JP2014089254A - 位相感応型光増幅装置 - Google Patents
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
【解決手段】本発明の位相感応型光増幅装置は、光ファイバレーザ増幅器と、基本波光から励起光を発生させるための光導波路を備えた第1の二次非線形光学素子と、基本波光と励起光とから励起光のみを分離するフィルタと、信号光と励起光とを合波する合波器と、励起光を用いて信号光のパラメトリック増幅を行うための光導波路を備えた第2の二次非線形光学素子と、信号光と励起光とを分離するフィルタと、信号光の位相と励起光の位相とを同期する位相同期手段と、励起光の一部を分岐する手段と、第2の二次非線形光学素子から出力される励起光と分岐された励起光の一部とを検出するバランス型光検出器とを備え、位相同期手段は、位相変調手段と、バランス型光検出器によって検出された信号強度変化をもとに帰還を行う位相同期ループ回路とを備えることを特徴とする。
【選択図】図9
Description
Δφ=1/2φ2ωs−φωs=nπ(ただし、nは整数) (式1)
図2は、二次非線形光学効果を利用した位相感応型光増幅装置の構成を示す図である。また図3は、従来の二次非線形光学効果を利用した位相感応型光増幅装置における、信号光‐励起光間の位相差Δφと、信号光利得(dB)との関係を示すグラフである。Δφが−π、0、またはπのときに、利得が最大となっていることがわかる。
本発明の位相感応型光増幅装置の基本的な構成を図4に示す。この光増幅装置は、位相感応光増幅部401と、励起光源402と、励起光位相制御部403と、2つの光分岐部(光カプラ等)404−1、404−2とから構成される。この光増幅器は、位相感応光増幅部401における信号光と励起光の位相が(式1)の関係を満たすと入力信号光410は増幅され、両者の位相が(式1)の関係より90度ずれた直交位相関係になると、入力信号光410は減衰する特性を有する。この特性を利用して増幅利得が最大となるように励起光―信号光間の位相を同期させると、信号光と直交位相の自然放出光を発生させずに、つまりSN比を劣化させずに信号光を増幅することができる。本発明が特許文献1に記載の発明と異なる点は、以下に述べるように、主として位相同期を達成する方法である。
図9に本発明の第1の実施形態の位相感応型光増幅装置900の構成を示す。本実施形態の位相感応型光増幅装置900では、データ信号用強度変調器901としてLNマッハツェンダー変調機を用い10Gb/sのNRZ信号を入力した場合の増幅特性を評価した。本実施形態では、光通信に用いられる微弱なレーザ光から非線形光学効果を得るのに十分なパワーを得るために、ファイバレーザ増幅器を用いて、基本波光を増幅する。増幅した基本波光を第1の二次非線形光学素子に入射して励起光である第二高調波を発生させる。第2の二次非線形光学素子に信号光と第二高調波とを入射して縮退パラメトリック増幅を行うことで、位相感応増幅を行う。
次に、本発明の第2の実施形態の位相感応型光増幅装置1100について説明する。図11に本実施形態の位相感応型光増幅装置1100の構成を示す。本実施形態では、第1の実施形態と同様に1.54μmの信号を増幅するように装置を構成した。2つのPPLN導波路1105−1、1105−2を用いて、第二高調波を発生させ縮退パラメトリック増幅を行う点は第1の実施形態と同じである。相違点は、基本波光1120−1から第二高調波1120−2を分離する方式および第二高調波1120−2と信号光1120−4とを合波する方式である。本発明によれば光ファイバレーザ増幅器から発生するASE光に起因する信号光のSN比の劣化を抑制しながら位相感応増幅を行うことができるが、本実施形態ではその効果を有効に利用できるようにした。本実施形態においても、基本波光1120−1からの第二高調波1120−2の分離ならびに第二高調波1120−2と信号光1120−4との合波にはダイクロイックミラー1106−1、1106−2を用いている。一般的に、波長の異なる2つの光を分離または合波するために、一方の波長の光を反射し、他方の波長の光を透過するダイクロイックミラーがよく使用されているが、特に不必要な光をカットする用途の場合、カットしたい特定の波長光を反射させて使用する構成とすることが望ましい。逆に、カットしたい特定の波長の光を透過させ、必要とする光を反射させて取り出す構成の場合、不必要な波長におけるミラーの反射率を非常に小さくする必要がある。不必要な波長におけるミラーの反射率を非常に小さくすることに比べると、カットしたい特定の波長の光の透過率を下げることは比較的容易であるため、不要な波長の光を反射させる構成の方が不必要な光を効果的に抑圧することができる。本実施形態では、そのような考え方に基づいて装置を構成した。
次に、本発明の第3の実施形態の位相感応型光増幅装置1200について説明する。図12に本実施形態の位相感応型光増幅装置1200の構成を示す。
φ2ω=2φωs (式2)
