JPH04503868A - 異なる周波数の歯状光のコームを発生する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 異なる周波数の歯状光のコームを発生する装置及び方法この発明は異なる周波数 の歯状光のコーム（ｃｏｍｂ　ｏｆｏｐｔｉｃａｌ　ｔｅｅｔｈ））を発生する 装置及び方法に関する。

このようなコームはしばしば必要とされる。例えば一般的な検知システムは、Ｅ ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　１９８８　８月４日、Ｖｏｌ　２４　 Ｎｏ　１６に示され、短いコヒーレンス（ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）の光源からの光 を、光ループ内で循環させることによってコームが生成される。このループは周 波数シフター’（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　５ｈｉｆｔｅｒ）を含み、ループからの 出力信号は異なる波長の光の歯のコームの形状をしている。

コームを生成する一般的な装置に関する欠点は、出力信号の振幅が急速に減少し 、その結果、検出できる振幅を有するコームの歯の数は、急速な減衰によりほぼ ３つに制限される。

しかし、実質的に同一振幅の多数の歯を有するコームを生成する必要性がしばし ば生じる。例えば幾つかのレーザ源を単一マスターレーザにロックするときなど である。

この発明の目的はこの欠点を克服することである。この発明の第１の特徴によれ ば、異なる周波数の光の歯のコームを生成する装置が提供され、この装置はルー プ内の循環光信号の周波数をシフトするための光周波数シフト手段を含む先導波 管ループと、循環信号を増幅するための光増幅手段と、及びループ内に設けられ コヒーレンスな入力光信号をループに導入し、循環信号の一部をループから伝送 するための光結合手段を具備する。

ループ内に増幅手段を含むことにより、ループから循環信号の一部を伝送するこ とによってループから失われるパワー、又同時にループ内のインヒーレントな損 失を補償することができる。

先導波管ループは、リチュームニオブ酸塩の本体内のチタニューム拡散領域を具 備することができ、又はガリューム砒素や他の目Ｉ−Ｖ属化合物のような光透過 性半導体を具備することができる。しかし好適にこの装置は光ファイバーを具備 する。光ファイバーでループを形成することにより耐久性が得られる。結合損失 は更に少なく、遅延は他の方法でループが形成されたときより簡単に達成できる 。更に、現在の多くの光学部品がファイバーに互換性があるので、光ファイバー の使用は便利である。

周波数シフト手段は、低損失の単一側波帯圧縮搬送波変調器（ｓｉｎｇｌｅ　５ ｉｄｅｂａｎｄ　５ｕｐｐｒｅｓｓｅｄ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ）を具備することもできるが、Ｂｒａｇｇ　ｃｅｌｌを好適に具備する。総合さ れたＢｒａｇｇ　ｃｅｌｌを使用することにより、数十ＧＨｚまでの歯間距離が 達成できる。

周波数シフト手段は、マツハツエンダ−変調器（Ｍａｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ　ｍｏ ｄｕｌａｔｏｒ）も具備できる。ループ内の周波数シフターとしてマツハツエン ダ−変調器を使用するときの問題点は、それは理想的な変調器ではなく、２つの 周波数を発生することである。パルスモード動作に関して、これらの周波数の内 一つは、Δｆのステップでその中心周波数が増減する狭帯域光フィルタを使用す ることにより、原則として取り除かれる。ここでΔｆはループ周波数シフトであ る。この技術が用いられると、フィルタの中心周波数は、コヒーレントな入力光 信号の周波数に一致する値に、これがパルスになる前に常にリセットされる。実 際的にはフィルタの中心周波数を次の新しい値にステップ可変させるための周期 を割り付けることが必要である。これはコヒーレントな入力光信号をスイッチす るのに使用されるパルス幅より長いループ遅延を用いて達成できる。この応用に 特に適している装置は波長調整多電極ＤＦＢ／ＤＢＲ半導体レーザアンプである 。

基本的に調整可能レーザアンプは、狭帯域レーザ光増幅フィルタであり、３ｄＢ ゲインの帯域幅約２．５ＧＨｚ。

６０ＧＨｚの調整範囲、及び数ナノ秒の調整速度を有する試作器が報告されてい る。従ってこれら初期の装置は、約５ＧＨｚで分割される１０個のトーンを発生 するために使用できる。

光増幅手段はＲａｍａｎ又はＢｒ１ｌｌｏｕｉｎ処理により、あるいは希土類の ドープされたファイバーにより提供することができ、これらは全て光ポンプ（ｏ ｐｔｉｃａｌ　ｐｕｍｐｉｎｇ）を必要とする。これは光ポンプを必要としない レーザとしての半導体レーザにより好適に提供できる。更に、半導体レーザアン プを使用して、４波の合成は周波数コーム発生器に殆ど影響を与えず、歯のセパ レーションが数ギガヘルツのときは特に影響を与えない。これは、半導体レーザ の屈折率はパワーに依存するという事実によるためである。しかし、影響が無視 できないとき、半導体レーザの非線形性を、屈折率変調を取り除くことにより補 償するフィードバック技術が、搬送波密度変調を取り除くのに使用できる。

