JPH09210782A - 掃引光周波数発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掃引周波数幅の広い掃引光周波数発生装置を
提供する。 【解決手段】 光周波数シフタ３０と、光遅延線４と、
光増幅器５と、光分波器２とによって光周回回路２１を
形成し、周波数基準光源１０と、光スイッチ１と、タイ
ミング制御回路６とによって構成される光パルス発生手
段が発生する光パルスを、光周波数シフタ３０を介して
光周回回路２１に導入する。この場合光周波数シフタ３
０は、繰り返し発生される光パルスの１周期の内、光パ
ルスが発生される第１の区間では、光パルス発生手段か
ら第１の端子に入力された光パルスを第３の端子に通過
させ、光パルスが時間的に配列された光パルス信号１０
０を発生する第２の区間では、光分波器２から第２の端
子に入力された光パルス信号１００の周波数を変換して
第３の端子に出力し、光遅延線４に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光周波数多重伝
送方式の基準周波数、あるいは高分解能な光周波数分析
等に利用され、光の周波数が時間と共に変化する光パル
ス列を出力する掃引光周波数発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光周波数が時間と共に変化する光信号を
得るための掃引光周波数発生装置として、例えば特願平
４−３２２７４号に示されるものがある。これについて
は図５を参照して、以下に簡単に説明する。

【０００３】図５において、周波数基準光源１０から出
力された単一光は、この単一光をオン／オフする光スイ
ッチ１を介して、光合波分波器１２から光周回回路２０
に入力される。

【０００４】上述の光周回回路２０は光合波分波器１２
の他、光信号の位相を遅らせる光遅延線４、光遅延線４
から出力される光信号を増幅する光増幅器５ならびに光
信号の周波数を変化させる光周波数シフタ３から構成さ
れ、光合波分波器１２から光信号を出力する。

【０００５】タイミング制御回路６は、一定周期で繰り
返される制御信号１０１と１０２とを出力する。この制
御信号１０１は光スイッチ１に供給され、制御信号１０
２は光周波数シフタ３に供給される。

【０００６】図５に示す構成において、タイミング制御
回路６は制御信号１０１として、幅Ｔwのパルスを周期
Ｔ毎に繰り返し出力する。従って、光スイッチ１から出
力される光信号も同様に周期Ｔ毎に繰り返され、光合波
分波器１２に供給されて幅Ｔwの光パルス信号１００と
なる。

【０００７】光合波分波器１２に入力された光パルス信
号１００は、一定比率分だけ出力光信号として外部に取
り出され、残りは光周回回路２０に導入される。

【０００８】一方の制御信号１０２は、周期Ｔの内の時
間Ｔsの間がオンとなるパルスであり、またこの制御信
号１０２が入力される光周波数シフタ３は、音響光学素
子から構成されている。この光周波数シフタ３を通過す
る光パルス信号１００は、制御信号１０２がオンである
間、周波数ｆに対してΔｆだけ変化する。

【０００９】光周波数シフタ３から出力される光パルス
信号１００は、光遅延線４によって遅延時間が与えら
れ、この光パルス信号１００が光周回回路２０を一周回
する時間がＴdとなるようにに調整される。

【００１０】ここで時間Ｔdは、光パルス信号１００
（制御信号１０１）の幅Ｔwより長くなるように設定さ
れており、光パルス信号１００が光周回回路２０を一周
してきたときに光パルス信号１００同士は重ならない。

【００１１】またこの場合、光パルス信号１００が光周
回回路２０を一周する際に減衰する。そこで、光増幅器
５によってこの減衰分と等しい利得で光パルス信号１０
０を増幅し、光周回回路２０の外部に取り出される光パ
ルス信号列の強度を一定に保つ。

【００１２】こうして光パルス信号１００は、繰り返し
光周回回路２０を周回し、一周する度にΔｆづつ周波数
がシフトしていく。従って、光周回回路２０中において
光パルス信号１００のｎ周時の周波数ｆnは、ｆn＝ｆ＋
ｎ×Δｆ ・
・・（１）となり、強度が一定で一周回毎に周波数がΔ
ｆづつシフトした繰り返し周期Ｔの光パルス信号列が得
られる。

