JP6712074B2 - Optical transmission device - Google Patents

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本発明は、光ファイバを用いた高精度な光周波数基準の伝送などに用いられる光伝送装置に関する。 The present invention relates to an optical transmission device used for highly accurate optical frequency reference transmission using an optical fiber.

超高精度光周波数基準の光ファイバ伝送技術とは、超高精度に安定化された周波数(時間)基準を、光ファイバを介して遠隔地へ精度を損なうことなく伝送する技術のことである（非特許文献１参照）。現在、世界の周波数（時間）標準は、133Ｃｓ（セシウム）のマイクロ波遷移（９．２ＧＨｚ）を用いた原子時計であるが、セシウム原子時計がマイクロ波周波数（数ＧＨｚ）を基準としている。これに対し、近年、光周波数（数１００ＴＨｚ）を基準とする光時計の研究開発が急速に進展し、セシウム原子時計の精度をはるかに上回る性能を示しつつある。 Ultra-high precision optical frequency standard optical fiber transmission technology is a technology that transmits a frequency (time) standard that has been stabilized with ultra high precision to a remote location via an optical fiber without impairing accuracy ( Non-Patent Document 1). At present, the world frequency (time) standard is an atomic clock using a microwave transition (9.2 GHz) of 133 Cs (cesium), but the cesium atomic clock is based on the microwave frequency (several GHz). On the other hand, in recent years, research and development of an optical clock based on an optical frequency (several hundreds of THz) has rapidly progressed, and performance far exceeding the accuracy of a cesium atomic clock is being exhibited.

光時計において、最も有力な方式と考えられている光格子時計では、87Ｓｒ（ストロンチウム）を用いて、２×１０-18の不確かさを実現しており、１０-19のレベルにも到達目前である（非特許文献２参照）。この超高精度に安定化された光周波数基準を遠隔地間で共有するために、光ファイバ伝送技術が注目されている。 The optical lattice clock, which is considered to be the most promising method in optical clocks, uses 87 Sr (strontium) to achieve an uncertainty of 2×10 -18 and is about to reach the level of 10 -19. (See Non-Patent Document 2). In order to share the optical frequency reference stabilized with ultra-high accuracy between remote places, optical fiber transmission technology is drawing attention.

従来、原子時計レベルのマイクロ波周波数基準の伝送技術としては、全球測位システム（ＧＰＳ）や衛星双方向時刻比較といった自由空間をマイクロ波で伝送する方法がある（非特許文献３参照）。しかしながら、これらの方法では、大気中で長距離伝搬する際の空気の揺らぎなどの雑音の影響を受けるため、光格子時計の安定度を劣化させることなく伝送することは不可能である。 Conventionally, as a transmission technology based on the microwave frequency at the atomic clock level, there is a method of transmitting free space by microwave such as a global positioning system (GPS) or satellite bidirectional time comparison (see Non-Patent Document 3). However, these methods are affected by noise such as air fluctuations during long-distance propagation in the atmosphere, so that it is impossible to perform transmission without deteriorating the stability of the optical lattice clock.

上述した技術よりも高安定な伝送方法が、周波数基準の光ファイバ伝送技術である。周波数基準の光ファイバ伝送技術により、超高精度光周波数基準を遠隔地へ伝送することが可能になれば、各研究機関で開発が進められている光時計同士を比較することが可能となる。特に、光通信ネットワークで用いられている光ファイバを用いれば、既設の光通信ファイバネットワーク社会基盤を利用することが可能である。 A more stable transmission method than the above-mentioned technique is a frequency-based optical fiber transmission technique. If it becomes possible to transmit an ultra-high precision optical frequency reference to a remote place by the frequency-based optical fiber transmission technology, it will be possible to compare optical clocks being developed by each research institute. In particular, if the optical fiber used in the optical communication network is used, it is possible to use the existing optical communication fiber network social infrastructure.

周波数基準の光ファイバ伝送技術を用いて多地点間を結ぶ超高精度光周波数基準ファイバネットワークを構築し、周波数（時間）基準配信という新しい社会基盤を実現するためには、光周波数基準をレーザ光に転写し、送信・中継・受信する高周波数精度の光伝送装置を多数用意することが必要不可欠である。そこで発明者らは、従来技術と比較して、量産が容易であり、小型・高安定性・堅牢性に優れた超高精度光周波数基準光伝送装置に着目した。 In order to build an ultra-high-precision optical frequency reference fiber network that connects multiple points using frequency-based optical fiber transmission technology and realize a new social infrastructure of frequency (time) reference distribution, the optical frequency reference must be laser light. It is indispensable to prepare a large number of high-frequency-accuracy optical transmission devices for transfer, transmission, relay, and reception. Therefore, the inventors have focused on an ultra-high-accuracy optical frequency reference optical transmission device that is easy to mass-produce and is compact, highly stable, and excellent in robustness as compared with the conventional technology.

