広帯域光コム発生装置
【課題】 本発明は，広帯域であり，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は，基本的には，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生器と，帰還回路とを組み合わせることで，広帯域であり，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置を得ることができるという知見に基づく。光コム発生器１３は，マッハツェンダー導波路を有する光変調器２１と，光変調器２１に印加される光コム発生器の駆動信号を発生するための信号源２２を有する。そして，帰還回路１５のループ長は，光コム発生器の駆動信号の波長のｎ倍である。
【解決手段】 本発明は，基本的には，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生器と，帰還回路とを組み合わせることで，広帯域であり，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置を得ることができるという知見に基づく。光コム発生器１３は，マッハツェンダー導波路を有する光変調器２１と，光変調器２１に印加される光コム発生器の駆動信号を発生するための信号源２２を有する。そして，帰還回路１５のループ長は，光コム発生器の駆動信号の波長のｎ倍である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光コム信号を光コム発生器に帰還することにより，広帯域で平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モード同期レーザや光変調器を用いた光コム発生装置が知られている。モード同期レーザを用いた光コム発生装置は，レーザ媒質の非線形性を利用し，各モードの発振周波数と位相を同期する。しかし，モード同期レーザを用いて安定した光コム信号を得るためには，光共振器を構成するミラーを精密に制御しなければならない。
【０００３】
光変調器を用いた光コム発生器は，例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。これは，光変調器を光共振器内に配置して光を往復させることで，1回の変調に比べて深い変調を掛け，多数のモードをもつ光コムを発生する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６４８７０号公報
【特許文献２】特開２００３−２０２６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，従来の光共振器を用いた光コム発生器は，共振器内を往復する光の位相と外部から入力する光の位相を合わせる必要があった。このため，このような光コム発生器は，共振器を精密に制御する必要があり，広い波長範囲で平坦性が良い光コムを得られないという問題がある。
【０００６】
そこで，本発明は，広帯域であり，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は，基本的には，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生器と，帰還回路とを組み合わせることで，広帯域であり，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置を得ることができるという知見に基づく。
【０００８】
本発明の第１の側面は，広帯域光コム信号発生装置に関する。この光コム信号発生装置は，連続波光源１１と，連続波光源１１から出力された連続光が入力する第１の光合波・分波器１２と，第１の光合波・分波器１２から出力された連続光が入力する光コム発生器１３と，光コム発生器１３から出力された光コム信号が入力する第２の光合波・分波器１４と，第２の光合波・分波器１４で分波された光コム信号を第１の光合波・分波器１２へと帰還させるための帰還回路１５と，帰還回路１５に設けられ，入力光の強度を増幅するための光増幅器１６と，を有する。
【０００９】
そして，光コム発生器１３は，マッハツェンダー導波路を有する光変調器２１と，光変調器２１に印加される光コム発生器の駆動信号を発生するための信号源２２を有する。そして，帰還回路１５のループ長は，光コム発生器の駆動信号の波長のｎ倍（整数倍）である。
【００１０】
この帰還回路のループ長の場合に，最も効率よく光コム信号の帯域を拡げることができる。なお，ｎは正の整数である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば，広帯域であり，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は，本発明の光コム発生装置を示すブロック図である。
【図２】図２は，光コム発生器の概略図である。
【図３】図３は，光コム発生器の構成を示す概略図である。
【図４】図４は，光コム発生器の光周波数コムが発生する概念を説明するための図である。
【図５】図５は，光コム発生器の好ましい利用態様である光パルス発生装置の概略図である。
【図６】図６は，実施例における光コム発生装置のブロック図である。
【図７】図７は，帰還を行わない光コム信号を示す。
【図８】図８は，帰還を行った光コム信号を示す。
【図９】図９は，帰還形光コム発生器で得られる光コムスペクトルのシミュレーション結果を示す。図９（ａ）は，種光を注入した後に半導体レーザをオフにした場合の光コムスペクトルを示す。図９（ｂ）は，半導体レーザを常時オンにした場合の光コムスペクトルを示す。
【図１０】図１０は，本発明の光コム発生器で得られた光コムを分散補償することにより得られる光パルスの波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下，本発明を実施するための形態について説明する。図１は，本発明の光コム発生装置を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示される通り，本発明の光コム信号発生装置は，連続波光源１１，第１の光合波・分波器１２，光コム発生器１３，第２の光合波・分波器１４，帰還回路１５，及び光増幅器１６を有する。
【００１５】
連続波光源１１の例は，分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）である。ＤＦＢレーザとして，定光出力動作タイプのＤＦＢレーザが，高い単一波長選択性を有するので好ましい。光の帯域として，Ｃ−ｂａｎｄのみならず，その長波側のＬ−ｂａｎｄ又はその短波側のＳ−ｂａｎｄであってもよい。連続波光源１１の出力光の強度の例は，１ｍＷ〜５０ｍＷである。
【００１６】
第１の光合波・分波器１２及び第２の光合波・分波器１４の例は，光カプラ，方向性結合器である。すなわち，これらの光合波・分波器は，２つ又はそれ以上の光を合波する。また，これらの光合波・分波器は，所定の強度比を有する２つ又はそれ以上の光に入力光を分波する。
【００１７】
本発明の光コム発生器１３は，光変調器を用いた光コム発生器である。光コム発生器１３の例は，たとえば，特開２００７−２４８６６０号公報に開示されている。光コム発生器については，後述する。
【００１８】
帰還回路１５は，光コム発生器１３から出力された光コム信号を第２の光合波・分波器１４で分波し，第１の光合波・分波器１２に帰還させることで，分波された光コム信号を光コム発生器１３に入力するための回路である。帰還回路１５のループ長は，光コム発生器の駆動信号の波長のｎ倍（整数倍）である。この帰還回路のループ長の場合に，最も効率よく光コム信号の帯域を拡げることができる。なお，ｎは正の整数である。ループ長は，第２の光合波・分波器１４から光増幅器１６までの光路長と，光増幅器１６から第１の光合波・分波器１２までの光路長の和である。ループ長が駆動信号の波長のｎ倍でない場合，発生される光コムの帯域は狭くなり，半波長倍のとき，光コム発生器単体の帯域となる。
【００１９】
光増幅器１６は，入力光の強度を増幅するための素子である。具体的に説明すると，光増幅器１６は，分波器１４で分波された光コム信号の信号強度を増幅する。そして，強度が増幅された光コム信号が，第１の光合波・分波器１２に帰還する。
【００２０】
次に，本発明の光コム信号発生装置の動作例について説明する。
【００２１】
まず，連続波光源１１から連続光が出力される。
【００２２】
連続波光源１１から出力された連続光は，第１の光合波・分波器１２を経由して，光コム発生器１３に入力する。
【００２３】
すると，光コム発生器１３から光コム信号が出力される。光コム発生器１３から出力された光コム信号は，第２の光合波・分波器１４に入力される。
【００２４】
第２の光合波・分波器１４で分波された一方の光コム信号は，本発明の光コム信号発生装置から出力される。第２の光合波・分波器１４で分波された残りの光コム信号は，帰還回路を経て，光コム発生器１３に入力される。
【００２５】
つまり，第２の光合波・分波器１４で分波された残りの光コム信号は，帰還回路１５の光増幅器１６に入力する。すると，この光コム信号は，光増幅器１６によりその強度が増幅される。そして，強度が増幅された光コム信号が，第１の光合波・分波器１２へと帰還する。
【００２６】
第１の光合波・分波器１２へと帰還した光コム信号は，連続光光源１１からの連続光と合波され，光コム発生器１３に入力される。なお，光コム信号が第１の光合波・分波器１２へと帰還した後は，連続光光源１１をＯＦＦにしてもよい。
【００２７】
図２は，光コム発生器の概略図である。光コム発生器（１３）は，たとえば，光の入力部（３２）と，入力部に入力した光が分岐する分岐部（３３）と，分岐部（３３）から分岐した光が伝播する第１の導波路（３４）と，分岐部（３３）から分岐した上記とは別の光が伝播する第２の導波路（３５）と，第１の導波路と第２の導波路から出力される光信号が合波される合波部（３６）と，合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部（３７）とを含む導波路部分（３８）と；第１の導波路を駆動する第１の駆動信号（３９）と第２の導波路を駆動する第２の駆動信号（４０）を得るための駆動信号系（４１）と；第１の導波路及び第２の導波路に印加するバイアス信号(４２，４３)を得るためのバイアス信号系（４４）とを具備する。
【００２８】
そして，第１の駆動信号（３９）及び第２の駆動信号（４０）は一つの駆動信号系（４１）から得られ，第１の導波路（３４）に沿って設けられた第１の変調電極（４５）と，第２の導波路（３５）に沿って設けられた第２の変調電極（４６）の長さをそれぞれｌ１及びｌ２としたときに，ｌ１とｌ２とは異なり，駆動信号系（４１）及びバイアス信号系（４４）は，第１の駆動信号（３９），第２の駆動信号（４０）及びバイアス信号(４２，４３)が，下記式(I)を満たすように駆動する。
【００２９】
ΔＡ±Δθ＝π／２ （Ｉ）
【００３０】
（ここで，ΔＡ及びΔθは，それぞれΔＡ≡（Ａ１−Ａ２）／２，及びΔθ≡（θ１−θ２）／２と定義され，Ａ１及びＡ２はそれぞれ第１の駆動信号及び第２の駆動信号の電極への入力時における第１の駆動信号及び第２の駆動信号に誘導される光位相シフト振幅を示し，θ１及びθ２はそれぞれ第１の導波路及び第２の導波路内で光路長差及びバイアス信号などにより誘導される光位相シフト量を示す）。すなわち，光周波数コム発生器は，上記式(I)のように第１の駆動信号（３９），第２の駆動信号（４０）及びバイアス信号(４２，４３)を駆動する駆動信号系（４１）及びバイアス信号系（４４）を具備するものである。そして，駆動の制御は，信号系に含まれるか信号系に取り付けられたコンピュータなどの制御部で制御すればよい。
【００３１】
後述するように，上記式（Ｉ）を満たすように駆動することにより，合波される２つの位相変調器（導波路と駆動信号を印加する電極とにより位相変調器を構成する。）からの光信号が互いに補い合って平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ることができることとなる。
【００３２】
駆動信号が式（Ｉ）を満たす場合，ｌ１及びｌ２は，理想的には，後述する式を満たすように設計すればよい。
【００３３】
光コム発生器の好ましい態様は，式(I)の替わりに，下記式（ＩＩ）を満たすように駆動する上記に記載の光コム発生器である。
ΔＡ＝Δθ＝π／４ （ＩＩ）
（ただし，ΔＡ及びΔθは，上記と同義である。）。すなわち，この態様に係る本発明の光周波数コム発生器は，上記式（ＩＩ）のように第１の駆動信号（３９），第２の駆動信号（４０）及びバイアス信号(４２，４３)を駆動する駆動信号系（４１）及びバイアス信号系（４４）を具備するものである。
【００３４】
式（ＩＩ）は式（Ｉ）を満たすから，式（ＩＩ）のように駆動すれば，平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ることができる。また，後述するように，式（ＩＩ）を満たすように駆動すれば，効率よく平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ることができる。
【００３５】
光コム発生器の好ましい態様は，第１の駆動信号の振幅（Ａ１）と第２の駆動信号の振幅（Ａ２）とが異なる上記いずれかに記載の光コム発生器である。
【００３６】
駆動信号の振幅が大きい場合に，下記のとおり式(I)の条件において平坦な光周波数コムスペクトルを得ることができるので，駆動信号の振幅として，π以上があげられ，２πもしくは３π以上であればより好ましい。一方，本発明では，２つの駆動信号の振幅が異なることが好ましいので，振幅差の値として，０〜πがあげられ，０．５πもしくは０〜０．２５πであればより好ましい。
【００３７】
一般に，デュアルドライブ型の光変調器では，２つの駆動信号の振幅を同じとする。しかし，本発明では，平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得られるように駆動信号を設定するので，２つの駆動信号が所定の条件を満たすように制御されるため，２つの駆動信号の振幅が異なる。
【００３８】
光コム発生器の好ましい態様は，導波路部分（３８）が，マハツェンダ型導波路である上記いずれかに記載の光コム発生器である。
【００３９】
マハツェンダ型導波路，及びマハツェンダ型導波路と駆動信号系とを含んだ光変調器（マハツェンダ変調器）は，公知である。したがって，マハツェンダ型導波路を具備する光コム発生器であれば，公知のマハツェンダ型導波路と駆動信号系を用いて容易に光コム発生器を製造できる。なお，マハツェンダ型導波路を構成する分岐後の二つの導波路をそれぞれアームともよぶ。マハツェンダ導波路は，例えば，略六角形状の導波路（これが２つのアームを構成する）を具備し，並列する２つの位相変調器を具備するようにして構成される。位相変調器は，導波路に沿った電極により達成できる。
【００４０】
マハツェンダ変調器は，両アームで誘導される光位相変移量が異なるため，各アームで生成される周波数成分の印加電圧に対する振動周期も異なる。この駆動電圧に対する振動位相差が両アーム間で９０度となるよう駆動電圧を調整することにより，生成されるコムの各周波数成分の合成ベクトル強度を一定値とすることで，合波された光スペクトルにおける光強度の周波数依存性を軽減することができ，その結果，平坦な光周波数コムを得ることができる。なお，光コムは，その帯域幅に応じた光パルス信号を生成することができるので，光コム発生器は，超高精度な多周波数光パルス発生器ということもできる。すなわち，本発明は，上記した光コム発生器の構成を適宜具備する多周波数光パルス発生器をも提供する。
【００４１】
図３は，光コム発生器の構成を示す概略図である。図２では，駆動信号系からの駆動信号が分岐され，分岐された駆動信号が第１の変調電極（４５）と，第２の変調電極（４６）とにそれぞれ印加されていた。しかしながら，この実施態様では，いずれかの変調電極に印加された駆動信号からの出力を別の電極へ印加する。その際に，例えば印加される変調信号が逆位相（又は同位相）となるように，適宜位相を調整しても良い。具体的には，駆動信号系（４１）からの駆動信号が第２の変調電極（４６）に入力され，その第２の変調電極（４６）から出力された変調信号を第１の変調電極（４５）に入力されるようにし，式（Ｉ）又は式（ＩＩ）を満たすように駆動すればよい。そして，第２の変調電極（４６）に印加される変調信号と，第１の変調電極（４５）に印加される変調信号は，同相となるように印加することが好ましい。この場合でも，第１の変調電極（４５）及び第２の変調電極（４６）の長さを調整することで，変調効率を調整できる。また，電極の断面構造を調整することによっても，変換効率を調整することができる。このように，駆動信号系（４１）からの駆動信号が第２の変調電極（４６）に入力され，その第２の変調電極（４６）から出力された変調信号を第１の変調電極（４５）に入力されるようにすることで，電力効率を３ｄＢ程度改善することができる。
【００４２】
本発明では，第１の導波路（３４）に沿って設けられた第１の変調電極（４５）と，第２の導波路（３５）に沿って設けられた第２の変調電極（４６）のそれぞれの単位長さ当りの（位相）変調効率をそれぞれｋ１及びｋ２としたときに，ｋ１とｋ２とは異なっている。
【００４３】
理想的にはｋ１及びｋ２は，次式を満たせばよい
【００４４】
【数１】
【００４５】
ここで，ｋ１及びｋ２は，[ｒａｄ／ｍ]は，変調器における各アームの単位長さ当りの（位相）変調効率を示し，ε（イプシロン）[ｒａｄ／Ｖ]はバイアス電圧に対する単位電圧当りの変調効率を示し，それぞれを示し，Ｌは電極長を表す。
【００４６】
ｋ１及びｋ２は，式（Ｉ）を満たすように調整できる範囲であれば特に限定されるものではない。具体的なｋ１及びｋ２の比として，例えば，ｋ１／ｋ２が１．０１以上３以下があげられ，１．１以上２以下であれば好ましく，１．２以上１．５以下であればより好ましい。このように電極を非対称として駆動することで，スペクトル平坦条件を満たすことができる。
【００４７】
光コム発生器は，第１の導波路に印加する第１のバイアス信号（４２）と第２の導波路に印加する第２のバイアス信号（４３）とを得るためのバイアス信号系を具備する。バイアス信号系は，２つのアームに印加されるバイアス電圧を制御するための信号系である。バイアス信号系は，具体的には，バイアス電源系とバイアス調整電極を含む。バイアス調整電極は，バイアス電源系に接続され２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより，２つのアームを伝播する光の位相を制御するための電極である。バイアス調整電極へは，好ましくは通常直流または低周波信号が印加される。ここで低周波信号における「低周波」とは，例えば，0Ｈｚ〜500ＭＨｚの周波数を意味する。なお，この低周波信号の信号源の出力には電気信号の位相を調整する位相変調器が設けられ，出力信号の位相を制御できるようにされていることが好ましい。
【００４８】
変調電極とバイアス調整電極とは，別々に構成されてもよいし，ひとつの電極がそれらを兼ねたものでもよい。すなわち，変調電極は，ＤＣ信号とＲＦ信号とを混合して供給する給電回路（バイアス回路）と連結されていてもよい。
【００４９】
なお，光コム発生器においては，各電極に印加される信号のタイミングや位相を適切に制御するため，各電極の信号源と電気的に（又は光信号により）接続された制御部が設けられることが好ましい。そのような制御部は，変調電極及びバイアス調整電極に印加される信号の変調時間を調整するように機能する。すなわち，各電極による変調が，ある特定の信号に対して行われるように，光の伝播時間を考慮して調整する。この調整時間は，各電極間の距離などによって適切な値とすればよい。
【００５０】
次に，図２に示す光コム発生器により，光スペクトルが平坦化された光周波数コムが得られることを示す。図４は，光コム発生器の光周波数コムが発生する概念を説明するための図である。マハツェンダ変調器の各アームを駆動するRF信号をそれぞれRF-aおよびRF-bとする。RF-aおよびRF-bは，振幅をそれぞれＡａ（これはＡ１に対応する。）及びＡｂ（これはＡ２に対応する）とし，変調周波数をωとすると，以下の式（１）ように表すことができる。
RF-a=Ａasinωt, RF-b=Ａbsinωt （１）
【００５１】
一方，マハツェンダ変調器への入力光の振幅をＥｉｎとすると，マハツェンダ変調器の出力光による電界Ｅｏｕｔは，式（２）で表すことができる。ただし，式（２）中，Jｋ(・)は，k次のベッセル関数を表す。
【００５２】
【数２】
【００５３】
次に，変換効率ηｋを，ｋ次の周波数コム成分強度Ｐｋの入力光強度Ｐｉｎに対する相対比として定義する。駆動振動が大振幅信号である時，すなわち，Ａｉ(t)(i=a又はb)が十分に大きい時，変換効率ηｋは，下式（３）のように近似展開できる。
【００５４】
【数３】
【００５５】
ただし，／Ａ（エーバー），ΔＡ及びΔθはそれぞれ，次式（４）で定義される。
／Ａ≡（Ａ１＋Ａ２）／２， ΔＡ≡（Ａ１−Ａ２）／２，Δθ≡（θ１−θ２）／２ （４）
【００５６】
ここで，平坦なスペクトル特性を得る条件は，ηｋがｋに依存しない時，すなわち式（３）が変調次数kに対して独立となる時である。よって，平坦なスペクトル特性を得る条件は，式（５）と導かれる。
ΔＡ±Δθ＝π／２ （５）
従って，平坦なスペクトル特性を持った光周波数コムを得るためには，式（５）を満たすようにマハツェンダ変調器を駆動すればよい。なお，式（５）における±は，プラスであってもマイナスであってもよい。
【００５７】
次にこのスペクトル平坦化条件の下で変換効率ηｋが最大化される条件を求める。式（５）を式（３）に代入すると，変換効率ηｋは，次式（６）のように簡単な式で表すことができる。
【００５８】
【数４】
【００５９】
従って，式（７）を満たすときに，変換効率ηｋは最大化されることがわかる。
ΔＡ＝Δθ＝π／４ （７）
【００６０】
なお，本発明においては，たとえば，Δθ＝π／４，ΔＡは０．１π以上０．２５π以下であっても平坦なコム信号を得ることができる。
【００６１】
そして，式（７）を満たす時の最大変換効率ηｋ，ｍａｘは次式（８）で表すことができる。
【００６２】
【数５】
【００６３】
以上から，マハツェンダ変調器により平坦光周波数コムを得るための平坦化条件式は式（５）（ΔＡ±Δθ＝π/２）であるといえる。一方，平坦化条件式を満たしつつ光周波数コムの生成化効率が最大となるのは，最大効率平坦化条件である式（７）（ΔＡ＝Δθ＝π/4）を満たす場合である。なお，式（７）は，マハツェンダ変調器が２/π点にバイアスされ，駆動正弦波信号RF-aおよびRF-bにより誘導される位相変移の最大位相差がπであることを意味する。
【００６４】
光コム発生器の基本動作は，図４に示すとおりである。すなわち，マハツェンダ変調器の二つのアームに駆動信号RF-a及びRF-bを印加するとともに，位相を反転させたバイアス信号−Δθ及びΔθを，それぞれ印加する。入力光信号の中心波長をλ０とすると，出力される光周波数コム信号は，λ０から駆動信号の周波数に応じた周波数分（すなわち波長分）だけずれた複数の周波数成分を有するものとなる。
【００６５】
光コムは，その帯域幅に応じた光パルス信号を生成することができるので，光コム発生器は，超高精度な多周波数光パルス発生器ということもできる。すなわち，光コム発生器を用いて光パルスを発生する方法は，公知であるが，上記の光パルス発生装置は，光コム発生器を用いるので，先に説明したような効果を享受できることとなる。なお，光パルス発生装置は，上記した光コム発生器及び光周波数コム発生方法の各構成要素や各工程を適宜採用できる。
光コム発生器を用いて光パルスを発生する方法は，公知であるが，上記の光パルス発生装置は，光コム発生器を用いるので，先に説明したような効果を享受できることとなる。
【００６６】
さらに，光コム発生装置により発生された各周波数成分は，同期が取れており，それらの位相成分は一定であるから，各周波数成分の振幅及び位相を調整することにより，超短パルス列を生成でき，また任意の波形を生成できる。すなわち，光コム発生器は，光パルス発生装置又は任意波形生成装置としても利用することができる。
【００６７】
図５は，光コム発生装置の好ましい利用態様である光パルス発生装置の概略図である。図５に示されるとおり，この光パルス発生装置（６１）は，上記いずれかに記載の光コム発生器（１）と，光コム発生器からの出力が入力されるバンドパスフィルタ（６２）と，バンドパスフィルタからの出力が入力される分散ファイバ（６３）とを具備する。光コム発生装置により得られる各周波数成分は，出力される光周波数コムが超平坦モードであるから，下記式のように表現できる。
【００６８】
【数６】
【００６９】
上記の式中，Ａｋは，出力信号の振幅を示し，Φｋ（以下Φとも記載する）は，出力信号の位相を示す。ｋは，出力信号の周波数成分の次数を示す。
【００７０】
すなわち，超平坦コム信号が発生されるので，振幅が周波数の次数ｋによらず一定となり，位相Φは周波数次数ｋの２次関数となる。そして，光コム発生器の出力に符号が逆の−Φの位相シフトを与えることにより，位相差を０とすることができる。その場合，時間波形はインパルス関数となり，短光パルスを合成できる。そして，波長分散を持った一般的な単一モードファイバの与える位相シフトは光周波数次数の２次関数であることが知られており，適切な長さのファイバを用いることで，簡単に−Φを与えることができる。そのときのファイバ長さは，理想的には下記式で示されるので，その理想式に基づき適宜調整した長さＬとすればよい。
【００７１】
【数７】
【００７２】
上記式において，β２は，ファイバ中の群速度を示す。
【００７３】
すなわち，上記した光コム発生器に，バンドパスフィルタと光ファイバとを接続するだけで，簡単にピコ秒パルスレーザ又はフェムト秒パルスレーザといった超短パルスレーザを得ることができる。本発明の光コム発生器と分散補償器を組合せることにより，超短光パルスが得られることがわかる。分散補償器の例，プリズムペア，グレーティングペア，光ファイバである。
【実施例１】
【００７４】
図６に，本実施例における光コム発生装置のブロック図を示す。光コム発生器を１０ＧＨｚの正弦波信号で駆動した。１５５２ｎｍ,６ｄＢｍの連続波光から平坦な光コム信号を発生させた(図７)。
【００７５】
一方，光合波器により光コム信号の一部を光増幅器へ分波した。分波した光コム信号の強度を２０ｄＢｍに増幅し，帯域幅４．２ｎｍの光波長フィルタを通して光コム発生器に帰還した。ここで，波長フィルタは光増幅器の雑音を除去するために挿入されたものである。このようにして得られた光コム信号を図８に示す。
【００７６】
図８と図７とを比べると，本発明の光コム発生装置により発生される光コム信号は，帰還なしの場合に比べ，帯域が大きく拡がっていることがわかる。なお，図８の帯域幅は，光波長フィルタにより制限されているのであり，本発明の光コム発生装置の原理的な制限ではない。
【実施例２】
【００７７】
次に，本発明の光コム発生装置により得られる光コムスペクトルをシミュレーションした。その結果を図９及び図１０に示す。図９は，帰還形光コム発生器で得られる光コムスペクトルのシミュレーション結果を示す。図９（ａ）は，種光を注入した後に半導体レーザをオフにした場合の光コムスペクトルを示す。図９（ｂ）は，半導体レーザを常時オンにした場合の光コムスペクトルを示す。図９（ａ）からＬＤをオフにした場合，極めて平坦性の良い光コムスペクトルが得られることがわかる。また，図９（ｂ）からＬＤを常時オンにした場合は，若干の凹凸が見られるものの，平坦性の良い光コムスペクトルが得られる。
【００７８】
図１０は，本発明の光コム発生器で得られた光コムを分散補償することにより得られる光パルスの波形を示す図である。図１０から，本発明の光コム発生器と分散補償器を組合せることにより，超短光パルスが得られることがわかる。分散補償器としては，プリズムペア，グレーティングペア，光ファイバ等がある。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は，光情報通信機器の分野で利用されうる。
【符号の説明】
【００８０】
１１ 連続波光源
１２ 第１の光合波・分波器
１３ 光コム発生器
１４ 第２の光合波・分波器
１５ 帰還回路
１６ 光増幅器
２１ 光変調器
２２ 信号源
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光コム信号を光コム発生器に帰還することにより，広帯域で平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モード同期レーザや光変調器を用いた光コム発生装置が知られている。モード同期レーザを用いた光コム発生装置は，レーザ媒質の非線形性を利用し，各モードの発振周波数と位相を同期する。しかし，モード同期レーザを用いて安定した光コム信号を得るためには，光共振器を構成するミラーを精密に制御しなければならない。
【０００３】
光変調器を用いた光コム発生器は，例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。これは，光変調器を光共振器内に配置して光を往復させることで，1回の変調に比べて深い変調を掛け，多数のモードをもつ光コムを発生する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６４８７０号公報
【特許文献２】特開２００３−２０２６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，従来の光共振器を用いた光コム発生器は，共振器内を往復する光の位相と外部から入力する光の位相を合わせる必要があった。このため，このような光コム発生器は，共振器を精密に制御する必要があり，広い波長範囲で平坦性が良い光コムを得られないという問題がある。
【０００６】
そこで，本発明は，広帯域であり，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は，基本的には，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生器と，帰還回路とを組み合わせることで，広帯域であり，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置を得ることができるという知見に基づく。
【０００８】
本発明の第１の側面は，広帯域光コム信号発生装置に関する。この光コム信号発生装置は，連続波光源１１と，連続波光源１１から出力された連続光が入力する第１の光合波・分波器１２と，第１の光合波・分波器１２から出力された連続光が入力する光コム発生器１３と，光コム発生器１３から出力された光コム信号が入力する第２の光合波・分波器１４と，第２の光合波・分波器１４で分波された光コム信号を第１の光合波・分波器１２へと帰還させるための帰還回路１５と，帰還回路１５に設けられ，入力光の強度を増幅するための光増幅器１６と，を有する。
【０００９】
そして，光コム発生器１３は，マッハツェンダー導波路を有する光変調器２１と，光変調器２１に印加される光コム発生器の駆動信号を発生するための信号源２２を有する。そして，帰還回路１５のループ長は，光コム発生器の駆動信号の波長のｎ倍（整数倍）である。
【００１０】
この帰還回路のループ長の場合に，最も効率よく光コム信号の帯域を拡げることができる。なお，ｎは正の整数である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば，広帯域であり，平坦性の高い光コム信号を発生する光コム発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は，本発明の光コム発生装置を示すブロック図である。
【図２】図２は，光コム発生器の概略図である。
【図３】図３は，光コム発生器の構成を示す概略図である。
【図４】図４は，光コム発生器の光周波数コムが発生する概念を説明するための図である。
【図５】図５は，光コム発生器の好ましい利用態様である光パルス発生装置の概略図である。
【図６】図６は，実施例における光コム発生装置のブロック図である。
【図７】図７は，帰還を行わない光コム信号を示す。
【図８】図８は，帰還を行った光コム信号を示す。
【図９】図９は，帰還形光コム発生器で得られる光コムスペクトルのシミュレーション結果を示す。図９（ａ）は，種光を注入した後に半導体レーザをオフにした場合の光コムスペクトルを示す。図９（ｂ）は，半導体レーザを常時オンにした場合の光コムスペクトルを示す。
【図１０】図１０は，本発明の光コム発生器で得られた光コムを分散補償することにより得られる光パルスの波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下，本発明を実施するための形態について説明する。図１は，本発明の光コム発生装置を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示される通り，本発明の光コム信号発生装置は，連続波光源１１，第１の光合波・分波器１２，光コム発生器１３，第２の光合波・分波器１４，帰還回路１５，及び光増幅器１６を有する。
【００１５】
連続波光源１１の例は，分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）である。ＤＦＢレーザとして，定光出力動作タイプのＤＦＢレーザが，高い単一波長選択性を有するので好ましい。光の帯域として，Ｃ−ｂａｎｄのみならず，その長波側のＬ−ｂａｎｄ又はその短波側のＳ−ｂａｎｄであってもよい。連続波光源１１の出力光の強度の例は，１ｍＷ〜５０ｍＷである。
【００１６】
第１の光合波・分波器１２及び第２の光合波・分波器１４の例は，光カプラ，方向性結合器である。すなわち，これらの光合波・分波器は，２つ又はそれ以上の光を合波する。また，これらの光合波・分波器は，所定の強度比を有する２つ又はそれ以上の光に入力光を分波する。
【００１７】
本発明の光コム発生器１３は，光変調器を用いた光コム発生器である。光コム発生器１３の例は，たとえば，特開２００７−２４８６６０号公報に開示されている。光コム発生器については，後述する。
【００１８】
帰還回路１５は，光コム発生器１３から出力された光コム信号を第２の光合波・分波器１４で分波し，第１の光合波・分波器１２に帰還させることで，分波された光コム信号を光コム発生器１３に入力するための回路である。帰還回路１５のループ長は，光コム発生器の駆動信号の波長のｎ倍（整数倍）である。この帰還回路のループ長の場合に，最も効率よく光コム信号の帯域を拡げることができる。なお，ｎは正の整数である。ループ長は，第２の光合波・分波器１４から光増幅器１６までの光路長と，光増幅器１６から第１の光合波・分波器１２までの光路長の和である。ループ長が駆動信号の波長のｎ倍でない場合，発生される光コムの帯域は狭くなり，半波長倍のとき，光コム発生器単体の帯域となる。
【００１９】
光増幅器１６は，入力光の強度を増幅するための素子である。具体的に説明すると，光増幅器１６は，分波器１４で分波された光コム信号の信号強度を増幅する。そして，強度が増幅された光コム信号が，第１の光合波・分波器１２に帰還する。
【００２０】
次に，本発明の光コム信号発生装置の動作例について説明する。
【００２１】
まず，連続波光源１１から連続光が出力される。
【００２２】
連続波光源１１から出力された連続光は，第１の光合波・分波器１２を経由して，光コム発生器１３に入力する。
【００２３】
すると，光コム発生器１３から光コム信号が出力される。光コム発生器１３から出力された光コム信号は，第２の光合波・分波器１４に入力される。
【００２４】
第２の光合波・分波器１４で分波された一方の光コム信号は，本発明の光コム信号発生装置から出力される。第２の光合波・分波器１４で分波された残りの光コム信号は，帰還回路を経て，光コム発生器１３に入力される。
【００２５】
つまり，第２の光合波・分波器１４で分波された残りの光コム信号は，帰還回路１５の光増幅器１６に入力する。すると，この光コム信号は，光増幅器１６によりその強度が増幅される。そして，強度が増幅された光コム信号が，第１の光合波・分波器１２へと帰還する。
【００２６】
第１の光合波・分波器１２へと帰還した光コム信号は，連続光光源１１からの連続光と合波され，光コム発生器１３に入力される。なお，光コム信号が第１の光合波・分波器１２へと帰還した後は，連続光光源１１をＯＦＦにしてもよい。
【００２７】
図２は，光コム発生器の概略図である。光コム発生器（１３）は，たとえば，光の入力部（３２）と，入力部に入力した光が分岐する分岐部（３３）と，分岐部（３３）から分岐した光が伝播する第１の導波路（３４）と，分岐部（３３）から分岐した上記とは別の光が伝播する第２の導波路（３５）と，第１の導波路と第２の導波路から出力される光信号が合波される合波部（３６）と，合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部（３７）とを含む導波路部分（３８）と；第１の導波路を駆動する第１の駆動信号（３９）と第２の導波路を駆動する第２の駆動信号（４０）を得るための駆動信号系（４１）と；第１の導波路及び第２の導波路に印加するバイアス信号(４２，４３)を得るためのバイアス信号系（４４）とを具備する。
【００２８】
そして，第１の駆動信号（３９）及び第２の駆動信号（４０）は一つの駆動信号系（４１）から得られ，第１の導波路（３４）に沿って設けられた第１の変調電極（４５）と，第２の導波路（３５）に沿って設けられた第２の変調電極（４６）の長さをそれぞれｌ１及びｌ２としたときに，ｌ１とｌ２とは異なり，駆動信号系（４１）及びバイアス信号系（４４）は，第１の駆動信号（３９），第２の駆動信号（４０）及びバイアス信号(４２，４３)が，下記式(I)を満たすように駆動する。
【００２９】
ΔＡ±Δθ＝π／２ （Ｉ）
【００３０】
（ここで，ΔＡ及びΔθは，それぞれΔＡ≡（Ａ１−Ａ２）／２，及びΔθ≡（θ１−θ２）／２と定義され，Ａ１及びＡ２はそれぞれ第１の駆動信号及び第２の駆動信号の電極への入力時における第１の駆動信号及び第２の駆動信号に誘導される光位相シフト振幅を示し，θ１及びθ２はそれぞれ第１の導波路及び第２の導波路内で光路長差及びバイアス信号などにより誘導される光位相シフト量を示す）。すなわち，光周波数コム発生器は，上記式(I)のように第１の駆動信号（３９），第２の駆動信号（４０）及びバイアス信号(４２，４３)を駆動する駆動信号系（４１）及びバイアス信号系（４４）を具備するものである。そして，駆動の制御は，信号系に含まれるか信号系に取り付けられたコンピュータなどの制御部で制御すればよい。
【００３１】
後述するように，上記式（Ｉ）を満たすように駆動することにより，合波される２つの位相変調器（導波路と駆動信号を印加する電極とにより位相変調器を構成する。）からの光信号が互いに補い合って平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ることができることとなる。
【００３２】
駆動信号が式（Ｉ）を満たす場合，ｌ１及びｌ２は，理想的には，後述する式を満たすように設計すればよい。
【００３３】
光コム発生器の好ましい態様は，式(I)の替わりに，下記式（ＩＩ）を満たすように駆動する上記に記載の光コム発生器である。
ΔＡ＝Δθ＝π／４ （ＩＩ）
（ただし，ΔＡ及びΔθは，上記と同義である。）。すなわち，この態様に係る本発明の光周波数コム発生器は，上記式（ＩＩ）のように第１の駆動信号（３９），第２の駆動信号（４０）及びバイアス信号(４２，４３)を駆動する駆動信号系（４１）及びバイアス信号系（４４）を具備するものである。
【００３４】
式（ＩＩ）は式（Ｉ）を満たすから，式（ＩＩ）のように駆動すれば，平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ることができる。また，後述するように，式（ＩＩ）を満たすように駆動すれば，効率よく平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得ることができる。
【００３５】
光コム発生器の好ましい態様は，第１の駆動信号の振幅（Ａ１）と第２の駆動信号の振幅（Ａ２）とが異なる上記いずれかに記載の光コム発生器である。
【００３６】
駆動信号の振幅が大きい場合に，下記のとおり式(I)の条件において平坦な光周波数コムスペクトルを得ることができるので，駆動信号の振幅として，π以上があげられ，２πもしくは３π以上であればより好ましい。一方，本発明では，２つの駆動信号の振幅が異なることが好ましいので，振幅差の値として，０〜πがあげられ，０．５πもしくは０〜０．２５πであればより好ましい。
【００３７】
一般に，デュアルドライブ型の光変調器では，２つの駆動信号の振幅を同じとする。しかし，本発明では，平坦なスペクトル特性を有する光周波数コムを得られるように駆動信号を設定するので，２つの駆動信号が所定の条件を満たすように制御されるため，２つの駆動信号の振幅が異なる。
【００３８】
光コム発生器の好ましい態様は，導波路部分（３８）が，マハツェンダ型導波路である上記いずれかに記載の光コム発生器である。
【００３９】
マハツェンダ型導波路，及びマハツェンダ型導波路と駆動信号系とを含んだ光変調器（マハツェンダ変調器）は，公知である。したがって，マハツェンダ型導波路を具備する光コム発生器であれば，公知のマハツェンダ型導波路と駆動信号系を用いて容易に光コム発生器を製造できる。なお，マハツェンダ型導波路を構成する分岐後の二つの導波路をそれぞれアームともよぶ。マハツェンダ導波路は，例えば，略六角形状の導波路（これが２つのアームを構成する）を具備し，並列する２つの位相変調器を具備するようにして構成される。位相変調器は，導波路に沿った電極により達成できる。
【００４０】
マハツェンダ変調器は，両アームで誘導される光位相変移量が異なるため，各アームで生成される周波数成分の印加電圧に対する振動周期も異なる。この駆動電圧に対する振動位相差が両アーム間で９０度となるよう駆動電圧を調整することにより，生成されるコムの各周波数成分の合成ベクトル強度を一定値とすることで，合波された光スペクトルにおける光強度の周波数依存性を軽減することができ，その結果，平坦な光周波数コムを得ることができる。なお，光コムは，その帯域幅に応じた光パルス信号を生成することができるので，光コム発生器は，超高精度な多周波数光パルス発生器ということもできる。すなわち，本発明は，上記した光コム発生器の構成を適宜具備する多周波数光パルス発生器をも提供する。
【００４１】
図３は，光コム発生器の構成を示す概略図である。図２では，駆動信号系からの駆動信号が分岐され，分岐された駆動信号が第１の変調電極（４５）と，第２の変調電極（４６）とにそれぞれ印加されていた。しかしながら，この実施態様では，いずれかの変調電極に印加された駆動信号からの出力を別の電極へ印加する。その際に，例えば印加される変調信号が逆位相（又は同位相）となるように，適宜位相を調整しても良い。具体的には，駆動信号系（４１）からの駆動信号が第２の変調電極（４６）に入力され，その第２の変調電極（４６）から出力された変調信号を第１の変調電極（４５）に入力されるようにし，式（Ｉ）又は式（ＩＩ）を満たすように駆動すればよい。そして，第２の変調電極（４６）に印加される変調信号と，第１の変調電極（４５）に印加される変調信号は，同相となるように印加することが好ましい。この場合でも，第１の変調電極（４５）及び第２の変調電極（４６）の長さを調整することで，変調効率を調整できる。また，電極の断面構造を調整することによっても，変換効率を調整することができる。このように，駆動信号系（４１）からの駆動信号が第２の変調電極（４６）に入力され，その第２の変調電極（４６）から出力された変調信号を第１の変調電極（４５）に入力されるようにすることで，電力効率を３ｄＢ程度改善することができる。
【００４２】
本発明では，第１の導波路（３４）に沿って設けられた第１の変調電極（４５）と，第２の導波路（３５）に沿って設けられた第２の変調電極（４６）のそれぞれの単位長さ当りの（位相）変調効率をそれぞれｋ１及びｋ２としたときに，ｋ１とｋ２とは異なっている。
【００４３】
理想的にはｋ１及びｋ２は，次式を満たせばよい
【００４４】
【数１】
【００４５】
ここで，ｋ１及びｋ２は，[ｒａｄ／ｍ]は，変調器における各アームの単位長さ当りの（位相）変調効率を示し，ε（イプシロン）[ｒａｄ／Ｖ]はバイアス電圧に対する単位電圧当りの変調効率を示し，それぞれを示し，Ｌは電極長を表す。
【００４６】
ｋ１及びｋ２は，式（Ｉ）を満たすように調整できる範囲であれば特に限定されるものではない。具体的なｋ１及びｋ２の比として，例えば，ｋ１／ｋ２が１．０１以上３以下があげられ，１．１以上２以下であれば好ましく，１．２以上１．５以下であればより好ましい。このように電極を非対称として駆動することで，スペクトル平坦条件を満たすことができる。
【００４７】
光コム発生器は，第１の導波路に印加する第１のバイアス信号（４２）と第２の導波路に印加する第２のバイアス信号（４３）とを得るためのバイアス信号系を具備する。バイアス信号系は，２つのアームに印加されるバイアス電圧を制御するための信号系である。バイアス信号系は，具体的には，バイアス電源系とバイアス調整電極を含む。バイアス調整電極は，バイアス電源系に接続され２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより，２つのアームを伝播する光の位相を制御するための電極である。バイアス調整電極へは，好ましくは通常直流または低周波信号が印加される。ここで低周波信号における「低周波」とは，例えば，0Ｈｚ〜500ＭＨｚの周波数を意味する。なお，この低周波信号の信号源の出力には電気信号の位相を調整する位相変調器が設けられ，出力信号の位相を制御できるようにされていることが好ましい。
【００４８】
変調電極とバイアス調整電極とは，別々に構成されてもよいし，ひとつの電極がそれらを兼ねたものでもよい。すなわち，変調電極は，ＤＣ信号とＲＦ信号とを混合して供給する給電回路（バイアス回路）と連結されていてもよい。
【００４９】
なお，光コム発生器においては，各電極に印加される信号のタイミングや位相を適切に制御するため，各電極の信号源と電気的に（又は光信号により）接続された制御部が設けられることが好ましい。そのような制御部は，変調電極及びバイアス調整電極に印加される信号の変調時間を調整するように機能する。すなわち，各電極による変調が，ある特定の信号に対して行われるように，光の伝播時間を考慮して調整する。この調整時間は，各電極間の距離などによって適切な値とすればよい。
【００５０】
次に，図２に示す光コム発生器により，光スペクトルが平坦化された光周波数コムが得られることを示す。図４は，光コム発生器の光周波数コムが発生する概念を説明するための図である。マハツェンダ変調器の各アームを駆動するRF信号をそれぞれRF-aおよびRF-bとする。RF-aおよびRF-bは，振幅をそれぞれＡａ（これはＡ１に対応する。）及びＡｂ（これはＡ２に対応する）とし，変調周波数をωとすると，以下の式（１）ように表すことができる。
RF-a=Ａasinωt, RF-b=Ａbsinωt （１）
【００５１】
一方，マハツェンダ変調器への入力光の振幅をＥｉｎとすると，マハツェンダ変調器の出力光による電界Ｅｏｕｔは，式（２）で表すことができる。ただし，式（２）中，Jｋ(・)は，k次のベッセル関数を表す。
【００５２】
【数２】
【００５３】
次に，変換効率ηｋを，ｋ次の周波数コム成分強度Ｐｋの入力光強度Ｐｉｎに対する相対比として定義する。駆動振動が大振幅信号である時，すなわち，Ａｉ(t)(i=a又はb)が十分に大きい時，変換効率ηｋは，下式（３）のように近似展開できる。
【００５４】
【数３】
【００５５】
ただし，／Ａ（エーバー），ΔＡ及びΔθはそれぞれ，次式（４）で定義される。
／Ａ≡（Ａ１＋Ａ２）／２， ΔＡ≡（Ａ１−Ａ２）／２，Δθ≡（θ１−θ２）／２ （４）
【００５６】
ここで，平坦なスペクトル特性を得る条件は，ηｋがｋに依存しない時，すなわち式（３）が変調次数kに対して独立となる時である。よって，平坦なスペクトル特性を得る条件は，式（５）と導かれる。
ΔＡ±Δθ＝π／２ （５）
従って，平坦なスペクトル特性を持った光周波数コムを得るためには，式（５）を満たすようにマハツェンダ変調器を駆動すればよい。なお，式（５）における±は，プラスであってもマイナスであってもよい。
【００５７】
次にこのスペクトル平坦化条件の下で変換効率ηｋが最大化される条件を求める。式（５）を式（３）に代入すると，変換効率ηｋは，次式（６）のように簡単な式で表すことができる。
【００５８】
【数４】
【００５９】
従って，式（７）を満たすときに，変換効率ηｋは最大化されることがわかる。
ΔＡ＝Δθ＝π／４ （７）
【００６０】
なお，本発明においては，たとえば，Δθ＝π／４，ΔＡは０．１π以上０．２５π以下であっても平坦なコム信号を得ることができる。
【００６１】
そして，式（７）を満たす時の最大変換効率ηｋ，ｍａｘは次式（８）で表すことができる。
【００６２】
【数５】
【００６３】
以上から，マハツェンダ変調器により平坦光周波数コムを得るための平坦化条件式は式（５）（ΔＡ±Δθ＝π/２）であるといえる。一方，平坦化条件式を満たしつつ光周波数コムの生成化効率が最大となるのは，最大効率平坦化条件である式（７）（ΔＡ＝Δθ＝π/4）を満たす場合である。なお，式（７）は，マハツェンダ変調器が２/π点にバイアスされ，駆動正弦波信号RF-aおよびRF-bにより誘導される位相変移の最大位相差がπであることを意味する。
【００６４】
光コム発生器の基本動作は，図４に示すとおりである。すなわち，マハツェンダ変調器の二つのアームに駆動信号RF-a及びRF-bを印加するとともに，位相を反転させたバイアス信号−Δθ及びΔθを，それぞれ印加する。入力光信号の中心波長をλ０とすると，出力される光周波数コム信号は，λ０から駆動信号の周波数に応じた周波数分（すなわち波長分）だけずれた複数の周波数成分を有するものとなる。
【００６５】
光コムは，その帯域幅に応じた光パルス信号を生成することができるので，光コム発生器は，超高精度な多周波数光パルス発生器ということもできる。すなわち，光コム発生器を用いて光パルスを発生する方法は，公知であるが，上記の光パルス発生装置は，光コム発生器を用いるので，先に説明したような効果を享受できることとなる。なお，光パルス発生装置は，上記した光コム発生器及び光周波数コム発生方法の各構成要素や各工程を適宜採用できる。
光コム発生器を用いて光パルスを発生する方法は，公知であるが，上記の光パルス発生装置は，光コム発生器を用いるので，先に説明したような効果を享受できることとなる。
【００６６】
さらに，光コム発生装置により発生された各周波数成分は，同期が取れており，それらの位相成分は一定であるから，各周波数成分の振幅及び位相を調整することにより，超短パルス列を生成でき，また任意の波形を生成できる。すなわち，光コム発生器は，光パルス発生装置又は任意波形生成装置としても利用することができる。
【００６７】
図５は，光コム発生装置の好ましい利用態様である光パルス発生装置の概略図である。図５に示されるとおり，この光パルス発生装置（６１）は，上記いずれかに記載の光コム発生器（１）と，光コム発生器からの出力が入力されるバンドパスフィルタ（６２）と，バンドパスフィルタからの出力が入力される分散ファイバ（６３）とを具備する。光コム発生装置により得られる各周波数成分は，出力される光周波数コムが超平坦モードであるから，下記式のように表現できる。
【００６８】
【数６】
【００６９】
上記の式中，Ａｋは，出力信号の振幅を示し，Φｋ（以下Φとも記載する）は，出力信号の位相を示す。ｋは，出力信号の周波数成分の次数を示す。
【００７０】
すなわち，超平坦コム信号が発生されるので，振幅が周波数の次数ｋによらず一定となり，位相Φは周波数次数ｋの２次関数となる。そして，光コム発生器の出力に符号が逆の−Φの位相シフトを与えることにより，位相差を０とすることができる。その場合，時間波形はインパルス関数となり，短光パルスを合成できる。そして，波長分散を持った一般的な単一モードファイバの与える位相シフトは光周波数次数の２次関数であることが知られており，適切な長さのファイバを用いることで，簡単に−Φを与えることができる。そのときのファイバ長さは，理想的には下記式で示されるので，その理想式に基づき適宜調整した長さＬとすればよい。
【００７１】
【数７】
【００７２】
上記式において，β２は，ファイバ中の群速度を示す。
【００７３】
すなわち，上記した光コム発生器に，バンドパスフィルタと光ファイバとを接続するだけで，簡単にピコ秒パルスレーザ又はフェムト秒パルスレーザといった超短パルスレーザを得ることができる。本発明の光コム発生器と分散補償器を組合せることにより，超短光パルスが得られることがわかる。分散補償器の例，プリズムペア，グレーティングペア，光ファイバである。
【実施例１】
【００７４】
図６に，本実施例における光コム発生装置のブロック図を示す。光コム発生器を１０ＧＨｚの正弦波信号で駆動した。１５５２ｎｍ,６ｄＢｍの連続波光から平坦な光コム信号を発生させた(図７)。
【００７５】
一方，光合波器により光コム信号の一部を光増幅器へ分波した。分波した光コム信号の強度を２０ｄＢｍに増幅し，帯域幅４．２ｎｍの光波長フィルタを通して光コム発生器に帰還した。ここで，波長フィルタは光増幅器の雑音を除去するために挿入されたものである。このようにして得られた光コム信号を図８に示す。
【００７６】
図８と図７とを比べると，本発明の光コム発生装置により発生される光コム信号は，帰還なしの場合に比べ，帯域が大きく拡がっていることがわかる。なお，図８の帯域幅は，光波長フィルタにより制限されているのであり，本発明の光コム発生装置の原理的な制限ではない。
【実施例２】
【００７７】
次に，本発明の光コム発生装置により得られる光コムスペクトルをシミュレーションした。その結果を図９及び図１０に示す。図９は，帰還形光コム発生器で得られる光コムスペクトルのシミュレーション結果を示す。図９（ａ）は，種光を注入した後に半導体レーザをオフにした場合の光コムスペクトルを示す。図９（ｂ）は，半導体レーザを常時オンにした場合の光コムスペクトルを示す。図９（ａ）からＬＤをオフにした場合，極めて平坦性の良い光コムスペクトルが得られることがわかる。また，図９（ｂ）からＬＤを常時オンにした場合は，若干の凹凸が見られるものの，平坦性の良い光コムスペクトルが得られる。
【００７８】
図１０は，本発明の光コム発生器で得られた光コムを分散補償することにより得られる光パルスの波形を示す図である。図１０から，本発明の光コム発生器と分散補償器を組合せることにより，超短光パルスが得られることがわかる。分散補償器としては，プリズムペア，グレーティングペア，光ファイバ等がある。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は，光情報通信機器の分野で利用されうる。
【符号の説明】
【００８０】
１１ 連続波光源
１２ 第１の光合波・分波器
１３ 光コム発生器
１４ 第２の光合波・分波器
１５ 帰還回路
１６ 光増幅器
２１ 光変調器
２２ 信号源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続波光源（１１）と，
前記連続波光源（１１）から出力された連続光が入力する第１の光合波・分波器（１２）と，
前記第１の光合波・分波器（１２）から出力された連続光が入力する光コム発生器（１３）と，
前記光コム発生器（１３）から出力された光コム信号が入力する第２の光合波・分波器（１４）と，
前記第１の光合波・分波器（１３）で分波された光コム信号を前記第１の光合波・分波器（１２）へと帰還させるための帰還回路（１５）と，
前記帰還回路（１５）に設けられ，入力光の強度を増幅するための光増幅器（１６）と，
を有する，光コム信号発生装置であって，
前記光コム発生器（１３）は，マッハツェンダー導波路を有する光変調器（２１）と，前記光変調器（２１）に印加される光コム発生器の駆動信号を発生するための信号源（２２）を有し，
前記帰還回路（１５）のループ長は，前記光コム発生器の駆動信号の波長のｎ倍（ｎは正の整数）である，
光コム信号発生装置。
【請求項２】
前記光変調器（２１）は，
光の入力部（３２）と，前記入力部（３２）に入力した光が分岐する分岐部（３３）と，前記分岐部（３３）から分岐した光が伝播する第１の導波路（３４）と，前記分岐部（３３）から分岐した上記とは別の光が伝播する第２の導波路（３５）と，前記第１の導波路と前記第２の導波路から出力される光信号が合波される合波部（３６）と，前記合波部（３６）で合波された光信号が出力される光信号の出力部（３７）とを含むマッハツェンダー導波路部分（３８）とを有し，
前記信号源（２２）は，
前記第１の導波路（３４）を駆動する第１の駆動信号（３９）と，前記第２の導波路（３５）を駆動する第２の駆動信号（４０）を得るための駆動信号系（４１）と；
前記第１の導波路(３4)及び前記第２の導波路（３５）に印加するバイアス信号(４２,４３)を得るためのバイアス信号系(４４)と；
を具備し，
前記光コム発生器（１３）は，
前記第１の導波路(３４)に沿って設けられた第１の変調電極(４５)と，前記第２の導波路（３５）に沿って設けられた第２の変調電極（４６）の長さをそれぞれｌ１及びｌ２としたときに，ｌ１とｌ２とは異なり，
前記駆動信号系（４１）及びバイアス信号系(４４)は，前記第１の駆動信号（３９），前記第２の駆動信号（４０）及びバイアス信号（４２,４３）が，下記式（Ｉ）を満たすように駆動する，
請求項１に記載の光コム信号発生装置。
ΔＡ±Δθ＝π／２ （Ｉ）
（ここで，ΔＡ及びΔθは，それぞれΔＡ≡（Ａ１−Ａ２）／２，及びΔθ≡（θ１−θ２）／２と定義され，Ａ１及びＡ２はそれぞれ第１の変調電極及び第２の変調電極に誘導される光位相シフト振幅を示し，θ１及びθ２はそれぞれ第１の導波路及び第２の導波路内で誘導される光位相シフト量を示す）
【請求項３】
前記光コム発生器（１３）は，
さらに，下記式を満たすように駆動する請求項１に記載の光周波数コム発生装置。
Δθ＝π／４，ΔＡは０．１π以上π／４以下，
（ΔＡ及びΔθは，それぞれΔＡ≡（Ａ１−Ａ２）／２，及びΔθ≡（θ１−θ２）／２と定義され，Ａ１及びＡ２はそれぞれ第１の変調電極及び第２の変調電極に誘導される光位相シフト振幅を示し，θ１及びθ２はそれぞれ第１の導波路及び第２の導波路内で誘導される光位相シフト量を示す）
【請求項４】
前記光コム発生器（１３）は，
さらに，下記式(II)を満たすように駆動する請求項１に記載の光周波数コム発生装置。
ΔＡ＝Δθ＝π／４ （II）
（ΔＡ及びΔθは，それぞれΔＡ≡（Ａ１−Ａ２）／２，及びΔθ≡（θ１−θ２）／２と定義され，Ａ１及びＡ２はそれぞれ第１の変調電極及び第２の変調電極に誘導される光位相シフト振幅を示し，θ１及びθ２はそれぞれ第１の導波路及び第２の導波路内で誘導される光位相シフト量を示す）
【請求項５】
請求項１に記載の光周波数コム発生装置と，前記光周波数コム発生装置からの出力が入力される分散補償器とを具備する光パルス発生装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光周波数コム発生装置と，前記光周波数コム発生装置からの出力が入力されるバンドパスフィルタと，前記バンドパスフィルタからの出力が入力される分散ファイバとを具備する光パルス発生装置。
【請求項１】
連続波光源（１１）と，
前記連続波光源（１１）から出力された連続光が入力する第１の光合波・分波器（１２）と，
前記第１の光合波・分波器（１２）から出力された連続光が入力する光コム発生器（１３）と，
前記光コム発生器（１３）から出力された光コム信号が入力する第２の光合波・分波器（１４）と，
前記第１の光合波・分波器（１３）で分波された光コム信号を前記第１の光合波・分波器（１２）へと帰還させるための帰還回路（１５）と，
前記帰還回路（１５）に設けられ，入力光の強度を増幅するための光増幅器（１６）と，
を有する，光コム信号発生装置であって，
前記光コム発生器（１３）は，マッハツェンダー導波路を有する光変調器（２１）と，前記光変調器（２１）に印加される光コム発生器の駆動信号を発生するための信号源（２２）を有し，
前記帰還回路（１５）のループ長は，前記光コム発生器の駆動信号の波長のｎ倍（ｎは正の整数）である，
光コム信号発生装置。
【請求項２】
前記光変調器（２１）は，
光の入力部（３２）と，前記入力部（３２）に入力した光が分岐する分岐部（３３）と，前記分岐部（３３）から分岐した光が伝播する第１の導波路（３４）と，前記分岐部（３３）から分岐した上記とは別の光が伝播する第２の導波路（３５）と，前記第１の導波路と前記第２の導波路から出力される光信号が合波される合波部（３６）と，前記合波部（３６）で合波された光信号が出力される光信号の出力部（３７）とを含むマッハツェンダー導波路部分（３８）とを有し，
前記信号源（２２）は，
前記第１の導波路（３４）を駆動する第１の駆動信号（３９）と，前記第２の導波路（３５）を駆動する第２の駆動信号（４０）を得るための駆動信号系（４１）と；
前記第１の導波路(３4)及び前記第２の導波路（３５）に印加するバイアス信号(４２,４３)を得るためのバイアス信号系(４４)と；
を具備し，
前記光コム発生器（１３）は，
前記第１の導波路(３４)に沿って設けられた第１の変調電極(４５)と，前記第２の導波路（３５）に沿って設けられた第２の変調電極（４６）の長さをそれぞれｌ１及びｌ２としたときに，ｌ１とｌ２とは異なり，
前記駆動信号系（４１）及びバイアス信号系(４４)は，前記第１の駆動信号（３９），前記第２の駆動信号（４０）及びバイアス信号（４２,４３）が，下記式（Ｉ）を満たすように駆動する，
請求項１に記載の光コム信号発生装置。
ΔＡ±Δθ＝π／２ （Ｉ）
（ここで，ΔＡ及びΔθは，それぞれΔＡ≡（Ａ１−Ａ２）／２，及びΔθ≡（θ１−θ２）／２と定義され，Ａ１及びＡ２はそれぞれ第１の変調電極及び第２の変調電極に誘導される光位相シフト振幅を示し，θ１及びθ２はそれぞれ第１の導波路及び第２の導波路内で誘導される光位相シフト量を示す）
【請求項３】
前記光コム発生器（１３）は，
さらに，下記式を満たすように駆動する請求項１に記載の光周波数コム発生装置。
Δθ＝π／４，ΔＡは０．１π以上π／４以下，
（ΔＡ及びΔθは，それぞれΔＡ≡（Ａ１−Ａ２）／２，及びΔθ≡（θ１−θ２）／２と定義され，Ａ１及びＡ２はそれぞれ第１の変調電極及び第２の変調電極に誘導される光位相シフト振幅を示し，θ１及びθ２はそれぞれ第１の導波路及び第２の導波路内で誘導される光位相シフト量を示す）
【請求項４】
前記光コム発生器（１３）は，
さらに，下記式(II)を満たすように駆動する請求項１に記載の光周波数コム発生装置。
ΔＡ＝Δθ＝π／４ （II）
（ΔＡ及びΔθは，それぞれΔＡ≡（Ａ１−Ａ２）／２，及びΔθ≡（θ１−θ２）／２と定義され，Ａ１及びＡ２はそれぞれ第１の変調電極及び第２の変調電極に誘導される光位相シフト振幅を示し，θ１及びθ２はそれぞれ第１の導波路及び第２の導波路内で誘導される光位相シフト量を示す）
【請求項５】
請求項１に記載の光周波数コム発生装置と，前記光周波数コム発生装置からの出力が入力される分散補償器とを具備する光パルス発生装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光周波数コム発生装置と，前記光周波数コム発生装置からの出力が入力されるバンドパスフィルタと，前記バンドパスフィルタからの出力が入力される分散ファイバとを具備する光パルス発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２２１３６６（Ｐ２０１１−２２１３６６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９１８４１（Ｐ２０１０−９１８４１）
【出願日】平成２２年４月１２日（２０１０．４．１２）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１２日（２０１０．４．１２）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
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