JP3571539B2 - 光パルス発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光サンプリングなどに用いる、繰り返し周波数可変にして低位相雑音でパルス幅の狭い光パルス発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光サンプリング光源として望まれる性能は、いろいろな周波数の被測定信号に対応できるように繰り返し周波数が可変で、かつ、分周比（被測定信号の周波数とサンプリング周波数との比）Ｎ（整数）が大きくとれるよう数１０ＭＨｚ以下の繰り返し周波数でのパルス発生が可能であること、高い時間分解能のためにパルス幅が１ｐｓ以下と狭いこと、更に、タイミングジッタ（ジッタとは高速の時間的なふらつきのことである）が小さいことが望まれる。
【０００３】
従来の簡易で小型な光パルス発生装置として、（１）半導体モード同期レーザ装置、（２）連続光源から発生した連続光を光変調器で切り出して光パルス列を発生する装置、（３）ゲインスイッチ半導体レーザをパルス信号で駆動して光パルス列を発生する装置の３つが挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記の従来技術を検討した結果、以下の問題点を見い出した。
前記（１）のモード同期レーザでは、繰り返し周波数ｆｒｅｐが、ｆｒｅｐ＝ｃ／２ｎＬ（ｃ：光速 ｎ：屈折率 Ｌ：共振器長）と共振器長Ｌで決まってしまうため外部信号への同調性が乏しい。また、この式から数１０ＭＨｚ以下の繰り返し周波数の場合、共振器長Ｌが数ｍ以上必要になり機械的不安定性が増加し、装置規模も長大化するため現実的なパルス発生法ではない。
【０００５】
前記（２）の装置では、連続光を光変調した光パルス列は、外部参照信号への同期は容易であるが、そのパルス幅が光変調器の変調帯域幅と光変調器の駆動電気信号の帯域で制限される。駆動信号生成回路と光変調器の帯域幅は高々５０ＧＨｚなので、パルス幅が数１０ｐｓ以下のパルス発生は困難である。また、駆動信号生成回路ではタイミングジッタが付加される。
【０００６】
前記（３）のゲインスイッチ半導体レーザを利用した装置では、比較的容易に１０ｐｓ程度のパルス幅をもつ光パルス列を発生できるが、ゲインスイッチパルス発生の過程で比較的大きなジッタが加わる。
【０００７】
したがって、前記（２）、（３）共に、測定用光源として用いるには大きなタイミングジッタと広いパルス幅が問題となっている。パルス幅に関しては、光ファイバを用いた線形／非線形光パルス圧縮技術により１ｐｓ以下に狭くすることが可能である。しかし、圧縮には数１０ｍ以上の光パルス圧縮用ファイバを用いるので、ファイバの周辺温度が数度（℃）変化するだけで遅延量変化が起こり、光パルス圧縮後の光パルス列の位相が大きく変化し、ワンダ（低速の時間的なふらつきのことである）が大きくなるという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、繰り返し周波数が数１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚ、パルス幅が１ｐｓ以下の、タイミングジッタ及びワンダが共に小さい光パルス列を発生させることが可能な技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１１】
（１）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する光分岐手段と、該光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する受光器と、該受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出し、その誤差信号を前記電圧制御発振器に負帰還する位相比較回路と、該位相比較回路と電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタとを具備し、前記光パルス発生手段は、利得スイッチにより光パルス列を発生する半導体レーザを含むことを特徴とする。
【００１２】
（２）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、外部参照信号により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する光分岐手段と、該光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する受光器と、該受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する位相比較回路と、該位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分し、光パルス発生手段に負帰還する積分回路とを具備し、前記光パルス発生手段は、利得スイッチにより光パルス列を発生する半導体レーザを含むことを特徴とする。
【００１３】
（３）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、第１の電圧制御発振器と、該第１の電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路と第１の電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタと、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、該光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号の必要帯域を通過する第２のループフィルタと、該第２のループフィルタを通過した信号を入力とする第２の電圧制御発振器とを備え、該第２の電圧制御発振器の出力を第１の位相比較回路の入力とするものである。
【００１４】
（４）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路と第１の電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタと、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分する積分回路と、該積分回路出力によって駆動され、外部参照信号を入力とする位相シフタとを備え、該位相シフタの出力を第１の位相比較回路の入力とするものである。
【００１５】
（５）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、外部参照信号により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分し、光パルス発生手段に負帰還する第１の積分回路と、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、該光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分する第２の積分回路と、該第２の積分回路出力によって駆動され、外部参照信号を入力とする位相シフタとを備え、該位相シフタの出力を第１の位相比較回路の入力とするものである。
【００１６】
