專利名稱：鎖模激光光源及利用其的多載波光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為用于產(chǎn)生多載波光的穩(wěn)定光源的鎖模激光光源，及利用其的多載波光源。
背景技術(shù)：
以相等頻率間隔校正載波光的多載波光源在作為通信用及計量用的光源時很有用。
圖34表示多載波光源的第一現(xiàn)有例(非專利文獻(xiàn)1)。本現(xiàn)有例適合于載波光數(shù)在數(shù)十個左右的情況，其備有載波光數(shù)目的單一波長光源81，將各自輸出的載波光以波長合波器82進(jìn)行合波。為了小型化，利用分布反饋型半導(dǎo)體激光等小型光源作為單一波長光源81。
圖35表示多載波光源的第二現(xiàn)有例。本現(xiàn)有例將分布反饋型半導(dǎo)體激光等單一波長光源81的輸出光(中心光頻率υ0)輸入到由從震蕩器83輸出的重復(fù)頻率f的信號驅(qū)動的光調(diào)制器(強(qiáng)度調(diào)制器或相位調(diào)制器等)84中，產(chǎn)生多個且等間隔的邊帶而使之多載波化。而且，在需要多個載波光的情況下，具有如非專利文獻(xiàn)2所示的結(jié)構(gòu)，對多個單一波長光源的輸出光進(jìn)行多路后在光調(diào)制器中調(diào)制。雖然多載波光的頻率間隔變成光調(diào)制器的調(diào)制頻率，但是多載波光的線寬及頻率穩(wěn)定性與單一波長光源的輸出光相同。
另外，在多載波光源的第三現(xiàn)有例中，利用法布里珀羅激光光源(非專利文獻(xiàn)3)或鎖模激光光源(非專利文獻(xiàn)4)等的多模式激光光源，來產(chǎn)生等頻率間隔的多載波光。為了產(chǎn)生多個載波光，在激光諧振器中沒有設(shè)置濾波器等波段限制單元。另一方面，為了使震蕩光頻率穩(wěn)定化，采用了由外部光進(jìn)行的注入鎖定(非專利文獻(xiàn)4)、或利用波長濾波器的光頻率閉鎖單元。
圖36表示多載波光源的第四現(xiàn)有例。本現(xiàn)有例以從信號發(fā)生部86提供的周期信號驅(qū)動脈沖光源85的調(diào)制部，將該輸出的脈沖光輸入波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)87，產(chǎn)生多載波光。在波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)87中，將從脈沖光源85輸出的脈沖光作為種子，產(chǎn)生基于超連續(xù)光譜等的非線性光學(xué)效應(yīng)的光譜加寬現(xiàn)象，增加了包含在輸出脈沖光中的載波光數(shù)。多載波光的頻率間隔變成輸出光的重復(fù)頻率。該脈沖光源85可以使用單一波長光源與外部調(diào)制器所組合的光源(非專利文獻(xiàn)5)、或鎖模激光光源(非專利文獻(xiàn)6)等。
非專利文獻(xiàn)1500Gb/s(50×10Gb/s)WDM transmission over 4000kmusing broadband EDFAs and low dispersion slope fiber，OFC/IOOC’99Postdeadline Papers，1999；非專利文獻(xiàn)212.5GHz Spaced 1.28Tb/s(512-Channel×2.5Gb/s)Super-Dense WDM Transmission Over 320km SMF Using MultiwavelengthGeneration Technique，IEEE Photonics Technology Letters，vol.14，no.3，2002；非專利文獻(xiàn)3注入同期におけるFP-LDの伝送特性の従モ一ド依存性、2002年電子情報通信學(xué)會総合大會、B-10-155；非專利文獻(xiàn)4Experimental Investigation of Injection Locking ofFundamental and Subharmonic Frequency-Modulated Active Mode-LockedLaser Diodes，IEEE Journal of Quantum Electronics，vol.34，no.9，1998；非專利文獻(xiàn)5位相変調(diào)器を用いた低雑音光周波數(shù)コムの発生、第1回マイクロ波·ミリ波フオトニクス(MWP)研究會、電子情報通信學(xué)會、MWP03-3，2003；非專利文獻(xiàn)6More than 1000channel optical frequency chaingeneration from single supercontinuum source with 12.5GHz channel spacing，ELECTRONICS LETTERS，vol.36，no.25，2000。
對于利用第一現(xiàn)有例及第二現(xiàn)有例的多個單一波長光源的結(jié)構(gòu)，為了使各光源的光頻率成為等間隔，有必要進(jìn)行控制、穩(wěn)定化，在載波光數(shù)超過了100的情況下，在尺寸及成本上也變得不現(xiàn)實。
在利用多模式激光光源的第三現(xiàn)有例中，若要產(chǎn)生多個載波光，則在多模式激光光源中會產(chǎn)生特有的模式分配噪音，使各載波光質(zhì)量下降。另一方面，若對多模式激光光源進(jìn)行波段控制，則雖然模式分配噪音降低而改善了各載波光的質(zhì)量，但是將難以產(chǎn)生多個的載波光。即，多模式激光光源的波段控制牽涉到載波光的產(chǎn)生數(shù)與質(zhì)量的折衷的關(guān)系。
為了利用基于非線性光學(xué)效應(yīng)的光譜加寬現(xiàn)象，第四現(xiàn)有例的載波光的質(zhì)量與通常作為種子的脈沖光的質(zhì)量相同或在其之下，比單一波長光源輸出的質(zhì)量差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的在于提供一種鎖模激光光源及利用其的多載波光源，其能使各載波光的頻率穩(wěn)定化，且能產(chǎn)生高質(zhì)量的多載波光。
(鎖模激光光源)第一發(fā)明的鎖模激光光源包括主激光光源、鎖模激光光源部及信號發(fā)生部，所述主激光光源產(chǎn)生主激光；所述鎖模激光光源部至少包括在光諧振器中的調(diào)制部、放大部及降低模式分配噪音的波段限制部；所述信號發(fā)生部產(chǎn)生施加在所述鎖模激光光源部的用于鎖模的調(diào)制部上的周期信號，所述主激光光源被構(gòu)成為將主激光向鎖模激光光源部的光諧振器入射來進(jìn)行注入鎖定。另外，主激光光源的光頻率比鎖模激光光源部的自由震蕩時的光頻率穩(wěn)定且線寬小。
第二發(fā)明是在第一發(fā)明的鎖模激光光源中，調(diào)制部利用了電場吸收型調(diào)制器或可飽和吸收型調(diào)制器。第三發(fā)明是在第二發(fā)明的鎖模激光光源中，鎖模激光光源部利用了至少與調(diào)制部及放大部對應(yīng)的具有多個電極的半導(dǎo)體激光光源。第四發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在第三發(fā)明的鎖模激光光源中，通過對施加在調(diào)制部的電壓、流過放大部電流、或半導(dǎo)體激光光源的工作溫度進(jìn)行控制，來控制光諧振器距離。
第五發(fā)明是在第一發(fā)明的鎖模激光光源中，波段限制部利用帶通型濾波器或衍射光柵或布拉格光柵或線性調(diào)頻布拉格光柵。
第六發(fā)明是在第一發(fā)明的鎖模激光光源中，在主激光光源與鎖模激光光源部之間配有用于阻止來自鎖模激光光源部的返回光的光隔離器或光循環(huán)器。第七發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在第一發(fā)明的鎖模激光光源中，向鎖模激光光源部入射主激光的端口與出射輸出光的端口不相同。第八發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在第一發(fā)明的鎖模激光光源在鎖模激光光源部的光諧振器中，按調(diào)制部、放大部及波段限制部的順序進(jìn)行配置，從調(diào)制部一側(cè)射入主激光。第九發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在第一發(fā)明的鎖模激光器中，其具有光調(diào)制單元及信號發(fā)生部，所述光調(diào)制單元對從主激光光源輸出的主激光進(jìn)行調(diào)制，所述信號發(fā)生部產(chǎn)生與施加在鎖模激光光源部的調(diào)制部的周期信號同步的周期信號；并且，通過從信號發(fā)生部輸出的周期信號對主激光進(jìn)行調(diào)制并輸入鎖模激光光源部。