光増幅手段の帯域幅が、周波数コーム内の歯の所望数を発生するために必要とな る帯域幅より広い場合、ループ帯域幅を最小に抑えるために、光導波管ループ内 に光フィルタを好適に設けることができる。使用できる最小のフィルタ帯域幅は 、必要な歯の数にそれらのセパレーション周波数を掛けた値にほぼ等しい。この 応用に特に適する光フィルタは、ファイバーベース（Ｈｂｒｅ−ｂａｓｅｄ）の Ｐａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計である。

又、光フィルタは吸収フィルタ、２塩化物フイルタ格子、干渉フィルタなどを具 備することができる。

光結合手段は、第１光フアイバーに僅かに接続される第２光フアイバーを好適に 具備できる。２つのファイバーはカプラー（ｃｏｕｐｌｅｒ）を形成するために 一緒に結合できる。

入力信号は連続信号でよい。このような入力信号により、歯が各々出力信号に連 続して存在する周波数コームが発生される。

又、入力信号はパルスでもよい。その結果、周波数コームはパルス列の歯を具備 する。アンプが飽和し、コームの歯を許容できないほどの少ない数に制限したと きは、パルス入力信号を使用するのが望ましい。調整可能遠隔レーザが、どの歯 がその参照周波数として使用されるかを認識できる必要があるとき、これは特に 適している。なぜならば、光変調器をコーム発生器の出力に接続することにより 、及びその駆動を発生されたパルスに同期させることにより、装置にその参照と して使用される歯は、認識のために設計された装置の識別コードにより変調する ことができるからである。

この発明の第２の特徴によれば、異なる波長の光の歯のコームを形成する方法が 提供され、この方法は、コヒーレントな入力光信号を光学的シフト手段と増幅手 段を有する先導波管ループに結合するステップと、信号をループに循環させるス テップと、及びそのループから信号の一部分を抽出し、その結果コームを発生す るステップを有する。

この発明の一実施例が、添付図面を参照してこれより説明される。

図１は周波数コームを連続入力信号から発生するこの発明装置の概略図。

図２は周波数コームをパルス入力から発生するこの発明装置の概略図。

図１には光の歯のコームを発生する装置が示される。

装置１は光ファイバー３から形成される光導波管ループ２を具備する。ループ２ はＢｒａｇｇ　ｃｅｌｌから形成される周波数シフター４、半導体レーザから形 成される光アンプ５、及びＦｅｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ千渉計から形成される光フィ ルタ６を具備する。

装置１は更に、第１光フアイバー３に融合された第２光フアイバー８より形成さ れる光カプラ−７を具備する。更に装置はマスターレーザ９を具備する。

コヒーレントな連続入力信号はレーザ９によってカプラー７に発射され、その信 号は信号出力ポート１０及びフィードバック出力ポート１１に分割されて、出力 信号及びフィードバック信号が各々発生される。一般に、カプラー７は１：１カ プラーで、それ放入力信号は信号出力ポート１０及びフィードバック出力ポート １１に等しく分割される。しかし他の結合比も使用できる。出力信号はコームの 第１の歯を形成する一方、フィードバック信号の周波数は周波数シフター４によ りシフトされる。フィードバック信号はパワーが入力信号と等しくなるようにア ンプ５によって増幅される。従って、１：１カプラー７に関して、アンプ５はル ープ損失を克服するために、信号を少なくとも一つの２の因数で増幅する。

そしてフィードバック信号は、カプラー７を通過し、そこで信号は２つの出力ポ ート１０．１１に等しく分割され、パワーは信号出力ポート１０に供給され、コ ーム内に第２の歯を形成する。このフィードバック処理は何回も継続され、フィ ードバックループ２の通過動作は発展した周波数コーム内に各々新たな歯を発生 する。ループ２の制限帯域幅は発生できる歯の最大数を決定する。光フィルタ６ はコームのスペクトル幅を制限し、フィードバック信号内のノイズを最小限に抑 える。コーム内の歯は各々明確な周波数を有し、出力信号内に連続的に存在する 。

図２には装置２１が示される。この装置２１の構成要素は、図１に示される構成 要素と同一要素が使用され、一致する参照番号が与えられている。装置２１は、 光ファイバー３から構成される光導波管ループ２を具備する。ループ２は更に周 波数シフター４、光アンプ５、及び光フィルタ６を含む。

ループ２は、約５ｎｓ／ｍの遅延を有するファイバーより構成される光ディレィ ２２を具備する。装置２１は又、マスターレーザ９とカプラー７への信号入力の 間に位置する振幅変調器２３を含む。

