JP2005241732A - Optical pulse amplification apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical pulse amplification apparatus provided with a light source capable of making a wavelength band used for excitation variable even though having a simple structure similar to conventional one. <P>SOLUTION: The optical pulse amplification apparatus is provided with the light source generating a laser pulse sequence whose intensity is changed in time by modulating intensity of a laser beam pulse sequence and outputting the laser beam pulse sequence as a optical soliton sequence whose frequency is changed by using a soliton self-frequency shift effect. The optical pulse amplification apparatus is further provided with an optical fiber for Raman amplification converting light outputted from the light source into excited light, an optical coupler inputting the optical soliton sequence to the optical fiber for Raman amplification, an input section inputting a pulse beam to be amplified to the optical fiber for Raman amplification and an output section outputting amplified light from the optical fiber for the Raman amplification and the excited light and the pulse beam to be amplified are going in directions reverse to each other and the pulse beam to be amplified collides with a plurality of pulse beams contained in the excited light. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、増幅すべき光パルス信号が光ファイバを通過する際にラマン励起用の光パルスで励起して増幅する光パルス増幅装置に関している。   The present invention relates to an optical pulse amplifying apparatus that amplifies an optical pulse signal to be amplified by excitation with an optical pulse for Raman excitation when passing through an optical fiber.

大容量の光通信では、広い波長領域に信号が分布することから超広帯域の光増幅装置が望まれている。光通信の波長領域では、エルビウムドープファイバアンプを用いると光に波長が1530〜1570nmの帯域で増幅が可能であるが、それを超えた帯域においては使用が困難であることが知られている。この問題を解決する手段としては、誘導ラマン効果を用いた手段が知られている。これは、ある適当な波長の光を励起光として光ファイバに入力し、それによって誘導ラマン効果を引き起こし、その励起光からわずかに長波長側(シリカ系のファイバの場合約100nm)において信号の増幅をおこなうものである。しかし、一般に、この効果による利得帯域は狭い。上記のシリカファイバ中での誘導ラマン効果を用いた光パルス増幅装置の場合でも、その利得帯域が狭いため、異なる波長を持つ多数の光源を励起光として用いて広帯域の増幅を行うことがある。   In large-capacity optical communications, signals are distributed over a wide wavelength range, so an ultra-broadband optical amplifier is desired. In an optical communication wavelength region, when an erbium-doped fiber amplifier is used, it is known that light can be amplified in a band of 1530 to 1570 nm, but it is difficult to use in a band beyond that. As means for solving this problem, means using the stimulated Raman effect is known. This inputs light of an appropriate wavelength into the optical fiber as pumping light, thereby causing a stimulated Raman effect and amplifying the signal slightly longer wavelength from the pumping light (about 100 nm for silica-based fibers). It is to do. However, in general, the gain band due to this effect is narrow. Even in the case of the optical pulse amplification device using the stimulated Raman effect in the silica fiber, the gain band is narrow, and therefore, a wideband amplification may be performed using a large number of light sources having different wavelengths as excitation light.

また、非特許文献1には、図13に示す光増幅器が報告されている。この光増幅器においては、波長掃引型のパルスレーザ光源からの光を、増幅しようとする光信号とは逆方向から、励起光を光ファイバに入射し、その励起光による誘導ラマン効果により、光増幅を行うものである。ここでは、一定の振幅を持つフェムト秒パルスを非線形ファイバに入力し、スペクトルが広がった後、特定の波長帯域のスペクトル成分を取り出す仕組みとなっている。その後、ファイバを通過させてチャープをかけてパルスを広げることで、励起光関でおこるラマン効果による相互作用を抑制するものである。   Non-Patent Document 1 reports the optical amplifier shown in FIG. In this optical amplifier, the light from the wavelength sweep type pulse laser light source is incident on the optical fiber from the opposite direction to the optical signal to be amplified, and the light is amplified by the stimulated Raman effect by the excitation light. Is to do. Here, a mechanism is adopted in which a femtosecond pulse having a constant amplitude is input to a nonlinear fiber, and a spectrum component in a specific wavelength band is extracted after the spectrum has spread. After that, by passing through the fiber and chirping to widen the pulse, the interaction due to the Raman effect that occurs in the excitation light function is suppressed.

さらに、非特許文献2には、図14に示す光増幅器が報告されている。この光増幅器においては、いろいろな発光波長の光源からの光を合波して、増幅しようとする光信号とは逆方向から、励起光を光ファイバ(例えば:酸化テルルを主体とする光ファイバ)に入射し、この励起光による誘導ラマン効果により、光増幅を行うものである。   Furthermore, Non-Patent Document 2 reports the optical amplifier shown in FIG. In this optical amplifier, light from light sources of various emission wavelengths are combined, and pumping light is optical fiber (for example: optical fiber mainly composed of tellurium oxide) from the opposite direction to the optical signal to be amplified. The light is amplified by the stimulated Raman effect by the excitation light.

