JP2005235928A

JP2005235928A - Optical amplifier

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Publication number: JP2005235928A
Application number: JP2004041451A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Taniguchi; 篤谷口; Satoki Kawanishi; 悟基川西; Ippei Shake; 一平社家
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical amplifier having an amplitude characteristic that enables achieving gain saturation by pulse excitation without the use of a phase modulator (7), and neither depends on a signal bit rate nor on a signal format. <P>SOLUTION: The optical amplifier uses an excitation light P<SB>i</SB>to amplify a signal light (P<SB>s</SB>). The excitation light P<SB>i</SB>comprises n pieces of excitation light sources (1A to 1N) in which a period is T, and a pulse width is T/n (n is integer of 2 or over). Moreover, the pulse phase of i-th (i is any integer of 1 to n) excitation light P<SB>i</SB>is behind the pulse phase of an (i+1) th excitation light P<SB>i+1</SB>by T/n. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、長距離光伝送を可能とする光中継器に関する。特に、光ファイバ伝送技術における信号光を直接増幅、又は波長変換する際に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to an optical repeater that enables long-distance optical transmission. In particular, the present invention relates to a technique that is effective when applied to direct amplification or wavelength conversion of signal light in optical fiber transmission technology.

光信号を直接光励起する光増幅器として、希土類イオンを光ファイバに添加したＥＤＦＡ（Erbium-doped fiber amplifier）のような希土類添加光ファイバ増幅器や、非線形媒質中に誘起される高次の非線形効果によって光信号を増幅する光ラマン増幅器や光パラメトリック増幅器などがある。
光信号を前記光ファイバ増幅器を用いて励起をする場合、高強度の励起光をファイバ媒質中に入射する必要がある。その際、光ファイバ増幅器中では様々な非線形効果が誘起され、そのうち３次の非線形現象である誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin Scattering）は入力光電力が制限されてしまうため大きな問題であった。 Optical amplifiers that directly optically excite optical signals include rare earth doped optical fiber amplifiers such as EDFA (Erbium-doped fiber amplifier) in which rare earth ions are added to optical fibers, and high-order nonlinear effects induced in nonlinear media. There are optical Raman amplifiers and optical parametric amplifiers for amplifying signals.
When pumping an optical signal using the optical fiber amplifier, it is necessary to enter high-intensity pumping light into the fiber medium. At that time, various nonlinear effects are induced in the optical fiber amplifier, and stimulated Brillouin scattering (SBS), which is a third-order nonlinear phenomenon, is a serious problem because the input optical power is limited.

この問題点を改善するために励起光を直接位相変調しスペクトルを広げることによってＳＢＳのしきい値を上げた光増幅器が提案されている。(非特許文献１参照)
音響フォノンがｅｘｐ（−ｔ／Ｔ_Ｂ）で減衰するものとすればブリルアン利得ｇ_Ｂ（ν）はローレンツ型のプロファイルをもち、以下の数１のように表せる。 In order to solve this problem, there has been proposed an optical amplifier in which the threshold of SBS is increased by directly phase-modulating pumping light to broaden the spectrum. (See Non-Patent Document 1)
If the acoustic phonon is attenuated by exp (−t / T _B ), the Brillouin gain g _B (ν) has a Lorentz-type profile and can be expressed as the following equation (1).

Δν_Ｂはブリルアン利得の半値全幅、ｇ_Ｂ（ν_Ｂ）はブリルアン利得のピークを示す。ここで、励起光の半値全幅Δν_Ｐを考慮するとブリルアン利得ｇ_Ｂ ^Peakは、以下の数２のように表せる。 Δν _B is the full width at half maximum of the Brillouin gain, and g _B (ν _B ) is the peak of the Brillouin gain. Here, considering the full width at half maximum Δν _P of the pumping light, the Brillouin gain g _B ^Peak can be expressed as the following formula 2.

よって、励起光のスペクトルを広げることでブリルアン利得ｇ_Ｂ ^Peakは下がり、結果的にＳＢＳのしきい値が上がることがわかる。 Therefore, it can be seen that the Brillouin gain g _B ^Peak is lowered by broadening the spectrum of the excitation light, and as a result, the SBS threshold value is raised.

図１１は、従来の位相変調器を用いた光ファイバ増幅器の基本構成を示す。図１１において、１は励起光源であり、Ｐ_Ｐは励起光源１から照射される励起光、７は位相変調器、３は信号発生器、４は光合波器、５は光ファイバ、６は光フィルタ、Ｐ_Ｓは信号光である。
従来の光ファイバ増幅器は信号光Ｐ_Ｓと励起光Ｐ_Ｐを光合波器４で合波して光ファイバ５に入力する構成となっており、励起光Ｐ_Ｐによって信号光Ｐ_Ｓは増幅され出力される。
そこで、光ファイバ５の出力段に信号光Ｐ_Ｓのみを透過する光フィルタ６を備えれば、信号光Ｐ_Ｓに対する光増幅器として機能する。 FIG. 11 shows a basic configuration of an optical fiber amplifier using a conventional phase modulator. In FIG. 11, 1 is an excitation light source, _PP is excitation light emitted from the excitation light source 1, 7 is a phase modulator, 3 is a signal generator, 4 is an optical multiplexer, 5 is an optical fiber, and 6 is light. filter, _{P S} is the signal light.
Conventional optical fiber amplifiers has a structure to be input to the optical fiber 5 multiplexes the pumping light P _P the signal light P _S by the optical multiplexer 4, the signal light P _S by the excitation light P _P is amplified outputs Is done.
Therefore, if Sonaere the optical filter 6 which transmits the output stage of the optical fiber 5 optical signal P _S only functions as an optical amplifier for the signal light P _S.

