CN101401032A - 超平坦光学频率梳信号发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用单一的调制器来产生具有平坦谱线特性的光学频率梳的光学频率梳发生装置。驱动信号***(11)及偏压信号***(14)产生的第1驱动信号(9)，第2驱动信号(10)及偏压信号(12、13)以满足下述(I)式的条件进行驱动。ΔA+Δθ＝ π/2(I)(此处，分别将ΔA及Δθ定义为ΔA≡(A1－A2)/2， Δθ≡(θ1－θ2)/2，其中，A1及A2分别表示被上述第1驱动信号和上述第2驱动信号振幅，θ1及θ2分别表示分别被施加到第1波导通路和被施加到第2波导通路上的偏压的相位)。

Description

超平坦光学频率梳信号发生器
技术领域
本发明涉及超平坦型光学频率梳信号发生器，其采用马赫-曾德尔型光学调制器，可以产生平坦性好的光学频率梳信号。进一步讲，本发明是关于如下的一种光学频率梳发生器：在单一的马赫-曾德尔型光学调制器的两臂上施加不同振幅的正弦波信号，使其以较大的振幅被驱动，另外，通过调整驱动电压使产生的光学频率梳各频率成分的矢量合成强度为固定值，由此简单且稳定地产生光学频率梳，进而产生光学频率间距相同并且具有平坦的谱线特性的光学频率梳信号。
背景技术
近年，大家对具有可以同时产生含有多个频率且各频率间距相同的功能的光学频率梳发生技术充满期待。可以产生如上的光学频率梳的光学频率梳发生装置被用作波分复用***中的多波长光源，以及超高速光传输用及光测量用的短脉冲光源。另外，有人提出了将光学频率梳发生装置用于作为测量绝对频率的频率标准、微波、毫米波波带的本地信号的远距离供给(W.D.Jemison te al.，MWP’02，pp.169-172，2001)。另外，也有人提出了利用光学频率梳发生装置来产生无线电望远镜等天文观测***中使用的阵列天线的控制信号(J.M.Payne and W.P.Shillue，MWP’02，pp.9-12，2002)。
产生光学频率梳的方法，除了采用半导体或光纤的单模激光器以外，还可采用LiNbO3调制器等光学调制技术。(例如，参照下述非专利文献1～3)
理想的光学频率梳具有平坦的谱线特性，即各频率组分的光强相同。即使对于利用LiNbO3调制器产生光学频率梳的情况，重要的问题也在于能否得到具有平坦谱线特性的光学频率梳。但是，如果用振幅较大的驱动信号来驱动LiNbO3调制器，可以利用电光效应得到相位调制光。因此，利用这种方法虽然可以得到光学频率梳，但产生光信号中高阶调制成分的光强根据其阶数按贝塞尔函数变化。贝塞尔函数是相位因阶数而异的准周期函数。因此，这种方法存在着相位调制光的各频率成分的光强很大程度上取决于驱动信号的振幅而不能得到平坦的谱线特性这样的问题。
针对该问题，有人提出了并用光学相位调制器和光强调制器来产生具有平坦谱线特性的光学频率梳信号的方法。这种方法为，用相同频率的同步信号驱动光学相位调制器和光强调制器，通过对初级的光学相位调制器以较大幅度的振动进行驱动，产生高阶调制成分后，通过直接连在光学相位调制器后面的调制器实施强度调制。相位调制光的各频率成分产生的侧波带成分，与相邻阶数的频率成分相干涉，这样谱线分布的凸凹程度得到缓和。另外，在时间轴上，通过控制光强，选择性地产生相位调制光的非线性啁啾部。
但是，采用上述的方法，虽然可以取得谱线平坦性好的光学频率梳，但是必须有同时驱动直接连接的两个光学调制器。因此，存在光学频率梳发生装置的结构复杂这样的问题。
非专利文献1：M.Sugiyama et al.，OFC’02，FB6，2002.
非专利文献2：T.Sakamaoto et al.，MWP’04，MC16，2004.
非专利文献3：T.Kawanishi et al.，IEICE Electron Express，Vol.1，pp.217-221，2004
发明内容
本发明目的之一在于提供一种光学频率梳发生器，其采用单一的光学调制器(优选不采用相位调制器等，只采用单一的马赫-曾德尔调制器作为光学调制器)，可以产生光学频率间距相同并且具有平坦的谱线特性的光学频率梳信号，并可以得到这样的光学频率梳信号。
本发明中的另一个目的在于提供一种采用了上述光学频率梳发生器的脉冲光发生器。
本发明基本上是基于如下的想法，采用单一的马赫-曾德尔调制器，其中，马赫-曾德尔调制器由两个相位调制器构成，通过调整各种条件对其进行驱动，之后，将从两个相位调制器输出的光进行合波，由此得到具有平坦谱线特性的光学频率梳。光学相位调制器原本就是用来调制输入信号的相位，所以，理想的情况是只输出将输入光信号的相位调制成规定值后的信号。但是，实际中，光学相位调制器除了会产生按照规定值调制的信号以外，还产生作为噪音的多个频率的光学谱线。并且，各频率成分的强度与贝塞尔函数有关。因此，将从两个相位调制器输出的光信号进行合波，有效地利用作为噪音被输出的各频率成分，通过恰当对各频率成分的强度进行补偿，即使采用单一的光学调制器，也可以得到具有平坦的谱线特性的光学频率梳。
具体而言，本发明中的光学频率梳发生装置是如下的光学频率梳发生装置，其包括波导通路部分8、驱动信号***11和偏压信号***14，其中，波导通路部分8包括：光输入部2；分路部3，对进入到上述输入部2的光进行分路；第1波导通路4，在上述分路部3被分开的一路光在其中传输；第2波导通路5，在上述分路部3被分开的另一路光在其中传播；合波部6，将从上述第1波导通路4和上述第2波导通路5输出的光信号合波；光信号输出部7，其输出被上述合波部合波的光信号。驱动信号***11用来产生驱动上述第1波导通路4的第1驱动信号9和驱动上述第2波导通路5的第2驱动信号10。偏压信号***14用来产生施加到上述第1波导通路4的偏压信号12和施加到上述第2波导通路5的偏压信号13。上述驱动信号***11及偏压信号***14产生的上述第1驱动信号9、上述第2驱动信号10及偏压信号12、13以满足下述(I)式的条件进行驱动。
