JP2008089781A - 光パラメトリック増幅装置 - Google Patents

光パラメトリック増幅装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2008089781A
JP2008089781A JP2006268541A JP2006268541A JP2008089781A JP 2008089781 A JP2008089781 A JP 2008089781A JP 2006268541 A JP2006268541 A JP 2006268541A JP 2006268541 A JP2006268541 A JP 2006268541A JP 2008089781 A JP2008089781 A JP 2008089781A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
amplification
signal light
light
excitation light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006268541A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeki Watanabe
茂樹 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2006268541A priority Critical patent/JP2008089781A/ja
Priority to US11/785,494 priority patent/US7940454B2/en
Priority to EP07106943A priority patent/EP1906230A1/en
Publication of JP2008089781A publication Critical patent/JP2008089781A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/39—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
    • G02F1/395—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves in optical waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/29—Repeaters
    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
    • H04B10/2912—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form characterised by the medium used for amplification or processing
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3536—Four-wave interaction
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/39—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
    • G02F1/392—Parametric amplification
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2203/00—Function characteristic
    • G02F2203/06—Polarisation independent

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

【課題】ＥＤＦＡ等の実用的な光アンプの増幅帯域の拡大および雑音特性の向上を可能にする光パラメトリック増幅装置を提供する。
【解決手段】本発明の光パラメトリック増幅装置は、ＥＤＦＡ等の実用的な光アンプ１を用いて増幅した励起光Ｅｐを、光アンプ１の増幅帯域外に波長を有する信号光Ｅｓとともに合波器２を介して非線形光学媒質３に供給することで、該非線形光学媒質３において、励起光Ｅｐによる光パラメトリック増幅効果により信号光Ｅｓを増幅する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非線形光学効果を利用して光を増幅する技術に関し、特に、四光波混合等により生じる光パラメトリック増幅効果を用いて信号光を増幅する光パラメトリック増幅装置に関する。
従来および現状の光通信システムにおいては、光ファイバアンプ等の光アンプにより、伝送路ファイバのもつ損失による信号光パワーの減衰を補償し、１０Ｇｂ／ｓの単一波長伝送あるいは波長多重伝送システムが開発されている。
現在の大きな課題の１つは、実用的な光ファイバアンプの増幅帯域に制限があることである。具体的には、エルビウム（Ｅｒ3+）ドープ・ファイバ・アンプ（Erbium Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）では、１５３５ｎｍ〜１５６５ｎｍ付近のＣ−バンドと、１５７０ｎｍ〜１６１０ｎｍ付近のＬ−バンドとに増幅帯域が制限されている。Ｃ、Ｌ−バンド以外の帯域を増幅するために、Ｅｒ3+以外の物質をドープした光ファイバアンプ等が提案されているが、ＥＤＦＡほどの実用性はないのが現状である。
また、従来のＥＤＦＡにおいては、雑音指数が５〜６ｄＢあるいはそれ以上に制限され、付加される自然放出光（ＡＳＥ）雑音による光Ｓ／Ｎ比の低減の影響が厳しいという課題もある。これは、光アンプを用いた光中継伝送システムにおける中継間隔を制限することになり、４０Ｇｂ／ｓや１６０Ｇｂ／ｓといった今後の高速化した信号光の長距離伝送における大きな制限要因となる。現状のシステムの実用的な伝送距離は、４０Ｇｂ／ｓの信号光で数百ｋｍ、１６０Ｇｂ／ｓの信号光では高々数ｋｍ程度に制限されている。
上記のようなＥＤＦＡ等の光ファイバアンプの課題に対し、より広い帯域をカバーすることを目指した光増幅技術として、例えば、非線形光学効果の１つである、誘導ラマン散乱を用いた光ラマンアンプが開発されている。また、四光波混合（Four Wave Mixing：ＦＷＭ）等により生じる光パラメトリック増幅効果を用いて信号光を増幅する技術も知られており、該光パラメトリック増幅を応用した各種の光学装置が提案されている（例えば、特許文献１〜３および非特許文献１参照）。
国際公開第９４／０９４０３号パンフレット 特開平７−９８４６４号公報 特開２００６−１８４８５１号公報 Watanabe et al., "Novel Fiber Kerr-Switch with Parametric Gain: Demonstration of Optical Demultiplexing and Sampling up to 640 Gb/s", ECOC. 2004, Th4.1.6.
しかしながら、上記のような従来の光ラマンアンプは、伝送路ファイバの一部あるいは全部を増幅媒質として用いる分布定数型光アンプであり、伝送路の保守・管理が非常に難しくなるといった問題点がある。
一方、光パラメトリック増幅効果を利用した光アンプは、基本的に分布定数型光アンプとは構成が異なるため、上記のような保守・管理面での問題点が発生することはなく、また、ＥＤＦＡに比べてＡＳＥ雑音による光Ｓ／Ｎ比の劣化も小さいため、良好な雑音特性を実現することが可能である。しかし、これまでに提案されている光パラメトリック増幅効果を用いた装置は、ＥＤＦＡ等の実用的な光アンプの増幅帯域に対応した信号光、すなわち、Ｃ−バンドやＬ−バンド等の信号光を増幅することを想定した構成に限られており、従来の光アンプの増幅帯域外の信号光を増幅するための具体的かつ実用的な構成の提案はなかった。
本発明は、ＥＤＦＡ等の実用的な光アンプの増幅帯域の拡大および雑音特性の向上を可能にする光パラメトリック増幅装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の光パラメトリック増幅装置は、信号光および該信号光とは波長の異なる励起光が入力され、該励起光による光パラメトリック増幅効果により信号光を増幅して出力する非線形光学媒質を備えた光パラメトリック増幅装置であって、前記励起光の波長を含む増幅帯域を有し、前記励起光を増幅して出力する第１光増幅部と、前記第１光増幅部から出力される励起光を、前記第１光増幅部の増幅帯域外に波長を有する信号光とともに前記非線形光学媒質に供給する励起光供給部と、を備えたことを特徴とする。
上記のような構成では、従来の実用的な光アンプを第１光増幅部として使用し、該第１光増幅部で増幅した励起光を励起光供給部により非線形光学媒質に供給することで、該非線形光学媒質において、第１光増幅部の増幅帯域外に波長を有する信号光が、励起光により発生する四光波混合等により光パラメトリック増幅されるようになる。
上記のような本発明の光パラメトリック増幅装置によれば、従来の実用的な光アンプを用いた第１光増幅部で増幅された励起光による光パラメトリック増幅効果により、第１光増幅部の増幅帯域外に波長を有する信号光を増幅することができるため、増幅帯域が制限された従来の光アンプの増幅帯域を拡大させることが可能であり、かつ、光パラメトリック増幅ではＡＳＥ雑音による光Ｓ／Ｎ比の劣化が小さいため、良好な雑音特性で信号光を増幅することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明による光パラメトリック増幅装置の基本構成を示す図である。
