WO2007108148A1 - 超平坦光周波数コム信号発生器 - Google Patents

超平坦光周波数コム信号発生器 Download PDF

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WO2007108148A1
WO2007108148A1 PCT/JP2006/318849 JP2006318849W WO2007108148A1 WO 2007108148 A1 WO2007108148 A1 WO 2007108148A1 JP 2006318849 W JP2006318849 W JP 2006318849W WO 2007108148 A1 WO2007108148 A1 WO 2007108148A1
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waveguide
signal
optical
drive signal
frequency comb
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PCT/JP2006/318849
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Takahide Sakamoto
Tetsuya Kawanishi
Masahiro Tsuchiya
Masayuki Izutsu
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National Institute Of Information And Communications Technology
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    • G02F1/2255—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference in an optical waveguide structure controlled by a high-frequency electromagnetic component in an electric waveguide structure
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    • G—PHYSICS
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    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/56—Frequency comb synthesizer

Definitions

  • the present invention relates to an ultra-flat optical frequency comb signal generator that generates a flat optical frequency comb signal using a Mahahonda optical modulator. More specifically, in the present invention, the frequency components of the comb generated by adjusting the drive voltage by driving both arms of a single Mahahunda optical modulator with a sinusoidal signal having different amplitudes.
  • An optical frequency comb that generates an optical frequency comb signal that has a flat optical spectral characteristic with an equal optical frequency interval and a simple optical frequency comb by making the combined vector intensity constant. Regarding the generator.
  • optical frequency comb generation technology having a function of simultaneously generating a plurality of optical frequency components having a frequency difference of equal intervals.
  • An optical frequency comb generator capable of generating such an optical frequency comb can be applied as a wavelength multiplexed light source in an optical wavelength division multiplexing system or a short pulse light source for ultrafast optical transmission and optical measurement.
  • optical frequency comb generators are being studied for application to optical frequency standards for absolute frequency measurement and remote supply of local oscillation signals in the microphone mouth wave and millimeter wave frequency bands (W. D. Jemison et al., MWP'01, pp.169-172,2001).
  • optical frequency comb generators are being studied for use as control signals for array antennas used in astronomical observation systems such as radio telescopes.
  • the optical frequency comb has flat spectral characteristics, that is, each frequency component has equal light intensity.
  • phase-modulated light can be obtained by the electro-optic effect.
  • an optical frequency comb can be obtained, the light intensity of the higher-order modulation component in the generated optical signal follows a Bessel function corresponding to each order.
  • the Bessel function is a quasi-periodic function with different phases depending on the order. For this reason, the light intensity of each frequency component of the phase-modulated light greatly depends on the amplitude of the driving signal, and it is difficult to obtain flat spectral characteristics.
  • Non-Patent Document 1 M. Sugiyama et al., OFC '02, FB6, 2002.
  • Non-Patent Document 2 T. Sakamoto et al., MWP '04, MC16, 2004.
  • Non-Patent Document 3 T. Kawanishi et al "IEICE Electron Express, Vol. 1, pp.217-221,200 4
  • the present invention uses a single optical modulator (preferably not using a phase modulator or the like, and the optical modulator is only a single Mahahunda optical modulator), and the optical frequency interval is equal and flat.
  • An object of the present invention is to generate an optical frequency comb signal having a good optical vector characteristic and to provide an optical frequency comb generator capable of obtaining such an optical frequency comb signal.
  • Another object of the present invention is to provide an optical pulse generator using the optical frequency comb generator as described above.
  • the present invention basically uses a single Maha-Zehnder modulator composed of two phase modulators driven by adjusting various conditions, and outputs light of these two phase modulators. It is based on the knowledge that optical frequency combs with flat spectral characteristics can be obtained by combining the two. Since the optical phase modulator is originally intended to modulate the phase of the input signal, it is expected that only a signal whose phase is modulated by a predetermined amount will be output. However, in an optical phase modulator, an optical spectrum of multiple frequencies is generated as noise in addition to a signal modulated by a predetermined amount. The intensity of multiple frequency components follows a Bessel function.
  • the optical frequency comb generator includes an optical input unit (2), a branching unit (3) for branching light input to the input unit, A first waveguide (4) through which light branched from the branch (3) propagates, and a second waveguide (5) through which light other than the above branched from the branch (3) propagates.
  • Drive signal system (11) and bias signal system (14) Before Symbol first driving signal (9), the second driving signal (10) and the bias signals (12, 13) is directed to such an optical frequency comb generator for driving so as to satisfy the following formula (I).
  • ⁇ 2 and A and A are the first drive signal and the second drive signal, respectively.
  • optical phase shift amplitude (A) induced by the first drive signal is also simply referred to as the amplitude of the first drive signal
  • optical phase induced by the second drive signal is also simply referred to as the amplitude of the second drive signal.
  • Drive signal is also simply referred to as the amplitude of the second drive signal.
  • Amplitude of means the optical phase shift amplitude induced by the drive signal, depending on the context
  • phase modulator is constituted by a waveguide and an electrode to which a drive signal is applied
  • the optical signals from (1) and (2) complement each other, and are obtained by the power to obtain an optical frequency comb having flat spectral characteristics.
  • the drive signal system (11) and the bias signal system (14) are the first drive signal (9), the first In the optical frequency comb generator described above, the drive signal (10) and the bias signal (12, 13) of 2 are driven so as to satisfy the following formula (II) instead of the formula (I): .
  • Equation (II) satisfies Equation (I)
  • an optical frequency comb with flat spectral characteristics can be obtained by driving as in Equation (II).
  • Eq. (II) an optical frequency comb with a flat spectral characteristic can be obtained efficiently.
  • a preferred embodiment of the optical frequency comb generator according to the first aspect of the present invention is the optical frequency comb generator according to any one of the above, wherein the waveguide section (8) is a Mahahunda type waveguide. It is a raw device.
  • Mahachenda type waveguides, and optical modulators (Mahazenda modulators) including Mahahenda type waveguides and drive signal systems are known. Therefore, an optical frequency comb generator equipped with a Maha-Zenda type waveguide can easily be manufactured using a known Mahahunda type waveguide and a drive signal system.
  • the two branched waveguides that make up the Mahahunda waveguide are also called arms.
  • a Mahahonda waveguide has a substantially hexagonal waveguide (which constitutes two arms), and two phase modulators in parallel. A phase modulator can be achieved with an electrode along the waveguide.
  • the oscillation cycle of the frequency component generated by each arm with respect to the applied voltage is also different.
  • the combined vector intensity of each frequency component of the generated comb is set to a constant value, so that it is combined.
  • the frequency dependence of the light intensity in the optical spectrum can be reduced, resulting in a flat optical frequency comb.
  • An optical frequency comb generation method includes an optical input unit (2), a branch unit (3) where light input to the input unit branches, and the branch unit ( The first waveguide (4) through which the light branched from (3) propagates, the second waveguide (5) through which light other than the above branched from the branch (3) propagates, and the first waveguide A multiplexing unit (6) for combining the optical signals output from the first waveguide and the second waveguide, and an optical signal output unit for outputting the optical signal combined by the combining unit.
  • An optical frequency comprising: a drive signal system (11) for obtaining; and a bias signal system (14) for obtaining a bias signal (12, 13) to be applied to the first waveguide and the second waveguide.
  • a drive signal system (11) for obtaining; and a bias signal system (14) for obtaining a bias signal (12, 13) to be applied to the first waveguide and the second waveguide.
  • the signal system (14) is an optical frequency that drives the first drive signal (9), the second drive signal (10), and the bias signal (12, 13) so that the following equation (I) is satisfied.
  • a preferred embodiment of the optical frequency comb generation method according to the second aspect of the present invention is that the drive signal system (11) and the bias signal system (14) are connected to the first drive signal (9), In the optical frequency comb generation method described above, the drive signal (10) and the bias signal (12, 13) of 2 are driven so as to satisfy the following formula (II) instead of the formula (I): .
  • a preferred aspect of the optical frequency comb generation method according to the second aspect of the present invention is that any one of the above-mentioned, wherein the amplitude ( ⁇ ) of the first drive signal is different from the amplitude ( ⁇ ) of the second drive signal.
  • a preferred embodiment of the optical frequency comb generation method according to the second aspect of the present invention is that the waveguide portion (8) is a Mahahunda type waveguide. It is a raw method.
  • An optical pulse generator is an optical pulse generator appropriately using the above-described optical frequency comb generator and optical frequency comb generator. More specifically, this optical pulse generator basically includes an optical input unit (2), a branch unit (3) for splitting the light input to the input unit, and the branch unit ( The first waveguide (4) through which the light branched from (3) propagates, the second waveguide (5) through which light other than the above branched from the branch (3) propagates, and the first waveguide A multiplexing unit (6) for combining the optical signals output from the first waveguide and the second waveguide, and an optical signal output unit for outputting the optical signal combined by the combining unit.
  • a waveguide portion including (7); a first drive signal (9) for driving the first waveguide, and a second drive signal (10) for driving the second waveguide.
  • An optical frequency comprising: a drive signal system (11) for obtaining; and a bias signal system (14) for obtaining a bias signal (12, 13) to be applied to the first waveguide and the second waveguide.
  • the drive signal system (11) and the bias signal system (14) are connected to the first drive signal (9), the second drive signal (10) and the bias signal (12, 13) according to the following formula (I)
  • the optical pulse generator further includes a phase control means for controlling the phase of each frequency component of the optical frequency comb signal to generate an optical pulse signal.
  • Another preferable aspect of the optical pulse generator according to the third aspect of the present invention is not only to control the phase of each frequency component of the optical frequency comb signal but also to control the optical frequency comb signal. It also controls the intensity of each frequency component.
  • the optical pulse generator basically includes an optical input unit (2), a branch unit (3) for branching light input to the input unit, and the branch unit.
  • the drive signal system (11) and the bias signal system (14) are connected to the first drive signal (9), the second drive signal (10) and the bias signal (12, 13) according to the following formula (I)
  • An optical frequency comb signal is generated by a frequency comb generation method that drives to satisfy
  • the optical pulse generator generates an optical pulse signal by providing phase and intensity control means for controlling the phase and intensity of each frequency component of the optical frequency comb signal.