△A+△θ＝π/2                         (I)
(此处，分别将ΔA及Δθ定义为ΔA≡(A1-A2)/2，Δθ≡(θ1-θ2)/2，其中，A1及A2分别表示被上述第1驱动信号和上述第2驱动信号导致的光学相位偏移振幅，θ1及θ2分别表示被上述第1波导通路4和上述第2波导通路5内的光程差及偏压信号导致的光学相位偏移量)。另外，在本说明书中，被上述第1驱动信号导致的光学相位偏移振幅A1也简称为上述第1驱动信号的振幅；被上述第2驱动信号导致的光学相位偏移振幅A2也简称为上述第2驱动信号的振幅。另外，所谓的“驱动信号的振幅”，从文的上下关系可知指的是被驱动信号导致的光学相位偏移振幅。
后面将要叙述到，通过按照满足上述(I)式的条件进行驱动，光信号从两个相位调制器(由波导通路和施加有驱动信号的电极构成相位调制器)输出后被合波，该被合波的光信号互相补偿，从而可以得到具有平坦谱线特性的光学频率梳。
本发明中的光学频率梳发生装置的优选实施方式为，在上述方案中记述的光学频率梳发生装置的基础上，上述驱动信号***11及偏压信号***14产生的上述第1驱动信号9、上述第2驱动信号10及偏压信号12、13按照满足下述(II)式而非上述(I)式的方式进行驱动。
ΔA＝Δθ＝π/4                    (II)
(其中，ΔA与Δθ的含义与上述相同。)
由于(II)式满足(I)式，所以，如果按照满足(II)式的条件进行驱动的话，也可以得到具有平坦的谱线特性的光学频率梳。另外，如后面将要叙述到，如果按照满足(II)式的条件进行驱动的话，可以以较高的效率得到具有平坦谱线特性的光学频率梳。
本发明中的光学频率梳发生装置的优选实施方式为，上述任一方案中记述的光学频率梳发生装置，其上述第1驱动信号9的振幅A1与上述第2驱动信号10的振幅A2不同。
一般而言，双驱动型的光学调制器中的两个驱动信号的振幅相同。但是，在本发明中，以得到具有平坦谱线特性的光学频率梳的方式来设定驱动信号，两个驱动信号被控制成满足规定的条件，所以，两个驱动信号的振幅不同。
就本发明中的光学频率梳发生装置的优选实施方式而言，在光学频率梳发生装置中，上述波导通路部分8为上述任一方案中记述的马赫-曾德尔型波导通路。
马赫-曾德尔型波导通路，以及包含马赫-曾德尔型波导通路和驱动信号***的光学调制器(马赫-曾德尔型调制器)是公知技术。因此，就具有马赫-曾德尔型波导通路的光学频率梳发生装置而言，采用作为公知技术的马赫-曾德尔型波导通路和驱动信号***易于制造光学频率梳发生装置。另外，构成马赫-曾德尔型波导通路的分路后两个波导通路分别被称为臂。马赫-曾德尔型波导通路为例如具有大致呈六边形的波导通路(由两个臂构成)，具有并列的两个相位调制器。相位调制器可以由沿波导通路设置的电极构成。
就马赫-曾德尔调制器而言，由于两臂导致的光学相位偏移量不同，所以，在各臂处产生的频率成分对应于施加电压，其振动周期也不同。将驱动电压调整成相对该驱动电压的振动相位差在两臂间相差90度，使所产生的光学频率梳的各频率成分的合成矢量强度为固定值，这样，可以减少被合波的光学谱线的光强与频率的相关性，这样，可以得到平坦的光学频率梳。
本发明中的光学频率梳发生方法为如下的光学频率梳发生方法，其采用的光学频率梳发生装置包括波导通路部分8、驱动信号***11和偏压信号***14，其中，波导通路部分8包括：光输入部2；分路部3，对进入到上述输入部2的光进行分路；第1波导通路4，在上述分路部3被分开的一路光在其中传输；第2波导通路5，在上述分路部3被分开的另一路光在其中传播；合波部6，将从上述第1波导通路4和上述第2波导通路5输出的光信号合波；光信号输出部7，其输出被上述合波部合波的光信号。驱动信号***11用来产生驱动上述第1波导通路4的第1驱动信号9和驱动上述第2波导通路5的第2驱动信号10。偏压信号***14用来产生施加到上述第1波导通路4的偏压信号12和施加到上述第2波导通路5的偏压信号13；上述驱动信号***11及偏压信号***14产生的上述第1驱动信号9、上述第2驱动信号10及偏压信号12、13以满足下述(I)式的条件进行驱动。
ΔA+Δθ＝π/2                           (I)
(其中，ΔA与Δθ的含义与上述相同。)
本发明中的光学频率梳发生方法的优选实施方式为，在上述任一方案中记述的光学频率梳发生方法的基础上，上述驱动信号***11及偏压信号***14产生的上述第1驱动信号9，上述第2驱动信号10及偏压信号12、13按照满足下述(II)式的方式进行驱动。
ΔA＝Δθ＝π/4                           (II)
(其中，ΔA与Δθ的含义与上述相同。)
本发明中的光学频率梳发生方法的优选实施方式为，在上述任一方案中记述的光学频率梳发生方法的基础上，上述第1驱动信号9的振幅A1与上述第2驱动信号10的振幅A2不同。
本发明中的光学频率梳发生方法的优选实施方式为，在光学频率梳发生方法中，上述波导通路部分8为上述任一方案中记述的马赫-曾德尔型波导通路。