【００１３】また、光パルス信号１００が周回を始めて
から時間Ｔs後には制御信号１０２がオフになり、光周
波数シフタ３の駆動が停止される。これによって、光周
波数シフタ３の通過損失が大きくなり、光パルス信号１
００は消滅する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような掃引光周
波数発生装置には、掃引周波数幅が広いことが望まれ
る。しかしながら従来の方式では、光パルス信号１００
が光周回回路２０を一周する際の減衰が大きく、従って
これを補償するための光増幅器５の利得を大きくしなけ
ればならない。

【００１５】例えば図６は、図５に示す構成の一部分を
示したものであり、光パルス信号１００が光合波分波器
１２を通過する際に３ｄＢ減衰し、光周波数シフタ３を
通過する際に５ｄＢ減衰する構成におけるレベル推移を
示している。

【００１６】図６において、０ｄＢｍの光パルス信号１
００は、光合波分波器１２のＡ1端から入力されＢ1端か
ら出力される。このとき、光合波分波器１２の各端子に
おける分岐比率が各々１：１である場合には、光パルス
信号１００は−３ｄＢｍにまで減衰する。さらに、光周
波数シフタ３を通過してＣ1端から出力されるときには
−８ｄＢｍにまで減衰する。

【００１７】図６におけるＣ1端とＤ1端との間には、光
遅延線４や光増幅器５が存在し、遅延に伴って光パルス
信号１００は減衰する。しかし、例えば光合波分波器１
２の外部出力端から−３ｄＢｍの光パルス信号１００を
取り出すためには、Ｄ1端に０ｄＢｍの光パルス信号１０
０を供給する必要がある。

【００１８】即ち、図６に示すＣ1端とＤ1端との間に
は、総合で８ｄＢの利得が得られるように、光増幅器５
の利得を設定しなければならない。

【００１９】ところで一般に光増幅器５は、その利得を
大きくするにしたがって光パルス信号１００のＳ／Ｎ比
が劣化する。この結果、光パルス信号１００が光周回回
路２０を周回する回数が減少してしまい、広い掃引周波
数幅を得ることができないという問題が生じた。

【００２０】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、掃引周波数幅の広い掃引光周波数発生装置を
提供することを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載の発明にあっては、光パルスを
発生する光パルス発生手段と、第１〜第３の端子を有
し、前記第１の端子に入力された前記光パルスを前記第
３の端子に通過させ、あるいは前記第２の端子に入力さ
れた前記光パルスの周波数を変換して前記第３の端子に
出力する光周波数シフタと、前記光周波数シフタの第３
の端子から出力される前記光パルスを遅延させる光遅延
手段と、前記遅延手段によって遅延された前記光パルス
を増幅する光増幅手段と、前記増幅された光パルスを２
分岐させ、出力端子と前記光周波数シフタの第２の端子
に供給する光分岐手段とを具備することを特徴とする。

【００２２】また、請求項２に記載の発明にあっては、
請求項１に記載の掃引光周波数発生装置では、前記光パ
ルス発生手段は、単一光を発生する光源と、前記単一光
をオン／オフして光パルスを出力する光スイッチと、前
記光スイッチを制御して、所定周期で前記光パルスを発
生させるタイミング制御回路とから構成されることを特
徴とする。

【００２３】また、請求項３に記載の発明にあっては、
請求項１あるいは請求項２の何れかに記載の掃引光周波
数発生装置では、前記光周波数シフタは、前記光パルス
を回折させる回折格子を発生させる音響光学素子と、前
記音響光学素子を振動させて前記回折格子を発生させ、
ならびに制御する駆動手段とから構成されることを特徴
とする。

【００２４】また、請求項４に記載の発明にあっては、
請求項２あるいは請求項３の何れかに記載の掃引光周波
数発生装置では、前記所定周期の１周期は、前記光パル
ス発生手段が前記光パルスを発生する第１の区間と、前
記光パルスが時間的に配列された光パルス列を前記出力
端子から出力する第２の区間とからなり、前記光周波数
シフタは、前記第１の区間においては、前記第１の端子
に入力された前記光パルスを前記第３の端子に通過さ
せ、前記第２の区間においては、前記第２の端子に入力
された前記光パルスの周波数を変換して前記第３の端子
に出力することを特徴とする。

【００２５】また、請求項５に記載の発明にあっては、
請求項１ないし請求項４の何れかに記載の掃引光周波数
発生装置では、前記光周波数シフタと、前記光遅延手段
と、前記光増幅手段と、前記光分岐手段とは光周回回路
を形成し、前記光パルスが前記光周回回路を伝播して１
周するために要する時間は、前記光パルスの幅よりも長
いことを特徴とする。