超高精度周波数基準ファイバネットワークを構成する光伝送装置の基本配置は、図３に示すように、送信部３０１，中継部３０２，受信部３０３から構成されている。送信部３０１は、超高精度光周波数基準３０４、送信装置３０５を備える。中継部３０２は、中継装置３０６を備える。受信部３０３は、受信装置３０７を備える。各装置は、直列に光ファイバ３０８で接続している。 As shown in FIG. 3, the basic arrangement of the optical transmission device that constitutes the ultra-high accuracy frequency reference fiber network is composed of a transmission unit 301, a relay unit 302, and a reception unit 303. The transmitter 301 includes an ultra-high precision optical frequency reference 304 and a transmitter 305. The relay unit 302 includes a relay device 306. The receiving unit 303 includes a receiving device 307. The respective devices are connected in series by an optical fiber 308.

各光伝送装置の基本的機能は、以下の２つに分類できる。１つは、超高精度光周波数基準３０４を、送信装置３０５の送信用周波数可変狭線幅レーザ光に再生（変換）する機能である。 The basic functions of each optical transmission device can be classified into the following two types. One is a function of reproducing (converting) the ultrahigh-precision optical frequency reference 304 into a transmission frequency variable narrow linewidth laser light of the transmission device 305.

通常、超高精度光周波数基準３０４は、周波数の絶対的な基準となる光周波数領域の量子遷移と、この遷移周波数の周波数確度および安定性を可能な限り忠実に転写した時計レーザから構成される。光伝送装置では、この時計レーザ（超高精度光周波数基準がコピーされたレーザ）を、送信用に用いる周波数可変狭線幅レーザに再コピーするため、２つのレーザ光をマイケルソン型干渉計に導入する。２つのレーザ光を干渉させることにより、差周波に相当する干渉ビート信号を検出し、このビート信号をその差周波に一致する周波数を有するＲＦ周波数基準に位相同期することによって、光周波数基準の精度が送信用レーザ光に再生される。 Usually, the ultra-high-precision optical frequency reference 304 is composed of quantum transitions in the optical frequency region which are absolute reference of frequency, and a clock laser in which the frequency accuracy and stability of this transition frequency are copied as faithfully as possible. .. In the optical transmission device, this clock laser (a laser in which an ultra-high-precision optical frequency reference is copied) is re-copied to a frequency variable narrow linewidth laser used for transmission, so that two laser lights are transmitted to a Michelson interferometer. Introduce. By interfering the two laser beams, an interference beat signal corresponding to the difference frequency is detected, and the beat signal is phase-locked with an RF frequency reference having a frequency matching the difference frequency, whereby the accuracy of the optical frequency reference is increased. Is regenerated into a transmission laser beam.

この機能は、主に中継装置３０６において用いられており、前段の中継装置３０６から送られてきた超高精度光周波数基準を、中継装置３０６における送信用レーザにコピーし、前段に折り返し（後述）、また後段へ送信する。 This function is mainly used in the repeater 306, and copies the ultra-high-precision optical frequency reference sent from the repeater 306 in the previous stage to the transmission laser in the repeater 306 and returns it to the previous stage (described later). , Send it to the latter stage.

もう１つの機能は、送信装置３０５と中継装置３０６との間、また各々の中継装置３０６間をつなぐ光ファイバ３０８の環境に由来する雑音を補償する機能である。環境に由来する雑音は、例えば、熱や振動といった光ファイバ３０８の敷設環境に由来する雑音である。この光ファイバ３０８の雑音を補償する機能では、マイケルソン型干渉計により、光ファイバ入射前の送信光と、光ファイバ入射後に中継装置で折り返され、送信装置に戻ってくる折り返し光との干渉をとることによって、光ファイバ中の伝搬に伴う雑音成分を検出する。 The other function is a function of compensating for noise caused by the environment of the optical fiber 308 that connects between the transmission device 305 and the relay device 306 and between the relay devices 306. The noise derived from the environment is noise derived from the environment in which the optical fiber 308 is laid, such as heat and vibration. With the function of compensating for the noise of the optical fiber 308, the Michelson interferometer causes interference between the transmitted light before entering the optical fiber and the returning light that is returned by the relay device after entering the optical fiber and returns to the transmitting device. By detecting the noise component, the noise component accompanying the propagation in the optical fiber is detected.

