JP4644180B2

JP4644180B2 - 光可変遅延ユニットおよび光可変遅延装置

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Publication number: JP4644180B2
Application number: JP2006340598A
Authority: JP
Inventors: 孝夫桜井
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: JP2008152057A

Description

本発明は、光可変遅延ユニットおよび光可変遅延装置に関する。より詳しくは、本発明は、入力された特定波長のパルス光である信号光を制御光によって遅延して出力する光可変遅延ユニット、および、これを用いた光可変遅延装置に関する。

入力された光を制御信号によって波長変換して、その波長変換した光を遅延して出力する光遅延装置がある（例えば、特許文献１から３）。例えば、特許文献１および２の光遅延装置は、光ファイバループに両周りのプローブ光および右回りの信号光を入力することにより、カップラからプローブ光と同じ周波数の信号光を取り出す。さらに、この信号光を、可変波長光フィルタを介して互いに長さの異なる複数の高分散光ファイバに通すことにより、高分散光ファイバ毎に異なる遅延量を得る。

また、特許文献３の光遅延装置は、ＦＢＧが配された光ファイバのループに信号光を入力してから、電気信号により光ＳＳＢ変調器によってこの信号光の波長をずらす。信号光の波長がＦＢＧを通過する波長までずれたら、ＦＢＧを通過して出力される。このときに、信号光がループを回転するので、波長をずらす量を制御することにより異なる遅延量を得る。
特開平８−１４６４７９号公報特開平８−２４８４５２号公報特開２００３−２０７８１２号公報

しかしながら、上記特許文献１から３のいずれも、光ファイバのループを用いるので、装置が大型化するという課題がある。また、特許文献１および２に記載の光遅延装置によれば、光ファイバループの分散特性を用いて波長を変換するので、変換効率が高くないという問題がある。また、特許文献３に記載の光遅延装置によれば、波長をずらすための制御信号は電気的な信号なので、高速に制御することが難しい。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、入力された特定波長のパルス光である信号光を制御光によって遅延して出力する光可変遅延ユニットであって、信号光が単独で入力された場合は特定波長の信号光をそのまま非変換光として出力し、信号光および制御光が時間的に重畳して入力された場合に、制御光の波長に対応して、特定波長とは異なる変換波長に信号光の波長を変換した変換光を出力する、周期的な分極反転構造を有する波長変換素子と、非変換光および変換光それぞれの波長に応じて互いに異なる経路長を通ることにより、非変換光および変換光の一方を、他方に対して、時間的に遅延させて出力する遅延部とを備える。

また、本発明の第２の形態においては、特定波長のパルス光である信号光を制御光によって遅延して出力する光可変遅延装置であって、信号光を出力する信号光源と、制御光を出力する制御光源と、信号光源からの信号光が単独で入力された場合は特定波長の信号光をそのまま非変換光として出力し、信号光源からの信号光および制御光源からの制御光が時間的に重畳して入力された場合に、制御光の波長に対応して、特定波長とは異なる変換波長に信号光の波長を変換した変換光を出力する、周期的な分極反転構造を有する波長変換素子と、非変換光および変換光それぞれの波長に応じて互いに異なる経路長を通ることにより、非変換光および変換光の一方を、他方に対して、時間的に遅延させて出力する遅延部とを備える。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

小型で、かつ、高速に遅延量を可変させることができる光可変遅延装置を提供することができる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、入力された特定波長のパルス光を遅延して出力する光可変遅延装置１０の構成図である。図１に示すように、光可変遅延装置１０は、信号光源２０と、制御光源３０と、波長制御信号発生部３２と、波長変換部１００と、遅延部２００とを備える。