図１において、本光パラメトリック増幅装置は、第１光増幅部としての光アンプ１と、励起光供給部としての合波器２と、非線形光学媒質３と、を備える。光アンプ１は、前述したＥＤＦＡ等の従来の光アンプと同じ増幅帯域（例えば、Ｃ−バンドやＬ−バンド等）を持ち、該増幅帯域内に波長を有する励起光Ｅｐを所望のレベルまで増幅して合波器２に出力する。ここでは、励起光Ｅｐの波長をλｐ、光パワーをＰｐとする。
合波器２は、図示しない伝送路ファイバ等より本光パラメトリック増幅装置に入力される信号光Ｅｓと、上記の光アンプ１から出力される励起光Ｅｐとを合波して非線形光学媒質３に出力する。上記の信号光Ｅｓは、励起光Ｅｐの波長λｐとは異なる波長λｓを有している。この信号光Ｅｓの波長λｓは、基本的に、光アンプ１の増幅帯域外に設定される。ここでは、信号光Ｅｓの入力パワーをＰｓ、出力パワーをＰｓ’とする。
なお、本発明は、信号光Ｅｓの波長λｓを、光アンプ１の増幅帯域内で励起光波長λｐとは異なる波長に設定する応用も可能であり、その具体例については後述することにする。
非線形光学媒質３は、合波器２から出力される信号光Ｅｓおよび励起光Ｅｐが入力され、励起光Ｅｐによる四光波混合等によって発生する光パラメトリック増幅効果により、信号光Ｅｓを増幅して出力する。この非線形光学媒質３としては、例えば、光ファイバを用いる場合、シングルモード光ファイバを使用することが可能である。また、非線形光学効果を高めた高非線形ファイバ（highly nonlinear fiber：ＨＮＬＦ）の使用も有効である。具体的な高非線形ファイバとしては、コアにゲルマニウムやビスマス等をドープして非線形屈折率を高めると共に、モード・フィールドを小さく設計することにより、光パワー密度を高めたタイプや、フォトニック結晶ファイバ構造を用いたタイプ等を用いることが可能である。また、光パラメトリック増幅効果をもつ他のデバイスとして、三光波混合（Three Wave Mixing：ＴＷＭ）等の２次の非線形光学効果を有効に発生可能な、擬似位相整合構造を有する周期分極ニオブ酸リチウム（periodically poled lithium niobate：ＰＰＬＮ）等の光導波路（例えば、I. Brener et al., "Polarisation-insensitive wavelength converter based on cascaded nonlinearities in LiNbO3 waveguides", Electronics Letters, 6th January 2000, Vol.36, No.1, p. 66-67.参照）若しくはＫＴＰ等の光学結晶、または、ガリウム・アルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）等の半導体素子を、非線形光学媒質３として用いることも可能である。さらに、上記の非線形光学媒質３が光ファイバの場合には、入力される励起光Ｅｐの波長λｐと一致または略一致する零分散波長を有するものを使用するのが好ましい。
次に、上記のような基本構成を有する光パラメトリック増幅装置の動作について説明する。
本光パラメトリック増幅装置では、図２の波長配置の一例に示すように、励起光Ｅｐの波長λｐがＥＤＦＡ等の従来の光アンプ１の増幅帯域Ａ内に配置されており、光アンプ１の増幅帯域外に波長λｓを有する信号光Ｅｓが光パラメトリック増幅される点で特徴づけられる。具体的に、増幅帯域Ａ内に波長λｐを有する励起光Ｅｐは、光アンプ１で所望のパワーＰｐまで増幅された後、合波器２を介して非線形光学媒質３に入力される。非線形光学媒質３では、励起光Ｅｐによる四光波混合（ＦＷＭ）あるいは三光波混合（ＴＷＭ）により、合波器２を介して入力される信号光Ｅｓが励起光Ｅｐとほぼ同じ偏光方向に光パラメトリック増幅される（図２の右側に示す出力時の信号光Ｅｓ’を参照）。なお、図２の右側に示したＥｃはＦＷＭ光（アイドラ光）であり、Ｅｐ、Ｅｓ、Ｅｃの周波数を各々ωｐ、ωｓ、ωｃとすると、Ｅｃの周波数ωｃは（２ωｐ−ωｓ）になっている。
上記の光パラメトリック増幅の利得は、例えばＦＷＭの場合には、励起光ＥｐのパワーＰｐが信号光ＥｓのパワーＰｓに比べて十分に大きいとき、励起光ＥｐのパワーＰｐの二乗にほぼ比例して増加する。具体的には、例えば、非線形光学媒質３として長さＬ、損失αの光ファイバを用いた場合に、ＦＷＭに対する位相整合条件が理想的な状態、すなわち、全ての光波の偏光状態が等しく光ファイバ内で完全に位相整合がとれており、しかも、励起光ＥｐのパワーＰｐが信号光ＥｓのパワーＰｓおよびアイドラ光ＥｃのパワーＰｃに比べて十分に大きいと仮定すると、上記の光ファイバを用いた非線形光学媒質３から出力される信号光Ｅｓ’は、次の（１）式の関係を満たす利得ηｓを得る。
ηｓ＝ｅｘｐ（−α・Ｌ）・［１＋φ2（Ｌ）］ …（１）
上記の（１）式において、φ（Ｌ）は非線形光位相シフトを表しており、次の（２）式に示す関係を満たす。
φ（Ｌ）＝γ・Ｐｐ（０）・Ｌeff …（２）
上記の（２）式において、γは、光ファイバの３次非線形係数であって、光速ｃ、光角周波数ω、非線形屈折率ｎ2および有効コア断面積Ａeffを用いて、下記の（３）式で表される。また、Ｐｐ（０）は、光ファイバに入力される励起光Ｅｐのパワーである。さらに、Ｌeffは、相互作用長であり、次の（４）式で表される。
γ＝（ω・ｎ2）／（ｃ・Ａeff） …（３）
Ｌeff＝［１−ｅｘｐ（−α・Ｌ）］／α …（４）
上記（１）式〜（４）式の関係より、光ファイバにおける光パラメトリック増幅の利得ηｓは、非線形定数γ、励起光パワーＰｐおよび相互作用長Ｌeffの積の二乗に比例する形で大きくなることがわかる。ただし、ＦＷＭの発生効率は、相互作用する光波の偏光状態に強く依存し、同一の偏光状態の光波間で最も発生効率が高く、互いに直交する偏光状態の光波間ではＦＷＭは発生しない。したがって、励起光ＥｐのパワーＰｐが十分に大きい場合には、その励起光Ｅｐと同一の偏光方向の信号光成分が、選択的に光パラメトリック増幅されるようになる。
なお、励起光Ｅｐが連続発振（Continuous Wave：ＣＷ）光であり、その励起光Ｅｐが高いパワーで非線形光学媒質３に入力された場合、非線形光学媒質３において誘導ブリルアン散乱（Stimulated Brillouin Scattering：ＳＢＳ）が発生し、該ＳＢＳにより光パラメトリック増幅の利得が制限される可能性がある。このような場合には、例えば、励起光Ｅｐに対して光位相変調や光周波数変調を適宜加える方法等が有効である。
図３は、上記のような利得ηｓが得られる光パラメトリック増幅装置の増幅帯域の一例を示したものである。このように、本光パラメトリック増幅装置の増幅帯域Ｂは、光アンプ１の増幅帯域Ａの外（ここでは短波長側）に位置する斜線を施した波長領域、すなわち、従来の実用的な光アンプでは所望の利得を得ることができなかった波長領域に形成される。この増幅帯域Ｂの幅は、非線形光学媒質３として光ファイバを使用した場合に、その零分散波長が励起光Ｅｐの波長λｐと一致または略一致していると最も広くなる。この場合、光パラメトリック増幅の効率も良好なものになる。
上記のように本光パラメトリック増幅装置によれば、ＥＤＦＡ等の従来の光アンプ１を用いて増幅した励起光Ｅｐを非線形光学媒質３に与えることで、ＦＷＭ等による光パラメトリック増幅効果により、光アンプ１の増幅帯域外に波長を有する信号光Ｅｓを増幅することができる。よって、増幅帯域が制限されていたＥＤＦＡ等の光アンプの増幅帯域を拡大させることが可能になる。また、光パラメトリック増幅では、ＥＤＦＡに比べてＡＳＥ雑音による光Ｓ／Ｎ比が小さいため、良好な雑音特性を実現することもできる。さらに、ＦＷＭの発生においては、信号光の位相を乱さないため、本光パラメトリック増幅装置は、光強度変調だけでなく、光位相変調および光周波数変調等のあらゆる光変調方式の信号光に適用することが可能である。
次に、上述したような基本構成を有する光パラメトリック増幅装置の具体的な実施形態について説明する。
図４は、本発明による光パラメトリック増幅装置の第１実施形態の構成を示す図である。
図４において、本実施形態の光パラメトリック増幅装置は、上述の図１に示した基本構成を利用して、従来のＣ、Ｌ−バンドに対応したＥＤＦＡの増幅帯域の拡大を図るようにしたものである。具体的に、本光パラメトリック増幅装置では、入力されるＷＤＭ信号光が分波器１１に与えられ、Ｃ−バンドの信号光Ｅｓ（Ｃ）と、Ｌ−バンドの信号光Ｅｓ（Ｌ）と、Ｃ、Ｌ−バンド外の信号光Ｅｓ１，Ｅｓ２，Ｅｓ３とに分波される。この分波器１１のＣ−バンドに対応した出力ポートには、Ｃ−バンド用ＥＤＦＡ１２の入力ポートが接続されている。また、分波器１１のＬ−バンドに対応した出力ポートには、Ｌ−バンド用ＥＤＦＡ１３の入力ポートが接続されている。さらに、Ｃ、Ｌ−バンド外に対応した出力ポートには、上述した基本構成における合波器２の信号光入力ポートが接続されている。ここでは、Ｃ−バンド用ＥＤＦＡ１２およびＬ−バンド用ＥＤＦＡ１３が第２光増幅部として機能する。
また、本光パラメトリック増幅装置では、上述した基本構成における光アンプ１としてＣ、Ｌ−バンドに増幅帯域を持つＥＤＦＡが用いられると共に、非線形光学媒質３として光ファイバが使用されている。さらに、非線形光学媒質３の出力端には光フィルタ（ＦＩＬ）１５が設けられている。この光フィルタ１５は、非線形光学媒質３からの出力光より信号光Ｅｓ１，Ｅｓ２，Ｅｓ３を選別するためのものである。
