JP4451696B2 - 微細構造ファイバの非線形係数の波長依存性をキャンセルする装置 - Google Patents
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Description
減衰α(λ)は、波長に依存する。定数bの値は、非線形効果(SPM、あるいは、XPM)の種類と共に、信号光(λi)とポンプ光(λj)の偏波の状態や変化にも依存する。非線形係数は、
FWMの場合、(3)の重なり積分は、関連する4波長の空間的場の分布に渡って行われる。
Photonics Technology Letter, vol. 15, no. 3 March 2003 p 437 Photonics Technology Letters, vol. 15, no. 3, March 2003 p440 "Nonlinear fiber optics", Academic Press, 2nd edition, (1995) T. Kato, Y. Suetsugu, and M. Nishimura, "Estimation of nonlinear refractive index in various silica-based glasses for optical fibers", Opt, Lett., 20(22): 2279-2281 (1995) G. Agrawal, "Nonlinear fiber optics", Academic Press, 2nd edition, (1995) ch. 10, p. 408
非線形位相シフトの波長依存性は、例えば、図15に示されるような正方格子の穴構成のPCFにおいて、XPMについて研究されている。コアは、4つの中央の穴を外側に0.1Λだけ移動することによって形成される。穴の直径dと格子周期Λの比は、d/Λ=0.9に設定される。シリカガラスマトリックスは、純粋なシリカに比べファクタ1.4で非線形屈折率を増加する1wt−%で、Fがドープされている(T. Kato, Y. Suetsugu, and M. Nishimura, "Estimation of nonlinear refractive index in various silica-based glasses for optical fibers", Opt. Lett. 20(22): 2279-2281)。
本発明の第1の光信号処理装置は、ポンプ光源と、ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光に非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、該ポンプ光の強度を調整する調整手段と、信号光への非線形効果の波長依存性をキャンセルするように、該調整手段を調整して、該ポンプ光の強度を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
I) 第1の実施例では、微細構造ファイバ自体の非線形係数の波長依存性を減少させることによって問題を解決する。
図1および図2は、本発明の第1の実施例の説明図である。
a) 第1の望ましい非線形屈折率プロファイルは、信号光の強度分布の逆関数に正比例する。微細構造ファイバの強度分布は、回転対称ではないが、ガウス型の回転対称分布によって近似計算できる。
ただし、微細構造ファイバは、通常はキャピラリをロッドの周りに積み重ねて形成するプリフォームから引っぱり出される。従って、いわゆる積み重ね&線引き法による作製過程では、半径Rの中央ガラスロッドの外側に延びる非線形屈折率プロファイルを連続して増加させることが出来ない。このため、非線形屈折率は、中央ガラスロッド領域の外側では、一定の値担ってしまう(図15の領域A)。
b) 望ましい第2の非線形屈折率は、ポンプ光の強度分布の逆関数に正比例する。
図2は、望ましい非線形屈折率プロファイルを示す。プロファイルは、コアロッド内で連続的に変化し、また、段階的に増加する。
II) 第2の実施例では、入力ポンプパワーを調整することによって、システムのレベルにおいて問題を解決する。式(1)で分かるように、非線形位相シフトは、ポンプ光のパワーによって変わる。従って、ポンプ光のパワーを調整することによって、非線形位相シフトの波長依存性を補償することができる。この方法は、単一の信号波長を用いたアプリケーションまたは狭いスペクトル範囲内の少数の信号波長を用いたアプリケーションに適している。
