JP3092757B2 - 光パルスレーザの分周同期信号発生装置 - Google Patents
光パルスレーザの分周同期信号発生装置Info
- Publication number
- JP3092757B2 JP3092757B2 JP04220483A JP22048392A JP3092757B2 JP 3092757 B2 JP3092757 B2 JP 3092757B2 JP 04220483 A JP04220483 A JP 04220483A JP 22048392 A JP22048392 A JP 22048392A JP 3092757 B2 JP3092757 B2 JP 3092757B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- optical
- light pulse
- pulse
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
- Lasers (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超高速光パルスを用いた
光通信および光情報処理に利用する。特に、光信号の多
重、分離などの同期に用いられる分周信号の発生に関す
る。
光通信および光情報処理に利用する。特に、光信号の多
重、分離などの同期に用いられる分周信号の発生に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、繰り返しパルス発振するレーザの
出力光を光通信や光情報処理に用いることが研究されて
いる。このような繰り返しパルス発振は、電気信号によ
る変調を介することなく、レーザ共振器内の可飽和吸収
効果その他を利用して自励的に発生させることができ
る。このような自励パルス発振するレーザを本明細書で
は光パルスレーザという。
出力光を光通信や光情報処理に用いることが研究されて
いる。このような繰り返しパルス発振は、電気信号によ
る変調を介することなく、レーザ共振器内の可飽和吸収
効果その他を利用して自励的に発生させることができ
る。このような自励パルス発振するレーザを本明細書で
は光パルスレーザという。
【0003】このような光パルスレーザの出力光を光通
信や光信号処理に利用する場合、そのパルス発振繰り返
し周波数fに同期して、周波数f/nの分周電気信号を
発生させる必要がある。nは自然数である。従来の光パ
ルスレーザの分周同期信号発生装置では、光検出器を用
いて光パルスを直接電気信号に変換し、その中に含まれ
る繰り返し周波数成分を電気の分周回路を用いて1/n
に分周して分周周波数f/nを発生させていた。
信や光信号処理に利用する場合、そのパルス発振繰り返
し周波数fに同期して、周波数f/nの分周電気信号を
発生させる必要がある。nは自然数である。従来の光パ
ルスレーザの分周同期信号発生装置では、光検出器を用
いて光パルスを直接電気信号に変換し、その中に含まれ
る繰り返し周波数成分を電気の分周回路を用いて1/n
に分周して分周周波数f/nを発生させていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の分周同期信号発生装置では、光パルス繰り返し周波
数が10GHzを越える場合、電気回路の応答速度がそ
れほど速くないため、安定な電気的分周が難しく、正確
な位相同期が難しい欠点があった。
来の分周同期信号発生装置では、光パルス繰り返し周波
数が10GHzを越える場合、電気回路の応答速度がそ
れほど速くないため、安定な電気的分周が難しく、正確
な位相同期が難しい欠点があった。
【0005】本発明は、このような課題を解決し、10
GHz以上の繰り返し周波数に対しても位相同期された
分周電気信号を安定に発生する光パルスレーザの分周同
期信号発生装置を提供することを目的とする。
GHz以上の繰り返し周波数に対しても位相同期された
分周電気信号を安定に発生する光パルスレーザの分周同
期信号発生装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の光パルスレーザ
の分周同期信号発生装置は、周期的にパルス発振する光
パルスレーザからの信号光パルスを入力とし、この信号
光パルスの繰り返し周波数fに同期した周波数f/nの
電気信号を発生する光パルスレーザの分周同期信号発生
装置において、外部から加えられる電気変調信号の周波
数で周期的に参照光パルスを発生するローカルレーザ
と、発振周波数がほぼ周波数f/nに設定され、外部か
ら加えられた電圧により発振周波数が変化する電圧制御
発振器と、周波数Δfで電気的に発振する比較信号発振
器と、この比較信号発振器の出力と電圧制御発振器の出
力とから周波数f/n±Δfの電気変調信号を発生して
ローカルレーザに加える手段と、光パルスレーザからの
繰り返し周波数fの信号光パルスとローカルレーザから
の繰り返し周波数f/n±Δfの参照光パルスとを入力
とし、周波数n・Δfの相関信号を発生する光相関信号
発生器と、比較信号発振器の出力周波数Δfをn倍する
周波数逓倍器と、この周波数逓倍器の出力と光相関信号
発生器の出力との位相差を検出する位相比較器と、検出
された位相差に比例した誤差電圧により電圧制御発振器
の発振周波数を制御し、その発振周波数を信号光パルス
の繰り返し周波数fに同期させる帰還手段とを備えたこ
とを特徴とする。
の分周同期信号発生装置は、周期的にパルス発振する光
パルスレーザからの信号光パルスを入力とし、この信号
光パルスの繰り返し周波数fに同期した周波数f/nの
電気信号を発生する光パルスレーザの分周同期信号発生
装置において、外部から加えられる電気変調信号の周波
数で周期的に参照光パルスを発生するローカルレーザ
と、発振周波数がほぼ周波数f/nに設定され、外部か
ら加えられた電圧により発振周波数が変化する電圧制御
発振器と、周波数Δfで電気的に発振する比較信号発振
器と、この比較信号発振器の出力と電圧制御発振器の出
力とから周波数f/n±Δfの電気変調信号を発生して