第十發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在調(diào)制部利用了電場吸收型調(diào)制器或可飽和吸收型調(diào)制器的第二發(fā)明的鎖模激光光源中，其具有調(diào)制部平均電流檢測部及光諧振器距離控制部，所述調(diào)制部平均電流檢測部檢測流過鎖模激光光源部的調(diào)制部的平均電流，所述光諧振器距離控制部控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，其中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由調(diào)制部平均電流檢測部檢測的平均電流值，小于主激光沒有射入鎖模激光光源部時的平均電流值。
第十一發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在第十發(fā)明的鎖模激光光源中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由調(diào)制部平均電流檢測部檢測的平均電流值為主激光沒有射入鎖模激光光源部時的平均電流值的90％以下。
第十二發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在第一發(fā)明的鎖模激光光源中，其具有光強(qiáng)度檢測部及光諧振器距離控制部，所述光強(qiáng)度檢測部檢測鎖模激光光源部的輸出光的平均光強(qiáng)度，所述光諧振器距離控制部控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，其中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由光強(qiáng)度檢測部檢測的平均光強(qiáng)度大于主激光沒有射入鎖模激光光源部時的平均光強(qiáng)度。
第十三發(fā)明的結(jié)構(gòu)也可以是在第十二發(fā)明的鎖模激光光源中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由光強(qiáng)度檢測部檢測的平均光強(qiáng)度為主激光沒有射入鎖模激光光源部時的平均光強(qiáng)度的105％以上。
第十四發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在第一發(fā)明的鎖模激光光源中，其具有線寬檢測單元及光諧振器距離控制部，所述線寬檢測單元檢測包含在鎖模激光光源部的輸出光中的縱模的線寬，所述光諧振器距離控制部控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，其中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由線寬檢測單元檢測的縱模的線寬極小。
第十五發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在第一發(fā)明的鎖模激光光源中，其具有線寬檢測單元及光諧振器距離控制部，所述線寬檢測單元檢測包含在鎖模激光光源部的輸出光中的縱模與主激光的脈動信號的線寬，所述光諧振器距離控制部控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，其中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由線寬檢測單元檢測的脈動信號的線寬極小。
第十六發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在第一發(fā)明的鎖模激光光源中，其具有CN比檢測單元及光諧振器距離控制部，所述CN比檢測單元檢測包含在鎖模激光光源部的輸出光中的縱模的CN比，所述光諧振器距離控制部控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，其中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由CN比檢測單元檢測的縱模的CN比極大。
第十七發(fā)明的結(jié)構(gòu)是在第一發(fā)明的鎖模激光光源中，其具有CN比/強(qiáng)度檢測單元及光諧振器距離控制部，所述CN比/強(qiáng)度檢測單元檢測包含在鎖模激光光源部的輸出光中的縱模與主激光的脈動信號的CN比或強(qiáng)度，所述光諧振器距離控制部控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，其中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由線寬檢測單元檢測的脈動信號的CN比極大或使得強(qiáng)度最大。
(多載波光源)第十八發(fā)明的多載波光源具有第一至第十七發(fā)明的鎖模激光光源與波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)，所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)輸入鎖模激光光源的輸出光，并輸出使其光譜帶加寬而產(chǎn)生的多載波光。
第十九發(fā)明的多載波光源具有第一至第九發(fā)明的鎖模激光光源、波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)、線寬檢測單元及光諧振器距離控制部，所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)輸入鎖模激光光源的輸出光，并輸出使其光譜帶加寬而產(chǎn)生的多載波光，所述線寬檢測單元檢測波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光的線寬，所述光諧振器距離控制部控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，其中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由線寬檢測單元檢測的載波光的線寬極小。
第二十發(fā)明的多載波光源具有第一至第九發(fā)明的鎖模激光光源、波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)、線寬檢測單元及光諧振器距離控制部，所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)輸入鎖模激光光源的輸出光，并輸出使其光譜帶加寬而產(chǎn)生的多載波光，所述線寬檢測單元檢測波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光的線寬與主激光的脈動信號的線寬，所述光諧振器距離控制部控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，其中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由線寬檢測單元檢測的脈動信號的線寬極小。
第二十一發(fā)明的多載波光源具有第一至第九發(fā)明的鎖模激光光源、波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)、CN比檢測單元及光諧振器距離控制部，所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)輸入鎖模激光光源的輸出光，并輸出使其光譜帶加寬而產(chǎn)生的多載波光，所述CN比檢測單元檢測波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光的CN比，所述光諧振器距離控制部控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，其中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由CN比檢測單元檢測的載波光的CN比極大。
第二十二發(fā)明的多載波光源具有第一至第九發(fā)明的鎖模激光光源、波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)、CN比/強(qiáng)度檢測單元及光諧振器距離控制部，所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)輸入鎖模激光光源的輸出光，并輸出使其光譜帶加寬而產(chǎn)生多載波光，所述CN比/強(qiáng)度檢測單元檢測波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光與主激光的脈動信號的CN比或強(qiáng)度，所述光諧振器距離控制部控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，其中，光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由線寬檢測單元檢測的脈動信號的CN比極大或使得強(qiáng)度最大。