光増幅器の中でも光パラメトリック増幅器は利得の応答速度が速いことなどから、光増幅器、波長変換器、光リミッタなどの各種光機能回路への応用が可能という特徴を有している。
しかし、光ファイバ中に誘起される分極場が偏波特性を持つことから、励起光Ｐ_Ｐと信号光Ｐ_Ｓとの偏光状態によって四光波混合の発生効率が異なってしまう。例えば、信号光Ｐ_Ｓと励起光Ｐ_Ｐとの偏光状態が直交している場合は四光波混合が起きない。しかも、通常光ファイバ５中では信号光Ｐ_Ｓの偏波状態は一意に定まらないために、信号光Ｐ_Ｓの偏光状態を調べ、励起光Ｐ_Ｐの偏光を調整するなどの大型で複雑な偏波制御装置を必要としていた。（特許文献１参照） Among optical amplifiers, an optical parametric amplifier has a feature that it can be applied to various optical functional circuits such as an optical amplifier, a wavelength converter, and an optical limiter because it has a high gain response speed.
However, polarizing field induced in the optical fiber because of its polarization characteristics, resulting in different generation efficiency of four-wave mixing by the polarization state of the pumping light P _P and the signal light P _S. For example, if the polarization state of the signal light P _S and the pump light P _P are orthogonal not occur four-wave mixing. Moreover, the polarization state of the signal light P _S is in the normal optical fiber 5 in order not uniquely determined, it examines the state of polarization of the signal light P _S, large and complicated polarization, such as adjusting the polarization of the pumping light P _P Needed a wave control device. (See Patent Document 1)

これを改善するために、波長の異なる２つの光源を用いた信号光の偏波に依存しないパラメトリック増幅器がある。この実験の概略図を図１２に示す。図１２において、１Ａ、１Ｂは励起光源であり、Ｐ_１、Ｐ_２は励起光源１Ａ、１Ｂから照射される励起光である。９は偏波制御装置（９Ａと９Ｂは、励起光Ｐ_１とＰ_２をそれぞれに直交する偏光状態に制御する。）、４は光合波器、５は光ファイバ、６は光フィルタ、Ｐ_Ｓは信号光である。 In order to improve this, there is a parametric amplifier that does not depend on the polarization of signal light using two light sources having different wavelengths. A schematic diagram of this experiment is shown in FIG. In FIG. 12, 1A and 1B are excitation light sources, and P ₁ and P ₂ are excitation lights irradiated from the excitation light sources 1A and 1B. 9 polarization controller (9A and 9B controls the polarization state orthogonal to the pumping light _{P 1} and _{P 2,} respectively.), 4 an optical multiplexer, an optical fiber 5, the optical filter 6, _{P S} Is signal light.

これは、周波数差（ｆ_１−ｆ_２）離れた２つの励起光Ｐ_１、Ｐ_２の偏波を偏波制御装置９Ａ、９Ｂで直角に配置して光合波器４で合波し、非線形媒質である光ファイバ５中で信号光Ｐ_Ｓを増幅する光パラメトリック増幅器である。（特許文献１、非特許文献２〜４参照）
特許第９０７８８号公報 Y. Aoki, K. Tajima, and I. Mito, “Input Power Limits of Single-Mode Optical Fibers due to Stimulated Brillouin Scattering in Optical Communication Systems” J. Lightwave Technol. 6, pp. 710-719(1988) K. Inoue, “Polarization Independent Wavelength conversion Using Fiber Four-Wave Mixing with Two Orthogonal Pump Lights of Different Frequencies” J. Lightwave Technol. 12, pp.1916-1920(1994) K. K. Y. Wong, M. E. Marhic, K. Uesaka, and L. G. Kazovsky, “Polarization-Independent Two-Pump Fiber Optical Parametric Amplifier” IEEE Photon. Technol. Lett. 14, pp.911-913(2002） C. J. McKinstrie, S. Radic, and A. R. Charaplyvy, “Parametric Amplifiers Driven by Two Pump Waves” IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 8, pp. 538-547(2002) This is because the polarization of the _two pumping lights P ₁ and P ₂ separated by a frequency difference (f ₁ −f ₂ ) is arranged at right angles by the polarization control devices 9A and 9B, and multiplexed by the optical multiplexer 4 to be nonlinear. an optical parametric amplifier which amplifies the signal light P _S in the optical fiber 5 is medium. (See Patent Document 1 and Non-Patent Documents 2 to 4)
Japanese Patent No. 90788 Y. Aoki, K. Tajima, and I. Mito, “Input Power Limits of Single-Mode Optical Fibers due to Stimulated Brillouin Scattering in Optical Communication Systems” J. Lightwave Technol. 6, pp. 710-719 (1988) K. Inoue, “Polarization Independent Wavelength conversion Using Fiber Four-Wave Mixing with Two Orthogonal Pump Lights of Different Frequencies” J. Lightwave Technol. 12, pp.1916-1920 (1994) KKY Wong, ME Marhic, K. Uesaka, and LG Kazovsky, “Polarization-Independent Two-Pump Fiber Optical Parametric Amplifier” IEEE Photon. Technol. Lett. 14, pp.911-913 (2002) CJ McKinstrie, S. Radic, and AR Charaplyvy, “Parametric Amplifiers Driven by Two Pump Waves” IEEE J. Select. Topics Quantum Electron. 8, pp. 538-547 (2002)

