狭線幅化を図ることができる。ただし、マルチキャリア光としての帯域および縦モード本数は十分ではないので、多数のマルチキャリア光を発生させるために次のような構成をとる。
本発明のマルチキャリア光源は、図２２に示すように、本発明のモード同期レーザ光源の出力光を導波路型光非線形媒質２に入力する構成である。なお、本発明のモード同期レーザ光源の基本的な構成として、ここではマスターレーザ光源１０、モード同期レーザ光源部２０、信号発生部３０のみを示すが、上記の第１〜第１２の実施形態の構成のいずれでもよい。導波路型光非線形媒質２では、本発明のモード同期レーザ光源の出力光を種として、スーパーコンティニウム等の非線形光学効果に基づくスペクトル増大現象を起こし、出力光に含まれる縦モードの本数を数十から数百倍に増大させてマルチキャリア光を出力する。本発明のモード同期レーザ光源の出力光に含まれる縦モードはマスターレーザ光の光周波数にロックされ、低雑音および狭線幅であるので、それから生成されるマルチキャリア光も低雑音および狭線幅となる。
図２３および図２４は、本発明のマルチキャリア光源の出力スペクトルの一例を示す。図２３は、本発明のモード同期レーザ光源がマスターレーザ光によって注入同期した場合であり、図２４は注入同期がない場合である。キャリア光が密集して黒い帯のように見えるスペクトルの縦方向の幅は、各キャリア光の可視度に対応し、縦幅が大きいほど品質のよい出力光であることを表す。この２つの出力スペクトル例からも、マスターレーザ光による注入同期により可視度が改善されていることが分かる。特に、本発明のモード同期レーザ光源の出力光の平均波長（１５５２．５２ｎｍ）から離れた波長において、注入同期による改善効果が顕著である。
ここで、キャリア光の可視度について説明する。一般に可視度の定義は、周波数あるいは時間に対して変動する観測量（ここではスペクトル強度）の最大値をＭ、最小値をｍとしたときに、（Ｍ−ｍ）／（Ｍ＋ｍ）で表される。ｍ＝０のとき１００％、ｍ＝Ｍのとき０％となる。図２３，２４の縦方向の幅はＭ／ｍで表されるが、可視度が大きくなると幅は大きくなり、可視度が小さくなると幅は小さくなる。
ところで、本発明のマルチキャリア光源に用いるモード同期レーザ光源については、第６の実施形態（図６）〜第１１の実施形態（図１６）に示すように、モード同期レーザ光源部２０の変調部に流れる平均電流、出力光の平均光電力、出力光に含まれる縦モードの線幅あるいはＣＮ比、マスターレーザ光とモード同期レーザ光源部２０の出力光のビート信号の線幅あるいはＣＮ比を用いてマスターレーザ光とのロッキング状態を監視し、それに基づいてモード同期レーザ光源部２０の光共振器長を制御することにより、ロッキング状態を長時間維持することができる。
ここで、第８の実施形態（図１１）、第９の実施形態（図１３）、第１０の実施形態（図１４）、第１１の実施形態（図１６）に示すモード同期レーザ光源部２０の出力光に含まれる縦モードをモニタする代わりに、上述したように本実施形態の導波路型光非線形媒質２の出力光中のキャリア光を同様にモニタ対象としてもよい。
図２５は、導波路型光非線形媒質２の波長分散特性の第１例を示す。導波路型光非線形媒質２の全長あるいは一部で、本発明のモード同期レーザ光源の出力光の平均波長における分散値（単位：ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）が正から負に減少する特性を有する。このような波長分散特性は、例えばコア径が長手方向にテーパ状に変化する単一モード導波路で実現することができる。
図２６は、導波路型光非線形媒質２の波長分散特性の第２例を示す。本例では、第１例の分散減少特性に加えて、導波路型光非線形媒質２の全長あるいは一部で、波長分散特性が上に凸の関数になる特性を有する。このような波長分散特性は、例えばコア径が長手方向にテーパ状に変化し、かつ２重クラッドあるいは３重クラッドあるいは４重クラッド構造の単一モード導波路で実現することができる。図２３および図２４のスペクトルは、この設計の光ファイバを用いたマルチキャリア光の例である。
図２７は、導波路型光非線形媒質２の波長分散特性の第３例を示す。導波路型光非線形媒質２の全長あるいは一部で、本発明のモード同期レーザ光源の出力光の平均波長における分散値が０から−０．５［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］で、かつ波長分散特性が上に凸の関数になる特性を有する。このような波長分散特性は、例えば２重クラッドあるいは３重クラッドあるいは４重クラッド構造の単一モード導波路で実現することができる。
また、図２５〜図２７の波長分散特性を有する導波路型光非線形媒質は、微細構造ファイバあるいはフォトニック結晶ファイバとも呼ばれるホーリーファイバを用いることにより実現可能である。このホーリーファイバは、例えば本発明のモード同期レーザ光源の出力光の平均波長における分散スロープの絶対値が０．１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］以下で、非線形定数γが１０［Ｗ−１ｋｍ−１］以上となる。これを用いることにより、伝搬光の閉じ込め効果が高いので非線形定数が大きい光導波路を実現でき、高効率にマルチキャリア光を発生させることができる。
（マルチキャリア光源の第２の実施形態）
図２８は、本発明のマルチキャリア光源の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１の実施形態に示す本発明のモード同期レーザ光源（マスターレーザ光源１０、モード同期レーザ光源部２０、信号発生部３０）と導波路型光非線形媒質２との間に、光増幅器３を配置したところにある。
マルチキャリア光源のキャリア周波数間隔、すなわちモード同期レーザ光源の繰り返し周波数が大きい場合、モード同期レーザ光源の出力１パルスあたりのエネルギーが小さくなり、非線形光学効果が弱まってキャリア光が多く発生しない。そこで、本実施形態のように光増幅器３でモード同期レーザ光源の出力光を増幅することにより、繰り返し周波数の大きい場合でも、導波路型光非線形媒質２で多くのキャリア光を発生させることができる。