（６）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路と第１の電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタと、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号の必要帯域を通過する第２のループフィルタと、該第２のループフィルタを通過した信号を入力とする電圧制御発振器とを備え、該電圧制御発振器の出力を第１の位相比較回路の入力とするものである。
【００１７】
（７）前記（３）乃至（６）のいずれか１つに記載の光パルス発生装置において、前記光パルス発生手段は、利得スイッチにより光パルス列を発生する半導体レーザを含むことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態（実施例）を詳細に説明する。
【００１９】
なお、実施形態（実施例）を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の概略構成を示すブロック構成図である。
本発明の実施形態１の光パルス発生装置は、図１に示すように、電圧制御発振器（以下、単にＶＣＯと称する）１と、このＶＣＯ１により駆動される光パルス発生手段２と、光パルス発生手段２より発生する光パルス列の一部を分岐する光分岐手段３と、この光分岐手段３により分岐された光パルス列を受光する受光器４と、この受光器４の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出し、その誤差信号をＶＣＯ１に負帰還する位相比較器５と、この位相比較回路５と前記ＶＣＯ１の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタ６から構成される。
【００２１】
前記光パルス発生手段２は、ＶＣＯ１の出力信号により駆動される。この出力光パルスの平均繰り返し周波数は、ＶＣＯ１のそれと同じである。ところが、そのタイミングジッタは、ＶＣＯ１の出力信号のそれと比較して一般に大きい。本発明では、光パルス発生手段２で加わるタイミングジッタの増加分を位相同期回路（ＰＬＬ）で補償する。すなわち、光パルス発生手段２の出力パルスの一部を光分岐し、分岐した光パルスを受光器４で光電変換する。その光電変換された信号と、基準となる外部参照信号との位相誤差を位相比較器５で抽出して、ループフィルタ６へ出力する。ループフィルタ６では誤差信号の低周波数成分のみを通過させて、ＶＣＯ１へ負帰還させることにより、出力パルス列の外部参照信号に対するタイミングジッタが減少するように光パルス発生手段２を制御する。
【００２２】
（実施形態２）
図２は本発明の実施形態２の概略構成を示すブロック構成図である。
本発明の実施形態２の光パルス発生装置は、図２に示すように、外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、外部参照信号により駆動される光パルス発生手段２と、この光パルス発生手段２より発生する光パルスの一部を分岐する光分岐手段３と、光分岐手段３により分岐された光パルス列を受光する受光器４と、この受光器４の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する位相比較器５と、この位相比較器５より出力される誤差信号を時間積分し、光パルス発生手段２に負帰還する積分回路１００と、積分回路１００から出力信号と外部参照信号とを重畳させる加算手段１０２から構成され、加算手段１０２の出力信号により光パルス発生手段２を制御する。
【００２３】
光パルス発生手段２は直接外部参照信号により駆動されるため、出力光パルスの平均繰り返し周波数は、外部参照信号のそれと同じである。ところが、その光パルス発生手段２においてタイミングジッタが付加されるため、その出力光信号のタイミングジッタは、外部参照信号と比較して一般に大きい。本発明では、光パルス発生手段２で加わるタイミングジッタの増加分に対応する信号を光パルス発生手段２に負帰還することにより、出力パルスのタイミングジッタ増加を抑制圧する。
【００２４】
すなわち、光パルス発生手段２の出力パルスの一部を光分岐し、分岐した光パルスを受光器４で光電変換する。この光電変換された信号と、基準となる外部参照信号との位相誤差を位相比較器５で抽出して、積分回路１００へ出力する。積分回路１００では位相誤差信号の累積誤差である積分値を光パルス発生手段２へ負帰還させる。光パルス発生手段２では積分回路１００より出力された信号に対応して出力パルスの位相（時間的位置）が変化し、累積誤差を解消するため、出力パルス列の外部参照信号に対するタイミングジッタが減少するのである。
【００２５】
（実施形態３）
図３は本発明の実施形態３の概略構成を示すブロック構成図である。
本発明の実施形態３の光パルス発生装置は、図３に示すように、前記実施形態１の同様の構成である、ＶＣＯ１と、このＶＣＯ１により駆動される光パルス発生手段２と、光パルス信号の一部を分岐する第１の光分岐手段３と、この光分岐手段３により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器４と、この受光器４の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出し、その誤差信号をＶＣＯ１に負帰還する第１の位相比較回路５と、この位相比較回路５と前記ＶＣＯ１の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタ６からなる構成に、
出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段７と、この光パルス圧縮手段７の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段８と、第２の光分岐手段８により分岐された光を受光する第２の受光器９と、この受光器９の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較器１０と、この第２の位相比較回路の出力する誤差信号を時間積分する積分回路１０１と、この積分回路１０１からの出力によって制御され、外部参照信号を入力とする位相シフタ１２を追加し、この位相シフタ１２の出力を第１の位相比較器５の入力とするものである。本実施形態３では、前記光パルス発生手段２から出力した光パルス列を、更に短い時間幅の光パルスを得るために光ファイバパルス圧縮器を用いて狭窄化した場合にでも、外部参照信号に対するタイミングジッタの小さい光パルス列を得ることが可能な構成である。すなわち、一般的にパルス幅を狭窄化するために光パルス圧縮手段７として光フアイバパルス圧縮器が用いられるが、本発明は、この光パルス圧縮手段７の時間遅延変動をも補償するためのものである。
【００２６】
前記光パルス圧縮手段７を通過した光パルスは第２の光分岐手段８で分岐され、この分岐出力は第２の受光器９により光電変換される。電気信号に変換された光パルス列信号と、基準となる外部参照信号との位相誤差を第２の位相比較器１０で抽出し、これを積分回路１０１により時間積分することで位相誤差信号の累積誤差を得る。この累積誤差を外部参照信号を入力とする位相シフタ１２の制御信号として負帰還し、第１の位相比較器５に入力する。この結果、光パルス発生手段２から出力される光パルス列の位相は光パルス圧縮手段７で生じた位相の累積誤差を解消するように移相されるので、光パルス圧縮後の光パルス列の位相は外部参照信号と一致するのである。また、光パルス発生手段２によるタイミングジッタの増加に対しては、第１の光分岐手段３、第１の受光器４、第１の位相比較器５、ループフィルタ６から得られる光パルス列信号と参照信号との間の誤差信号を使って、実施形態１の発明と同様にタイミングジッタが減少するよう位相同期ループ制御する。