ここでφωsは信号光の位相である。従って、位相が0とπの2値に変調された信号に対する第二高調波の位相は、0と2πの2値となり、位相変調による位相の変動が打ち消された光となって出力される。実際の位相変調信号においては、理想的に位相のみを変調することは困難であり、強度変調を伴った信号となる。従って、強度変調成分のない励起光を得るためには、上記の位相変調成分を取り除いた第二高調波を本実施形態のように注入同期を用いて、信号光の平均位相に同期させて、励起光とすることが望ましい。
102、402 励起光源
103、403 励起光位相制御部
104−1、104−2、404−1、404−2、921−1、921−2、1021−1、1021−2、1121−1、1121−2 光分岐部
110、410、920、920−4、1020、1020−41120、1120−4、1220、1220−4 入力信号光
111、211、411 励起光
112、412、920−6、1020−6、1120−6、1120−6 出力信号光
201 レーザ光源
202 SHG結晶
203 OPA結晶
210 信号光
413、920−2、920−5、1020−2、1020−5、1120−2、1120−5、1220−2、1120−5、1120−7 第2高調波
900、1000、1100、1200 位相感応型光増幅装置
901,1001 データ信号用強度変調器
902、1002、1102、1202 EDFA
903−1、1003−1、1103−1、1203−1 第1の非線形光学素子
903−2、1003−2、1103−2、1203−2 第2の非線形光学素子
904、1004 バンドパスフィルタ
905−1、1005−1、1105−1、1205−1 第1のPPLN導波路
905−2、1005−2、1105−2、1205−2 第2のPPLN導波路
906−1、1006−1、1106−1、1206−1 第1のダイクロイックミラー
906−2、1006−2、1106−2、1206−2 第2のダイクロイックミラー
906−3、1106−3、1206−3 第3のダイクロイックミラー
907、1007、1107 偏波保持フィルタ
908、1008、1108 位相変調器
909、1009、1109、1209 バランス型光検出器
910、1010、1110、1210 電圧増幅器
911、1011、1111、1211 PLL回路
912、1012、1112 PZT光ファイバ伸長器
913、1013、1113 反転回路
920−1、920−3、1020−1、1020−3、1120−2、1120−5、1220−1 基本光波
1006 光分波素子
1014 ハイパスフィルタ
1207−1 半導体レーザ
1207−2 半導体光増幅器
Claims (5)
- 非線形光学効果を用いた光混合によって信号光を増幅する位相感応型光増幅装置であって、
基本波光を増幅する光ファイバレーザ増幅器と、
周期的に分極反転された二次非線形光学材料からなる、該基本波光から励起光を発生させるための光導波路を備えた第1の二次非線形光学素子と、
該基本波光と該励起光とから該励起光のみを分離するフィルタと、
該信号光と該励起光とを合波する合波器と、
周期的に分極反転された二次非線形光学材料からなる、該励起光を用いて該信号光のパラメトリック増幅を行うための光導波路を備えた第2の二次非線形光学素子と、
増幅された該信号光と該励起光とを分離するフィルタと、
該信号光の位相と該励起光の位相とを同期する位相同期手段と、
該基本波光と励起光とから励起光のみを分離するフィルタから出力される該励起光の一部を分岐する手段と、
該第2の二次非線形光学素子から出力される該励起光と該分岐された励起光の一部とを検出するバランス型光検出器とを備え、
該位相同期手段は、位相変調手段と、該バランス型光検出器によって検出された信号強度変化をもとに帰還を行う位相同期ループ回路とを備えることを特徴とする位相感応型光増幅装置。 - 前記位相同期手段は、前記位相変調手段である位相変調器と、前記位相同期ループ回路と光学長の伸長器とから構成され、該位相同期ループ回路は該位相変調器と該光学長の伸長器に帰還を行うことを特徴とする請求項1に記載の位相感応型光増幅装置。
- 前記位相同期手段は、前記位相同期ループ回路と、前記励起光に位相同期している光を発生し、レーザの駆動電流の制御により位相を変調する半導体レーザとから構成され、該位相同期ループ回路は該半導体レーザの駆動電流に帰還を行うことを特徴とする請求項1に記載の位相感応型光増幅装置。
- 前記バランス型光検出器によって検出された信号、または前記位相同期ループ回路の帰還信号を反転する手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至3記載の位相感応型光増幅装置。
- 前記増幅された信号光と励起光とを分離するフィルタは、誘電体膜を用いたダイクロイックミラー、またはマルチモード干渉を利用した光分波素子、または方向性結合を利用した光分波素子であることを特徴とする請求項1乃至4記載の位相感応型光増幅装置
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