Light loop device and an optical signal delay circuit |
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申请号 | JP2010500702 | 申请日 | 2009-02-25 | 公开(公告)号 | JP5509482B2 | 公开(公告)日 | 2014-06-04 |
申请人 | 達俊 塩田; | 发明人 | 達俊 塩田; 隆志 黒川; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | 入射したレーザ光パルスを、光導波路ループを周回する光路または前記光導波路ループをバイパスする光路の少なくとも一方に導入する光路選択器と、 前記光導波路ループに入射した前記レーザ光パルスを所定周波数間隔だけシフトして、周波数被変換レーザ光を生成し、この後、周回を重ねるごとに、当該周回する周波数被変換レーザ光を、さらに前記所定周波数間隔だけ順次シフトして、所定周回の周波数被変換レーザ光を生成する周波数シフタと、 を有する光導波路ループを備えた光ループ装置であって、 前記光路選択器は、前記光導波路ループを周回する光路への導入路および前記光導波路ループをバイパスする光路への導入路に、スイッチとして機能する光増幅器をそれぞれ有し、前記所定周回に対応する前記所定タイミングで、前記周波数被変換レーザ光を前記光導波路ループの外部に出射する、 ことを特徴とする光ループ装置。 前記レーザ光パルスが、直接強度変調されまたは外部強度変調されたことを特徴とする請求項1に記載の光ループ装置。 前記光路選択器、前記周波数シフタ、前記光増幅器、および前記光導波路ループの少なくとも2つが同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光ループ装置。 前記光導波路ループが光ファイバーループとして形成されていることまたは基板上または基板内に形成されていることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の光ループ装置。 前記レーザ光パルスが、波長ロックされたことを特徴とする請求項1から4の何れかに記載の光ループ装置。 入射したレーザ光パルスを、光導波路ループを周回する光路または前記光導波路ループをバイパスする光路の少なくとも一方に導入する光路選択器を有する光導波路ループを備えた光信号遅延回路であって、 前記光路選択器は、前記光導波路ループを周回する光路への導入路および前記 光導波路ループをバイパスする光路への導入路に、スイッチとして機能する光増幅 器をそれぞれ有し、前記所定周回に対応する前記所定タイミングで、前記周波数被 変換レーザ光を前記光導波路ループの外部に出射する、 ことを特徴とする光信号遅延回路。 前記光路選択器、前記光増幅器および前記光導波路ループの少なくとも2つが同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の光信号遅延回路。 前記光導波路ループが光ファイバーループとして形成されていることまたは基板上または基板内に形成されていることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の光信号遅延回路。 |
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说明书全文 | 本発明は、レーザ光パルスを光導波路ループに入射し、当該入射したレーザ光パルスを光導波路ループ内で所定回周回させることで周波数変換または遅延させることができる光ループ装置、光信号遅延回路、周波数変換方法および光信号遅延方法に関する。 従来、図17に示す光ファイバーループ装置が知られている。 図17の光ファイバーループ装置8では、レーザ光源81から出射したレーザ光は、光カプラ82を介して光ファイバーループ83に連続的に入射される。 光ファイバーループ83に入射されたレーザ光は、光増幅器84で増幅された後、周波数シフタ85により周波数変換される。 図17では、光ファイバーループ83は、光コム発生器として機能し、発生したコム光は、光カプラ82を介して、光ファイバーループ83外のAWG(アレイ導波路回折格子)86に入射され、AWG86からは分波されたコム光(周波数コム光)が得られる。 また、図18に示すような、光コム発生装置を用いたスペクトル計測装置が知られている。 このスペクトル計測装置9では、レーザ光源91から出射したレーザ光は、光コム発生器92に入射される。 