【００２６】

【作用】この発明によれば、光周波数シフタと、光遅延
手段と、光増幅手段と、光分岐手段とによって光周回回
路を形成し、光源と、光スイッチと、タイミング制御回
路とによって構成される光パルス発生手段が発生する光
パルスを、光周波数シフタを介して光周回回路に導入す
る。この場合光周波数シフタは、繰り返し発生される光
パルスの１周期の内、光パルスが発生される第１の区間
では、光パルス発生手段から第１の端子に入力された光
パルスを第３の端子に通過させ、光パルスが時間的に配
列された光パルス列を発生する第２の区間では、光分岐
手段から第２の端子に入力された光パルスの周波数を変
換して第３の端子に出力し、光遅延手段に供給する。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に本願発明について説明す
る。図１は本願発明の一実施の形態にかかる掃引光周波
数発生装置の概略構成を示すブロック図である。

【００２８】図１において、１０は周波数基準光源（光
源）であり、ここから出力されたレーザ光等の単一光
は、光スイッチ１を介して、光周波数シフタ３０から光
周回回路２１に入力される。

【００２９】上述の光周回回路２１は光周波数シフタ３
０の他、光信号の位相を遅らせる光ファイバ等の光遅延
線４（光遅延手段）、光遅延線４から出力される光信号
を増幅する光増幅器５（光増幅手段）ならびに光信号を
分岐させる光分波器２（光分岐手段）から構成され、光
分波器２から光信号を出力する。

【００３０】６はタイミング制御回路であり、一定周期
で繰り返される制御信号１０１と１０２とを出力する。
この制御信号１０１は光スイッチ１に供給され、制御信
号１０２は光周波数シフタ３０に供給される。

【００３１】図２は、光周波数シフタ３０の構成を示す
概念図である。光周波数シフタ３０は、音響光学素子３
１と、駆動発振器３２（駆動手段）とから構成されてい
る。この光周波数シフタ３０に制御信号１０２を供給す
ると、駆動発振器３２からは駆動信号１０３が出力され
る。

【００３２】音響光学素子３１は、駆動信号１０３を受
けると、その周波数に応じた回折格子３３を生じる。こ
のとき、入力端Ｂ（第２の端子)から周波数ｆの光信号
Ｓ1を入力すると、この光信号Ｓ1は回折格子３３によっ
て回折されて出力端Ｃ(第３の端子)へ出力される。

【００３３】また光信号Ｓ1は、回折が行われる際にド
プラー効果によって周波数変換され、出力される光信号
Ｓ1の周波数はｆ＋Δｆとなる。

【００３４】この光周波数シフタ３０に駆動信号が加え
られていないときは、回折格子３３が形成されない。こ
のため、入力端Ａ（第１の端子）に光信号Ｓ2を入力す
ると、周波数変換が行われることなく、光信号Ｓ2の延長
直線上に位置する出力端Ｃに出力される。また、この状
態では入力端Ｂから入力される光信号Ｓ1は、出力端Ｃに
出力されない。本発明では、このように光周波数シフタ
３０を、光合波器としても使用している。

【００３５】図３は、本実施の形態における各部の信号
の波形、あるいは周波数を示す図である。タイミング制
御回路６が出力する制御信号１０１は、図３に示すよう
に幅Ｔw(第１の区間）のパルスが周期Ｔ（所定周期）で
繰り返される。また、制御信号１０２も周期Ｔで繰り返
されるパルスであるが、制御信号１０１がオフになった
時点から、時間Ｔs（第２の区間）の間だけオンになる
パルスである。

【００３６】制御信号１０１が供給される光スイッチ１
は、周波数基準光源１０から入力される周波数ｆの単一
光を、パルス幅Ｔw、繰り返し周期Ｔの光パルス信号に変
換し、光周波数シフタ３０から光周回回路２１に導入す
る。

【００３７】光周波数シフタ３０に光パルス信号が入力
された時点では、制御信号１０２はオフであるため、導
入される光パルス信号の減衰は最小限に抑えられる。

【００３８】また、光周回回路２１を周回する光パルス
信号１００（光パルス、光パルス列）は、光遅延線４に
よって遅延時間が与えられ、一周の時間が時間Ｔdに調整
される。