なお、図４には、光アンプ１としてＣ、Ｌ−バンドを１つのＥＤＦＡにより増幅する一例を示したが、各バンド用のＥＤＦＡを個々に設けて光アンプ１を構成するようにしても構わない。また、非線形光学媒質３は光ファイバに限定されるものではなく、前述したＨＮＬＦやＰＰＬＮ導波路、ＧａＡｌＡｓ素子等を用いることも可能である。
図５は、上記の光パラメトリック増幅装置における励起光の波長配置の一例を示したものである。ここでは、光アンプ（ＥＤＦＡ）１のＣ−バンドに対応した増幅帯域Ａ１の短波長側のエッジに比較的近い領域に波長λｐ１を有する励起光Ｅｐ１と、増幅帯域Ａ１の長波長側のエッジに比較的近い領域に波長λｐ２を有する励起光Ｅｐ２と、光アンプ１のＬ−バンドに対応した増幅帯域Ａ２の長波長側のエッジに比較的近い領域に波長λｐ３を有する励起光Ｅｐ３と、が用いられる。これらの励起光Ｅｐ１〜Ｅｐ３が光アンプ１で所望のレベルまで増幅された後に合波器２を介して非線形光学媒質（光ファイバ）３に与えられることにより、Ｃ−バンドより短波長側の光パラメトリック増幅帯域Ｂ１と、Ｃ−バンドおよびＬ−バンドの間の光パラメトリック増幅帯域Ｂ２と、Ｌ−バンドより長波長側の光パラメトリック増幅帯域Ｂ３とが得られる。
なお、上記の一例では、Ｃ−バンドおよびＬ−バンドの間の光パラメトリック増幅帯域Ｂ２を得るために、Ｃ−バンドに対応した増幅帯域Ａ１の長波長側のエッジに比較的近い領域に励起光Ｅｐ２を配置するようにしたが、この励起光Ｅｐ２に代えて、図５に破線矢印で示したように、Ｌ−バンドに対応した増幅帯域Ａ２の短波長側のエッジに比較的近い領域に波長λｐ２’を有する励起光Ｅｐ２’を用いて、Ｃ−バンドおよびＬ−バンドの間の光パラメトリック増幅帯域Ｂ２を得ることも可能である。
上記のような構成の光パラメトリック増幅装置では、分波器１１で分波されたＣ−バンドの信号光Ｅｓ（Ｃ）およびＬ−バンドの信号光Ｅｓ（Ｌ）は、従来と同様にしてＣ−バンド用ＥＤＦＡ１２およびＬ−バンド用ＥＤＦＡ１３でそれぞれ増幅される。一方、分波器１１で分波されたＣ、Ｌ−バンド外の信号光Ｅｓ１〜Ｅｓ３は、合波器２を介して、十分に大きなパワーの励起光Ｅｐ１〜Ｅｐ３が与えられた非線形光学媒質３に入力されることにより、光パラメトリック増幅される。そして、Ｃ−バンド用ＥＤＦＡ１２およびＬ−バンド用ＥＤＦＡ１３でそれぞれ増幅された信号光Ｅｓ（Ｃ），Ｅｓ（Ｌ）と、非線形光学媒質３で増幅された後に光フィルタ１５で選別された信号光Ｅｓ１〜Ｅｓ３とが、合波器１４で合波されて外部に出力される。
上記のように第１実施形態の光パラメトリック増幅装置によれば、従来の実用的なＥＤＦＡではカバーできないＣ、Ｌ−バンド外の増幅帯域を、励起光Ｅｐ１〜Ｅｐ３による光パラメトリック増幅効果によって実現することができ、Ｃ、Ｌ−バンドを包括した非常に広い波長帯域に亘る信号光を比較的容易に増幅することが可能になる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図６は、本発明による光パラメトリック増幅装置の第２実施形態の構成を示す図である。
図６において、本実施形態の光パラメトリック増幅装置は、上述の図１に示した基本構成を応用して、従来の光アンプにおける特定の波長の信号光に対する利得を増大させるようにしたものである。具体的に、本光パラメトリック増幅装置では、入力される信号光ＬｓがＥＤＦＡ等の従来の光アンプ１６に与えられる。この光アンプ１６は、励起光Ｅｐが入力される光アンプ１と基本的に同様のものである。ここでの信号光Ｅｓの波長λｓは、光アンプ１６の増幅帯域内で励起光Ｅｐの波長λｐとは異なる波長に設定されている。光アンプ１６で増幅された信号光Ｅｓは、上述の図１に示した基本構成における合波器２の信号光入力ポートに与えられ、該合波器２を介して光ファイバ等を用いた非線形光学媒質３に入力される。
図７は、上記の光パラメトリック増幅装置における励起光の波長および増幅帯域の一例を示したものである。ここでは、光アンプ１の増幅帯域Ａの中央付近に位置する領域に波長λｐを有する励起光Ｅｐが用いられる。この励起光Ｅｐが光アンプ１で所望のレベルまで増幅された後に合波器２を介して非線形光学媒質３に与えられることにより、光アンプ１の増幅帯域Ａ（光アンプ１６の増幅帯域と基本的に同じ）内における励起光波長λｐの短波長側および長波長側に光パラメトリック増幅帯域Ｂが得られる。これにより、本光パラメトリック増幅装置の全体として、上記の増幅帯域Ｂに対応した信号光Ｅｓに対する光アンプ１６の利得が、光パラメトリック増幅の利得分だけ増大するようになる。すなわち、特定の波長の信号光に対して、従来の光アンプの利得を向上させたい場合に、上記のような光パラメトリック増幅の応用が有効になる。
従来、光アンプの利得波長特性を平坦化する場合には、損失が波長に依存して変化する光損失回路を用いて、増幅帯域全体の利得が最も低い利得で揃うように等化するのが一般的である。しかしながら、このような従来の利得等化の手法では、結果として、増幅した信号光に大きな損失が付加されてしまうことになる。これに対して、本光パラメトリック増幅装置のように、光パラメトリック増幅を応用して従来の光アンプ１６の利得を等化するようにすれば、利得が相対的に低い波長域を光パラメトリック増幅することで、光アンプ１６の増幅帯域全体を高い利得で平坦化することができるようになる。これにより、損失を発生させることなく、むしろ利得を向上させながら、光アンプ１６の利得等化を実現することが可能になる。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図８は、本発明による光パラメトリック増幅装置の第３実施形態の構成を示す図である。
図８において、本実施形態の光パラメトリック増幅装置は、上述の図１に示した基本構成について、非線形光学効果が最適な状態で発生するように、信号光および励起光の偏光状態とパワーの制御を行うようにした応用例である。
具体的に、本光パラメトリック増幅装置では、入力信号光Ｅｓの偏光状態を制御するための偏光制御器２１が合波器２の信号光入力ポートに接続されている。また、励起光Ｅｐの偏光状態を制御するための偏光制御器２２が光アンプ１の入力ポートに接続されている。さらに、出力信号光Ｅｓ’のパワーを制御するためのパワー制御器２３（例えば、可変光減衰器など）が非線形光学媒質３の後段に設けられている。加えて、上記の偏光制御器２１，２２およびパワー制御器２３並びに光アンプ１を制御するための構成として、非線形光学媒質３に対し入出力される信号光および励起光の一部をモニター光としてそれぞれ取り出す分波器２４，２５と、該各モニター光のパワーを検出するモニター回路２６と、該モニター回路２６で検出されたモニター光パワーの比較を行う比較回路２７と、該比較回路２７の比較結果に基づいて信号光および励起光の偏光状態を最適化する偏光制御回路２８と、信号光および励起光のパワーを最適化するパワー制御回路２９とが設けられている。
上記のような構成の光パラメトリック増幅装置で実施される信号光および励起光の偏光状態とパワーの制御方法としては、まず、偏光制御器２１，２２を用いて、入力信号光Ｅｓおよび励起光Ｅｐの偏光状態を調整し、非線形光学媒質３において非線形光学効果が最適に発生する状態、すなわち、入力信号光Ｅｓおよび励起光Ｅｐがほぼ等しい偏光状態となるようにする。このような偏光状態の最適化は、具体的には、モニター回路２６で検出される出力側の信号光に対応したモニター光のパワーが最大になるように、偏光制御回路２８により偏光制御器２１，２２をフィードバック制御するとこで実現される。
次に、光アンプ１を制御して、非線形光学媒質３において十分な光パラメトリック利得が発生するように励起光Ｅｐのパワーを調整する。この励起光Ｅｐのパワー調整は、具体的には、モニター回路２６で検出される入力側の励起光に対応したモニター光のパワーが所要の値となるように、パワー制御回路２９により光アンプ１の利得をフィードバック制御することで実現される。そして、最終的に本光パラメトリック増幅装置から出力される信号光Ｅｓ’のパワーが所望のレベルとなるように、モニター回路２６で検出される出力側の信号光に対応したモニター光のパワーに応じて、出力端に設けたパワー制御器２３の制御を行うようにする。
上記のように第３実施形態の光パラメトリック増幅装置によれば、非線形光学媒質３に入力される信号光および励起光の偏光状態とパワーが最適化されるため、良好な効率により信号光を所望のレベルまで安定して光パラメトリック増幅することが可能になる。
なお、上記の第３実施形態では、信号光および励起光の両方に対応させて偏光制御器２１，２２を設けた構成例を示したが、信号光および励起光の相対的な偏光状態が制御可能であればよいので、偏光制御器２１，２２のうちの一方を省略することが可能である。また、非線形光学媒質３の後段にパワー制御器２３を配置するようにしたが、非線形光学媒質３の前段にパワー制御器２３を配置して信号光パワーの制御を行うようにしてもよい。
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図９は、本発明による光パラメトリック増幅装置の第４実施形態の構成を示す図である。