【００２７】
本実施形態３の構成は、第２の位相比較器１０の出力誤差信号を時間積分して、累積位相誤差を求めて位相シフタによりジッタ抑圧することができる。図３ではジッタを抑圧する第１のループに関して、前記実施形態１（図１）の構成である位相同期ループ構成を描いてあるが、前記実施形態２（図２）の光パルス発生手段に加える信号に位相制御信号を重畳する構成を採用してもよい。
【００２８】
（実施形態４）
図４は本発明の実施形態４の概略構成を示すブロック構成図である。
本発明の実施形態４の光パルス発生装置は、図４に示すように、前記実施形態１と同様の構成である、ＶＣＯ１と、このＶＣＯ１により駆動される光パルス発生手段２と、光パルス信号の一部を分岐する第１の光分岐手段３と、この光分岐手段３により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器４と、この受光器４の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出し、その誤差信号をＶＣＯ１に負帰還する第１の位相比較回路５と、誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタ６からなる構成に、
出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段７と、光パルス圧縮手段７の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段８と、この光分岐手段８により分岐された光を受光する第２の受光器９と、この受光器９の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路１０と、この第２の位相比較器１０から出力する誤差信号の必要帯域を通過する第２のループフィルタ６１と、この通過した信号を入力とする第２のＶＣＯ１１を追加し、この第２のＶＣＯ１１の出力を第１の位相比較器５の入力としたものである。
【００２９】
本実施形態４では、光パルス発生手段２から出力した光パルス列を、更に短い時間幅の光パルスを得るために光ファイバパルス圧縮器を用いて狭窄化した場合にでも、外部参照信号に対するタイミングジッタの小さい光パルス列を得ることが可能な構成である。すなわち、一般的にパルス幅を狭窄化するために光パルス圧縮手段７として光フアイバパルス圧縮器が用いられるが、本発明は、この光パルス圧縮手段７の時間遅延変動をも補償するためのものである。
【００３０】
光パルス圧縮手段７を通過した光パルスは第２の光分岐手段８で分岐され、分岐出力は第２の受光器９により光電変換される。電気信号に変換された光パルス列信号と、基準となる外部参照信号との位相誤差を第２の位相比較器１０で抽出し、第２のループフィルタ６１へ出力する。ループフィルタ６１では位相誤差信号の低周波成分のみを通過させて、第２のＶＣＯ１１へ負帰還する。よって、第２のＶＣＯ１１からの出力周波数は時間遅延変動を解消するように制御される。この第２のＶＣＯ１１からの出力を第１の位相比較器５に入力する。この結果、光パルス発生手段２から出力される光パルス列の位相は光パルス圧縮手段７で生じた位相変化を相殺するので、光パルス圧縮後の光パルス列の位相は外部参照信号と一致するのである。また、光パルス発生手段２によるタイミングジッタの増加に対しては、第１の光分岐手段３、第１の受光器４、第１の位相比較器５、ループフィルタ６から得られる光パルス列信号と外部参照信号との間の誤差信号を使って、前記実施形態１と同様にタイミングジッタが減少するよう位相同期ループ制御する。図４ではジッタを抑圧する第１のループに関して、前記実施形態１の構成である位相同期ループ構成を描いてあるが、実施形態２の光パルス発生手段に加える信号に位相制御信号を重畳する構成を採用してもよい。
【００３１】
（実施例１）
図５は本発明の実施形態３に係わる実施例１の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
本発明の実施例１の光パルス発生装置は、前記実施形態３の光パルス発生装置を具現化したものであり、ゲインスイッチ半導体レーザを光パルス発生源とし、パルス圧縮ファイバによってパルス幅を狭窄することにより、繰り返し周波数が数１０ＭＨｚ、パルス幅が１ｐｓ以下の低ジッタ光パルスを発生するための装置である。図５に示すように、光パルス発生手段２は、約２０ｐｓ程度のパルス幅をもつ、ゲインスイッチされるＤＦＢ半導体レーザ２０、このレーザに適当な直流（ＤＣ）バイアス電圧を与えるバイアス電源２１、数ＭＨｚの正弦波入力を時間幅が約２００ｐｓと短いスパイク波に変換してレーザを駆動するパルサ２２で構成される。ＶＣＯ１は同調範囲として１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚが可能である。
【００３２】
３１は発振周波数設定用電圧源で、ＶＣＯ１の平均繰り返し周波数が参照信号とほぼ同じになるように設定するためのものである。第１の光分岐手段３及び第２の光分岐手段８として光カプラを用いる。光信号を電気信号に変換する受光器４、電気信号に変換された光パルス信号と外部参照信号の位相を比較する位相比較器５、及びループフィルタ６によりレーザのジッタを少なくするための位相同期ループが構成される。光パルス圧縮手段７としては、例えばソリトン圧縮効果により２０ｐｓ程度のパルス幅を１ｐｓ以下のパルス幅に圧縮する光パルス圧縮ファイバを用い、全長は約１ｋｍである。
【００３３】
光信号を電気信号に変換する受光器９、電気信号に変換された光パルス信号と外部参照信号の位相を比較して誤差信号を得る位相比較器１０、誤差信号を時間積分して位相変化量を求める積分回路１０１、位相変化量に応じた位相変化を外部参照信号に与える位相シフタ１２は前記実施形態３と同じものである。３０は外部参照信号を与える参照信号源である。
【００３４】
ここでは、繰り返し周波数１０ＭＨｚ程度の光パルスを発生する場合について説明する。始めにゲインスイッチから発生する光パルスのジッタを抑える位相同期ループの効果について述べる。
発振周波数設定用電圧源３１で１０ＭＨｚ近傍に繰り返し周波数を設定されたＶＣＯ１の出力により、ゲインスイッチ半導体レーザ２０からの繰り返し周波数約１０ＭＨｚの光パルスが発生する。位相同期ループ制御を行わない場合、レーザ２０やＶＣＯ１やパルサ２２及びゲインスイッチ半導体レーザのパルス発生過程で生じる、繰り返し周波数の半分以下（〜５ＭＨｚ）に広がる位相雑音により、この光パルスは数ｐｓ〜１０数ｐｓのジッタを持つ。この光パルスを受光器４で電気信号に変換し、位相比較器５で参照信号と比較すれば、直流（ＤＣ）〜５ＭＨｚに広がる誤差信号が得られる。誤差信号以外の不要な信号はカットオフ周波数が５ＭＨｚ以下のバントパス機能を有するループフィルタ６で取り除き、誤差信号だけを増幅してＶＣＯ１の入力電圧に負帰還する。その結果、ＶＣＯ１の瞬時周波数が誤差信号を小さくするように変化するので、光パルスのジッタが参照信号と同程度まで減少する。制御周波数帯域幅はＶＣＯ１の応答周波数特性、ループ遅延量により制限されるが、ＶＣＯ１の応答周波数特性として５ＭＨｚ、ループ遅延量として５ｎｓは容易に実現できるためジッタの周波数成分の全帯域にわたった制御が可能であり、十分にジッタを抑圧することができる。このときの抑圧されたジッタは外部参照信号のジッタレベルまで抑圧される。