ローカルレーザに加える手段と、光パルスレーザからの
繰り返し周波数fの信号光パルスとローカルレーザから
の繰り返し周波数f/n±Δfの参照光パルスとを入力
とし、周波数n・Δfの相関信号を発生する光相関信号
発生器と、比較信号発振器の出力周波数Δfをn倍する
周波数逓倍器と、この周波数逓倍器の出力と光相関信号
発生器の出力との位相差を検出する位相比較器と、検出
された位相差に比例した誤差電圧により電圧制御発振器
の発振周波数を制御し、その発振周波数を信号光パルス
の繰り返し周波数fに同期させる帰還手段とを備えたこ
とを特徴とする。
【0007】光相関信号発生器としては、導波路構造の
二次の光非線形媒質を用いた和周波数発生器を用いるこ
とがよい。すなわち、ローカルレーザの発振光波長λ2
を光パルスレーザの発振光波長λ1 と異なる値にしてお
き、光相関信号発生器には、波長λ1 の信号光パルスと
波長λ2 の参照光パルスとからその和周波数成分である
波長λ1 ・λ2 /(λ1 +λ2 )の光を発生する和周波
数発生器と、この和周波数成分を電気信号として検出す
る検出手段と、検出された電気信号から周波数n・Δf
の成分を取り出す電気フィルタとを含むことがよい。
二次の光非線形媒質を用いた和周波数発生器を用いるこ
とがよい。すなわち、ローカルレーザの発振光波長λ2
を光パルスレーザの発振光波長λ1 と異なる値にしてお
き、光相関信号発生器には、波長λ1 の信号光パルスと
波長λ2 の参照光パルスとからその和周波数成分である
波長λ1 ・λ2 /(λ1 +λ2 )の光を発生する和周波
数発生器と、この和周波数成分を電気信号として検出す
る検出手段と、検出された電気信号から周波数n・Δf
の成分を取り出す電気フィルタとを含むことがよい。
【0008】また、これとは別に、光相関信号発生器と
して光カー効果を有する三次の光非線形媒質を用いるこ
ともできる。すなわち、光相関信号発生器は、信号光パ
ルスと同時に参照光パルスが入射したときにその信号光
パルスを透過する光カースイッチと、この光カースイッ
チを透過した信号光パルスを電気信号として検出する検
出手段と、検出された電気信号から周波数n・Δfの成
分を取り出す電気フィルタとを含む構成でもよい。
して光カー効果を有する三次の光非線形媒質を用いるこ
ともできる。すなわち、光相関信号発生器は、信号光パ
ルスと同時に参照光パルスが入射したときにその信号光
パルスを透過する光カースイッチと、この光カースイッ
チを透過した信号光パルスを電気信号として検出する検
出手段と、検出された電気信号から周波数n・Δfの成
分を取り出す電気フィルタとを含む構成でもよい。
【0009】
【作用】発振周波数がf/n近傍の電圧制御発振器と低
周波数Δfで発振する比較信号発振器とを設け、両者の
混合波(電気信号)でローカルレーザを変調することに
より、繰り返し周波数がf/n±Δfの参照光パルスを
発生させる。そして、この参照光パルスと信号光パルス
との光相関をとることにより、周波数n・Δfの相関電
気信号を得る。この一方で、比較信号発振器の出力を電
気的に逓倍して、同じく周波数n・Δfの電気信号を得
る。この周波数n・Δfの二つの電気信号の位相差を誤
差信号として検出し、その誤差信号を電圧制御発振器に
帰還する。これにより、電圧制御発振器から、信号光パ
ルスの繰り返し周波数fに同期した周波数f/nの分周
電気信号が発生する。
周波数Δfで発振する比較信号発振器とを設け、両者の
混合波(電気信号)でローカルレーザを変調することに
より、繰り返し周波数がf/n±Δfの参照光パルスを
発生させる。そして、この参照光パルスと信号光パルス
との光相関をとることにより、周波数n・Δfの相関電
気信号を得る。この一方で、比較信号発振器の出力を電
気的に逓倍して、同じく周波数n・Δfの電気信号を得
る。この周波数n・Δfの二つの電気信号の位相差を誤
差信号として検出し、その誤差信号を電圧制御発振器に
帰還する。これにより、電圧制御発振器から、信号光パ
ルスの繰り返し周波数fに同期した周波数f/nの分周
電気信号が発生する。
【0010】本発明では、信号光パルスと参照光パルス
の位相を低周波成分(周波数Δf)に落として比較して
いるので、この低周波成分に対して電気回路はその応答
時間で十分に追従できる。また、この場合の位相同期が
かかる繰り返し周波数の上限は、用いる光相関信号発生
器の応答速度および参照光パルスのパルス幅によって決
まる。光相関信号発生器として、二次の光非線形効果を
利用した和周波数発生器や、三次の光非線形効果を利用
した光カースイッチを用いた場合、その応答速度を数ピ
コ秒程度に設定できる。また、参照光パルスの幅につい
ても、ローカルレーザである半導体レーザにアクティブ
モードロックをかけることにより、1〜2ピコ秒にする
ことができる。したがって、全体として10ピコ秒以下
の動作が可能となり、少なくとも100GHz程度の繰
り返し周波数に対して位相同期をかけることが可能であ
る。
の位相を低周波成分(周波数Δf)に落として比較して
いるので、この低周波成分に対して電気回路はその応答
時間で十分に追従できる。また、この場合の位相同期が
かかる繰り返し周波数の上限は、用いる光相関信号発生
器の応答速度および参照光パルスのパルス幅によって決
まる。光相関信号発生器として、二次の光非線形効果を
利用した和周波数発生器や、三次の光非線形効果を利用
した光カースイッチを用いた場合、その応答速度を数ピ
コ秒程度に設定できる。また、参照光パルスの幅につい
ても、ローカルレーザである半導体レーザにアクティブ
モードロックをかけることにより、1〜2ピコ秒にする
ことができる。したがって、全体として10ピコ秒以下
の動作が可能となり、少なくとも100GHz程度の繰
り返し周波数に対して位相同期をかけることが可能であ
る。
【0011】
【実施例】図1は本発明の実施例を示すブロック構成図
である。
である。
【0012】この実施例装置は、周期的にパルス発振す
る光パルスレーザ101からの信号光パルス113を入