また、非特許文献3には、図15に示す光増幅器が報告されている。この光増幅器においては、複数の発光波長の光源の発光時間を制御して、増幅しようとする光信号とは逆方向から、誘導ラマンを起こる光ファイバに、異なる波長の光パルスが順次入射するようにして、誘導ラマン効果により、光増幅を行うものである。   Non-Patent Document 3 reports the optical amplifier shown in FIG. In this optical amplifier, the light emission times of light sources having a plurality of emission wavelengths are controlled so that light pulses of different wavelengths are sequentially incident on the optical fiber in which stimulated Raman occurs from the opposite direction to the optical signal to be amplified. Thus, optical amplification is performed by the stimulated Raman effect.

J.W. Nicholson, . Fini, J. C. Boutiller, J. Bromage, and K. Bar, “A Swept‐wavelength Raman pump with 69 MHz repetition rate”, PD46-1, Optical Society of America (2003)J.W.Nicholson,. Fini, J. C. Boutiller, J. Bromage, and K. Bar, “A Swept-wavelength Raman pump with 69 MHz repetition rate”, PD46-1, Optical Society of America (2003) A. Mori, H Masuda, K. Shikano, and M. Shimizu, “Ultra-Wide-Band Tellurite-Based Fiber Raman Amplifier”, vol. 21, No.5, 1300-1306, JOURNAL OF LIGHT WAVE THECHNOLOGY, 2003.A. Mori, H Masuda, K. Shikano, and M. Shimizu, “Ultra-Wide-Band Tellurite-Based Fiber Raman Amplifier”, vol. 21, No.5, 1300-1306, JOURNAL OF LIGHT WAVE THECHNOLOGY, 2003. L. F. Mollenauer, A. R. Grant, and P. V. Mamyshev, “Time-division multiplexing of pump wavelengths to achieve ultrabroadband, flat, backward-pumped Raman gain”, OPTICS LETTERS, Vol. 27, No.8, pp. 592-594 2002.L. F. Mollenauer, A. R. Grant, and P. V. Mamyshev, “Time-division multiplexing of pump wavelengths to achieve ultrabroadband, flat, backward-pumped Raman gain”, OPTICS LETTERS, Vol. 27, No. 8, pp. 592-594 2002.

上記の様に、超広帯域の光増幅装置では、広帯域の発光波長帯域をもつ光源が必要とされている。しかし、従来のように異なる波長を持つ多数のレーザを多重化したものを光源として用いる場合は、それらによる誘導ラマン効果によるスペクトルに不均一な利得が見られるという問題が生じる。また、図15のような電気的に波長を変える励起手段では、高速に波長を変化させることが難しく、得られる励起光のパワーにおいても限界がある。また図13に示した装置は、構造が複雑であるため、その使用しづらいと思われる。   As described above, a light source having a broad emission wavelength band is required for an ultra-broadband optical amplifier. However, in the case where a light source in which a large number of lasers having different wavelengths are multiplexed as in the conventional case, there is a problem that a non-uniform gain is seen in the spectrum due to the stimulated Raman effect. Further, with the excitation means that electrically changes the wavelength as shown in FIG. 15, it is difficult to change the wavelength at high speed, and there is a limit to the power of the obtained excitation light. Further, the apparatus shown in FIG. 13 is difficult to use because of its complicated structure.

このような光源からの光を誘導ラマン効果の励起に用いるため、その強度は十分に大きいことが望ましい。しかし、従来のこのような光源では、その構成が簡単ではなかった。本発明では、従来とほぼ同様に簡単な構成でありながら、励起に用いる波長帯域を可変にすることができる光源を、備えた光パルス増幅装置を提案している。   Since light from such a light source is used for excitation of the stimulated Raman effect, it is desirable that its intensity be sufficiently large. However, the configuration of such a conventional light source is not simple. The present invention proposes an optical pulse amplification device provided with a light source capable of making the wavelength band used for excitation variable while having a simple configuration as in the prior art.

この発明では、増幅しようとする光信号とは逆方向から、誘導ラマンを起こすファイバ(例えば;シリカファイバ、酸化テルル光ファイバ)に励起光を入射する構成で、励起光の波長帯域幅を電気的に調整することにより、増幅する波長帯域幅を容易に調整することができる。   In the present invention, the excitation light is incident on a fiber (for example, silica fiber or tellurium oxide optical fiber) that induces stimulated Raman from the opposite direction to the optical signal to be amplified, and the wavelength bandwidth of the excitation light is electrically reduced. By adjusting to, the wavelength bandwidth to be amplified can be easily adjusted.

まず、この発明で用いる光源の基幹となるソリトン自己周波数シフト効果について、図1の構成を用いて説明する。モード同期ファイバレーザ(MLFL)2は、高周波信号源1から、例えば10GHzの信号を受けて、繰り返し周波数10GHzの光パルス列を発振する。この光パルス列は、光ファイバを用いた光増幅器3によって増幅される。この増幅度も可変であって、光パルス列のピーク強度を調整するために使われる。増幅された光は、偏波調整器4で偏光方向が選択され、フォトニック結晶ファイバ(PCF)5を通過して、測定器6に送られる。   First, the soliton self-frequency shift effect, which is the backbone of the light source used in the present invention, will be described using the configuration of FIG. The mode-locked fiber laser (MLFL) 2 receives a signal of, for example, 10 GHz from the high-frequency signal source 1 and oscillates an optical pulse train having a repetition frequency of 10 GHz. This optical pulse train is amplified by an optical amplifier 3 using an optical fiber. This amplification degree is also variable and is used to adjust the peak intensity of the optical pulse train. The polarization direction of the amplified light is selected by the polarization adjuster 4, passes through the photonic crystal fiber (PCF) 5, and is sent to the measuring device 6.

