JP4468877B2

JP4468877B2 - 多波長光源

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Publication number: JP4468877B2
Application number: JP2005285062A
Authority: JP
Inventors: 貴司山本; 哲郎小向; 悟基川西
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP2007094143A

Description

本発明は、多波長光源に関する。より詳細には、本発明は、波長多重システムにおいて複数の光キャリアを一括して発生することができる多波長光源に関する。

波長多重システムにおいて複数の光キャリアを発生させる最も一般的な方法は、必要な波長の数のＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ）光源を用意することである。この場合、各光キャリア間の周波数間隔を一定に保つために、波長のモニタリングやＣＷ光源の温度安定化を行う装置が必要になる。また、この方法では、各キャリア間の強度偏差を小さくするために、光キャリアごとにＣＷ光源の駆動電流の調整が必要になる。

これに対し、ＣＷ光に正弦波信号による強度変調と位相変調を施し、その結果得られる平坦な強度分布を有する変調側波帯を光キャリアとして利用する方法が検討されている（特許文献１および非特許文献１参照）。この方法では、各キャリア間の周波数間隔が変調周波数と等しい値に固定され、各キャリア間の強度偏差も数ｄＢ程度の範囲に収めることが可能となる。

図１に、このような多波長光源の構成例を示す。この多波長光源１００では、ＣＷレーザ光源１１０からのＣＷ光が位相変調器１２０に入射され、そこで信号発生器１４０からの周波数ｆ_ｍの正弦波によって位相変調される。続いて、位相変調されたＣＷ光は、マッハツェンダ型の強度変調器１３０において、信号発生器１４０からの周波数ｆ_ｍの正弦波によって、位相シフタ１５０を介して変調指数π／２で強度変調される。

図２は、図１の構成における強度変調器１３０の出力における光スペクトルの計算結果の一例を示している。この計算結果は、変調周波数を２５ＧＨｚ、位相変調の変調指数Δθを５．０πとした場合のものである。この図の縦軸は、元のＣＷ光のパワーを０ｄＢとして、各線スペクトルの相対的なパワーを示しており、横軸は、元のＣＷ光の波長からの各光キャリアの周波数ずれを示している。この場合、図に見られるように、約±３００ＧＨｚの範囲にわたって、各光キャリア間の強度偏差が±２ｄＢの範囲に収まっていることが分かる。

特開２００４−３１０１３８号公報 M. Sugiyama et al., "A low drive voltage LiNbO3 phase and intensity integrated modulator for optical frequency comb generation and short pulse generation," 30th European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC2004), 2004.

ＣＷ光に外部変調を施して多波長光を発生させる場合、変調器における光の損失が多波長光の信号対雑音比（ＳＮＲ）の劣化につながる。そのため、変調器の損失はできるだけ小さいことが望ましい。

しかしながら、ＣＷ光に位相変調と強度変調を与える多波長光発生においては、強度変調器で光の強度を削ることになるので、本質的な光の損失は避けられない。また、マッハツェンダ型の強度変調器においては、ＤＣドリフトによる出力光スペクトルの変化を抑制するためにフィードバック機構を設ける必要がある。このフィードバック機構において、強度変調器の出力光の一部を分岐してモニタする必要があるため、この分岐による光の損失が避けられない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、変調器での損失を小さくし、ＳＮＲの優れた多波長光源を実現することにある。