力とし、この信号光パルス113の繰り返し周波数fに
同期した周波数f/nの電気信号、すなわち分周同期信
号115を発生する装置であり、外部から加えられる電
気変調信号の周波数で周期的に参照光パルス114を発
生するローカルレーザ102と、発振周波数がほぼ周波
数f/nに設定され、外部から加えられた電圧により発
振周波数が変化する電圧制御発振器103と、周波数Δ
fで電気的に発振する比較信号発振器104と、この比
較信号発振器104の出力と電圧制御発振器103の出
力とから周波数f/n±Δfの電気変調信号を発生して
ローカルレーザ102に加える手段としてのミキサ10
5、帯域通過フィルタ116および変調ドライバ106
と、光パルスレーサ101からの繰り返し周波数fの信
号光パルス113とローカルレーザ102からの繰り返
し周波数f/n±Δfの参照光パルス114とを入力と
し、周波数n・Δfの相関信号を発生する光相関信号発
生器109と、比較信号発振器104の出力周波数Δf
をn倍する周波数逓倍器110と、この周波数逓倍器1
10の出力と光相関信号発生器109の出力との位相差
を検出する位相比較器111とを備え、検出された位相
差に比例した誤差電圧により電圧制御発振器103の発
振周波数を制御し、その発振周波数を信号光パルスの繰
り返し周波数fに同期させる帰還手段として、位相比較
器111の出力が低域通過フィルタ112を介して電圧
制御発振器103に接続される。光相関信号発生器10
9の入力には、信号光パルス113および参照光パルス
114をそれぞれ増幅するために、Er添加光ファイバ
増幅器107、108が設けられる。
る光パルスレーザ101からの信号光パルス113を入
力とし、この信号光パルス113の繰り返し周波数fに
同期した周波数f/nの電気信号、すなわち分周同期信
号115を発生する装置であり、外部から加えられる電
気変調信号の周波数で周期的に参照光パルス114を発
生するローカルレーザ102と、発振周波数がほぼ周波
数f/nに設定され、外部から加えられた電圧により発
振周波数が変化する電圧制御発振器103と、周波数Δ
fで電気的に発振する比較信号発振器104と、この比
較信号発振器104の出力と電圧制御発振器103の出
力とから周波数f/n±Δfの電気変調信号を発生して
ローカルレーザ102に加える手段としてのミキサ10
5、帯域通過フィルタ116および変調ドライバ106
と、光パルスレーサ101からの繰り返し周波数fの信
号光パルス113とローカルレーザ102からの繰り返
し周波数f/n±Δfの参照光パルス114とを入力と
し、周波数n・Δfの相関信号を発生する光相関信号発
生器109と、比較信号発振器104の出力周波数Δf
をn倍する周波数逓倍器110と、この周波数逓倍器1
10の出力と光相関信号発生器109の出力との位相差
を検出する位相比較器111とを備え、検出された位相
差に比例した誤差電圧により電圧制御発振器103の発
振周波数を制御し、その発振周波数を信号光パルスの繰
り返し周波数fに同期させる帰還手段として、位相比較
器111の出力が低域通過フィルタ112を介して電圧
制御発振器103に接続される。光相関信号発生器10
9の入力には、信号光パルス113および参照光パルス
114をそれぞれ増幅するために、Er添加光ファイバ
増幅器107、108が設けられる。
【0013】光パルスレーザ101はInGaAsP系
半導体レーザ内に可飽和領域が設けられた構造をもち、
パッシブなコライディングパルスモードロッキングをか
けることにより、波長1.55μmにおいて、繰り返し
周波数が約40GHz、パルス幅が1.1ピコ秒の信号
光パルスを出力する。
半導体レーザ内に可飽和領域が設けられた構造をもち、
パッシブなコライディングパルスモードロッキングをか
けることにより、波長1.55μmにおいて、繰り返し
周波数が約40GHz、パルス幅が1.1ピコ秒の信号
光パルスを出力する。
【0014】ローカルレーザ102はInGaAsP系
半導体レーザであり、約10GHzの電気信号による変
調でアクティブモードロッキングがかかり、波長1.5
3μmで、繰り返し周波数が約10GHzの参照光パル
スを発生する。
半導体レーザであり、約10GHzの電気信号による変
調でアクティブモードロッキングがかかり、波長1.5
3μmで、繰り返し周波数が約10GHzの参照光パル
スを発生する。
【0015】電圧制御発振器103の自走発振周波数は
10GHz、比較信号発振器104が発生する信号の周
波数Δf=100KHz、Er添加光ファイバ増幅器1
07、108の最大飽和平均出力は約100mWであ
る。
10GHz、比較信号発振器104が発生する信号の周
波数Δf=100KHz、Er添加光ファイバ増幅器1
07、108の最大飽和平均出力は約100mWであ
る。
【0016】この実施例の動作について説明する。
【0017】電圧制御発生器103の出力と比較信号発
振器104の出力とはミキサ105で混合され、その和
周波数信号と差周波数信号との一方、この実施例の場合
には和周波数信号を帯域通過フィルタ116により取り
出し、変調ドライバ106でローカルレーザ102に変
調を加える。この変調によりアクティブモードロッキン
グがかかり、ローカルレーザ102は参照光パルス11
4を出力する。参照光パルス114の繰り返し周波数
は、電圧制御発振器103の発振周波数f/n(10G
Hz)と、比較信号発振器104の発振周波数Δf(1
00kHz)との和周波数に一致する。参照光パルス1
14のパルス幅は、実測によると約1.2ピコ秒であっ
た。信号光パルス113および参照光パルス114は、
それぞれEr添加光ファイバ増幅器107、108によ
り増幅され、光相関信号発生器109に入力される。光
相関信号発生器109は、二つの光パルスの相関をと
り、周波数n・Δf=400kHzの相関信号を発生す
る。
振器104の出力とはミキサ105で混合され、その和
周波数信号と差周波数信号との一方、この実施例の場合
には和周波数信号を帯域通過フィルタ116により取り
出し、変調ドライバ106でローカルレーザ102に変