第二十三發(fā)明是在第十八至第二十二發(fā)明的多載波光源中，波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的全長或一部分具有鎖模激光光源的輸出光的平均波長的色散值(單位ps/nm/km)從正減少到負(fù)的特性。第二十四發(fā)明是在第二十三發(fā)明的多載波光源中，波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的全長或一部分具有波長色散特性成為向上凸起的函數(shù)的特性。
第二十五發(fā)明是在第十八至第二十二發(fā)明的多載波光源中，波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的全長或一部分具有如下特性鎖模激光光源的輸出光的平均波長的色散值為從0到-0.5[ps/nm/km]、且波長色散特性成為向上凸起的函數(shù)。
第二十六發(fā)明是在第十八至第二十二發(fā)明的多載波光源中，波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)是鎖模激光光源的輸出光的平均波長的色散斜率的絕對值在0.1[ps/nm2/km]以下、非線性常數(shù)γ為10[W-1km-1]以上的多孔光纖。
第二十七發(fā)明是在第十八至第二十二發(fā)明的多載波光源中，在鎖模激光光源與波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)之間配置了光放大器。第二十八發(fā)明是在第十八至第二十二發(fā)明的多載波光源中，在鎖模激光光源與波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)之間，配置了壓縮鎖模激光光源的輸出光的時間寬度的脈沖壓縮器。第二十九發(fā)明是在第十八至第二十二發(fā)明的多載波光源中，對構(gòu)成多載波光源的各元件進(jìn)行偏振保持。
本發(fā)明的鎖模激光光源通過配置于鎖模激光光源部的波段限制部的效果、及從主激光光源輸出的主激光的注入鎖定的效果，可以實現(xiàn)輸出光的低噪音化及窄線寬化。
另外，通過利用流過鎖模激光光源部的調(diào)制部的平均電流、輸出光的平均光功率、包含在輸出光中的縱模的線寬或CN比、主激光與鎖模激光光源部的輸出光的脈動信號的線寬或CN比，來監(jiān)視與主激光的閉鎖狀態(tài)，并以其為基準(zhǔn)來控制鎖模激光光源部的光諧振器距離，可以長時間維持注入鎖定狀態(tài)。
通過將被低噪音化及窄線寬化的鎖模激光光源的輸出光輸入波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)，本發(fā)明的多載波光源可以覆蓋廣波長范圍，能使各載波光的頻率穩(wěn)定化，且能產(chǎn)生高質(zhì)量的多載波光。


圖1是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第一實施方式的示意圖；圖2是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第二實施方式的示意圖；圖3是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第三實施方式的示意圖；圖4是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第四實施方式的示意圖；圖5是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第五實施方式的示意圖；圖6是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第六實施方式的示意圖；圖7是表示鎖模激光光源部20的閉鎖特性的示意圖；圖8是表示流過調(diào)制部24的平均電流的溫度依賴性的示意圖；圖9是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第七實施方式的示意圖；圖10是表示鎖模激光光源部20的輸出光的平均光強(qiáng)度的溫度依賴性的示意圖；圖11是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第八實施方式的示意圖；圖12是表示波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光線寬的測定例的示意圖；圖13是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第九實施方式的示意圖；圖14是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第十實施方式的示意圖；圖15是表示波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光的CN比的測定例的示意圖；圖16是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第十一實施方式的示意圖；圖17是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第十二實施方式的示意圖；圖18是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第十三實施方式的示意圖；圖19是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第十四實施方式的示意圖；圖20是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第十五實施方式的示意圖；圖21是表示本發(fā)明的鎖模激光光源的第十六實施方式的示意圖；圖22是表示本發(fā)明的多載波光源的第一實施方式的示意圖；圖23是表示本發(fā)明的多載波光源的輸出光譜的一個例子(有注入鎖定)的示意圖；圖24是表示本發(fā)明的多載波光源的輸出光譜的一個例子(無注入鎖定)的示意圖；圖25是表示波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的波長色散特性的第一例子的示意圖；圖26是表示波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的波長色散特性的第二例子的示意圖；圖27是表示波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的波長色散特性的第三例子的示意圖；圖28是表示本發(fā)明的多載波光源的第二實施方式的示意圖；圖29是表示本發(fā)明的多載波光源的第三實施方式的示意圖；圖30是表示本發(fā)明的多載波光源的第四實施方式的示意圖；圖31是表示本發(fā)明的多載波光源的第五實施方式的示意圖；圖32是表示本發(fā)明的多載波光源的第六實施方式的示意圖；圖33是表示本發(fā)明的多載波光源的第七實施方式的示意圖；圖34是表示多載波光源的第一現(xiàn)有例的示意圖；圖35是表示多載波光源的第二現(xiàn)有例的示意圖；圖36是表示多載波光源的第三現(xiàn)有例的示意圖。
具體實施例方式
鎖模激光光源的第一實施方式圖1示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第一實施方式。在圖中，鎖模激光光源包括主激光光源10、鎖模激光光源部20a及信號發(fā)生部30，其中，所述鎖模激光光源部20a包括由相對的鏡子21、22形成的光諧振器以及設(shè)置于其中的調(diào)制部23、放大部24及波段限制部25。本實施方式的特征在于在鎖模激光光源部20a中設(shè)置有波段限制部25，以及，將從主激光光源10輸出的主激光射入鎖模激光光源部20a的光諧振器并注入鎖定。而且，在鎖模激光光源部20a上，除了輸出口之外，最好另外設(shè)置用于射入主激光的輸入口。由此，可以防止主激光直接混入到鎖模激光光源部20a的輸出光。