  • an optical frequency comb having flat spectral characteristics can be generated by a single optical modulator by driving the optical modulator under a predetermined condition.
  • the structure is simpler than that using a phase modulator and a Maha-Zenda optical modulator.
  • it is not necessary to drive the two modulators synchronously, which simplifies the drive system and facilitates operation.
  • the present invention can provide an optical pulse generator using the optical frequency comb generator as described above, an optical pulse generator having the above-described effects can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an optical frequency comb generator according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the concept of generation of the optical frequency comb of the optical frequency comb generator of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an experimental system for demonstrating the ultra-flat optical frequency comb generator of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph instead of a drawing showing the optical spectrum of the optical frequency comb generated in Example 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the optical frequency comb generator of the present invention.
  • the optical frequency comb generator (1) according to the first aspect of the present invention includes an optical input unit (2) and a branching unit (2) where light input to the input unit branches.
  • the drive signal system (11) and the bias signal system (14) include the first drive signal (9), the second drive signal (10), and the bias signal (12, 13), Drive to satisfy the following formula (I).
  • ⁇ 2 and A and A are the first drive signal and the second drive signal, respectively.
  • ⁇ and 0 are the first waveguide and the second waveguide, respectively.
  • the optical frequency comb generator of the present invention has the first drive signal (9), the second drive signal (10), and the bias signal (12 , 13) is provided with the drive signal system (11) and the bias signal system (14).
  • the drive can be controlled by a control unit such as a computer included in the signal system or attached to the signal system.
  • phase modulator is composed of a waveguide and an electrode to which a drive signal is applied
  • the optical signals from (1) and (2) complement each other, and are obtained by the power to obtain an optical frequency comb having flat spectral characteristics.
  • a preferred embodiment of the optical frequency comb generator according to the first aspect of the present invention is the optical frequency comb generator described above that is driven to satisfy the following formula (II) instead of the formula (I): Device.
  • the optical frequency comb generator is configured to drive the first drive signal (9), the second drive signal (10), and the bias signal (12, 13) as shown in the above formula (II).
  • Equation (II) satisfies Equation (I)
  • an optical frequency comb having flat spectral characteristics can be obtained if driven as in Equation (II).
  • an optical frequency comb with a flat spectral characteristic can be obtained efficiently by driving to satisfy Eq. (II).
  • a preferred embodiment of the optical frequency comb generator according to the first aspect of the present invention is any of the above, wherein the amplitude (A) of the first drive signal and the amplitude (A) of the second drive signal are different.
  • the amplitudes of the two drive signals are different. Therefore, the value of the amplitude difference is 0 to ⁇ , and 0.5 ⁇ or 0 to 0.25 ⁇ is more preferable. Better! / ⁇ .
  • the two drive signals are controlled so as to satisfy a predetermined condition.
  • the amplitude of is different.
  • a preferred embodiment of the optical frequency comb generator according to the first aspect of the present invention is the optical frequency comb generator according to any one of the above, wherein the waveguide portion (8) is a Mahahunda type waveguide. It is a raw device.
  • Mahachenda type waveguides, and optical modulators (Mahazenda modulators) including Mahahendah type waveguides and drive signal systems are known. Therefore, an optical frequency comb generator equipped with a Maha-Zenda type waveguide can easily be manufactured using a known Mahahunda type waveguide and a drive signal system.
  • the two branched waveguides that make up the Mahahunda waveguide are also called arms.
  • a Mahahonda waveguide has a substantially hexagonal waveguide (which constitutes two arms), and two phase modulators in parallel. The phase modulator is located along the waveguide. This can be achieved with one electrode.
  • the oscillation cycle of the frequency component generated in each arm with respect to the applied voltage also differs.
  • the drive voltage so that the vibration phase difference with respect to this drive voltage is 90 degrees between both arms
  • the combined vector intensity of each frequency component of the generated comb is set to a constant value, so that it is combined.
  • the frequency dependence of the light intensity in the optical spectrum can be reduced, resulting in a flat optical frequency comb.
  • the optical frequency comb generator can also be called an ultra-high precision multi-frequency optical pulse generator. That is, the present invention also provides a multi-frequency optical pulse generator appropriately including the above-described configuration of the optical frequency comb generator.
  • Examples of the light source used in the optical frequency comb generator of the present invention include a light source capable of outputting continuous light (CW), and a distributed feedback semiconductor laser (DFB laser).
  • a constant output power type DFB laser is preferred because of its high single wavelength selectivity.
  • the optical band may be not only the C-band but also the L-band on the long wave side or the S-band on the short wave side. Light intensity ranges from lmW to 50mW.
  • the Mahahonda waveguide and electrodes are provided on a substrate.
  • the substrate and each waveguide are not particularly limited as long as they can propagate light.
  • a Ti-diffusion lithium niobate waveguide may be formed on an LN substrate, or a silicon dioxide (SiO 2) waveguide may be formed on a silicon (Si) substrate.
  • SiO 2 silicon dioxide
  • An optical semiconductor waveguide in which an s waveguide is formed may be used. Lithium niobate cut as X-cut and Z-axis propagation as substrate
  • LiNbO: LN is preferred. This is a low-power drive because it can use a large electro-optic effect
  • X-cut surface of this board (Y An optical waveguide is formed on the surface of the (Z plane), and the guided light propagates along the Z axis (optical axis).
  • a lithium niobate substrate other than the X cut may be used.
  • the substrate is a triaxial or hexagonal uniaxial crystal having an electro-optic effect, or the point group of the crystal is C,
  • Materials that are C, D, C, and D can be used. These materials are applied by applying an electric field.
  • the refractive index has a function of adjusting the refractive index so that the change in refractive index has a different sign depending on the mode of propagating light.
  • Specific examples include lithium tantalate in addition to lithium niobate.
  • LiTO LiTO: LT
  • ⁇ -BaB 2 O abbreviation BBO
  • LilO LilO
  • the optical frequency comb generator of the present invention includes a first drive signal (9) for driving the first waveguide and a second drive signal (10) for driving the second waveguide. It has a drive signal system (11) for obtaining.
  • the drive signal system (11) includes an electrical signal system including an electrical signal source, and a modulation electrode to which the first drive signal and the second drive signal are applied. This modulation electrode may be provided separately on the two arms, or two types of drive signals may be applied to one electrode.
  • a traveling-wave electrode or a resonant electrode can be used as the modulation electrode, and when the generated optical frequency interval is set to a specific value, the resonant electrode can be used, but the optical frequency interval can be designed freely.
  • a traveling wave electrode As a modulation signal applied to the two arms, for example, a periodic signal having a constant repetition frequency is mentioned, and specifically, a sine wave signal is given. Assuming that the frequency of a periodic signal such as a sine wave signal is ⁇ , when a modulation signal of frequency ⁇ is applied, an optical frequency comb with an interval of the optical frequency comb generator force frequency ⁇ of the present invention is generated. However, if the interval of the spectrum composing the optical frequency comb output from the optical frequency comb generator of the present invention does not have to be constant, the repetition frequency may not be constant as the drive signal. In addition, a signal whose drive signal frequency changes may be used.
  • the modulation electrode is preferably connected to a high-frequency electric signal source.
  • the high-frequency electric signal source is a device for generating a signal transmitted to the modulation electrode, and a known high-frequency electric signal source can be used.
  • the frequency (f) of the high-frequency signal input to the modulation electrode is, for example, 1 GHz to 100 GHz.
  • the output of a high-frequency electrical signal source is a sine wave with a constant frequency.
  • a phase modulator is connected to the output of this high-frequency electric signal source. Preferably, it is provided so that the phase of the output signal can be controlled.
  • the electrical signal output from the high-frequency electrical signal source is branched, and one of the branched electrical signals is applied to the modulation electrode after the phase is adjusted by a modulator (delayor) or the like. Can be raised.
  • the modulation electrode is made of, for example, gold or platinum.
  • the width of the modulation electrode is 1
  • Examples include ⁇ m to 10 ⁇ m, specifically 5 ⁇ m.
  • the length of the modulation electrode is 0.1 to 0.9 times (f) of the modulation signal wavelength, 0.18 to 0.22 times, or 0.67 to 0 times.
  • a resonant optical electrode is an electrode that performs modulation using resonance of a modulation signal.
  • Known electrodes can be used as the resonance type electrodes, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-268025, “Tetsuya Kawanishi, Satoshi Oikawa, Masayuki Izutsu, Sakai Plane Structure Resonance Type Optical Modulator”, IEICE Tech.
  • a traveling wave type electrode is an electrode (modulator) that modulates light while guiding a light wave and an electric signal in the same direction (for example, Nishihara). Hiroshi, Masami Haruna, Toshiaki Sugawara, “Optical Integrated Circuits” (Revised Supplement) Ohmsha, pp. 119-120).
  • the traveling wave type electrode a known one can be adopted, for example, JP-A-11 295674, JP-A-11 295674, JP-A 2002-169133, JP-A 2002-40381, JP-A 2000-267056. It is possible to use those disclosed in the public notice, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-471159, Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-133159, and the like.
  • the traveling wave type electrode preferably employs a so-called symmetrical ground electrode arrangement (having at least a pair of ground electrodes on both sides of the traveling wave type signal electrode). .
  • the optical frequency comb generator of the present invention includes a first bias signal (12) applied to the first waveguide and a second bias signal (13) applied to the second waveguide. It has a bias signal system for obtaining.
  • the bias signal system is a signal system for controlling the bias voltage applied to the two arms.
  • the bias signal system includes a bias power supply system and a bias adjustment electrode.
  • the noise adjustment electrode is an electrode that is connected to the noise power supply system and controls the phase of the light propagating through the two arms by controlling the bias voltage between the two arms.
  • a DC or low-frequency signal is applied to the noise adjustment electrode.
  • “low frequency” in a low-frequency signal means, for example, a frequency of 0 Hz to 500 MHz.
  • a phase modulator for adjusting the phase of the electric signal is provided at the output of the signal source of the low frequency signal so that the phase of the output signal can be controlled.
  • the modulation electrode and the bias adjustment electrode may be configured separately, or one electrode may serve as both.
  • the modulation electrode may be connected to a feed circuit (bias circuit) that supplies a mixture of DC and RF signals.
