JPWO2013105649A1 - 光パルス発生装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、発生させた光周波数コムを圧縮するチャープ補償器としては、例えば特許文献2に、任意の波長およびチャープ量を設定できる波長可変ファイバグレーティングフィルタが開示されている。
しかしながら、例えば直線型の位相変調器を2枚の鏡で挟んだ位相変調器、マッハツェンダー型の位相変調器などの位相変調器を使用した光周波数コム発生器では、出力される光周波数コムのチャープは周波数に対してリニアには変化せず、実際には正弦波の変化をしていることが判明している。
従って、チャープ補償器に入力された光周波数コムの全帯域を効率よく利用して光パルスを発生させることが望まれる。
すなわち、本発明の一態様の光パルス発生装置は、位相変調器からなる光変調部、および光を変調するための変調信号を生成する変調信号生成部を有し、光周波数コムを発生させる光周波数コム発生器と、光周波数コム発生部から出力された光周波数コムを、前記光周波数コムの中心周波数から離れるに従って周波数の分散値が大きくなる分散特性に従って圧縮して出力するように構成されたチャープ補償器と、を少なくとも備えた光パルス発生装置である。
前記バンドパスフィルタは、光周波数コム発生部から出力された光周波数コムのうち、中心周波数から離れた周波数領域におけるチャープ特性と、前記チャープ補償器の分散特性とが合致しない周波数領域の光周波数コム成分を除去する帯域幅をもつ。
光パルス発生装置1は、光周波数コム発生器20、チャープ(分散)補償器30、光スペクトルアナライザ101、光電変換器102、及びサンプリングオシロスコープ103を備える。
光パルス発生装置1を用いて光パルスを発生させる際には、まず、光源10から所定波長の連続光を発生させる。光源10から出射された光は、偏波制御器11を介してマッハツェンダー型光変調器21へ入力される。マッハツェンダー型光変調器21において、この光は、入力導波路211から分岐導波路212A,及び212Bへ分岐されて、各分岐導波路中を伝搬する。このとき、分岐導波路212A,及び212Bを伝搬している間に、伝搬光は、変調電極214A,及び214B並びにバイアス電極215からの電界に応じて位相変化を受ける。そして、この位相変化を受けた光は、出力導波路213で再び合波される。
E(t)=E0[sin(ω0t+θ1)+sin(ω0t+θ2)]/2 …(7)
θ1=A1sin(ωmt)+B1 …(8)
θ2=A2sin(ωmt)+B2 …(9)
ωm=2πfm …(10)
A1:変調電極214Aにより分岐導波路212Aの伝搬光へ与えられる変調の振幅
A2:変調電極214Bにより分岐導波路212Bの伝搬光へ与えられる変調の振幅
B1:バイアス電極215により分岐導波路212Aの伝搬光へ与えられるバイアス位相
B2:バイアス電極215により分岐導波路212Bの伝搬光へ与えられるバイアス位相
fm:変調信号発生器22が発生する変調信号の変調周波数である。また、式(8),及び(9)では、可変位相シフタ24A〜バンドパスフィルタ27Aの経路を介して変調電極214Aへ入力される変調信号と、可変位相シフタ24B〜バンドパスフィルタ27Bの経路を介して変調電極214Bへ入力される変調信号との間に位相ずれ(スキュー)が無いものとしている。
P(t)=P0[1+cos{ΔAsin(ωmt)+Δθ}]/2 …(11)
ω(t)=ω0+ωmAcos(ωmt) …(12)
但し、
ΔA=A1−A2 …(13)
Δθ=B1−B2 …(14)
A=(A1+A2)/2 …(15)である。また、P0はマッハツェンダー型光変調器21への入力光のパワーである。
図3は、光周波数コム発生器から出力される実際の光周波数コムのチャープモデルを示したグラフである。図3によれば、光周波数コム発生器から出力される光周波数コムのチャープの周波数シフトΔωは、時間(T)に対して正弦波状に変化している。図3中のΔωmaxは変調信号周波数fmで光を位相変調した際の、中心周波数ω0からの最大周波数シフト量であり、Tmは変調信号周期である。
