JPH06281896A - 光パルス発生装置 - Google Patents

光パルス発生装置

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JPH06281896A JP5089517A JP8951793A JPH06281896A JP H06281896 A JPH06281896 A JP H06281896A JP 5089517 A JP5089517 A JP 5089517A JP 8951793 A JP8951793 A JP 8951793A JP H06281896 A JPH06281896 A JP H06281896A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】光変調器の動作限界周波数を越える繰り返し周
波数まで光パルスを発生することができ、繰り返し周波
数およびパルス幅が可変の光短パルス発生装置を提供す
る。 【構成】一定出力の半導体レーザ光を、０Ｖまたは順方
向のバイアス電圧と正弦波状電圧で駆動された第１の半
導体電気吸収型光変調器に入射し、更にその出力光をバ
イアス電圧と前記正弦波状電圧と位相が反転しただけの
時間差がある正弦波状電圧で駆動された第２の電気吸収
型光変調器に入射することにより、正弦波電圧発生器の
発振周波数の２倍の繰り返し周波数の光短パルスを発生
するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速光ファイバ通信用
のソリトン光パルス発生装置、光情報処理システムにお
ける光クロック発生装置、光計測用超高速パルス光源及
び光サンプリング用光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光通信の分野においては伝送速度が高く
なると共に、従来の波長分散による悪影響や非線形効果
の影響を受け易いノン・リターン・ツウ・ゼロパルスを
用いる方式に変わり、光ソリトン通信が注目されてき
た。光ソリトン通信方式は、従来伝送方式の特性劣化要
因である光ファイバの波長分散特性や非線形光学効果を
積極的に利用するものであり、ファイバの波長分散によ
る光パルス広がりと非線形光学効果に基づくパルス圧縮
をバランスさせ光短パルスを形を変えずに伝送する方式
である。時間多重や波長多重も比較的容易であり、高速
化に適している。この光短パルスはトランスフォームリ
ミッテドパルス（光パルスの包絡線波形のフーリエ変換
に相当するスペクトルをもつパルス光パルス）であるこ
とが必要で、伝送速度を高くする観点からは光パルスの
繰り返しの限界周波数は高いほど望ましい。また、光パ
ルス間の干渉を防ぐためには光パルスのパルス幅は狭い
ものが望ましい。さらに、気温等の外部環境に影響され
にくいことも必要である。また、光サンプリング用光源
においては繰り返し周波数が変えられること、パルス幅
が可変できることが必要である。
【０００３】このような要求に対応する一つの手段とし
て、半導体電気吸収型光変調器はｄＢで表した消光比が
印加電圧に対しほぼ線形な関係を持つので、一定強度の
レーザ光を半導体電気吸収型光変調器に入射し、半導体
電気吸収型光変調器に正弦波状変調電圧を加えると、ほ
ぼｓｅｃｈ2 形状を持つ光パルスを発生することができ
る。さらに半導体電気吸収型光変調器の位相変調成分は
極めて小さいので、パルスはトランスフォームリミッテ
ッドパルスである（文献１：鈴木正敏 "光ソリトン通信
用超短光パルス", レーザ研究, vol.20, No.8, pp.673
-683, 1992）。この方式では気温等の外部環境に影響さ
れにくく、パルスの繰り返し周波数及びパルス幅を容易
に変化することができる。なお、類似するものとして同
一出願人による先願の平成４年特許願第４６３９０号が
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】文献１によるとパルス
の繰り返し周期の２５.５％〜１０％の半値幅をもつ光
パルスまで発生することができる。しかしながら、最高
の繰り返し周波数は半導体電気吸収型光変調器の動作限
界周波数である。本発明の目的は、かかる従来技術の問
題点を解決して、光変調器の動作限界周波数を越える繰
り返し周波数まで光パルスを発生することができ、繰り
返し周波数およびパルス幅が可変の光短パルス発生装置
を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の光パルス発生装置は、連続発振する半導体
レーザと、該半導体レーザの出力光に強度変調を行なう
第１の半導体電気吸収型光変調器と、該第１の電気吸収
型光変調器の出力光に強度変調を行なう第２の電気吸収
型光変調器と、該第１の電気吸収型光変調器と該第２の
電気吸収型光変調器を駆動させる正弦波状の電圧を発生
させる正弦波電圧発生器と、該第１の電気吸収型光変調
器と該第２の電気吸収型光変調器に光ゲート幅が繰り返
しの周期と同じかまたは広くなるように０Ｖまたは順方
向の直流電圧を加える直流電圧発生器と、該第２の電気
吸収型光変調器と正弦波電圧発生器の間に挿入されて該
正弦波電圧発生器の正弦波状電圧の位相を反転するだけ
時間を遅らせる遅延回路とを備えた構成を有している。
【０００６】
【作用】前記の本発明による光パルス発生装置は、一定
出力の半導体レーザ光を、０Ｖまたは順方向のバイアス