本発明はこのような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、連続発振レーザ光から多波長光を発生する多波長光源であって、前記連続発振レーザ光にチャープを付与する第１の位相変調手段と、前記チャープを受けた光に群速度分散を与える群速度分散付与手段と、前記群速度分散を受けた光にチャープを付与する第２の位相変調手段とを備え、前記第１および第２の位相変調手段は、同じ変調周波数で入射光を変調することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多波長光源であって、前記第１の位相変調手段は、変調指数π／４で正弦波による位相変調を与えることによってチャープを付与し、前記群速度分散付与手段は、前記第１および第２の位相変調手段の変調周波数をｆ_ｍとして、分散量が±１／（４πｆ_ｍ ^２）の群速度分散を与えることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の多波長光源であって、前記群速度分散付与手段は、前記第１および第２の位相変調手段の変調周波数をｆ_ｍとして、分散量が±１／（４πｆ_ｍ ^２）の群速度分散を与え、前記第２の位相変調手段は、変調指数π／４で正弦波による位相変調を与えることによってチャープを付与することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の多波長光源であって、前記群速度分散付与手段は、光サーキュレータと光ファイバグレーティングを備えたことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の多波長光源であって、前記第１または第２の位相変調手段は、複数の位相変調器を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、損失の大きい強度変調を用いることなく、ＣＷ光に外部変調を施し、多波長光を発生させることが可能となる。これにより、信号対雑音比（ＳＮＲ）の優れた多波長光源装置を実現することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図３に、本発明の第１の実施例による多波長光源の構成の一例を示す。図に示すように、多波長光源３００は、連続発振光（ＣＷ光）を発生させるＣＷレーザ光源３１０と、位相変調を施す位相変調器３２２、３２４および３２６と、変調信号を発生する信号発生器３４０と、変調信号の位相を調整する位相シフタ３５２および３５４と、群速度分散を与える群速度分散媒質３６０とを備えている。

本構成において、ＣＷレーザ光源３１０から発生されるＣＷ光は、位相変調器３２２に入射され、そこで信号発生器３４０からの変調周波数ｆ_ｍ［Ｈｚ］の正弦波によって変調指数π／４で位相変調され、チャープが付与される。チャープを受けたＣＷ光は、群速度分散媒質３６０を通過することによって、群速度分散Ｂ（＝±１／（４πｆ_ｍ ^２））［秒^２］が与えられる。群速度分散媒質としては、群速度分散が大きい光ファイバが一般によく用いられるが、チャープファイバグレーティングと光サーキュレータを組み合わせたものを使用することによって、温度変化による伝搬遅延の影響を小さくすることができる。

群速度分散を受けたＣＷ光は、位相変調器３２４において、信号発生器３４０からの周波数ｆ_ｍの正弦波によって、位相シフタ３５２を介して変調指数Δθ_１で位相変調される。さらに、位相変調を受けたＣＷ光は、位相変調器３２６において、信号発生器３４０からの周波数ｆ_ｍの正弦波によって、位相シフタ３５４を介して変調指数Δθ_２で位相変調される。

図４に、図３の構成における各位相変調器の出力での光スペクトルの計算結果の一例を示す。図４（ａ）は位相変調器３２２の出力、図４（ｂ）は位相変調器３２４の出力、図４（ｃ）は位相変調器３２６の出力における光スペクトルをそれぞれ示している。この計算結果は、変調周波数ｆ_ｍ＝２５ＧＨｚ、変調指数Δθ_１＝Δθ_２＝２．５πとした場合のものである。このように群速度分散媒質の後段で位相変調指数を増大させることによって、図４（ｂ）および（ｃ）に見られるように、光スペクトルの波形が平坦なままで周波数が拡がっていることが分かる。

図４（ｃ）の光スペクトル波形は、図２の場合と同様、約±３００ＧＨｚの範囲にわたって、各光キャリア間の強度偏差が±２ｄＢの範囲に収まっている。しかし、図４（ｃ）では、光スペクトル波形の平坦な部分の光強度は、図２の場合と比べ、約３ｄＢほど大きくなっている。本実施例の構成では、図１の構成と異なり、強度変調器が含まれていないため、変調器での損失が小さく、結果として得られる信号対雑音比の劣化を小さくすることができる。

なお、図４では、Δθ_１＝Δθ_２の場合の計算結果について示したが、Δθ_１≠Δθ_２の場合であっても、Δθ_１＋Δθ_２が一定であれば、得られる光スペクトルの波形は変わらない。また、群速度分散媒質３６０の後段の位相変調器を継ぎ足し、位相変調指数をさらに増大させることによって、光スペクトルの波形が平坦な周波数範囲をさらに拡げることができる。ここで、群速度分散媒質３６０の後段の位相変調器を１段のみとし、この位相変調器で変調指数５．０πの位相変調を与えた場合でも、図４（ｃ）と同様の光スペクトル波形が得られる。しかし、実際の装置においては、変調器の駆動用ＲＦアンプの出力の上限などにより、１段の位相変調器で実現できる変調指数には上限がある。そのため、大きな位相変調指数を実現するためには、図３に示すように、群速度分散媒質の後段に複数の位相変調器を多段接続することが好ましい。