上述した雑音成分は、伝送光の周波数揺らぎとして伝送した周波数基準の周波数精度を劣化させる原因となるが、この干渉計により周波数揺らぎを検出し、中継装置に到着した際に周波数揺らぎを補償するようにあらかじめ周波数揺らぎを伝送光に与えておくことによって、精度を劣化することなく中継装置まで光周波数基準を伝送することができる。また、この送信装置と同じ構成をとる中継装置を多段に接続することによって、ファイバネットワークを構成することが可能となる。 The noise component described above causes the frequency accuracy of the frequency reference transmitted as the frequency fluctuation of the transmitted light to deteriorate, but it is necessary to detect the frequency fluctuation with this interferometer and compensate for the frequency fluctuation when it arrives at the repeater. By giving frequency fluctuations to the transmission light in advance, the optical frequency reference can be transmitted to the repeater without degrading accuracy. Further, a fiber network can be configured by connecting multiple relay devices having the same configuration as this transmission device in multiple stages.

P. A. Williams et al., "High-stability transfer of an optical frequency over long fiber-optic links", Journal of the Optical Society of America B, Vol.25, Issue 8, pp.1284-1293, 2008.P. A. Williams et al., "High-stability transfer of an optical frequency over long fiber-optic links", Journal of the Optical Society of America B, Vol.25, Issue 8, pp.1284-1293, 2008. I. Ushijima et al., "Cryogenic optical lattice clocks", Nature Photonics, vol.9, 2015.I. Ushijima et al., "Cryogenic optical lattice clocks", Nature Photonics, vol.9, 2015. A. Bauch et al., "Comparison between frequency standards in Europe and the USA at the 10-15 uncertainty level", Metrologia, vol.43, pp.109-120, 2006.A. Bauch et al., "Comparison between frequency standards in Europe and the USA at the 10-15 uncertainty level", Metrologia, vol.43, pp.109-120, 2006. O. Lopez et al., "Cascaded multiplexed optical link on a telecommunication network for frequency dissemination", Optics Express, vol.18, no.16, pp.16849-16857, 2010.O. Lopez et al., "Cascaded multiplexed optical link on a telecommunication network for frequency dissemination", Optics Express, vol.18, no.16, pp.16849-16857, 2010. O. Lopez et al., "Ultra-stable long distance optical frequency distribution using the Internet fiber network", Optics Express, vol.20, no.21, pp.23518-23526, 2012.O. Lopez et al., "Ultra-stable long distance optical frequency distribution using the Internet fiber network", Optics Express, vol.20, no.21, pp.23518-23526, 2012.

これらの光伝送装置において最大限忠実に光周波数基準を伝送するためには、マイケルソン型干渉計における参照光の光路長に対する擾乱を可能な限り排除することが最重要である。光路長の揺らぎは、参照光の周波数揺らぎの原因となり、伝送周波数精度の劣化を引き起こす。光路長の擾乱を防止するためには、光路長を短くし、光路における空気の擾乱、温度変化、振動の影響を可能な限り低減させる必要がある。 In order to transmit the optical frequency reference with maximum fidelity in these optical transmission devices, it is of utmost importance to eliminate as much disturbance as possible with respect to the optical path length of the reference light in the Michelson interferometer. Fluctuations in the optical path length cause fluctuations in the frequency of the reference light, causing deterioration in transmission frequency accuracy. In order to prevent the disturbance of the optical path length, it is necessary to shorten the optical path length and reduce the influence of air disturbance, temperature change, and vibration in the optical path as much as possible.

しかしながら、従来技術では、光伝送装置における干渉計は、主にミラー、波長板、ビームスプリッタおよびこれらの光学部品を固定するホルダーやポスト、ペデスタルフォークといった各種部品で構成されているため、光路長の短距離化には限界があった。また、光ファイバの周波数揺らぎを補償する上記の方法は、折り返し光のファイバ伝搬による時間遅れのため、この遅れ時間よりも早い時間スケールで変動する雑音を補償することが原理的に不可能である。 However, in the prior art, the interferometer in the optical transmission device is mainly composed of various parts such as a mirror, a wave plate, a beam splitter, and a holder or post for fixing these optical parts, and a pedestal fork, so that the optical path length There was a limit to shortening the distance. In addition, the above method of compensating the frequency fluctuation of the optical fiber is theoretically impossible to compensate for the noise that fluctuates on a time scale earlier than this delay time because of the time delay due to the propagation of the reflected light through the fiber. ..