信号光源２０は、パルス幅とパルス間隔が一定である特定波長λ_１のパルス光である信号光２５を発生する。信号光源２０の一例はパルスレーザであるが、これに限られず、ＣＷレーザと変調器との組み合わせ等であってもよい。波長制御信号発生部３２は、波長制御信号を制御光源３０に出力する。この波長制御信号発生部３２には、例えば周波数可変の高周波電源を備えた高周波電気信号発生装置が用いられ、この場合、上記波長制御信号は、高周波電気信号である。制御光源３０は、波長制御信号発生部３２から出力される波長制御信号が入力されると、その波長制御信号に応じた波長λ_２のパルス光である制御光３５を発生する。すなわち、上記波長λ_２は特定の波長に限られず、例えば上記波長制御信号発生部３２から周波数の異なる高周波電気信号が波長制御信号として出力されて制御光源３０に入力されると、制御光源３０は、この高周波電気信号の周波数に応じた異なる波長λ_２の制御光３５を発生する。制御光源３０には、例えばＤＦＢレーザが用いられるが、波長を変換できるものであれば他の光源を用いることもできる。

波長変換部１００は、光カプラ１１０および波長変換素子１２０を有する。光カプラ１１０は、入力側で信号光源２０および制御光源３０とそれぞれ光ファイバ７１、７２で接続し、また、出力側で波長変換素子１２０の入力側と接続する。光カプラ１１０は、信号光源２０および制御光源３０からそれぞれ信号光２５および制御光３５が入力されると、それらの入力光を合波して波長変換素子１２０に出力する。

図２は、波長変換素子１２０に用いられるＰＰＬＮ（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉＮｂＯ_３：周期分極ニオブ酸リチウム）光導波路の構造を示す斜視図である。図２に示すように、ＰＰＬＮ光導波路は、非常に短い周期的な分極反転構造を有するＬｉＮｂＯ_３基板１２２と、反転する分極分布を横切るようにＬｉＮｂＯ_３基板１２２に形成された光導波路１２４とを有する。このようなＰＰＬＮ光導波路を用いた波長変換素子１２０は、波長の異なる２つのレーザ光が時間的な重なりを有して入力した場合、それらの一方のレーザ光の第二高調波光を発生し、さらに発生した第二高調波と他方のレーザ光との差周波光を出力する。ここで、波長変換素子１２０に入力する上記２つのレーザ光は、ＴＭモードの直線偏光であることが好ましい。なお、波長変換素子１２０には、このようなＰＰＬＮ光導波路に代えて、例えば周期分極反転構造を持ったＬｉＢ_３Ｏ_５、ＢａＢ_２Ｏ_４、ＫＴｉＯＰＯ_４、ＬｉＴａＯ_３等を用いることもできる。

図３は、パルス光として信号光源２０から出力される信号光２５、パルス光として制御光源３０から出力される制御光３５、および、波長変換部１００から出力される変換信号光４５のそれぞれのパルス波形を相互のタイミングを比較して示す図である。図３に示すように、上記の波長変換素子１２０は、特定波長λ_１の信号光２５および特定波長λ_２の制御光３５が入力されると、信号光２５の各パルス光のうち、制御光３５の各パルス光と時間的に対応する（時間的な重なりを有する）パルス光を上記特定波長λ_１と異なる波長λ_３に波長変換する。また、波長変換素子１２０は、信号光２５の各パルス光のうち、制御光３５の各パルス光の何れとも時間的に対応しない（時間的な重なりを有しない）パルス光を上記特定波長λ_１のまま出力する。

したがって、波長変換素子１２０は、波長変換されなかった波長λ_１のパルス光と波長変換された波長λ_３のパルス光とが混合した変換信号光４５を出力する。以下において、上記の波長変換されなかった波長λ_１のパルス光、すなわち波長変換素子１２０で波長変換されないでそのまま出力された信号光２５を「非変換光」と称し、また、上記の波長変換された波長λ_３のパルス光を「変換光」と称する。