図９において、本実施形態の光パラメトリック増幅装置は、上述の図８に示した第３実施形態について、入力信号光の偏光状態に依存しない構成を実現した応用例である。具体的には、偏光制御器１１および合波器２の間に偏光子３１を設けている点が第３実施形態とは異なる。この偏光子３１は、例えば、偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）や複屈折性の光学結晶等であり、その偏光主軸成分の光を透過し、その他の光成分を遮断する。
上記のような構成の光パラメトリック増幅装置では、任意の偏光状態で入力される信号光Ｅｓが偏光制御器２１および偏光子３１に入力されることにより、偏光子３１の偏光主軸と同じ方向の直線偏光に変換された後に非線形光学媒質３に与えられるようになる。このような構成では、偏光子３１を透過する信号光のパワーが最大になるように偏光制御器２１を最適化するのが好ましく、ここでは、モニター回路２６で検出される入力側の信号光に対応したモニター光のパワーが最大になるように、偏光制御回路２８により偏光制御器２１のフィードバック制御が行われる。なお、信号光の偏光状態に対する励起光の偏光状態の制御、並びに、信号光および励起光のパワーの制御は、上述した第３実施形態の場合と同様の方法により行うことが可能である。
上記のように第４実施形態の光パラメトリック増幅装置によれば、入力信号光の偏光状態に依存して光パラメトリック増幅特性が変化してしまうことが回避されるため、信号光のパラメトリック増幅をより安定して行うことが可能になる。
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
図１０は、本発明による光パラメトリック増幅装置の第５実施形態の構成を示す図である。
図１０において、本実施形態の光パラメトリック増幅装置は、上述の図９に示した第４実施形態とは異なる方法により、入力信号光の偏光状態に依存しない構成を実現した変形例である。具体的に、本光パラメトリック増幅装置では、偏光制御器２１の前段に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２が設けられ、このＰＢＳ３２により入力信号光Ｅｓが２つの直交偏光状態に分離され、各々に対応した偏光制御器２１，３３で同一方向の直線偏光に変換された後、合波器３５でパワー合成される。このパワー合成においては、２つの偏光成分のタイミングを合わせるための時間調整用の光回路３４が必要に応じて用いられる。合波器３５でパワー合成された信号光Ｅｓは、偏光子３１を介して非線形光学媒質３に与えられる。
上記のような第５実施形態の光パラメトリック増幅装置によっても、上述した第４実施形態の場合と同様にして、任意の偏光状態で入力される信号光Ｅｓが所定の直線偏光に変換された後に非線形光学媒質３に与えられるようになり、入力信号光の偏光状態に依存して光パラメトリック増幅特性が変化してしまうことが回避されるため、信号光のパラメトリック増幅をより安定して行うことが可能になる。
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
図１１は、本発明による光パラメトリック増幅装置の第６実施形態の構成を示す図である。
図１１において、本実施形態の光パラメトリック増幅装置は、上述の図９および図１０に示した第４および第５実施形態とは異なる方法により、入力信号光の偏光状態に依存しない構成を実現した変形例である。具体的に、本光パラメトリック増幅装置では、偏光制御器２２の前段に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３６が設けられ、このＰＢＳ３６により励起光Ｅｐが２つの直交偏光状態に分離され、各々に対応した偏光制御器２２，３７で直交偏光状態を保ちながら同等の直線偏光に変換された後、合波器３９でパワー合成される。このパワー合成においては、２つの偏光成分のタイミングを合わせるための時間調整用の光回路３８が必要に応じて用いられる。合波器３９でパワー合成された励起光Ｅｐは、光アンプ１で所要のレベルまで増幅された後に合波器２を介して非線形光学媒質３に与えられる。ここでは、任意の偏光状態で入力される信号光Ｅｓは、合波器２を介して非線形光学媒質３に与えられる。
上記のような構成の光パラメトリック増幅装置では、直交偏光状態を保ちながらパワー合成された励起光Ｅｐが非線形光学媒質３に与えられることで、信号光Ｅｓが任意の偏光状態で非線形光学媒質３に入力されても一様な光パラメトリック増幅効果が得られるようになる。これにより、入力信号光の偏光状態に依存して光パラメトリック増幅特性が変化してしまうことが回避されるため、信号光のパラメトリック増幅をより安定して行うことが可能になる。
なお、上記の第６実施形態では、励起光を２つの直交偏光状態に分離した後にパワー合成するようにしたが、これと同じ概念として、励起光を円偏光に変換した後に光アンプ１および合波器２を介して非線形光学媒質３に与えるようにしてもよい。また、信号光を直交する２つの直線偏光成分に分離し、その各々の直線偏光成分について本発明により光パラメトリック増幅した後に偏光合成する、偏波ダイバーシティ方式の構成を採用することも可能である。さらに、例えば特開平７−９８４６４号公報の図９に示されているような定偏波ファイバ（非線形光学媒質）をループ状に接続した構成を本発明に応用して、入力信号光の偏光状態に依存しない光パラメトリック増幅装置を実現することも可能である。
次に、本発明の第７実施形態について説明する。
図１２は、本発明による光パラメトリック増幅装置の第７実施形態の構成を示す図である。
図１２において、本実施形態の光パラメトリック増幅装置は、上述の図１に示した基本構成について、入力光信号光Ｅｓの偏光状態を制御して合波器２に出力する偏光制御器４１と、パルス化した励起光を生成する励起光パルス生成回路４２と、該励起光パルス生成回路４２から出力される励起光パルスＥｐの偏光状態を制御して光アンプ１に出力する偏光制御器４３と、非線形光学媒質３の出力端に配置された偏光子４４と、を設け、信号光のパラメトリック増幅をスイッチング動作させるようにしたものである。
励起光パルス生成回路４２は、光アンプ１の増幅帯域内に波長を有する励起光を所要のパターンに従ってパルス化した励起光パルスＥｐを生成する。なお、励起光パルスＥｐおよび信号光Ｅｓの波長配置は上述の図２に示した場合と基本的に同様である。
偏光制御器４３は、励起光パルス生成回路４２から出力される励起光パルスＥｐの偏光方向を制御する。ここで、励起光パルスＥｐの偏光方向は、偏光制御器４１で制御された信号光Ｅｓの偏光方向に対して所定の角度に設定される。好ましくは、励起光パルスＥｐの偏光方向は、信号光Ｅｓの偏光方向と励起光パルスＥｐの偏光方向との間の角度が４０〜５０度（例えば、４５度）になるように設定される。
偏光子４４は、例えば、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）や複屈折性の光学結晶等であり、その偏光主軸成分の光を透過し、その他の光成分を遮断する。ここで、偏光子４４の偏光主軸は、信号光Ｅｓの偏光方向と直交するように設定される。換言すれば、偏光制御器４１は、偏光子４４の偏光主軸と直交するように信号光Ｅｓの偏光方向を制御する。
上記のような構成の光パラメトリック増幅装置では、偏光制御器４１により偏光子４４の偏光主軸と直交するように偏光方向が制御された信号光Ｅｓと、偏光制御器４３により信号光Ｅｓの偏光方向に対しておよそ４５度の方向に偏光方向が制御された後に光アンプ１で所要のレベルまで増幅された励起光パルスＥｐとが、合波器２で合波されて非線形光学媒質３に入力される。
非線形光学媒質３では、励起光パルスＥｐのパワーがＦＷＭ等を発生しない低レベルにあるとき、信号光Ｅｓはパラメトリック増幅されることなく非線形光学媒質３を通過し、該信号光Ｅｓの全ての偏光成分が偏光子４４により遮断される。一方、励起光パルスＥｐのパワーが非線形光学効果を発生するレベルを超えるようになると、図１３の模式図に示すように、励起光パルスＥｐの偏光方向に信号光Ｅｓが光パラメトリック増幅され、その結果、信号光Ｅｓの偏光状態は変化し、一部の成分が偏光子４４を透過するようになる。ＦＷＭは励起光パルスＥｐと同じ偏光成分の信号光Ｅｓに対して選択的に発生するので、励起光パルスＥｐのパワーがある程度大きくなると、光パラメトリック増幅効果により、信号光Ｅｓの偏光状態は励起光パルスＥｐと同じ４５度方向の偏光に近づいていく。このため、偏光子４４の透過光は、励起光パルスＥｐのパワーの増大とともに飛躍的に増大する。よって、本光パラメトリック増幅装置は、励起光パルスＥｐのパターンに従ってスイッチング動作するようになり、所望の時間間隔のみ信号光を増幅し、他の時間には信号光を抑圧する光アンプが実現される。非線形光学媒質内のＦＷＭの応答時間はフェムト秒オーダーと超高速であり、テラビットを超える超高速信号光にも対応可能な光パラメトリック増幅装置の実現が期待できる。
また、上記のような光パラメトリック増幅装置では、偏光子４４により、信号光Ｅｓのオフ・レベルが十分低い値まで遮断されるため、３０ｄＢ以上の高い消光比と高い光Ｓ／Ｎ比を有する高性能の光増幅が可能である。さらに、信号光Ｅｓのオフ・レベルの揺らぎや雑音も偏光子４４により抑圧することが可能である。
次に、本発明の第８実施形態について説明する。
図１４は、本発明による光パラメトリック増幅装置の第８実施形態の構成を示す図である。