（マルチキャリア光源の第３の実施形態）
図２９は、本発明のマルチキャリア光源の第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１の実施形態に示す本発明のモード同期レーザ光源（マスターレーザ光源１０、モード同期レーザ光源部２０、信号発生部３０）と導波路型光非線形媒質２との間に、モード同期レーザ光源の出力光の時間幅を圧縮するパルス圧縮器４を配置したところにある。
モード同期レーザ光源の出力光をパルス圧縮器４に入力することによりピーク強度が増大し、導波路型光非線形媒質２で多くのキャリア光を発生させることができる。パルス圧縮キャリア光４には、パルス光のチャープが大きい場合はチャープを相殺する光ファイバあるいはブラッググレーティング等の分散性媒質を用いる。パルス光のチャープが小さい場合には、光ファイバ中のソリトン効果等を利用する。
（マルチキャリア光源の第４〜第７の実施形態）
図３０〜図３３は、本発明のマルチキャリア光源の第４〜第７の実施形態を示す。本実施形態のマルチキャリア光源は、図１８〜図２１に示す本発明のモード同期レーザ光源の第１３〜第１６の実施形態に対応するものであり、各実施形態のモード同期レーザ光源部２０ｍの出力光を導波路型光非線形媒質２ｍに入力し、モード同期レーザ光源部２０ｓの出力光を導波路型光非線形媒質２ｓに入力し、各ノード１００ｍ，１００ｓで多数のキャリア光を発生させる。
マルチキャリア光源の各実施形態では、モード同期レーザ光源の第１３〜第１６の実施形態に示したように、複数のノード間でモード同期レーザ光源部２０の注入同期に用いるマスターレーザ光を伝送し、さらにモード同期レーザ光源部２０のモード同期に用いる周期的信号を伝送することにより、各ノードで発生するマルチキャリア光の各光周波数および位相を一致させることができる。このようなマルチキャリア光源を構成することにより、光ホモダイン受信または光ヘテロダイン受信等を用いたコヒーレントＷＤＭ通信が可能となる。
なお、以上説明したマルチキャリア光源において、すべての構成要素を偏波保持型とすることにより、安定したマルチキャリア光を発生させることができる。
本発明は、長距離・高密度のＷＤＭ光ファイバ通信システムに用いる光源のための光周波数基準光源として、さらにそのマルチキャリア光源として利用することができる。
本発明は、ＷＤＭ光アクセスネットワークにおける光キャリアを供給するマルチキャリア光源として利用することができる。
本発明は、ＷＤＭ光ファイバ無線技術・ミリ波発生のためのマルチキャリア光源として利用することができる。
本発明は、光周波数カウンタあるいは光スペクトラムアナライザ等の光測定器の校正に用いるマルチキャリア光源として利用することができる。
本発明は、光コヒーレンストモグラフィ等の医用光学のための広帯域コヒーレント光源として利用することができる。

Claims (29)

  1. マスターレーザ光を発生するマスターレーザ光源と、
    光共振器中に少なくとも変調部と、増幅部と、モード分配雑音を低減する帯域制限部を含むモード同期レーザ光源部と、
    前記モード同期レーザ光源部のモード同期のための前記変調部に印加する周期的信号を発生する信号発生部とを備え、
    前記マスターレーザ光を前記モード同期レーザ光源部の光共振器に入射して注入同期させる構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  2. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記変調部は、電界吸収型変調器または可飽和吸収型変調器であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  3. 請求項２に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記モード同期レーザ光源部は、少なくとも前記変調部および前記増幅部に対応する複数の電極を有する半導体レーザ光源であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  4. 請求項３に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記変調部に印加される電圧、前記増幅部に流れる電流、または前記半導体レーザ光源の動作温度の制御により、光共振器長を制御する構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  5. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記帯域制限部は、帯域通過型光フィルタあるいは回折格子あるいはブラッググレーティングあるいはチャープブラッググレーティングであることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  6. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記マスターレーザ光源と前記モード同期レーザ光源部との間に、前記モード同期レーザ光源部からの戻り光を阻止する光アイソレータまたは光サーキュレータを配置したことを特徴とするモード同期レーザ光源。
