JP6126543B2 - 光増幅装置 - Google Patents
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Description
Δφ=1/2(φ2ωs−φωs)=nπ (ただし、nは整数) (式1)
φi1=2φs−φp1 (式2)
φi2=2φi1−φs=3φs−2φp1 (式3)
φi3=2φi2−φi1=4φs−3φp1 (式4)
φp2=φi3=4φs−3φp1 (式5)
φp1+φp2=φs+φi2=4φs−2φp1 (式6)
ここで、(式6)において、φp2は第2の励起光419の位相である。(式6)から分かるように、第1の励起光414と第2の励起光419の位相の総和と、信号光415と第2のアイドラ光417の位相の総和とが一致することになる。従って、第2の光ファイバ409中の4つの入力光の間で位相整合条件が満たされる。
φi1=2φs−φp1 (式7)
φi2=2φi1−φs=3φs−2φp1 (式8)
φi3=2φi2−φi1=4φs−3φp1 (式9)
φSF=φp1+φp2=−2φp1 (式10)
φs+φi2=4φs−2φp1 (式11)
本実施例1に係る光増幅装置では、QPSK信号から搬送波を抽出し、その搬送波に位相同期した励起光を生成した後、信号光との相互作用に必要なアイドラ光を高効率に生成し、PPLN導波路を用いたPSAを構成した。
φi2=2φi1−φs=3φs−2φLO1 (式13)
φi3=2φi2−φi1=4φs−3φLO1 (式14)
φSF=φLO1+φLO2=4φs−2φLO1 (式15)
φi4=4φs−2φLO1−φ’s (式16)
φi4=3φs−2φLO1 (式17)
φs+φi4=4φs−2φLO1 (式18)
φi3’=2φi1−φLO1=4φs−3φLO1 (式19)
以下、本発明の実施例2に係る光増幅装置について説明する。実施例1では、2つないし3つの位相整合波長を有するPPLN導波路を用いてQPSK信号の位相再生増幅を行ったが、本実施例2では、さらに多値の信号フォーマットである8PSK信号に対応するようにPPLN導波路を構成した。本実施例2に係る光増幅装置は、8値の位相をとる変調信号からいかにして搬送波を抽出するかという点に特徴を有する。さらに、実施例1では、主信号ライン上で差周波数発生により信号光から第4のアイドラ光を生成したが、実施例2では信号光と対をなすアイドラ光を主信号ラインとは別の経路で生成している。これにより、光パラメトリック増幅部へ入射される前段で非線形過程を用いる必要がなくなるため、より雑音特性の良い光増幅装置が構成可能となる。
φi1=2φs−φLO1 (式20)
φi3=2φi2−φLO1=4φs−3φLO1 (式21)
φi6=2φi3−φs=7φs−6φLO1 (式22)
φi7=2φi3−φLO1=8φs−7φLO1 (式23)
φi8=7φs−6φLO1 (式24)
位相感応光増幅部 101
励起光源 102
励起光位相制御部 103
第1の光分岐部 104−1、203−1
第2の光分岐部 104−2、203−2
EDFA 201
第1の二次非線形光学素子 202、604、804、1304
第2の二次非線形光学素子 204、610、810、1310
位相変調器 205
PZTによる光ファイバ伸長器 206、413、615、819、1319
偏波保持ファイバ 207、616
光検出器 208、411、613、817、1317
位相同期ループ回路(PLL) 209、412、614、818、1318
第1の空間光学系 211、621、821、1321
第1のPPLN導波路 212、622、822、1322
第2の空間光学系 213、623、823、1323
第1のダイクロイックミラー 214、624、824、1324
第3の空間光学系 215、625、825、1325
第2のPPLN導波路 216、626、826、1326
第4の空間光学系 217、627、827、1327
第2のダイクロイックミラー 218、628、828、1328
第3のダイクロイックミラー 219、632、832、1332
第1のEDFA 401、601、801、1301
第1の励起光源 402、602
第1の光合分波器 403−1、603−1、803−1、1303−1
第2の光合分波器 403−2、603−2、803−2、1303−2
第3の光合分波器 403−3、603−3、803−3、1303−3
第4の光合分波器 403−4、603−4、803−4、1303−4
第5の光合分波器 403−5、803−5、1303−5
第1の光ファイバ 404
分波器 405、605、805、1305
光サーキュレータ 406、606、806、1306
半導体レーザ 407、607、807、1307
第2のEDFA 408、608、808、1308
第2の光ファイバ 409
バンドパスフィルタ 410
光増幅装置 600、800、1300
第1のバンドパスフィルタ 609、809、1309
第3の二次非線形光学素子 611、811、1311
第2のバンドパスフィルタ 612、813、1313
第5の空間光学系 629、829、1329
第3のPPLN導波路 630、830、1330
第6の空間光学系 631、831、1331
第4のダイクロイックミラー 633、833、1333
第1の基本波光源 802
第3のEDFA 812、1312
第4の二次非線形光学素子 814、1314
第5の二次非線形光学素子 815、1315
第3のバンドパスフィルタ 816、1316
遅延制御器 820、1320、1344
第7の空間光学系 834、1334
第4のPPLN導波路 835、1335
第8の空間光学系 836、1336