【００３５】
次に、パルス圧縮の際のワンダを位相シフタ１２で抑える機構について述べる。レーザ２０から出力したパルス幅が２０ｐｓ程度の光パルスは長さ約１ｋｍのパルス圧縮ファイバ（７）により、１ｐｓ以下にパルス幅が圧縮される。圧縮ファイバの周辺温度が±５℃の範囲でゆっくりと変化すると、ファイバの全長も温度変化に伴う熱膨張のために±５ｃｍ程度変化する。このため光パルス出力の位相が±０．６°の範囲で変化する。この光パルス出力の一部を光カプラ８で分岐し、これを受光器９で電気信号に変換し、位相比較器１０で参照信号源３０から出た参照信号と比較し、ここで求まる位相誤差を積分回路１１で時間積分することで、参照信号に対する位相変化量を求める。
【００３６】
この位相変化量を１０ＭＨｚ信号に対して±０．６°以上の位相制御が可能な位相シフタ１２に制御信号として負帰還する。位相シフタ１２に入力された参照信号源３０からの参照信号は、圧縮ファイバによる位相の変化を相殺するように位相を制御されて出力される。この位相を制御された参照信号を先に説明した位相同期ループの参照信号とするので、ゲインスイッチ半導体レーザ２０から発生する光パルス列の位相も、圧縮ファイバによる位相変化を減少するように制御される。この結果、光パルス列出力は参照信号源３０に同期することになるので、本発明の目的の一つである圧縮ファイバに起因するワンダの抑圧が実現する。位相シフタは温度変化の速度程度で追随すれば十分であり、絶対遅延量±５ｃｍ程度の位相シフタは容易に実現できる。また、作用の章で述べたように積分回路と位相シフタの代わりにループフィルタと低雑音ＶＣＯを用いても同様のワンダ抑圧が可能である。
【００３７】
（実施例２）
本発明の実施形態２に係わる実施例２は、前記実施例１のパルス発生手段２のジッタ抑圧のためのＰＬＬの代わりに、積分回路とパルス位相制御を用いた例である。
ここでは、図６に示すように、位相比較器５の出力信号である位相誤差信号を時間積分回路１００へ入力することにより累積誤差に対応した信号が得られる。この信号をゲインスイッチ半導体レーザ２０のバイアス電流に負帰還する構成を採用している。ゲインスイッチ半導体レーザは、一般に閾値電流よりも低い電流でバイアスされており、その範囲で、バイアス電流が大きいとパルサからのスパイク上電流印可時点からの光パルス発生の時間遅延量が小さくなり、バイアス電流が小さいと遅延量が大きくなる。従って、累積遅延量を相殺するように積分回路１００からの信号をバイアス電流に重畳することにより光パルス発生手段２で生じるタイミングジッタを抑圧することができる。ゲインスイッチ半導体レーザ２０のバイアス電流変化に対する応答は十分に速いので、前記実施例１と同じく、ジッタの存在する全周波数範囲（直流から繰り返し周波数の半分まで）にわたって制御帯域幅内に含めることが可能であり、十分なジッタ抑圧が可能である。
【００３８】
以上、本発明を実施形態及び実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることはいうまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、サンプリング光源に適した同調範囲が広く、繰り返し周波数が数１０ＭＨｚで、かつ、パルス幅が１ｐｓ程度の低ジッタ光パルス列を発生する装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の実施形態２の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の実施形態３の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図４】本発明の実施形態４の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図５】本発明の実施形態３に係わる実施例１の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図６】本発明の実施形態２に係わる実施例２の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１，１１…電圧制御発振器（ＶＣＯ）、２…光パルス発生手段、
３，８…光分岐手段（光カプラ）、４，９…受光器、５，１０…位相比較器、
６，６１…ループフィルタ、７…光パルス圧縮手段（光パルス気縮ファイバ）、１２…位相シフタ、／第１のループフィルタ、２０…ゲインスイッチ半導体レーザ、２１…バイアス電源、２２…パルサ、３０…参照信号源、３１…発振周波数設定用電圧源、１００，１０１…積分回路、１０２…加算手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光サンプリングなどに用いる、繰り返し周波数可変にして低位相雑音でパルス幅の狭い光パルス発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光サンプリング光源として望まれる性能は、いろいろな周波数の被測定信号に対応できるように繰り返し周波数が可変で、かつ、分周比（被測定信号の周波数とサンプリング周波数との比）Ｎ（整数）が大きくとれるよう数１０ＭＨｚ以下の繰り返し周波数でのパルス発生が可能であること、高い時間分解能のためにパルス幅が１ｐｓ以下と狭いこと、更に、タイミングジッタ（ジッタとは高速の時間的なふらつきのことである）が小さいことが望まれる。
【０００３】
従来の簡易で小型な光パルス発生装置として、（１）半導体モード同期レーザ装置、（２）連続光源から発生した連続光を光変調器で切り出して光パルス列を発生する装置、（３）ゲインスイッチ半導体レーザをパルス信号で駆動して光パルス列を発生する装置の３つが挙げられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、前記の従来技術を検討した結果、以下の問題点を見い出した。
前記（１）のモード同期レーザでは、繰り返し周波数ｆｒｅｐが、ｆｒｅｐ＝ｃ／２ｎＬ（ｃ：光速 ｎ：屈折率 Ｌ：共振器長）と共振器長Ｌで決まってしまうため外部信号への同調性が乏しい。また、この式から数１０ＭＨｚ以下の繰り返し周波数の場合、共振器長Ｌが数ｍ以上必要になり機械的不安定性が増加し、装置規模も長大化するため現実的なパルス発生法ではない。
【０００５】
前記（２）の装置では、連続光を光変調した光パルス列は、外部参照信号への同期は容易であるが、そのパルス幅が光変調器の変調帯域幅と光変調器の駆動電気信号の帯域で制限される。駆動信号生成回路と光変調器の帯域幅は高々５０ＧＨｚなので、パルス幅が数１０ｐｓ以下のパルス発生は困難である。また、駆動信号生成回路ではタイミングジッタが付加される。
【０００６】
前記（３）のゲインスイッチ半導体レーザを利用した装置では、比較的容易に１０ｐｓ程度のパルス幅をもつ光パルス列を発生できるが、ゲインスイッチパルス発生の過程で比較的大きなジッタが加わる。
【０００７】
したがって、前記（２）、（３）共に、測定用光源として用いるには大きなタイミングジッタと広いパルス幅が問題となっている。パルス幅に関しては、光ファイバを用いた線形／非線形光パルス圧縮技術により１ｐｓ以下に狭くすることが可能である。しかし、圧縮には数１０ｍ以上の光パルス圧縮用ファイバを用いるので、ファイバの周辺温度が数度（℃）変化するだけで遅延量変化が起こり、光パルス圧縮後の光パルス列の位相が大きく変化し、ワンダ（低速の時間的なふらつきのことである）が大きくなるという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、繰り返し周波数が数１００ｋＨｚ〜数１０ＭＨｚ、パルス幅が１ｐｓ以下の、タイミングジッタ及びワンダが共に小さい光パルス列を発生させることが可能な技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１１】