調を加える。この変調によりアクティブモードロッキン
グがかかり、ローカルレーザ102は参照光パルス11
4を出力する。参照光パルス114の繰り返し周波数
は、電圧制御発振器103の発振周波数f/n(10G
Hz)と、比較信号発振器104の発振周波数Δf(1
00kHz)との和周波数に一致する。参照光パルス1
14のパルス幅は、実測によると約1.2ピコ秒であっ
た。信号光パルス113および参照光パルス114は、
それぞれEr添加光ファイバ増幅器107、108によ
り増幅され、光相関信号発生器109に入力される。光
相関信号発生器109は、二つの光パルスの相関をと
り、周波数n・Δf=400kHzの相関信号を発生す
る。
【0018】比較信号発振器104の出力はまた、分岐
されて周波数逓倍器110に入力される。周波数逓倍器
110は、入力された信号の周波数をn=4倍し、n・
Δf=400kHzの参照信号を出力する。
されて周波数逓倍器110に入力される。周波数逓倍器
110は、入力された信号の周波数をn=4倍し、n・
Δf=400kHzの参照信号を出力する。
【0019】光相関信号発生器109の出力した相関信
号と、周波数逓倍器110の出力した参照信号とは、位
相比較器111に入力される。位相比較器111は、両
者の位相差(瞬時周波数差)を検出する。この位相差
は、信号光パルス113と参照光パルス114との位相
差、すなわち信号光パルスの繰り返周波数と電圧制御発
振器103の発振周波数のn=4倍の値との差に対応し
ている。
号と、周波数逓倍器110の出力した参照信号とは、位
相比較器111に入力される。位相比較器111は、両
者の位相差(瞬時周波数差)を検出する。この位相差
は、信号光パルス113と参照光パルス114との位相
差、すなわち信号光パルスの繰り返周波数と電圧制御発
振器103の発振周波数のn=4倍の値との差に対応し
ている。
【0020】位相比較器111の出力は低域通過フィル
タ112に入力される。低域通過フィルタ112は、位
相比較器111の出力から、相関信号と参照信号との位
相差に比例した誤差電圧を取り出し、これを電圧制御発
振器103の制御電圧端子に供給する。
タ112に入力される。低域通過フィルタ112は、位
相比較器111の出力から、相関信号と参照信号との位
相差に比例した誤差電圧を取り出し、これを電圧制御発
振器103の制御電圧端子に供給する。
【0021】この制御電圧端子に入力された誤差電圧に
より、電圧制御発振器103の発振周波数は、相関信号
と参照信号との位相差が減少する方向に変動する。すな
わち、電圧制御発振器103→ローカルレーザ102→
光相関信号発生器109→位相比較器111→低域通過
フィルタ112→電圧制御発振器103で構成されるル
ープが位相同期ループとして働く。この位相同期ループ
は、電圧制御発振器103の発振周波数の4倍値が信号
光パルス113の繰り返し周波数に等しくなった点が安
定である。したがって、ループが安定した時点で、繰り
返し周波数が40GHzの信号光パルスに同期して、1
/4に分周された10GHzの分周同期信号115が電
圧制御発振器103から出力される。
より、電圧制御発振器103の発振周波数は、相関信号
と参照信号との位相差が減少する方向に変動する。すな
わち、電圧制御発振器103→ローカルレーザ102→
光相関信号発生器109→位相比較器111→低域通過
フィルタ112→電圧制御発振器103で構成されるル
ープが位相同期ループとして働く。この位相同期ループ
は、電圧制御発振器103の発振周波数の4倍値が信号
光パルス113の繰り返し周波数に等しくなった点が安
定である。したがって、ループが安定した時点で、繰り
返し周波数が40GHzの信号光パルスに同期して、1
/4に分周された10GHzの分周同期信号115が電
圧制御発振器103から出力される。
【0022】図2は光相関信号発生器の一例を示す構成
図である。ここでは、和周波発生器を用いた例を説明す
る。
図である。ここでは、和周波発生器を用いた例を説明す
る。
【0023】この光相関信号発生器は、信号光パルス2
01(図1における113に相当)と、参照光パルス2
02(図1における114に相当)とを入力とし、λ/
2位相板203、204、ハーフミラー205、結合レ
ンズ206、和周波発生器207、コリメートレンズ2
08、波長0.77μmの光のみを透過する波長フィル
タ209、光検出器210、および遮断周波数が700
kHzの電気的な低域通過フィルタ211を備え、周波
数4・Δf(400kHz)の相関信号212を出力す
る。光検出器210としては、例えばSiアバランシェ
フォトダイオード(APD)を用いる。
01(図1における113に相当)と、参照光パルス2
02(図1における114に相当)とを入力とし、λ/
2位相板203、204、ハーフミラー205、結合レ
ンズ206、和周波発生器207、コリメートレンズ2
08、波長0.77μmの光のみを透過する波長フィル
タ209、光検出器210、および遮断周波数が700
kHzの電気的な低域通過フィルタ211を備え、周波
数4・Δf(400kHz)の相関信号212を出力す
る。光検出器210としては、例えばSiアバランシェ
フォトダイオード(APD)を用いる。
【0024】和周波発生器207は、光の伝搬方向に結
晶のa軸、基板面に平行にb軸、基板面に垂直に−c軸
をとったMgO:LiNbO3 結晶基板に、Tiを拡散
して光導波路を形成したものである。基板面上には、c
軸方向からb軸と平行にピッチdで電子線を周期的に照
射することにより、基板に周期的なドメイン反転が形成
され、和周波発生のための疑似位相整合条件が成立する
ようになっている。疑似位相整合が成立するピッチdは
次の式で表される。
晶のa軸、基板面に平行にb軸、基板面に垂直に−c軸
をとったMgO:LiNbO3 結晶基板に、Tiを拡散
して光導波路を形成したものである。基板面上には、c
軸方向からb軸と平行にピッチdで電子線を周期的に照
射することにより、基板に周期的なドメイン反転が形成