  7. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記モード同期レーザ光源部に前記マスターレーザ光を入射するポートと、出力光を出射するポートが異なる構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  8. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記モード同期レーザ光源部の光共振器中に、変調部、増幅部、帯域制限部がこの順に配置され、変調部側から前記マスターレーザ光が入射される構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  9. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記マスターレーザ光源から出力されるマスターレーザ光を変調する光変調手段と、
    前記モード同期レーザ光源部の変調部に印加する周期的信号と同期した周期的信号を発生する信号発生部とを備え、
    前記信号発生部から出力される周期的信号によって前記マスターレーザ光を変調して前記モード同期レーザ光源部に入力する構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  10. 請求項２に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記モード同期レーザ光源部の変調部に流れる平均電流値を検出する変調部平均電流測定部と、
    前記モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、
    前記光共振器長制御部は、前記変調部平均電流測定部で測定される平均電流値が、前記モード同期レーザ光源部にマスターレーザ光が入射されないときの平均電流値より小さくなるように前記光共振器長を制御する構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  11. 請求項１０に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記光共振器長制御部は、前記変調部平均電流測定部で測定される平均電流値が、前記モード同期レーザ光源部にマスターレーザ光が入射されないときの平均電流値の９０％以下になるように前記光共振器長を制御する構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  12. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記モード同期レーザ光源部の出力光の平均光強度を検出する光強度測定部と、
    前記モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、
    前記光共振器長制御部は、前記光強度測定部で測定される平均光強度が、前記モード同期レーザ光源部に前記マスターレーザ光が入射されないときの平均光強度より大きくなるように光共振器長を制御する構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  13. 請求項１２に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記光共振器長制御部は、前記光強度測定部で測定される平均光強度が、前記モード同期レーザ光源部に前記マスターレーザ光が入射されないときの平均光強度の１０５％以上になるように光共振器長を制御する構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  14. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記モード同期レーザ光源部の出力光に含まれる縦モードの線幅を検出する線幅測定手段と、
    前記モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、
    前記光共振器長制御部は、前記線幅測定手段で測定される縦モードの線幅が極小になるように光共振器長を制御する構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  15. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記モード同期レーザ光源部の出力光に含まれる縦モードと前記マスターレーザ光のビート信号の線幅を検出する線幅測定手段と、
    前記モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、
    前記光共振器長制御部は、前記線幅測定手段で測定されるビート信号の線幅が極小になるように光共振器長を制御する構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  16. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記モード同期レーザ光源部の出力光に含まれる縦モードのＣＮ比を検出するＣＮ比測定手段と、
    前記モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、
    前記光共振器長制御部は、前記ＣＮ比測定手段で測定される縦モードのＣＮ比が極大になるように光共振器長を制御する構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  17. 請求項１に記載のモード同期レーザ光源において、
    前記モード同期レーザ光源部の出力光に含まれる縦モードと前記マスターレーザ光のビート信号のＣＮ比または強度を検出するＣＮ比／強度測定手段と、
    前記モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、
    前記光共振器長制御部は、前記線幅測定手段で測定されるビート信号のＣＮ比が極大または強度が最大になるように光共振器長を制御する構成であることを特徴とするモード同期レーザ光源。
  18. 請求項１〜請求項１７のいずれかに記載のモード同期レーザ光源と、