上述のことより、ファイバ伝送距離を長くとると精度劣化を引き起こすことになる。従って、精度劣化を低減させるためには、なるべくファイバ伝送距離を短くし、より多くの中継装置を配置することになる。このために、光伝送装置の小型化および堅牢化が望まれている。上記の課題の解決に向け、ファイバ型光学部品を用いたマイケルソン型干渉計による光伝送装置の小型化・堅牢化が試みられている（非特許文献４，非特許文献５）。 From the above, accuracy is deteriorated when the fiber transmission distance is increased. Therefore, in order to reduce the accuracy deterioration, the fiber transmission distance should be shortened as much as possible and more repeaters should be arranged. Therefore, miniaturization and robustness of the optical transmission device are desired. In order to solve the above-mentioned problems, attempts have been made to reduce the size and robustness of an optical transmission device by a Michelson type interferometer using a fiber type optical component (Non-Patent Documents 4 and 5).

しかしながら、ファイバ型光学部品によるマイケルソン型干渉計は、空間系における空気揺らぎの影響の排除やサイズの小型化という観点で改善が見られるものの、温度変化や振動の影響によるファイバ雑音が付加されるという問題があった。 However, the Michelson type interferometer with fiber type optical components has been improved in terms of eliminating the influence of air fluctuations in the space system and reducing the size, but fiber noise due to the influence of temperature change and vibration is added. There was a problem.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、超高精度な周波数基準となる光などを伝送するときの光ファイバで付加される雑音が抑制できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to suppress noise added in an optical fiber when transmitting light or the like serving as an ultrahigh-precision frequency reference. With the goal.

本発明に係る光伝送装置は、送信用光を出力先の光ファイバに出力し、光ファイバより戻ってくる折り返し光と送信用光との干渉を、一方の光路に半波長板を設けたマッハツェンダー光干渉計により、送信用光をマッハツェンダー光干渉計の一方より入力し、折り返し光をマッハツェンダー光干渉計の他方の光路に合波してとることで、光ファイバ中の伝搬に伴う雑音成分を検出し、検出した雑音成分をもとに光ファイバにおける周波数揺らぎを補償する光伝送装置であって、マッハツェンダー光干渉計は、プレーナ光波回路から構成され、折り返し光と送信用光との干渉により発生するビート信号より、光ファイバの位相雑音によって伝送の往復で受けた周波数変化を検出し、検出した周波数変化を打ち消すことで周波数揺らぎを補償する。 The optical transmission device according to the present invention outputs the transmission light to the output optical fiber, and causes the interference between the return light returning from the optical fiber and the transmission light to interfere with the Mach having a half-wave plate in one optical path. With the Zender optical interferometer , the transmission light is input from one of the Mach-Zehnder interferometers, and the reflected light is combined with the other optical path of the Mach-Zehnder interferometer to obtain the noise associated with the propagation in the optical fiber. A Mach-Zehnder interferometer, which is an optical transmission device that detects a component and compensates for frequency fluctuations in the optical fiber based on the detected noise component, is composed of a planar lightwave circuit, and includes a return light and a transmission light. from the beat signal generated by the interference, detecting a frequency change received by the reciprocal of the transmission by the phase noise of the optical fiber, that to compensate for the frequency fluctuation by canceling the detected frequency change.

上記光伝送装置において、マッハツェンダー光干渉計は、入射した送信用光を第１光路と第２光路とに分岐する分岐部と、入射した光を第２光路と第３光路とに各々異なる偏光に分岐する偏光分岐部と、第１光路の光と第３光路の光とを合波する合波部とを備える。 In the above optical transmission device, the Mach-Zehnder interferometer includes a branching unit that splits incident transmission light into a first optical path and a second optical path, and incident light having different polarizations in a second optical path and a third optical path. And a combining unit that combines the light in the first optical path and the light in the third optical path.

以上説明したことにより、本発明によれば、超高精度な周波数基準となる光などを伝送するときの光ファイバで付加される雑音が抑制できるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that noise added in an optical fiber when transmitting light or the like serving as an ultrahigh-precision frequency reference can be suppressed.

図１は、本発明の実施の形態における光伝送装置の構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical transmission device according to an embodiment of the present invention. 図２は、第１マッハツェンダー干渉計１０１の構成を説明するための構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram for explaining the configuration of the first Mach-Zehnder interferometer 101. 図３は、超高精度周波数基準ファイバネットワークを構成する光伝送装置の基本配置を示す構成図である。FIG. 3 is a block diagram showing the basic arrangement of the optical transmission equipment that constitutes the ultra-high precision frequency reference fiber network.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における光伝送装置の構成を示す構成図である。ここでは、図３を用いて説明した送信装置に本発明を適用する場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an optical transmission device according to an embodiment of the present invention. Here, a case will be described where the present invention is applied to the transmission device described with reference to FIG.