在鎖模激光光源部20a的調(diào)制部23上，從信號發(fā)生部(例如震蕩器)30施加用于鎖模的周期信號。波段限制部25使用的是帶通型濾波器(例如多層膜濾波器)或衍射光柵或布拉格光柵或線性調(diào)頻布拉格光柵。通過該波段限制部25的波長過濾效果，可降低鎖模激光光源部20a的輸出光的模式分配噪音。而且，在本實施方式中，在鏡子21、22之間按調(diào)制部23、放大部24、波段限制部25的順序進(jìn)行配置，具有使主激光從調(diào)制部23一側(cè)入射的結(jié)構(gòu)。在使用衍射光柵、布拉格光柵或線性調(diào)頻布拉格光柵作為波段限制部25的情況下，該結(jié)構(gòu)具有提高射主激光向光諧振器的入射效率的優(yōu)點(diǎn)。這里，一般來說調(diào)制部23、放大部24、波段限制部25的配置并不限于本實施方式的配置的例子，該順序可以是任意的，另外也可以例如像碰撞脈沖型鎖模激光器那樣設(shè)置多個放大部，在光諧振器的中央配置調(diào)制部。
主激光光源10的光頻率比鎖模激光光源部20a的自由震蕩時的光頻率穩(wěn)定、線寬小。通過將從主激光光源10輸出的主激光注入鎖模激光光源部20a，產(chǎn)生鎖模激光光源部20a的輸出光的光譜的縱模被主激光的光頻率閉鎖的注入鎖定現(xiàn)象。由此，通過波段限制部25的效果及注入鎖定的效果，鎖模激光光源部20a的輸出光被降低了噪音并縮小了線寬。但是，多載波光的波段及縱模數(shù)量是不夠的。
鎖模激光光源的第二實施方式圖2示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第二實施方式。本實施方式的特征在于利用了構(gòu)成環(huán)型諧振器的鎖模激光光源部20b。鎖模激光光源部20b將光結(jié)合器26、調(diào)制部23、放大部24、波段限制部25及分光器27結(jié)合成環(huán)狀，通過光結(jié)合器26輸入從主激光光源10輸出的主激光，輸出光通過分光器27輸出。另外，也可以在光諧振器中插入光隔離器。
鎖模激光光源的第三實施方式圖3示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第三實施方式。本實施方式的特征在于利用在基板上整體形成有調(diào)制部23、放大部24及波段限制部25的半導(dǎo)體激光光源作為鎖模激光光源部20c。由此尺寸被小型化。而且，在信號發(fā)生部30上附加偏壓施加單元，其中所述信號發(fā)生部30提供向調(diào)制部23施加的信號。
鎖模激光光源的第四實施方式圖4示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第四實施方式。本實施方式的特征在于在第一實施方式至第三實施方式中，在主激光光源10與鎖模激光光源部20(20a、20b、20c)之間配有光隔離器41，所述光隔離器41是為了防止從鎖模激光光源向主激光光源的返回光的不利影響。而且，在利用半導(dǎo)體激光光源的鎖模激光光源部20c的情況下，在輸出口也可以配有光隔離器。
鎖模激光光源的第五實施方式圖5示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第五實施方式。本實施方式的特征在于在第一實施方式至第三實施方式的鎖模激光光源部20只具有一個口(輸出口)的情況下，從該輸出口一側(cè)注入從主激光光源10輸出的主激光。通過光循環(huán)器42進(jìn)行鎖模激光光源的輸出光與主激光的分離。
鎖模激光光源的第六實施方式圖6示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第六實施方式。由于溫度等的外部環(huán)境，第一實施方式至第五實施方式的鎖模激光光源部20的注入鎖定會有偏差。作為用于長時間穩(wěn)定地閉鎖的穩(wěn)定化單元(注入鎖定條件的調(diào)整)，本實施方式示出了用于控制鎖模激光光源部20的光諧振器距離(光程)的結(jié)構(gòu)例。
在圖中，調(diào)制部平均電流檢測部43監(jiān)控流過鎖模激光光源部20的調(diào)制部23的平均電流，判斷閉鎖狀態(tài)。光諧振器距離控制部44按照調(diào)制部平均電流檢測部43的監(jiān)控結(jié)果，控制鎖模激光光源部20的光諧振器距離。調(diào)制部23利用了例如電場吸收型調(diào)制器或可飽和吸收型調(diào)制器等，可以像上述那樣地監(jiān)控電流。
光諧振器距離的控制有使光諧振器的幾何距離變化的方法，和使光諧振器內(nèi)的折射率變化的方法。在環(huán)型諧振器(圖2)那樣的光諧振器距離長的情況下，前者的方法更容易。在半導(dǎo)體激光光源(圖3)的情況下，后者的方法更容易，例如通過使流過放大部24的電流發(fā)生變化、或使施加在調(diào)制部23的電壓發(fā)生變化、或工作溫度變化而使激光波導(dǎo)的折射率發(fā)生變化，從而可以等價地控制光諧振器距離。
圖7示出了使鎖模激光光源部20的工作溫度變化而使光諧振器距離變化的情況下的閉鎖特性。橫軸表示工作溫度，縱軸表示鎖模激光光源部20的輸出光與主激光的拍頻，曲線變化平坦的部分表示發(fā)生注入鎖定。
圖8示出了流過鎖模激光光源部20的調(diào)制部23的平均電流的溫度依賴性。平均電流發(fā)生大變化的工作溫度的范圍與發(fā)生注入鎖定的閉鎖范圍相對應(yīng)。由此，可以通過監(jiān)控流過調(diào)制部23的平均電流，判斷與主激光的閉鎖狀態(tài)。即，與沒有將主激光射入鎖模激光光源部20時的平均電流值相比，通過將在調(diào)制部平均電流檢測部43中檢測的平均電流值設(shè)定得更小、例如90％以下，來控制光諧振器距離，光諧振器距離控制部44可以維持閉鎖狀態(tài)。
鎖模激光光源的第七實施方式圖9示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第七實施方式。本實施方式示出了為了使鎖模激光光源部20的閉鎖狀態(tài)穩(wěn)定化(注入鎖定條件的調(diào)整)的其他的結(jié)構(gòu)例。
在圖中，鎖模激光光源部20的輸出光的一部分通過分光器46輸入光強(qiáng)度檢測部45，光強(qiáng)度檢測部45監(jiān)控其平均光強(qiáng)度來判斷閉鎖狀態(tài)。光諧振器距離控制部44按照光強(qiáng)度檢測部45的監(jiān)控結(jié)果，控制鎖模激光光源部20的光諧振器距離。光諧振器距離的控制與第六實施方式相同。
圖10示出了鎖模激光光源部20的輸出光的平均光強(qiáng)度的溫度依賴性。輸出光的平均光強(qiáng)度發(fā)生大變化的工作溫度的范圍與發(fā)生注入鎖定的閉鎖范圍相對應(yīng)。由此，可以通過監(jiān)控輸出光的平均光強(qiáng)度，判斷與主激光的閉鎖狀態(tài)。即，與沒有將主激光射入鎖模激光光源部20時的平均光強(qiáng)度相比，通過將在光強(qiáng)度檢測部45中檢測的平均光強(qiáng)度設(shè)定得更大、例如105％以上，來控制光諧振器距離，光諧振器距離控制部44可以維持閉鎖狀態(tài)。
鎖模激光光源的第八實施方式圖11示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第八實施方式。本實施方式示出了為了使鎖模激光光源部20的閉鎖狀態(tài)穩(wěn)定化(注入鎖定條件的調(diào)整)的其他的結(jié)構(gòu)例。
在圖中，光濾波器47及線寬檢測部48通過分光器46輸入鎖模激光光源部20的輸出光的一部分，并光學(xué)地分離一個包含在其輸出光中的縱模，監(jiān)控其線寬來判斷閉鎖狀態(tài)。光諧振器距離控制部44按照線寬檢測部48的監(jiān)控結(jié)果，控制鎖模激光光源部20的光諧振器距離。光諧振器距離的控制與第六實施方式相同。線寬檢測部48通過延遲自差法等檢測方法可以進(jìn)行一個縱模的線寬的檢測。
此處，將后述的鎖模激光光源部20的輸出光輸入所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)，在圖12中示出了波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)(多載波光源)的輸出光中的載波光線寬的測定例，來代替鎖模激光光源部20的輸出光的縱模線寬的測定例。而且，在相同的光頻率上，鎖模激光光源部20的輸出光縱模的線寬與波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光的線寬大致相等。在本檢測中設(shè)定本發(fā)明的鎖模激光光源(鎖模激光光源部20)的輸出光的平均波長為1552.52nm。
在圖12中，黑圓是將主激光注入鎖模激光光源部20的情況，白圓是沒有注入的情況。通過線寬窄的主激光閉鎖鎖模激光光源部20，鎖模激光光源部20的輸出光的縱模線寬(波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光線寬)變得極小。由此，作為鎖模激光光源部20的輸出光的縱模線寬，通過監(jiān)控波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光線寬，可以判斷與主激光的閉鎖狀態(tài)。即，通過在線寬檢測部48中檢測的線寬變得極小地來控制光諧振器距離，光諧振器距離控制部44可以維持閉鎖狀態(tài)。