図1の装置において、PCFへの一定の振幅を持つ入力パルスの平均強度を、8mWから1070mWまで徐々に変えたときの、出力光のスペクトルを、図2に示す。図2(a)、(b)、(c)、(d)に示すスペクトルは、PCF5に入射する時点での光パルスの平均パワーが、それぞれ、8、810、950、1070mWの時のスペクトルを示している。このグラフから分かるように、入射強度が大きくなるに従って長波長側にずれていく双曲線正割関数 sech2型のスペクトル成分が発生している。これは、ソリトンであることが知られており、この現象は、ソリトン自己周波数シフト効果によるものであることが知られている。 FIG. 2 shows the spectrum of the output light when the average intensity of the input pulse having a constant amplitude to the PCF is gradually changed from 8 mW to 1070 mW in the apparatus of FIG. The spectra shown in FIGS. 2 (a), (b), (c), and (d) are the spectra when the average power of the optical pulse at the time of incidence on the PCF 5 is 8, 810, 950, and 1070 mW, respectively. Show. As can be seen from this graph, a spectral component of the hyperbolic secant function sech 2 that shifts to the longer wavelength side as the incident intensity increases is generated. This is known to be a soliton, and this phenomenon is known to be due to the soliton self-frequency shift effect.

図3は、その様なソリトンの一例であり、図3(a)は、スペクトル特性を、図3(b)は、ソリトンパルスの自己相関波形を示している。この図から分かるように、ソリトンは幅広いスペクトルを持っており、従って、そのパルス幅は非常に短い。また、図4は、入射光の強度と波長の関係を示す一例である。この例から、強度が増加すると長波長側にずれる値が増加する事が分かる。   FIG. 3 shows an example of such a soliton. FIG. 3A shows a spectral characteristic, and FIG. 3B shows an autocorrelation waveform of the soliton pulse. As can be seen from this figure, solitons have a broad spectrum and therefore their pulse width is very short. FIG. 4 is an example showing the relationship between the intensity of incident light and the wavelength. From this example, it can be seen that as the intensity increases, the value shifted to the longer wavelength side increases.

図5は、波長に対するパルス幅(白四角)、波長に対するスペクトル幅(黒丸)を示す図であり、波長変換量が大きくなるにつれパルス幅が減少し、スペクトル幅が増大する事が分かる。また、ソリトンの中心波長が約120nm変わる場合でも、光パルスは数百フェムト秒の短いものであることが分かる。   FIG. 5 is a diagram showing the pulse width (white square) with respect to the wavelength and the spectral width (black circle) with respect to the wavelength, and it can be seen that as the amount of wavelength conversion increases, the pulse width decreases and the spectrum width increases. It can also be seen that the optical pulse is as short as several hundred femtoseconds even when the center wavelength of the soliton changes by about 120 nm.

上記の方法によってパルスの波長変換は40%以上の高い変換効率で行われている。出力光を光検波器とオシロを用いて観測した際に図6のinsetに示してあるように、時間的に離れている2つのパルスが繰り返ししていることが分かる。ここでは、前方は変換しなかった成分と、後方は波長変換されたパルスに対し、さらにこれらの間隔は(遅延)ソリトンの波長の変化量に依存することとなる。また、図6は、ソリトンの、群遅延対波長の特性を示す一例である。この図から分かるように、波長変換値が増大するに従って遅延時間も増大する事が分かる。   By the above method, the wavelength conversion of the pulse is performed with a high conversion efficiency of 40% or more. When the output light is observed using an optical detector and an oscilloscope, it can be seen that two pulses that are separated in time repeat as shown in inset of FIG. Here, for the component that was not converted in the front and the wavelength-converted pulse in the rear, these intervals further depend on the wavelength change of the (delayed) soliton. FIG. 6 is an example showing the group delay versus wavelength characteristics of solitons. As can be seen from this figure, the delay time increases as the wavelength conversion value increases.

本発明で用いる励起光源は、パルス列のパルスそれぞれに一定の時間間隔で振幅変動を加え、これを増幅後、非線形ファイバに入力する。このため、ソリトン自己周波数シフトによって、それぞれの光パルスの波長変化量が異なり(図4に基づいて)、ファイバの出口から出力する時間も変動することが分かる。強度変調が周期的である場合には、ソリトンパルスが変調信号に対応して周期的に変動することが容易に分かる。例えば、図6に示した10GHzの繰り替えし周波数の光パルス列において、光パルスのエネルギが65pJ(平均パワー:0.65W)から0.81pJ(平均パワー:0.81W)に周期的に変化ファイバに入力した場合に、ファイバ出力面からの出力パルスの波長は1570nmから1587nmの間、または出力時間が(入射波パルスを基準に)約15p秒(20p秒〜35p秒)の間周期的に変動して行くことが分かる。   The excitation light source used in the present invention applies amplitude fluctuation to each pulse of the pulse train at a constant time interval, amplifies this, and then inputs it to the nonlinear fiber. For this reason, it can be seen that due to the soliton self-frequency shift, the amount of change in wavelength of each optical pulse differs (based on FIG. 4), and the time output from the fiber exit also varies. When the intensity modulation is periodic, it can be easily seen that the soliton pulse periodically varies corresponding to the modulation signal. For example, in the optical pulse train having a repetition frequency of 10 GHz shown in FIG. 6, the energy of the optical pulse is periodically changed from 65 pJ (average power: 0.65 W) to 0.81 pJ (average power: 0.81 W) and input to the fiber. The wavelength of the output pulse from the fiber output surface varies periodically between 1570 nm and 1587 nm, or the output time (based on the incident wave pulse) for about 15 psec (20 psec to 35 psec). I can see you going.

