JP2015059987A - Optical amplifier - Google Patents

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Koji Inafune
浩司 稲船
仁 村井
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仁 村井
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a noise figure in comparison with a conventional manner in a configuration where a parametric amplifier is cascade-connected to an amplifier which amplifies signal light by inductive emission.SOLUTION: The optical amplifier includes: a first optical amplifier unit 30; an intermediate optical amplifier unit 40; and a second optical amplifier unit 60. The first optical amplifier unit generates idler light on the basis of input pump light and signal light, and outputs first amplified light including the signal light, the pump light and the idler light. The intermediate optical amplifier unit amplifies the intensity of the signal light and the idler light included in the first amplified light by inductive emission, and outputs intermediate amplified light including the signal light and the idler light. When the pump light and the intermediate amplified light are input, the second optical amplifier unit amplifies the intensity of the signal light included in the intermediate amplified light by parametric amplification, and outputs second amplified light including the signal light.

Description

この発明は、光増幅装置に関し、特に、増幅すべき光信号の波長帯域における雑音指数を低減できる光増幅装置に関する。   The present invention relates to an optical amplifying device, and more particularly to an optical amplifying device capable of reducing a noise figure in a wavelength band of an optical signal to be amplified.

光ファイバを利用した光通信ネットワークにおいて、伝送によって減衰した光信号の強度を増幅するために、光信号の通信経路に光増幅装置が設置される。   In an optical communication network using an optical fiber, an optical amplifying device is installed in an optical signal communication path in order to amplify the intensity of an optical signal attenuated by transmission.

光増幅装置に用いられる機器として、例えば、エルビウムイオンがコアにドープされた光ファイバを利用したEDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)がある。EDFAでは、励起光が供給された状態の光ファイバに入力された光信号が、誘導放出によって増幅される。   As an apparatus used for an optical amplifying device, for example, there is an EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) using an optical fiber in which a core is doped with erbium ions. In the EDFA, an optical signal input to an optical fiber to which excitation light is supplied is amplified by stimulated emission.

EDFAでは、自然放出によって発生した光(自然放出光)が、雑音として光信号に加わるため、入力光の信号雑音比(SNR:Signal−Noise Ratio)に比して、出力光のSNRが劣化する。なお、以下の説明では、入力光のSNRを出力光のSNRで除した値を雑音指数とも称する。そして、自然放出光による雑音(ASE(Amplified Spontaneous Emission)雑音)を、量子限界未満に低減することはできない。そのため、従来のEDFAを用いた光増幅では、雑音指数を2(すなわち3dB)未満に低減することが原理的に不可能であった。   In EDFA, light (spontaneously emitted light) generated by spontaneous emission is added to an optical signal as noise, so that the SNR of output light is degraded as compared to the signal-to-noise ratio (SNR) of input light. . In the following description, a value obtained by dividing the SNR of the input light by the SNR of the output light is also referred to as a noise figure. Further, noise due to spontaneous emission (ASE (Amplified Spontaneous Emission) noise) cannot be reduced below the quantum limit. Therefore, in principle, optical amplification using a conventional EDFA has been impossible to reduce the noise figure to less than 2 (ie, 3 dB).

ここで、現在、光通信ネットワークのトラフィックの増加に対応するため、周波数利用効率の優れた多値変調方式を適用した大容量光伝送システムの開発が進められている。導入が検討されているチャネル伝送容量400Gbps光伝送システムでは、16−QAM(Quadrature Amplitude Modulation)等の多値度の高い変調方式が適用される。このような多値変調信号の伝送における問題点として、上述したSNRの劣化に対する脆弱性が挙げられる。そのため、光信号の長距離伝送に当たり、雑音指数の小さい光増幅技術が求められている。   At present, in order to cope with an increase in traffic in an optical communication network, development of a large-capacity optical transmission system to which a multi-level modulation method having excellent frequency utilization efficiency is applied. In a channel transmission capacity 400 Gbps optical transmission system that is being studied for introduction, a high-level modulation scheme such as 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) is applied. As a problem in the transmission of such a multilevel modulation signal, there is a vulnerability to the above-described degradation of SNR. Therefore, an optical amplification technique with a small noise figure is required for long-distance transmission of optical signals.