本发明中的脉冲光发生装置为采用了上述的光学频率梳发生装置及光学频率梳发生方法的脉冲光发生装置。更具体而言，该脉冲光发生装置采用的光学频率梳发生装置包括波导通路部分8、驱动信号***11和偏压信号***14，其中，波导通路部分8包括：光输入部2；分路部3，对进入到上述输入部2的光进行分路；第1波导通路4，在上述分路部3被分开的一路光在其中传输；第2波导通路5，在上述分路部3被分开的另一路光在其中传播；合波部6，将从上述第1波导通路4和上述第2波导通路5输出的光信号合波；光信号输出部7，其输出被上述合波部合波的光信号。驱动信号***11用来产生驱动上述第1波导通路4的第1驱动信号9和驱动上述第2波导通路5的第2驱动信号10。偏压信号***14用来产生施加到上述第1波导通路4的偏压信号12和施加到上述第2波导通路5的偏压信号13。
利用上述驱动信号***11及偏压信号***14产生的上述第1驱动信号9、上述第2驱动信号10及偏压信号12、13以满足下述(I)式的条件进行驱动来产生光学频率梳信号。
ΔA+Δθ＝π/2                         (I)
(其中，ΔA与Δθ的含义与上述相同。)
另外，脉冲光发生装置还通过具有用来上述光学频率梳信号的各频率成分的相位的相位控制器件，产生脉冲光信号。
本发明中的脉冲光发生装置的优选的另一种实施方式为，不仅控制上述光学频率梳信号的各个频率成分的相位，也控制上述光学频率梳信号的各频率成分的强度。
即，本实施方式中的脉冲光发生装置采用光学频率梳发生装置，该光学频率梳发生装置包括波导通路部分8、驱动信号***11和偏压信号***14，其中，波导通路部分8包括：光输入部2；分路部3，对进入到上述输入部2的光进行分路；第1波导通路4，在上述分路部3被分开的一路光在其中传输；第2波导通路5，在上述分路部3被分开的另一路光在其中传播；合波部6，将从上述第1波导通路4和上述第2波导通路5输出的光信号合波；光信号输出部7，其输出被上述合波部合波的光信号。驱动信号***11用来产生驱动上述第1波导通路4的第1驱动信号9和驱动上述第2波导通路5的第2驱动信号10。偏压信号***14用来产生施加到上述第1波导通路4的偏压信号12和施加到上述第2波导通路5的偏压信号13。
利用上述驱动信号***11及偏压信号***14产生的上述第1驱动信号9、上述第2驱动信号10及偏压信号12、13以满足下述(I)式的条件进行驱动来产生光学频率梳信号。
ΔA+Δθ＝π/2                       (I)
(其中，ΔA与Δθ的含义与上述相同。)
另外，脉冲光发生装置还通过设置相位及强度控制器件来控制上述光学频率梳信号的各频率成分的相位及强度，产生脉冲光信号。
〔发明效果〕
本发明中，通过依规定的条件来驱动光学调制器，可以利用单一的光学调制器，产生具有平坦的谱线特性的光学频率梳，因此，与并用相位调制器及马赫-曾德尔调制器的***相比，除了结构简单外，也没有必要同时驱动两个调制器，除了简化了驱动***，而且易于操作。
由于本发明可以提供采用了上述的光学频率梳发生器的脉冲光发生器，所以可以提供具有上述效果的脉冲光发生器。
附图说明
图1是表示本发明中的光学频率梳发生装置的原理图。
图2是用来说明本发明中的光学频率梳发生装置产生光学频率梳的概念的示意图。
图3是用来演示本发明中的超平坦光学频率梳发生器的试验***的原理图。
图4以图表的形式表示在实施例1中生成的光学频率梳的光学谱线。其中，(a)表示的是在Δθ＝π/4的条件下，只用RF-a进行驱动时的输出谱线。(b)表示的是在Δθ＝π/4的条件下，只用RF-b进行驱动时的输出谱线。(c)表示的是在ΔA＝Δθ＝π/4的条件下，用RF-a和RF-b进行驱动时的输出谱线。
【附图标记说明】
1.光学频率梳发生装置，2.输入部，3.分路部，4.第1波导通路部，5.第2波导通路部，6.合波部，7.输出部，8.波导通路部分，9.第1驱动信号，10.第2驱动信号，11.驱动信号***，12.偏压信号，13.偏压信号，14.偏压信号***
具体实施方式
【光学频率梳发生装置】
下面，参照附图对本发明中的光学频率梳发生装置进行说明。图1是表示本发明中的光学频率梳发生装置的原理图。如图1所示，本发明中的光学频率梳发生装置1包括波导通路部分8、驱动信号***11和偏压信号***14，其中，波导通路部分8包括：光输入部2；分路部3，对进入到上述输入部2的光进行分路；第1波导通路4，在上述分路部3被分开的一路光在其中传输；第2波导通路5，在上述分路部3被分开的另一路光在其中传播；合波部6，将从上述第1波导通路4和上述第2波导通路5输出的光信号合波；光信号输出部7，其输出被上述合波部合波的光信号。驱动信号***11用来产生驱动上述第1波导通路4的第1驱动信号9和驱动上述第2波导通路5的第2驱动信号10。偏压信号***14用来产生施加到上述第1波导通路4的偏压信号12和施加到上述第2波导通路5的偏压信号13。
并且，上述驱动信号***11及偏压信号***14产生的上述第1驱动信号9、上述第2驱动信号10及偏压信号12、13以满足下述(I)式的条件进行驱动。
ΔA+Δθ＝π/2                         (I)
(此处，分别将ΔA及Δθ定义为ΔA≡(A1-A2)/2，Δθ≡(θ1-θ2)/2，其中，A1及A2分别表示被输入电极时的上述第1驱动信号和上述第2驱动信号导致的光学相位偏移振幅，θ1及θ2分别表示在上述第1波导通路4和上述第2波导通路5内被光程差及偏压信号导致的光学相位偏移量)。即，在本实施方式中，本发明的光学频率梳发生器具有的上述驱动信号***11及偏压信号***14，可以产生满足上述(I)式的上述第1驱动信号9、上述第2驱动信号10及偏压信号12、13。并且，驱动的控制可以利用信号***中的控制部，或者由安装在信号***外的计算机等构成的控制部进行。
后面将要叙述到，通过按照满足上述(I)式的条件进行驱动，光信号从两个相位调制器(由波导通路和施加有驱动信号的电极构成相位调制器)输出后被合波，该被合波的光信号互相补偿，可以得到具有平坦谱线特性的光学频率梳。