この送信装置は、第１マッハツェンダー干渉計１０１、第２マッハツェンダー干渉計１０２を備える。また、第１マッハツェンダー干渉計１０１は、分岐部１１１、第１光路１１２、第２光路１１３、偏光分岐部１１４、合波部１１５、第３光路１１６を備える。同様に、第２マッハツェンダー干渉計１０２は、分岐部１２１、第１光路１２２、第２光路１２３、偏光分岐部１２４、合波部１２５、第３光路１２６を備える。また、第１ポート１０３，第２ポート１０４，第３ポート１０５，第４ポート１０６，第５ポート１０７を備える。 This transmitter includes a first Mach-Zehnder interferometer 101 and a second Mach-Zehnder interferometer 102. Further, the first Mach-Zehnder interferometer 101 includes a branch section 111, a first optical path 112, a second optical path 113, a polarization branch section 114, a multiplexing section 115, and a third optical path 116. Similarly, the second Mach-Zehnder interferometer 102 includes a branch section 121, a first optical path 122, a second optical path 123, a polarization branch section 124, a combining section 125, and a third optical path 126. Further, it has a first port 103, a second port 104, a third port 105, a fourth port 106 and a fifth port 107.

第１マッハツェンダー干渉計１０１、第２マッハツェンダー干渉計１０２は、マッハツェンダー型の光干渉計であり、対象とする通信波長帯の光導波路構造を有するプレーナ光波回路（Planar Lightwave Circuit；ＰＬＣ）から構成されている。また、分岐部１０８およびここから第１マッハツェンダー干渉計１０１、第２マッハツェンダー干渉計１０２までの光路もプレーナ光波回路から構成されている。 The first Mach-Zehnder interferometer 101 and the second Mach-Zehnder interferometer 102 are Mach-Zehnder type optical interferometers, and include a planar lightwave circuit (PLC) having an optical waveguide structure in a target communication wavelength band. It is configured. Further, the branch section 108 and the optical paths from the branch section 108 to the first Mach-Zehnder interferometer 101 and the second Mach-Zehnder interferometer 102 are also composed of a planar lightwave circuit.

プレーナ光波回路は、よく知られているように、例えば、シリコン基板の上にＳｉＯ2などの下部クラッドとなる絶縁層を介して形成した石英系コアおよびシリコンコアなどによる光導波路から構成された光波回路である。 As is well known, a planar lightwave circuit is, for example, a lightwave wave composed of an optical waveguide including a silica-based core and a silicon core formed on a silicon substrate via an insulating layer serving as a lower clad such as SiO 2. Circuit.

第１マッハツェンダー干渉計１０１は、例えば、図２に示すように、Ｙ分岐光導波路などの方向性結合器により分岐部１１１および合波部１１５が構成されている。また、偏光分岐部１１４は、方向性結合器２０１，第１アーム２０２，第２アーム２０３，方向性結合器２０４によるマッハツェンダー干渉計により構成されている。第１アーム２０２には、例えば、第１アーム２０２を構成する光導波路の両脇に応力開放溝２５１，２５２を設けた位相差付与部２０５が設けられ、通過するＴＭ偏光の位相が半波長ずらされる。これにより、第１アーム２０２を通過した光が、方向性結合器２０１または方向性結合器２０４で第２アーム２０３を通過した光と合波されると、ＴＥ偏光が取り出されることになる。第２マッハツェンダー干渉計１０２も同様の構成である。 In the first Mach-Zehnder interferometer 101, for example, as shown in FIG. 2, a branching section 111 and a multiplexing section 115 are configured by a directional coupler such as a Y-branching optical waveguide. The polarization splitting unit 114 is composed of a Mach-Zehnder interferometer including a directional coupler 201, a first arm 202, a second arm 203, and a directional coupler 204. The first arm 202 is provided with, for example, a phase difference providing unit 205 in which stress release grooves 251 and 252 are provided on both sides of an optical waveguide forming the first arm 202, and the phase of TM polarization passing therethrough is shifted by a half wavelength. Be done. Accordingly, when the light passing through the first arm 202 is combined with the light passing through the second arm 203 by the directional coupler 201 or the directional coupler 204, TE polarized light is extracted. The second Mach-Zehnder interferometer 102 has the same configuration.

まず、送信用レーザ１５１より出射される送信用レーザ光が第１ポート１０３に入射されると、Ｙ分岐光導波路などの方向性結合器から構成された分岐部１０８により第１マッハツェンダー干渉計１０１および第２マッハツェンダー干渉計１０２に５０％ずつ分岐される。 First, when the transmitting laser light emitted from the transmitting laser 151 is incident on the first port 103, the first Mach-Zehnder interferometer 101 is caused by the branching unit 108 including a directional coupler such as a Y-branching optical waveguide. 50% each is branched to the second Mach-Zehnder interferometer 102.