遅延部２００は、光遅延線２１０および光サーキュレータ２２０を有する。光サーキュレータ２２０は、光ファイバ７３で波長変換素子１２０の出力側と接続し、また、光ファイバ７４で光遅延線２１０と接続する。また、光サーキュレータ２２０には、光ファイバ７５が接続する。光サーキュレータ２２０は、波長変換素子１２０から出力した変換信号光４５を光遅延線２１０に入力するとともに、光遅延線２１０において反射した遅延部出力光５５を光ファイバ７５に導く。

光遅延線２１０は、光ファイバ７４と連続的に接続される光ファイバである。また、図１に示すように、光遅延線２１０のコア部分には、屈折率を軸方向に周期的に変化させたＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）２１２およびＦＢＧ２１４がそれぞれ光遅延線２１０の軸方向における異なる位置に形成されている。これらＦＢＧ２１２およびＦＢＧ２１４はブラッグ格子であり、光遅延線２１０への入力光のうち、光遅延線２１０の光ファイバの屈折率とＦＢＧ２１２およびＦＢＧ２１４における屈折率変化の間隔との積の二倍で与えられる波長（以下においてこれを「ブラッグ波長」と称する）を中心とする狭帯域の光だけが反射される。

ここで、図１に示すように、ＦＢＧ２１２およびＦＢＧ２１４は、光ファイバ７４に近い側から順に光遅延線２１０に形成されている。また、ＦＢＧ２１２のブラッグ波長はλ_１であり、ＦＢＧ２１４のブラッグ波長はλ_３である。したがって、光遅延線２１０に変換信号光４５が入力すると、変換信号光４５のうち波長λ_１の非変換光はＦＢＧ２１２で反射し、波長λ_３の変換光はＦＢＧ２１２を透過してＦＢＧ２１４で反射する。このとき、ＦＢＧ２１２で反射した非変換光の経路長と比べて、ＦＢＧ２１４で反射した変換光の経路長が長くなる。また、光遅延線２１０は長さ方向において均質であることから、上記の経路長の違いは光路長の違いと等価である。

図４は、変換信号光４５および遅延部出力光５５のそれぞれのパルス波形を相互のタイミングを比較して示す図である。図４に示すように、ＦＢＧ２１２で反射した波長λ_１の非変換光およびＦＢＧ２１４で反射した波長λ_３の変換光を含む遅延部出力光５５において、変換光は非変換光に対してΔｔだけ時間的に遅延する。これは、上記のように、光遅延線２１０が、入射した変換光および非変換光に対してこれらの光路長を異ならせて反射することによる。

ここで、光遅延線２１０の光ファイバ７４に近い側にＦＢＧ２１４が形成され、光ファイバ７４から遠い側にＦＢＧ２１２が形成された場合、遅延部出力光５５における変換光および非変換光の時間的な遅延関係は逆になる。また、上記制御光３５のパルス幅やパルス間隔を調整して、波長変換素子１２０から出力される変換信号光４５に含まれる変換光の割合を変えることにより、遅延部出力光５５に含まれる遅延したパルス光の割合を所望に設定することができる。さらに、遅延したパルス光の遅延時間（図４のΔｔ）は、光遅延線２１０の軸方向におけるＦＢＧ２１２およびＦＢＧ２１４の形成間隔を変えることにより所望に設定することができる。

このように、本実施形態の光可変遅延装置１０は、波長変換素子１２０において波長変換された変換光および波長変換されていない非変換光を、それぞれの波長に対応するＦＢＧ２１２およびＦＢＧ２１４が軸方向の異なる位置に形成された光遅延線２１０で反射させることにより、非変換光および変換光それぞれの波長に応じて非変換光の経路長および変換光の経路長を互いに異ならせる。これにより、非変換光および変換光の一方を、他方に対して、時間的に遅延させることができる。したがって、信号光２５をパルスごとに波長変換して時間的に遅延させることができるので、所望のタイミングのパルス信号を発生させることができる。また、上記遅延部２００は、電気回路等の電気的素子を含まない構成であるので、光−電気変換に伴う信号劣化も生じない。なお、図１において点線で囲って示す波長変換部１００および光遅延部２００を組み合わせて、光可変遅延ユニット１５を形成して単独で供給することもできる。