  • the signal source of each electrode is electrically (or by an optical signal). It is preferable that a connected control unit is provided. Such a control unit functions to adjust the modulation time of the signal applied to the modulation electrode and the bias adjustment electrode. In other words, the light propagation time is adjusted so that modulation by each electrode is performed on a specific signal. This adjustment time should be an appropriate value depending on the distance between the electrodes.
  • the optical frequency comb generator of the present invention is powered by a substrate, a waveguide provided on the substrate, an electrode, a signal source, and the like.
  • a known forming method such as an internal diffusion method such as a titanium diffusion method or a proton exchange method can be used. That is, the optical frequency comb generator of the present invention can be manufactured, for example, as follows. First, titanium is patterned on the lithium niobate wafer by a photolithography method, and the titanium is diffused by a thermal diffusion method to form an optical waveguide.
  • the condition at this time is that the thickness of titanium is 100
  • the diffusion temperature should be ⁇ 2000 angstroms, the diffusion temperature should be 500 to 2000 ° C, and the diffusion time should be 10 to 40 hours.
  • An insulating buffer layer (thickness 0.5-2 / ⁇ ⁇ ) of silicon dioxide and silicon dioxide is formed on the main surface of the substrate. Next, an electrode with a metal plating force of 15 to 30 m in thickness is formed on these. The wafer is then cut. In this way, an optical modulator having a titanium diffusion waveguide is formed.
  • the optical frequency comb generator can also be manufactured as follows, for example.
  • a waveguide is formed on a substrate.
  • the waveguide can be provided on the surface of the lithium niobate substrate by applying the proton exchange method or titanium thermal diffusion method.
  • Ti metal stripes on the order of several micrometers are formed on the LN substrate in a row on the LN substrate by photolithography.
  • the LN substrate is exposed to a high temperature around 1000 ° C to diffuse Ti metal inside the substrate. In this way, a waveguide can be formed on the LN substrate.
  • the electrode can be manufactured in the same manner as described above.
  • the gap between the electrodes is set to about 1 to 50 micrometers on both sides of a large number of waveguides formed with the same width by photolithography as in the formation of optical waveguides. It is possible to form a cocoon so that it does.
  • a silicon substrate When a silicon substrate is used, it can be manufactured as follows, for example. Silicon
  • a layer is then deposited, followed by diacid silicate with the addition of germanium dioxide (GeO) as a dopant.
  • germanium dioxide GeO
  • a core layer mainly composed of recon (SiO 2) is deposited. After that, it is made into transparent glass in an electric furnace.
  • the optical waveguide part is fabricated by etching, and again silicon dioxide (SiO 2) as the main component.
  • thermo-optic intensity modulator and a thin film heater type thermo-optic phase modulator are formed on the upper cladding layer.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the concept that an optical frequency comb is generated by the optical frequency comb generator of the present invention.
  • RF-a and RF-b are the RF signals that drive each arm of the Maha-Zenda modulator.
  • RF-a and RF-b adjust the amplitude. Let A (this corresponds to A) and A (this corresponds to A), respectively, and the modulation frequency a 1 b 2
  • Equation (2) J (is the k-th order out k
  • the Mahahonda modulator should be driven to satisfy Eq. (5). [0064] [Maximization of conversion efficiency]
  • Equation (7) means that the Mahahunda modulator is biased at 2 / ⁇ point and the maximum phase difference of the phase shift induced by the drive sine wave signals RF-a and RF-b is ⁇ .
  • the basic operation of the optical frequency comb generator of the present invention is as shown in Fig.2. That is, the drive signals RF-a and RF-b are applied to the two arms of the Maha-Zenda modulator, and the bias signals ⁇ 0 and ⁇ 0 whose phases are inverted are applied, respectively. Assuming the center wavelength of the input optical signal, the output optical frequency comb signal is calculated from ⁇ to the frequency of the drive signal.
  • An optical pulse generator that works on the third aspect of the present invention is an optical pulse generator appropriately using the optical frequency comb generator and the optical frequency comb generation method described above. More specifically, this optical pulse generator basically includes an optical input unit (2), a branching unit (3) for splitting the light input to the input unit, and the branching unit ( The first waveguide (4) through which the light branched from (3) propagates, the second waveguide (5) through which light different from the above branched from the branch (3) propagates, and the first waveguide (6) for combining the optical signals output from the second waveguide and the second waveguide, and an optical signal output unit for outputting the optical signal combined by the combining unit ( A waveguide portion (8) including: a first drive signal (9) for driving the first waveguide and a second drive signal (10) for driving the second waveguide.
  • An optical frequency comb comprising: a drive signal system (11) for obtaining; and a bias signal system (14) for obtaining a bias signal (12, 13) to be
  • the drive signal system (11) and the bias signal system (14) are connected to the first drive signal (9), the second drive signal (10) and the bias signal (12, 13) according to the following formula (I)
  • An optical frequency comb signal is generated by a frequency comb generation method that drives to satisfy
  • the optical pulse generator further includes a phase control means for controlling the phase of each frequency component of the optical frequency comb signal to generate an optical pulse signal.
  • a phase control means for controlling the phase of each frequency component of the optical frequency comb signal for example, the phase of the modulation signal applied to both arms may be adjusted as appropriate. That is, as a phase control means for controlling the phase of each frequency component of the optical frequency comb signal, a control device for appropriately controlling a signal output from a power source in the drive signal system can be cited.
  • the optical frequency comb generator can be said to be an ultra-high precision multi-frequency optical pulse generator.
  • a method of generating an optical pulse using an optical comb generator is known, but the optical pulse generator described above uses the optical comb generator of the present invention, so that it is as described above. Effect You can enjoy it.
  • the optical noise generating device of the present invention can appropriately employ each component and each step of the above-described optical frequency comb generating device and optical frequency comb generating method.
  • Another preferable aspect of the optical pulse generator according to the third aspect of the present invention is not only to control the phase of each frequency component of the optical frequency comb signal but also to control the optical frequency comb signal. It also controls the intensity of each frequency component.
  • the optical pulse generator basically includes an optical input unit (2), a branching unit (3) for splitting light input to the input unit, and the branching unit.
  • the drive signal system (11) and the bias signal system (14) are connected to the first drive signal (9), the second drive signal (10) and the bias signal (12, 13) according to the following formula (I)
  • An optical frequency comb signal is generated by a frequency comb generation method that drives to satisfy
  • the optical pulse generator generates an optical pulse signal by providing phase and intensity control means for controlling the phase and intensity of each frequency component of the optical frequency comb signal.
  • phase and intensity control means for controlling the phase and intensity of each frequency component of the optical frequency comb signal.
  • the intensity of the modulation signal applied to both arms may be appropriately adjusted.
  • a control apparatus for appropriately controlling a signal output from the power source in the drive signal system can be used.
  • the optical pulse generator of the present invention can appropriately employ the components and steps of the above-described optical frequency comb generator and optical frequency comb generator.
  • Fig. 3 is a schematic configuration diagram showing an experimental system for demonstrating the ultra-flat optical frequency comb generator of the present invention.
  • reference numeral 15 indicates a light source
  • reference numeral 16 indicates a polarization plane adjuster
  • reference numerals 17 and 18 indicate amplifiers
  • reference numeral 19 indicates a spectrum analyzer.
  • the ultra-flat optical frequency comb generator is equipped with a DFB laser for generating CW light and an optical frequency comb generation mechanism using a Maha-Zenda modulator.
  • the optical frequency comb generation mechanism using the Maha-Zenda modulator is a LiNbO Maha for modulating the signal from the CW light source.
  • the ultra-flat optical frequency comb generator is connected to an optical spectrum equalizer for evaluating the output light vector.
  • the Maha-Zehnder modulator was driven by controlling the light source and power supply system so that the maximum efficiency flattening condition was achieved.
  • the center wavelength and light intensity of continuous light from the DFB laser were set to 1550 and 5.8 dBm, respectively.
  • the light generated by the laser was polarization-controlled through the polarization controller so that the modulation efficiency was maximized, and then introduced into the Mahahunda modulator.
  • a Z-cut type dual drive (dud-drive) modulator having modulation electrodes on both arms was used as the Maha-Zendah modulator.
  • the half-wave voltage of the Maha-Zehnder modulator was set to 5.4V, and a DC-bias was set at ⁇ / 4.
  • a sine wave signal that drives the modulator is generated by a synthesizer, and the repetition frequency is 10.0.
  • the synthesizer output sine wave signal was divided into two by an RF demultiplexer. After that, sufficient amplitude was given by each PF amplifier, and then input to each modulation electrode. Input to each electrode The strength of RF-a and RF-b
  • the drive signal phase difference of both arms was finely adjusted using a variable delay line provided in the feeder line to each modulation electrode.
  • the output light spectrum from the optical comb generator was evaluated using an optical spectrum equalizer.
  • Figure 4 shows the optical spectrum of the optical frequency comb generated as a result.
  • FIG. 4 is a graph instead of a drawing showing the optical spectrum of the optical frequency comb generated in the first embodiment.
  • each component forming the frequency comb greatly depends on the modulation order (optical wavelength) when driven by RF-a or RF-b.
  • the output spectrum in Fig. 4 (c) shows that the optical comb is flatter than the output spectra in Figs. 4 (a) and 4 (b).
  • the optical frequency comb generated when the maximum efficiency flattening condition is satisfied has a frequency interval of 10%.
  • the 10-dB spectral bandwidth was 120 GHz, and the conversion efficiency from CW light to each frequency comb component was about 18 dB. Considering the insertion loss of the modulator, it can be said that an ideal value could be obtained by satisfying the maximum efficiency flattening condition.
  • a multi-wavelength light source in an optical wavelength division multiplex transmission system a short pulse light source for ultra-high-speed optical transmission 'optical measurement, etc. can be expected. It can also be used as an optical frequency reference for absolute frequency measurement, remote supply of local signals in the microwave / millimeter wave frequency band, and control signals for array antennas used in astronomical observation systems such as radio telescopes.