前述の励起光に位相変調をした光増幅器ではＳＢＳの抑圧に効果はあるものの、より高出力な励起光を入力するためには複数段の位相変調器に異なる変調周波数で位相変調をかけるなどの複雑な処理を行う必要がある。その上、信号光や波長変換光（アイドラ光）にも位相変調がかかってしまうという問題がある。 Although the above-described optical amplifier in which phase modulation is performed on the pumping light is effective in suppressing SBS, in order to input higher-power pumping light, phase modulation is applied to a plurality of phase modulators with different modulation frequencies. It is necessary to perform complicated processing. In addition, there is a problem that phase modulation is also applied to signal light and wavelength converted light (idler light).

これに比ベ、パルス光源を用いて励起すると、同じように励起光のスペクトルが広いことからＳＢＳを抑圧できる上、ピーク強度が高いのでＣＷ(Continuous Wave)励起と比べ非常に大きな増幅効果が得られる。しかし、パルス励起型の増幅器の場合、信号のビット位相と励起光のパルス位相とを一致させなければならず、しかもＲＺ(Return to Zero)フォーマットの光信号しか増幅することができない。これは直交する２波長の励起光源を用いた偏波無依存型パラメトリック増幅器に対しても同様の問題がある。 In contrast, when excited using a pulsed light source, the SBS can be suppressed because the spectrum of the excitation light is similarly wide, and the peak intensity is high, so a very large amplification effect is obtained compared to CW (Continuous Wave) excitation. It is done. However, in the case of a pulse excitation type amplifier, the bit phase of the signal must match the pulse phase of the excitation light, and only an optical signal in the RZ (Return to Zero) format can be amplified. This also has the same problem with a polarization-independent parametric amplifier using two orthogonal excitation light sources.

本発明の目的は、位相変調器を用いずにパルス励起によって利得飽和を可能にし、信号のビットレートに依存せず、しかも信号フォーマットにも依存しない増幅特性を有する光増幅器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical amplifier that enables gain saturation by pulse excitation without using a phase modulator, and has an amplification characteristic that does not depend on the bit rate of the signal and does not depend on the signal format. .

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、信号光を、励起光を用いて増幅する光増幅器において、前記励起光が周期Ｔ、パルス幅Ｔ／ｎ（ｎは２以上の整数）であるｎ個の励起光源で構成されており、ｉ（ｉは１〜ｎのいずれかの整数）番目の励起光のパルス位相は、ｉ＋１番目の励起光のパルス位相よりＴ／ｎだけ遅れていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is an optical amplifier that amplifies signal light using pump light, wherein the pump light has a period T and a pulse width T / n (n is 2 or more). (I is an integer between 1 and n), and the pulse phase of the i (i is an integer from 1 to n) th excitation light is T / n higher than the pulse phase of the i + 1 th excitation light. It is characterized by being late.

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光増幅器において、前記励起光源は、互いに偏波が直交した周期Ｔ、パルス幅Ｔ／ｎの２つの波長を含むことを特徴とする。 The invention described in claim 2 is the optical amplifier according to claim 1, wherein the excitation light source includes two wavelengths having a period T and a pulse width T / n in which the polarizations are orthogonal to each other. To do.

また、請求項３に記載の発明は、前記励起光源は、増幅する信号波長において利得が同じになるように、波長及び光強度を定めることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is characterized in that the pumping light source determines the wavelength and the light intensity so that the gain is the same at the signal wavelength to be amplified.

本発明によれば、大幅にＳＢＳのしきい値を上げることができ、かつ、信号フォーマットやビットレートに依存しない増幅が可能な、高強度な励起光源を使った光増幅器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical amplifier using a high-intensity pumping light source that can greatly increase the threshold of SBS and can perform amplification independent of the signal format and bit rate. .