次に、本発明の光パルス増幅装置の励起光源の概念を図7に示す。
1)この装置では、先ず。周期的に光パルスを発生する光源からの光パルス列を光変調器に入力する。
2)次に、入力した光パルスの強度が、順次徐々に変化する様に、また、それぞれの光パルスが周期的に変化するように、強度変調する。この変調により異なる振幅を持つ光パルス列を生成する。
3)この光パルス列を増幅し、非線形ファイバに入力する。非線形ファイバの代わりに、ラマン自己周波数シフトを起こす非線形光学結晶あるいは半導体を用いることが出来る。
4)非線形光導波路14からは、それへの入射光成分と光ソリトン成分とが出力されるので、濾波器15により光ソリトン成分を選択して出力する。濾波器はソリトンシフトなしの入力波長成分をカットするものである。これは、例えばファイバ型のブラッグ格子(Bragg Grating)を用いて実現できる。また、入力パルスの振幅を大きくし周波数シフト量を大きくした場合、出力パルスに強度の変動も大きくなるので、この出力パルスの強度の波長シフト量依存を抑制して一定の振幅のパルスを発生するようにするために、波長依存性のある透過特性をもった濾波器15を用いることが望ましい。これは、例えば、図12に示す長周期型のファイバブッラグ格子を用いて実現することができる。しかし、ソリトン自己周波数シフト効果によって変化する波長も異なり、非線形ファイバから出力するパルスの波長もそれぞれ異なる光パルスであっても励起光として用いることが出来るのはあきらかである。
Next, the concept of the excitation light source of the optical pulse amplifier of the present invention is shown in FIG.
1) First, in this device. An optical pulse train from a light source that periodically generates optical pulses is input to an optical modulator.
2) Next, intensity modulation is performed so that the intensity of the input optical pulse changes gradually and so that each optical pulse changes periodically. This modulation generates optical pulse trains having different amplitudes.
3) This optical pulse train is amplified and input to the nonlinear fiber. Instead of a nonlinear fiber, a nonlinear optical crystal or semiconductor that causes a Raman self-frequency shift can be used.
4) Since the incident light component and the optical soliton component are output from the nonlinear optical waveguide 14, the optical soliton component is selected and output by the filter 15. The filter cuts the input wavelength component without soliton shift. This can be realized by using, for example, a fiber type Bragg grating. In addition, when the amplitude of the input pulse is increased and the frequency shift amount is increased, the intensity fluctuation of the output pulse also increases. Therefore, a pulse having a constant amplitude is generated by suppressing the dependency of the intensity of the output pulse on the wavelength shift amount. In order to achieve this, it is desirable to use a filter 15 having a wavelength-dependent transmission characteristic. This can be realized by using, for example, a long-period fiber Bragg grating shown in FIG. However, the wavelength that changes due to the soliton self-frequency shift effect is also different, and it is obvious that even if the wavelength of the pulse output from the nonlinear fiber is different, it can be used as the pumping light.

上記の光パルス列を変調する光変調器では、入力する光パルス列をその繰り返し周波数より低い周波数の正弦関数または鋸波、階段波などの決められた形状をもった周期的な信号で変調することにより、前記の変調信号に従って分布した振幅をもつ光パルス列を周期的に出力することができる。この振幅の違いから、上記のソリトン自己周波数シフト効果によって上記の光パルス列の波長が変化する。例えば、入力光パルスの繰り返し周波数をf0、変調周波数をfmとすれば、fm 秒ごとに同じ波長の光パルスが2個を発生することとなる。特に、光パルスの波長が時間に対して単調に変化するようにするためには、光パルス列の繰り返し信号と変調信号とに同期をとることが望ましい。しかし、非同期の場合でも、光パルスの波長の変化が見られることは明らかである。また、Kを自然数としてK/fm 秒ごとに繰り返しても観測できる事は明らかである。特に、f0とfmの比率が大きい(fo/ fm >>1)ときには、変調とともに光パルスの波長が連続的に変わっていくように見える励起光が得られる。増幅するパルス列の繰り返し周波数とf0、 fm は無関係である。   In the optical modulator that modulates the above optical pulse train, the input optical pulse train is modulated by a sine function having a frequency lower than the repetition frequency, or a periodic signal having a predetermined shape such as a sawtooth wave or a staircase wave. The optical pulse train having the amplitude distributed according to the modulation signal can be output periodically. From the difference in amplitude, the wavelength of the optical pulse train changes due to the soliton self-frequency shift effect. For example, if the repetition frequency of the input light pulse is f0 and the modulation frequency is fm, two light pulses of the same wavelength are generated every fm seconds. In particular, in order to change the wavelength of the optical pulse monotonously with respect to time, it is desirable to synchronize the repetition signal of the optical pulse train and the modulation signal. However, it is clear that even in the asynchronous case, a change in the wavelength of the optical pulse can be seen. Obviously, it can be observed even if K is a natural number and repeated every K / fm seconds. In particular, when the ratio between f0 and fm is large (fo / fm >> 1), excitation light that appears to change the wavelength of the optical pulse continuously with modulation is obtained. The repetition frequency of the pulse train to be amplified is independent of f0 and fm.