第１マッハツェンダー干渉計１０１に入射した送信レーザ光は、分岐部１１１により第１光路１１２と第２光路１１３とに分岐される。 The transmission laser light that has entered the first Mach-Zehnder interferometer 101 is branched into a first optical path 112 and a second optical path 113 by the branching unit 111.

また、超高精度光周波数基準となる時計レーザ１５２から出射される基準レーザ光が第２ポート１０４より入射し、異なる偏光に分岐する偏光分岐部１１４により第２光路１１３と第３光路１１６とに分岐される。分岐されて第３光路１１６に入射した基準レーザ光は、第１光路１１２に設けられている半波長板１１７で偏光が９０度回転した送信用レーザ光と合波部１１５で合波され、第３ポート１０５より出射する。 Further, the reference laser light emitted from the timepiece laser 152, which serves as an ultrahigh-precision optical frequency reference, is incident from the second port 104 and is split into different polarizations by the polarization splitting portion 114 to the second optical path 113 and the third optical path 116. Branched. The reference laser light branched and incident on the third optical path 116 is combined with the transmitting laser light whose polarization is rotated by 90 degrees by the half-wave plate 117 provided on the first optical path 112 by the combining unit 115, The light is emitted from the 3-port 105.

合波部１１５で合波された基準レーザ光と送信用レーザ光とは干渉し、基準レーザ光と送信用レーザ光との間の差周波に相当するビート信号が発生する。このビート信号は、第３ポート１０５の出射口に配置された検出部１５３により検出される。 The reference laser light and the transmission laser light that have been combined by the combining unit 115 interfere with each other, and a beat signal corresponding to the difference frequency between the reference laser light and the transmission laser light is generated. This beat signal is detected by the detection unit 153 arranged at the emission port of the third port 105.

検出されたビート信号と、図示しない基準周波数発生器より得られるＲＦ周波数基準信号とを、図示しない位相同期回路（ＰＬＬ）を用いて周波数同期させることなどにより、送信用レーザ１５１を帰還制御することで、基準レーザ光の周波数精度を送信用レーザ光に転写する。この結果、送信用レーザ１５１から出力される送信用レーザ光は、基準レーザ光の精度が再生されたものとなり、この送信用レーザ光が、第１ポート１０３、分岐部１０８を経て第２マッハツェンダー干渉計１０２にも入射されることになる。 Feedback control of the transmission laser 151 is performed by frequency-synchronizing the detected beat signal and an RF frequency reference signal obtained from a reference frequency generator (not shown) using a phase synchronization circuit (PLL) not shown. Then, the frequency accuracy of the reference laser light is transferred to the transmitting laser light. As a result, the transmission laser light output from the transmission laser 151 is reproduced from the accuracy of the reference laser light, and the transmission laser light passes through the first port 103 and the branching portion 108 and then reaches the second Mach-Zehnder. It will also be incident on the interferometer 102.

第２マッハツェンダー干渉計１０２に入射した送信用レーザ光は、分岐部１２１により第１光路１２２および第２光路１２３に分岐され、一方は、偏光分岐部１２４を通り第４ポート１０６より出射される。第４ポート１０６からの出射光（送信用レーザ光）は、周波数シフタ１５４を通り、例えば、図示しない中継局へ光ファイバにより伝送される。周波数シフタ１５４は、よく知られているように、例えば、音響光学素子から構成することができる。 The transmission laser light that has entered the second Mach-Zehnder interferometer 102 is branched by the branching section 121 into a first optical path 122 and a second optical path 123, and one of the two passes through a polarization branching section 124 and is emitted from the fourth port 106. .. Light emitted from the fourth port 106 (laser light for transmission) passes through the frequency shifter 154 and is transmitted to, for example, a relay station (not shown) by an optical fiber. The frequency shifter 154 can be composed of, for example, an acoustooptic device, as is well known.

上記中継局へ伝送された送信用レーザ光は、この中継局で折り返され、光ファイバで伝送されて再び第４ポート１０６から第２マッハツェンダー干渉計１０２に入射する。この折り返しレーザ光は、異なる偏光に分岐する偏光分岐部１２４および第３光路１２６を経由し、合波部１２５で第１光路１２２を通りここに設けられている半波長板１２７で偏光が９０度回転した送信レーザ光と合波され、第５ポート１０７より出射する。 The transmission laser light transmitted to the relay station is reflected by the relay station, transmitted through the optical fiber, and again enters the second Mach-Zehnder interferometer 102 from the fourth port 106. The folded laser light passes through the polarization branching section 124 and the third optical path 126 that branch into different polarizations, passes through the first optical path 122 at the combining section 125, and has a polarization of 90 degrees at the half-wave plate 127 provided here. It is rotated and transmitted laser light multiplexing, emitted from the fifth port 107.