本願において開示される発明の概要を図１を用いて説明する。図１において、１Ａ、１Ｂはそれぞれ励起光Ｐ_１、Ｐ_２に対応したＣＷ光源であり、２Ａ、２Ｂはそれぞれ励起光Ｐ_１、Ｐ_２への強度変調器である。また、３は信号発生器、４は光合波器、５は光ファイバ、６は光フィルタ、８は位相シフタ（τ＝Ｔ／２）、Ｐ_Ｓは信号光である。 An outline of the invention disclosed in the present application will be described with reference to FIG. In Figure 1, 1A, 1B are each CW light sources corresponding to the excitation light _{_{P 1, P 2, 2A,}} 2B are each intensity modulator to the pumping light _{_P} 1, _P _2. Further, 3 denotes a signal generator, 4 an optical multiplexer, an optical fiber 5, 6 an optical filter, the 8 phase shifter (τ = T / 2), a P _S is the signal light.

Ｓ_１は周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンの信号、Ｓ_２はＳ_１とはパルス位相が半周期τ＝Ｔ／２ずれた周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンの信号であり、強度変調器２（２Ａ、２Ｂ）を駆動することを表している。
図１では、ＣＷ光に強度変調器２（２Ａ、２Ｂ）を用いることによりパルス光源にしているが、パルス発振の励起光源を用いて構成しても同じことである。また、ここでは光ファイバ５を増幅媒質として用いているが光ファイバ５に限定されるものではなく、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）やＰＰＬＮ（Periodically-poled LiNbO₃）のような酸化物強誘電体導波路でも同じことである。図２に前記信号光（図ではＮＲＺ（Non Return to Zero）フォーマットの例）と信号Ｓ_１と信号Ｓ_２のパルスパターンを示す。 S ₁ is a pulse pattern signal having a period T and a pulse width T / 2, and S ₂ is a pulse pattern signal having a period T and a pulse width T / 2 whose pulse phase is shifted by a half period τ = T / 2 from S _1. Yes, indicating that the intensity modulator 2 (2A, 2B) is driven.
In FIG. 1, the pulse light source is formed by using the intensity modulator 2 (2A, 2B) for the CW light. However, the same thing can be said even if a pulse oscillation excitation light source is used. Here, the optical fiber 5 is used as an amplifying medium. However, the optical fiber 5 is not limited to the optical fiber 5, and an oxide such as a semiconductor optical amplifier (SOA) or PPLN (Periodically-poled LiNbO ₃ ). The same is true for ferroelectric waveguides. FIG. 2 shows the pulse pattern of the signal light (in the figure, an example of the NRZ (Non Return to Zero) format) and the signals S ₁ and S ₂ .

以下に、本発明による実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
始めに、本発明における光増幅器の動作について説明する。ここでは、わかりやすくするために励起光源が２個（ｎ＝２）の場合について説明する。（ｎが２以上の場合は第３の実施形態で説明する。）パルス光源１Ａと１Ｂは、信号光の利得が同じになるように波長及び強度を設定する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the operation of the optical amplifier in the present invention will be described. Here, for the sake of clarity, a case where there are two excitation light sources (n = 2) will be described. (The case where n is 2 or more will be described in the third embodiment.) The pulse light sources 1A and 1B set the wavelength and intensity so that the gain of the signal light is the same.

図３に光パラメトリック増幅器（図３（ａ））と光ラマン増幅器（図３（ｂ））の励起光Ｐ_１、Ｐ_２と信号光Ｐ_Ｓの波長関係の概略を示す。
図３（ａ）の光パラメトリック増幅器の場合、励起光Ｐ_１、Ｐ_２と信号光Ｐ_Ｓの波長関係は位相整合条件から、以下の数３の関係が成り立つ。 Shows a schematic of a wavelength relationship of the excitation light _P 1, _{P 2} and the signal light _{P S} of the optical parametric amplifier (FIG. 3 (a)) and the optical Raman amplifier (FIG. 3 (b)) in FIG.
If the optical parametric amplifier of FIG. 3 (a), the wavelength relationship between the excitation light P _1, P ₂ and the signal light P _S from the phase matching condition, holds the number 3 in relation below.

λ_Ｐは励起光Ｐ_１、Ｐ_２の波長であり、λ_Ｓは信号光Ｐ_Ｓの波長、λ_idlerはアイドラ光の波長を示す。
励起光源１Ａ、１Ｂによるパラメトリックス利得帯域を半円で示す。点線はＰ_１（Ｐ_１の波長をλ_Ｐ１とする。）による利得帯域であり、実線はＰ_２（Ｐ_２の波長をλ_Ｐ２とする。）による利得帯域である。信号光Ｐ_Ｓにとってパラメトリック利得がほぼ同じになるように励起光源１Ａ、１Ｂを配置している。 lambda _P is the wavelength of the excitation light _{_P} 1, _P _2, _λ _S is the wavelength of the signal light _{P S, λ} _idler denotes the wavelength of the idler light.
The parametric gain band by the excitation light sources 1A and 1B is shown by a semicircle. The dotted line is the gain band due to P ₁ (the wavelength of P ₁ is λ _P1 ), and the solid line is the gain band due to P ₂ (the wavelength of P ₂ is λ _P2 ). Excitation light source 1A to the signal light P _S as parametric gain is approximately the same, are arranged 1B.