1) 図3から図6に、本発明の第2の実施例の第1の具体的な構成を示す。
a) 図3に示すように。EDFA17と光カプラ19の間の光路に配置した静的プレエンファシスフィルタ13。プレエンファシスフィルタ13の透過率のスペクトル特性は、非線形係数の波長依存性が、与えられた信号波長に対して、ポンプパワーによって補償できるように設計される。すなわち、プレエンファシスフィルタ13は、適切な伝送特性を用いてポンプ光のパワーを減衰し、ポンプ光の各種の波長に対する非線形係数の波長依存性を補償することができる。図13では、ポンプ光源は、波長変換可能な光源である。
b1) 図4に示すように、ポンプレーザーの出力光の調整は、制御手段10および一定の利得のEDFA17によって行う。制御は、光ダイオード21によるポンプ光のパワーおよび光スペクトルアナライザ20による信号光の波長の測定に基いて行う。
b2) 図5に示すように、ポンプ光源11からの光および一定のレーザ出力パワーは、制御手段10によって制御される可変の利得のEDFA17によって調整される。
b3) 図6に示すように、ポンプ光源11からの光および一定のレーザ出力パワーは、一定の増幅利得のEDFA17によって増幅される。ポンプ光のパワーの制御は、制御手段10によって調整される可変減衰器22によって行う。
非線形位相シフトのポンプ波長および信号波長への依存性は、経験的に評価するか、または式(1)から(3)を用いて微細構造ファイバの構造に基いて算出することが出来る。
2) 第2の構成は、第2の実施例の第1の構成の構成b1からb3を拡張したものである。
3) 第3の構成は、高度に非線形の微細構造ファイバ14を使用する全光信号処理装置、および非線形係数の波長依存性を補償するために光ポンプパワーを調整する手段で構成させる。ポンプ光として使用する入力光の一部は、波長を検出し、その情報を制御手段10に提供するために、光スペクトルアナライザ20に結合される。制御手段10は、ポンプ光パワーを増幅する、EDFA17の後段にあるASEフィルタ12の中心波長を調整する。FWMの場合には、制御手段10は、微細構造ファイバの後段に配置するフィルタ18の中心波長の調整も行う。光カプラ19は、信号光とポンプ光を微細構造ファイバの前段で組み合わせる。
a) 図8に示すように、ポンプ光のパワーは、プレエンファシスフィルタ13によって調整される。その他の要素については、図3と同じであるので、ここでは説明を省く。
b1) 図9に示すように、ポンプ光のパワーは、EDFA17によって調整し、EDFA17の利得を制御手段10によって制御する。また、この場合、信号光の波長は可変である。信号光の波長は、制御手段10で調整すると同時に、フィルタ18の通過波長は、信号光を通すように調整される。この構成は図5と類似であるので説明は省略する。
b2) 図10に示すように、ポンプ光のパワーは、可変減衰器22によって調整し、制御手段10によって制御する。その他の説明については、図6および図9の構成と類似であるので省略する。
4) 第4の構成は、第2の実施例の構成b1からb2を拡張したものである。この構成では、信号レーザ光源の波長は可変である。制御手段は、信号波長を調整し、また、必要なポンプパワーデータをλpumpおよびλsignalの関数として含むルックアップテーブルの情報に基いてポンプ光の光パワーを調整する。また、制御手段は、微細構造ファイバの後段に配置するフィルタの中心波長を、λpumpおよびλsignal(FWM)の関数およびλsignal(XPM)の関数として調整する。
III) 第3の実施例では、高度に非線形の微細構造ファイバの出力において、フィルタを等化する手段を用いて出力パワーを調整することによってシステムレベルの問題点を解決する。
1) 第3の実施例の第1の構成では、図11に示すように、非線形係数の波長依存性を補償するために、等化フィルタ35がPCF14の出力側に配置される。
2) 第3の実施例の第2の構成では、図12に示すように、ポンプ波長と等化フィルタ35が調整可能である。等化フィルタ35の透過率のスペクトル特性が、非線形係数の波長依存性のために出力されたスペクトルの結果のパワーチルトを打ち消すために適用される。
IV) 第4の実施例では、高度に非線形の微細構造ファイバの入力側に等化フィルタ40を配置して信号入力パワーを調整することによってシステムレベルで問題点を解決する。PCF14からの出力光の強度がPCF14への入力光の強度に比例していることに基いて、入力光の強度がPCF14の前段の等化フィルタ40によって調整される。