マスターレー・ザ９からの出力はパルスドライブ２４を用いる振幅変調器２３に よりチョップされる（ｃｈｏｐｐｅｄ）。ここでパルス幅はディレィ２２による 遅延に等しいか、又はそれ以下であり、繰り返しレー）　（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏ ｎ　ｒａｔｅ）はＮに等しい（Ｎはコーム内の歯の数に等し７く、使用される特 定フィルタ６の帯域幅により決定される）。コーム内の歯の数はアンプをゲート することによっても制御できる。このフィードバック処理は図１の装置で行われ た説明と同じである。

このパルスモードのコーム発生は、常に使用できるわけではないが、調整可能遠 隔レーザが、コームのどの歯がその参照周波数として使用されるかを識別する必 要のある応用に特に適している。これは、光変調器をコーム発生器の信号出力に 結合し、そして発生されたトーンバースト（ｔｏｎｅ　ｂｕｒｓｔｓ）にその信 号ドライブを同期させることにより行われ、送信器によりその参照として使用さ れる歯は、認識できるように設計される送信器の識別コードにより変調できる。

コーム発生器からの出力は時間的にゲートされ、所望のトーンバーストを選択で きるので、零復帰変調（ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ）フォーマットが使用される場合に、僅かに修正されたコーム発生器が、デジタ ル的に振幅変調された光搬送波を周波数変換するのに使用できる。マスターレー ザ９が変調された搬送波に取ってかわられ、パルスドライブ２４と振幅変調器２ ３がコーム発生器から取り除かれた場合、各データパルスは同一シーケンスのト ーンバーストを発生し、その長さは双方向のデータレートを越えるべきではない 。従って、コーム発生器からの出力が、シーケンスあたり一つのトーンバースト が抽出されるように周期的にゲートされると、オリジナル入力波形の周波数変換 された形態が生成され、実際の変換はどのトーンが選択されたかにより決定され る。

シーケンス毎に制限された数のトーンバーストがあるので、適用できる最高周波 数変換は、Δｆに零復帰パルス幅を掛けることにより得られる値、即ちデータレ ート積に制限される。

ある条件の下では、隣接する要素間の干渉を減少するために、前述された両方の 実施例における全であるいは幾つかの要素間に光絶縁装置を設ける必要がある。

トーンバーストが特定の目的に分解及び方向付けられるために、装置はＤ−ｆｉ ｂｒｅｓから形成されるスターカプラー及び電子スイッチのような空間スイッチ にリンクすることができる。

本明細書において、用語”光″は、一般に知られている可視光領域とその両端の 紫外線及び赤外線領域を含む電磁スペクトルであって、これらは光ファイバーの ような絶縁性光導波管により送信できる。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成３年９月２日

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．光導波管ループであって、前記ループ内の循環信号の周波数をシフトする光 周波数シフト手段と、前記循環信号を増幅する光増幅手段と、及び前記ループ内 に設けられコヒーレントな入力光信号を前記ループに導入し、前記循環信号を前 記ループから搬送するための光結合手段とを有する光導波管ループ、 を具備することを特徴とし、異なる波長の光の歯のコームを発生する装置。
2. ２．前記光導波管のループは第１光ファイバーを具備することを特徴とする請求 項１記載の装置。
3. ３．前記周波数シフト手段はＢｒａｇｇｃｅｌｌを具備することを特徴とする請 求項１又は２記載の装置。
4. ４．前記周波数シフターはＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器であり、前記装置は 狭帯域光フィルタを更に具備することを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
5. ５．前記狭帯域光フィルタは、波長調整できる多電極ＤＧＢ／ＤＢＲ半導体アン プを具備することを特徴とする請求項３記載の装置。
6. ６．前記光増幅手段は半導体レーザアンプを具備することを特徴とする請求項１ 乃至５のいずれかに記載の装置。
7. ７．前記半導体レーザアンプはガリューム砒素を具備することを特徴とする請求 項６記載の装置。
8. ８．前記光導波管ループは光フィルタを更に具備することを特徴とする請求項１ 乃至７のいずれかに記載の装置。
9. ９．前記光フィルタはファイバー・ベースのＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計を具 備することを特徴とする請求項８記載の装置。
10. １０．前記結合手段は、前記第１光ファイバーに僅かに結合される第２光ファイ バーを具備することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の装置。
11. １１．前記光結合手段は波長に依存する結合器を具備することを特徴とする請求 項１乃至７のいずれかに記載の装置。
12. １２．入力信号を供給する光源を有することを特徴とする請求項１乃至１１のい ずれかに記載の装置。
13. １３．前記入力信号はパルスであることを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. １４．前記入力信号は連続的な信号であることを特徴とする請求項１２記載の装 置。
15. １５．異なる波長の光の歯のコームを発生する方法において、コヒーレントな入 力光信号を、光学的シフト手段及び増幅手段を有する光導波管ループに結合し、 前記ループに前記信号を循環させ、 前記ループから前記信号の一部分を抽出することにより前記コームを発生するス テップを有することを特徴とする方法。