（１）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する光分岐手段と、該光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する受光器と、該受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出し、その誤差信号を前記電圧制御発振器に負帰還する位相比較回路と、該位相比較回路と電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタとを具備し、前記光パルス発生手段は、利得スイッチにより光パルス列を発生する半導体レーザを含むことを特徴とする。
【００１２】
（２）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、外部参照信号により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する光分岐手段と、該光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する受光器と、該受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する位相比較回路と、該位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分し、光パルス発生手段に負帰還する積分回路とを具備し、前記光パルス発生手段は、利得スイッチにより光パルス列を発生する半導体レーザを含むことを特徴とする。
【００１３】
（３）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、第１の電圧制御発振器と、該第１の電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路と第１の電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタと、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、該光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号の必要帯域を通過する第２のループフィルタと、該第２のループフィルタを通過した信号を入力とする第２の電圧制御発振器とを備え、該第２の電圧制御発振器の出力を第１の位相比較回路の入力とするものである。
【００１４】
（４）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路と第１の電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタと、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分する積分回路と、該積分回路出力によって駆動され、外部参照信号を入力とする位相シフタとを備え、該位相シフタの出力を第１の位相比較回路の入力とするものである。
【００１５】
（５）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、外部参照信号により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分し、光パルス発生手段に負帰還する第１の積分回路と、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、該光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分する第２の積分回路と、該第２の積分回路出力によって駆動され、外部参照信号を入力とする位相シフタとを備え、該位相シフタの出力を第１の位相比較回路の入力とするものである。
【００１６】
（６）外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路と第１の電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタと、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号の必要帯域を通過する第２のループフィルタと、該第２のループフィルタを通過した信号を入力とする電圧制御発振器とを備え、該電圧制御発振器の出力を第１の位相比較回路の入力とするものである。
【００１７】
（７）前記（３）乃至（６）のいずれか１つに記載の光パルス発生装置において、前記光パルス発生手段は、利得スイッチにより光パルス列を発生する半導体レーザを含むことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態（実施例）を詳細に説明する。
【００１９】
なお、実施形態（実施例）を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２０】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の概略構成を示すブロック構成図である。
本発明の実施形態１の光パルス発生装置は、図１に示すように、電圧制御発振器（以下、単にＶＣＯと称する）１と、このＶＣＯ１により駆動される光パルス発生手段２と、光パルス発生手段２より発生する光パルス列の一部を分岐する光分岐手段３と、この光分岐手段３により分岐された光パルス列を受光する受光器４と、この受光器４の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出し、その誤差信号をＶＣＯ１に負帰還する位相比較器５と、この位相比較回路５と前記ＶＣＯ１の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタ６から構成される。
【００２１】
前記光パルス発生手段２は、ＶＣＯ１の出力信号により駆動される。この出力光パルスの平均繰り返し周波数は、ＶＣＯ１のそれと同じである。ところが、そのタイミングジッタは、ＶＣＯ１の出力信号のそれと比較して一般に大きい。本発明では、光パルス発生手段２で加わるタイミングジッタの増加分を位相同期回路（ＰＬＬ）で補償する。すなわち、光パルス発生手段２の出力パルスの一部を光分岐し、分岐した光パルスを受光器４で光電変換する。その光電変換された信号と、基準となる外部参照信号との位相誤差を位相比較器５で抽出して、ループフィルタ６へ出力する。ループフィルタ６では誤差信号の低周波数成分のみを通過させて、ＶＣＯ１へ負帰還させることにより、出力パルス列の外部参照信号に対するタイミングジッタが減少するように光パルス発生手段２を制御する。
【００２２】
（実施形態２）
図２は本発明の実施形態２の概略構成を示すブロック構成図である。