なお、上記実施形態において、光遅延線２１０は、二つの異なる波長λ_１、λ_３で反射するＦＢＧ２１２およびＦＢＧ２１４を軸方向の異なる位置に配するが、光遅延線２１０の構成はこれに限られない。他の光遅延線２１０として、波長λ_１、λ_３を含む波長領域で反射するように、ピッチが軸方向について連続的に変化するチャープドＦＢＧを用いてもよい。この場合に、制御光の波長によって変換光の波長を変えることで、連続して遅延量を変えることができる。

図５は、他の実施形態に係る光可変遅延装置１１の構造を模式的に示す図である。光可変遅延装置１１において、上記の光可変遅延装置１０と同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。図５に示すように、この光可変遅延装置１１の遅延部２０１は、ＡＷＧ（アレイド・ウェーブガイド・グレーティング）分波器２５０、および、このＡＷＧ分波器２５０に連結された遅延線２７０を有する。

ＡＷＧ分波器２５０は、一対のスラブ導波路２５２、２５８およびこれらの間に配された複数のアレイ導波路２５４、２５５、２５６、２５７を有する。このＡＷＧ分波器２５０は、波長変換部１００から光ファイバ７３を介して入力される変換信号光４５に含まれる非変換光および変換光をそれぞれの波長に応じて分光して後段のスラブ導波路２５８において異なる導波路から出力する。

また、遅延線２７０は、複数のアレイ導波路２７４、２７５、２７６、２７７、および、合波器２７８を有する。これら複数のアレイ導波路２７４、２７５、２７６、２７７は、互いに長さが異なる。この遅延線２７０は、ＡＷＧ分波器２５０の異なる導波路から出力されたそれぞれの光を、対応する複数のアレイ導波路２７４、２７５、２７６，２７７に入力し、合波部２７８において一つの光ファイバ７５に出力する。このとき、アレイ導波路２７４はアレイ導波路２７５よりも経路長が長いので、例えば変換信号光４５のうち変換光がアレイ導波路２７４を通り、非変換光がアレイ導波路２７５を通る場合に、変換光は非変換光に対して時間的に遅延する。ここで、変換光がアレイ導波路２７５を通り、非変換光がアレイ導波路２７４を通る場合に、遅延部出力光５５における変換光および非変換光の時間的な遅延関係は逆になる。このように、光可変遅延装置１１の遅延部２０１は、非変換光および変換光の一方を他方に対して時間的に遅延させて出力することができる。なお、図５において点線で囲って示す波長変換部１００および光遅延部２０１を組み合わせて、光可変遅延ユニット１６を形成して単独で供給することもできる。

図６は、さらに他の実施形態に係る光可変遅延装置１２の構造を模式的に示す図である。光可変遅延装置１２において、上記の光可変遅延装置１０、１１と同じ構成については同じ参照番号を付して説明を省略する。図６に示すように、この光可変遅延装置１２の遅延部２０２は、図６に示すＡＷＧ分波器２５０と、このＡＷＧ分波器２５０に接続された光ファイバ２８１、２８２、２８３、２８４、と、これらの光ファイバ２８１、２８２、２８３、２８４、に接続された合波器２７８とを有する。このような構成によれば、光ファイバ２８１、２８２、２８３、２８４の長さを調節することにより、分光部２３１により分光された非変換光および変換光の通過する経路長を所望に設定することができる。したがって、光可変遅延装置１２は、遅延部出力光５５に含まれる非変換光および変換光の一方を他方に対してより大きな時間だけ遅延させることができる。なお、図６において点線で囲って示す波長変換部１００および光遅延部２０２を組み合わせて、光可変遅延ユニット１７を形成して単独で供給することもできる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