図１４において、本実施形態の光パラメトリック増幅装置は、上述の図１に示した基本構成について、信号光のオフ・レベルの揺らぎを上記第７実施形態とは異なる方法により抑圧するようにした応用例である。具体的に、本光パラメトリック増幅装置では、非線形光学媒質３の後段に過飽和吸収媒質４５が配置される。この過飽和吸収媒質４５としては、例えば、光半導体素子、電解吸収型光素子、マッハ・ツェンダー干渉型光ファイバスィッチ、非線形光ループミラー（Nonlinear Optical Loop Mirror：ＮＯＬＭ）型スィッチ等を用いることが可能である。上記のような過飽和吸収媒質４５を設けることにより、信号光のオフ・レベルの揺らぎを抑圧することが可能になる。
なお、上記の第８実施形態では、過飽和吸収媒質を非線形光学媒質の後段に設けた一例を示したが、非線形光学媒質３の前段に過飽和吸収媒質に設けるようにしても、信号光のオフ・レベルの揺らぎを抑圧することは可能である。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
（付記１） 信号光および該信号光とは波長の異なる励起光が入力され、該励起光による光パラメトリック増幅効果により信号光を増幅して出力する非線形光学媒質を備えた光パラメトリック増幅装置であって、
前記励起光の波長を含む増幅帯域を有し、前記励起光を増幅して出力する第１光増幅部と、
前記第１光増幅部から出力される励起光を、前記第１光増幅部の増幅帯域外に波長を有する信号光とともに前記非線形光学媒質に供給する励起光供給部と、
を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記２） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
波長の異なる複数の信号光を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光を前記第１光増幅部の増幅帯域外に波長を有する第１波長帯の信号光、および、前記第１光増幅部の増幅帯域内に波長を有する第２波長帯の信号光に分波して出力する分波部と、
前記第１波長帯の光信号、および、前記第２波長帯の光信号を合波して出力する合波部と、
前記第１光増幅部の増幅帯域に対応した増幅帯域を有し、前記分波部から出力される前記第２波長帯の信号光を増幅して前記合波部に出力する第２光増幅部と、を備え、
前記励起光供給部は、前記第１光増幅部で増幅された前記励起光を、前記分波部から出力される前記第１波長帯の信号光とともに前記非線形光学媒質に供給し、
前記非線形光学媒質は、前記励起光による光パラメトリック増幅効果により、前記第１波長帯の信号光を増幅して前記合波部に出力する、ことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記３） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質の出力光より、光パラメトリック増幅された信号光を選別する光フィルタを備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記４） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質は、前記励起光の波長と一致または略一致する平均零分散波長を有する光ファイバであることを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記５） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質は、モード・フィールド内の光パワー密度を高めた高非線形ファイバであることを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記６） 付記５に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記高非線形ファイバは、モード・フィールドを狭小化した構造を有することを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記７） 付記５に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記高非線形ファイバは、ゲルマニウムおよびビスマスのうちの少なくとも１つがコアにドープされた構造を有することを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記８） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質は、フォトニック結晶ファイバであることを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記９） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質は、擬似位相整合構造を有する光導波路であることを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記１０） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質は、ガリウム・アルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）素子であることを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記１１） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記第１光増幅部は、Ｃ−バンドに増幅帯域を有するエルビウムドープ・ファイバ・アンプを用いて構成され、
前記励起光は、Ｃ−バンド内の短波長側の端部付近に波長を有し、
前記非線形光学媒質は、前記励起光による光パラメトリック増幅効果により、Ｃ−バンドより短波長側の領域に波長を有する信号光を増幅して出力する、ことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記１２） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記第１光増幅部は、Ｃ−バンドおよびＬ−バンドのいずれかに増幅帯域を有するエルビウムドープ・ファイバ・アンプを用いて構成され、
前記励起光は、Ｃ−バンド内の長波長側の端部付近、または、Ｌ−バンドの短波長側の端部付近に波長を有し、
前記非線形光学媒質は、前記励起光による光パラメトリック増幅効果により、Ｃ−バンドおよびＬ−バンドの間の領域に波長を有する信号光を増幅して出力する、ことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記１３） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記第１光増幅部は、Ｌ−バンドに増幅帯域を有するエルビウムドープ・ファイバ・アンプを用いて構成され、
前記励起光は、Ｌ−バンド内の長波長側の端部付近に波長を有し、
前記非線形光学媒質は、前記励起光による光パラメトリック増幅効果により、Ｌ−バンドより長波長側の領域に波長を有する信号光を増幅して出力する、ことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記１４） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質に入力される信号光および励起光の相対的な偏光状態を制御する偏光制御器と、
前記非線形光学媒質に対して入出力される信号光および励起光のパワーをモニターするモニター部と、
前記モニター部のモニター結果を基に、前記非線形光学媒質から出力される信号光のパワーが最大になるように前記偏光制御器を制御した後、前記非線形光学媒質に入力される励起光のパワーが所定の値となるように前記第１光増幅部を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記１５） 付記１４に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質から出力される信号光のパワーを制御するパワー制御器を備え、
前記制御部は、前記非線形光学媒質から出力される信号光のパワーが所定の値になるように前記パワー制御器を制御することを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記１６） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質に入力される信号光を直線偏光化する手段を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記１７） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質に入力される励起光を円偏光化する手段を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記１８） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質の出力側に配置された偏光子と、
前記非線形光学媒質に入力される信号光の偏光方向を、前記偏光子の偏光主軸と直交する方向に制御する第１偏光制御器と、
前記励起光をパルス化して前記第１光増幅部に与える励起光パルス生成回路と、
前記励起光パルス生成回路および前記第１光増幅部の間に設けられ、励起光パルスの偏光方向を前記信号光の偏光方向に対して所定の角度に設定する第２偏光制御器と、を備え、