上記の様にソリトン自己周波数シフト効果によって光パルスの波長を変換した場合に、光パルスの強度あるいは非線形光ファイバの長さに依存して、上記の光パルスの波長が変換される。   When the wavelength of the optical pulse is converted by the soliton self-frequency shift effect as described above, the wavelength of the optical pulse is converted depending on the intensity of the optical pulse or the length of the nonlinear optical fiber.

このため、本発明の光パルス増幅装置は、光源としては、レーザ光パルス列を発生するレーザ発生装置と、上記のレーザ光パルス列を強度変調することにより時間的に強度変化するレーザパルス列を生成する光変調器と、増幅する手段と、変調されたレーザ光パルス列を入射することにより、光ソリトンを発生し、前記入射するパルスの強度により異なる波長(あるいは周波数)のソリトンを有する光伝送媒体と、を備え、を備え、前記の光伝送媒体から、光パルスを出力する光源を用いる。また、前記の光源からの出力光を励起光として光信号を増幅するラマン増幅用光ファイバと、上記のラマン増幅用光ファイバに、上記の光伝送媒体からの出力光を入力する光結合器と、上記のラマン増幅用光ファイバに増幅されるパルス光を入力する入力部と、上記のラマン増幅用光ファイバから増幅された光を出力する出力部と、を、備え、上記の励起光と増幅されるパルス光とは、上記のラマン増幅用光ファイバ内を互いに逆向きに進み、上記の増幅されるパルス光は、上記のラマン増幅用光ファイバ内において、励起光に含まれる複数のパルス光と衝突するようにする。   For this reason, in the optical pulse amplification device of the present invention, as a light source, a laser generator that generates a laser light pulse train and light that generates a laser pulse train that changes in intensity temporally by modulating the intensity of the laser light pulse train described above. A modulator, means for amplifying, and an optical transmission medium that generates optical solitons by entering a modulated laser light pulse train and has solitons of different wavelengths (or frequencies) depending on the intensity of the incident pulses; A light source that outputs an optical pulse from the optical transmission medium is used. Further, a Raman amplification optical fiber that amplifies an optical signal using output light from the light source as excitation light, and an optical coupler that inputs output light from the optical transmission medium to the Raman amplification optical fiber; An input unit that inputs pulsed light to be amplified to the Raman amplification optical fiber, and an output unit that outputs the amplified light from the Raman amplification optical fiber. The pulsed light travels in the Raman amplification optical fiber in opposite directions, and the amplified pulsed light is a plurality of pulsed light included in the pumping light in the Raman amplification optical fiber. To collide with.

また、本発明の他の光パルス増幅装置では、上記の光変調器に加える変調信号は、周期信号であり、その周期は、増幅されるパルス光が上記のラマン増幅用光ファイバを通過する時間の4倍以下であるようにする。   In another optical pulse amplification device of the present invention, the modulation signal applied to the optical modulator is a periodic signal, and the period is a time required for the amplified pulse light to pass through the Raman amplification optical fiber. It should be less than 4 times.

以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。なお、下記の例は説明のためのものであって、以下の例に限定されないことは明らかである。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason. It should be noted that the following examples are for illustrative purposes and are not limited to the following examples.

本発明の励起用の光源では、図7に記載した様に、周期的に光パルスを発生する光源11からの光パルス列を強度変調器12に入力し、入力した光パルスが光パルス列において徐々に変化する様に、それぞれの光パルスに周期的に変化する強度変調を与える。この変調により異なる振幅を持つ光パルス列を生成できる。この光パルス列を増幅し、非線形光ファイバによる非線形光動波路14に入力する。ここで、入カした光パルスは、それぞれの振幅が異なるため、ソリトン自己周波数シフト効果によって変化する波長も異なり、非線形ファイバから出力するパルスの波長もそれぞれ異なることとなる。また、非線形ファイバから出力された光パルスの振幅は、一般に、一定でないので、この振幅のばらつきを抑えるために、飽和特性のある濾波器15にこの光パルスを通す。   In the excitation light source of the present invention, as shown in FIG. 7, an optical pulse train from the light source 11 that periodically generates optical pulses is input to the intensity modulator 12, and the input optical pulses are gradually generated in the optical pulse train. As it changes, each light pulse is subjected to a periodically changing intensity modulation. By this modulation, optical pulse trains having different amplitudes can be generated. This optical pulse train is amplified and input to the nonlinear optical waveguide 14 using a nonlinear optical fiber. Here, since the input optical pulses have different amplitudes, the wavelengths that change due to the soliton self-frequency shift effect are different, and the wavelengths of the pulses output from the nonlinear fiber are also different. Further, since the amplitude of the optical pulse output from the nonlinear fiber is generally not constant, the optical pulse is passed through the filter 15 having saturation characteristics in order to suppress variations in the amplitude.