本発明の実施形態２の光パルス発生装置は、図２に示すように、外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、外部参照信号により駆動される光パルス発生手段２と、この光パルス発生手段２より発生する光パルスの一部を分岐する光分岐手段３と、光分岐手段３により分岐された光パルス列を受光する受光器４と、この受光器４の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する位相比較器５と、この位相比較器５より出力される誤差信号を時間積分し、光パルス発生手段２に負帰還する積分回路１００と、積分回路１００から出力信号と外部参照信号とを重畳させる加算手段１０２から構成され、加算手段１０２の出力信号により光パルス発生手段２を制御する。
【００２３】
光パルス発生手段２は直接外部参照信号により駆動されるため、出力光パルスの平均繰り返し周波数は、外部参照信号のそれと同じである。ところが、その光パルス発生手段２においてタイミングジッタが付加されるため、その出力光信号のタイミングジッタは、外部参照信号と比較して一般に大きい。本発明では、光パルス発生手段２で加わるタイミングジッタの増加分に対応する信号を光パルス発生手段２に負帰還することにより、出力パルスのタイミングジッタ増加を抑制圧する。
【００２４】
すなわち、光パルス発生手段２の出力パルスの一部を光分岐し、分岐した光パルスを受光器４で光電変換する。この光電変換された信号と、基準となる外部参照信号との位相誤差を位相比較器５で抽出して、積分回路１００へ出力する。積分回路１００では位相誤差信号の累積誤差である積分値を光パルス発生手段２へ負帰還させる。光パルス発生手段２では積分回路１００より出力された信号に対応して出力パルスの位相（時間的位置）が変化し、累積誤差を解消するため、出力パルス列の外部参照信号に対するタイミングジッタが減少するのである。
【００２５】
（実施形態３）
図３は本発明の実施形態３の概略構成を示すブロック構成図である。
本発明の実施形態３の光パルス発生装置は、図３に示すように、前記実施形態１の同様の構成である、ＶＣＯ１と、このＶＣＯ１により駆動される光パルス発生手段２と、光パルス信号の一部を分岐する第１の光分岐手段３と、この光分岐手段３により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器４と、この受光器４の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出し、その誤差信号をＶＣＯ１に負帰還する第１の位相比較回路５と、この位相比較回路５と前記ＶＣＯ１の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタ６からなる構成に、
出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段７と、この光パルス圧縮手段７の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段８と、第２の光分岐手段８により分岐された光を受光する第２の受光器９と、この受光器９の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較器１０と、この第２の位相比較回路の出力する誤差信号を時間積分する積分回路１０１と、この積分回路１０１からの出力によって制御され、外部参照信号を入力とする位相シフタ１２を追加し、この位相シフタ１２の出力を第１の位相比較器５の入力とするものである。本実施形態３では、前記光パルス発生手段２から出力した光パルス列を、更に短い時間幅の光パルスを得るために光ファイバパルス圧縮器を用いて狭窄化した場合にでも、外部参照信号に対するタイミングジッタの小さい光パルス列を得ることが可能な構成である。すなわち、一般的にパルス幅を狭窄化するために光パルス圧縮手段７として光フアイバパルス圧縮器が用いられるが、本発明は、この光パルス圧縮手段７の時間遅延変動をも補償するためのものである。
【００２６】
前記光パルス圧縮手段７を通過した光パルスは第２の光分岐手段８で分岐され、この分岐出力は第２の受光器９により光電変換される。電気信号に変換された光パルス列信号と、基準となる外部参照信号との位相誤差を第２の位相比較器１０で抽出し、これを積分回路１０１により時間積分することで位相誤差信号の累積誤差を得る。この累積誤差を外部参照信号を入力とする位相シフタ１２の制御信号として負帰還し、第１の位相比較器５に入力する。この結果、光パルス発生手段２から出力される光パルス列の位相は光パルス圧縮手段７で生じた位相の累積誤差を解消するように移相されるので、光パルス圧縮後の光パルス列の位相は外部参照信号と一致するのである。また、光パルス発生手段２によるタイミングジッタの増加に対しては、第１の光分岐手段３、第１の受光器４、第１の位相比較器５、ループフィルタ６から得られる光パルス列信号と参照信号との間の誤差信号を使って、実施形態１の発明と同様にタイミングジッタが減少するよう位相同期ループ制御する。
【００２７】
本実施形態３の構成は、第２の位相比較器１０の出力誤差信号を時間積分して、累積位相誤差を求めて位相シフタによりジッタ抑圧することができる。図３ではジッタを抑圧する第１のループに関して、前記実施形態１（図１）の構成である位相同期ループ構成を描いてあるが、前記実施形態２（図２）の光パルス発生手段に加える信号に位相制御信号を重畳する構成を採用してもよい。
【００２８】
（実施形態４）
図４は本発明の実施形態４の概略構成を示すブロック構成図である。
本発明の実施形態４の光パルス発生装置は、図４に示すように、前記実施形態１と同様の構成である、ＶＣＯ１と、このＶＣＯ１により駆動される光パルス発生手段２と、光パルス信号の一部を分岐する第１の光分岐手段３と、この光分岐手段３により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器４と、この受光器４の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出し、その誤差信号をＶＣＯ１に負帰還する第１の位相比較回路５と、誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタ６からなる構成に、
出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段７と、光パルス圧縮手段７の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段８と、この光分岐手段８により分岐された光を受光する第２の受光器９と、この受光器９の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路１０と、この第２の位相比較器１０から出力する誤差信号の必要帯域を通過する第２のループフィルタ６１と、この通過した信号を入力とする第２のＶＣＯ１１を追加し、この第２のＶＣＯ１１の出力を第１の位相比較器５の入力としたものである。
【００２９】
本実施形態４では、光パルス発生手段２から出力した光パルス列を、更に短い時間幅の光パルスを得るために光ファイバパルス圧縮器を用いて狭窄化した場合にでも、外部参照信号に対するタイミングジッタの小さい光パルス列を得ることが可能な構成である。すなわち、一般的にパルス幅を狭窄化するために光パルス圧縮手段７として光フアイバパルス圧縮器が用いられるが、本発明は、この光パルス圧縮手段７の時間遅延変動をも補償するためのものである。
【００３０】