1) 第4の実施例の第1の構成では、図13に示すように、非線形係数の波長依存性を補償するために、等化フィルタ40が、光カプラ19の前段の高度に非線形の微細構造ファイバ14の入力側に配置される。その他の構成要素は、図11に類似しているので、詳細な説明は省略する。
2) 第4の実施例の第2の構成では、図14に示すように、ポンプ波長と等化フィルタ40が調整可能である。等化フィルタ40の透過率のスペクトル特性が、非線形係数の波長依存性のために出力されたスペクトルの結果のパワーチルトを打ち消すために適用される。その他の構成要素は、図12に類似しているので、詳細な説明は省略する。
コアの中心から半径方向外側に向かって非線形屈折率が増加するような非線形屈折率プロファイルを有する微細構造光ファイバ。
非線形屈折率プロファイルが横断面においてポンプ光または信号光の強度分布の逆関数の形をとることを特徴とする付記1に記載の微細構造光ファイバ。
断面において、前記非線形屈折率プロファイルが所定の半径から外側の半径領域において一定になっていることを特徴とする付記1に記載の微細構造光ファイバ。
前記コアの中心から外に向かった半径方向に階段状に前記非線形屈折率が増加することを特徴とする付記1に記載の微細構造光ファイバ。
ポンプ光源と、
ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光に非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、
該ポンプ光の強度を調整する調整手段と、
信号光への非線形効果の波長依存性をキャンセルするように、該調整手段を調整して、該ポンプ光の強度を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
前記調整手段は、プレエンファシスフィルタであることを特徴とする付記5に記載の光信号処理装置。
前記調整手段は、光増幅器であることを特徴とする付記5に記載の光信号処理装置。
(付記8)
前記調整手段は、光減衰器であることを特徴とする付記5に記載の光信号処理装置。
前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて前記ポンプ光の強度を制御することを特徴とする付記5に記載の光信号処理装置。
前記制御手段は、信号波長およびポンプ波長の関数として必要なパワーを示す所定の関数から求めたデータに基いてポンプ光の強度を制御することを特徴とする付記5に記載の光信号処理装置。
前記制御手段に、信号波長、あるいは、ポンプ波長についての情報を提供するため、信号波長、あるいは、ポンプ波長をモニタする光スペクトルアナライザを更に備えることを特徴とする付記9または10に記載の光信号処理装置。
ポンプ光源と、
ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光へ非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、
該信号光への非線形効果の波長依存性によって起こる、得られた信号の強度を調整する等化フィルタと、
を備えることを特徴とする光信号処理装置。
前記等化フィルタは、透過率のスペクトル特性を調整可能なフィルタであり、
更に、
前記信号光への非線形効果の波長依存性に起因する、非線形微細構造ファイバからの出力信号のチルトがキャンセルされるように、前記等化フィルタの透過率のスペクトル特性を制御する制御手段
を備えることを特徴とする付記12に記載の光信号処理装置。
前記等化フィルタ非線形微細構造ファイバの外側に配置したことを特徴とする付記12に記載の光信号処理装置。
前記等化フィルタ非線形微細構造ファイバの内側に配置したことを特徴とする付記12に記載の光信号処理装置。
前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて、前記微細構造ファイバからの出力信号のチルトを制御することを特徴とする付記13に記載の光信号処理装置。
前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて、前記微細構造ファイバからの入力信号のチルトを制御することを特徴とする付記13に記載の光信号処理装置。
前記制御手段は、信号波長およびポンプ波長の関数として必要なパワーを示す所定の関数から求めたデータに基いて微細構造ファイバの出力信号のチルトを制御することを特徴とする付記13に記載の光信号処理装置。