図３（ｂ）の光ラマン増幅器の場合、信号ラマン利得帯域は媒質の光学フォノンにより周波数シフトとして表されるので、励起光源１Ａ、１Ｂによって励起された場合のラマン利得は図３（ｂ）に示すような半円のようになる。
点線はＰ_１（Ｐ_１の波長をλ_Ｐ１とする。）による利得帯域であり、実線はＰ_２（Ｐ_２の波長をλ_Ｐ２とする。）による利得帯域である。信号光Ｐ_Ｓにとってラマン利得がほぼ同じになるように励起光源１Ａ、１Ｂを配置している。
本発明の特徴はＳＢＳが抑圧できることにある。光ファイバ中に誘起されるＳＢＳの周波数シフト量ν_Ｂは、以下の数４のように与えられる。 In the case of the optical Raman amplifier of FIG. 3B, the signal Raman gain band is expressed as a frequency shift by the optical phonon of the medium, so that the Raman gain when excited by the excitation light sources 1A and 1B is shown in FIG. It looks like a semicircle as shown.
The dotted line is the gain band due to P ₁ (the wavelength of P ₁ is λ _P1 ), and the solid line is the gain band due to P ₂ (the wavelength of P ₂ is λ _P2 ). Excitation light source 1A to the signal light P _S as the Raman gain is approximately the same, are arranged 1B.
A feature of the present invention is that SBS can be suppressed. The frequency shift amount ν _B of SBS induced in the optical fiber is given by the following equation (4).

Ｎは屈折率、λ_Ｐは励起波長、ν_Ａは光ファイバ中を伝播する音響波の位相速度である。この式から励起光の波長λ_Ｐが異なると、ＳＢＳの周波数シフト量ν_Ｂは異なり、波長の異なる２つの光源で励起することによるＳＢＳの利得は小さいことがわかる。
これは、ＳＢＳのしきい値を上げることを意味している。それぞれの光源自体はパルス光源であることから、ＳＢＳはほとんど発生しない上、ピーク強度が高いことから強励起が可能である。 N is the refractive index, λ _P is the excitation wavelength, and ν _A is the phase velocity of the acoustic wave propagating in the optical fiber. From this equation, it can be seen that when the wavelength λ _{P of the} pumping light is different, the frequency shift amount ν _B of the SBS is different, and the gain of the SBS by pumping with two light sources having different wavelengths is small.
This means raising the threshold of SBS. Since each light source itself is a pulsed light source, almost no SBS is generated, and since the peak intensity is high, strong excitation is possible.

本発明は、希土類添加増幅器や非線形効果を使った様々な光増幅器にも適用することができる。第１及び第２の実施形態にそれぞれ光パラメトリック増幅器、ファイバラマン増幅器の例を示し、第３の実施形態にｎ個のパルス光源を使用した場合の例を示す。 The present invention can also be applied to various rare earth doped amplifiers and various optical amplifiers using nonlinear effects. Examples of an optical parametric amplifier and a fiber Raman amplifier are shown in the first and second embodiments, respectively, and an example of using n pulse light sources in the third embodiment is shown.

以下に、図４〜図６を用いて、本発明の第１の実施形態に係る光パラメトリック増幅器について説明する。
これは３次の非線形効果である４光波混合を用いた光増幅器であり、光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ：Optical Parametric Amplifier）と呼ばれている。本発明によるＯＰＡの励起方法は図３に示したような２波長の励起光を用いて励起してもよいが、光中継器としてＯＰＡを用いるためには偏波無依存、かつ、波長多重(ＷＤＭ：Wavelength-Division Multiplexing)信号に対して平坦な利得を持つことが必要とされている。 The optical parametric amplifier according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This is an optical amplifier using four-wave mixing, which is a third-order nonlinear effect, and is called an optical parametric amplifier (OPA). The OPA pumping method according to the present invention may be pumped using two-wavelength pumping light as shown in FIG. 3, but in order to use OPA as an optical repeater, polarization-independent and wavelength multiplexing ( A flat gain is required for a WDM (Wavelength-Division Multiplexing) signal.

信号光に対して偏波無依存にするためには、本実施形態で説明する直交する偏波を持つ２波長の光源を使う他に、偏波スクランブラを使って無依存化する方法なども考えられている。しかし、ここではビットレートに無依存にするため、直交する偏波を持つ２波長の光源を使う方法で説明することにする。
よって、本発明はこの励起方法に限定されるものではない。この場合、周期Ｔのパルス変調された光源１Ａと、１Ａとはパルス位相が半周期Ｔ／２ずれた光源１Ｂとがあり、４波長を用いた励起法となる。 In order to make the polarization independent of the signal light, in addition to using the two-wavelength light source having orthogonal polarization described in the present embodiment, there is a method of making the polarization independent using a polarization scrambler. It is considered. However, here, in order to make it independent of the bit rate, a method using a two-wavelength light source having orthogonal polarizations will be described.
Therefore, the present invention is not limited to this excitation method. In this case, the pulse-modulated light source 1A having a period T and the light source 1B having a pulse phase shifted by a half period T / 2 are used as the excitation method using four wavelengths.