光コム発生器92からの周波数コム光は、波長可変フィルタ(BPF)93を介してSSB変調器94に入射された後に試料98に照射される。 試料98の応答光(周波数コム光)は、光検出器95により検出される。 光コム発生器92の出力は、光周波数計96により計測されており、コンピュータ97は、光検出器95の出力と、光周波数計96の出力とから試料98のスペクトル解析結果を出力することができる。 図17の光ファイバーループ装置8では、単一モードの周波数を得ることが困難であり、光ファイバーループ83内での共振により出力安定性が悪い。 このため、光増幅器84のゲインの最適化が必要となるが、実際にはこの最適化は困難である。 また、図18の従来のスペクトル計測装置9では、波長可変フィルタ(BPF)93の性能に限界があり、S/N比が低く、信号強度が弱く、しかも掃引可能領域が限定されるという問題がある。 本発明の目的は、レーザ光パルスを光導波路ループ(光ファイバーループや基板上または基板内に形成された光導波路ループ)に入射し、当該入射したレーザ光パルスを前記光導波路ループ内で周回させることで順次周波数がシフトした周波数被変換レーザ光を生成し、所定周回のタイミングで周波数被変換レーザ光を出射することで所望周波数のレーザ光を得ることができる光ループ装置および周波数変換方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、スペクトル計測装置として使用できる上記光ループ装置を提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、レーザ光パルスを光導波路ループ(光ファイバーループや基板上または基板内に形成された光導波路)に入射し、当該入射したレーザ光パルスを前記光導波路内で周回させることで前記レーザ光パルスを所定の時間だけ遅らせることができる光信号遅延回路および光信号遅延方法を提供することにある。 本発明の光ループ装置は(1)から(9)を要旨とする。 (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 本発明の光信号遅延回路は(10)から(15)を要旨とする。 (11) (12) (13) (14) (15) 本発明の周波数変換方法は(16)を要旨とする。 本発明の光信号遅延方法は(17)を要旨とする。 本発明の光ループ装置および周波数変換方法では、光導波路ループに入射するレーザ光は連続光でないので(パルスなので)、光導波路ループ内での共振が回避される。 これにより、周波数シフタは、光導波路ループ内を周回するレーザ光パルスの周波数(単一周波数)をシフトさせることになり、光路選択器から、所定周波数(離散的周波数)の特性に優れた(S/N比が高く、かつ安定性が高い)レーザ光を得ることができる。 また、光路選択器として、バーモードとクロスモードとを有する2×2光スイッチを用いた場合には、部品点数を削減した効率のよい制御を行うことができる。 スペクトル計測装置として本発明の光ループ装置を用いる場合には、S/N比が高く、かつ安定性が高いスペクトル計測を行うことができる。 本発明の光信号遅延回路では、光ループ内でレーザ光パルス(典型的には光パケット)を周回させることで、当該レーザ光パルスを所定の離散時間だけ遅延させることができ、本発明の光信号遅延回路は、たとえば光メモリとして使用できる。 1 光ループ装置 2 スペクトル計測装置 3 光信号遅延回路 11 光導波路ループ 12,32 光路選択器 12',32' 増幅器内蔵光路選択器 13,16 周波数シフタ 15 光ゲートスイッチ 14,33 光増幅器 17 基板 21 試料 22 光検出器 23 コンピュータ 31 光ファイバーループ 34 フィルタ 36 通信回線 100 レーザ光パルス源 101 レーザ 102 光強度変調器 103 波長ロッカ 110 光ループ制御部 121 3dBカプラ 122,123 SOA 図1は本発明の光ループ装置および周波数変換方法の第1実施形態を示す説明図である。 図1において、光ループ装置1は光導波路ループ(図1では、光ファイバーループ)11と光路選択器12とを備えており、光導波路ループ11は周波数シフタ13と光増幅器14とを有している。 また、図2(A),(B)に示すように、レーザ101には波長ロッカ103を付属させることができ、レーザ101が出射するレーザ光の波長をロックできる。 光路選択器12は、レーザ光パルスLPを光導波路ループ11に導入する光路、または光導波路ループ11をバイパスする光路の少なくとも一方を選択することができる。 