され、和周波発生のための疑似位相整合条件が成立する
ようになっている。疑似位相整合が成立するピッチdは
次の式で表される。
【0025】 d=|N3 /λ3 −N2 /λ2 −N1 /λ1 |-1 …(1) この式において、λ1 は信号光パルスの波長、λ2 は参
照光パルスの波長、λ3は二つの光の和周波の波長を表
し、N1 、N2 、N3 はそれぞれ波長λ1 、λ2、λ3
におけるc軸偏光波に対する実効屈折率を表す。
照光パルスの波長、λ3は二つの光の和周波の波長を表
し、N1 、N2 、N3 はそれぞれ波長λ1 、λ2、λ3
におけるc軸偏光波に対する実効屈折率を表す。
【0026】ここで、λ1 =1.55μm、λ2 =1.
53μmとすると、和周波波長λ3は、波長の逆数が周
波数に比例することから1/λ1 +1/λ2 =1/λ3
により求められ、λ3 =0.77μmである。このと
き、d=20μmに設定すると、c軸に偏光した信号光
パルス201と参照光パルス202によりc軸に偏光し
た和周波成分が発生する疑似位相整合条件が得られる。
53μmとすると、和周波波長λ3は、波長の逆数が周
波数に比例することから1/λ1 +1/λ2 =1/λ3
により求められ、λ3 =0.77μmである。このと
き、d=20μmに設定すると、c軸に偏光した信号光
パルス201と参照光パルス202によりc軸に偏光し
た和周波成分が発生する疑似位相整合条件が得られる。
【0027】このような和周波発生器207による光相
関信号の発生についてさらに詳しく説明する。
関信号の発生についてさらに詳しく説明する。
【0028】信号光パルス201および参照光パルス2
02の偏光をそれぞれλ/2位相板203、204によ
りc軸方向に一致させ、ハーフミラー205で合波した
後、結合レンズ206を介して和周波発生器207に入
射する。和周波発生器207では、疑似位相整合条件が
満足されていることから、信号光パルス201と参照光
パルス202との和周波成分である波長0.77μmの
光を出力する。
02の偏光をそれぞれλ/2位相板203、204によ
りc軸方向に一致させ、ハーフミラー205で合波した
後、結合レンズ206を介して和周波発生器207に入
射する。和周波発生器207では、疑似位相整合条件が
満足されていることから、信号光パルス201と参照光
パルス202との和周波成分である波長0.77μmの
光を出力する。
【0029】和周波発生過程を時間的にみると、信号光
パルス201と参照光パルス202との時間的重なりの
程度が大きいほど、発生する和周波成分の強度が大きく
なる。本実施例では、信号光パルス201と参照光パル
ス202とで繰り返し周波数が異なるため、二つのパル
スの重なりの程度が周期的に変動し、この重なりの変動
に対応した光強度のビート成分(相関信号)が和周波に
重畳される。参照光パルス202の時間幅が信号光パル
ス201の時間幅と同程度に十分に狭いため、発生する
ビート周波数は、信号光パルス201の繰り返し周波数
と、参照光パルス202の高調波周波数(繰り返し周波
数のn倍)との差となる。したがって、この例の場合の
設定では、ビート周波数は4・Δf(400kHz)と
なる。
パルス201と参照光パルス202との時間的重なりの
程度が大きいほど、発生する和周波成分の強度が大きく
なる。本実施例では、信号光パルス201と参照光パル
ス202とで繰り返し周波数が異なるため、二つのパル
スの重なりの程度が周期的に変動し、この重なりの変動
に対応した光強度のビート成分(相関信号)が和周波に
重畳される。参照光パルス202の時間幅が信号光パル
ス201の時間幅と同程度に十分に狭いため、発生する
ビート周波数は、信号光パルス201の繰り返し周波数
と、参照光パルス202の高調波周波数(繰り返し周波
数のn倍)との差となる。したがって、この例の場合の
設定では、ビート周波数は4・Δf(400kHz)と
なる。
【0030】和周波発生器207の出力光は、コリメー
トレンズ208によりコリメートされ、波長フィルタ2
09により和周波成分だけが取り出された後、光検出器
210で電気信号に変換さる。検出された電気信号中の
相関信号(周波数4・Δf)は低域通過フィルタ211
により取り出される。
トレンズ208によりコリメートされ、波長フィルタ2
09により和周波成分だけが取り出された後、光検出器
210で電気信号に変換さる。検出された電気信号中の
相関信号(周波数4・Δf)は低域通過フィルタ211
により取り出される。
【0031】このように、和周波発生器を利用して図1
における光相関信号発生器109を構成することによ
り、信号光パルス113と参照光パルス114との相関
信号を検出できる。
における光相関信号発生器109を構成することによ
り、信号光パルス113と参照光パルス114との相関
信号を検出できる。
【0032】図3は光相関信号発生器の別の例を示す構
成図である。この例は三次の非線形効果を利用した光カ
ースイッチを用いたものである。
成図である。この例は三次の非線形効果を利用した光カ
ースイッチを用いたものである。
【0033】この光相関信号発生器は、波長1.55μ
mの信号光パルス301と、波長1.53μmの参照光
パルス302とを入力とし、λ/2位相板303、30
4、偏光子305、ハーフミラー306、結合レンズ3
07、光非線形光学媒体308、コリメートレンズ30
9、1.55μmの光のみを透過する波長フィルタ31
0、検光子311、光検出器312、および遮断周波数
が700kHzの低域通過フィルタ313を備え、周波
数4・Δf(400kHz)の相関信号315を出力す
る。光非線形光学媒体308としては、例えば長さ1m
のAs2 S3 系ファイバを用いる。光検出器312とし
ては、例えばGe:APDを用いる。
mの信号光パルス301と、波長1.53μmの参照光
パルス302とを入力とし、λ/2位相板303、30
4、偏光子305、ハーフミラー306、結合レンズ3
07、光非線形光学媒体308、コリメートレンズ30
9、1.55μmの光のみを透過する波長フィルタ31