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Abstract

　単一の変調器を用いて平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを発生する光周波数コム発生装置を提供する。駆動信号系(11)及びバイアス信号系(14)が，第１の駆動信号(9)，第２の駆動信号(10)及びバイアス信号(12,13)を，下記式(I)を満たすように駆動する光周波数コム発生装置。ΔＡ＋Δθ＝π／２　　(I)  （ここで，ΔＡ及びΔθは，それぞれΔＡ≡（Ａ１－Ａ２）／２，及びΔθ≡（θ１－θ２）／２と定義され，Ａ１及びＡ２はそれぞれ前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号の電極への入力時における前記第１の駆動信号及び前記第２の駆動信号の振幅を示し，θ１及びθ２はそれぞれ第1の導波路及び第2の導波路に印加されるバイアス電圧の位相を示す）

Description

明 細 書
超平坦光周波数コム信号発生器
技術分野
[0001] 本発明は，マハツヱンダ型光変調器を用い，平坦性の高い光周波数コム信号を発 生する超平坦光周波数コム信号発生器に関する。より詳しく説明すると，本発明は， 単一のマハツ ンダ型光変調器の両アームに異なる振幅の正弦波信号で大振幅駆 動させ，また，駆動電圧の調整により生成されるコムの各周波数成分の合成ベクトル 強度を一定値とすることで，簡潔かつ安定に光周波数コムを発生し，光周波数間隔 が等しく，かつ平坦な光スペクトル特性を持った，光周波数コム信号を発生する光周 波数コム発生器に関する。
背景技術
[0002] 近年，等間隔の周波数差を有する複数の光周波数成分を同時に生成する機能を 持った光周波数コム発生技術に大きな期待が集まって 、る。このような光周波数コム を発生できる光周波数コム発生装置は，光波長多重分割多重システムにおける波長 多重光源や，超高速光伝送及び光計測のための短パルス光源として応用されうる。 また，光周波数コム発生装置は，絶対周波数測定のための光周波数基準や，マイク 口波，ミリ波周波数帯の局発信号の遠隔供給に応用することが検討されている (W. D . Jemison et al.， MWP' 01, pp.169- 172,2001)。また，光周波数コム発生装置は,無 線望遠鏡などの天文観測システムで用いられるアレイアンテナの制御信号として用 いることち検討されている
M. Payne and W. P. Shillue, MWP' 02, pp.9- 12, 2002) 0
[0003] 光周波数コムの発生方法として，半導体や光ファイバを用いたモード同期レーザを 用いるものの他， LiNbO変調器などの光変調技術を用いたものが検討されてきた（
3
例えば，下記非特許文献 1〜3)。
[0004] 光周波数コムは，平坦なスペクトル特性を持つこと，すなわち各周波数成分が等し い光強度を持つことが理想的である。 LiNbO
3変調器を用いて光周波数コムを生成す る場合にぉ 、ても，平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ることは重要な 課題である。しかし，大きな振幅を有する駆動信号を用いて LiNbO変調器を駆動す
3
ると，電気光学効果により位相変調光を得ることができる。その結果，光周波数コムを 得ることができるものの，発生する光信号のうち高次変調成分の光強度は各次数に 応じたベッセル関数に従うこととなる。そして，ベッセル関数は，次数により位相が異 なった準周期的関数である。そのため，位相変調光の各周波数成分の光強度は駆 動信号の振幅に大きく依存し平坦なスペクトル特性を得ることができな 、と 、う問題 がある。
[0005] これに対し，光位相変調器と光強度変調器とを併用し，平坦なスペクトル特性を有 する光周波数コム信号を発生する方法が提案されている。この方法では，光位相変 調器と光強度変調器とを同じ周波数の同期信号で駆動し，初段の光位相変調器を 大振動駆動することにより，高次変調成分を発生させた後に，直結された後段の変 調器により強度変調が施される。位相変調光の各周波数成分力 生成される側波帯 成分は，隣接次数の周波数成分と干渉し，光スペクトルの凹凸が緩和される。また， 時間軸上では，光強度を制御することにより，位相変調光の非線形チヤープ部のみ が選択的に生成される。
[0006] しかし，以上の従来の手法では，スペクトル平坦性の高い光周波数コムを取得でき るが，二つの光変調器を直結した同期駆動が不可欠であった。したがって，光周波 数コム発生装置の構成が複雑になるという問題がある。
非特許文献 1 : M. Sugiyama et al., OFC ' 02, FB6, 2002.
非特許文献 2 : T. Sakamoto et al., MWP' 04, MC16, 2004.
非特許文献 3 : T. Kawanishi et al" IEICE Electron Express, Vol. 1, pp.217- 221,200 4
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明は，単一の光変調器 (好ましくは位相変調器などを用いず，光変調器は単 一のマハツ ンダ型光変調器のみ）を用い，光周波数間隔が等しく，かつ平坦な光ス ベクトル特性を持った，光周波数コム信号を発生すること，及びそのような光周波数 コム信号を得ることができる光周波数コム発生器を提供することを目的とする。 [0008] 本発明は，上記のような光周波数コム発生器を用いた光パルス発生器を提供する ことを上記とは別の目的とする。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は，基本的には,諸条件を調整して駆動した 2つの位相変調器カゝら構成され る単一のマハツエンダ変調器を用い，それら 2つの位相変調器力 の出力光を合波 することで，平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ることができると 、う知 見に基づくものである。光位相変調器は，本来，入力信号の位相を変調するための ものであるから，入力光信号の位相が所定量変調された信号のみが出力されること が期待される。しかしながら，光位相変調器では，所定量変調された信号以外に，複 数の周波数の光スペクトルがノイズとして発生する。そして，複数の周波数成分の強 度は，ベッセル関数に従う。よって， 2つの光位相変調器から出力される光信号を合 波し，ノイズとして出力される各周波数成分を効果的に利用し，各周波数成分の光強 度を適切に補うことで，単一の光変調器を用いても平坦なスペクトル特性を有する光 周波数コムを得ることができるのである。
[0010] 具体的には，本発明の第 1の側面にかかる光周波数コム発生装置は，光の入力部 ( 2)と，前記入力部に入力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3)から分岐した 光が伝播する第 1の導波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは別の光が伝播 する第 2の導波路 (5)と，前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出力される光信号 が合波される合波部 (6)と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の 出力部 (7)とを含む導波路部分 (8)と;前記第 1の導波路を駆動する第 1の駆動信号 (9) と前記第 2の導波路を駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動信号系 (11)と； 前記第 1の導波路及び前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12,13)を得るため のバイアス信号系 (14)を具備し，前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)は，前 記第 1の駆動信号 (9),前記第 2の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，下記式 ( I)を満たすように駆動する光周波数コム発生装置などに関する。
ΔΑ+ Δ θ = π /2 (I)
(ここで， ΔΑ及び Δ Θは，それぞれ ΔΑ≡ (A -A ) /2,及び Δ θ≡( θ — θ )
1 2 1 2
Ζ2と定義され， Α及び Aはそれぞれ前記第 1の駆動信号及び前記第 2の駆動信 号の電極への入力時における前記第 1の駆動信号及び前記第 2の駆動信号に誘導 される光位相シフト振幅を示し， Θ 及び 0 はそれぞれ第 1の導波路及び第 2の導波
1 2
路内で光路長差及びバイアス信号により誘導される光位相シフト量を示す)。なお， 本明細書において，前記第 1の駆動信号により誘導される光位相シフト振幅 (A )を 単に，前記第 1の駆動信号の振幅ともよび，前記第 2の駆動信号により誘導される光 位相シフト振幅 (A )を単に，前記第 2の駆動信号の振幅ともよぶ。また， "駆動信号
2
の振幅"とは，文脈に応じて，駆動信号により誘導される光位相シフト振幅を意味する
[0011] 後述するように，上記式 (I)を満たすように駆動することにより，合波される 2つの位 相変調器 (導波路と駆動信号を印加する電極とにより位相変調器を構成する。 )から の光信号が互いに補 、合って平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ること 力でさることとなる。
[0012] 本発明の第 1の側面にかかる光周波数コム発生装置の好ましい態様は，前記駆動 信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)は，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2の駆動信 号 (10)及びバイアス信号 (12, 13)が，前記式 (I)の替わりに，下記式 (II)を満たすように駆 動する上記に記載の光周波数コム発生装置である。
ΔΑ= Δ θ = π /4 (II)
(ただし， ΔΑ及び Δ Θは，上記と同義である。 )
[0013] 式 (II)は，式 (I)を満たすから，式 (II)のように駆動すれば，平坦なスペクトル特性を有 する光周波数コムを得ることができる。また，後述するように，式 (II)を満たすように駆 動すれば，効率よく平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ることができる。
[0014] 本発明の第 1の側面にかかる光周波数コム発生装置の好ましい態様は，前記第 1 の駆動信号の振幅 (Α )と前記第 2の駆動信号の振幅 (Α )とが異なる上記いずれカゝ
1 2
に記載の光周波数コム発生装置である。
[0015] 一般に，デュアルドライブ型の光変調器では， 2つの駆動信号の振幅を同じとする。
しかし，本発明では，平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得られるように駆 動信号を設定するので， 2つの駆動信号が所定の条件を満たすように制御されるた め， 2つの駆動信号の振幅が異なる。 [0016] 本発明の第 1の側面にかかる光周波数コム発生装置の好ましい態様は，前記導波 路部分 (8)が，マハツ ンダ型導波路である上記 、ずれかに記載の光周波数コム発 生装置である。
[0017] マハツエンダ型導波路，及びマハツエンダ型導波路と駆動信号系とを含んだ光変 調器 (マハツエンダ変調器）は，公知である。したがって，マハツエンダ型導波路を具 備する光周波数コム発生装置であれば，公知のマハツ ンダ型導波路と駆動信号系 を用いて容易に光周波数コム発生装置を製造できる。なお，マハツ ンダ型導波路 を構成する分岐後の二つの導波路をそれぞれアームともよぶ。マハツヱンダ導波路 は，例えば，略六角形状の導波路 (これが 2つのアームを構成する）を具備し，並列 する 2つの位相変調器を具備するようにして構成される。位相変調器は，導波路に沿 つた電極により達成できる。
[0018] マハツ ンダ変調器は，両アームで誘導される光位相変移量が異なるため，各ァー ムで生成される周波数成分の印加電圧に対する振動周期も異なる。この駆動電圧に 対する振動位相差が両アーム間で 90度となるよう駆動電圧を調整することにより，生 成されるコムの各周波数成分の合成ベクトル強度を一定値とすることで，合波された 光スペクトルにおける光強度の周波数依存性を軽減することができ，その結果，平坦 な光周波数コムを得ることができる。