前記非線形光学媒質は、前記励起光パルスによる光パラメトリック増幅効果により、前記信号光を前記励起光パルスの偏光方向に増幅する、ことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記１９） 付記１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
前記非線形光学媒質の前段または後段に過飽和吸収媒質を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
（付記２０） 信号光および該信号光とは波長の異なる励起光が入力され、該励起光による光パラメトリック増幅効果により信号光を増幅して出力する非線形光学媒質を備えた光パラメトリック増幅装置であって、
前記信号光の波長および前記励起光の波長を含む増幅帯域を有し、前記励起光を増幅して出力する第１光増幅部と、
前記信号光の波長および前記励起光の波長を含む増幅帯域を有し、前記信号光を増幅して出力する第２光増幅部と、
前記第１光増幅部から出力される励起光を、前記第２光増幅部から出力される信号光とともに前記非線形光学媒質に供給する励起光供給部と、
を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
本発明による光パラメトリック増幅装置の基本構成を示す図である。 図１の基本構成における信号光および励起光の波長配置を示す図である。 図１の基本構成における光パラメトリック増幅帯域を示す図である。 本発明による光パラメトリック増幅装置の第１実施形態の構成を示す図である。 上記第１実施形態における励起光の波長配置を示す図である。 本発明による光パラメトリック増幅装置の第２実施形態の構成を示す図である。 上記第２実施形態における励起光波長および増幅帯域の一例を示す図である。 本発明による光パラメトリック増幅装置の第３実施形態の構成を示す図である。 本発明による光パラメトリック増幅装置の第４実施形態の構成を示す図である。 本発明による光パラメトリック増幅装置の第５実施形態の構成を示す図である。 本発明による光パラメトリック増幅装置の第６実施形態の構成を示す図である。 本発明による光パラメトリック増幅装置の第７実施形態の構成を示す図である。 上記第７実施形態におけるスイッチング動作を模式的に示した図である。 本発明による光パラメトリック増幅装置の第８実施形態の構成を示す図である。
符号の説明
１，１６…光アンプ
２，１４，３５，３９…合波器
３…非線形光学媒質
１１，２４，２５…分波器
１２…Ｃバンド用ＥＤＦＡ
１３…Ｌバンド用ＥＤＦＡ
１５…光フィルタ
２１，２２，３３，３７，４１，４３…偏光制御器
２３…パワー制御器
２６…モニター回路
２７…比較回路
２８…偏光制御回路
２９…パワー制御回路
３１，４４…偏光子
３２，３６…偏光ビームスプリッタ
３４，３８…時間調整用の光回路
４２…励起光パルス生成回路
４５…過飽和吸収媒質
Ｅｓ，Ｅｓ’Ｅｓ（Ｃ），Ｅｓ（Ｌ）…信号光
Ｅｐ，Ｅｐ１〜Ｅｐ３…励起光

Claims (10)

  1. 信号光および該信号光とは波長の異なる励起光が入力され、該励起光による光パラメトリック増幅効果により信号光を増幅して出力する非線形光学媒質を備えた光パラメトリック増幅装置であって、
    前記励起光の波長を含む増幅帯域を有し、前記励起光を増幅して出力する第１光増幅部と、
    前記第１光増幅部から出力される励起光を、前記第１光増幅部の増幅帯域外に波長を有する信号光とともに前記非線形光学媒質に供給する励起光供給部と、
    を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
  2. 請求項１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
    波長の異なる複数の信号光を含んだＷＤＭ信号光が入力され、該ＷＤＭ信号光を前記第１光増幅部の増幅帯域外に波長を有する第１波長帯の信号光、および、前記第１光増幅部の増幅帯域内に波長を有する第２波長帯の信号光に分波して出力する分波部と、
    前記第１波長帯の光信号、および、前記第２波長帯の光信号を合波して出力する合波部と、
    前記第１光増幅部の増幅帯域に対応した増幅帯域を有し、前記分波部から出力される前記第２波長帯の信号光を増幅して前記合波部に出力する第２光増幅部と、を備え、
    前記励起光供給部は、前記第１光増幅部で増幅された前記励起光を、前記分波部から出力される前記第１波長帯の信号光とともに前記非線形光学媒質に供給し、
    前記非線形光学媒質は、前記励起光による光パラメトリック増幅効果により、前記第１波長帯の信号光を増幅して前記合波部に出力する、ことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
  3. 請求項１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
    前記非線形光学媒質の出力光より、光パラメトリック増幅された信号光を選別する光フィルタを備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
  4. 請求項１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
    前記非線形光学媒質は、前記励起光の波長と一致または略一致する平均零分散波長を有する光ファイバであることを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
  5. 請求項１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
    前記非線形光学媒質に入力される信号光および励起光の相対的な偏光状態を制御する偏光制御器と、
    前記非線形光学媒質に対して入出力される信号光および励起光のパワーをモニターするモニター部と、
    前記モニター部のモニター結果を基に、前記非線形光学媒質から出力される信号光のパワーが最大になるように前記偏光制御器を制御した後、前記非線形光学媒質に入力される励起光のパワーが所定の値となるように前記第１光増幅部を制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
  6. 請求項１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
    前記非線形光学媒質に入力される信号光を直線偏光化する手段を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
  7. 請求項１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
    前記非線形光学媒質に入力される励起光を円偏光化する手段を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
  8. 請求項１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
    前記非線形光学媒質の出力側に配置された偏光子と、
    前記非線形光学媒質に入力される信号光の偏光方向を、前記偏光子の偏光主軸と直交する方向に制御する第１偏光制御器と、
    前記励起光をパルス化して前記第１光増幅部に与える励起光パルス生成回路と、
    前記励起光パルス生成回路および前記第１光増幅部の間に設けられ、励起光パルスの偏光方向を前記信号光の偏光方向に対して所定の角度に設定する第２偏光制御器と、を備え、
    前記非線形光学媒質は、前記励起光パルスによる光パラメトリック増幅効果により、前記信号光を前記励起光パルスの偏光方向に増幅する、ことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
  9. 請求項１に記載の光パラメトリック増幅装置であって、
    前記非線形光学媒質の前段または後段に過飽和吸収媒質を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
  10. 信号光および該信号光とは波長の異なる励起光が入力され、該励起光による光パラメトリック増幅効果により信号光を増幅して出力する非線形光学媒質を備えた光パラメトリック増幅装置であって、
    前記信号光の波長および前記励起光の波長を含む増幅帯域を有し、前記励起光を増幅して出力する第１光増幅部と、
    前記信号光の波長および前記励起光の波長を含む増幅帯域を有し、前記信号光を増幅して出力する第２光増幅部と、
    前記第１光増幅部から出力される励起光を、前記第２光増幅部から出力される信号光とともに前記非線形光学媒質に供給する励起光供給部と、
    を備えたことを特徴とする光パラメトリック増幅装置。
JP2006268541A 2006-09-29 2006-09-29 光パラメトリック増幅装置 Pending JP2008089781A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006268541A JP2008089781A (ja) 2006-09-29 2006-09-29 光パラメトリック増幅装置
US11/785,494 US7940454B2 (en) 2006-09-29 2007-04-18 Optical parametric amplifier