0、検光子311、光検出器312、および遮断周波数
が700kHzの低域通過フィルタ313を備え、周波
数4・Δf(400kHz)の相関信号315を出力す
る。光非線形光学媒体308としては、例えば長さ1m
のAs2 S3 系ファイバを用いる。光検出器312とし
ては、例えばGe:APDを用いる。
【0034】このような構成において、偏光子305の
透過偏光方向を光非線形光学媒体308のx軸から45
度傾いた方向に合わせ、かつ、検光子311の透過偏光
方向を偏光子305の偏光方向と90度ずらしておく。
λ/2位相板303を調整して、信号光パルス301の
偏光方向を偏光子305の偏光透過方向に合わせること
により、信号光パルス301が偏光子305を経て光非
線形光学媒体308に伝搬する。しかし、この信号光パ
ルス301は、非線形光学媒体308から出射され、コ
リメートレンズ309によりコリメートされて波長フィ
ルタ310を透過するものの、偏波透過方向が90度異
なる検光子311によって遮断されてしまう。
透過偏光方向を光非線形光学媒体308のx軸から45
度傾いた方向に合わせ、かつ、検光子311の透過偏光
方向を偏光子305の偏光方向と90度ずらしておく。
λ/2位相板303を調整して、信号光パルス301の
偏光方向を偏光子305の偏光透過方向に合わせること
により、信号光パルス301が偏光子305を経て光非
線形光学媒体308に伝搬する。しかし、この信号光パ
ルス301は、非線形光学媒体308から出射され、コ
リメートレンズ309によりコリメートされて波長フィ
ルタ310を透過するものの、偏波透過方向が90度異
なる検光子311によって遮断されてしまう。
【0035】この状態でλ/2位相板304を調整し、
参照光パルス302をその偏光方向をy軸偏光に合わせ
て光非線形光学媒体308に入射する。参照光パルス3
02の強度がある程度高ければ、その参照光パルス30
2によって光カー効果が発生し、光非線形光学媒体30
8内に複屈折が生じる。この複屈折により、参照光パル
ス302と重なって伝搬する信号光パルス301の偏光
が楕円化し、90度方向の異なる偏光成分、すなわち直
交偏光成分を生じる。この直交偏光成分は、光非線形光
学媒体308から出射され、検光子311を透過する。
参照光パルス302は波長フィルタ310により遮断さ
れる。
参照光パルス302をその偏光方向をy軸偏光に合わせ
て光非線形光学媒体308に入射する。参照光パルス3
02の強度がある程度高ければ、その参照光パルス30
2によって光カー効果が発生し、光非線形光学媒体30
8内に複屈折が生じる。この複屈折により、参照光パル
ス302と重なって伝搬する信号光パルス301の偏光
が楕円化し、90度方向の異なる偏光成分、すなわち直
交偏光成分を生じる。この直交偏光成分は、光非線形光
学媒体308から出射され、検光子311を透過する。
参照光パルス302は波長フィルタ310により遮断さ
れる。
【0036】すなわち、参照光パルス302が無い状態
では、光非線形光学媒体308のx軸から45度傾いた
偏光方向316aで入射した信号光パルス301は、そ
の偏光方向を維持したまま非線形光学媒体308から出
射され、検光子311により遮断される。これに対して
参照光パルス302を光非線形光学媒体308のy軸に
一致する偏光方向316bで入射すると、光非線形光学
媒体308の出力端では、その参照光パルス302と重
なった部分で、信号光パルス310に偏光方向316b
と直交する偏光方向317aの成分が生じる。これは、
信号光パルス301が参照光パルス302によってスイ
ッチングされたことを意味する。このスイッチングされ
た光パルス314のみが光検出器312に入射する。
では、光非線形光学媒体308のx軸から45度傾いた
偏光方向316aで入射した信号光パルス301は、そ
の偏光方向を維持したまま非線形光学媒体308から出
射され、検光子311により遮断される。これに対して
参照光パルス302を光非線形光学媒体308のy軸に
一致する偏光方向316bで入射すると、光非線形光学
媒体308の出力端では、その参照光パルス302と重
なった部分で、信号光パルス310に偏光方向316b
と直交する偏光方向317aの成分が生じる。これは、
信号光パルス301が参照光パルス302によってスイ
ッチングされたことを意味する。このスイッチングされ
た光パルス314のみが光検出器312に入射する。
【0037】このようなスイッチングにより得られる直
交偏光成分の強度は、信号光パルス301と参照光パル
ス302との時間的な重なりの程度に依存し、重なりが
強いほど直交偏光成分の強度が強くなる。信号光パルス
301と参照光パルス302とで繰り返し周波数が異な
ることから、この二つの光の繰り返し周波数の差(高調
波周波数との差の成分も含む)により、二つのパルスの
重なりの程度が周期的に変化する。この周期的な変化は
直交偏光成分の包絡線の強度変化として現れる。したが
って、この直交偏光成分を光検出器312で電気信号に
変換し、低域通過フィルタ313を通して低周波成分を
取り出すことにより、相関信号を検出することができ
る。
交偏光成分の強度は、信号光パルス301と参照光パル
ス302との時間的な重なりの程度に依存し、重なりが
強いほど直交偏光成分の強度が強くなる。信号光パルス
301と参照光パルス302とで繰り返し周波数が異な
ることから、この二つの光の繰り返し周波数の差(高調
波周波数との差の成分も含む)により、二つのパルスの
重なりの程度が周期的に変化する。この周期的な変化は
直交偏光成分の包絡線の強度変化として現れる。したが
って、この直交偏光成分を光検出器312で電気信号に
変換し、低域通過フィルタ313を通して低周波成分を
取り出すことにより、相関信号を検出することができ
る。
【0038】このように、光カースイッチを用いること
によっても信号光パルスと参照光パルスとの相関信号を
検出することができる。
によっても信号光パルスと参照光パルスとの相関信号を
検出することができる。