[0019] 本発明の第 2の側面にかかる光周波数コム発生方法は，光の入力部 (2)と，前記入 力部に入力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3)から分岐した光が伝播す る第 1の導波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは別の光が伝播する第 2の 導波路 (5)と，前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出力される光信号が合波さ れる合波部 (6)と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部 (7) とを含む導波路部分 (8)と;前記第 1の導波路を駆動する第 1の駆動信号 (9)と前記第 2の導波路を駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動信号系 (11)と;前記第 1 の導波路及び前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12,13)を得るためのバイァ ス信号系 (14)を具備する光周波数コム発生装置を用い;前記駆動信号系 (11)及びバ ィァス信号系 (14)は，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2の駆動信号 (10)及びバイアス 信号 (12,13)が，下記式 (I)を満たすように駆動する光周波数コム発生方法である。 Δ Α+ Δ θ = π /2 (I)
(ただし， Δ Α及び Δ θは，上記と同義である。 )
[0020] 本発明の第 2の側面にかかる光周波数コム発生方法の好ましい態様は，前記駆動 信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)を，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2の駆動信 号 (10)及びバイアス信号 (12, 13)が，前記式 (I)の替わりに，下記式 (II)を満たすように駆 動する上記に記載の光周波数コム発生方法である。
Δ Α= Δ θ = π /4 (II)
(ただし， Δ Α及び Δ Θは，上記と同義である。 )
[0021] 本発明の第 2の側面にかかる光周波数コム発生方法の好ましい態様は，前記第 1 の駆動信号の振幅 (Α )と前記第 2の駆動信号の振幅 (Α )とが異なる上記いずれカゝ
1 2
に記載の光周波数コム発生方法である。
[0022] 本発明の第 2の側面にかかる光周波数コム発生方法の好ましい態様は，前記導波 路部分 (8)が，マハツ ンダ型導波路である上記 、ずれかに記載の光周波数コム発 生方法である。
[0023] 本発明の第 3の側面にかかる光パルス発生装置は，上記した光周波数コム発生装 置及び光周波数コム発生方法を適宜用いた，光パルスの発生装置である。より具体 的に説明すると，この光パルス発生装置は，基本的には，光の入力部 (2)と，前記入 力部に入力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3)から分岐した光が伝播す る第 1の導波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは別の光が伝播する第 2の 導波路 (5)と，前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出力される光信号が合波さ れる合波部 (6)と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部 (7) とを含む導波路部分 (8)と;前記第 1の導波路を駆動する第 1の駆動信号 (9)と前記第 2の導波路を駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動信号系 (11)と;前記第 1 の導波路及び前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12,13)を得るためのバイァ ス信号系 (14)を具備する光周波数コム発生装置を用い；
前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)を，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2 の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，下記式 (I)を満たすように駆動する周波 数コム発生方法により光周波数コム信号を発生し， Δ Α+ Δ θ = π /2 (I)
(ただし， Δ Α及び Δ θは，上記と同義である。 )
さらに，前記光周波数コム信号の各周波数成分の位相を制御するための位相制御 手段を具備することにより，光パルス信号を発生する光パルス発生装置である。
[0024] 本発明の第 3の側面に力かる光パルス発生装置の好ましい別の態様は，前記光周 波数コム信号の各周波数成分の位相を制御するのみならず，前記光周波数コム信 号の各周波数成分の強度をも制御するものである。
[0025] すなわち，この態様に係る光パルス発生装置は，基本的には，光の入力部 (2)と，前 記入力部に入力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3)から分岐した光が伝 播する第 1の導波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは別の光が伝播する第 2の導波路 (5)と，前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出力される光信号が合 波される合波部 (6)と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力 部 (7)とを含む導波路部分 (8)と;前記第 1の導波路を駆動する第 1の駆動信号 (9)と前 記第 2の導波路を駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動信号系 (11)と;前記 第 1の導波路及び前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12,13)を得るためのバ ィァス信号系 (14)を具備する光周波数コム発生装置を用い；
前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)を，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2 の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，下記式 (I)を満たすように駆動する周波 数コム発生方法により光周波数コム信号を発生し，
Δ Α+ Δ θ = π /2 (I)
(ただし， Δ Α及び Δ Θは，上記と同義である。 )
さらに，前記光周波数コム信号の各周波数成分の位相及び強度を制御するための 位相及び強度制御手段を具備することにより，光パルス信号を発生する光パルス発 生装置である。
発明の効果
[0026] 本発明では，所定の条件において光変調器を駆動することにより，単一の光変調 器によって，平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを発生することができる。こ れにより，位相変調器及びマハツエンダ型光変調器を用いるものに比べ,構造が簡潔 になるほか,二つの変調器を同期して駆動する必要がなくなり，駆動系が簡潔になる ほか操作も容易になる。
[0027] 本発明は，上記のような光周波数コム発生器を用いた光パルス発生器を提供でき るので，上記した効果を有する光パルス発生器を提供できることとなる。
図面の簡単な説明
[0028] [図 1]図 1は，本発明の光周波数コム発生装置の概略図である。
[図 2]図 2は，本発明の光周波数コム発生装置の光周波数コムが発生する概念を説 明するための図である。
[図 3]図 3は，本発明の超平坦性光周波数コム発生器を実証するための実験システ ムを示す概略構成図である。
[図 4]図 4は，実施例 1において生成された光周波数コムの光スペクトルを示す図面に 替わるグラフである。図 4 (a)は， Δ 0 = π Ζ4の条件下， RF-aのみで駆動した場合 の出力スペクトルを示す。図 4 (b)は， Δ θ = π Ζ4の条件下， RF-bのみで駆動した 場合の出力スペクトルを示す。図 4 (c)は， ΔΑ= Δ 0 = π Ζ4の条件下， RF- a及び RF-bで駆動した場合の出力スペクトルを示す。
符号の説明
[0029] 1 光周波数コム発生装置； 2 入力部； 3 分岐部； 4 第 1の導波路； 5 第 2の 導波路； 6 合波部； 7 出力部； 8 導波路部分； 9 第 1の駆動信号； 10 2の 駆動信号； 11 駆動信号系； 12 バイアス信号； 13 バイアス信号； 14 バイァ ス信号系
発明を実施するための最良の形態
[0030] [光周波数コム発生装置]
以下，図面を用いて本発明の光周波数コム発生装置について説明する。図 1は， 本発明の光周波数コム発生装置の概略図である。図 1に示されるように，本発明の第 1の側面にかかる光周波数コム発生装置 (1)は，光の入力部 (2)と，前記入力部に入 力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3)から分岐した光が伝播する第 1の導 波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは別の光が伝播する第 2の導波路 (5)と ,前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出力される光信号が合波される合波部（ 6)と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部 (7)とを含む導波 路部分 (8)と;前記第 1の導波路を駆動する第 1の駆動信号 (9)と前記第 2の導波路を 駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動信号系 (11)と;前記第 1の導波路及び 前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12,13)を得るためのバイアス信号系 (14)と を具備する。
[0031] そして，前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)は，前記第 1の駆動信号 (9), 前記第 2の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，下記式 (I)を満たすように駆動 する。
ΔΑ+ Δ θ = π /2 (I)
(ここで， ΔΑ及び Δ Θは，それぞれ ΔΑ≡ (A -A ) /2,及び Δ θ≡( θ — θ )
1 2 1 2
Ζ2と定義され， Α及び Aはそれぞれ前記第 1の駆動信号及び前記第 2の駆動信
1 2
号の電極への入力時における前記第 1の駆動信号及び前記第 2の駆動信号に誘導 される光位相シフト振幅を示し， Θ 及び 0 はそれぞれ第 1の導波路及び第 2の導波
1 2
路内で光路長差及びバイアス信号により誘導される光位相シフト量を示す)。すなわ ち，この態様に係る本発明の光周波数コム発生器は，上記式 (I)のように前記第 1の 駆動信号 (9),前記第 2の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)を駆動する前記駆 動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)を具備するものである。そして，駆動の制御は ,信号系に含まれるか信号系に取り付けられたコンピュータなどの制御部で制御す ればよい。
[0032] 後述するように，上記式 (I)を満たすように駆動することにより，合波される 2つの位 相変調器 (導波路と駆動信号を印加する電極とにより位相変調器を構成する。 )から の光信号が互いに補 、合って平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ること 力でさることとなる。