例えば、チャープトファイバブラックグレーティング(CFBG)32を用いることによって、こうした高次の分散特性を実現できる。
図3に示すような特性をもつ光周波数コムの周波数シフト(Δω)は、上述した式(12)の第2項によって表される。即ち、次式(16)で示される。
Δω=ωmAcos(ωmt) …(16)
この式(16)より、次式(17)が導出される。
t=1/ωmarcsin(Δω/Aωm) …(17)
−β2(Δω)L=dt/dΔω …(18)
但し、
L=CFBGの長手方向に沿った長さ(媒質長)
なお、このCFBGの長手方向に沿った長さLは、変調周波数をfm、真空中の光速をc、ファイバの群屈折率をneffとしたときに、c/4fmneff以上となる長さを有する。
但し、
光周波数コムの波長をλc、変調度をΑ、真空中の光速をc、周波数変化をΔωとする。
但し、変調度をΑ、光周波数コムの中心周波数をω0、ファイバの長手方向の位置をχ、光周波数コムの中心波長をλcとする。
20 光周波数コム発生器
21 マッハツェンダー型光変調器(光変調部)
22 変調信号発生器(変調信号生成部)
27A,27B バンドパスフィルタ
30 チャープ(分散)補償器
31 光サーキュレータ
32 チャープトファイバブラックグレーティング(CFBG)
Claims (15)
- 位相変調器からなる光変調部、および光を変調するための変調信号を生成する変調信号生成部を有し、光周波数コムを発生させる光周波数コム発生器と、前記光周波数コム発生部から出力された光周波数コムを、前記光周波数コムの中心周波数から離れるに従って周波数の分散値が大きくなる分散特性に従って圧縮して出力するように構成されたチャープ補償器と、を少なくとも備えた光パルス発生装置。
- 前記光変調部は、正弦波で位相変調を行うように構成された請求項1記載の光パルス発生装置。
- 前記光周波数コム発生部と前記チャープ補償器との間、または前記チャープ補償器の後段に、更にバンドパスフィルタを備え、
前記バンドパスフィルタは、前記光周波数コム発生部から出力された光周波数コムのうち、中心周波数から離れた周波数領域におけるチャープ特性と、前記チャープ補償器の分散特性とが合致しない周波数領域の光周波数コム成分を除去する帯域幅をもつ請求項1ないし3いずれか1項記載の光パルス発生装置。 - 前記チャープ補償器は、光サーキュレータと、チャープトファイバブラックグレーティング(CFBG)とから構成される請求項1ないし4いずれか1項記載の光パルス発生装置。
- 前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバ長さは、変調周波数をfm、真空中の光速をc、及びファイバの群屈折率をneffとしたときに、c/4fmneff以上となる長さを有する請求項5記載の光パルス発生装置。
- 前記チャープトファイバブラックグレーティングのファイバは、長手方向に対して三次関数形状の反射波長を変換するような物理的変化を有する請求項8記載の光パルス発生装置。
- 前記物理的変化は、前記ファイバに対する張力応力または圧縮応力の変化を有する請求項9記載の光パルス発生装置。
- 前記ファイバは、張力応力の分布を有し、前記張力応力の分布は、前記ファイバの断面積を長手方向に沿って変化させた上で、更に張力または圧縮力を前記ファイバの外側から印加することにより獲得された請求項10記載の光パルス発生装置。
- 前記物理的変化は、前記ファイバの長手方向に沿った曲率半径の変化を有する請求項9記載の光パルス発生装置。
- 前記物理的変化は、前記ファイバの長手方向に沿った実効屈折率の変化を有する請求項9記載の光パルス発生装置。
- 前記物理的変化は、前記ファイバの長手方向に沿って温度勾配を設けることにより獲得されたものである請求項9記載の光パルス発生装置。
- 前記物理的変化は、前記ファイバにエッチング処理を施すことにより獲得されたものである請求項9記載の光パルス発生装置。
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