合波部１２５で合波された折り返しレーザ光と送信レーザ光とは干渉し、折り返しレーザ光と送信用レーザ光との間の差周波に相当するビート信号が発生する。このビート信号は、第５ポート１０７の出射口に配置された検出部１５５により検出される。検出されたビート信号より、光ファイバの位相雑音によって伝送の往復で受けた周波数変化を検出する。 The return laser light and the transmission laser light that have been combined by the combining unit 125 interfere with each other, and a beat signal corresponding to the difference frequency between the return laser light and the transmission laser light is generated. This beat signal is detected by the detection unit 155 arranged at the emission port of the fifth port 107. From the detected beat signal, the frequency change received in the round trip of the transmission due to the phase noise of the optical fiber is detected.

検出した周波数変化を上記中継局において打ち消すように周波数シフタ１５４を制御することで、周波数シフタ１５４より出射される送信用レーザ光における光ファイバにおける周波数揺らぎを補償する。この結果、周波数シフタ１５４より出射される送信用レーザ光は、基準レーザ光の周波数精度が転写された状態の精度を劣化すること無く、中継局へ伝送することが可能となる。 By controlling the frequency shifter 154 so as to cancel the detected frequency change in the relay station, the frequency fluctuation in the optical fiber in the transmission laser light emitted from the frequency shifter 154 is compensated. As a result, the transmission laser light emitted from the frequency shifter 154 can be transmitted to the relay station without degrading the accuracy of the state in which the frequency accuracy of the reference laser light is transferred.

なお、上述した実施の形態における送信装置（光伝送装置）は、中継装置や受信装置にも適用可能である。中継装置とした場合、第２ポート１０４には、前段の中継地点から光ファイバにより伝送されてきた送信レーザ光が入射することになる。この伝送されてきた送信レーザ光の周波数精度を、中継装置における送信レーザ光に転写し、第４ポート１０６から後段の中継地点へ向けて光ファイバにより伝送される。 The transmission device (optical transmission device) in the above-described embodiment is also applicable to a relay device and a reception device. In the case of a relay device, the transmission laser light transmitted by the optical fiber from the relay point at the previous stage enters the second port 104. The frequency accuracy of the transmitted transmission laser light is transferred to the transmission laser light in the relay device, and is transmitted from the fourth port 106 to the relay point in the subsequent stage by the optical fiber.

また、受信装置とした場合、中継装置と同様に、第２ポート１０４には、前段の中継地点から光ファイバにより伝送されてきた送信レーザ光が入射することになる。この伝送されてきた送信レーザ光の周波数精度を、中継装置における送信レーザ光に転写し、第４ポート１０６から出射される送信レーザ光を、受信側ユーザーの用途に用いる。 Further, in the case of the receiving device, similarly to the relay device, the transmission laser light transmitted by the optical fiber from the relay point of the previous stage enters the second port 104. The frequency accuracy of the transmitted transmission laser light is transferred to the transmission laser light in the relay device, and the transmission laser light emitted from the fourth port 106 is used for the receiving side user.

上述したように、本発明の光伝送装置は、送信用光を出力先の光ファイバに出力し、光ファイバより戻ってくる折り返し光と送信用光との干渉をマッハツェンダー光干渉計によりとることで、光ファイバ中の伝搬に伴う雑音成分を検出し、検出した雑音成分をもとに光ファイバにおける周波数揺らぎを補償する光伝送装置において、マッハツェンダー光干渉計を、プレーナ光波回路から構成するところに特徴がある。このように構成したことにより、本発明によれば、超高精度な周波数基準となる光などを伝送するときの光ファイバで付加される雑音が抑制できるようになる。また、超高精度な周波数基準となる光の精度を別のレーザに転写するときの精度をより向上させることができるようになる。 As described above, the optical transmission device of the present invention outputs the transmission light to the output optical fiber, and uses the Mach-Zehnder interferometer for the interference between the returning light returning from the optical fiber and the transmission light. In the optical transmission equipment that detects the noise component accompanying the propagation in the optical fiber and compensates the frequency fluctuation in the optical fiber based on the detected noise component, the Mach-Zehnder interferometer is composed of a planar lightwave circuit. It is characterized by With such a configuration, according to the present invention, it is possible to suppress noise added in the optical fiber when transmitting light or the like serving as an ultrahigh-precision frequency reference. In addition, it becomes possible to further improve the accuracy of transferring the accuracy of light, which is an ultrahigh-precision frequency reference, to another laser.