鎖模激光光源的第九實施方式圖13示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第九實施方式。本實施方式示出了為了使鎖模激光光源部20的閉鎖狀態(tài)穩(wěn)定化(注入鎖定條件的調(diào)整)的其他的結(jié)構(gòu)例。
在圖中，把由分光器46-1分開的主激光的一部分與由分光器46-2分開的鎖模激光光源部20的輸出光的一部分通過光混頻器49結(jié)合在一起，通過線寬檢測部48監(jiān)控包含在輸出光中的一個縱模(與主激光的頻率最接近的縱模)以及主激光的脈動信號的線寬，來判斷閉鎖狀態(tài)。光諧振器距離控制部44按照線寬檢測部48的監(jiān)控結(jié)果，控制鎖模激光光源部20的光諧振器距離。光諧振器距離的控制與第六實施方式相同。光混頻器49可以利用光電檢測器等光檢測器。而且，如果具有利用光頻率移相器50使主激光的頻率移相而進(jìn)行光外差檢波的結(jié)構(gòu)，則可以更容易地進(jìn)行線寬的檢測。
在鎖模激光光源部20與主激光被閉鎖的情況下，包含在鎖模激光光源部20的輸出光中的縱模與主激光的脈動信號的線寬變得極小。從而，光諧振器距離控制部44通過對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得線寬檢測部48所檢測的脈動信號的線寬變得極小，由此可以維持閉鎖狀態(tài)。
鎖模激光光源的第十實施方式圖14示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第十實施方式。本實施方式示出了用于使鎖模激光光源部20的閉鎖狀態(tài)穩(wěn)定化(注入鎖定條件的調(diào)整)的其他的結(jié)構(gòu)例。
在圖中，光濾波器47及CN比檢測部51將鎖模激光光源部20的輸出光的一部分通過分光器46輸入，并光學(xué)地分離一個包含在該輸出光中的縱模，監(jiān)控其CN比來判斷閉鎖狀態(tài)。光諧振器距離控制部44按照CN比檢測部51的監(jiān)控結(jié)果，控制鎖模激光光源部20的光諧振器距離。光諧振器距離的控制與第六實施方式相同。通過利用光電檢測器與光譜分析器等檢測出相對強(qiáng)度噪音信號，將該相對強(qiáng)度噪音信號在信號的波段上積分，CN比檢測部51可以檢測縱模的CN比。
此處，將后述的鎖模激光光源部20的輸出光輸入所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)，在圖15中示出了波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)(多載波光源)的輸出光中的載波光的CN比的測定例，來代替鎖模激光光源部20的輸出光的縱模的CN比的測定例。而且，主激光的注入所引發(fā)的鎖模激光光源部20的輸出光縱模的CN比的改進(jìn)量與波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光的CN比的改進(jìn)量大致相等。在本檢測中設(shè)定本發(fā)明的鎖模激光光源(鎖模激光光源部20)的輸出光的平均波長為1552.52nm。
在圖15中，黑圓是將主激光注入鎖模激光光源部20的情況，白圓是沒有注入的情況。通過主激光閉鎖鎖模激光光源部20，鎖模激光光源部20的輸出光(波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光)的CN比變得極大。由此，通過監(jiān)控輸出光的縱模的CN比(波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光的CN比)，可以判斷與主激光的閉鎖狀態(tài)。即，光諧振器距離控制部44通過控制光諧振器距離，以使得由CN比檢測部51檢測的CN比變得極大，從而可以維持閉鎖狀態(tài)。
鎖模激光光源的第十一實施方式圖16示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第十一實施方式。本實施方式示出了用于使鎖模激光光源部20的閉鎖狀態(tài)穩(wěn)定化(注入鎖定條件的調(diào)整)的其他的結(jié)構(gòu)例。
在圖中，把由分光器46-1分開的主激光的一部分與由分光器46-2分開的鎖模激光光源部20的輸出光的一部分通過光混頻器49結(jié)合在一起，通過CN比/強(qiáng)度檢測部51監(jiān)控包含在輸出光中的一個縱模(與主激光的頻率最接近的縱模)與主激光的脈動信號的CN比或強(qiáng)度，來判斷閉鎖狀態(tài)。光諧振器距離控制部44按照CN比/強(qiáng)度檢測部51的監(jiān)控結(jié)果，控制鎖模激光光源部20的光諧振器距離。光諧振器距離的控制與第六實施方式相同。光混頻器49可以利用光電檢測器等光檢測器。而且，如果具有利用光頻率移相器50使主激光的頻率移相而進(jìn)行光外差檢波的結(jié)構(gòu)，則可以更容易地進(jìn)行CN比的檢測。
在鎖模激光光源部20與主激光被閉鎖的情況下，包含在鎖模激光光源部20的輸出光的縱模與主激光的脈動信號的CN比變得極大、強(qiáng)度變得最大。因此，光諧振器距離控制部44通過控制光諧振器距離，以使得CN比檢測部48所檢測的脈動信號的CN比變得極大、且使強(qiáng)度變得最大，從而可以維持閉鎖狀態(tài)。
鎖模激光光源的第十二實施方式圖17示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第十二實施方式。本實施方式的特征在于其配有光調(diào)制單元60及信號發(fā)生部61，其中，所述光調(diào)制單元60對從主激光光源10輸入鎖模激光光源部20的主激光進(jìn)行調(diào)制，所述信號發(fā)生部61產(chǎn)生與施加在鎖模激光光源部20的調(diào)制部的周期信號同步的周期信號，根據(jù)從信號發(fā)生部61輸出的周期信號對主激光進(jìn)行調(diào)制。而且，該兩個周期信號的頻率具有相等或整數(shù)倍的關(guān)系。另外也可以取代利用光調(diào)制單元60，直接對主激光光源10進(jìn)行調(diào)制。
鎖模激光光源的第十三實施方式圖18示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第十三實施方式。本實施方式的特征在于分別在通過光纖傳送線路200連接的節(jié)點(diǎn)100m、100s上配置本發(fā)明的鎖模激光光源，在這種情況下，共用產(chǎn)生主激光(基準(zhǔn)頻率光)的主激光光源10。而且，連接著節(jié)點(diǎn)100m的節(jié)點(diǎn)可以有多個。
即，節(jié)點(diǎn)100m的主激光光源10、鎖模激光光源部20m及信號發(fā)生部30m與節(jié)點(diǎn)100s的鎖模激光光源部20s及信號發(fā)生部30m與第一至第十二的實施方式的鎖模激光光源相對應(yīng)。在本實施方式中，從節(jié)點(diǎn)100m的主激光光源10輸出的主激光的一部分被分光器46分開，通過光纖傳送線路200傳送到節(jié)點(diǎn)100s，射入鎖模激光光源部20s使得注入鎖定。
此處，若設(shè)定節(jié)點(diǎn)100m的信號發(fā)生部30m與節(jié)點(diǎn)100s的信號發(fā)生部30s的輸出頻率相同，則可以在各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生相同頻率間隔f的輸出光(多載波光)。還可以根據(jù)由相同的主激光所導(dǎo)致的注入鎖定的效果，實現(xiàn)輸出光的噪音降低及線寬窄化。
而且，各節(jié)點(diǎn)的鎖模激光光源部20m、20s也可以如第六至第十一實施方式那樣，監(jiān)控與主激光的閉鎖狀態(tài)，并通過據(jù)此控制光諧振器距離來長時間維持閉鎖狀態(tài)。另外節(jié)點(diǎn)100s配有主激光光源，當(dāng)主激光從節(jié)點(diǎn)100m的主激光光源10射入時，其可以不使用而設(shè)定成待機(jī)狀態(tài)。
鎖模激光光源的第十四實施方式圖19示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第十四實施方式。本實施方式的特征在于在第十三實施方式中，將通過光纖傳送線路200傳送的主激光，以從節(jié)點(diǎn)100m的信號發(fā)生部30加在鎖模激光光源部20m上的、用于鎖模的周期信號來進(jìn)行調(diào)制，在節(jié)點(diǎn)100s對重疊在主激光上的周期信號進(jìn)行解調(diào)，并施加在鎖模激光光源部20s上。