図４は、本発明の第１の実施形態に係る光パラメトリック増幅器である。１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄは励起光源であり、Ｐ_１ａ、Ｐ_２ａ、Ｐ_１ｂ、Ｐ_２ｂは励起光源１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄから照射される励起光である。２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄはそれぞれ励起光Ｐ_１ａ、Ｐ_２ａ、Ｐ_１ｂ、Ｐ_２ｂへの強度変調器である。また、３は信号発生器、４は光合波器、５は光ファイバ、６は光フィルタ、８は位相シフタ（τ＝Ｔ／２）、Ｐ_Ｓは信号光である。 FIG. 4 is an optical parametric amplifier according to the first embodiment of the present invention. 1A, 1B, 1C, and 1D are excitation light sources, and P _1a , P _2a , P _1b , and P _2b are excitation lights emitted from the excitation light sources 1A, 1B, 1C, and 1D. Reference _numerals 2A, 2B, 2C, and 2D denote intensity modulators for the excitation lights P _1a , P _2a , P _1b , and P _2b , respectively. Further, 3 denotes a signal generator, 4 an optical multiplexer, an optical fiber 5, 6 an optical filter, the 8 phase shifter (τ = T / 2), a P _S is the signal light.

Ｓ_１は周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンの信号で、Ｓ_２はＳ_１とはパルス位相が半周期τ＝Ｔ／２ずれた周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンの信号で、強度変調器２（２Ａ〜２Ｄ）を駆動することを表している。
図４では、ＣＷ光に強度変調器２を用いることによりパルス光源にしているが、パルス発振の励起光源を用いて構成しても同じことである。 S ₁ is the period T, the signal pulse width T / 2 in pulse pattern, S ₂ is S ₁ period T pulse phase-shifted a half period tau = T / 2 and the pulse width T / 2 in pulse pattern signal This indicates that the intensity modulator 2 (2A to 2D) is driven.
In FIG. 4, the pulse light source is formed by using the intensity modulator 2 for the CW light, but the same thing can be achieved by using a pulse oscillation excitation light source.

信号光Ｐ_Ｓと励起光（Ｐ_１ａ、Ｐ_２ａ、Ｐ_１ｂ、Ｐ_２ｂ）の波長関係は、図５及び図６に示すような励起パターンが考えられる。
図５（ａ）〜（ｅ）は、信号光Ｐ_Ｓを挟んで励起するように配置した場合を表しており、図６（ａ）〜（ｅ）は、信号光Ｐ_Ｓと波長変換光の間に励起光がくるように配置した場合を表している。図において、斜線部は信号光Ｐ_Ｓの利得帯域を表している。
λ_１ａ、λ_２ａ、λ_１ｂ、λ_２ｂはそれぞれ励起光Ｐ_１ａ、Ｐ_２ａ、Ｐ_１ｂ、Ｐ_２ｂの波長である（偏光方向を示すａ、ｂは逆も可とする)。 Signal light _{P S} and the pump light _{_{_{(P 1a, P 2a, P}}} 1b, P 2b) are wavelength relationship is conceivable excitation pattern as shown in FIGS.
Figure 5 (a) ~ (e) represents the case of arranging so as to excite across the signal light _{P S,} FIG. 6 (a) ~ (e), the signal light _{P S} and the wavelength conversion light The case where it arrange | positions so that excitation light may come between is represented. In the figure, the hatched portion represents the gain band of the signal light P _S.
λ _1a , λ _2a , λ _1b , and λ _2b are the wavelengths of the pumping light P _1a , P _2a , P _1b , and P _2b (a and b indicating the polarization directions can be reversed).

図５に示した場合では広帯域な利得を得ることができ、図６に示した場合では波長変換光を取り出しやすい特徴がある。図５（ｅ）と図６（ｅ）は、他の励起配置の場合と比べて励起波長を同じにしているのでＳＢＳは発生しやすいが、ＳＢＳは偏波依存性を持っていることから、普通の２波長励起の場合よりも効果があると考えられる。
しかもこの場合は、１つの光源から偏光が交互に切り替わるような光源を用いればよいので、光源が２つだけあればよい。このような励起配置を用いることにより、ＳＢＳを抑圧でき、偏波無依存かつ広帯域平坦な利得を得ることができる。 In the case shown in FIG. 5, a wide band gain can be obtained, and in the case shown in FIG. 6, there is a feature that the wavelength-converted light can be easily extracted. 5 (e) and 6 (e), since the excitation wavelength is the same as in the other excitation arrangements, SBS is likely to occur, but SBS has polarization dependence. This is considered to be more effective than the case of normal two-wavelength excitation.
In addition, in this case, it is sufficient to use a light source whose polarization is alternately switched from one light source, so that only two light sources are required. By using such an excitation arrangement, SBS can be suppressed, and a polarization-independent and broadband flat gain can be obtained.