本发明中的光学频率梳发生装置的优选实施方式为，上述的光学频率梳发生装置按照满足下述(II)式的方式进行驱动，
ΔA＝Δθ＝π/4                    (II)
(其中，ΔA与Δθ的含义与上述相同)。即，在本实施方式中，本发明的光学频率梳发生器具有的上述驱动信号***11及偏压信号***14，二者可以产生满足上述(II)式的上述第1驱动信号9、上述第2驱动信号10及偏压信号12、13。
由于(II)式满足(I)式，所以，如果按照满足(II)式的条件进行驱动的话，也可以得到具有平坦的谱线特性的光学频率梳。另外，如后面将要叙述到，如果按照满足(II)式的条件进行驱动的话，可以以较高的效率得到具有平坦谱线特性的光学频率梳。
本发明中的光学频率梳发生装置的优选实施方式为，上述任一方案中记述的光学频率梳发生装置，其上述第1驱动信号9的振幅A1与上述第2驱动信号10的振幅A2不同。
当驱动信号的振幅较大时，由于可以如下所述，在满足(I)式的条件下得到平坦的光学频率梳谱线，所以，驱动信号的振幅，例如可以大于π，优选采用大于2π或3π。另一方，由于本发明中优选采用两个驱动信号的振幅不同，所以，振幅差值例如可以是0～π，优选采用0.5π或0～0.25π。
一般而言，双驱动型的光学调制器中的两个驱动信号的振幅相同。但是，在本发明中，为了得到具有平坦的谱线特性的光学频率梳来设定驱动信号，两个驱动信号被限制成满足规定的条件，所以，两个驱动信号的振幅不同。
就本发明中的光学频率梳发生装置的优选实施方式而言，上述任一光学频率梳发生装置中，上述波导通路部分8为马赫-曾德尔型波导通路。
马赫-曾德尔型波导通路，以及包含马赫-曾德尔型波导通路和驱动信号***的光学调制器(马赫-曾德尔型调制器)是公知技术。因此，就具有马赫-曾德尔型波导通路的光学频率梳发生装置而言，采用作为公知技术的马赫-曾德尔型波导通路和驱动信号***易于制造光学频率梳发生装置。另外，构成马赫-曾德尔型波导通路的分路后的两个波导通路分别被称为臂。马赫-曾德尔型波导通路为例如具有大致呈六边形的波导通路(由两个臂构成)，具有并列的两个相位调制器。相位调制器可以由沿波导通路设置的电极构成。
就马赫-曾德尔调制器而言，由于两臂导致的光学相位偏移量不同，所以，在各臂处产生的频率成分对应于施加电压的不同，其振动周期也不同。将驱动电压调整成相对于该驱动电压的振动相位差在两臂间相差90度，使所产生的光学频率梳的各频率成分的合成矢量强度为固定值，这样，可以减少被合波的光学谱线的光强与频率的相关性(光强因频率的不同而不同)，这样，可以得到特性平坦的光学频率梳。另外，光学频率梳，可以产生与其频带宽度对应的脉冲光信号，所以，光学频率梳发生装置可以作为超高精度的多频率脉冲光发生器。即，本发明还提供具有上述光学频率梳发生装置的结构的多频率脉冲光发生器。
【各器件的说明】
下面，对本发明中的光学频率梳发生装置等的各部分结构进行说明。
本发明中的光学频率梳发生装置采用的光源为可输出连续光(CW)的光源，例如分布反馈式半导体激光器(DFB激光器)。由于稳定出光型的DFB激光器具有较高的单一波长选择性，所以优选。其频谱带，不仅可以是C波段，也可以是长波侧的L波段或短波侧的S波段。光强输出为例如1mW～50mW。
就本发明中的光学频率梳发生装置所采用的波导通路而言，可以选用在光学调制器中采用的公知的波导通路。本发明中的光学调制器优选采用马赫-曾德尔型光学调制器，所以，下面，以马赫-曾德尔型光学调制器为主进行说明。通常，马赫-曾德尔型波导通路和电极被设置在基片上。就基片及各波导通路而言，只要是可以传递光的就可以，没有特别限定。例如，可以在LN基片上Ti扩散而形成的Ti扩散铌酸锂波导通路，也可以在硅(Si)基片上形成二氧化硅(SiO2)波导通路。另外，也可以采用在InP或GaAs基片上形成InGaAsP、GaAlAs波导通路的光半导体波导通路。就基片而言，优选采用沿X方向切割光在Z轴方向传播的铌酸锂(LiNbO3：LN)切片。这是由于可以利用其较好的电光效应所以可以用较小的电功率驱动，并且可以得到优越的响应速率。在这种基片上，光波导通路形成在它的X切面(即Y-Z平面)上，波导光沿着Z轴(光轴)传播。基片也可以采用非X方向切割的铌酸锂基片。另外，就基片而言，可以采用具有电光效应的被称为三方晶系、六方晶系的单轴晶体，或结晶的点群为C3V、C3、D3、C3h、D3h的材料。上述的材料具有如下的折射率调整功能：通过施加电场，材料的折射率发生的变化因传输光模式的不同而不同。具体而言，除了铌酸锂，还可以采用钽酸锂(LiTO3：LT)，β-BaB2O4(简称BBO)，LiIO3等。
本发明中的光学频率梳发生装置，具有产生驱动上述第1波导通路4的第1驱动信号9和驱动上述第2波导通路5的第2驱动信号10的驱动信号***11。并且，驱动信号***11具有包含电信号源的电信号***和调制电极，其中，调制电极上施加由上述第1驱动信号9和第2驱动信号10。该调制电极可以分别设置在两臂上，也可以在一个电极上施加两种驱动信号。就调制电极而言，例如可以采用行波型电极或共振型电极，当要产生的频率等间距时，可以采用共振型电极，但是，当要自由设定光学频率间距时，优选采用行波型电极作为调制电极。就两个臂上施加的调制信号而言，例如采用重复频率固定的周期信号，具体而言，例如采用正弦波信号。正弦波信号等周期信号的频率为ω，对于施加了频率为ω的调制信号的情况，从本发明中的光学频率梳发生装置产生具有频率间距为ω的光学频率梳。但是，如果构成本发明中的光学频率梳发生装置输出的光学频率梳的谱线的间距不一致也可以时，就驱动信号而言，其重复频率也可以不固定，例如，可以采用随着时间的变化，驱动信号的频率变化的信号。