【００３９】ここで時間Ｔdは、光パルス信号１００
（制御信号１０１）のパルス幅Ｔwよりも長くなるよう
に設定される。このため、光パルス信号１００が光周回
回路２１を一周してきたときに、光パルス信号同士は重
複しない。

【００４０】また光パルス信号１００は、光周回回路２
１を一周する際に各部で減衰する。そこで、この減衰分
を補償するために、光増幅器５の利得を、この減衰分と
等しくなるように設定する。

【００４１】こうして光増幅器５から出力される光パル
ス信号１００は光分波器２に入射され、光パルス信号１
００の一部を外部に出力するとともに、残りを再び光周
波数シフタ３０に供給することで、光パルス信号１００
は光周回回路２１内を周回する。

【００４２】前述のように、光パルス信号１００が光周
回回路２１を一周するために要する時間Ｔdは、光パル
ス信号１００のパルス幅Ｔwより長い。従って光パルス
信号１００は、図３に示すように時間Ｔd毎に繰り返さ
れるパルス列となる。

【００４３】光パルス信号１００のパルス列の各々は、
光周回回路２１を周回する際の減衰分が、光増幅器５に
よって補償されるため、等振幅となって出力される。

【００４４】また光パルス信号１００は、制御信号１０
２がオンの間（即ち、時間Ｔsの間)連続して出力され
る。そして制御信号１０２がオフになると、光周波数シ
フタ３０の通過損失が大きくなるために、光パルス信号
１００は消滅する。

【００４５】さらにこの間、光周波数シフタ３０に入射
した周波数ｆの光パルス信号１００は、Δｆだけ周波数
がシフトし、ｆ＋Δｆの周波数となって出力される。従
って、図３に示すように光周回回路２１を一周する度に
Δｆづつ周波数がシフトしていく。

【００４６】図４は、図１に示す構成の一部分（光分波
器２および光周波数シフタ３０）を示した図であり、以
下に図４を参照して、本実施の形態における光パルス信
号のレベル推移の一例について説明する。

【００４７】光周波数シフタ３０におけるＡ2端からＣ2
端までの光学的通過損失は、一般的に２ｄＢ程度であ
り、Ａ2端に０ｄＢｍの光パルス信号を供給すると、Ｃ2
端から出力される光パルス信号１００のレベルは−２ｄ
Ｂｍである。

【００４８】また、光周波数シフタ３０を構成する音響
光学素子３１の材料としてモリブデン酸鉛を用い、Ｂ2
端から周波数ｆが１９３.３ＴＨｚ(波長１.５５μｍ）
の光パルス信号１００を入力し、駆動信号１０３の周波
数を２００ＭＨｚとした場合、回折格子３３の回折効率
は概ね５０％である。

【００４９】即ち、光周波数シフタ３０による回折損失
は約３ｄＢであり、光パルス信号１００がＢ2端からＣ2
端へ通過する場合には、これに上述の通過損失が加算さ
れるため、５ｄＢ程度の光学的損失が生ずる。

【００５０】これに対応して、光周波数シフタ３０のＣ2
端に−２ｄＢｍの光パルス信号１００を得るためには、
Ｂ2端に＋３ｄＢｍの光パルス信号１００が必要にな
る。

【００５１】このとき同時に、光分波器２の外部出力端
から、例えば−３ｄＢｍの光パルス信号１００を取り出
すためには、光分波器２のＤ2端に入力された光パルス信
号１００を、８:２に分岐する構成とすればよく、この
場合には、Ｄ2端に必要な光パルス信号１００のレベル
は、＋４ｄＢｍである。

【００５２】以上に説明したように、図１ないし図４を
参照して説明した本実施の形態によれば、図５ならびに
図６に示した構成と同様に、Ａ1（Ａ2）端に０ｄＢｍの
光パルス信号を供給し、外部出力端には−３ｄＢｍのレ
ベルの光パルス信号の出力が得られる。

【００５３】ただし本実施の形態によれば、Ｃ2端とＤ2
端との間の総合利得は６ｄＢとなり、図６に示した構成
において要求された利得よりも小さい。即ち本実施の形
態では、光増幅器５の利得を下げることによってＳ／Ｎ
比が改善され、掃引周波数幅が広がる。