[0033] 本発明の第 1の側面にかかる光周波数コム発生装置の好ましい態様は，前記式 (I) の替わりに，下記式 (II)を満たすように駆動する上記に記載の光周波数コム発生装置 である。
ΔΑ= Δ θ = π /4 (II)
(ただし， ΔΑ及び Δ Θは，上記と同義である。 ) οすなわち，この態様に係る本発明 の光周波数コム発生器は，上記式 (II)のように前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2の駆 動信号 (10)及びバイアス信号 (12, 13)を駆動する前記駆動信号系 (11)及びバイアス信 号系 (14)を具備するものである。
[0034] 式 (II)は式 (I)を満たすから，式 (II)のように駆動すれば，平坦なスペクトル特性を有す る光周波数コムを得ることができる。また，後述するように，式 (II)を満たすように駆動 すれば，効率よく平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ることができる。
[0035] 本発明の第 1の側面にかかる光周波数コム発生装置の好ましい態様は，前記第 1 の駆動信号の振幅 (A )と前記第 2の駆動信号の振幅 (A )とが異なる上記いずれカゝ
1 2
に記載の光周波数コム発生装置である。
[0036] 駆動信号の振幅が大きい場合に，下記のとおり式 (I)の条件において平坦な光周波 数コムスペクトルを得ることができるので，駆動信号の振幅として， π以上があげられ
, 2 πもしくは 3 π以上であればより好ましい。一方，本発明では， 2つの駆動信号の 振幅が異なることが好ましいので，振幅差の値として， 0〜πがあげられ， 0. 5 πもし くは 0〜0. 25 πであればより好まし！/ヽ。
[0037] 一般に，デュアルドライブ型の光変調器では， 2つの駆動信号の振幅を同じとする。
しかし，本発明では，平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得られるように駆 動信号を設定するので， 2つの駆動信号が所定の条件を満たすように制御されるた め， 2つの駆動信号の振幅が異なる。
[0038] 本発明の第 1の側面にかかる光周波数コム発生装置の好ましい態様は，前記導波 路部分 (8)が，マハツ ンダ型導波路である上記 、ずれかに記載の光周波数コム発 生装置である。
[0039] マハツエンダ型導波路，及びマハツエンダ型導波路と駆動信号系とを含んだ光変 調器 (マハツエンダ変調器）は，公知である。したがって，マハツエンダ型導波路を具 備する光周波数コム発生装置であれば，公知のマハツ ンダ型導波路と駆動信号系 を用いて容易に光周波数コム発生装置を製造できる。なお，マハツ ンダ型導波路 を構成する分岐後の二つの導波路をそれぞれアームともよぶ。マハツヱンダ導波路 は，例えば，略六角形状の導波路 (これが 2つのアームを構成する）を具備し，並列 する 2つの位相変調器を具備するようにして構成される。位相変調器は，導波路に沿 つた電極により達成できる。
[0040] マハツ ンダ変調器は，両アームで誘導される光位相変移量が異なるため，各ァー ムで生成される周波数成分の印加電圧に対する振動周期も異なる。この駆動電圧に 対する振動位相差が両アーム間で 90度となるよう駆動電圧を調整することにより，生 成されるコムの各周波数成分の合成ベクトル強度を一定値とすることで，合波された 光スペクトルにおける光強度の周波数依存性を軽減することができ，その結果，平坦 な光周波数コムを得ることができる。なお，光コムは，その帯域幅に応じた光パルス信 号を生成することができるので，光周波数コム発生装置は，超高精度な多周波数光 パルス発生器ということもできる。すなわち，本発明は，上記した光周波数コム発生装 置の構成を適宜具備する多周波数光パルス発生器をも提供する。
[0041] [各要素の説明]
以下，本発明の光周波数コム発生装置などの各構成について説明する。
[0042] 本発明の光周波数コム発生装置に用いられる光源として，連続光 (CW)を出力で きる光源があげられ，分布帰還型半導体レーザ (DFBレーザ)があげられる。定光出 力動作タイプの DFBレーザが，高い単一波長選択性を有するので好ましい。光の帯 域として， C-bandのみならず，その長波側の L-band又はその短波側の S-bandであ つてもよい。光強度として， lmW〜50mWがあげられる。
[0043] 本発明の光周波数コム発生装置に用いられる導波路として，光変調器に用いられ る公知の導波路を適宜用いることができる。本発明の光変調器の好ましい態様は，マ ハツヱンダ型光変調器であるから，以下マハツヱンダ型光変調器を中心に説明する 。通常，マハツヱンダ導波路や電極は基板上に設けられる。基板及び各導波路は， 光を伝播することができるものであれば，特に限定されない。例えば， LN基板上に， Ti拡散のニオブ酸リチウム導波路を形成しても良いし，シリコン (Si)基板上に二酸ィ匕 シリコン（SiO )導波路を形成しても良い。また， InPや GaAs基板上に InGaAsP, GaAlA
2
s導波路を形成した光半導体導波路を用いても良い。基板として， Xカット Z軸伝搬と なるように切り出されたニオブ酸リチウム
(LiNbO： LN)が好ましい。これは大きな電気光学効果を利用できるため低電力駆動
3
が可能であり，かつ優れた応答速度が得られるためである。この基板の Xカット面 (Y Z面)の表面に光導波路が形成され，導波光は Z軸 (光学軸）に沿って伝搬することと なる。 Xカット以外のニオブ酸リチウム基板を用いても良い。また，基板として，電気光 学効果を有する三方晶系，六方晶系といった一軸性結晶，又は結晶の点群が C ,
3V
C， D， C ， D である材料を用いることができる。これらの材料は，電界の印加によ
3 3 3h 3h
つて屈折率変化が伝搬光のモードによって異符号となるような屈折率調整機能を有 する。具体例としては，ニオブ酸リチウムの他に，タンタル酸リチウム
(LiTO： LT) , β— BaB O (略称 BBO) , LilO等を用いることができる。
3 2 4 3
[0044] 本発明の光周波数コム発生装置は，前記第 1の導波路を駆動する第 1の駆動信号 (9)と前記第 2の導波路を駆動する第 2の駆動信号 (10)とを得るための駆動信号系 (11 )を有する。そして，駆動信号系 (11)は，電気信号源を含む電気信号系と，前記第 1の 駆動信号及び前記第 2の駆動信号が印加される変調電極を有する。この変調電極 は， 2つのアームに別々に設られてもよいし，ひとつの電極に 2種類の駆動信号が印 加されるものであってもよい。変調電極として，進行波型電極または共振型電極があ げられ，生成する光周波数間隔を特定の値にする場合には共振型電極の使用が可 能であるが，光周波数間隔を自由に設計するためには，変調電極として進行波型電 極を使用することが好ましい。 2つのアームに印加される変調信号として，例えば繰 返し周波数が一定の周期信号があげられ，具体的には正弦波信号があげられる。正 弦波信号などの周期信号の周波数を ωとすると，周波数 ωの変調信号を印加した場 合，本発明の光周波数コム発生装置力 周波数 ωの間隔を持った光周波数コムが 生成される。ただし，本発明の光周波数コム発生装置から出力される光周波数コムを 構成するスペクトルの間隔が一定でなくてもよ ヽ場合は，駆動信号として繰返し周波 数が一定ではなくてもよく，例えば時間とともに駆動信号の周波数が変化する信号を 用いてもよい。
[0045] 変調電極は，好ましくは高周波電気信号源と接続される。高周波電気信号源は， 変調電極へ伝達される信号を発生するためのデバイスであり，公知の高周波電気信 号源を採用できる。変調電極に入力される高周波信号の周波数 (f )として，例えば 1 GHz〜100GHzがあげられる。高周波電気信号源の出力としては，一定の周波数を 有する正弦波があげられる。なお，この高周波電気信号源の出力には位相変調器が 設けられ，出力信号の位相を制御できるようにされていることが好ましい。なお，高周 波電気信号源カゝら出力された電気信号は，分岐され，分岐された一方の電気信号は 変調器 (遅延器)などで位相などが調整されて変調電極へ印加されるものがあげられ る。
[0046] 変調電極は，たとえば金， 白金などによって構成される。変調電極の幅としては， 1
μ m〜10 μ mがあげられ，具体的には 5 μ mがあげられる。変調電極の長さとしては ,変調信号の波長の (f )の 0.1倍〜 0.9倍があげられ， 0.18〜0.22倍，又は 0.67倍〜 0.
m
70倍があげられ，より好ましくは，変調信号の共振点より 20〜25%短いものがあげられ る。このような長さとすることで，スタブ電極との合成インピーダンスが適度な領域に留 まるからである。より具体的な変調電極の長さとしては， 3250 mがあげられる。以下 では，共振型電極と，進行波型電極について説明する。
[0047] 共振型光電極 (共振型光変調器)は，変調信号の共振を用いて変調を行う電極で ある。共振型電極としては公知のものを採用でき，例えば特開 2002-268025号公報， 「川西哲也，及川哲，井筒雅之，〃平面構造共振型光変調器"，信学技報， TECHNI CAL
REPORT OF IEICE, IQE2001-3(2001-05)」に記載のものを採用できる。
[0048] 進行波型電極 (進行波型光変調器)は，光波と電気信号を同方向に導波させ導波 している間に光を変調する電極 (変調器)である（例えば，西原浩，春名正光，栖原 敏明著， 「光集積回路」（改訂増補版)オーム社， 119頁〜 120頁)。進行波型電極は 公知のものを採用でき，例えば，特開平 11 295674号公報，特開平 11 295674号 公報，特開 2002— 169133号公報，特開 2002-40381号公報，特開 2000-267056号公 報，特開 2000-471159号公報，特開平 10- 133159号公報などに開示されたものを用 いることがでさる。
[0049] 進行波型電極として，好ましくは，いわゆる対称型の接地電極配置 (進行波型の信 号電極の両側に，少なくとも一対の接地電極が設けられているもの）を採用するもの があげられる。このように，信号電極を挟んで接地電極を対称に配置することによつ て，信号電極から出力される高周波は，信号電極の左右に配置された接地電極に印 加されやすくなるので，高周波の基板側への放射を，抑圧できる。 [0050] 本発明の光周波数コム発生装置は，前記第 1の導波路に印加する第 1のバイアス 信号 (12)と前記第 2の導波路に印加する第 2のバイアス信号 (13)とを得るためのバイ ァス信号系を具備する。バイアス信号系は， 2つのアームに印加されるバイアス電圧 を制御するための信号系である。バイアス信号系は，具体的には，バイアス電源系と バイアス調整電極を含む。ノ ィァス調整電極は，ノ ィァス電源系に接続され 2つのァ ーム間のバイアス電圧を制御することにより， 2つのアームを伝播する光の位相を制 御するための電極である。ノ ィァス調整電極へは，好ましくは通常直流または低周波 信号が印加される。ここで低周波信号における「低周波」とは，例えば， 0Hz〜500M Hzの周波数を意味する。なお，この低周波信号の信号源の出力には電気信号の位 相を調整する位相変調器が設けられ，出力信号の位相を制御できるようにされてい ることが好ましい。
[0051] 変調電極とバイアス調整電極とは，別々に構成されてもよいし，ひとつの電極がそ れらを兼ねたものでもよい。すなわち，変調電極は， DC信号と RF信号とを混合して 供給する給電回路 (バイアス回路）と連結されて ヽてもよ ヽ。
[0052] なお，本発明の光周波数コム発生装置においては，各電極に印加される信号のタ イミングゃ位相を適切に制御するため，各電極の信号源と電気的に (又は光信号に より）接続された制御部が設けられることが好ましい。そのような制御部は，変調電極 及びバイアス調整電極に印加される信号の変調時間を調整するように機能する。す なわち，各電極による変調が，ある特定の信号に対して行われるように，光の伝播時 間を考慮して調整する。この調整時間は，各電極間の距離などによって適切な値と すればよい。
[0053] [光周波数コム発生装置の製造方法]