即，從節(jié)點(diǎn)100m的主激光光源10輸出的主激光的一部分被分光器46分開，并輸入光調(diào)制器71，通過從信號發(fā)生部30輸出的周期信號進(jìn)行調(diào)制，通過光纖傳送線路200傳送到節(jié)點(diǎn)100s。在節(jié)點(diǎn)100s，由分光器46s將主激光被分成兩部分，其中一支射入鎖模激光光源部20s使得注入鎖定。被分開的另一支主激光被光接收部72接收，對從節(jié)點(diǎn)100m的信號發(fā)生部30輸出的周期信號進(jìn)行解調(diào)，通過信號發(fā)生部(放大器)31輸入到鎖模激光光源部20s。其他的結(jié)構(gòu)與第十三實施方式相同。
鎖模激光光源的第十五實施方式圖20示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第十五實施方式。本實施方式的特征在于在第十四實施方式中，將周期信號不重疊在主激光，而是重疊在專用的光源73的輸出光上，用光纖傳送線路201向節(jié)點(diǎn)100s發(fā)送。即，通過信號發(fā)生部(放大器)31m，將從信號發(fā)生部30輸出的周期信號輸入鎖模激光光源部20m，并且將從信號發(fā)生部30輸出的周期信號輸入光源73，并對光源73的輸出光進(jìn)行調(diào)制。其他的結(jié)構(gòu)與第十四實施方式相同。而且，從信號發(fā)生部30輸出的周期信號可以不通過信號發(fā)生部(放大器)31m，直接驅(qū)動鎖模激光光源部20m。另外，通過光合波器與光分波器，光源73的輸出光可以在一條光纖傳送線路200中通過波長多路復(fù)用來傳送。
鎖模激光光源的第十六實施方式圖21示出了本發(fā)明的鎖模激光光源的第十六實施方式。本實施方式的特征在于在第十五實施方式中，在節(jié)點(diǎn)100m的信號發(fā)生部30對頻率f進(jìn)行分頻，通過分頻的頻率為f/K的周期信號對光源73的輸出光進(jìn)行調(diào)制，并將其傳送到節(jié)點(diǎn)100s。節(jié)點(diǎn)100m、100s的信號發(fā)生部32m、32s乘以頻率f/K變換成頻率為f的周期信號，分別輸入鎖模激光光源部20m、20s。其他的結(jié)構(gòu)與第十五實施方式相同。而且，通過光合波器與光分波器，光源73的輸出光可以在一條光纖傳送線路200中通過波長多路復(fù)用來傳送。
在本實施方式中，通過頻率f的周期信號被調(diào)制的光信號在光纖傳送線路201上有失真的可能性，在這種情況下，通過分頻的頻率為f/K的周期信號來傳送被調(diào)制的光信號，可以避免在光纖傳送線路201上產(chǎn)生失真。
如第十三至第十六的實施方式所示，通過在多個節(jié)點(diǎn)間傳送用于鎖模激光光源部20的注入鎖定的主激光，而且傳送用于鎖模激光光源部20的注入鎖定的周期信號，可以使在各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生多載波光的各光頻率及相位一致。通過構(gòu)成這樣的鎖模激光光源，可以進(jìn)行利用光零差接收或光外差接收等的相干WDM通信。
多載波光源的第一實施方式通過配置在鎖模激光光源部20上的波段限制部25的效果、及從主激光光源10輸出的主激光所引起的注入鎖定的效果，以上說明的鎖模激光光源可以實現(xiàn)在非專利文獻(xiàn)4等的鎖模激光器中沒有實現(xiàn)的輸出光的低噪音化及窄線寬化。但是因為作為多載波光的波段及縱模數(shù)量不夠，為了產(chǎn)生多個多載波光而采用以下的結(jié)構(gòu)。
如圖22所示，本發(fā)明的多載波光源的結(jié)構(gòu)為將本發(fā)明的鎖模激光光源的輸出光輸入到波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2。而且，作為本發(fā)明的鎖模激光光源的基本結(jié)構(gòu)，此處雖然只示出了主激光光源10、鎖模激光光源部20及信號發(fā)生部30，但是也可以采用上述的第一至第十二實施方式的結(jié)構(gòu)中的任意一個。在波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2中，將本發(fā)明的鎖模激光光源的輸出光作為種子，產(chǎn)生基于超連續(xù)光譜等的非線性光學(xué)效應(yīng)的光譜加寬現(xiàn)象，使得包含在輸出光中的縱模的數(shù)量從數(shù)十個增大到數(shù)百倍來輸出多載波光。因為包含在本發(fā)明的鎖模激光光源的輸出光中的縱模被主激光的光頻率閉鎖，實現(xiàn)了低噪音及窄線寬，所以產(chǎn)生的多載波光也具有低噪音及窄線寬。
圖23及圖24示出了本發(fā)明的多載波光源的輸出光譜的一個例子。圖23是本發(fā)明的鎖模激光光源被主激光注入鎖定的情況，圖24是沒有注入鎖定的情況。對于載波光密集并看起來形成黑色帶的光譜的縱向?qū)挾葋碚f，對應(yīng)于各載波光的能見度，縱向?qū)挾仍酱蟊硎据敵龉獾馁|(zhì)量越好。從這兩個輸出光譜的例子也可以看出，通過主激光的注入鎖定可以改善能見度。特別地，對于從本發(fā)明的鎖模激光光源的輸出光的平均波長(1552.52nm)偏離的波長，注入鎖定的改善效果很顯著。
此處對于載波光的能見度進(jìn)行說明。一般地能見度的定義是當(dāng)將相對于頻率或時間發(fā)生變動的觀測量(此處是光譜強(qiáng)度)的最大值取為M、最小值取為m時，以(M-m)/(M+m)來表示。m＝0時為100％、m＝M時為0％。圖23、24的縱向?qū)挾缺硎綧/m，若能見度變大則寬度變大，若能見度變小則寬度變小。
但是，對于本發(fā)明的多載波光源所用的鎖模激光光源，如第六實施方式(圖6)至第十一實施方式(圖16)所示，利用流過鎖模激光光源部20的調(diào)制部的平均電流、輸出光的平均光功率、包含在輸出光中的縱模的線寬或CN比、主激光與鎖模激光光源部20的輸出光脈動信號的線寬或CN比，監(jiān)視與主激光的閉鎖狀態(tài)，通過以其為基準(zhǔn)來控制鎖模激光光源部20的光諧振器距離，可以長時間維持閉鎖狀態(tài)。
此處，在第八實施方式(圖11)、第九實施方式(圖13)、第十實施方式(圖14)及第十一實施方式(圖16)中示出了鎖模激光光源部20的輸出光，如上述那樣，同樣地也可以將本實施方式的波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的輸出光中的載波光作為監(jiān)控對象，來代替對包含在鎖模激光光源部20的輸出光中的縱模進(jìn)行監(jiān)控。
圖25示出了波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的波長色散特性的第一例子。在波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的全長或一部分上，本發(fā)明的鎖模激光光源的輸出光的平均波長的色散值(單位ps/nm/km)具有從正減少到負(fù)的特性。在例如磁心直徑在長度方向上變化成錐形的單模波導(dǎo)上，可以實現(xiàn)這樣的波長色散特性。
圖26示出了波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的波長色散特性的第二例子。在本例子中，除了第一例子的色散減少特性之外，在波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的全長或一部分上，波長色散特性還具有成為向上凸起的函數(shù)的特性。在例如磁心直徑在長度方向上變化成錐形、且雙層金屬包層或三層金屬包層或四層金屬包層結(jié)構(gòu)的單模波導(dǎo)上，可以實現(xiàn)這樣的波長色散特性。圖23及圖24的光譜是利用該設(shè)計的光纖的多載波光的例子。
圖27示出了波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的波長色散特性的第三例子。在波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2的全長或一部分上，本發(fā)明的鎖模激光光源的輸出光的平均波長的色散值為從0到-0.5[ps/nm/km]，且波長色散特性具有成為向上凸起的函數(shù)的特性。在例如雙層金屬包層或三層金屬包層或四層金屬包層結(jié)構(gòu)的單模波導(dǎo)上，可以實現(xiàn)這樣的波長色散特性。