光パルス圧縮手段７を通過した光パルスは第２の光分岐手段８で分岐され、分岐出力は第２の受光器９により光電変換される。電気信号に変換された光パルス列信号と、基準となる外部参照信号との位相誤差を第２の位相比較器１０で抽出し、第２のループフィルタ６１へ出力する。ループフィルタ６１では位相誤差信号の低周波成分のみを通過させて、第２のＶＣＯ１１へ負帰還する。よって、第２のＶＣＯ１１からの出力周波数は時間遅延変動を解消するように制御される。この第２のＶＣＯ１１からの出力を第１の位相比較器５に入力する。この結果、光パルス発生手段２から出力される光パルス列の位相は光パルス圧縮手段７で生じた位相変化を相殺するので、光パルス圧縮後の光パルス列の位相は外部参照信号と一致するのである。また、光パルス発生手段２によるタイミングジッタの増加に対しては、第１の光分岐手段３、第１の受光器４、第１の位相比較器５、ループフィルタ６から得られる光パルス列信号と外部参照信号との間の誤差信号を使って、前記実施形態１と同様にタイミングジッタが減少するよう位相同期ループ制御する。図４ではジッタを抑圧する第１のループに関して、前記実施形態１の構成である位相同期ループ構成を描いてあるが、実施形態２の光パルス発生手段に加える信号に位相制御信号を重畳する構成を採用してもよい。
【００３１】
（実施例１）
図５は本発明の実施形態３に係わる実施例１の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
本発明の実施例１の光パルス発生装置は、前記実施形態３の光パルス発生装置を具現化したものであり、ゲインスイッチ半導体レーザを光パルス発生源とし、パルス圧縮ファイバによってパルス幅を狭窄することにより、繰り返し周波数が数１０ＭＨｚ、パルス幅が１ｐｓ以下の低ジッタ光パルスを発生するための装置である。図５に示すように、光パルス発生手段２は、約２０ｐｓ程度のパルス幅をもつ、ゲインスイッチされるＤＦＢ半導体レーザ２０、このレーザに適当な直流（ＤＣ）バイアス電圧を与えるバイアス電源２１、数ＭＨｚの正弦波入力を時間幅が約２００ｐｓと短いスパイク波に変換してレーザを駆動するパルサ２２で構成される。ＶＣＯ１は同調範囲として１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚが可能である。
【００３２】
３１は発振周波数設定用電圧源で、ＶＣＯ１の平均繰り返し周波数が参照信号とほぼ同じになるように設定するためのものである。第１の光分岐手段３及び第２の光分岐手段８として光カプラを用いる。光信号を電気信号に変換する受光器４、電気信号に変換された光パルス信号と外部参照信号の位相を比較する位相比較器５、及びループフィルタ６によりレーザのジッタを少なくするための位相同期ループが構成される。光パルス圧縮手段７としては、例えばソリトン圧縮効果により２０ｐｓ程度のパルス幅を１ｐｓ以下のパルス幅に圧縮する光パルス圧縮ファイバを用い、全長は約１ｋｍである。
【００３３】
光信号を電気信号に変換する受光器９、電気信号に変換された光パルス信号と外部参照信号の位相を比較して誤差信号を得る位相比較器１０、誤差信号を時間積分して位相変化量を求める積分回路１０１、位相変化量に応じた位相変化を外部参照信号に与える位相シフタ１２は前記実施形態３と同じものである。３０は外部参照信号を与える参照信号源である。
【００３４】
ここでは、繰り返し周波数１０ＭＨｚ程度の光パルスを発生する場合について説明する。始めにゲインスイッチから発生する光パルスのジッタを抑える位相同期ループの効果について述べる。
発振周波数設定用電圧源３１で１０ＭＨｚ近傍に繰り返し周波数を設定されたＶＣＯ１の出力により、ゲインスイッチ半導体レーザ２０からの繰り返し周波数約１０ＭＨｚの光パルスが発生する。位相同期ループ制御を行わない場合、レーザ２０やＶＣＯ１やパルサ２２及びゲインスイッチ半導体レーザのパルス発生過程で生じる、繰り返し周波数の半分以下（〜５ＭＨｚ）に広がる位相雑音により、この光パルスは数ｐｓ〜１０数ｐｓのジッタを持つ。この光パルスを受光器４で電気信号に変換し、位相比較器５で参照信号と比較すれば、直流（ＤＣ）〜５ＭＨｚに広がる誤差信号が得られる。誤差信号以外の不要な信号はカットオフ周波数が５ＭＨｚ以下のバントパス機能を有するループフィルタ６で取り除き、誤差信号だけを増幅してＶＣＯ１の入力電圧に負帰還する。その結果、ＶＣＯ１の瞬時周波数が誤差信号を小さくするように変化するので、光パルスのジッタが参照信号と同程度まで減少する。制御周波数帯域幅はＶＣＯ１の応答周波数特性、ループ遅延量により制限されるが、ＶＣＯ１の応答周波数特性として５ＭＨｚ、ループ遅延量として５ｎｓは容易に実現できるためジッタの周波数成分の全帯域にわたった制御が可能であり、十分にジッタを抑圧することができる。このときの抑圧されたジッタは外部参照信号のジッタレベルまで抑圧される。
【００３５】
次に、パルス圧縮の際のワンダを位相シフタ１２で抑える機構について述べる。レーザ２０から出力したパルス幅が２０ｐｓ程度の光パルスは長さ約１ｋｍのパルス圧縮ファイバ（７）により、１ｐｓ以下にパルス幅が圧縮される。圧縮ファイバの周辺温度が±５℃の範囲でゆっくりと変化すると、ファイバの全長も温度変化に伴う熱膨張のために±５ｃｍ程度変化する。このため光パルス出力の位相が±０．６°の範囲で変化する。この光パルス出力の一部を光カプラ８で分岐し、これを受光器９で電気信号に変換し、位相比較器１０で参照信号源３０から出た参照信号と比較し、ここで求まる位相誤差を積分回路１１で時間積分することで、参照信号に対する位相変化量を求める。
【００３６】
この位相変化量を１０ＭＨｚ信号に対して±０．６°以上の位相制御が可能な位相シフタ１２に制御信号として負帰還する。位相シフタ１２に入力された参照信号源３０からの参照信号は、圧縮ファイバによる位相の変化を相殺するように位相を制御されて出力される。この位相を制御された参照信号を先に説明した位相同期ループの参照信号とするので、ゲインスイッチ半導体レーザ２０から発生する光パルス列の位相も、圧縮ファイバによる位相変化を減少するように制御される。この結果、光パルス列出力は参照信号源３０に同期することになるので、本発明の目的の一つである圧縮ファイバに起因するワンダの抑圧が実現する。位相シフタは温度変化の速度程度で追随すれば十分であり、絶対遅延量±５ｃｍ程度の位相シフタは容易に実現できる。また、作用の章で述べたように積分回路と位相シフタの代わりにループフィルタと低雑音ＶＣＯを用いても同様のワンダ抑圧が可能である。
【００３７】
（実施例２）
本発明の実施形態２に係わる実施例２は、前記実施例１のパルス発生手段２のジッタ抑圧のためのＰＬＬの代わりに、積分回路とパルス位相制御を用いた例である。
ここでは、図６に示すように、位相比較器５の出力信号である位相誤差信号を時間積分回路１００へ入力することにより累積誤差に対応した信号が得られる。この信号をゲインスイッチ半導体レーザ２０のバイアス電流に負帰還する構成を採用している。ゲインスイッチ半導体レーザは、一般に閾値電流よりも低い電流でバイアスされており、その範囲で、バイアス電流が大きいとパルサからのスパイク上電流印可時点からの光パルス発生の時間遅延量が小さくなり、バイアス電流が小さいと遅延量が大きくなる。従って、累積遅延量を相殺するように積分回路１００からの信号をバイアス電流に重畳することにより光パルス発生手段２で生じるタイミングジッタを抑圧することができる。ゲインスイッチ半導体レーザ２０のバイアス電流変化に対する応答は十分に速いので、前記実施例１と同じく、ジッタの存在する全周波数範囲（直流から繰り返し周波数の半分まで）にわたって制御帯域幅内に含めることが可能であり、十分なジッタ抑圧が可能である。