入力された特定波長のパルス光を遅延して出力する光可変遅延装置１０の構成図である。波長変換素子１２０に用いられるＰＰＬＮ（ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉＮｂＯ_３：周期分極ニオブ酸リチウム）光導波路の構造を示す斜視図である。信号光２５、制御光３５および変換信号光４５のそれぞれのパルス波形を相互のタイミングを比較して示す図である。変換信号光４５および遅延部出力光５５のそれぞれのパルス波形を相互のタイミングを比較して示す図である。他の実施形態に係る光可変遅延装置１１の構造を模式的に示す図である。さらに他の実施形態に係る光可変遅延装置１２の構造を模式的に示す図である。

符号の説明

１０、１１、１２光可変遅延装置、１５、１６、１７光可変遅延ユニット、２０信号光源、２５信号光、３０制御光源、３２波長制御信号発生部、３５制御光、４５変換信号光、５５遅延部出力光、７１、７２、７３、７４、７５光ファイバ、１００波長変換部、１１０光カプラ、１２０波長変換素子、１２２ＬｉＮｂＯ_３基板、１２４光導波路、２００、２０１、２０２遅延部、２１０光遅延線、２１２、２１４ＦＢＧ、２２０光サーキュレータ、２３０基板、２３１分光部、２３２、２３４光導波路、２５２、２５４光ファイバ

Claims

入力された特定波長のパルス光である信号光を制御光によって遅延して出力する光可変遅延ユニットであって、
前記信号光が単独で入力された場合は前記特定波長の前記信号光をそのまま非変換光として出力し、前記信号光および制御光が時間的に重畳して入力された場合に、前記制御光の波長に対応して、前記特定波長とは異なる変換波長に前記信号光の波長を変換した変換光を出力する、周期的な分極反転構造を有する波長変換素子と、
前記非変換光および前記変換光それぞれの波長に応じて互いに異なる経路長を通ることにより、前記非変換光および前記変換光の一方を、他方に対して、時間的に遅延させて出力する遅延部と
を備える光可変遅延ユニット。
前記波長変換素子は、入力された前記信号光および前記制御光の一方の第二高調波光と他方との差周波の波長を有する前記変換光を出力するＰＰＬＮ（周期分極反転ニオブ酸リチウム）を含む請求項１に記載の光可変遅延ユニット。
前記遅延部は、入力された前記非変換光および前記変換光を複数の経路に分光する分光部、前記複数の経路のそれぞれに接続され、互いに異なる経路長を有する複数の光導波路、および、前記複数の光導波路からの前記非変換光および前記変換光を同一の経路上に出力する出力部を有する請求項１または２に記載の光可変遅延ユニット。
前記分光部は、ＡＷＧ分波器を含む請求項３に記載の光可変遅延ユニット。
前記遅延部は、前記非変換光および前記変換光の通過方向に並んで、前記非変換光および前記変換光を反射するＦＢＧ（ファイバ・ブラッグ・グレーティング）が複数形成された光ファイバを含む請求項１または２に記載の光可変遅延ユニット。
前記遅延部は、前記非変換光および前記変換光の通過方向に、ピッチが連続的に変化するチャープドＦＢＧが形成された光ファイバを含む請求項１または２に記載の光可変遅延ユニット。
特定波長のパルス光である信号光を制御光によって遅延して出力する光可変遅延装置であって、
信号光を出力する信号光源と、
制御光を出力する制御光源と、
前記信号光源からの前記信号光が単独で入力された場合は前記特定波長の前記信号光をそのまま非変換光として出力し、前記信号光源からの前記信号光および前記制御光源からの制御光が時間的に重畳して入力された場合に、前記制御光の波長に対応して、前記特定波長とは異なる変換波長に前記信号光の波長を変換した変換光を出力する、周期的な分極反転構造を有する波長変換素子と、
前記非変換光および前記変換光それぞれの波長に応じて互いに異なる経路長を通ることにより、前記非変換光および前記変換光の一方を、他方に対して、時間的に遅延させて出力する遅延部と
を備える光可変遅延装置。