【0039】また、ここでは光非線形光学媒体としてA
s2 S3 系ファイバを例に説明したが、三次の光非線形
効果を有するものであれば、石英系ファイバや有機材料
導波路などを用いても同様に実施できる。
s2 S3 系ファイバを例に説明したが、三次の光非線形
効果を有するものであれば、石英系ファイバや有機材料
導波路などを用いても同様に実施できる。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光パルス
レーザの分周同期信号発生装置は、信号光パルスを電気
信号に変換してから電気的に分周するのではなく、光学
的な処理を組み合わせて分周している。このため、電気
回路に負担をかけることなく、パッシブなモードロック
レーザから繰り返し出力される光パルスの繰り返し周波
数に同期して分周信号を発生できる。
レーザの分周同期信号発生装置は、信号光パルスを電気
信号に変換してから電気的に分周するのではなく、光学
的な処理を組み合わせて分周している。このため、電気
回路に負担をかけることなく、パッシブなモードロック
レーザから繰り返し出力される光パルスの繰り返し周波
数に同期して分周信号を発生できる。
【図1】本発明実施例の分周同期信号発生装置を示すブ
ロック構成図。
ロック構成図。
【図2】光相関信号発生器の一例を示す構成図であり、
和周波発生器を用いた例を示す図。
和周波発生器を用いた例を示す図。
【図3】光相関信号発生器の別の例を示す構成図であ
り、光カースイッチを用いた例を示す図。
り、光カースイッチを用いた例を示す図。
101 光パルスレーザ 102 ローカルレーザ 103 電圧制御発振器 104 比較信号発振器 105 ミキサ 106 変調ドライバ 107、108 Er添加光ファイバ増幅器 109 光相関信号発生器 110 周波数逓倍器 111 位相比較器 112 低域通過フィルタ 113 信号光パルス 114 参照光パルス 115 分周同期信号 116 帯域通過フィルタ 201 信号光パルス 202 参照光パルス 203、204 λ/2位相板 205 ハーフミラー 206 結合レンズ 207 和周波発生器 208 コリメートレンズ 209 波長フィルタ 210 光検出器 211 低域通過フィルタ 212 相関信号 301 信号光パルス 302 参照光パルス 303、304 λ/2位相板 305 偏光子 306 ハーフミラー 307 結合レンズ 308 光非線形光学媒体 309 コリメートレンズ 310 波長フィルタ 311 検光子 312 光検出器 313 低域通過フィルタ 314 スイッチングされた光パルス 315 相関信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/152 (72)発明者 石橋 茂雄 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−8791(JP,A) 特開 平5−327493(JP,A) 特開 昭63−102418(JP,A) 特開 平4−106989(JP,A) 特開 平6−13981(JP,A) 特許3055735(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 4/00 H01S 5/00 - 5/50 H03L 7/08 H04B 10/04 H04B 10/06 H04B 10/142 H04B 10/152 JICSTファイル(JOIS)
Claims (3)
- 【請求項1】 周期的にパルス発振する光パルスレーザ
からの信号光パルスを入力とし、この信号光パルスの繰
り返し周波数fに同期した周波数f/n(ただしnは自
然数)の電気信号を発生する光パルスレーザの分周同期
信号発生装置において、 外部から加えられる電気変調信号の周波数で周期的に参
照光パルスを発生するローカルレーザ(102)と、 発振周波数がほぼ前記周波数f/nに設定され、外部か
ら加えられた電圧により発振周波数が変化する電圧制御
発振器(103)と、 周波数Δfで電気的に発振する比較信号発振器(10
4)と、 この比較信号発振器の出力と前記電圧制御発振器の出力
とから周波数f/n+Δfまたはf/n−Δf(以下f
/n±Δfと表示する)の電気変調信号を発生して前記
ローカルレーザに加える手段(105、116、10
6)と、 前記光パルスレーサからの繰り返し周波数fの信号光パ
ルスと前記ローカルレーザからの繰り返し周波数f/n
±Δfの参照光パルスとを入力とし、周波数n・Δfの
相関信号を発生する光相関信号発生器(109)と、 前記比較信号発振器の出力周波数Δfをn倍する周波数
逓倍器(110)と、 この周波数逓倍器の出力と前記光相関信号発生器の出力
との位相差を検出する位相比較器(111)と、 検出された位相差に比例した誤差電圧により前記電圧制
御発振器の発振周波数を制御し、その発振周波数を前記
信号光パルスの繰り返し周波数fに同期させる帰還手段
とを備えたことを特徴とする光パルスレーザの分周同期
信号発生装置。 - 【請求項2】 前記ローカルレーザの発振光波長λ2 は
前記光パルスレーザの発振光波長λ1 と異なる値に設定
され、 前記光相関信号発生器は、 波長λ1 の信号光パルスと波長λ2 の参照光パルスとか
らその和周波数成分である波長λ1 ・λ2 /(λ1 +λ
2 )の光を発生する和周波数発生器と、 この和周波数成分を電気信号として検出する検出手段
と、 検出された電気信号から周波数n・Δfの成分を取り出
す電気フィルタとを含む請求項1記載の光パルスレーザ
の分周同期信号発生装置。 - 【請求項3】 前記光相関信号発生器は、 信号光パルスと同時に参照光パルスが入射したときにそ
の信号光パルスを透過する光カースイッチと、 この光カースイッチを透過した信号光パルスを電気信号
として検出する検出手段と、 検出された電気信号から周波数n・Δfの成分を取り出
す電気フィルタとを含む請求項1記載の光パルスレーザ