【００３８】
以上、本発明を実施形態及び実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることはいうまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、サンプリング光源に適した同調範囲が広く、繰り返し周波数が数１０ＭＨｚで、かつ、パルス幅が１ｐｓ程度の低ジッタ光パルス列を発生する装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の実施形態２の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の実施形態３の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図４】本発明の実施形態４の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図５】本発明の実施形態３に係わる実施例１の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【図６】本発明の実施形態２に係わる実施例２の光パルス発生装置の概略構成を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１，１１…電圧制御発振器（ＶＣＯ）、２…光パルス発生手段、
３，８…光分岐手段（光カプラ）、４，９…受光器、５，１０…位相比較器、
６，６１…ループフィルタ、７…光パルス圧縮手段（光パルス気縮ファイバ）、１２…位相シフタ、／第１のループフィルタ、２０…ゲインスイッチ半導体レーザ、２１…バイアス電源、２２…パルサ、３０…参照信号源、３１…発振周波数設定用電圧源、１００，１０１…積分回路、１０２…加算手段。
Claims (7)
- 外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する光分岐手段と、該光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する受光器と、該受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出し、その誤差信号を前記電圧制御発振器に負帰還する位相比較回路と、該位相比較回路と電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタとを具備し、前記光パルス発生手段は、利得スイッチにより光パルス列を発生する半導体レーザを含むことを特徴とする光パルス発生装置。
- 外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、外部参照信号により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する光分岐手段と、該光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する受光器と、該受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する位相比較回路と、該位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分し、光パルス発生手段に負帰還する積分回路とを具備し、前記光パルス発生手段は、利得スイッチにより光パルス列を発生する半導体レーザを含むことを特徴とする光パルス発生装置。
- 外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、第１の電圧制御発振器と、該第１の電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路と第１の電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタと、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、該光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号の必要帯域を通過する第２のループフィルタと、該第２のループフィルタを通過した信号を入力とする第２の電圧制御発振器とを備え、該第２の電圧制御発振器の出力を第１の位相比較回路の入力とすることを特徴とする光パルス発生装置。
- 外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路と第１の電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタと、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分する積分回路と、該積分回路出力によって駆動され、外部参照信号を入力とする位相シフタとを備え、該位相シフタの出力を第１の位相比較回路の入力とすることを特徴とする光パルス発生装置。
- 外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、外部参照信号により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分し、光パルス発生手段に負帰還する第１の積分回路と、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、該光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号を時間積分する第２の積分回路と、該第２の積分回路出力によって駆動され、外部参照信号を入力とする位相シフタとを備え、該位相シフタの出力を第１の位相比較回路の入力とすることを特徴とする光パルス発生装置。
- 外部参照信号に同期した光パルス列を発生する光パルス発生装置において、電圧制御発振器と、該電圧制御発振器により駆動される光パルス発生手段と、該光パルス発生手段より発生する光パルスの一部を分岐する第１の光分岐手段と、該第１の光分岐手段により分岐された光パルス列を受光する第１の受光器と、該第１の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第１の位相比較回路と、該第１の位相比較回路と第１の電圧制御発振器の間に誤差信号の低周波成分を通過させるループフィルタと、前記出力光パルス列のパルス幅を狭窄化する光パルス圧縮手段と、光パルス圧縮手段の出力の一部を分岐する第２の光分岐手段と、該第２の光分岐手段により分岐された光を受光する第２の受光器と、該第２の受光器の出力信号と外部参照信号の位相誤差を検出する第２の位相比較回路と、該第２の位相比較回路より出力される誤差信号の必要帯域を通過する第２のループフィルタと、該第２のループフィルタを通過した信号を入力とする電圧制御発振器とを備え、該電圧制御発振器の出力を第１の位相比較回路の入力とすることを特徴とする光パルス発生装置。
- 前記光パルス発生手段は、利得スイッチにより光パルス列を発生する半導体レーザを含むことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の光パルス発生装置。
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