本発明の光周波数コム発生装置は，基板，基板上に設けられた導波路，電極，信 号源，など力 なる。そして，導波路の形成方法としては，チタン拡散法等の内拡散 法やプロトン交換法など公知の形成方法を利用できる。すなわち，本発明の光周波 数コム発生装置は，例えば以下のようにして製造できる。まず，ニオブ酸リチウムのゥ ェハー上に，フォトリソグラフィ一法によって，チタンをパターユングし，熱拡散法によ つてチタンを拡散させ，光導波路を形成する。この際の条件は，チタンの厚さを 100 〜2000オングストロームとし，拡散温度を 500〜2000°Cとし，拡散時間を 10〜40 時間とすればよい。基板の主面に，二酸ィ匕珪素の絶縁バッファ層（厚さ 0. 5〜2 /ζ πι )を形成する。次いで，これらの上に厚さ 15〜30 mの金属メツキ力もなる電極を形 成する。次いでウェハーを切断する。このようして，チタン拡散導波路が形成された 光変調器が形成される。
[0054] 光周波数コム発生装置は，また，たとえば以下のようにしても製造できる。まず基板 上に導波路を形成する。導波路は，ニオブ酸リチウム基板表面に，プロトン交換法や チタン熱拡散法を施すことにより設けることができる。例えば，フォトリソグラフィー技術 によって LN基板上に数マイクロメートル程度の Ti金属のストライプを， LN基板上に 列をなした状態で作製する。その後， LN基板を 1000°C近辺の高温にさらして Ti金 属を当該基板内部に拡散させる。このようにすれば， LN基板上に導波路を形成でき る。
[0055] また，電極は上記と同様にして製造できる。例えば，電極を形成するため，光導波 路の形成と同様にフォトリソグラフィー技術によって，同一幅で形成した多数の導波 路の両脇に対して電極間ギャップが 1マイクロメートル〜 50マイクロメートル程度にな るよう〖こ形成することがでさる。
[0056] なお，シリコン基板を用いる場合は，たとえば以下のようにして製造できる。シリコン
(Si)基板上に火炎堆積法によって二酸ィ匕シリコン (SiO )を主成分とする下部クラッド
2
層を堆積し，次に，二酸ィ匕ゲルマニウム (GeO )をドーパントとして添加した二酸ィ匕シ
2
リコン (SiO )を主成分とするコア層を堆積する。その後，電気炉で透明ガラス化する。
2
次に，エッチングして光導波路部分を作製し，再び二酸ィ匕シリコン (SiO )を主成分と
2
する上部クラッド層を堆積する。そして，薄膜ヒータ型熱光学強度変調器及び薄膜ヒ 一タ型熱光学位相変調器を上部クラッド層に形成する。
[0057] [スペクトル平坦化条件]
次に，図 1に示す光周波数コム発生装置により，光スペクトルが平坦化された光周 波数コムが得られることを示す。図 2は，本発明の光周波数コム発生装置の光周波数 コムが発生する概念を説明するための図である。マハツエンダ変調器の各アームを 駆動する RF信号をそれぞれ RF-aおよび RF-bとする。 RF-aおよび RF-bは，振幅をそ れぞれ A (これは Aに対応する。）及び A (これは Aに対応する）とし，変調周波数 a 1 b 2
を ωとすると，以下の式 (1)ように表すことができる。
RF— a=A smc t,
a
RF— b=Asin ot (1)
b
[0058] 一方，マハツエンダ変調器への入力光の振幅を E とすると，マハツエンダ変調器の in
出力光による電界 E は，式 (2)で表すことができる。ただし，式 (2)中， J ( は， k次の out k
ベッセル関数を表す。
[0059] [数 1]
Figure imgf000018_0001
[0060] 次に，変換効率 r? を， k次の周波数コム成分強度 Pの入力光強度 P に対する相 k k
対比として定義する。駆動振動が大振幅信号である時，すなわち，
Figure imgf000018_0002
十分に大きい時，変換効率 r? は，下式 (3)のように近似展開できる。
k
[0061] [数 2]
Pk
" ― p,
+ (3)
Figure imgf000018_0003
[0062] ただし， ZA (エーバー）， ΔΑ及び Δ Θはそれぞれ，次式 (4)で定義される。
/Α≡ (Α +Α )/2, ΔΑ≡ (A -Α )/2, Δ θ ≡ ( θ - θ )/2 (4)
1 2 1 2 1 2
[0063] ここで，平坦なスペクトル特性を得る条件は， η 力 に依存しない時，すなわち式 (3
k
)が変調次数 kに対して独立となる時である。よって，平坦なスペクトル特性を得る条件 は，式 (5)と導かれる。
ΔΑ+ Δ θ = π/2 (5)
従って，平坦なスペクトル特性を持った光周波数コムを得るためには，式 (5)を満た すようにマハツヱンダ変調器を駆動すればょ 、。 [0064] [変換効率の最大化]
次にこのスペクトル平坦ィヒ条件の下で変換効率 7? が最大化される条件を求める。
k
式 (5)を式 (3)に代入すると，変換効率 7? は，次式 (6)のように簡単な式で表すことがで k
きる。
[0065] [数 3]
1 — ίΛ'リ
Figure imgf000019_0001
[0066] 従って，式 (7)を満たすときに，変換効率 7? は最大化されることがわ力る。
k
Δ Α= Δ θ = π /4 (7)
そして，式 (7)を満たす時の最大変換効率 η は次式 (8)で表すことができる。
k, max
[0067] [数 4]
1
2νΛ.
[0068] 以上から，マハツヱンダ変調器により平坦光周波数コムを得るための平坦ィ匕条件式 は式 (5) ( Δ Α+ Δ θ = π /2)であるといえる。一方，平坦化条件式を満たしつつ光周 波数コムの生成化効率が最大となるのは，最大効率平坦化条件である式 (7) ( Δ Α= Δ 0 = π /4)を満たす場合である。なお，式 (7)は，マハツヱンダ変調器が 2/ π点に バイアスされ，駆動正弦波信号 RF- aおよび RF-bにより誘導される位相変移の最大位 相差が πであることを意味する。
[0069] [動作説明]
本発明の光周波数コム発生装置の基本動作は，図 2に示すとおりである。すなわち ,マハツエンダ変調器の二つのアームに駆動信号 RF-a及び RF-bを印加するとともに ,位相を反転させたバイアス信号 Δ 0及び Δ 0を，それぞれ印加する。入力光信 号の中心波長をえ とすると，出力される光周波数コム信号は， λ から駆動信号の周
0 0
波数に応じた周波数分 (すなわち波長分)だけずれた複数の周波数成分を有するも のとなる。 [0070] [光パルス発生装置]
次に，本発明の第 3の側面に力かる光パルス発生装置について説明する。本発明 の第 3の側面にかかる光パルス発生装置は，上記した光周波数コム発生装置及び光 周波数コム発生方法を適宜用いた，光パルスの発生装置である。より具体的に説明 すると，この光パルス発生装置は，基本的には，光の入力部 (2)と，前記入力部に入 力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3)から分岐した光が伝播する第 1の導 波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは別の光が伝播する第 2の導波路 (5)と ,前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出力される光信号が合波される合波部（ 6)と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部 (7)とを含む導波 路部分 (8)と;前記第 1の導波路を駆動する第 1の駆動信号 (9)と前記第 2の導波路を 駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動信号系 (11)と;前記第 1の導波路及び 前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12,13)を得るためのバイアス信号系 (14) を具備する光周波数コム発生装置を用い；
前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)を，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2 の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，下記式 (I)を満たすように駆動する周波 数コム発生方法により光周波数コム信号を発生し，
ΔΑ+ Δ θ = π /2 (I)
(ただし， ΔΑ及び Δ Θは，上記と同義である。 )
さらに，前記光周波数コム信号の各周波数成分の位相を制御するための位相制御 手段を具備することにより，光パルス信号を発生する光パルス発生装置である。前記 光周波数コム信号の各周波数成分の位相を制御するためには，例えば，両アームに 印加する変調信号の位相を適宜調整すればよい。すなわち，前記光周波数コム信 号の各周波数成分の位相を制御するための位相制御手段として，上記の駆動信号 系における電源から出力される信号を適宜制御する制御装置などがあげられる。
[0071] 光コムは，その帯域幅に応じた光パルス信号を生成することができるので，光周波 数コム発生装置は，超高精度な多周波数光パルス発生器ということもできる。すなわ ち，光コム発生器を用いて光パルスを発生する方法は，公知であるが，上記の光パ ルス発生装置は，本発明の光コム発生器を用いるので，先に説明したような効果を 享受できることとなる。なお，本発明の光ノ ルス発生装置は，上記した上記した光周 波数コム発生装置及び光周波数コム発生方法の各構成要素や各工程を適宜採用 できる。
[0072] 本発明の第 3の側面に力かる光パルス発生装置の好ましい別の態様は，前記光周 波数コム信号の各周波数成分の位相を制御するのみならず，前記光周波数コム信 号の各周波数成分の強度をも制御するものである。
[0073] すなわち，この態様に係る光パルス発生装置は，基本的には，光の入力部 (2)と，前 記入力部に入力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3)から分岐した光が伝 播する第 1の導波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは別の光が伝播する第 2の導波路 (5)と，前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出力される光信号が合 波される合波部 (6)と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力 部 (7)とを含む導波路部分 (8)と;前記第 1の導波路を駆動する第 1の駆動信号 (9)と前 記第 2の導波路を駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動信号系 (11)と;前記 第 1の導波路及び前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12,13)を得るためのバ ィァス信号系 (14)を具備する光周波数コム発生装置を用い；
前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)を，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2 の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，下記式 (I)を満たすように駆動する周波 数コム発生方法により光周波数コム信号を発生し，
ΔΑ+ Δ θ = π /2 (I)
(ただし， ΔΑ及び Δ Θは，上記と同義である。 )
さらに，前記光周波数コム信号の各周波数成分の位相及び強度を制御するための 位相及び強度制御手段を具備することにより，光パルス信号を発生する光パルス発 生装置である。前記光周波数コム信号の各周波数成分の強度を制御するためには， 例えば，両アームに印加する変調信号の強度を適宜調整すればよい。すなわち，前 記光周波数コム信号の各周波数成分の強度を制御するための強度制御手段として ,上記の駆動信号系における電源力 出力される信号を適宜制御する制御装置など があげられる。なお，本発明の光パルス発生装置は，上記した上記した光周波数コム 発生装置及び光周波数コム発生方法の各構成要素や各工程を適宜採用できる。 [0074] 光コム発生器を用いて光パルスを発生する方法は，公知であるが，上記の光パル ス発生装置は，本発明の光コム発生器を用いるので，先に説明したような効果を享 受できることとなる。
実施例 1
[0075] 図 3は，本発明の超平坦性光周波数コム発生器を実証するための実験システムを 示す概略構成図である。図 3中，図 1に対応するものには同一の符号を付してある。 図 3において，符号 15は光源を示し，符号 16は偏光面調整器を示し，符号 17及び 18 は増幅器を示し，符号 19はスペクトルアナライザを示す。図 3に示されるように，超平 坦性光周波数コム発生器は， CW光を発生するための DFBレーザと，マハツエンダ 変調器を用いた光周波数コム発生機構を具備する。そして，マハツエンダ変調器を 用いた光周波数コム発生機構は， CW光源からの信号を変調するための LiNbOマハ