优选采用将调制电极与高频电信号源连接。高频电信号源为用来产生传递到调制电极的信号的偏压电源，可以采用公知技术的高频电信号源。输入到调制电极的高频信号的频率(fm)，例如可以是1GHz～100GHz。高频电信号源的输出例如可以是具有规定的频率的正弦波。另外，优选该高频电信号源的输出处设置有相位调制器，可以对输出信号的相位进行控制。另外，使高频信号源输出的电信号分路，并通过调制器(延迟器)等来对其中一路的电信号进行相位等的调整，而后再将其施加到调制电极上。
调制电极采用例如金、铂金等制成。调制电极的宽度例如可以是1μm～10μm，具体而言例如可以是5μm。调制电极的长度例如为调制信号(频率为fm)波长的0.1倍～0.9倍，0.18倍～0.22倍或者0.67倍～0.70倍，优选比调制信号的谐振点短20％～25％。由于是如上述的长度，所以与短线电极的合成阻抗可以处于适当的数值范围。更具体而言，调制电极的长度例如可以是3250μm。下面，对共振型电极和行波型电极进行说明。
共振型电极(共振型光调制器)是利用调制信号的共振进行调制的电极。就共振型电极而言，可以采用公知技术，例如日本发明专利公开公报特开2002-268025号，“川西哲也、及川哲，川筒雅之，《平面结构的共振型光调制器》，信光技报，TECHNI CAL REPORT OFIEICE，IQE2001-3(2001-05)”中记载的器件。
就行波型电极(行波型光调制器)而言，其是使光波和电信号沿同一方向传输，并在传输的过程中，对光进行调制的电极(调制器)(例如，西原浩、春名正光、栖原敏明著《光集成电路》(修订增补版)オ—ム社，119～120页)。行波型电极可以采用公知技术，例如日本发明专利公开公报特开平11-295674号、日本发明专利公开公报特开2002-169133号、日本发明专利公开公报特开2002-40381号、日本发明专利公开公报特开2000-267056号、日本发明专利公开公报特开2000-471159号、日本发明专利公开公报特开平10-133159号等中所公开的器件。
就行波型电极而言，例如优选采用所谓的对称型接地电极配置(即，在行波型的信号电极的两侧，至少设置一对接地电极)。这样，由于接地电极被对称地配置成夹着信号电极，所以，信号电极输出的高频波易于被施加给配置在信号电极左右的接地电极，从而可以抑制高频波放射到基板。
本发明中的光学频率梳发生装置具有偏压信号***，其产生施加给上述第1波导通路的第1偏压信号12和施加到第2波导通路的第2偏压信号13。偏压信号***是用于控制施加到两臂上的偏压电压的信号***。具体而言，偏压信号***包含偏压电源***和偏压调整电极。所谓的偏压调整电极，指的是通过与偏压电源***相连，控制两臂之间的偏压电压，进而对在两臂内传播的光的相位进行控制的电极。优选在偏压调整电极上施加通常的直流或低频信号。此处，所谓的低频信号的低频指的频率为0Hz～500MHz。另外，优选在该低频信号的信号源的输出处设置对电信号的相位进行调整的相位调制器，由此对输出信号的相位进行控制。
调制电极和偏压调整电极可以分别构成，也可以用一个电极兼作调制电极和偏压调整电极。即，调制电极可以与同时提供DC信号和RF信号的供电回路(偏压回路)连接。
另外，本发明中的光学频率梳发生装置中，为了确切地控制施加给各电极的信号的时间和相位，所以优选设置和各电极的信号源电连接(或通过光信号连接)的控制部。这样的控制部，具有可以调整被施加到调制电极和偏压调整电极上的信号的调制时间的功能。即，由各电极产生的调制，当对某一特定信号进行调制时，是考虑进该光信号的传输时间进行的调制。调整时间根据各电极间的距离等，该被设定成恰当的值。
【光学频率梳发生装置的制造方法】
本发明中的光学频率梳发生装置由基片，基片上设置的波导通路、电极和信号源等构成。并且，形成导波电路的方法，可采用钛(Ti)扩散法等的内部扩散法或阳离子交换法等公知的方法。即，本发明中的光学频率梳发生装置可以采用如下的方法制造。首先，在铌酸锂的晶片上，利用照相平版印刷法，使Ti形成图形，并通过热扩散法使Ti扩散，形成波导通路。此时，Ti的厚度为100～2000埃，扩散温度为500～2000°C，扩散时间为10～40h。基片的正面形成有二氧化硅的绝缘过渡层(厚度为0.5μm～2μm)。接下来，在其上形成由厚度15μm～30μm的金属镀层构成的电极。接下来，将晶片切割。这样，就制成了具有Ti扩散波导通路的光学调制器。
光学频率梳发生装置还可以采用如下的方法制造。首先，在基片上形成波导通路。波导通路可以在铌酸锂基片的表面通过阳离子交换法或Ti热扩散法形成。例如，利用照相平版印刷法技术
在LN基片上形成数微米左右的Ti金属条纹，将Ti金属在LN基片上排列成行，并在此状态下进行制作。之后，将LN基片置于1000°C左右的高温环境下，使Ti金属扩散到该基片内部。这样，就在LN基片上形成了波导通路。
另外，可以用与上述相同的方法制造电极。例如，为了形成电极，利用与形成波导通路相同的照相平版印刷技术，相对以同一宽度形成的大量的波导通路的两肋，电极间距为1μm～50μm左右。
另外，采用硅基片时，可以采用如下的方法制造。利用火焰水解法在硅(Si)基片上沉积一层主要成分为二氧化硅(SiO2)的下包层，接下来，沉积一层添加了作为掺杂剂的二氧化铬(GeO2)的主要成分为二氧化硅(SiO2)的芯层。之后，在电炉中将其透明玻璃化。接下来，用刻蚀法制造光波导通路部分，再次沉淀一层主要成分为二氧化硅(SiO2)的上包层。之后，在上包层中形成加热薄膜型热光强调制器及加热薄膜型热光学相位调制器。
【谱线平坦化的条件】