レーザ光パルスLPが光導波路ループ11に導入されると、入射したレーザ光パルスLPは当該光導波路ループ11内でN周回(Nは正の整数)され、所定周回のタイミングで当該光導波路ループ11の外部に周波数被変換レーザ光LM Nとして出射される。 周波数被変換レーザ光LM Nの出射も光路選択器12が行う。 周波数シフタ13は、光導波路ループ11内を周回する光を周波数変換して周波数被変換レーザ光を生成する。 すなわち、まず、入射したレーザ光パルスLPを周波数変換して、第1周回の周波数被変換レーザ光LM 1を生成する。 以下、同様して、周波数被変換レーザ光LM Nが生成されるまで、周回する周波数被変換レーザ光の周波数変換(所定間隔シフト)を行う。 光増幅器14は、光導波路ループ11をレーザ光が周回するとき、その損失を補うようにレーザ光を増幅する。 図1に示したように、光増幅器14は、周波数シフタ13の後段にあってもよいし、周波数シフタ13の前段にあってもよい。 なお、光増幅器14は当該増幅器を出た後の光出力レベルが常に一定となるような、利得一定制御のモードで動作させることが、安定な動作の観点から望ましい。 光路選択器12は、周回数(周波数シフタを通過する回数)に対応する所定タイミングで、周回数Nに対応する所定タイミングで、周波数被変換レーザ光LM Nを光導波路ループ11の外部に出射する。 光路選択器12としてメカニカル型光スイッチ、干渉型光スイッチ、偏光制御型光スイッチを使用した例を図3(A),(B)、図4(A),(B)、図5(A),(B),(C),(D)により説明する。 2×2光スイッチSW 2×2のスイッチング時間(スイッチング周期)は光導波路ループ11をレーザ光が1周する時間(たとえば、100μsec)よりも十分に短いことが望ましい。 すなわち、2×2光スイッチSW 2×2のスイッチング時間T SWと、光導波路ループ11をレーザ光パルスLPが1周する時間T FLとの間には、T SW ≪T FLの関係があることが望ましい。 図4(A),(B)では、光路選択器12として、カプラCPと1×2光スイッチを用いた例を示している。 図4(A)に示すように、レーザ光パルスLPはカプラCPLを介して1×2光スイッチSW 1×2に入射される。 1×2光スイッチSW 1×2が、一方のモード(入力端子aが出力端子b2に接続されている)にあるときは、レーザ光パルスLPを光導波路ループに入射するように動作し、周回する周波数被変換レーザ光は光導波路ループ11内に閉じ込められる。 また、図4(B)に示すように、1×2光スイッチSW 1×2が、他方のモード(入力端子aが出力端子b1に接続されている)にあるときは、2×1光スイッチSW 2×1から第N周回の周波数被変換レーザ光LM Nを出射する。 2×1光スイッチSW 2×1のスイッチング時間(スイッチング周期)は光導波路ループ11をレーザ光が1周する時間よりも十分に短いことが望ましい。 すなわち、2×1光スイッチSW 2×1のスイッチング時間T SWと、光導波路ループ11をレーザ光パルスLPが1周する時間T FLとの間には、T SW ≪T FLの関係があることが望ましい。 図5(A),(B),(C),(D)では、光路選択器12として、2×1光スイッチSW 2×1と1×2光スイッチSW 1×2とを用いた例を示している。 図5(A)に示すように、2×1光スイッチSW 2×1と1×2光スイッチSW 1×2とが第1のモード(SW 2×1の入力端子a1が出力端子bに接続され、SW 1×2の入力端子cが出力端子d2に接続されている)にあるときは、レーザ光パルスLPは光導波路ループ11に入射する。 図5(B)に示すように、2×1光スイッチSW 2×1と1×2光スイッチSW 1×2とが第2のモード(SW 2×1の入力端子a2が出力端子bに接続され、SW 1×2の入力端子cが出力端子d2に接続されている)にあるときは、光導波路ループ11を周回する周波数被変換レーザ光は光導波路ループ11内に閉じ込められる。 図5(C)に示すように、2×1光スイッチSW 2×1と1×2光スイッチSW 1×2とが第3のモード(SW 2×1の入力端子a2が出力端子bに接続され、SW 1×2の入力端子cが出力端子d1に接続されている)にあるときは、光導波路ループ11を周回する周波数被変換レーザ光は、1×2光スイッチSW 1×2から第N周回の周波数被変換レーザ光LM Nとして出射される。 図5(D)に示すように、2×1光スイッチSW 2×1と1×2光スイッチSW 1×2とが第4のモード(SW 2×1の入力端子a1が出力端子bに接続され、SW 1×2の入力端子cが出力端子d1に接続されている)にあるときは、レーザ光パルスLPは光導波路ループ11に入射されることなく素通りする。 