次に、図７及び図８を用いて、本発明の第２の実施形態に係る光増幅器について説明する。
本発明による励起方法はファイバラマン増幅器（ＦＲＡ：Fiber Raman Amplifier）にも応用できる。ＦＲＡはＷＤＭネットワークで期待されている増幅器の１つで、信号の波長に依らず広帯域に増幅することができる。しかし、より大きな利得を得るためには高強度の励起が必要である。そのため、本発明の励起方法を用いれば信号フォーマットやビットレートに依存せずに高強度な励起が可能となる。 Next, an optical amplifier according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The excitation method according to the present invention can also be applied to a fiber Raman amplifier (FRA). FRA is one of the amplifiers expected in a WDM network, and can be amplified over a wide band regardless of the signal wavelength. However, high intensity excitation is required to obtain a greater gain. Therefore, if the excitation method of the present invention is used, high-intensity excitation can be performed without depending on the signal format and bit rate.

図７は、本発明の第２の実施形態におけるファイバラマン増幅器の説明図である。図７において、１Ａ、１Ｂは励起光源であり、Ｐ_１、Ｐ_２は励起光源１Ａ、１Ｂから照射される励起光である。２Ａ、２Ｂはそれぞれ励起光Ｐ_１、Ｐ_２への強度変調器である。また、３は信号発生器、４は光合波器、５は光ファイバ、６は光フィルタ、８は位相シフタ（τ＝Ｔ／２）、Ｐ_Ｓは信号光である。 FIG. 7 is an explanatory diagram of a fiber Raman amplifier according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, 1A and 1B are excitation light sources, and P ₁ and P ₂ are excitation lights irradiated from the excitation light sources 1A and 1B. Reference numerals 2A and 2B denote intensity modulators for the excitation lights P ₁ and P ₂ , respectively. Further, 3 denotes a signal generator, 4 an optical multiplexer, an optical fiber 5, 6 an optical filter, the 8 phase shifter (τ = T / 2), a P _S is the signal light.

Ｓ_１は周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンの信号で、Ｓ_２はＳ_１とはパルス位相が半周期τ＝Ｔ／２ずれた周期Ｔ、パルス幅Ｔ／２のパルスパターンの信号で、強度変調器２（２Ａ、２Ｂ）を駆動することを表している。
図７では、ＣＷ光に強度変調器２（２Ａ、２Ｂ）を用いることによりパルス光源にしているが、パルス発振の励起光源を用いて構成しても同じことである。信号光Ｐ_Ｓと励起光Ｐ_１、Ｐ_２の波長関係は図８に示すような励起パターンが考えられる。
以上により、ＦＲＡに関しても本実施形態で説明した励起方法を用いることにより、高強度な励起光源によって発生するＳＢＳを抑圧することができる。 S ₁ is the period T, the signal pulse width T / 2 in pulse pattern, S ₂ is S ₁ period T pulse phase-shifted a half period tau = T / 2 and the pulse width T / 2 in pulse pattern signal This indicates that the intensity modulator 2 (2A, 2B) is driven.
In FIG. 7, a pulse light source is formed by using the intensity modulator 2 (2A, 2B) for the CW light, but the same thing can be said by using a pulse oscillation excitation light source. Wavelength relationship of the excitation light P _1, P ₂ and signal light P _S is considered excitation pattern as shown in FIG.
As described above, SBS generated by a high-intensity excitation light source can also be suppressed by using the excitation method described in this embodiment for FRA.

次に、図９及び図１０を用いて、本発明の第３の実施形態に係る光増幅器について説明する。
上記の第１及び第２の実施形態では、パルス光源のパターンがＳ_１と、Ｓ_１とはビット位相が半周期Ｔ／２ずれたＳ_２の２種類であった。一方、ｎを３以上の整数とした場合、周期Ｔ、パルス幅Ｔ／ｎの励起光Ｐ_ｉ（ｉは、１〜ｎのいずれかの整数）を照射するｎ個の励起光源で構成されてもよい。
ここで、ｉ番目の励起光Ｐ_ｉのパルス位相は、ｉ＋１番目の励起光Ｐ_ｉ＋１のパルス位相よりＴ／ｎだけ遅れており、ｎ番目の励起光Ｐ_ｎのパルス位相は１番目の励起光Ｐ_１よりＴ／ｎだけ遅れていることとする。 Next, an optical amplifier according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the first and second embodiments described above, the pattern of the pulse light source is S ₁ , and S ₁ is two types of S ₂ , in which the bit phase is shifted by a half cycle T / 2. On the other hand, when n is an integer of 3 or more, it is composed of n excitation light sources that irradiate excitation light P _i (i is an integer from 1 to n) having a period T and a pulse width T / n. Also good.
Here, i th pulse phase of the excitation light P _i is, i + 1 th excitation light P _{i + 1} of which is delayed by T / n from the pulse phase, n-th pumping light P _n of the pulse phase first excitation light and that is delayed by T / n from P _1.