【００５４】なお、本実施の形態において示した光パル
ス信号のレベル、周波数あるいは光周波数シフタを形成
する材質等は一例であり、本願発明はこれらに限定され
たものではない。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光周波数シフタと、光遅延手段と、光増幅手段と、
光分岐手段とによって光周回回路を形成し、光源と、光
スイッチと、タイミング制御回路とによって構成される
光パルス発生手段が発生する光パルスを、光周波数シフ
タを介して光周回回路に導入する。この場合光周波数シ
フタは、繰り返し発生される光パルスの１周期の内、光
パルスが発生される第１の区間では、光パルス発生手段
から第１の端子に入力された光パルスを第３の端子に通
過させ、光パルスが時間的に配列された光パルス列を発
生する第２の区間では、光分岐手段から第２の端子に入
力された光パルスの周波数を変換して第３の端子に出力
し、光遅延手段に供給するので光周回回路の伝播損失が
減少し、このため光増幅手段の利得を下げることでＳ／
Ｎ比が改善され、光パルスが光周回回路を周回する回数
が増加し、掃引周波数幅の広い掃引光周波数発生装置が
実現可能であるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施の形態にかかる掃引光周波数
発生装置の概略構成を示すブロック図である。

【図２】同実施の形態における、光周波数シフタ３０の
構成を示す概念図である。

【図３】同実施の形態における各部の信号の波形、ある
いは周波数を示す図である。

【図４】図１に示す構成の一部分（光分波器２および光
周波数シフタ３０の部分）ならびに信号のレベル推移を
示した図である。

【図５】従来の掃引光周波数発生装置の概略構成を示す
ブロック図である。

【図６】図５に示す構成の一部分と信号レベルの推移を
示した図である。

【符号の説明】

１ 光スイッチ ２ 光分波器 ４ 光遅延線 ５ 光増幅器 ６ タイミング制御回路 １０ 周波数基準光源 ２１ 光周回回路 ３０ 光周波数シフタ ３１ 音響光学素子 ３２ 駆動発振器 ３３ 回折格子 １００ 光パルス信号 １０１、１０２ 制御信号 １０３ 駆動信号

フロントページの続き (72)発明者 相田 一夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 中川 清司 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光パルスを発生する光パルス発生手段
   と、 第１〜第３の端子を有し、前記第１の端子に入力された
   前記光パルスを前記第３の端子に通過させ、あるいは前
   記第２の端子に入力された前記光パルスの周波数を変換
   して前記第３の端子に出力する光周波数シフタと、 前記光周波数シフタの第３の端子から出力される前記光
   パルスを遅延させる光遅延手段と、 前記遅延手段によって遅延された前記光パルスを増幅す
   る光増幅手段と、 前記増幅された光パルスを２分岐させ、出力端子と前記
   光周波数シフタの第２の端子に供給する光分岐手段とを
   具備することを特徴とする掃引光周波数発生装置。
2. 【請求項２】 前記光パルス発生手段は、 単一光を発生する光源と、 前記単一光をオン／オフして光パルスを出力する光スイ
   ッチと、 前記光スイッチを制御して、所定周期で前記光パルスを
   発生させるタイミング制御回路とから構成されることを
   特徴とする請求項１に記載の掃引光周波数発生装置。
3. 【請求項３】 前記光周波数シフタは、 前記光パルスを回折させる回折格子を発生させる音響光
   学素子と、 前記音響光学素子を振動させて前記回折格子を発生さ
   せ、ならびに制御する駆動手段とから構成されることを
   特徴とする請求項１あるいは請求項２の何れかに記載の
   掃引光周波数発生装置。
4. 【請求項４】 前記所定周期の１周期は、 前記光パルス発生手段が前記光パルスを発生する第１の
   区間と、 前記光パルスが時間的に配列された光パルス列を前記出
   力端子から出力する第２の区間とからなり、前記光周波
   数シフタは、 前記第１の区間においては、前記第１の端子に入力され
   た前記光パルスを前記第３の端子に通過させ、 前記第２の区間においては、前記第２の端子に入力され
   た前記光パルスの周波数を変換して前記第３の端子に出
   力することを特徴とする請求項２あるいは請求項３の何
   れかに記載の掃引光周波数発生装置。
5. 【請求項５】 前記光周波数シフタと、前記光遅延手段
   と、前記光増幅手段と、前記光分岐手段とは光周回回路
   を形成し、 前記光パルスが前記光周回回路を伝播して１周するため
   に要する時間は、 前記光パルスの幅よりも長いことを特徴とする請求項１
   ないし請求項４の何れかに記載の掃引光周波数発生装
   置。