另外，通過利用微結(jié)構(gòu)光纖或也稱為光子晶體光纖的多孔光纖，可以實現(xiàn)具有圖25～圖27的波長色散特性的波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)。該多孔光纖、例如本發(fā)明的鎖模激光光源的輸出光的平均波長的色散斜率的絕對值在0.1[ps/nm2/km]以下、非線性常數(shù)γ為10[W-1km-1]以上。通過其的利用，因為傳播光的限制效應(yīng)可以實現(xiàn)非線性常數(shù)大的光波導(dǎo)，從而可以高效率地產(chǎn)生多載波光。
多載波光源的第二實施方式圖28示出了本發(fā)明的多載波光源的第二實施方式。本實施方式的特征在于在第一實施方式中所示的本發(fā)明的鎖模激光光源(主激光光源10、鎖模激光光源部20及信號發(fā)生部30)與波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2之間配置有光放大器3。
在多載波光源的載波頻率間隔、即鎖模激光光源的重復(fù)頻率大的情況下，鎖模激光光源的與輸出單位脈沖相當(dāng)?shù)哪芰孔冃。蔷€性光學(xué)效應(yīng)減弱而不會產(chǎn)生多的載波光。因此，通過如本實施方式那樣在光放大器3對鎖模激光光源的輸出光進(jìn)行放大，即使在重復(fù)頻率大的情況下，在波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2中也能產(chǎn)生很多的載波光。
多載波光源的第三實施方式圖29示出了本發(fā)明的多載波光源的第三實施方式。本實施方式的特征在于在第一實施方式中所示的本發(fā)明的鎖模激光光源(主激光光源10、鎖模激光光源部20及信號發(fā)生部30)與波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2之間，配置了壓縮鎖模激光光源的輸出光的時間寬度的脈沖壓縮器4。
通過將鎖模激光光源的輸出光輸入脈沖壓縮器4，增大峰值強(qiáng)度，可以在波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2中產(chǎn)生很多的載波光。在脈沖壓縮載波光4上，在脈沖光的線性調(diào)頻大的情況下，利用與線性調(diào)頻相抵消的光纖或布拉格光柵等的色散性介質(zhì)。在脈沖光的線性調(diào)頻小的情況下，利用光纖中的孤立子效應(yīng)等。
多載波光源的第四至第七實施方式圖30～圖33示出了本發(fā)明的多載波光源的第四至第七實施方式。本實施方式的多載波光源與在圖18～圖21所示的本發(fā)明的鎖模激光光源的第十三至第十六實施方式相對應(yīng)，將各實施方式的鎖模激光光源部20m的輸出光輸入波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2m中，將鎖模激光光源部20s的輸出光輸入波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)2s中，在各節(jié)點(diǎn)100m、100s中產(chǎn)生多個載波光。
在多載波光源的各實施方式中，如鎖模激光光源的第十三至第十六實施方式所示，通過在多個的節(jié)點(diǎn)間傳送用于鎖模激光光源部20的注入鎖定的主激光、而且傳送用于鎖模激光光源部20的鎖模的周期信號，可以使在各節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的多載波光的各光頻率及相位一致。通過構(gòu)成這樣的多載波光源，可以進(jìn)行利用光零差接收或光外差接收等的相干WDM通信。
而且，在以上說明的多載波光源中，通過對所有的結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行偏振保持，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的多載波光。
工業(yè)實用性本發(fā)明可用于在長距離、高密度的WDM光纖通信系統(tǒng)中用作光源的光頻率基準(zhǔn)光源、而且也可用于作為它的多載波光源。
本發(fā)明可以作為提供WDM光纖接入網(wǎng)的光載波的多載波光源來加以利用。
本發(fā)明可以作為用于產(chǎn)生WDM光纖無線技術(shù)、毫米波的多載波光源來加以利用。
本發(fā)明可以作為用于光頻率計數(shù)器或光譜分析器等的光檢測器的校正的多載波光源來加以利用。
本發(fā)明可以作為用于光學(xué)相干層析技術(shù)等的醫(yī)用光學(xué)的寬帶相干光源來加以利用。
權(quán)利要求
1.一種鎖模激光光源，其特征在于，包括主激光光源，其產(chǎn)生主激光；鎖模激光光源部，其在光諧振器中至少包括調(diào)制部、放大部及降低模式分配噪音的波段限制部；信號發(fā)生部，其產(chǎn)生施加在所述鎖模激光光源部的用于鎖模的所述調(diào)制部上的周期信號；并且，將所述主激光向所述鎖模激光光源部的光諧振器入射來進(jìn)行注入鎖定。
2.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，所述調(diào)制部是電場吸收型調(diào)制器或可飽和吸收型調(diào)制器。
3.如權(quán)利要求2所述的鎖模激光光源，其特征在于，所述鎖模激光光源部是至少與所述調(diào)制部及所述放大部對應(yīng)的具有多個電極的半導(dǎo)體激光光源。
4.如權(quán)利要求3所述的鎖模激光光源，其特征在于，所述鎖模激光光源被構(gòu)成為通過對施加在所述調(diào)制部的電壓、流過所述放大部的電流、或所述半導(dǎo)體激光光源的工作溫度進(jìn)行控制，來控制光諧振器距離。
5.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，所述波段限制部是帶通型濾波器或衍射光柵或布拉格光柵或線性調(diào)頻布拉格光柵。
6.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，在所述主激光光源與所述鎖模激光光源部之間，配有阻止來自所述鎖模激光光源部的返回光的光隔離器或光循環(huán)器。
7.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，所述鎖模激光光源被構(gòu)成為向所述鎖模激光光源部入射所述主激光的端口與出射輸出光的端口是不同的。
8.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，所述鎖模激光光源被構(gòu)成為在所述鎖模激光光源部的光諧振器中，按調(diào)制部、放大部及波段限制部的順序進(jìn)行配置，從調(diào)制部一側(cè)射入所述主激光。
9.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，包括光調(diào)制單元，其對從所述主激光光源輸出的主激光進(jìn)行調(diào)制；信號發(fā)生部，其產(chǎn)生與施加在所述鎖模激光光源部的調(diào)制部的周期信號同步的周期信號；并且，通過從所述信號發(fā)生部輸出的周期信號對所述主激光進(jìn)行調(diào)制并輸入所述鎖模激光光源部。
10.如權(quán)利要求2所述的鎖模激光光源，其特征在于，包括調(diào)制部平均電流檢測部，其檢測流過所述鎖模激光光源部的調(diào)制部的平均電流值；光諧振器距離控制部，其控制所述鎖模激光光源部的光諧振器距離；其中，所述光諧振器距離控制部對所述光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述調(diào)制部平均電流檢測部檢測的平均電流值，小于主激光沒有射入所述鎖模激光光源部時的平均電流值。
11.如權(quán)利要求10所述的鎖模激光光源，其特征在于，所述光諧振器距離控制部對所述光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述調(diào)制部平均電流檢測部檢測的平均電流值，為主激光沒有射入所述鎖模激光光源部時的平均電流值的90％以下。
12.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，包括光強(qiáng)度檢測部，其檢測所述鎖模激光光源部的輸出光的平均光強(qiáng)度；光諧振器距離控制部，其控制所述鎖模激光光源部的光諧振器距離；其中，所述光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述光強(qiáng)度檢測部檢測的平均光強(qiáng)度，大于所述主激光沒有射入所述鎖模激光光源部時的平均光強(qiáng)度。