接下来，对如何利用如图1所示的光学频率梳发生装置产生光学谱线被平坦化的光学频率梳进行说明。图2是用来表示本发明中的光学频率梳发生装置的光学频率梳产生的原理的示意图。驱动马赫-曾德尔调制器的各臂的RF信号分别为RF-a和RF-b。RF-a及RF-b的振幅分别为Aa(与A1对应)及Ab(与A2对应)，调制频率为ω时，可以用下面的(1)式进行表示。
RF-a＝Aasin ω t
RF-b＝Absin ω t                         (1)
另一方面，输入到马赫-曾德尔调制器的输入光的振幅为Ein时，马赫-曾德尔调制器的输出光的电场为Eout，可以用(2)式表示。其中，(2)式中，Jk(·)为k阶贝塞尔函数。
〔数1〕
E out = 1 2 Σ k = - ∞ ∞ [ J k ( A 1 ) e jkωt + θ 1 + J k ( A 2 ) e jkωt + θ 2 ] - - - ( 2 )
接下来，将转换效率ηκ定义成k阶光学频率梳成分的强度Pκ与输入光强Pin比值。当驱动振动为较大振幅信号时，即，Ai(t)(i＝a或b)足够大时，转换效率ηκ可以近似按照下述(3)式展开。
〔数2〕
η = P k P in - - - ( 3 )
= 1 2 π A ‾ [ 1 + cos ( 2 Δθ ) cos ( 2 ΔA ) + { cos ( 2 Δθ ) + cos ( 2 ΔA ) } cos { 2 A ‾ - 2 kπ + 1 2 } ]
此处，A(算术平均值)，ΔA及Δθ分别由下面的(4)式定义。
A≡(A1+A2)/2，ΔA≡(A1-A2)/2，Δθ≡(θ1-θ2)/2  (4)
此处，得到平坦的谱线特性的条件是ηκ与k无关，即，(3)式相对调制阶数k独立(与k无关)。因此，由得到平坦的谱线特性的条件可以导出(5)式。
ΔA+Δθ＝π/2                                 (5)
因此，为了得到具有平坦谱线特性的光学频率梳，以满足(5)的条件对马赫-曾德尔调制器进行驱动即可。
〔转换效率最大化〕
接下来，求出在该谱线平坦化条件下的转换效率最大的条件。将(5)式代入(3)式，可以用接下来的(6)式那样简单的算式对转换效率进行表示。
〔数3〕
η k = 1 - cos 4 Δθ 4 π A ‾ - - - ( 6 )
因此，当满足(7)式时，转换效率ηκ最大。
ΔA＝Δθ＝π/4                                    (7)
接下来，满足(7)式使的最大转换效率ηk，max可以由(8)式表示。
〔数4〕
η k , max = 1 2 π A ‾ - - - ( 8 )
由上可知，可以说(5)式(ΔA＝Δθ＝π/4)就是利用马赫-曾德尔调制器得到平坦光学频率梳的平坦化条件式。另一方面，如果既要满足平坦化条件，又要以最大的效率产生光学频率梳，就得满足最大效率平坦化条件的(7)式(ΔA＝Δθ＝π/4)。另外，(7)式，马赫-曾德尔调制器的偏压点为2/π，驱动正弦波信号RF-a和RF-b导致的相位偏移的最大相位差为π。
〔动作说明〕
本发明中的光学频率梳发生装置的基本动作如图2所示。即，在马赫-曾德尔调制器的两臂上施加驱动信号RF-a和RF-b，同时，分别在两臂上施加反相位的偏压信号-Δθ和Δθ。当输入光信号的中心波长为λ0时，输出的光学频率梳信号还包含以下多个频率，即以波长λ0为中心，错开与驱动信号的频率相对应的频率成分(即，与波长对应的成分)的频率。
〔脉冲光发生装置〕
接下来，对本发明中的脉冲光发生装置进行说明。本发明中的脉冲光发生装置为采用了上述的光学频率梳发生装置及光学频率梳发生方法的脉冲光发生装置。更具体而言，该脉冲光发生装置采用的光学频率梳发生装置包括波导通路部分8、驱动信号***11和偏压信号***14，其中，波导通路部分8包括：光输入部2；分路部3，对进入到上述输入部2的光进行分路；第1波导通路4，在上述分路部3被分开的一路光在其中传输；第2波导通路5，在上述分路部3被分开的另一路光在其中传播；合波部6，将从上述第1波导通路4和上述第2波导通路5输出的光信号合波；光信号输出部7，其输出被上述合波部合波的光信号。驱动信号***11用来产生驱动上述第1波导通路4的第1驱动信号9和驱动上述第2波导通路5的第2驱动信号10。偏压信号***14用来产生施加到上述第1波导通路4的偏压信号12和施加到上述第2波导通路5的偏压信号13。
利用上述驱动信号***11及偏压信号***14产生的上述第1驱动信号9、上述第2驱动信号10及偏压信号12、13以满足下述(I)式的条件进行驱动来产生光学频率梳信号。
ΔA+Δθ＝π/2                         (I)
(其中，ΔA与Δθ的含义与上述相同。)
本技术方案中的产生脉冲光信号的脉冲光发生装置具有相位控制器件，用来控制上述光学频率梳信号的各频率成分的相位。为了控制上述光学频率梳信号的各频率成分的相位，例如，可以适当调整施加在两臂上的调制信号的相位。即，作为用来控制上述光学频率梳信号的各频率成分的相位的相位控制器件，可以是对从上述驱动信号***中的电源输出的信号进行适当控制的控制装置等。
就光学频率梳而言，由于可以产生与其频带宽度对应的脉冲光信号，所以，光学频率梳发生装置可以被称为超高精度的多频率脉冲光发生器。即，虽然利用光学频率梳发生器来产生脉冲光是公知技术，但是，由于上述的脉冲光发生装置采用了本发明中的光学频率梳发生器，所以，可以具有先前所提到的效果。另外，本发明中的脉冲光发生装置可以采用上述的光学频率梳发生装置及光学频率梳发生方法的各构成元件或各工艺。
本发明中的脉冲光发生装置的优选的另一种实施方式为，不仅控制上述光学频率梳信号的各个频率成分的相位，也控制上述光学频率梳信号的各频率成分的强度。