前記制御手段は、信号波長およびポンプ波長の関数として必要なパワーを示す所定の関数から求めたデータに基いて微細構造ファイバの入力信号のチルトを制御することを特徴とする付記13に記載の光信号処理装置。
11 ポンプ光源
12 ASEフィルタ
13 プレエンファシスフィルタ
14 微細構造ファイバ(フォトニック結晶ファイバ)
15、16 偏波コントローラ
17 EDFA
18 フィルタ
19 カプラ
20,30 光スペクトルアナライザ
21 光ダイオード
22 減衰器
31 可変信号光源
35,40 等化フィルタ
XYa 分波器
XYb 合波器
Claims (12)
- コアの中心から半径方向外側に向かって非線形屈折率が増加することで、波長が長くなるとモードフィールドが拡大する領域において、前記コアの中央部の光強度の低下による非線形効果の低下を少なくとも部分的には補償する非線形屈折率プロファイルを有する微細構造光ファイバ。
- 断面において、前記非線形屈折率プロファイルが所定の半径から外側の半径領域において一定になっていることを特徴とする請求項1に記載の微細構造光ファイバ。
- 前記コアの中心から外に向かった半径方向に階段状に前記非線形屈折率が増加することを特徴とする請求項1に記載の微細構造光ファイバ。
- ポンプ光源と、
ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光に非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、
該ポンプ光の強度を調整する調整手段と、
信号光への非線形効果の波長依存性をキャンセルするように、該調整手段を調整して、該ポンプ光の強度を制御する制御手段と、
を備え、
前記非線形微細構造ファイバは、コアの中心から半径方向外側に向かって非線形屈折率が増加することで、波長が長くなるとモードフィールドが拡大する領域において、前記コアの中央部の光強度の低下による非線形効果の低下を少なくとも部分的には補償する非線形屈折率プロファイルを有することを特徴とする光信号処理装置。 - 前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて前記ポンプ光の強度を制御することを特徴とする請求項4に記載の光信号処理装置。
- 前記制御手段に、信号波長、あるいは、ポンプ波長についての情報を提供するため、信号波長、あるいは、ポンプ波長をモニタする光スペクトルアナライザを更に備えることを特徴とする請求項4に記載の光信号処理装置。
- ポンプ光源と、
ポンプ光と信号光を受光し、該ポンプ光の強度に依存して該信号光へ非線形効果を与える非線形微細構造ファイバと、
該信号光への非線形効果の波長依存性によって起こる、得られた信号の強度を調整する等化フィルタと、
を備え、
前記非線形微細構造ファイバは、コアの中心から半径方向外側に向かって非線形屈折率が増加することで、波長が長くなるとモードフィールドが拡大する領域において、前記コアの中央部の光強度の低下による非線形効果の低下を少なくとも部分的には補償する非線形屈折率プロファイルを有することを特徴とする光信号処理装置。 - 前記等化フィルタは、透過率のスペクトル特性を調整可能なフィルタであり、
更に、
前記信号光への非線形効果の波長依存性に起因する、非線形微細構造ファイバからの出力信号のチルトがキャンセルされるように、前記等化フィルタの透過率のスペクトル特性を制御する制御手段
を備えることを特徴とする請求項7に記載の光信号処理装置。 - 前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて、前記微細構造ファイバからの出力信号のチルトを制御することを特徴とする請求項8に記載の光信号処理装置。
- 前記制御手段は、信号波長とポンプ波長の関数として、必要なパワーを格納するルックアップテーブルのデータに基づいて、前記微細構造ファイバからの入力信号のチルトを制御することを特徴とする請求項8に記載の光信号処理装置。
- 前記非線形屈折率プロファイルは、信号光の強度分布の逆関数に比例することを特徴とする請求項1に記載の微細構造光ファイバ。
- 前記非線形屈折率プロファイルは、ポンプ光の強度分布の逆関数に比例することを特徴とする請求項1に記載の微細構造光ファイバ。
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