また、本発明によれば、マイケルソン型ではなく、マッハツェンダー型を採用することにより、マイケルソン型では必須である反射鏡をプレーナ光波回路に組み込む必要がなくなり、プレーナ光波回路の作製工程上有利である。 Further, according to the present invention, by adopting the Mach-Zehnder type instead of the Michelson type, it is not necessary to incorporate a reflecting mirror, which is essential in the Michelson type, into the planar lightwave circuit, which is advantageous in the manufacturing process of the planar lightwave circuit. Is.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications and combinations can be implemented by a person having ordinary knowledge in the field within the technical idea of the present invention. That is clear.

１０１…第１マッハツェンダー干渉計、１０２…第２マッハツェンダー干渉計、１０３…第１ポート、１０４…第２ポート、１０５…第３ポート、１０６…第４ポート、１０７…第５ポート、１０８…分岐部、１１１…分岐部、１１２…第１光路、１１３…第２光路、１１４…偏光分岐部、１１５…分岐部、１１６…第３光路、１１７…半波長板、１２１…分岐部、１２２…第１光路、１２３…第２光路、１２４…偏光分岐部、１２５…分岐部、１２６…第３光路、１２７…半波長板、１５１…送信用レーザ、１５２…時計レーザ、１５３…検出部、１５４…周波数シフタ、１５５…検出部。 101... 1st Mach-Zehnder interferometer, 102... 2nd Mach-Zehnder interferometer, 103... 1st port, 104... 2nd port, 105... 3rd port, 106... 4th port, 107... 5th port, 108... Branching unit, 111... Branching unit, 112... First optical path, 113... Second optical path, 114... Polarization branching unit, 115... Branching unit, 116... Third optical path, 117... Half-wave plate, 121... Branching unit, 122... First optical path, 123... Second optical path, 124... Polarization branching section, 125... Branching section, 126... Third optical path, 127... Half-wave plate, 151... Transmitting laser, 152... Clock laser, 153... Detecting section, 154 ...Frequency shifter, 155...detector.

Claims (1)

送信用光を出力先の光ファイバに出力し、前記光ファイバより戻ってくる折り返し光と前記送信用光との干渉を、一方の光路に半波長板を設けたマッハツェンダー光干渉計により、前記送信用光を前記マッハツェンダー光干渉計の一方より入力し、前記折り返し光を前記マッハツェンダー光干渉計の他方の光路に合波してとることで、前記光ファイバ中の伝搬に伴う雑音成分を検出し、検出した雑音成分をもとに前記光ファイバにおける周波数揺らぎを補償する光伝送装置であって、
前記マッハツェンダー光干渉計は、プレーナ光波回路から構成され、
前記マッハツェンダー光干渉計は、
入射した送信用光を第１光路と第２光路とに分岐する分岐部と、
入射した光を前記第２光路と第３光路とに各々異なる偏光に分岐する偏光分岐部と、
前記第１光路の光と前記第３光路の光とを合波する合波部と
を備え、
前記折り返し光と前記送信用光との干渉により発生するビート信号より、前記光ファイバの位相雑音によって伝送の往復で受けた周波数変化を検出し、検出した周波数変化を打ち消すことで周波数揺らぎを補償する
ことを特徴とする光伝送装置。 Outputting the transmission light to the output optical fiber, the interference between the returning light and the transmission light returning from the optical fiber, by a Mach-Zehnder interferometer provided with a half-wave plate in one optical path, Light for transmission is input from one of the Mach-Zehnder interferometers, and the reflected light is combined with the other optical path of the Mach-Zehnder interferometer to take noise components accompanying propagation in the optical fiber. An optical transmission device for detecting and compensating for frequency fluctuations in the optical fiber based on the detected noise component,
The Mach-Zehnder interferometer is composed of a planar lightwave circuit,
The Mach-Zehnder interferometer is
A branching section for branching the incident transmission light into a first optical path and a second optical path;
A polarization splitting unit that splits the incident light into different polarized lights in the second optical path and the third optical path, respectively.
A combiner for combining the light in the first optical path and the light in the third optical path;
Equipped with
From the beat signal generated by the interference between the reflected light and the transmission light, the frequency change received in the round trip of the transmission due to the phase noise of the optical fiber is detected, and the frequency fluctuation is compensated by canceling the detected frequency change. An optical transmission device characterized by the above.
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