図５に、図３の構成における各位相変調器の出力での光スペクトルの実験結果の一例を示す。図５（ａ）は位相変調器３２２の出力、図５（ｂ）は位相変調器３２４の出力、図５（ｃ）は位相変調器３２６の出力における光スペクトルをそれぞれ示している。この実験結果は、変調周波数ｆ_ｍ＝２５ＧＨｚとし、変調指数Δθ_１＝１．９π、Δθ_２＝０．７πとした場合のものである。また、群速度分散媒質３６０は、長さ５．０ｋｍの通常の分散光ファイバを用いた。実験結果の場合でも、群速度分散媒質の後段の各位相変調器によって、図５（ｂ）および（ｃ）に見られるように、光スペクトルの波形が平坦なままで周波数が拡がっていることが分かる。より具体的には、図５（ｃ）の光スペクトル波形では、中心付近の１７本の線スペクトルの各キャリア間の強度偏差が±２ｄＢの範囲に収まっている。

なお、本実施例においては、群速度分散媒質の前段の位相変調器３２２の変調指数をπ／４、群速度分散媒質３６０の分散量を±１／（４πｆ_ｍ ^２）としたが、これらの値を調整することで光スペクトルの平坦な周波数範囲をさらに拡大できる可能性もある。

図６に、本発明の第２の実施例による多波長光源の構成の一例を示す。図に示すように、多波長光源６００は、連続発振光（ＣＷ光）を発生させるＣＷレーザ光源６１０と、位相変調を施す位相変調器６２２、６２４および６２６と、変調信号を発生する信号発生器６４０と、変調信号の位相を調整する位相シフタ６５２および６５４と、群速度分散を与える群速度分散媒質６６０とを備えている。

本構成では、実施例１に比して、最初にＣＷ光に大きな位相変調を施し、その後に群速度分散量を与え、最後にπ／４の変調指数で位相変調を与えている。具体的には、ＣＷレーザ光源６１０から発生されるＣＷ光が位相変調器６２２に入射され、そこで信号発生器６４０からの変調周波数ｆｍ［Ｈｚ］の正弦波によって、変調指数Δθ１で位相変調される。さらに、この位相変調を受けたＣＷ光は、位相変調器６２４において、信号発生器６４０からの周波数ｆｍの正弦波によって、位相シフタ６５２を介して変調指数Δθ２で位相変調される。

次に、位相変調を受けたＣＷ光は、群速度分散媒質６６０を通過することによって、群速度分散（＝±１／（４πｆ_ｍ ^２））［秒^２］が与えられる。群速度分散媒質としては、実施例１と同様のものを使用することができる。群速度分散を受けたＣＷ光は、位相変調器６２６において、信号発生器６４０からの変調周波数ｆ_ｍ［Ｈｚ］の正弦波によって、位相シフタ６５４を介して変調指数π／４で位相変調される。

図７に、図６の構成における各位相変調器の出力での光スペクトルの計算結果の一例を示す。図７（ａ）は位相変調器６２２の出力、図７（ｂ）は位相変調器６２４の出力、図７（ｃ）は位相変調器６２６の出力における光スペクトルをそれぞれ示している。この計算結果は、変調周波数ｆ_ｍ＝２５ＧＨｚ、変調指数Δθ_１＝Δθ_２＝２．５πとした場合のものである。このように群速度分散媒質の前段で位相変調指数を増大させると、図７（ａ）および（ｂ）に見られるように、強度偏差の大きい光スペクトル波形が得られている。しかしながら、この位相変調光は、群速度媒質を通過し、さらにπ／４の変調指数を与えられることによって、図７（ｃ）に見られるように、広い周波数範囲にわたって平坦な光スペクトル波形が得られている。また、群速度分散媒質６６０の前段の位相変調器を継ぎ足し、位相変調指数をさらに増大させることで、光スペクトルの波形が平坦な周波数範囲をさらに拡げることができる。