EP07106943A EP1906230A1 (en) 2006-09-29 2007-04-25 Optical parametric amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006268541A JP2008089781A (ja) 2006-09-29 2006-09-29 光パラメトリック増幅装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008089781A true JP2008089781A (ja) 2008-04-17

Family

ID=38331737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006268541A Pending JP2008089781A (ja) 2006-09-29 2006-09-29 光パラメトリック増幅装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7940454B2 (ja)
EP (1) EP1906230A1 (ja)
JP (1) JP2008089781A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2091167A1 (en) * 2008-02-14 2009-08-19 Fujitsu Limited Optical processing device and optical processing method
WO2011033645A1 (ja) * 2009-09-18 2011-03-24 富士通株式会社 光増幅装置
WO2011106752A2 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Massachusetts Institute Of Technology Cavity-enhanced optical parametric amplification at full repetition rate
WO2012121223A1 (ja) 2011-03-04 2012-09-13 古河電気工業株式会社 光増幅器、光増幅システム、波長変換器、光増幅方法および光通信システム
JP2015165316A (ja) * 2011-01-20 2015-09-17 日本電信電話株式会社 光信号増幅装置
JP2019070725A (ja) * 2017-10-06 2019-05-09 富士通株式会社 光伝送装置、波長変換装置、光伝送方法、および波長変換方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4750688B2 (ja) * 2006-12-27 2011-08-17 富士通株式会社 ラマン増幅器
WO2011052075A1 (ja) * 2009-10-30 2011-05-05 富士通株式会社 光信号処理装置、受信機、および光ネットワークシステム
JP5830872B2 (ja) * 2010-03-19 2015-12-09 富士通株式会社 光信号処理装置、光通信方法、受信機、および光ネットワークシステム
EP2458751B1 (en) * 2010-11-29 2013-11-20 Xieon Networks S.à.r.l. Optical communication system and method
JP5935470B2 (ja) * 2012-04-13 2016-06-15 富士通株式会社 光信号多重分配装置及び光通信システム及び光信号多重分配方法
US10673530B2 (en) 2016-10-05 2020-06-02 LGS Innovations LLC Inc. Free space optical communication system and method
CN109031853A (zh) * 2018-09-04 2018-12-18 中国电子科技集团公司第三十四研究所 一种相位敏感光学参量放大器及其运行方法
WO2022104597A1 (zh) * 2020-11-18 2022-05-27 深圳大学 一种对偏振不敏感的径向偏振光光参量放大器及放大方法
US11387912B2 (en) * 2020-11-19 2022-07-12 Fujitsu Limited Wavelength converter and fiber optic transmission system
CN116149111A (zh) * 2023-04-17 2023-05-23 中山大学 一种低差模增益的少模光参量放大器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020171913A1 (en) * 2000-11-16 2002-11-21 Lightbit Corporation Method and apparatus for acheiving
JP2006509225A (ja) * 2002-12-05 2006-03-16 エリクソン テレコムニカソンイス ソシエダット アノニマ 光増幅装置および光増幅方法
JP2006184851A (ja) * 2004-09-01 2006-07-13 Fujitsu Ltd 光スイッチおよび光スイッチを利用した光波形モニタ装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0500964B1 (en) * 1990-09-18 1996-03-06 Fujitsu Limited Optical amplifier
JP3419510B2 (ja) 1992-10-16 2003-06-23 富士通株式会社 波長分散を補償した光通信システム及び該システムに適用可能な位相共役光発生装置
WO1994009403A1 (en) 1992-10-20 1994-04-28 Fujitsu Limited Application of optical system to phase conjugate optics
SE517698C2 (sv) 1995-08-25 2002-07-02 Saab Ab Anordning vid kaskadkoppling av optiska förstärkare avsedd att förstärka optiska pulser
US6043927A (en) * 1997-06-26 2000-03-28 University Of Michigan Modulation instability wavelength converter
US6198569B1 (en) * 1998-02-20 2001-03-06 Molecular Optoelectronics Corporation Multiple window dense wavelength divison multiplexed communications link with optical amplification and dispersion compensation
US6597493B2 (en) * 2000-05-05 2003-07-22 The Regents Of The University Of Michigan Nonlinear fiber amplifiers used for a 1430-1530nm low-loss window in optical fibers
US6101023A (en) * 1998-09-11 2000-08-08 Northrop Grumman Corporation Line periodically poled LiNbO3 (PPLN) optical parametric oscillator (OPO-DFG-OPO) with common doubly resonant cavity
JP2001318397A (ja) * 2000-02-28 2001-11-16 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光雑音抑圧回路
US6867903B2 (en) * 2000-03-21 2005-03-15 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Optical parametric circuit
JP2001305594A (ja) * 2000-04-20 2001-10-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光パラメトリック増幅器
US7190705B2 (en) * 2000-05-23 2007-03-13 Imra America. Inc. Pulsed laser sources
EP1389742A1 (en) * 2002-08-14 2004-02-18 Alcatel Optical Amplifier
US20040042060A1 (en) * 2002-08-30 2004-03-04 Mckinstrie Colin J. Parametric amplification using two pump waves
US7164526B2 (en) * 2002-08-30 2007-01-16 Lucent Technologies Inc. Parametric amplification using two pump waves