3 ツ ンダ変調器と，前記 CW光源力もの信号を偏波するための偏波制御器 (PC), RF 信号源， RF信号源力ゝらの出力信号を分ける分波器， RF信号光源からの電気信号の 位相を制御するための位相シフタ，前記信号源からの RF信号を増幅するためのアン プ等の駆動回路を具備する。そして，超平坦性光周波数コム発生器は，出力光のス ベクトルを評価するための光スペクトルァライザと接続されている。なお，本実験では 前記最大効率平坦化条件となるように，光源，及び電源系を制御して，マハツエンダ 変調器を駆動した。
[0076] 本実施例では， DFBレーザによる連続光の中心波長及び光強度を，それぞれ 155 0應， 5.8dBmとした。レーザにより発生した光を，偏波制御器を介して，変調効率が 最大化されるよう偏波制御した後にマハツ ンダ変調器へ導入した。
[0077] マハツエンダ変調器には，両アーム双方に変調電極を有する Z-cut型のデュアルド ライブ (dud- drive)型変調器を用いた。マハツヱンダ変調器の半波長電圧を 5.4Vとし , π /4点に DC-バイアス設定した。また，変調器を駆動する正弦波信号を，シンセサ ィザにより生成し，繰り返し周波数を 10.0
GHzとした。
[0078] シンセサイザ出力の正弦波信号を， RF分波器により二分した。その後，それぞれ P F増幅器により十分な振幅を与えた後に，各変調電極へと入力した。各電極へ入力さ れる RF-aおよび RF-bの強度はそれぞれ， 25
dBm, 27 dBmであった。両アームの駆動信号位相差を，各変調電極へのフィーダ線 中に設けられた可変遅延線により微調整した。光コム発生器からの出力光スペクトル は，光スペクトルァライザを用いて評価した。
[0079] その結果，生成された光周波数コムの光スペクトルを図 4に示す。図 4は，実施例 1 において生成された光周波数コムの光スペクトルを示す図面に替わるグラフである。 図 4 (a)は， Δ θ = π Ζ4の条件下， RF-aのみで駆動した場合の出力スペクトルを示 す。図 4 (b)は， Δ θ = π Ζ4の条件下， RF-bのみで駆動した場合の出力スペクトル を示す。図 4 (c)は， ΔΑ= Δ 0 = π Ζ4の条件下， RF-a及び RF-bで駆動した場合 の出力スペクトルを示す。
[0080] 図 4(a)及び図 4(b)から， RF-a又は RF-bで駆動した場合，周波数コムを形成する各 成分が変調次数 (光波長）に大きく依存することがわかる。一方，図 4(c)の出カスペク トルは，図 4(a)及び図 4(b)の出力スペクトルに比べて光コムが平坦ィ匕して!/、ることがわ かる。図 4(c)に示されるように，最大効率平坦化条件を満たした場合に生成された光 周波数コムは，その周波数間隔が 10
GHzであり， 10-dBスペクトル帯域幅は， 120 GHzであり， CW光から各周波数コム成 分への変換効率は 18 dB程度であった。変調器の挿入損失を考慮すると，最大効率 平坦化条件を満たすことで，理想的な数値を得ることができたと ヽえる。
産業上の利用可能性
[0081] 光波長多重分割多重伝送システムにおける多波長光源，超高速光伝送'光計測の ための短パルス光源等への応用が期待できる。また，絶対周波数測定のための光周 波数基準，マイクロ波 ·ミリ波周波数帯の局発信号の遠隔供給，無線望遠鏡等天文 観測システムで用いられるアレイアンテナの制御信号などとしての応用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 光の入力部 (2)と，前記入力部に入力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3 )から分岐した光が伝播する第 1の導波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは 別の光が伝播する第 2の導波路 (5)と，前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出 力される光信号が合波される合波部 (6)と，前記合波部で合波された光信号が出力さ れる光信号の出力部 (7)とを含む導波路部分 (8)と；
前記第 1の導波路を駆動する第 1の駆動信号 (9)と前記第 2の導波路を駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動信号系 (11)と；
前記第 1の導波路及び前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12,13)を得るた めのバイアス信号系 (14)と；
を具備し，
前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)は，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2 の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，下記式 (I)を満たすように駆動する光周 波数コム発生装置。
ΔΑ+ Δ θ = π /2 (I)
(ここで， ΔΑ及び Δ Θは，それぞれ ΔΑ≡ (A -A ) /2,及び Δ θ≡( θ — θ )
1 2 1 2
Ζ2と定義され， Α及び Aはそれぞれ前記第 1の駆動信号及び前記第 2の駆動信
1 2
号の電極への入力時における前記第 1の駆動信号及び前記第 2の駆動信号に誘導 される光位相シフト振幅を示し， Θ 及び 0 はそれぞれ第 1の導波路及び第 2の導波
1 2
路内で光路長差及びバイアス信号により誘導される光位相シフト量を示す）
[2] 前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)は，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2 の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，前記式 (I)の替わりに，下記式 (II)を満た すように駆動する請求項 1に記載の光周波数コム発生装置。
ΔΑ= Δ θ = π /4 (II)
(ただし， ΔΑ及び Δ Θは，上記と同義である。 )
[3] 前記第 1の駆動信号の振幅 (Α )と前記第 2の駆動信号の振幅 (Α )とが異なる請
1 2
求項 1に記載の光周波数コム発生装置。
[4] 前記導波路部分 (8)が，マハツ ンダ型導波路である請求項 1に記載の光周波数コ ム発生装置。
[5] 光の入力部 (2)と，前記入力部に入力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3 )から分岐した光が伝播する第 1の導波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは 別の光が伝播する第 2の導波路 (5)と，前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出 力される光信号が合波される合波部 (6)と，前記合波部で合波された光信号が出力さ れる光信号の出力部 (7)とを含む導波路部分 (8)と;前記第 1の導波路を駆動する第 1 の駆動信号 (9)と前記第 2の導波路を駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動 信号系 (11)と;前記第 1の導波路及び前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12, 13)を得るためのバイアス信号系 (14)を具備する光周波数コム発生装置を用い； 前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)を，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2 の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，下記式 (I)を満たすように駆動する周波 数コム発生方法。
Δ Α+ Δ θ = π /2 (I)
(ただし， Δ Α及び Δ Θは，上記と同義である。 )
[6] 前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)を，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2 の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，前記式 (I)の替わりに，下記式 (II)を満た すように駆動する請求項 5に記載の光周波数コム発生方法。
Δ Α= Δ θ = π /4 (II)
(ただし， Δ Α及び Δ Θは，上記と同義である。 )
[7] 前記第 1の駆動信号の振幅 (Α )と前記第 2の駆動信号の振幅 (Α )とが異なる請
1 2
求項 5に記載の光周波数コム発生方法。
[8] 前記導波路部分 (8)が，マハツ ンダ型導波路である請求項 5に記載の光周波数コ ム発生方法。
[9] 光の入力部 (2)と，前記入力部に入力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3 )から分岐した光が伝播する第 1の導波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは 別の光が伝播する第 2の導波路 (5)と，前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出 力される光信号が合波される合波部 (6)と，前記合波部で合波された光信号が出力さ れる光信号の出力部 (7)とを含む導波路部分 (8)と;前記第 1の導波路を駆動する第 1 の駆動信号 (9)と前記第 2の導波路を駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動 信号系 (11)と;前記第 1の導波路及び前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12, 13)を得るためのバイアス信号系 (14)を具備する光周波数コム発生装置を用い； 前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)を，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2 の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，下記式 (I)を満たすように駆動する周波 数コム発生方法により光周波数コム信号を発生し，
Δ Α+ Δ θ = π /2 (I)
(ただし， Δ Α及び Δ Θは，上記と同義である。 )
さらに，前記光周波数コム信号の各周波数成分の位相を制御するための位相制御 手段を具備することにより，光パルス信号を発生する光パルス発生装置。
光の入力部 (2)と，前記入力部に入力した光が分岐する分岐部 (3)と，前記分岐部 (3 )から分岐した光が伝播する第 1の導波路 (4)と，前記分岐部 (3)から分岐した上記とは 別の光が伝播する第 2の導波路 (5)と，前記第 1の導波路と前記第 2の導波路から出 力される光信号が合波される合波部 (6)と，前記合波部で合波された光信号が出力さ れる光信号の出力部 (7)とを含む導波路部分 (8)と;前記第 1の導波路を駆動する第 1 の駆動信号 (9)と前記第 2の導波路を駆動する第 2の駆動信号 (10)を得るための駆動 信号系 (11)と;前記第 1の導波路及び前記第 2の導波路に印加するバイアス信号 (12, 13)を得るためのバイアス信号系 (14)を具備する光周波数コム発生装置を用い； 前記駆動信号系 (11)及びバイアス信号系 (14)を，前記第 1の駆動信号 (9),前記第 2 の駆動信号 (10)及びバイアス信号 (12,13)が，下記式 (I)を満たすように駆動する周波 数コム発生方法により光周波数コム信号を発生し，
Δ Α+ Δ θ = π /2 (I)
(ただし， Δ Α及び Δ Θは，上記と同義である。 )
さらに，前記光周波数コム信号の各周波数成分の位相及び強度を制御するための 位相及び強度制御手段を具備することにより，光パルス信号を発生する光パルス発 生装置。
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