第5のダイクロイックミラー 837、1337
第9の空間光学系 838、1338
第5のPPLN導波路 839、1339
第10の空間光学系 840、1340
第6のダイクロイックミラー 841、1341
第7のダイクロイックミラー 842、1342
第6の光合分波器 1303−6
第4のバンドパスフィルタ 1343
波長合波器 1345
Claims (7)
- 二次非線形光学効果を用いた光混合によってM(Mは4以上の整数)種類の値を取る多値位相変調された信号光を増幅する位相感応型光増幅装置であって、
周波数ωsを有する前記信号光を分岐する第1の光合分波器と、
周波数ωLO1を有する第1の基本波光を発生する第1の光源と、
前記第1の基本波光を分岐する第2の光合分波器と、
前記第1の光合分波器の一方の出力端子から出力された前記信号光と、前記第2の光合分波器の一方から出力された前記第1の基本波光とを入力し、増幅して出力する第1の光ファイバレーザ増幅器と、
複数の波長において擬似位相整合を満たし、当該増幅された信号光及び第1の基本波光を入力し、第二高調波を発生して出力する第1の二次非線形光学素子と、
前記第1の二次非線形光学素子の出力からMωs−(M−1)ωLO1の周波数を有するアイドラ光のみを分離して出力する分波器と、
前記分波器から出力された前記アイドラ光に注入同期が可能なレーザを出力する第2の光源と、
前記分波器から出力された前記アイドラ光を前記第2の光源から出力された前記レーザに注入同期して第2の基本波光を出力する光サーキュレータと、
前記第2の光合分波器の他方の出力端子から出力された前記第1の基本波光と、前記光サーキュレータから出力された前記第2の基本波光を入力して合波し、当該合波した前記第1の基本波光及び前記第2の基本波光を分岐して出力する第3の光合分波器と、
前記第3の光合分波器の一方の出力端子から出力された前記第1の基本波光及び前記第2の基本波光を増幅して出力する第2の光ファイバレーザ増幅器と、
前記第2の光ファイバレーザ増幅器から出力された前記第1の基本波光及び第2の基本波光から第1の和周波光を発生して出力する第2の二次非線形光学素子と、
前記第1の光合分波器の他方の出力端子から出力された前記信号光と前記第1の和周波光とを入力して差周波光を発生し、前記信号光及び前記差周波光を出力する第3の二次非線形光学素子と、
前記第3の光合分波器の他方の出力端子から出力された前記第1の基本波光及び前記第2の基本波光を増幅して出力する第3の光ファイバレーザ増幅器と、
前記第3の光ファイバレーザ増幅器から出力された前記第1の基本波光及び第2の基本波光から第2の和周波光を発生して出力する第4の二次非線形光学素子と、
前記信号光と、前記差周波光と、前記第2の和周波光とを入力して非縮退パラメトリック増幅を行う第5の二次非線形光学素子と
を備えたことを特徴とする光増幅装置。 - 前記第2の光ファイバレーザ増幅器と前記第2の二次非線形光学素子との間に、前記第1の基本波光及び前記第2の基本波光のみを透過する第1のバンドパスフィルタが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の光増幅装置。
- 前記第1の光合分波器の前記一方の出力端子から前記第2の二次非線形光学素子を経由して前記第3の二次非線形光学素子までの光路と、前記第1の光合分波器の前記他方の出力端子から前記第3の二次非線形光学素子までの光路とを等長化する第1の遅延制御器をさらに備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の光増幅装置。
- 前記第1の二次非線形光学素子は、周期分極反転構造を有するLiNbO3からなる光導波路であり、
前記周期分極反転構造は、分極反転周期よりも長い周期で空間的な位相変調あるいは周期変調が施されており、
前記第1の二次非線形光学素子は、少なくとも、ωs、2ωs−ωLO1の周波数に擬似位相整合波長が一致していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光増幅装置。 - 前記信号光を分岐して、一方の出力端子から前記信号光を前記第1の光合分波器に出力する第4の光合分波器と、
前記第4の光合分波器の他方の出力端子から出力された前記信号光を入力して、前記信号光を遅延する第2の遅延制御器と、
前記第3の二次非線形光学素子から出力された前記信号光及び前記差周波光のうち、前記差周波光のみを透過する第2のバンドパスフィルタと、
前記第2の遅延制御器から出力された前記信号光と、前記第2のバンドパスフィルタから出力された前記差周波光とを合波して、前記第5の二次非線形光学素子に出力する波長合波器と
をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の光増幅装置。 - 前記第2の遅延制御器は、前記第4の光合分波器の前記一方の出力端子から前記第2の二次非線形光学素子及び前記第3の二次非線形光学素子を経由して前記波長合波器までの光路と、前記第4の光合分波器の他方の出力端子から前記波長合波器までの光路とを等長化するように構成されていることを特徴とする請求項5に記載の光増幅装置。
- 前記第1の二次非線形光学素子は、周期分極反転構造を有するLiNbO3からなる光導波路であり、
前記周期分極反転構造は、分極反転周期よりも長い周期で空間的な位相変調あるいは周期変調が施されており、
前記第1の二次非線形光学素子は、少なくとも、s、2ωs−ωLO1、4ωs−3ωLO1の周波数に擬似位相整合波長が一致していることを特徴とする請求項5又は6に記載の光増幅装置。
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