一般に、図7の光源から出力される光は、偏光であるので、これに直交する偏光を合波して強度を増すことは容易である。図8は、そのための構成であって、強度変調器12の出力光を分岐して、それぞれに増幅する。この場合の増幅は、分岐で減衰した強度を回復させるために、図7の場合の増幅よりも高い増幅度で行うことが望ましい。また誘導ラマン効果が励起光の偏波に依存するので、偏波依存性を無くすために増幅された一方の光パルスを、偏光調整器17に通して、他方の光パルスと直交する偏光とし、合波器16で合波する。また、合波した後に濾波器に通す構成とすれば、用いる濾波器の数を減らすこともできる。合波器16は、一方の偏光を透過し、それに直交する偏光は反射する特性を用いた合波器であって、これは既によく知られている。   In general, since the light output from the light source in FIG. 7 is polarized light, it is easy to increase the intensity by combining polarized light orthogonal thereto. FIG. 8 shows a configuration for that purpose. The output light from the intensity modulator 12 is branched and amplified. The amplification in this case is desirably performed at a higher degree of amplification than the amplification in the case of FIG. 7 in order to recover the intensity attenuated at the branch. In addition, since the stimulated Raman effect depends on the polarization of the pumping light, one optical pulse amplified to eliminate the polarization dependence is passed through the polarization adjuster 17 to obtain a polarization orthogonal to the other optical pulse, The signal is multiplexed by the multiplexer 16. Moreover, if it is set as the structure passed through a filter after combining, the number of the filters to be used can also be reduced. The multiplexer 16 is a multiplexer that uses the property of transmitting one polarized light and reflecting the polarized light orthogonal thereto, which is already well known.

次に、この誘導ラマン効果を用いた光パルス増幅装置について図9を用いて説明する。この図において、入力信号は、誘導ラマン効果によるラマン増幅用光ファイバ23と、光結合器22を通って出力される。また、励起光は、上記のソリトン自己周波数シフト効果を用いた波長可変の光パルス発生器20からの光を、パルス幅(あるいはスペクトル)整形手段21を用いて光パルスの整形を行った後に、光結合器から上記の光路に逆向きに入射され、ラマン増幅用光ファイバを通過する際に、誘導ラマン利得を行う。この光結合器22としては、通常の光カプラーの他に、図11(a)に示す光サキユレータを用いることもできる。また、図12にパルス幅(あるいはスペクトル)整形手段の例を示す。これらは、長周期ファイバブラッグ格子(Long-period Fiber Bragg Grating)と高分散型光ファイバを用いて構成することができる。長周期ファイバブラッグ格子を利用することによって上記の波長可変光パルス発生器の強度の波長依存性をなくし、その強度を均一にあるいは決められた波長分布にすることができる。また上記の光源からのパルス幅は通常数百フェムト秒であるため、そのパルス幅を広くするため図12に示すような分散を持つファイバに通過させることによってパルス幅を広くすることが望ましい。これによって、上記の入力信号と逆方向に伝搬する励起用パルスとのファイバ中に重なる時間を増加し、励起用パルスから信号パルス光のエネルギ移動、いわゆるラマン利得高率を高めることができる。   Next, an optical pulse amplifier using the stimulated Raman effect will be described with reference to FIG. In this figure, an input signal is output through an optical fiber 23 for Raman amplification by an induced Raman effect and an optical coupler 22. In addition, the pumping light is obtained by shaping the light from the wavelength-tunable optical pulse generator 20 using the soliton self-frequency shift effect using the pulse width (or spectrum) shaping means 21 and then shaping the optical pulse. When the light enters the optical path in the reverse direction from the optical coupler and passes through the optical fiber for Raman amplification, a stimulated Raman gain is performed. As this optical coupler 22, in addition to a normal optical coupler, an optical saculator shown in FIG. 11A can also be used. FIG. 12 shows an example of pulse width (or spectrum) shaping means. These can be configured by using a long-period fiber Bragg grating and a high dispersion type optical fiber. By using a long-period fiber Bragg grating, the wavelength dependency of the intensity of the wavelength tunable optical pulse generator can be eliminated, and the intensity can be made uniform or have a predetermined wavelength distribution. Since the pulse width from the light source is usually several hundred femtoseconds, it is desirable to widen the pulse width by passing it through a fiber having dispersion as shown in FIG. 12 in order to widen the pulse width. As a result, it is possible to increase the time of overlapping the input signal and the excitation pulse propagating in the opposite direction in the fiber, and to increase the energy transfer of the signal pulse light from the excitation pulse, so-called Raman gain high rate.

上記のいわゆるラマン利得高率を高めるためと誘導ラマン利得の偏波依存性を無くすため、図10に示すように、励起光源を直列構成として、実現することができる。   In order to increase the so-called Raman gain high factor and to eliminate the polarization dependence of the stimulated Raman gain, the pumping light source can be realized in a series configuration as shown in FIG.