US6958855B2 (en) * 2002-09-27 2005-10-25 Northwestern University Microstructure fiber optical parametric oscillator
JP4159346B2 (ja) 2002-12-10 2008-10-01 岡谷電機産業株式会社 バイアスｔ
KR100617293B1 (ko) * 2003-11-22 2006-08-30 한국전자통신연구원 파라메트릭 광증폭기를 위한 분산천이 광섬유
US7065110B2 (en) * 2004-01-20 2006-06-20 Northrop Grumman Corporation Scalable wavelength shifted laser source and method
US6961170B2 (en) * 2004-03-19 2005-11-01 Jeffrey Miller Hubbard Optical parametric amplifier and method for implementing same
WO2005094275A2 (en) * 2004-03-25 2005-10-13 Imra America, Inc. Optical parametric amplification, optical parametric generation, and optical pumping in optical fibers systems
WO2005112207A1 (en) * 2004-05-14 2005-11-24 Robert John Dwayne Miller METHOD AND APPARATUS FOR HIGH POWER OPTICAL AMPLIFICATION IN THE INFRARED WAVELENGTH RANGE (0.7-20 μm)
JP4328724B2 (ja) 2005-01-17 2009-09-09 富士通株式会社 光波形測定装置および光波形測定方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020171913A1 (en) * 2000-11-16 2002-11-21 Lightbit Corporation Method and apparatus for acheiving
JP2006509225A (ja) * 2002-12-05 2006-03-16 エリクソン テレコムニカソンイス ソシエダット アノニマ 光増幅装置および光増幅方法
JP2006184851A (ja) * 2004-09-01 2006-07-13 Fujitsu Ltd 光スイッチおよび光スイッチを利用した光波形モニタ装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2091167A1 (en) * 2008-02-14 2009-08-19 Fujitsu Limited Optical processing device and optical processing method
US7706649B2 (en) 2008-02-14 2010-04-27 Fujitsu Limited Optical processing device and optical processing method
WO2011033645A1 (ja) * 2009-09-18 2011-03-24 富士通株式会社 光増幅装置
WO2011106752A2 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Massachusetts Institute Of Technology Cavity-enhanced optical parametric amplification at full repetition rate
WO2011106752A3 (en) * 2010-02-26 2011-12-29 Massachusetts Institute Of Technology Cavity-enhanced optical parametric amplification at full repetition rate
JP2015165316A (ja) * 2011-01-20 2015-09-17 日本電信電話株式会社 光信号増幅装置
WO2012121223A1 (ja) 2011-03-04 2012-09-13 古河電気工業株式会社 光増幅器、光増幅システム、波長変換器、光増幅方法および光通信システム
US9270076B2 (en) 2011-03-04 2016-02-23 Furukawa Electric Co., Ltd. Optical amplifier, optical amplifying system, wavelength converter, optical amplification method, and optical communication system
JP2019070725A (ja) * 2017-10-06 2019-05-09 富士通株式会社 光伝送装置、波長変換装置、光伝送方法、および波長変換方法
JP7106835B2 (ja) 2017-10-06 2022-07-27 富士通株式会社 光伝送装置、波長変換装置、光伝送方法、および波長変換方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20080165412A1 (en) 2008-07-10
EP1906230A1 (en) 2008-04-02
US7940454B2 (en) 2011-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2008089781A (ja) 光パラメトリック増幅装置
EP2148242B1 (en) Polarisation-independent optical waveform shaping device
JP5027434B2 (ja) 光信号の波形を整形する装置
WO2010125657A1 (ja) 光信号処理装置
JPWO2003104886A1 (ja) 波長分割多重光再生システム及び波長分割多重光再生方法
JP2011145554A (ja) 光増幅器および光増幅装置
JP2009177641A (ja) 光信号処理装置、光受信装置および光中継装置
US7436580B2 (en) Optical buffer employing four-wave mixing
JP2858400B2 (ja) 光信号のスペクトル特性を変えるための装置及び方法
US20110293273A1 (en) Wavelength conversion apparatus, wavelength conversion method, and optical add/drop multiplexer using the same
US8922874B2 (en) Cascaded optical parametric amplifier with polarization exchange for noise reduction
JP2009282404A (ja) 光信号処理装置
JP2013182140A (ja) 光増幅装置、光信号発生器および信号対雑音比改善装置
JP2010206289A (ja) 光信号処理装置及び方法
JP5304650B2 (ja) 光信号処理装置
JP6094294B2 (ja) 光ノード
JP6126543B2 (ja) 光増幅装置
Matsuura et al. 320-to-40-Gb/s optical demultiplexing using four-wave mixing in a quantum-dot SOA
Liu et al. Four-wave mixing in EDFAs
JP4131833B2 (ja) 光増幅装置およびそれを用いた光中継伝送方式
Bobrovs et al. Evaluation of Parametric and Hybrid Amplifier Applications in WDM Transmission Systems
JP7328599B2 (ja) 光増幅装置
JP2005235928A (ja) 光増幅器
WO2024009419A1 (ja) 光増幅装置及び光増幅方法
Ajiya et al. Directivity influence of signals propagation through EDFA gain medium of Brillouin–erbium fiber laser

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090611

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100810

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100810

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20101012

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110308