電圧と正弦波状電圧で駆動された第１の半導体電気吸収
型光変調器に入射し、更にその出力光をバイアス電圧と
前記正弦波状電圧と位相が反転しただけの時間差がある
正弦波状電圧で駆動された第２の電気吸収型光変調器に
入射することにより、正弦波電圧発生器の発振周波数の
２倍の繰り返し周波数の光短パルスを発生している。
【０００７】半導体電気吸収型光変調器を正弦波状電圧
で駆動すると、前記光出力特性の非線形性により、立ち
上がり及び立ち下がり時間が短い光ゲート動作をさせる
ことができる。バイアス電圧を０Ｖまたは順方向電圧で
適当な値に設定することにより、そのゲートが完全に開
いている時間は正弦波発生器の発振繰り返し周期の半分
以上に設定することができる。一定出力のレーザ光を第
１の半導体電気吸収型光変調器で光ゲート動作させて切
り出した光パルスの立ち上がり部分と立ち下がり部分の
両部分だけが、動作の位相が反転した第２の半導体電気
吸収型光変調器の光ゲートの、立ち上がり部分と立ち下
がり部分だけで重なり、繰り返し周波数が２倍の光短パ
ルスを発生することができる。繰り返し周波数は正弦波
電圧発生器の周波数を変えることにより任意の周波数に
変化可能である。
【０００８】
【実施例】始めに光ゲート動作のバイアス点について説
明する。図１において、単一波長レーザ１からの一定出
力の光が、ＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器２に入射
する。正弦波発生器５で発生した正弦波電圧と、直流電
圧源３により適当なバイアス電圧を加えた変調電圧を、
電気吸収型光変調器２に加える構成を考える。図２のよ
うにＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器２において、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ変調導波路層の禁制帯波長が１．４４μｍ
から１．５μｍの間に設定すると、通常＋０．５Ｖ程度
よりマイナス側では、ｄＢで表した消光比が印加電圧に
対しほぼ線形な関係を持ち、＋０．５Ｖ程度よりプラス
側では透過光強度が一定となる。＋０．５Ｖ近傍にバイ
アス電圧を設定すると、＋０．５Ｖ以上の電圧が電気吸
収型光変調器２に加わった時間だけ、一定強度の光を出
力し、＋０．５Ｖ未満の電圧が加わると急速に光出力が
弱まって、結果として光パルスが出力する。見方を変え
ると、電気吸収型光変調器２は一定強度の光からパルス
を切り出す光ゲートとして動作しているとみなし得る。
＋０．５Ｖまたはそれ以上の直流バイアス電圧に正弦波
電圧を重畳した変調電圧６を、電気吸収型光変調器２に
印加すると、光ゲートの完全に開いている時間が繰り返
し周期の半分またはそれ以上である光ゲート動作７をす
ることになる。
【０００９】図３は本発明の実施例の光パルス発生装置
のブロック図、図４は光短パルス発生の原理を説明する
ための図である。ＩｎＧａＡｓＰλ／４シフト分布帰還
型（ＤＦＢ）単一波長レーザ１からの波長１．５５μｍ
の一定強度の光が、第１のＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型光
変調器２に入射する。正弦波発生器５の最大振幅を１０
Ｖとした正弦波電圧の出力を２分岐し、一方の出力を直
流電圧源３により＋０．５Ｖにバイアスされた変調電圧
２１とともに第１の光変調器２に加える。現在の半導体
電気吸収型光変調器の動作限界の周波数が２０ＧＨｚ程
度であるので、正弦波発生器５の発振周波数を２０ＧＨ
ｚとした。第１の光変調器２は、光ゲートの完全に開い
ている時間が繰り返し周期の半分であり、かつ立ち上が
り及び立ち下がり時間が非常に短いような光ゲート動作
１１をする。よって、光ゲート動作１１と同じ形状を持
つ光パルスが出力され、第２のＩｎＧａＡｓＰ電気吸収
型光変調器８に入射する。直流電圧源９により＋０．５
Ｖのバイアス電圧と、正弦波発生器５の出力電圧を２分
岐した他方の出力の正弦波電圧を位相関係がちょうど反
転するように遅延時間Ｔを２５ピコ秒に設定し同軸線路
等で構成される遅延回路１０（遅延時間Ｔ）を通して加
えた変調電圧２２を、第２の電気吸収型光変調器８に加
える。第２の変調器８は第１の変調器２の光ゲート動作
１１と位相が反転した光ゲート動作１２をすることにな
る。
【００１０】光ゲート動作１１と光ゲート動作１２の重
なりはゲート動作の立ち上がりと立ち下がりの部分だけ
であるので、第１の電気吸収型光変調器２の出力の光パ
ルスは立ち上がりの部分と立ち下がりの部分で切り取ら
れ、繰り返し周波数が２倍の４０ＧＨｚとなった光短パ
ルス出力が得られる。シミュレーションした結果を図５
に示す。正弦波電圧で駆動しているにもかかわらず、実
施例では、光パルス発生装置の出力の光短パルスのパル
ス幅は、繰り返し周期の８パーセント以下の２ピコ秒以
下で、極めて細い。また、ここではバイアス電圧を＋
０．５Ｖとしたが、２ピコ秒以上のパルス幅を得たい場
合には、＋０．５Ｖ以上のバイアス電圧を加えればよ
い。
【００１１】本実施例ではＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型光
変調器２，８の消光が始まる電圧が＋０．５Ｖ程度であ
るのでバイアス電圧を＋０．５Ｖに選んで説明を行った
が、変調器により消光が始まる電圧は０Ｖ以上に存在す