の分周同期信号発生装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04220483A JP3092757B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 光パルスレーザの分周同期信号発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP04220483A JP3092757B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 光パルスレーザの分周同期信号発生装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0669580A JPH0669580A (ja) | 1994-03-11 |
JP3092757B2 true JP3092757B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=16751794
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP04220483A Expired - Fee Related JP3092757B2 (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 光パルスレーザの分周同期信号発生装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3092757B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5940198A (en) * | 1995-12-22 | 1999-08-17 | U.S. Philips Corporation | Optical unit for synchronizing clock signals |
WO1997023933A1 (en) * | 1995-12-22 | 1997-07-03 | Philips Electronics N.V. | Optical unit for synchronizing clock signals |
WO2015160413A2 (en) * | 2014-01-24 | 2015-10-22 | California Institute Of Technology | Stabilized microwave-frequency source |
-
1992
- 1992-08-19 JP JP04220483A patent/JP3092757B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0669580A (ja) | 1994-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10454238B2 (en) | Systems and methods for low noise frequency multiplication, division, and synchronization | |
US5917179A (en) | Brillouin opto-electronic oscillators | |
US5457559A (en) | Apparatus for extracting an optical clock and apparatus for demultiplexing a time-division multiplexed signal | |
US5574588A (en) | Phase lock loop circuit using optical correlation detection | |
JP3443534B2 (ja) | 原子周波数標準レーザパルス発振器 | |
US5367529A (en) | Apparatus and method for improved time synchronization of pulsed laser systems | |
JP4807514B2 (ja) | 光クロック抽出装置及び方法 | |
JPH061912B2 (ja) | 周波数偏移変調光送信装置 | |
JPH1074999A (ja) | レーザパルス発振器 | |
KR19980039199A (ko) | 광섬유 레이저 및 그를 이용한 조화 모드록킹 방법 | |
JP2003115626A (ja) | 光パルスレーザ装置 | |
JP3772650B2 (ja) | モード同期半導体レーザの駆動方法及び装置 | |
JP3204476B2 (ja) | 駆動周波数混合型モード同期レーザ装置 | |
JPH11317567A (ja) | レーザー光発生方法及びその装置 | |
JP3089253B2 (ja) | ファブリペローフィルターを用いた再生モード同期レーザ | |
JP3092757B2 (ja) | 光パルスレーザの分周同期信号発生装置 | |
US6239893B1 (en) | Very high data rate soliton regenerator | |
JP3055735B2 (ja) | 受動モード同期半導体レーザ装置 | |
CN115133387A (zh) | 产生多频相干激光的装置及方法 | |
JP3849019B2 (ja) | 光パルスのタイミングジッター低減方法および装置 | |
JP2001249367A (ja) | 光発生方法及び光源 | |
Cotter | Technique for highly stable active mode-locking | |
JP3351212B2 (ja) | パルス光源 | |
JPH0758388A (ja) | 光パルス発生装置 | |
JPH08321652A (ja) | 高速繰返し光パルス列発生装置および高速繰返し光パルス列の発生方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |