短パルス光発生装置及び光変調器のバイアス電圧評価方法
【課題】短パルス光発生装置を構成する光変調器の出力光からＯＮ／ＯＦＦ消光比を直接測定することなく、該光変調器に印加されるバイアス電圧を最適に制御可能な短パルス光発生装置を提供する。
【解決手段】繰り返し周波数ｆ０で短パルス光Ａを発生するパルス発信器１と、入力信号に基づき繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とする光変調器２と、光変調器２からの出力光の一部を分岐する分岐部３と、光変調器２に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部５と、分岐部３で分岐された光Ｂ２のスペクトルを解析するスペクトル解析部４とを有する短パルス光発生装置であって、バイアス制御部５は、スペクトル解析部４に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、バイアス電圧を制御する。
【解決手段】繰り返し周波数ｆ０で短パルス光Ａを発生するパルス発信器１と、入力信号に基づき繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とする光変調器２と、光変調器２からの出力光の一部を分岐する分岐部３と、光変調器２に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部５と、分岐部３で分岐された光Ｂ２のスペクトルを解析するスペクトル解析部４とを有する短パルス光発生装置であって、バイアス制御部５は、スペクトル解析部４に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、バイアス電圧を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短パルス光発生装置に関し、特に、繰り返し周波数ｆ０で発生する短パルス光から特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とした短パルスを発生する短パルス光発生装置に関する。また、本発明は、該短パルス発生装置に用いることが可能な光変調器のバイアス電圧評価方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
連続光レーザー光源と、外部ＥＯ変調器（「電気−光学変調器」、単に「光変調器」ともいう。）で構成される光周波数コム発生器と、チャープ補償器との組み合わせで構成される短パルス光源は、高繰り返し周波数、高いパルス形状及びパワー安定性、低ジッタという特徴を持っており、テラヘルツ分光用光源、周波数基準光源、各種計測用光源として適している（非特許文献１又は２参照）。
【０００３】
この方式の場合、変調周波数を大きくすると、変調光のスペクトルが広くなり、より短パルスが得られるという利点があるため、１０ＧＨｚより大きい変調周波数で駆動を行うことが望ましい。
【０００４】
この場合、変調周波数がそのまま繰り返し周波数となるため、繰り返し周波数も大きくなる。また繰り返し周波数が大きい場合、光アンプの応答が追従しないため、また、信号処理速度が追い付かないことなどにより、１ＧＨｚ程度が限度である。一方、高繰り返し周波数は、モードロックレーザを作ることが難しい。これらのことを考慮して、繰り返し周波数が１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度の短パルス光源を作るニーズがある。
【０００５】
繰り返し周波数を減少させるには、パルスピッカーを用いてパルスを間引くことが行われている。パルスピッカーには、特許文献１に示すような、音響光学（ＡＯ）効果を利用した変調器が利用されるが、動作帯域は〜数１００ＭＨｚが限度なので高繰返し周波数の分周には使用できない。
【０００６】
また、間引いた後に不要な光が残っていると計測用途などではノイズの原因になるので、パルスピッカー変調器は高い消光比をもってパルスを間引くことが要求される。通信用途では２０ｄＢあれば充分だが、パルスピッカーでは２５ｄＢ以上必要となる。そのような高消光比が得られる変調器として例えば、特許文献２に示すような、ネスト形の変調器が知られている。
【０００７】
消光比２５ｄＢ以上かつ１ＧＨｚ以上の高速繰返しにおいてパルスピッカー変調器を動作最適点に合わせることは容易ではない。デジタルサンプリングのオシロスコープで高速の波形を見ることができるが、ダイナミックレンジは１０ｄＢ程度であるので、その高速波形に基づいてバイアスを最大の消光比が得られるように合わせることは容易ではない。
【０００８】
パルスピッカーを用いる短パルス光源の場合、いくつかの変調器の組み合わせで構成されるため、個々のデバイスを静的にＯＮ／ＯＦＦ消光比を測定し、それらの累積で短パルス光のＯＮ／ＯＦＦ消光比を推定することはできる。
【０００９】
しかし、パルスピッカーに用いる光変調器は、変調度、バイアス、スキューなどを調整する必要があり、これらを最適化しなければ、最大限の特性は得られない。このようにパルスピッカー後のＯＮ／ＯＦＦ消光比が直接測定できないため、従来は、パルスピッカーを構成する光変調器を最適な駆動条件に設定することができなかった。
【００１０】
特に、パルスピッカーとして使用する高速動作のＬＮ変調器はドリフトがあるため、常にバイアスが最適点になるように制御することが必要であり、高速かつ高消光比レベルで消光比をモニタする手段が必要である。
【００１１】
他方、光変調器の駆動とその制御に関する従来技術としては、特許文献３に示すように、入力データに対応した駆動信号に対して低周波信号を重畳し、光変調器から出力される信号光（変調光）に含まれる低周波信号成分の検出結果に基づいて、光変調器の動作点を調整する直流のバイアス電圧を制御する技術が知られている。しかし、今回のように高消光比で動作させる場合は、低周波信号の重畳することにより消光比自体が劣化するのでこの方式を用いることは望ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３５９２４７５号公報
【特許文献２】特開２００６−２４２９７５号公報
【特許文献３】特許第２６４２４９９号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】T. Sakamoto, T Kawanishi, and M.Tsuchiya, “10 GHz, 2.4 ps pulse generation using a single-stage dual-driveMach-Zehnder modulator”, Opt. Lett. 33, pp.890-892, 2008
【非特許文献２】Y. Takita, F. Futami, M. Doi, andS. Watanabe, “Highly stable ultra-short pulse generation by filtering out flatoptical frequency components”, CLEO 2004 CTuN1, 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、短パルス光発生装置を構成するパルスピッカー光変調器の出力光からＯＮ／ＯＦＦ消光比を高速かつ高い消光比レベルでモニタし、該光変調器に印加されるバイアス電圧を最適に制御可能な短パルス光発生装置を提供することである。また、短パルス光発生装置に使用可能な光変調器のバイアス電圧評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、繰り返し周波数ｆ０で短パルス光を発生するパルス発信器と、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とする光変調器と、前記光変調器からの出力光の一部を分岐する分岐部と、前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、前記分岐部で分岐された光のスペクトルを解析するスペクトル解析部とを有する短パルス光発生装置であって、前記バイアス制御部は、前記スペクトル解析部に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の短パルス光発生装置において、該光のスペクトル強度分布は、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、２つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成しており、前記所望のスペクトル周波数範囲は、各ピークを除く前記窪んだ形状部分に存在することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の短パルス光発生装置において、前記所望のスペクトル周波数範囲は、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、該スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、該スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して２／３倍の周波数幅以内に設定されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の短パルス光発生装置において、前記所望のスペクトル周波数範囲は、前記繰り返し周波数ｆ０よりも広い範囲を対象としていることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の短パルス光発生装置において、前記光強度の最大値と最小値との差は、０．１ｎｍ以下の分解能の分散分光方式のスペクトル解析装置を用いて解析することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る発明は、繰り返し周波数ｆ０の短パルス光を光変調器に入射し、該光変調器を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光の繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）となるように動作させ、バイアス制御手段により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、スペクトル解析手段により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光をスペクトル解析し、該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定することを特徴とする光変調器のバイアス電圧評価方法である。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る発明により、繰り返し周波数ｆ０で短パルス光を発生するパルス発信器と、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とする光変調器と、前記光変調器からの出力光の一部を分岐する分岐部と、前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、前記分岐部で分岐された光のスペクトルを解析するスペクトル解析部とを有する短パルス光発生装置であって、前記バイアス制御部は、前記スペクトル解析部に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されているため、光変調器の出力光からＯＮ／ＯＦＦ消光比を直接測定することなく、該光変調器のバイアス電圧を最適に制御することが可能となる。
【００２２】
請求項２に係る発明により、光のスペクトル強度分布は、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、２つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成しており、所望のスペクトル周波数範囲は、各ピークを除く前記窪んだ形状部分に存在するため、ＯＮ／ＯＦＦ消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
【００２３】
請求項３に係る発明により、所望のスペクトル周波数範囲は、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、該スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して２／３倍の周波数幅以内に設定されているため、光強度の最大値を示すピーク部分の影響を排除し、ＯＮ／ＯＦＦ消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
【００２４】
請求項４に係る発明により、所望のスペクトル周波数範囲は、繰り返し周波数ｆ０よりも広い範囲を対象としているため、繰り返し周波数ｆ０の影響を排除し、ＯＮ／ＯＦＦ消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
【００２５】
請求項５に係る発明により、光強度の最大値と最小値との差は、０．１ｎｍ以下の分解能の分散分光方式のスペクトル解析装置を用いて解析するため、ＯＮ／ＯＦＦ消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
【００２６】
請求項６に係る発明により、繰り返し周波数ｆ０の短パルス光を光変調器に入射し、該光変調器を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光の繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）となるように動作させ、バイアス制御手段により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、スペクトル解析手段により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光をスペクトル解析し、該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定することを特徴とする光変調器のバイアス電圧評価方法であるため、短パルス光発生装置に使用される光変調器のバイアス特性を容易かつ正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の短パルス光発生装置の概略を説明する図である。
【図２】短パルス光のモデル化を説明する図である。
【図３】短パルス光発生装置の出力光である測定スペクトルの概念を説明する図である。
【図４】スペクトルのうねりと消光比との関係（理論曲線）を示す図である。
【図５】光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）を用いたスペクトルパワー比の測定概念を説明する図である。
【図６】光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）測定におけるピーク値の鈍りを考慮に入れた補正曲線を示す図である。
【図７】光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）を用いた測定例であり、１０ＧＨｚ成分が残っている状態を示す図である。
【図８】光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）を用いた測定例であり、１０ＧＨｚ成分は消えているが、スペクトル上のうねりが幾分残っている状態を示す図である。
【図９】光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）を用いた測定例であり、スペクトル上のうねり（最大値と最小値との差）を最小化した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の短パルス光発生装置について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の短パルス光発生装置は、図１に示すように、繰り返し周波数ｆ０で短パルス光Ａを発生するパルス発信器１と、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とする光変調器２と、前記光変調器２からの出力光の一部を分岐する分岐部３と、前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部５と、前記分岐部で分岐された光Ｂ２のスペクトルを解析するスペクトル解析部４とを有する短パルス光発生装置であって、前記バイアス制御部５は、前記スペクトル解析部４に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されていることを特徴とする。
なお、分岐部３から出射される、もう一つの出力光Ｂ１は、テラヘルツ分光用光源、周波数基準光源、又は各種計測用光源等の短パルス光として利用される。
【００２９】
図２に、パルスピッカーを構成する光変調器２から出力される短パルス光について、モデル化して説明する。ここでは、パルスのピーク強度を１で規格化し、間引かれたパルス強度をａ（振幅は√a）とする。１周期Ｔに含まれるパルスの数をｎとする。
【００３０】
光変調器２の消光比ＲＥは、式（１）で示される。
ＲＥ＝１０logａ （１）
【００３１】
図２の短パルス列の振幅は、式（２）〜（４）を用いて表現される。
ｈ（ｔ）＝ｆ（ｔ）×ｇ（ｔ） （２）
ｆ（ｔ）＝１（０≦ｔ≦Ｔ／ｎ）又はａ１／２（Ｔ／ｎ≦ｔ≦Ｔ） （３）
ｇ（ｔ）＝Σｌ＝−∞∞δ｛ｔ−Ｔ／２n・（２ｌ−１）｝ （４）
ただし、δはディラックのデルタ関数であり、ｇ（ｔ）の表現は、パルス幅が周期Ｔに対して十分小さいと仮定したときに正しい。
【００３２】
式（２）のｈ（ｔ）をフーリエ級数展開で表すと、式（５）及び（６）のように表現できる。
ｈ（ｔ）〜Σｍ＝−∞∞ｃｍexp（ｉｍ・２π／Ｔ・ｔ） （５）
ｃｍ＝１／Ｔ｛exp（−ｉπ×ｍ／ｎ）＋ａ１／２Σｌ＝２ｎexp（−ｉπ×ｍ／ｎ（２ｌ−１））｝ （６）
ただし、ｍは、級数展開の次数であり、離散的なスペクトルの１本ずつに対応している。Ｃｍは、フーリエ係数である。
【００３３】
スペクトル解析により測定される、離散的なスペクトルの強度（振幅の２剰に比例）を、Ｐｍとする。それぞれのスペクトル線の強度Ｐｍは、式（７）で表現される。
Ｐｍ∝｜ｃｍ｜２ （７）
【００３４】
ｍ＝０，ｎ，２ｎ・・・の時には、式（８）の値となる。
｜ｃｍ｜２＝１／Ｔ２・（１＋ａ１／２（ｎ−１））２ （８）
【００３５】
ｍが上記以外の場合は、式（９）の値となる。
｜ｃｍ｜２＝１／Ｔ２・（１−ａ１／２）２ （９）
【００３６】
図３に示すように、スペクトル上のｆ０成分とｆ０／ｎ成分とのパワーの差（スペクトルパワー比）ΔＰは、式（１０）で表現できる。ただし、ａは十分小さいと仮定している。
ΔＰ［ｄＢ］＝−１０log｛（１−２・ａ１／２）／（１＋２・ａ１／２（ｎ−１）｝ （１０）
【００３７】
このスペクトルの概念図を描くと図３のようになる。ここで、上式のｌｏｇ内の括弧の中をｐとしてａについてとくと、式（１１）が得られる。
ａ＝｛（１−ｐ）／２（１＋ｐ（ｎ−１））｝２ （１１）
【００３８】
式（１１）を用いて、図３に示したスペクトルのΔＰより消光比を求めることができる。具体的に、ｆ０を１０ＧＨｚとして、ｎ＝２，４，８（５．０，２．５，１．２５ＧＨｚ）の時のスペクトルパワー比ΔＰ（スペクトルのうねりの大きさに該当する）と消光比ＲＥを計算した結果（理論曲線）を図４に示す。
【００３９】
図４により、スペクトルパワー比ΔＰであるスペクトルのうねり（ｄＢ）の大きさが小さい程、消光比（ｄＢ）が大きくなるのが容易に理解される。
【００４０】
次に、スペクトルパワー比ΔＰ（光強度の最大値と最小値との差）を測定するためのスペクトル解析手段について説明する。一般的に、以下の３つの方式がある。
【００４１】
（１）分散分光方式
回折格子やプリズムの分光素子を使って空間的にスペクトルを分け、スリットで不要光を除去して、スリットを透過した測定したい波長の光強度を測定する。かつては分解能に難があったが、最近の分光技術の進歩により０．０１ｎｍ程度（周波数で１ＧＨｚ程度）まで測定可能となっている。高速で安価にスペクトル解析を実現できる。
【００４２】
（２）干渉分光方式
マイケルソン干渉計の構成である。被測定光をビームスプリッタにより２光束に分割し、二つの光束に光路差を与えた後に重ね合わせたときに生ずるインタフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトル分析を行う。波長分解能は分散分光方式よりはよいが、速度は分散分光方式より遅く、パワー測定精度も分散分光方式より悪い。
【００４３】
（３）ヘテロダイン型
周波数（波長）掃引可能な狭線幅かつ周波数揺らぎの少ないローカル光源を用い、被測定スペクトルに周波数を近づけたときに生じるビートの強度からスペクトル強度を測定する方法である。最も測定精度は良いが、ローカル光を掃引しなければならないため、高速測定ができない。コヒーレント受信機と呼ばれるものは、この方法で信号検出を行っている。
【００４４】
これらの三つの方式を対比すると、以下の表１のような特徴を示している。各特徴毎の評価は、◎→○→△→×の順に、特性が最も優れているものから、特性が劣っているものと評価している。
【００４５】
【表１】
【００４６】
基本的にどの方式を選択するのかは、用途に応じて選択すべきものであるが、本発明では、測定速度やパワー測定精度の面から、上記（１）分散分光方式がより好ましい。なお、ヘテロダイン型の場合は、周波数掃引可能なレーザー光源を用いてヘテロダイン検波による検出測定であるが、表１のように、波長分解能やパワー測定精度は正確である。しかしながら、レーザー光を掃引する必要があるため、測定に時間がかかる上、別途光源が必要となり、測定装置自体も高価なものとなる。
【００４７】
他方、０．１ｎｍ以下の高分解能を有する分散分光方式の光スペクトラムアナライザー（ＯＳＡ）による測定では、光スペクトルを直接視覚的に見られるため簡単ではあるが、分解能に限界があるため、消光比の測定精度はやや劣るが、高速で動作するため、バイアスコントロールに適する。現在市販されているものでは、０．０１〜０．０２ｎｍであるため、ｆ０が１ＧＨｚ（分解能０．０１ｎｍの時）が測定限界となる。
【００４８】
ＯＳＡ、特に分散分光方式を用いた消光比の測定について、さらに検討する。図５に示すように、スペクトル線幅Ｗと、ＯＳＡの分解能ｓについて、以下の３つの条件によって、測定の精度が左右される。ただし、ｗ＜＜ｆ０／ｎと仮定する
（１）ｆ０−ｗ≦ｓの時は、測定不可能。
（２）ｆ０／ｎ−ｗ≦ｓ＜ｆ０−ｗの時は補正が必要。特に、ｆ０以外のピークのパワー成分が含まれるため、それを除外する必要がある。
【００４９】
スペクトル強度の差は、直接測れないため、理論式から消光比を直接計算することはできない（理論式では消光比が過小評価される）。しかしながら、最適値を見つけるだけであれば、強度差を小さくすればよいため、本方式（分散分光方式）を使用することができる。消光比を求めるためには、強度測定の最大値に含まれる強度の小さなスペクトル分を差し引く必要がある。その方法で計算した結果が、図６に示した補正曲線である。
【００５０】
（３）ｓ＜ｆ０／ｎ−ｗの時は、スペクトルの強度差から式（１１）を用いて消光比を算出することが可能である。つまり、（３）の場合は最大値の測定結果には一つのスペクトル成分しか含まれていないため、ｍ＝０，ｎ，２ｎのスペクトル強度を正確に測定できるためである。
【００５１】
一般的に、市販の光スペクトラムアナライザーは、分解能よりも、掃引のステップが細かいため、ｆ０のピークが完全に含まれるパワーの値を取得することができるが、掃引のステップが分解能と同じ場合、スリットの境界が丁度スペクトルに掛ってしまった場合には、上記（３）の条件を満たしていてもピークのパワーが２つの測定値に跨ってしまう場合がある。その場合には、該当する２つの測定値を足して、分解能を２ｓとして補正を掛ければよい。
【００５２】
図４で示した、ｆ０＝１０ＧＨｚの場合では、ｎ＝４，８で補正が必要となるため、補正を考慮して計算した結果を図６に示す。
【００５３】
次に、市販の光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）の中でもＧＨｚオーダーの分解能を持つ高分解能光スペクトルアナライザー（分散分光方式）を用いて短パルスのスペクトルを測定した実施例を図７〜９に示す。ｆ０＝１０ＧＨｚとし、ｎ＝８に設定した場合である。
【００５４】
図７は、オシロスコープで見て若干ｆ０（１０ＧＨｚ）成分が残っている（消光比は１０ｄＢ程度を想定）。また、図８は、オシロスコープでは完全に１０ＧＨｚは見えなくなっているが、スペクトル上は、まだスペクトルのうねりが最小ではない。
【００５５】
上述したモデルでは、パルス列をδ関数（式（４））としているため、スペクトルは無限の広がりをもつことになるが、実際の短パルス列は有限の幅を持っているため、スペクトルも有限である。したがって、中心周波数から離れた拡がりの外側部分はモデルとは整合していないため、これらの周辺部分は除外する必要がある。
【００５６】
測定される光のスペクトル強度分布は、図８に示すように、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、２つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成している。各ピークを除く中心の窪んだ領域が、上記モデルが成り立つ領域で、短パルス光の中心周波数を中心として、全体幅（図８のようなスペクトル強度分布が示す形状の全体周波数幅であり、両側のピーク強度から所定強度低い部分、例えば図８でピーク値より１０ｄＢ程度低い−４０ｄＢ部分の周波数幅）の約２／３程度の領域が該当する。このような窪んだ領域が、スペクトルのうねりを示す部分となる。
【００５７】
また、所望のスペクトル周波数範囲として、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、前記スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、前記スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して２／３倍の周波数幅以内と設定することも可能である。この場合は、スペクトル強度分布における光強度の最大値から差し引く所定の強度としては、例えば１０ｄＢ程度とすればよいが、必要に応じて３ｄＢや５ｄＢなどそれ以外の強度とすることも可能である。
【００５８】
図９では、ＯＳＡ上でうねりを最小にした状態（消光比最良点に該当する）を示している。うねりを最小にするには、ＯＳＡのうねりを示す部分を、光強度の最大値と最小値との差を判断するための測定対象となるスペクトル周波数範囲とし、当該所望の範囲において、当該差が最小化するように、パルスピッカーの光変調器に印加するバイアス電圧を制御する。
【００５９】
次に、ｆ０＝１０ＧＨｚとし、ｎ＝２，４，８の場合、各スペクトルのうねりから消光比を算出した結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
また、所望のスペクトル周波数範囲は、繰り返し周波数ｆ０よりも広い範囲を対象とすることが必要である。これにより、ＯＮ／ＯＦＦ消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
【００６２】
以上の説明では、短パルス光発生装置に組み込まれた光変調器のバイアス電圧を制御する構成を説明したが、本発明は、更に、光変調器、特に短パルス光発生装置に使用される光変調器を、単体で試験評価（印加すべきバイアス電圧の測定や駆動環境でのバイアス電圧の変化の測定）する際にも利用可能である。
【００６３】
つまり、図１のように、繰り返し周波数ｆ０の短パルス光Ａを、被測定対象の光変調器２に入射し、該光変調器２を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光（Ｂ１又はＢ２）の繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）となるように動作させ、バイアス制御手段５により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、スペクトル解析手段４により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光Ｂ２（当然、Ｂ１を直接測定しても良い）をスペクトル解析し、該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定する。
【００６４】
このように測定されたバイアス電圧は、光変調器のバイアス電圧評価として利用することが可能である。例えば、光変調器のバイアス電圧最適点を測定することにより、パルスピッカーとして光変調器のＯＮ／ＯＦＦ消光比を評価することが可能となる。なお、上述した「所望のスペクトル周波数範囲」などについては、短パルス光発生装置で説明した各種の方法や考え方が、同様に利用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上説明したように、本発明によれば、短パルス光発生装置を構成するパルスピッカー光変調器の出力光からＯＮ／ＯＦＦ消光比を高速かつ高い消光比レベルでモニタし、該光変調器に印加されるバイアス電圧を最適に制御可能な短パルス光発生装置を提供することが可能となる。また、短パルス光発生装置に使用可能な光変調器のバイアス電圧評価方法を提供することも可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１ パルス発信器
２ 光変調器（パルスピッカー）
３ 分岐部
４ スペクトル解析部
５ バイアス制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短パルス光発生装置に関し、特に、繰り返し周波数ｆ０で発生する短パルス光から特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とした短パルスを発生する短パルス光発生装置に関する。また、本発明は、該短パルス発生装置に用いることが可能な光変調器のバイアス電圧評価方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
連続光レーザー光源と、外部ＥＯ変調器（「電気−光学変調器」、単に「光変調器」ともいう。）で構成される光周波数コム発生器と、チャープ補償器との組み合わせで構成される短パルス光源は、高繰り返し周波数、高いパルス形状及びパワー安定性、低ジッタという特徴を持っており、テラヘルツ分光用光源、周波数基準光源、各種計測用光源として適している（非特許文献１又は２参照）。
【０００３】
この方式の場合、変調周波数を大きくすると、変調光のスペクトルが広くなり、より短パルスが得られるという利点があるため、１０ＧＨｚより大きい変調周波数で駆動を行うことが望ましい。
【０００４】
この場合、変調周波数がそのまま繰り返し周波数となるため、繰り返し周波数も大きくなる。また繰り返し周波数が大きい場合、光アンプの応答が追従しないため、また、信号処理速度が追い付かないことなどにより、１ＧＨｚ程度が限度である。一方、高繰り返し周波数は、モードロックレーザを作ることが難しい。これらのことを考慮して、繰り返し周波数が１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度の短パルス光源を作るニーズがある。
【０００５】
繰り返し周波数を減少させるには、パルスピッカーを用いてパルスを間引くことが行われている。パルスピッカーには、特許文献１に示すような、音響光学（ＡＯ）効果を利用した変調器が利用されるが、動作帯域は〜数１００ＭＨｚが限度なので高繰返し周波数の分周には使用できない。
【０００６】
また、間引いた後に不要な光が残っていると計測用途などではノイズの原因になるので、パルスピッカー変調器は高い消光比をもってパルスを間引くことが要求される。通信用途では２０ｄＢあれば充分だが、パルスピッカーでは２５ｄＢ以上必要となる。そのような高消光比が得られる変調器として例えば、特許文献２に示すような、ネスト形の変調器が知られている。
【０００７】
消光比２５ｄＢ以上かつ１ＧＨｚ以上の高速繰返しにおいてパルスピッカー変調器を動作最適点に合わせることは容易ではない。デジタルサンプリングのオシロスコープで高速の波形を見ることができるが、ダイナミックレンジは１０ｄＢ程度であるので、その高速波形に基づいてバイアスを最大の消光比が得られるように合わせることは容易ではない。
【０００８】
パルスピッカーを用いる短パルス光源の場合、いくつかの変調器の組み合わせで構成されるため、個々のデバイスを静的にＯＮ／ＯＦＦ消光比を測定し、それらの累積で短パルス光のＯＮ／ＯＦＦ消光比を推定することはできる。
【０００９】
しかし、パルスピッカーに用いる光変調器は、変調度、バイアス、スキューなどを調整する必要があり、これらを最適化しなければ、最大限の特性は得られない。このようにパルスピッカー後のＯＮ／ＯＦＦ消光比が直接測定できないため、従来は、パルスピッカーを構成する光変調器を最適な駆動条件に設定することができなかった。
【００１０】
特に、パルスピッカーとして使用する高速動作のＬＮ変調器はドリフトがあるため、常にバイアスが最適点になるように制御することが必要であり、高速かつ高消光比レベルで消光比をモニタする手段が必要である。
【００１１】
他方、光変調器の駆動とその制御に関する従来技術としては、特許文献３に示すように、入力データに対応した駆動信号に対して低周波信号を重畳し、光変調器から出力される信号光（変調光）に含まれる低周波信号成分の検出結果に基づいて、光変調器の動作点を調整する直流のバイアス電圧を制御する技術が知られている。しかし、今回のように高消光比で動作させる場合は、低周波信号の重畳することにより消光比自体が劣化するのでこの方式を用いることは望ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３５９２４７５号公報
【特許文献２】特開２００６−２４２９７５号公報
【特許文献３】特許第２６４２４９９号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】T. Sakamoto, T Kawanishi, and M.Tsuchiya, “10 GHz, 2.4 ps pulse generation using a single-stage dual-driveMach-Zehnder modulator”, Opt. Lett. 33, pp.890-892, 2008
【非特許文献２】Y. Takita, F. Futami, M. Doi, andS. Watanabe, “Highly stable ultra-short pulse generation by filtering out flatoptical frequency components”, CLEO 2004 CTuN1, 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、短パルス光発生装置を構成するパルスピッカー光変調器の出力光からＯＮ／ＯＦＦ消光比を高速かつ高い消光比レベルでモニタし、該光変調器に印加されるバイアス電圧を最適に制御可能な短パルス光発生装置を提供することである。また、短パルス光発生装置に使用可能な光変調器のバイアス電圧評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、繰り返し周波数ｆ０で短パルス光を発生するパルス発信器と、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とする光変調器と、前記光変調器からの出力光の一部を分岐する分岐部と、前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、前記分岐部で分岐された光のスペクトルを解析するスペクトル解析部とを有する短パルス光発生装置であって、前記バイアス制御部は、前記スペクトル解析部に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の短パルス光発生装置において、該光のスペクトル強度分布は、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、２つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成しており、前記所望のスペクトル周波数範囲は、各ピークを除く前記窪んだ形状部分に存在することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の短パルス光発生装置において、前記所望のスペクトル周波数範囲は、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、該スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、該スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して２／３倍の周波数幅以内に設定されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の短パルス光発生装置において、前記所望のスペクトル周波数範囲は、前記繰り返し周波数ｆ０よりも広い範囲を対象としていることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の短パルス光発生装置において、前記光強度の最大値と最小値との差は、０．１ｎｍ以下の分解能の分散分光方式のスペクトル解析装置を用いて解析することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る発明は、繰り返し周波数ｆ０の短パルス光を光変調器に入射し、該光変調器を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光の繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）となるように動作させ、バイアス制御手段により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、スペクトル解析手段により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光をスペクトル解析し、該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定することを特徴とする光変調器のバイアス電圧評価方法である。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る発明により、繰り返し周波数ｆ０で短パルス光を発生するパルス発信器と、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とする光変調器と、前記光変調器からの出力光の一部を分岐する分岐部と、前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、前記分岐部で分岐された光のスペクトルを解析するスペクトル解析部とを有する短パルス光発生装置であって、前記バイアス制御部は、前記スペクトル解析部に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されているため、光変調器の出力光からＯＮ／ＯＦＦ消光比を直接測定することなく、該光変調器のバイアス電圧を最適に制御することが可能となる。
【００２２】
請求項２に係る発明により、光のスペクトル強度分布は、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、２つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成しており、所望のスペクトル周波数範囲は、各ピークを除く前記窪んだ形状部分に存在するため、ＯＮ／ＯＦＦ消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
【００２３】
請求項３に係る発明により、所望のスペクトル周波数範囲は、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、該スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して２／３倍の周波数幅以内に設定されているため、光強度の最大値を示すピーク部分の影響を排除し、ＯＮ／ＯＦＦ消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
【００２４】
請求項４に係る発明により、所望のスペクトル周波数範囲は、繰り返し周波数ｆ０よりも広い範囲を対象としているため、繰り返し周波数ｆ０の影響を排除し、ＯＮ／ＯＦＦ消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
【００２５】
請求項５に係る発明により、光強度の最大値と最小値との差は、０．１ｎｍ以下の分解能の分散分光方式のスペクトル解析装置を用いて解析するため、ＯＮ／ＯＦＦ消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
【００２６】
請求項６に係る発明により、繰り返し周波数ｆ０の短パルス光を光変調器に入射し、該光変調器を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光の繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）となるように動作させ、バイアス制御手段により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、スペクトル解析手段により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光をスペクトル解析し、該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定することを特徴とする光変調器のバイアス電圧評価方法であるため、短パルス光発生装置に使用される光変調器のバイアス特性を容易かつ正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の短パルス光発生装置の概略を説明する図である。
【図２】短パルス光のモデル化を説明する図である。
【図３】短パルス光発生装置の出力光である測定スペクトルの概念を説明する図である。
【図４】スペクトルのうねりと消光比との関係（理論曲線）を示す図である。
【図５】光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）を用いたスペクトルパワー比の測定概念を説明する図である。
【図６】光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）測定におけるピーク値の鈍りを考慮に入れた補正曲線を示す図である。
【図７】光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）を用いた測定例であり、１０ＧＨｚ成分が残っている状態を示す図である。
【図８】光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）を用いた測定例であり、１０ＧＨｚ成分は消えているが、スペクトル上のうねりが幾分残っている状態を示す図である。
【図９】光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）を用いた測定例であり、スペクトル上のうねり（最大値と最小値との差）を最小化した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の短パルス光発生装置について、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明の短パルス光発生装置は、図１に示すように、繰り返し周波数ｆ０で短パルス光Ａを発生するパルス発信器１と、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とする光変調器２と、前記光変調器２からの出力光の一部を分岐する分岐部３と、前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部５と、前記分岐部で分岐された光Ｂ２のスペクトルを解析するスペクトル解析部４とを有する短パルス光発生装置であって、前記バイアス制御部５は、前記スペクトル解析部４に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されていることを特徴とする。
なお、分岐部３から出射される、もう一つの出力光Ｂ１は、テラヘルツ分光用光源、周波数基準光源、又は各種計測用光源等の短パルス光として利用される。
【００２９】
図２に、パルスピッカーを構成する光変調器２から出力される短パルス光について、モデル化して説明する。ここでは、パルスのピーク強度を１で規格化し、間引かれたパルス強度をａ（振幅は√a）とする。１周期Ｔに含まれるパルスの数をｎとする。
【００３０】
光変調器２の消光比ＲＥは、式（１）で示される。
ＲＥ＝１０logａ （１）
【００３１】
図２の短パルス列の振幅は、式（２）〜（４）を用いて表現される。
ｈ（ｔ）＝ｆ（ｔ）×ｇ（ｔ） （２）
ｆ（ｔ）＝１（０≦ｔ≦Ｔ／ｎ）又はａ１／２（Ｔ／ｎ≦ｔ≦Ｔ） （３）
ｇ（ｔ）＝Σｌ＝−∞∞δ｛ｔ−Ｔ／２n・（２ｌ−１）｝ （４）
ただし、δはディラックのデルタ関数であり、ｇ（ｔ）の表現は、パルス幅が周期Ｔに対して十分小さいと仮定したときに正しい。
【００３２】
式（２）のｈ（ｔ）をフーリエ級数展開で表すと、式（５）及び（６）のように表現できる。
ｈ（ｔ）〜Σｍ＝−∞∞ｃｍexp（ｉｍ・２π／Ｔ・ｔ） （５）
ｃｍ＝１／Ｔ｛exp（−ｉπ×ｍ／ｎ）＋ａ１／２Σｌ＝２ｎexp（−ｉπ×ｍ／ｎ（２ｌ−１））｝ （６）
ただし、ｍは、級数展開の次数であり、離散的なスペクトルの１本ずつに対応している。Ｃｍは、フーリエ係数である。
【００３３】
スペクトル解析により測定される、離散的なスペクトルの強度（振幅の２剰に比例）を、Ｐｍとする。それぞれのスペクトル線の強度Ｐｍは、式（７）で表現される。
Ｐｍ∝｜ｃｍ｜２ （７）
【００３４】
ｍ＝０，ｎ，２ｎ・・・の時には、式（８）の値となる。
｜ｃｍ｜２＝１／Ｔ２・（１＋ａ１／２（ｎ−１））２ （８）
【００３５】
ｍが上記以外の場合は、式（９）の値となる。
｜ｃｍ｜２＝１／Ｔ２・（１−ａ１／２）２ （９）
【００３６】
図３に示すように、スペクトル上のｆ０成分とｆ０／ｎ成分とのパワーの差（スペクトルパワー比）ΔＰは、式（１０）で表現できる。ただし、ａは十分小さいと仮定している。
ΔＰ［ｄＢ］＝−１０log｛（１−２・ａ１／２）／（１＋２・ａ１／２（ｎ−１）｝ （１０）
【００３７】
このスペクトルの概念図を描くと図３のようになる。ここで、上式のｌｏｇ内の括弧の中をｐとしてａについてとくと、式（１１）が得られる。
ａ＝｛（１−ｐ）／２（１＋ｐ（ｎ−１））｝２ （１１）
【００３８】
式（１１）を用いて、図３に示したスペクトルのΔＰより消光比を求めることができる。具体的に、ｆ０を１０ＧＨｚとして、ｎ＝２，４，８（５．０，２．５，１．２５ＧＨｚ）の時のスペクトルパワー比ΔＰ（スペクトルのうねりの大きさに該当する）と消光比ＲＥを計算した結果（理論曲線）を図４に示す。
【００３９】
図４により、スペクトルパワー比ΔＰであるスペクトルのうねり（ｄＢ）の大きさが小さい程、消光比（ｄＢ）が大きくなるのが容易に理解される。
【００４０】
次に、スペクトルパワー比ΔＰ（光強度の最大値と最小値との差）を測定するためのスペクトル解析手段について説明する。一般的に、以下の３つの方式がある。
【００４１】
（１）分散分光方式
回折格子やプリズムの分光素子を使って空間的にスペクトルを分け、スリットで不要光を除去して、スリットを透過した測定したい波長の光強度を測定する。かつては分解能に難があったが、最近の分光技術の進歩により０．０１ｎｍ程度（周波数で１ＧＨｚ程度）まで測定可能となっている。高速で安価にスペクトル解析を実現できる。
【００４２】
（２）干渉分光方式
マイケルソン干渉計の構成である。被測定光をビームスプリッタにより２光束に分割し、二つの光束に光路差を与えた後に重ね合わせたときに生ずるインタフェログラムをフーリエ変換することによりスペクトル分析を行う。波長分解能は分散分光方式よりはよいが、速度は分散分光方式より遅く、パワー測定精度も分散分光方式より悪い。
【００４３】
（３）ヘテロダイン型
周波数（波長）掃引可能な狭線幅かつ周波数揺らぎの少ないローカル光源を用い、被測定スペクトルに周波数を近づけたときに生じるビートの強度からスペクトル強度を測定する方法である。最も測定精度は良いが、ローカル光を掃引しなければならないため、高速測定ができない。コヒーレント受信機と呼ばれるものは、この方法で信号検出を行っている。
【００４４】
これらの三つの方式を対比すると、以下の表１のような特徴を示している。各特徴毎の評価は、◎→○→△→×の順に、特性が最も優れているものから、特性が劣っているものと評価している。
【００４５】
【表１】
【００４６】
基本的にどの方式を選択するのかは、用途に応じて選択すべきものであるが、本発明では、測定速度やパワー測定精度の面から、上記（１）分散分光方式がより好ましい。なお、ヘテロダイン型の場合は、周波数掃引可能なレーザー光源を用いてヘテロダイン検波による検出測定であるが、表１のように、波長分解能やパワー測定精度は正確である。しかしながら、レーザー光を掃引する必要があるため、測定に時間がかかる上、別途光源が必要となり、測定装置自体も高価なものとなる。
【００４７】
他方、０．１ｎｍ以下の高分解能を有する分散分光方式の光スペクトラムアナライザー（ＯＳＡ）による測定では、光スペクトルを直接視覚的に見られるため簡単ではあるが、分解能に限界があるため、消光比の測定精度はやや劣るが、高速で動作するため、バイアスコントロールに適する。現在市販されているものでは、０．０１〜０．０２ｎｍであるため、ｆ０が１ＧＨｚ（分解能０．０１ｎｍの時）が測定限界となる。
【００４８】
ＯＳＡ、特に分散分光方式を用いた消光比の測定について、さらに検討する。図５に示すように、スペクトル線幅Ｗと、ＯＳＡの分解能ｓについて、以下の３つの条件によって、測定の精度が左右される。ただし、ｗ＜＜ｆ０／ｎと仮定する
（１）ｆ０−ｗ≦ｓの時は、測定不可能。
（２）ｆ０／ｎ−ｗ≦ｓ＜ｆ０−ｗの時は補正が必要。特に、ｆ０以外のピークのパワー成分が含まれるため、それを除外する必要がある。
【００４９】
スペクトル強度の差は、直接測れないため、理論式から消光比を直接計算することはできない（理論式では消光比が過小評価される）。しかしながら、最適値を見つけるだけであれば、強度差を小さくすればよいため、本方式（分散分光方式）を使用することができる。消光比を求めるためには、強度測定の最大値に含まれる強度の小さなスペクトル分を差し引く必要がある。その方法で計算した結果が、図６に示した補正曲線である。
【００５０】
（３）ｓ＜ｆ０／ｎ−ｗの時は、スペクトルの強度差から式（１１）を用いて消光比を算出することが可能である。つまり、（３）の場合は最大値の測定結果には一つのスペクトル成分しか含まれていないため、ｍ＝０，ｎ，２ｎのスペクトル強度を正確に測定できるためである。
【００５１】
一般的に、市販の光スペクトラムアナライザーは、分解能よりも、掃引のステップが細かいため、ｆ０のピークが完全に含まれるパワーの値を取得することができるが、掃引のステップが分解能と同じ場合、スリットの境界が丁度スペクトルに掛ってしまった場合には、上記（３）の条件を満たしていてもピークのパワーが２つの測定値に跨ってしまう場合がある。その場合には、該当する２つの測定値を足して、分解能を２ｓとして補正を掛ければよい。
【００５２】
図４で示した、ｆ０＝１０ＧＨｚの場合では、ｎ＝４，８で補正が必要となるため、補正を考慮して計算した結果を図６に示す。
【００５３】
次に、市販の光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）の中でもＧＨｚオーダーの分解能を持つ高分解能光スペクトルアナライザー（分散分光方式）を用いて短パルスのスペクトルを測定した実施例を図７〜９に示す。ｆ０＝１０ＧＨｚとし、ｎ＝８に設定した場合である。
【００５４】
図７は、オシロスコープで見て若干ｆ０（１０ＧＨｚ）成分が残っている（消光比は１０ｄＢ程度を想定）。また、図８は、オシロスコープでは完全に１０ＧＨｚは見えなくなっているが、スペクトル上は、まだスペクトルのうねりが最小ではない。
【００５５】
上述したモデルでは、パルス列をδ関数（式（４））としているため、スペクトルは無限の広がりをもつことになるが、実際の短パルス列は有限の幅を持っているため、スペクトルも有限である。したがって、中心周波数から離れた拡がりの外側部分はモデルとは整合していないため、これらの周辺部分は除外する必要がある。
【００５６】
測定される光のスペクトル強度分布は、図８に示すように、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、２つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成している。各ピークを除く中心の窪んだ領域が、上記モデルが成り立つ領域で、短パルス光の中心周波数を中心として、全体幅（図８のようなスペクトル強度分布が示す形状の全体周波数幅であり、両側のピーク強度から所定強度低い部分、例えば図８でピーク値より１０ｄＢ程度低い−４０ｄＢ部分の周波数幅）の約２／３程度の領域が該当する。このような窪んだ領域が、スペクトルのうねりを示す部分となる。
【００５７】
また、所望のスペクトル周波数範囲として、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、前記スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、前記スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して２／３倍の周波数幅以内と設定することも可能である。この場合は、スペクトル強度分布における光強度の最大値から差し引く所定の強度としては、例えば１０ｄＢ程度とすればよいが、必要に応じて３ｄＢや５ｄＢなどそれ以外の強度とすることも可能である。
【００５８】
図９では、ＯＳＡ上でうねりを最小にした状態（消光比最良点に該当する）を示している。うねりを最小にするには、ＯＳＡのうねりを示す部分を、光強度の最大値と最小値との差を判断するための測定対象となるスペクトル周波数範囲とし、当該所望の範囲において、当該差が最小化するように、パルスピッカーの光変調器に印加するバイアス電圧を制御する。
【００５９】
次に、ｆ０＝１０ＧＨｚとし、ｎ＝２，４，８の場合、各スペクトルのうねりから消光比を算出した結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】
【００６１】
また、所望のスペクトル周波数範囲は、繰り返し周波数ｆ０よりも広い範囲を対象とすることが必要である。これにより、ＯＮ／ＯＦＦ消光比に対応する間接的な物理量をより正確に測定することが可能となる。
【００６２】
以上の説明では、短パルス光発生装置に組み込まれた光変調器のバイアス電圧を制御する構成を説明したが、本発明は、更に、光変調器、特に短パルス光発生装置に使用される光変調器を、単体で試験評価（印加すべきバイアス電圧の測定や駆動環境でのバイアス電圧の変化の測定）する際にも利用可能である。
【００６３】
つまり、図１のように、繰り返し周波数ｆ０の短パルス光Ａを、被測定対象の光変調器２に入射し、該光変調器２を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光（Ｂ１又はＢ２）の繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）となるように動作させ、バイアス制御手段５により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、スペクトル解析手段４により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光Ｂ２（当然、Ｂ１を直接測定しても良い）をスペクトル解析し、該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定する。
【００６４】
このように測定されたバイアス電圧は、光変調器のバイアス電圧評価として利用することが可能である。例えば、光変調器のバイアス電圧最適点を測定することにより、パルスピッカーとして光変調器のＯＮ／ＯＦＦ消光比を評価することが可能となる。なお、上述した「所望のスペクトル周波数範囲」などについては、短パルス光発生装置で説明した各種の方法や考え方が、同様に利用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上説明したように、本発明によれば、短パルス光発生装置を構成するパルスピッカー光変調器の出力光からＯＮ／ＯＦＦ消光比を高速かつ高い消光比レベルでモニタし、該光変調器に印加されるバイアス電圧を最適に制御可能な短パルス光発生装置を提供することが可能となる。また、短パルス光発生装置に使用可能な光変調器のバイアス電圧評価方法を提供することも可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１ パルス発信器
２ 光変調器（パルスピッカー）
３ 分岐部
４ スペクトル解析部
５ バイアス制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し周波数ｆ０で短パルス光を発生するパルス発信器と、
入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とする光変調器と、
前記光変調器からの出力光の一部を分岐する分岐部と、
前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、
前記分岐部で分岐された光のスペクトルを解析するスペクトル解析部とを有する短パルス光発生装置であって、
前記バイアス制御部は、前記スペクトル解析部に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されていることを特徴とする短パルス光発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の短パルス光発生装置において、該光のスペクトル強度分布は、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、２つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成しており、
前記所望のスペクトル周波数範囲は、各ピークを除く前記窪んだ形状部分に存在する
ことを特徴とする短パルス光発生装置。
【請求項３】
請求項１に記載の短パルス光発生装置において、前記所望のスペクトル周波数範囲は、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、該スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、該スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して２／３倍の周波数幅以内に設定されていることを特徴とする短パルス光発生装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の短パルス光発生装置において、前記所望のスペクトル周波数範囲は、前記繰り返し周波数ｆ０よりも広い範囲を対象としていることを特徴とする短パルス光発生装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の短パルス光発生装置において、前記光強度の最大値と最小値との差は、０．１ｎｍ以下の分解能の分散分光方式のスペクトル解析装置を用いて解析することを特徴とする短パルス光発生装置。
【請求項６】
繰り返し周波数ｆ０の短パルス光を光変調器に入射し、
該光変調器を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光の繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）となるように動作させ、
バイアス制御手段により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、
スペクトル解析手段により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光をスペクトル解析し、
該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定することを特徴とする光変調器のバイアス電圧評価方法。
【請求項１】
繰り返し周波数ｆ０で短パルス光を発生するパルス発信器と、
入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）とする光変調器と、
前記光変調器からの出力光の一部を分岐する分岐部と、
前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、
前記分岐部で分岐された光のスペクトルを解析するスペクトル解析部とを有する短パルス光発生装置であって、
前記バイアス制御部は、前記スペクトル解析部に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化するように、前記バイアス電圧を制御するよう設定されていることを特徴とする短パルス光発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の短パルス光発生装置において、該光のスペクトル強度分布は、周波数軸の両端で各々ピークを有すると共に、２つのピークに挟まれた領域が該ピークに対して窪んだ形状を形成しており、
前記所望のスペクトル周波数範囲は、各ピークを除く前記窪んだ形状部分に存在する
ことを特徴とする短パルス光発生装置。
【請求項３】
請求項１に記載の短パルス光発生装置において、前記所望のスペクトル周波数範囲は、光変調器へ入力された短パルス光の中心周波数を中心とし、該スペクトル解析部に入射された光のスペクトル強度分布の包絡線での両端において、該スペクトル強度分布における光強度の最大値から所定の強度を差し引いた点同士を結んだ周波数幅に対して２／３倍の周波数幅以内に設定されていることを特徴とする短パルス光発生装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の短パルス光発生装置において、前記所望のスペクトル周波数範囲は、前記繰り返し周波数ｆ０よりも広い範囲を対象としていることを特徴とする短パルス光発生装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の短パルス光発生装置において、前記光強度の最大値と最小値との差は、０．１ｎｍ以下の分解能の分散分光方式のスペクトル解析装置を用いて解析することを特徴とする短パルス光発生装置。
【請求項６】
繰り返し周波数ｆ０の短パルス光を光変調器に入射し、
該光変調器を、入力信号に基づき前記繰り返し周波数ｆ０の短パルス光の内、特定の短パルス光を除去し、該光変調器からの出力光の繰り返し周波数をｆ０／ｎ（ｎは２以上の自然数）となるように動作させ、
バイアス制御手段により、該光変調器にバイアス電圧を印加し、
スペクトル解析手段により、該光変調器からの出力光の少なくとも一部の光をスペクトル解析し、
該バイアス制御手段を動作させ、該スペクトル解析手段に入射された光の所望のスペクトル周波数範囲における光強度の最大値と最小値との差を最小化し、その際の印加されたバイアス電圧を測定することを特徴とする光変調器のバイアス電圧評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１１４０６５（Ｐ２０１３−１１４０６５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６０５７８（Ｐ２０１１−２６０５７８）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人情報通信研究機構、「高度通信・放送研究開発委託研究／近接テラヘルツセンサシステムのための超短パルス光源の研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人情報通信研究機構、「高度通信・放送研究開発委託研究／近接テラヘルツセンサシステムのための超短パルス光源の研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
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