以上、本発明について、具体的にいくつかの実施例に基づいて説明したが、本発明の原理を適用できる多くの実施可能な形態に鑑みて、ここに記載した実施例は、単に例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに例示した実施例は、本発明の趣旨から逸脱することなくその構成と詳細を変更することができる。さらに、説明のための構成要素および手順は、本発明の趣旨から逸脱することなく変更、補足、またはその順序を変えてもよい。

外部変調器を用いた従来の多波長光源の構成の一例を示す機能ブロック図である。図１の構成における強度変調器の出力での光スペクトルの計算結果の一例を示すグラフである。本発明の第１の実施例による多波長光源の構成の一例を示す機能ブロック図である。図３の構成における各位相変調器の出力での光スペクトルの計算結果の一例を示すグラフであり、図４（ａ）は一段目の位相変調器の出力、図４（ｂ）は２段目の位相変調器の出力、図４（ｃ）は三段目の位相変調器の出力における光スペクトルをそれぞれ示している。図３の構成における各位相変調器の出力での光スペクトルの実験結果の一例を示すグラフであり、図５（ａ）は一段目の位相変調器の出力、図５（ｂ）は二段目の位相変調器の出力、図５（ｃ）は三段目の位相変調器の出力における光スペクトルをそれぞれ示している。本発明の第２の実施例による多波長光源の構成の一例を示す機能ブロック図である。図６の構成における各位相変調器の出力での光スペクトルの計算結果の一例を示すグラフであり、図７（ａ）は一段目の位相変調器の出力、図７（ｂ）は２段目の位相変調器の出力、図７（ｃ）は三段目の位相変調器の出力における光スペクトルをそれぞれ示している。

符号の説明

１００多波長光源
１１０ＣＷレーザ光源
１２０位相変調器
１３０強度変調器
１４０信号発生器
１５０位相シフタ
３００多波長光源
３１０ＣＷレーザ光源
３２２，３２４，３２６位相変調器
３４０信号発生器
３５２，３５４位相シフタ
３６０群速度分散媒質
６００多波長光源
６１０ＣＷレーザ光源
６２２，６２４，６２６位相変調器
６４０信号発生器
６５２，６５４位相シフタ
６６０群速度分散媒質

Claims

連続発振レーザ光から多波長光を発生する多波長光源であって、
前記連続発振レーザ光にチャープを付与する第１の位相変調手段と、
前記チャープを受けた光に群速度分散を与える群速度分散付与手段と、
前記群速度分散を受けた光にチャープを付与する第２の位相変調手段と
を備え、前記第１および第２の位相変調手段は、同じ変調周波数で入射光を変調することを特徴とする多波長光源。
請求項１に記載の多波長光源であって、
前記第１の位相変調手段は、変調指数π／４で正弦波による位相変調を与えることによってチャープを付与し、前記群速度分散付与手段は、前記第１および第２の位相変調手段の変調周波数をｆ_ｍとして、分散量が±１／（４πｆ_ｍ ^２）の群速度分散を与えることを特徴とする多波長光源。
請求項１に記載の多波長光源であって、
前記群速度分散付与手段は、前記第１および第２の位相変調手段の変調周波数をｆ_ｍとして、分散量が±１／（４πｆ_ｍ ^２）の群速度分散を与え、前記第２の位相変調手段は、変調指数π／４で正弦波による位相変調を与えることによってチャープを付与することを特徴とする多波長光源。
請求項１ないし３のいずれかに記載の多波長光源であって、
前記群速度分散付与手段は、光サーキュレータと光ファイバグレーティングを備えたことを特徴とする多波長光源。
請求項１ないし４のいずれかに記載の多波長光源であって、
前記第１または第２の位相変調手段は、複数の位相変調器を備えたことを特徴とする多波長光源。