    前記モード同期レーザ光源の出力光を入力し、そのスペクトル帯域を増大させて生成されるマルチキャリア光を出力する導波路型光非線形媒質と
    を備えたことを特徴とするマルチキャリア光源。
  19. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載のモード同期レーザ光源と、
    前記モード同期レーザ光源の出力光を入力し、そのスペクトル帯域を増大させて生成されるマルチキャリア光を出力する導波路型光非線形媒質と、
    前記導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光の線幅を検出する線幅測定手段と、前記モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、
    前記光共振器長制御部は、前記線幅測定手段で測定されるキャリア光の線幅が極小になるように光共振器長を制御する構成であることを特徴とするマルチキャリア光源。
  20. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載のモード同期レーザ光源と、
    前記モード同期レーザ光源の出力光を入力し、そのスペクトル帯域を増大させて生成されるマルチキャリア光を出力する導波路型光非線形媒質と、
    前記導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光と前記マスターレーザ光のビート信号の線幅を検出する線幅測定手段と、
    前記モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、
    前記光共振器長制御部は、前記線幅測定手段で測定されるビート信号の線幅が極小になるように光共振器長を制御する構成であることを特徴とするマルチキャリア光源。
  21. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載のモード同期レーザ光源と、
    前記モード同期レーザ光源の出力光を入力し、そのスペクトル帯域を増大させて生成されるマルチキャリア光を出力する導波路型光非線形媒質と、
    前記導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光のＣＮ比を検出するＣＮ比測定手段と、
    前記モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、
    前記光共振器長制御部は、前記ＣＮ比測定手段で測定されるキャリア光のＣＮ比が極大になるように光共振器長を制御する構成であることを特徴とするマルチキャリア光源。
  22. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載のモード同期レーザ光源と、
    前記モード同期レーザ光源の出力光を入力し、そのスペクトル帯域を増大させて生成されるマルチキャリア光を出力する導波路型光非線形媒質と、
    前記導波路型光非線形媒質の出力光中のキャリア光と前記マスターレーザ光のビート信号のＣＮ比または強度を検出するＣＮ比／強度測定手段と、
    前記モード同期レーザ光源部の光共振器長を制御する光共振器長制御部とを備え、
    前記光共振器長制御部は、前記線幅測定手段で測定されるビート信号のＣＮ比が極大または強度が最大になるように光共振器長を制御する構成であることを特徴とするマルチキャリア光源。
  23. 請求項１８〜請求項２２のいずれかに記載のマルチキャリア光源において、
    前記導波路型光非線形媒質の全長あるいは一部は、前記モード同期レーザ光源の出力光の平均波長における分散値（単位：ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）が正から負に減少する特性を有することを特徴とするマルチキャリア光源。
  24. 請求項２３に記載のマルチキャリア光源において、
    前記導波路型光非線形媒質の全長あるいは一部は、波長分散特性が上に凸の関数になる特性を有することを特徴とするマルチキャリア光源。
  25. 請求項１８〜請求項２２のいずれかに記載のマルチキャリア光源において、
    前記導波路型光非線形媒質の全長あるいは一部は、前記モード同期レーザ光源の出力光の平均波長における分散値が０から−０．５［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］で、かつ波長分散特性が上に凸の関数になる特性を有することを特徴とするマルチキャリア光源。
  26. 請求項１８〜請求項２２のいずれかに記載のマルチキャリア光源において、
    前記導波路型光非線形媒質は、前記モード同期レーザ光源の出力光の平均波長における分散スロープの絶対値が０．１［ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ］以下で、非線形定数γが１０［Ｗ−１ｋｍ−１］以上のホーリーファイバであることを特徴とするマルチキャリア光源。
  27. 請求項１８〜請求項２２のいずれかに記載のマルチキャリア光源において、
    前記モード同期レーザ光源と前記導波路型光非線形媒質との間に光増幅器を配置したことを特徴とするマルチキャリア光源。
  28. 請求項１８〜請求項２２のいずれかに記載のマルチキャリア光源において、
    前記モード同期レーザ光源と前記導波路型光非線形媒質との間に、前記モード同期レーザ光源の出力光の時間幅を圧縮するパルス圧縮器を配置したことを特徴とするマルチキャリア光源。
  29. 請求項１８〜請求項２２のいずれかに記載のマルチキャリア光源において、
    マルチキャリア光源を構成する各要素を偏波保持型としたことを特徴とするマルチキャリア光源。
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