図９は、本発明の第３の実施形態における光増幅器の構成を示すブロック図である。１（１Ａ〜１Ｎ）は励起光源であり、Ｐ_ｉ（Ｐ_１〜Ｐ_ｎ）は励起光源１（１Ａ〜１Ｎ）から照射される励起光である。２（２Ａ〜２Ｎ）はそれぞれ励起光Ｐ_ｉ（Ｐ_１〜Ｐ_ｎ）への強度変調器である。また、３は信号発生器、４は光合波器、５は光ファイバ、６は光フィルタ、８は位相シフタ（τ＝Ｔ／２）、Ｐ_Ｓは信号光である。 FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an optical amplifier according to the third embodiment of the present invention. 1 (1A to 1N) is an excitation light source, and P _i (P _{1 to} P _n ) is excitation light emitted from the excitation light source 1 (1A to 1N). 2 (2A to 2N) are intensity modulators for the excitation light P _i (P _{1 to} P _n ), respectively. Further, 3 denotes a signal generator, 4 an optical multiplexer, an optical fiber 5, 6 an optical filter, the 8 phase shifter (τ = T / 2), a P _S is the signal light.

図９では、ＣＷ光に強度変調器２を用いることによりパルス光源にしているが、パルス発振の励起光源を用いて構成しても同じことである。図１０は、信号Ｓ_１〜Ｓ_ｎと信号光Ｐ_Ｓのパルス幅と位相の関係を示している。
本実施形態で説明した光増幅器によれば、励起光源のデューティー比が小さくなることからピーク強度を高くすることができるので、ＳＢＳのしきい値は高いまま、より高強度に励起することができる。 In FIG. 9, the pulse light source is formed by using the intensity modulator 2 for the CW light, but the same thing can be said by using a pulse oscillation excitation light source. Figure 10 shows the pulse width and the phase relationship between signals _S 1 to S _n and the signal light _{P S.}
According to the optical amplifier described in this embodiment, since the duty ratio of the pumping light source becomes small, the peak intensity can be increased, so that the SBS threshold can be kept high and excitation can be performed with higher intensity. .

以上、第１〜第３の実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。 As mentioned above, although demonstrated based on 1st-3rd embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary.

本発明は、大幅にＳＢＳのしきい値を上げることができ、かつ、信号フォーマットやビットレートに依存しない増幅が可能な、高強度な励起光源を使った光増幅器に利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an optical amplifier using a high-intensity pumping light source that can greatly increase the SBS threshold and can be amplified independent of the signal format and bit rate. .

本発明の光増幅器の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the optical amplifier of this invention. 本発明の光増幅器の動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of operation of the optical amplifier of this invention. 本発明の光増幅器の動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of operation of the optical amplifier of this invention. 本発明の第１の実施形態における光増幅器の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an optical amplifier according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施形態における光増幅器の動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation principle of the optical amplifier in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態における光増幅器の動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation principle of the optical amplifier in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態における光増幅器の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the optical amplifier in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態における光増幅器の動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation principle of the optical amplifier in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態における光増幅器の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the optical amplifier in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態における光増幅器の動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation principle of the optical amplifier in the 3rd Embodiment of this invention. 従来の位相変調器を用いた光増幅器の概略構成を示すブロック図であるIt is a block diagram which shows schematic structure of the optical amplifier using the conventional phase modulator. 従来のパラメトリック増幅器の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the conventional parametric amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

１Ａ〜１Ｎ・・・励起光源
２Ａ〜２Ｎ・・・強度変調器
３・・・信号発生器
４・・・光合波器
５・・・光ファイバ
６・・・光フィルタ
７・・・位相変調器
８・・・位相シフタ
９Ａ、９Ｂ・・・偏波制御装置
Ｐ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）・・・励起光
Ｐ_Ｓ・・・信号光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A-1N ... Excitation light source 2A-2N ... Intensity modulator 3 ... Signal generator 4 ... Optical multiplexer 5 ... Optical fiber 6 ... Optical filter 7 ... Phase modulator 8... Phase shifters 9A, 9B... Polarization controller P _i (i = 1 to n)... Excitation light P _S.

Claims

信号光を、励起光を用いて増幅する光増幅器において、
前記励起光が周期Ｔ、パルス幅Ｔ／ｎ（ｎは２以上の整数）であるｎ個の励起光源で構成されており、
ｉ（ｉは１〜ｎのいずれかの整数）番目の励起光のパルス位相は、ｉ＋１番目の励起光のパルス位相よりＴ／ｎだけ遅れている
ことを特徴とする光増幅器。 In an optical amplifier that amplifies signal light using pump light,
The excitation light is composed of n excitation light sources having a period T and a pulse width T / n (n is an integer of 2 or more),
An optical amplifier characterized in that the pulse phase of i-th (i is an integer from 1 to n) -th excitation light is delayed by T / n from the pulse phase of i + 1-th excitation light.

前記励起光源は、互いに偏波が直交した周期Ｔ、パルス幅Ｔ／ｎの２つの波長を含むことを特徴とする請求項１に記載の光増幅器。 2. The optical amplifier according to claim 1, wherein the pumping light source includes two wavelengths having a period T and a pulse width T / n in which the polarizations are orthogonal to each other.

前記励起光源は、増幅する信号波長において利得が同じになるように、波長及び光強度を定めることを特徴とする請求項１又は２に記載の光増幅器。
3. The optical amplifier according to claim 1, wherein the pumping light source determines the wavelength and the light intensity so that the gain is the same at the signal wavelength to be amplified.