13.如權(quán)利要求12所述的鎖模激光光源，其特征在于，所述光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述光強(qiáng)度檢測部檢測的平均光強(qiáng)度，為所述主激光沒有射入所述鎖模激光光源部時的平均光強(qiáng)度的105％以上。
14.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，包括線寬檢測單元，其檢測包含在所述鎖模激光光源部的輸出光中的縱模的線寬；光諧振器距離控制部，其控制所述鎖模激光光源部的光諧振器距離；其中，所述光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述線寬檢測單元檢測的縱模的線寬極小。
15.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，包括線寬檢測單元，其檢測包含在所述鎖模激光光源部的輸出光中的縱模與所述主激光的脈動信號的線寬；光諧振器距離控制部，其控制所述鎖模激光光源部的光諧振器距離；其中，所述光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述線寬檢測單元檢測的脈動信號的線寬極小。
16.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，包括CN比檢測單元，其檢測包含在所述鎖模激光光源部的輸出光中的縱模的CN比；光諧振器距離控制部，其控制所述鎖模激光光源部的光諧振器距離；其中，所述光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述CN比檢測單元檢測的縱模的CN比極大。
17.如權(quán)利要求1所述的鎖模激光光源，其特征在于，包括CN比/強(qiáng)度檢測單元，其檢測包含在所述鎖模激光光源部的輸出光中的縱模與所述主激光的脈動信號的CN比或強(qiáng)度；光諧振器距離控制部，其控制所述鎖模激光光源部的光諧振器距離；其中，所述光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述線寬檢測單元檢測的脈動信號的CN比極大或使得強(qiáng)度最大。
18.一種多載波光源，其特征在于，包括如權(quán)利要求1～17中任一項所述的鎖模激光光源；和波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)，其輸入所述鎖模激光光源的輸出光，并輸出使其光譜帶加寬而產(chǎn)生的多載波光。
19.一種多載波光源，其特征在于，包括如權(quán)利要求1～9中任一項所述的鎖模激光光源；波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)，其輸入所述鎖模激光光源的輸出光，并輸出使其光譜帶加寬而產(chǎn)生的多載波光；線寬檢測單元，其檢測所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光的線寬；光諧振器距離控制部，其控制所述鎖模激光光源部的光諧振器距離；其中，所述光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述線寬檢測單元檢測的載波光的線寬極小。
20.一種多載波光源，其特征在于，包括如權(quán)利要求1～9中任一項所述的鎖模激光光源；波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)，其輸入所述鎖模激光光源的輸出光，并輸出使其光譜帶加寬而產(chǎn)生的多載波光；線寬檢測單元，其檢測所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光的線寬與所述主激光的脈動信號的線寬；光諧振器距離控制部，其控制所述鎖模激光光源部的光諧振器距離；其中，所述光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述線寬檢測單元檢測的脈動信號的線寬極小。
21.一種多載波光源，其特征在于，包括如權(quán)利要求1～9中任一項所述的鎖模激光光源；波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)，其輸入所述鎖模激光光源的輸出光，并輸出使其光譜帶加寬而產(chǎn)生的多載波光；CN比檢測單元，其檢測所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光的CN比；光諧振器距離控制部，其控制所述鎖模激光光源部的光諧振器距離；其中，所述光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述CN比檢測單元檢測的載波光的CN比極大。
22.一種多載波光源，其特征在于，包括如權(quán)利要求1～9中任一項所述的鎖模激光光源；波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)，其輸入所述鎖模激光光源的輸出光，使其光譜帶加寬產(chǎn)生多載波光并輸出該多載波光；CN比/強(qiáng)度檢測單元，其檢測所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的輸出光中的載波光與主激光的脈動信號的CN比或強(qiáng)度；光諧振器距離控制部，其控制所述鎖模激光光源部的光諧振器距離；其中，所述光諧振器距離控制部對光諧振器距離進(jìn)行控制，以使得由所述線寬檢測單元檢測的脈動信號的CN比極大或使得強(qiáng)度最大。
23.如權(quán)利要求18～22中任一項所述的多載波光源，其特征在于，所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的全長或一部分具有所述鎖模激光光源的輸出光的平均波長的色散值(單位ps/nm/km)從正減少到負(fù)的特性。
24.如權(quán)利要求23中所述的多載波光源，其特征在于，所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的全長或一部分具有波長色散特性成為向上凸起的函數(shù)的特性。
25.如權(quán)利要求18～22中任一項所述的多載波光源，其特征在于，所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)的全長或一部分具有如下特性所述鎖模激光光源的輸出光的平均波長的色散值為從0到-0.5[ps/nm/km]、且波長色散特性成為向上凸起的函數(shù)。
26.如權(quán)利要求18～22中任一項所述的多載波光源，其特征在于，所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)是所述鎖模激光光源的輸出光的平均波長的色散斜率的絕對值在0.1[ps/nm2/km]以下、非線性常數(shù)γ為10[W-1km-1]以上的多孔光纖。
27.如權(quán)利要求18～22中任一項所述的多載波光源，其特征在于，在所述鎖模激光光源與所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)之間配置了光放大器。
28.如權(quán)利要求18～22中任一項所述的多載波光源，其特征在于，在所述鎖模激光光源與所述波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)之間，配置了壓縮所述鎖模激光光源的輸出光的時間寬度的脈沖壓縮器。
29.如權(quán)利要求18～22中任一項所述的多載波光源，其特征在于，對構(gòu)成多載波光源的各元件進(jìn)行偏振保持。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鎖模激光光源，其是用于使各載波光的頻率穩(wěn)定化，且產(chǎn)生高質(zhì)量的多載波光的光源，所述光源包括主激光光源、鎖模激光光源部及信號發(fā)生部，其中所述主激光光源產(chǎn)生主激光，所述鎖模激光光源部至少包括在光諧振器中的調(diào)制部、放大部及降低模式分配噪音的波段限制部，所述信號發(fā)生部產(chǎn)生施加在所述鎖模激光光源部的用于鎖模的調(diào)制部上的周期信號；所述鎖模激光光源具有將主激光向鎖模激光光源部的光諧振器入射來進(jìn)行注入鎖定的結(jié)構(gòu)。多載波光源將波導(dǎo)型光非線性介質(zhì)組合在該鎖模激光光源上。
文檔編號H04J14/02GK1774844SQ20058000032
公開日2006年5月17日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月4日
發(fā)明者森邦彥, 佐藤憲史, 大原拓也 申請人:日本電信電話株式會社