即，本实施方式中的脉冲光发生装置可采用的光学频率梳发生装置，该光学频率梳发生装置包括波导通路部分8、驱动信号***11和偏压信号***14，其中，波导通路部分8包括：光输入部2；分路部3，对进入到上述输入部2的光进行分路；第1波导通路4，在上述分路部3被分开的一路光在其中传输；第2波导通路5，在上述分路部3被分开的另一路光在其中传播；合波部6，将从上述第1波导通路4和上述第2波导通路5输出的光信号合波；光信号输出部7，其输出被上述合波部合波的光信号。驱动信号***11用来产生驱动上述第1波导通路4的第1驱动信号9和驱动上述第2波导通路5的第2驱动信号10。偏压信号***14用来产生施加到上述第1波导通路4的偏压信号12和施加到上述第2波导通路5的偏压信号13。
利用上述驱动信号***11及偏压信号***14产生的上述第1驱动信号9、上述第2驱动信号10及偏压信号12、13以满足下述(I)式的条件进行驱动来产生光学频率梳信号。
ΔA+Δθ＝π/2                          (I)
(其中，ΔA与Δθ的含义与上述相同。)
本技术方案涉及，通过设置相位及强度控制器件来控制上述光学频率梳信号的各频率成分的相位及强度，产生脉冲光信号的脉冲光发生装置。为了控制上述光学频率梳信号的各频率成分的强度，例如，可以适当调整施加在两臂上的调制信号的强度。即，作为对上述光学频率梳信号的各频率成分的强度进行控制的强度控制器件，例如，可以是对从上述驱动信号***中的电源输出的信号进行适当控制的控制装置。另外，本发明中的脉冲光发生装置，可以采用上述的光学频率梳发生装置及光学频率梳发生方法的各构成元件或各工序。
虽然利用光学频率梳发生器产生脉冲光的方法是公知技术，但是，由于上述脉冲光发生装置采用了本发明中的光学脉冲发生器，所以，可以获得先前所提到的效果。
【实施例1】
图3是用来演示本发明中的超平坦光学频率梳发生器的试验***的原理图。图3与图1对应的部分采用相同的附图标记。在图3中，附图标记15表示光源，附图标记16表示偏振面调整器，附图标记17及18表示增幅器，附图标记19表示频谱分析仪。如图3所示，超平坦型光学频率梳发生器具有用来产生CW光的DFB激光器和采用了马赫-曾德尔调制器的光学频率梳产生机构。并且，采用了马赫-曾德尔调制器的光学频率梳产生机构具有如下几个部件的驱动回路：LiNbO3马赫-曾德尔调制器，其用来调制从CW光源输出的信号；偏振光控制器(PC)，其用来使从上述CW光源输出的信号偏振；RF信号源；分波器，其对从RF信号源输出的信号进行分路；相位偏移装置，其用来对从RF信号源输出的信号的相位进行控制；增幅器，其用来增加从RF信号源输出的信号的振幅。并且，超平坦型光学频率梳发生器与用来评价输出光的谱线的光谱分析仪连接。另外，本实施方式中，按照上述最大效率平坦化条件，对光源以及电源部分进行控制，来驱动马赫-曾德尔调制器。
在本实施例中，DFB激光器产生的连续光的中心波长为1550nm，光强为5.8dBm。利用偏振光控制器，按照使调制频率最大化的条件对激光器产生的光进行偏振控制后，将其导入马赫-曾德尔调制器。
马赫-曾德尔调制器采用在两臂上具有调制电极的z-cut型的双驱动(dual-drive)型调制器。马赫-曾德尔调制器的半波电压为5.4V，将直流偏压(DC-bias)点设定在π/4。另外，利用合成器产生驱动调制器的正弦波信号，其重复频率为10.0GHz。
由合成器输出的正弦信号被RF分波器分成两部分。之后，利用各自的RF增幅器给予足够的振幅后，输入到各调制电极。被输入到各电极的RF-a和RF-b的强度分别为25dBm，27dBm。利用馈线上设置的可变延迟线，对两臂的驱动信号相位差进行微调后输入到各调制电极的。利用光谱分析仪对光学频率梳发生器的输出光谱线进行评价。
这样，产生的光学频率梳的谱线如图4所示。在图4中，以图表的形式表示在实施例1中产生的光学频率梳的光学谱线。图4中(a)表示的是在Δθ＝π/4的条件下，只用RF-a进行驱动时的输出谱线。图4中(b)表示的是在Δθ＝π/4的条件下，只用RF-b进行驱动时的输出谱线。图4中(c)表示的是在ΔA＝Δθ＝π/4的条件下，用RF-a和RF-b进行驱动时的输出谱线。
从图4中(a)及图4中(b)中可以看出，在利用RF-a或RF-b驱动后，形成的光学频率梳的各频率成分的光强较大程度地依赖于调制阶数(波长)。但是，就图4中(c)的输出光谱而言，与图4中(a)及图4中(b)的输出光学谱线相比，可以看出光学频率梳平坦化。如图4中(c)所示，当满足了最大效率平坦化条件时产生的光学频率梳，其频率间距为10GHz，10-dB的频带宽度为120GHz，从CW光变换到各光学频率梳成分的转换效率为18dB左右。考虑到调制器的***损耗，通过满足最大效率的平坦化条件，可以得到理想的数值。
【工业上可能的利用】
期望可以用于波分复用器传输***中的多波长光源，超高速光传输用/光测量用的短脉冲光源等。另外，还可用于作为测量绝对频率的频率标准、微波/毫米波波带的本地信号的远距离供给以及无线电望远镜等天文观测***中使用的阵列天线的控制信号等。

Claims (10)

1.一种光学频率梳发生装置，其特征在于，具有：
波导通路部分(8)，其包括：光输入部(2)；分路部(3)，对进入到上述输入部(2)的光进行分路；第1波导通路(4)，在上述分路部(3)被分开的一路光在其中传输；第2波导通路(5)，在上述分路部(3)被分开的另一路光在其中传播；合波部(6)，将从上述第1波导通路(4)和上述第2波导通路(5)输出的光信号合波；光信号输出部(7)，其输出被上述合波部合波的光信号；
驱动信号***(11)，其用来产生驱动上述第1波导通路(4)的第1驱动信号(9)和驱动上述第2波导通路(5)的第2驱动信号(10)；