るために、その消光が始まる電圧以上にバイアス電圧を
設定すればよい。
【００１２】実際に駆動する場合の遅延時間の許容範囲
は、正弦波発生器の発振周波数が２０ＧＨｚの場合には
±０. ２５ピコ秒以内、１０ＧＨｚの場合には±０. ５
ピコ秒以内となり、十分実現可能な値である。
【００１３】本実施例の特徴は、正弦波電圧発生器の発
振周波数の２倍の繰り返し周波数の光短パルスが発生す
ることから、半導体電気吸収型光変調器の動作限界の周
波数の２倍の繰り返し周波数の光短パルスを発生するこ
とができることにある。
【００１４】また、本実施例の述べた利点以外に、光の
共振器を使用していないため、温度，振動等の外部環境
の変化にたいして安定であること、正弦波電圧発生器の
発振周波数を変えるだけで変調速度を変化することが可
能であること、パルス幅をバイアス電圧を制御すること
により容易に変化することが可能であること、更に特殊
なマイクロ波電圧発生装置を使用せずに正弦波電圧のみ
で簡便に過剰スペクトル広がりのない光短パルスを発生
することが可能であること等の利点を有する。
【００１５】尚、以上の説明では、光変調器としてＩｎ
ＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器を用いて説明したが、す
べての強度変調器に適用することができるため、構造及
び材料は問わない。従って、量子井戸層がＩｎＧａＡｓ
Ｐ又はＩｎＧａＡｓで構成され、量子障壁層が量子井戸
層より禁制帯エネルギの大きいＩｎＰ又はＩｎＧａＡｓ
Ｐで構成される量子井戸構造の吸収型光変調器、ＩｎＧ
ａＡｌＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡ
ｓ量子井戸構造の吸収型光変調器にも適用可能であるこ
とはもとより、半導体光変調器に限らずＬｉＮｂＯ3 等
を用いる誘電体光変調器でもよい。レーザ、変調器など
の内、いずれか２つ以上任意の組み合わせで集積して
も、非常に挿入損失の小さい光パルス発生装置となるだ
けで効果は変わらない。
【００１６】以上の説明では、ソリトン光通信用の光パ
ルス発生装置について説明したが、光情報処理システム
における光クロック発生装置、光計測用超高速パルス光
源及び光サンプリング用光源として使用できることは言
うまでもない。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
るので、次のような効果が得られる。光パルス発生装置
は、光変調器の動作限界周波数の２倍の繰り返し周波数
まで光短パルスを容易に発生することができ、超高速の
光パルス発生装置として極めて有望である。このためソ
リトン光通信に適用した場合には、は伝送速度を２倍に
することが可能となり、将来の大容量の光ファイバー通
信に対応できる。また、光情報処理システムにおいては
クロックを２倍にすることが可能となり、単位時間あた
りの情報処理量を２倍にすることを期待することができ
る。さらに、光計測用超高速パルス光源及び光サンプリ
ング用光源においては時間分解能が上がり、これまで観
測ができなかったような過渡現象の観測が可能となるこ
とを期待することができる。したがって、２倍の繰り返
し周波数までの光短パルスを発生することができるとい
う効果は、極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ゲート動作の原理を説明するためのブロック
図である。
【図２】電気吸収型光変調器の消光特性から光ゲート動
作の原理を説明するための図である。
【図３】本発明による光パルス発生装置の全体を示すブ
ロック図である。
【図４】本発明による実施例の光短パルス発生の原理を
説明するための波形図である。
【図５】本発明による光パルス発生装置の光出力のシミ
ュレーションの結果を示す波形図である。
【符号の説明】
１ ＩｎＧａＡｓＰλ／４シフト分布帰還型レーザ ２，８ ＩｎＧａＡｓＰ電気吸収型光変調器 ３，９ 直流電圧源 ４ バイアス電圧 ５ 正弦波電圧発生器 ６ 変調用電圧 ７，１１，１２ 光ゲート動作 １０ 遅延回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松島 裕一 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 国際 電信電話株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 連続発振する半導体レーザと、 該半導体レーザの出力光に強度変調を行なう第１の半導
    体電気吸収型光変調器と、 該第１の電気吸収型光変調器の出力光に強度変調を行な
    う第２の電気吸収型光変調器と、 該第１の電気吸収型光変調器と該第２の電気吸収型光変
    調器を駆動させる正弦波状の電圧を発生させる正弦波電
    圧発生器と、 該第１の電気吸収型光変調器と該第２の電気吸収型光変
    調器に０Ｖまたは順方向の直流電圧を加える直流電圧発
    生器と、 該第２の電気吸収型光変調器と正弦波電圧発生器の間に
    挿入されて該正弦波電圧発生器の正弦波状電圧の位相を
    反転するだけ時間を遅らせる遅延回路とを備えた光パル
    ス発生装置。
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