第1のモードから第2のモードに移行する時間は光導波路ループ11をレーザ光が1周する時間よりも十分に短いことが望ましい。 すなわち、第1のモードと第2のモードの時間T M1-M2と、光導波路ループ11をレーザ光パルスLPが1周する時間T FLとの間には、T M1-M2 ≪T FLの関係があることが望ましい。 ところで、図3から図5に示したスイッチは、高速動作ができる干渉型光スイッチや偏光制御型光スイッチである。 しかし、これらのスイッチでは、消光比が不十分であり、光導波路ループ11に残存した光がノイズとなるSN比が悪くなるという問題がある。 図7に、光路選択器として2×2光スイッチSW 2×2を用いたときの図6の光ループ装置1のタイムチャートを示す。 図7にけるS1,S2,S3は、図6に示した光ループ制御部110がレーザ光パルス源100,光路選択器12,光ゲートスイッチ15に送出する制御信号の状態を示している。 1回目周回においてS1がON(Hレベル)となりレーザ光パルスLPが生成されると同時に、SW 2×2がクロスモードになる(S2がCROSS)。 これにより、レーザ光パルスLPが光導波路ループ11に導入される。 このとき、光ゲートスイッチ15はOFF(S3がOFF)となる。 この後、ただちにSW 2×2がバーモード(S2がBAR)になるとともに、光ゲートスイッチ15がON(S3がON)となり、レーザ光パルスLPは光導波路ループ11内で周回する。 周回する間レーザ光パルスは周波数変換される。 周回するレーザ光(周波数被変換レーザ光)がN周回するときに、SW 2×2がクロスモードになる(S2がCROSS)とともに、光ゲートスイッチ15がOFF(S3がOFF)となり、周波数被変換レーザ光LM Nが出射される。 なお、図6において、光ループ制御部110が周波数シフタ13に送出する信号S4は、周波数のシフト量を決めるプリセット信号である。 上記の実施形態では、光路選択器12と光増幅器14とを別構成とした例を説明したが、図8(A),(B)に示すように、光路選択器12と光増幅器14との機能を1つの部材とした光増幅器内蔵光路選択器12'が設けられている。 図9により、上記の光ループ装置1をスペクトル計測装置として使用した実施形態を説明する。 図9のスペクトル計測装置2においては、レーザ光パルス源100および光ループ装置1は、上述した構成と同一である。 光ループ装置1には、光導波路ループ11,光路選択器12,周波数シフタ13,光増幅器14,光ゲートスイッチ15および微調用の周波数シフタ13が形成されている。 本実施形態では、光検出器22が出力する検出信号はコンピュータ23に送られ、コンピュータ23はこの信号に基づきスペクトル解析を行う。 なお、コンピュータ23は、本発明における制御処理装置であり、周波数シフタ16の掃引を制御している。 なお、図9でも、光ゲートスイッチ15は周波数シフタ13および光増幅器14の前段に設けられている。 光増幅器14は、周波数シフタ13の後段にあってもよいし、前段にあってもよい。 また、光路選択器12および光増幅器14に代えて、図8(A),(B)に示した光増幅器内蔵光路選択器12'を用いてもよい。 図10,図11,図12および図13に、ハイブリッド集積した本発明の光ループ装置の実施形態を説明する。 図14は、光信号遅延回路として使用される本発明の光ループ装置の実施形態を示す説明図である。 図14では光信号遅延回路(光ループ装置)3は、通信回線36に接続されている。 光信号遅延回路3は、光導波路ループ31を備え、光導波路ループ31は、光路選択器32と、光増幅器33と、フィルタ34と、光ゲートスイッチ35とを有している。 フィルタ34は、周回するレーザパケットLPの波形を元の形状に整形する。 そして、光導波路ループ31を周回する光パケットLPは、周回数Nに対応する所定タイミングで、光路選択器32により、光導波路ループ31の外部に出射される。 以上のようにして、光信号遅延回路3は、レーザ光パルス群からなる光パケットLPを所定の離散時間だけ遅延させることができる。 さらに、図15に示すように、光導波路ループ31を基板上にパターン形成し、光路選択器32,光増幅器33,フィルタ34と一体に形成することもできる。 また、図8(B)に示した光増幅器内蔵光路選択器12'と同様の構成の光増幅器内蔵光路選択器32'を使用する場合には、図16に示すように光増幅器33を省略することができる。 なお、図示はしないが、図14,図15および図16の光信号遅延回路3には、他の光学要素(カプラ等)を設けることもできる。 |