偏压信号***(14)，其用来产生施加到上述第1波导通路(4)的偏压信号(12)和施加到上述第2波导通路(5)的偏压信号(13)，
上述驱动信号***(11)及偏压信号***(14)产生的上述第1驱动信号(9)、上述第2驱动信号(10)及偏压信号(12、13)以满足下述(I)式的条件进行驱动：
△A+△θ＝π/2                   (I)
(此处，分别将△A及△θ定义为△A≡(A1-A2)/2，△θ≡(θ1-θ2)/2，其中，A1及A2分别表示被输入电极时的上述第1驱动信号和上述第2驱动信号导致的光学相位偏移振幅，θ1及θ2分别表示被上述第1波导通路(4)和上述第2波导通路(5)内的光程差及偏压信号导致的光学相位偏移量)。
2.如权利要求1所述的光学频率梳发生装置，其特征在于，
上述驱动信号***(11)及偏压信号***(14)产生的上述第1驱动信号(9)、上述第2驱动信号(10)及偏压信号(12、13)按照满足下述(II)式的方式进行驱动：
△A＝△θ＝π/4                  (II)
(其中，△A与△θ的含义与上述相同)。
3.如权利要求1所述的光学频率梳发生装置，其特征在于，上述第1驱动信号(9)的振幅A1与上述第2驱动信号(10)的振幅A2不同。
4.如权利要求1所述的光学频率梳发生装置，其特征在于，上述波导通路部分(8)为马赫-曾德尔型波导通路。
5.一种光学频率梳发生方法，其特征在于，
采用的光学频率梳发生装置具有：波导通路部分(8)，其包括：光输入部(2)；分路部(3)，对进入到上述输入部(2)的光进行分路；第1波导通路(4)，在上述分路部(3)被分开的一路光在其中传输；第2波导通路(5)，在上述分路部(3)被分开的另一路光在其中传播；合波部(6)，将从上述第1波导通路(4)和上述第2波导通路(5)输出的光信号合波；光信号输出部(7)，其输出被上述合波部合波的光信号；
驱动信号***(11)，其用来产生驱动上述第1波导通路(4)的第1驱动信号(9)和驱动上述第2波导通路(5)的第2驱动信号(10)；
偏压信号***(14)，其用来产生施加到上述第1波导通路(4)的偏压信号(12)和施加到上述第2波导通路(5)的偏压信号(13)，
上述驱动信号***(11)及偏压信号***(14产生的上述第1驱动信号(9)、上述第2驱动信号(10)及偏压信号(12、13)以满足下述(I)式的条件进行驱动：
△A+△θ＝π/2            (I)
(其中，△A与△θ的含义与上述相同)。
6.如权利要求5所述的光学频率梳发生方法，其特征在于，上述驱动信号***(11)及偏压信号***(14)产生的上述第1驱动信号(9)，上述第2驱动信号(10)及偏压信号(12、13)按照满足下述(II)式的方式进行驱动：
△A＝△θ＝π/4           (II)
(其中，△A与△θ的含义与上述相同)。
7.如权利要求5所述的光学频率梳发生方法，其特征在于，上述第1驱动信号(9)的振幅A1与上述第2驱动信号(10)的振幅A2不同。
8.如权利要求5所述的光学频率梳发生方法，其特征在于，上述波导通路部分(8)为马赫-曾德尔型波导通路。
9.一种脉冲光发生装置，其特征在于，
采用的光学频率梳发生装置具有：波导通路部分(8)，其包括：光输入部(2)；分路部(3)，对进入到上述输入部(2)的光进行分路；第1波导通路(4)，在上述分路部(3)被分开的一路光在其中传输；第2波导通路(5)，在上述分路部(3)被分开的另一路光在其中传播；合波部(6)，将从上述第1波导通路(4)和上述第2波导通路(5)输出的光信号合波；光信号输出部(7)，其输出被上述合波部合波的光信号；
驱动信号***(11)，其用来产生驱动上述第1波导通路(4)的第1驱动信号(9)和驱动上述第2波导通路(5)的第2驱动信号(10)；
偏压信号***(14)，其用来产生施加到上述第1波导通路(4)的偏压信号(12)和施加到上述第2波导通路(5)的偏压信号(13)，
上述驱动信号***(11)及偏压信号***(14)产生的上述第1驱动信号(9)、上述第2驱动信号(10)及偏压信号(12、13)以满足下述(I)式的条件进行驱动：
△A+△θ＝π/2             (I)
(其中，△A与△θ的含义与上述相同)
另外，通过设置相位控制器件来控制上述光学频率梳信号的各频率成分的相位，产生脉冲光信号。
10.一种脉冲光发生装置，其特征在于，
采用的光学频率梳发生装置具有：波导通路部分(8)，其包括：光输入部(2)；分路部(3)，对进入上述到输入部(2)的光进行分路；第1波导通路(4)，在上述分路部(3)被分开的一路光在其中传输；第2波导通路(5)，在上述分路部(3)被分开的另一路光在其中传播；合波部(6)，将从上述第1波导通路(4)和上述第2波导通路(5)输出的光信号合波；光信号输出部(7)，其输出被上述合波部合波的光信号；
驱动信号***(11)，其用来产生驱动上述第1波导通路(4)的第1驱动信号(9)和驱动上述第2波导通路(5)的第2驱动信号(10)；
偏压信号***(14)，其用来产生施加到上述第1波导通路(4)的偏压信号(12)和施加到上述第2波导通路(5)的偏压信号(13)，
上述驱动信号***(11)及偏压信号***(14产生的上述第1驱动信号(9)，上述第2驱动信号(10)及偏压信号(12、13)以满足下述(I)式的条件进行驱动：
△A+△θ＝π/2                (I)
(其中，△A与△θ的含义与上述相同)
另外，通过设置相位及强度控制器件来控制上述光学频率梳信号的各频率成分的相位及强度，产生脉冲光信号。
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