入力信号が多波長のパルス列から構成されていて、そのスペクトル幅が広い場合は、波長可変励起光のスペクトルの幅も、入力信号と同じ程度かあるいはそれを包含するように広い方が望ましい。このような設定は、図7、あるいは図8に示す光強度変調器の変調度、あるいは、光強度変調器で光の位相を調整するバイアス電圧、あるいはファイバ増幅器の利得の調整によって実現することができる。   When the input signal is composed of a multi-wavelength pulse train and the spectrum width is wide, it is desirable that the spectrum width of the wavelength-variable pumping light is the same as that of the input signal or wide so as to include it. Such a setting can be realized by adjusting the modulation degree of the light intensity modulator shown in FIG. 7 or FIG. 8, the bias voltage for adjusting the phase of light by the light intensity modulator, or the gain of the fiber amplifier. it can.

一般に、誘導ラマン利得が得られる帯域は、媒質によって決められる波長分だけ励起光の長波長側にある。このため、それを考慮して励起光源の設計が必要である。例えば、シリカ系の光ファイバを利用する場合、励起波長から約100nm長波長側にラマン利得が得られるため、1550〜1600mm帯で波長が可変である上記したソリトン自己周波数シフト効果による光源を利用した場合には、1650〜1700nm帯で誘導ラマン利得が得られる。   In general, the band in which the stimulated Raman gain is obtained is on the long wavelength side of the pumping light by the wavelength determined by the medium. For this reason, it is necessary to design an excitation light source in consideration thereof. For example, when a silica-based optical fiber is used, a Raman gain is obtained on the long wavelength side of about 100 nm from the excitation wavelength, and thus a light source based on the above-described soliton self-frequency shift effect, in which the wavelength is variable in the 1550 to 1600 mm band, is used. In some cases, a stimulated Raman gain is obtained in the 1650-1700 nm band.

この光増幅で想定する入力信号は、光パルス列である。この増幅装置では、励起用の光パルス列の繰り返し周波数を低下させると、増幅されて出力される光パルスの強度が変動するので、励起用の光パルス列の繰り返し周波数は、十分に高いことが望ましい。これは、励起用の光パルスが通過した直後の光ファイバ内の位置においては、誘導ラマン効果はおき易いが、それが通過してから時間をあけた場合には、励起状態が緩和されてしまい、その分、増幅度が低下するためである。上記のラマン利得ファイバの長さがLであるとき、信号光のファイバの通過時間がLng/cとなる(ng光のgroup Index、cは光の速度)。また変調器の変調周波数をfmとすると、1/fm秒ごとに同じ波長の励起パルスが2個発生することになる。信号光と逆向きの励起パルスとの衝突では、すべての波長の励起パルスとの衝突となるようにするためには、Lng/c>1/(4fm)を満たす必要があるが、Lng/c>>1/(4fm)という条件を満たすことが望ましい。 The input signal assumed in this optical amplification is an optical pulse train. In this amplifying apparatus, when the repetition frequency of the excitation optical pulse train is lowered, the intensity of the amplified optical pulse is changed, so that the repetition frequency of the excitation optical pulse train is desirably sufficiently high. This is because the stimulated Raman effect is likely to occur at a position in the optical fiber immediately after the excitation light pulse passes, but the excitation state is relaxed if time passes after the excitation light pulse passes. This is because the degree of amplification decreases accordingly. When the length of the Raman gain fiber is L, the transit time of the fiber in the signal light is Ln g / c (n g light group Index, c is the speed of light). If the modulation frequency of the modulator is fm, two excitation pulses having the same wavelength are generated every 1 / fm seconds. The collision between the excitation pulse of the signal light and the opposite direction, in order to be a collision between the excitation pulse all wavelengths, Ln g / c> 1 / (4fm) it is necessary to satisfy the, Ln g It is desirable to satisfy the condition of / c >> 1 / (4fm).

上記では、ソリトン自己周波数シフト効果を用いた励起光源を用いた光パルス増幅装置としたが、その励起光源におけるパルス光源の輝度を増大させることによって、励起用の光パルスの占める帯域幅が増大する。パルス光源の輝度を、電気的な制御を行って調整することは容易であり、したがって、光パルス増幅装置としての帯域幅も容易に、電気的に増大させることができる。このように、帯域幅を電気的に制御することができる光パルス増幅装置を、容易に実現することができる。   In the above, the optical pulse amplification device using the excitation light source using the soliton self-frequency shift effect is used. However, the bandwidth occupied by the excitation light pulse increases by increasing the luminance of the pulse light source in the excitation light source. . It is easy to adjust the luminance of the pulsed light source by performing electrical control. Therefore, the bandwidth of the optical pulse amplifier can be easily increased electrically. In this way, an optical pulse amplifier that can electrically control the bandwidth can be easily realized.

ソリトン自己周波数シフト効果を用いた装置のブロック図である。It is a block diagram of the apparatus using the soliton self-frequency shift effect. ソリトン自己周波数シフト効果を示す図である。It is a figure which shows the soliton self-frequency shift effect. ソリトンの(a)はスペクトル特性を、(b)は自己相関波形を示す図である。(A) of the soliton shows the spectral characteristics, and (b) shows the autocorrelation waveform. 入射光の強度に依存した波長の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the wavelength depending on the intensity | strength of incident light. 波長に対するパルス幅(白丸)、波長に対するスペクトル幅(黒丸)を示す図である。It is a figure which shows the pulse width (white circle) with respect to a wavelength, and the spectrum width (black circle) with respect to a wavelength. ソリトンの、群遅延対波長の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of group delay versus wavelength of solitons. 本発明の光源を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the light source of this invention. 本発明の光源を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the light source of this invention. 本発明の光源を用いたラマン増幅装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the Raman amplification apparatus using the light source of this invention. 本発明の光源を用いたラマン増幅装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the Raman amplification apparatus using the light source of this invention. 光結合器として用いる光サキュレータ(a)、光カプラー(b)示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the optical circulator (a) used as an optical coupler, and an optical coupler (b). パルス幅(あるいはスペクトル)整形手段を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a pulse width (or spectrum) shaping means. 第1の従来のラマン増幅に用いられる波長スキャン型光パルス光源の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of the wavelength scanning type | mold optical pulse light source used for the 1st conventional Raman amplification. 第2の従来の光パルスラマン増幅装置の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of the 2nd conventional optical pulse Raman amplifier. 第3の従来の光パルスラマン増幅装置の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of the 3rd conventional optical pulse Raman amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

1 信号源
2 モードロックファイバレーザ
3 光増幅器
4 偏波調整器
5 フォトニック結晶ファイバ(PCF)
6 測定器
11 光パルス光源
12 光変調器
13 光増幅器
14 非線形光導波路
15 濾波器
16 合波器 17 偏波調整器
20 光パルス発生器
21 パルス幅整形手段
22 光結合器
23 ラマン増幅用光ファイバ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Signal source 2 Mode-locked fiber laser 3 Optical amplifier 4 Polarization regulator 5 Photonic crystal fiber (PCF)
6 Measuring instrument 11 Optical pulse light source 12 Optical modulator 13 Optical amplifier 14 Non-linear optical waveguide 15 Filter 16 Multiplexer 17 Polarization adjuster 20 Optical pulse generator 21 Pulse width shaping means 22 Optical coupler 23 Optical fiber for Raman amplification

Claims (4)

光源が、
レーザ光パルス列を発生するレーザ発生装置と、
上記のレーザ光パルス列を強度変調することにより時間的に強度変化するレーザパルス列を生成する光変調器と、
変調されたレーザ光パルス列を入射することにより、光ソリトンを発生し、前記入射するパルスの強度により異なる波長(あるいは周波数)のソリトンを生成する光伝送媒体と、を備え、
前記の光伝送媒体から、光パルスを出力する光源であり、
前記の光源からの出力光を励起光として光信号を増幅するラマン増幅用光ファイバと、
上記のラマン増幅用光ファイバに、上記の光伝送媒体からの出力光を入力する光結合器と、
上記のラマン増幅用光ファイバに増幅されるパルス光を入力する入力部と、
上記のラマン増幅用光ファイバから増幅された光を出力する出力部と、を、備え、
上記の励起光と増幅されるパルス光とは、上記のラマン増幅用光ファイバ内を互いに逆向きに進み、
上記の増幅されるパルス光は、上記のラマン増幅用光ファイバ内において、励起光に含まれる複数のパルス光と衝突することを特徴とする光パルス増幅装置。
Light source
A laser generator for generating a laser light pulse train;
An optical modulator that generates a laser pulse train that changes in intensity with time by modulating the intensity of the laser light pulse train;
An optical transmission medium that generates optical solitons by entering a modulated laser light pulse train, and generates solitons having different wavelengths (or frequencies) depending on the intensity of the incident pulses;
A light source that outputs an optical pulse from the optical transmission medium,
An optical fiber for Raman amplification that amplifies an optical signal using output light from the light source as excitation light;
An optical coupler for inputting output light from the optical transmission medium to the Raman amplification optical fiber;
An input unit for inputting pulsed light to be amplified to the Raman amplification optical fiber;
An output unit for outputting the light amplified from the Raman amplification optical fiber,
The pumping light and the amplified pulsed light travel in opposite directions in the Raman amplification optical fiber,
The pulsed light to be amplified collides with a plurality of pulsed light included in pumping light in the Raman amplification optical fiber.
光変調器に加える変調信号は、周期信号であり、その周期は、増幅されるパルス光が上記のラマン増幅用光ファイバを通過する時間の4倍以下であることを特徴とする請求項1に記載の光パルス増幅装置。   The modulation signal applied to the optical modulator is a periodic signal, and the period thereof is not more than four times the time required for the amplified pulse light to pass through the optical fiber for Raman amplification. The optical pulse amplification device described. 請求項1に記載の光パルス増幅装置に加えて、該光パルス増幅装置からの出力光の光スペクトルの強度分布を調整するファイバブラッグ格子をさらに備えることを特徴とする光パルス増幅装置。   2. An optical pulse amplifying device further comprising a fiber Bragg grating for adjusting an intensity distribution of an optical spectrum of output light from the optical pulse amplifying device in addition to the optical pulse amplifying device according to claim 1. 請求項1に記載の光パルス増幅装置に加えて、該光パルス増幅装置からの出力光のパルス幅を、光ファイバの分散を用いて調整する手段をさらに備えることを特徴とする光パルス増幅装置。   2. The optical pulse amplification device according to claim 1, further comprising means for adjusting a pulse width of output light from the optical pulse amplification device by using dispersion of an optical fiber. .
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