光信号を増幅するに当たり、雑音指数をより低減する技術として、パラメトリック増幅が知られている。パラメトリック増幅では、非線形光学素子に、増幅すべき光信号(以下、シグナル光とも称する)とポンプ光とを入力する。そして、非線形光学効果の一つである四光波混合を利用して、ポンプ光のエネルギーをシグナル光に付与することによって、シグナル光を増幅する。パラメトリック増幅に利用される非線形光学素子としては、例えばPPLN(Periodically Poled Lithium Niobate)導波路や高非線形ファイバがある。   Parametric amplification is known as a technique for further reducing the noise figure when amplifying an optical signal. In parametric amplification, an optical signal to be amplified (hereinafter also referred to as signal light) and pump light are input to a nonlinear optical element. The signal light is amplified by applying the energy of the pump light to the signal light using four-wave mixing which is one of nonlinear optical effects. Nonlinear optical elements used for parametric amplification include, for example, PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate) waveguides and highly nonlinear fibers.

パラメトリック増幅を利用した機器(以下、パラメトリック増幅器とも称する)として、PIA(Phase Insensitive Amplifier)及びPSA(Phase Sensitive Amplifier)がある。PIA及びPSAは、非線形光学素子を備えていて、非線形光学素子においてパラメトリック増幅によって光信号を増幅させる。ここで、PIAでは、増幅利得が、入力光の位相に依存しない。一方、PSAでは、増幅利得が、入力光の位相に依存する。PSAでは、上述したEDFAでは実現できない2(すなわち3dB)未満の雑音指数が達成されている。そのため、光通信に用いる光増幅装置として、パラメトリック増幅器を利用した光増幅装置が注目されている(例えば非特許文献1参照)。   As a device using parametric amplification (hereinafter also referred to as a parametric amplifier), there are PIA (Phase Insensitive Amplifier) and PSA (Phase Sensitive Amplifier). The PIA and PSA each include a nonlinear optical element, and amplifies the optical signal by parametric amplification in the nonlinear optical element. Here, in PIA, the amplification gain does not depend on the phase of the input light. On the other hand, in PSA, the amplification gain depends on the phase of the input light. In PSA, a noise figure of less than 2 (that is, 3 dB) that cannot be realized by the above-described EDFA is achieved. Therefore, an optical amplifying device using a parametric amplifier has attracted attention as an optical amplifying device used for optical communication (for example, see Non-Patent Document 1).

しかしながら、パラメトリック増幅器では、大きな増幅利得を得ることがEDFAと比して困難である。例えばPIAにおいて、非線形光学素子としてPPLN導波路を用いる場合には、4dB程度までの増幅利得しか得られない。   However, it is difficult for a parametric amplifier to obtain a large amplification gain as compared with an EDFA. For example, in a PIA, when a PPLN waveguide is used as a nonlinear optical element, only an amplification gain up to about 4 dB can be obtained.

また、非線形光学素子として高非線形ファイバを用いる場合には、誘導ブルリアン散乱の発生を抑えるために、ポンプ光の強度を制限する必要がある。しかし、増幅利得を増加するためには、ポンプ光の強度の制限を緩和する必要がある。この手段として、ポンプ光に位相変調を付加することによって、ポンプ光のスペクトルの線幅を拡幅する方法が一般的である。しかし、高速の位相変調を施されたポンプ光は、パラメトリック増幅器にともに入力されるシグナル光に、強度揺らぎや位相揺らぎを付加するという問題がある。そして、例えば数100kmの長距離伝送において複数回の光増幅を行う場合を想定すると、強度揺らぎや位相揺らぎの蓄積によって、信号光の品質が著しく損なわれる。このため、ポンプ光に位相変調を付加することは好ましくない。   When a highly nonlinear fiber is used as the nonlinear optical element, it is necessary to limit the intensity of the pump light in order to suppress the generation of stimulated Brillouin scattering. However, in order to increase the amplification gain, it is necessary to relax the restriction on the intensity of the pump light. As this means, a method of widening the line width of the spectrum of the pump light by adding phase modulation to the pump light is generally used. However, pump light subjected to high-speed phase modulation has a problem of adding intensity fluctuation or phase fluctuation to the signal light input together with the parametric amplifier. For example, assuming a case where optical amplification is performed a plurality of times in long-distance transmission of several hundred km, the quality of signal light is significantly impaired due to accumulation of intensity fluctuations and phase fluctuations. For this reason, it is not preferable to add phase modulation to the pump light.

そこで、パラメトリック増幅器の増幅利得を補うために、パラメトリック増幅器の後段にEDFAをカスケード接続する構成がある。例えば、PIAの後段にEDFAをカスケード接続することによって、装置全体としての増幅利得を増加することができる(例えば非特許文献2及び非特許文献3参照)。   Therefore, in order to compensate for the amplification gain of the parametric amplifier, there is a configuration in which EDFAs are cascade-connected after the parametric amplifier. For example, the amplification gain of the entire device can be increased by cascading EDFAs after the PIA (see, for example, Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3).

Z.Tong et al.,“Nois performance of optical fiver transmission links that use non−degenerate cascaded phase−sensitive amplifiers”Optics.Express.,vol.18,no.15,p.15426,2010Z. Tong et al. , “Nois performance of optical fiber transmission links that use non-degenerated cascaded phase-sensitive amplifiers” Optics. Express. , Vol. 18, no. 15, p. 15426, 2010 M.E.Marhic,“Hybrid phase−sensitive and phase−insensitive amplifires for optical communication”in Proceedings of 17th OECC, Busan,Korea, July 2−6 2012.M.M. E. Marhic, “Hybrid phase-sensitive and phase-insensitive amplifiers for optical communication” in Proceedings of 17th OECC, Busan, Korea, July 12-20. M.E.Marhic,“Noise figure of hybrid optical parametric amplifires”,Opt. Express 20(27),28578−28763(2012).M.M. E. Marhic, “Noise figure of hybrid optical parametric amplifiers”, Opt. Express 20 (27), 28578-28763 (2012).

しかしながら、上述したように、EDFAでは自然放出光による雑音が付加される。そのため、パラメトリック増幅器の後段にEDFAをカスケード接続する構成では、増幅利得を増加できる反面、雑音指数についても増加するという問題がある。   However, as described above, EDFA adds noise due to spontaneously emitted light. For this reason, in the configuration in which EDFAs are cascade-connected in the subsequent stage of the parametric amplifier, the amplification gain can be increased, but the noise figure also increases.

この発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、パラメトリック増幅器と例えばEDFA等の誘導放出によってシグナル光を増幅する増幅器とをカスケード接続する構成において、従来と比して雑音指数を低減できる光増幅装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to compare a conventional parametric amplifier and an amplifier that amplifies signal light by stimulated emission such as EDFA in a cascade connection. It is an object of the present invention to provide an optical amplifying device that can reduce the noise figure.

上述の目的を達成するために、この発明による光増幅装置は、以下の特徴を備えている。   In order to achieve the above object, an optical amplifying device according to the present invention has the following features.

すなわち、光増幅装置は、第1光増幅部と中間光増幅部と第2光増幅部とを備えている。第1光増幅部は、入力されるポンプ光及びシグナル光に基づいてアイドラー光を生成し、シグナル光、ポンプ光及びアイドラー光を含む第1増幅光を出力する。中間光増幅部には、第1増幅光に含まれるシグナル光及びアイドラー光の強度を誘導放出によって増幅し、これらシグナル光及びアイドラー光を含む中間増幅光を出力する。第2光増幅部には、ポンプ光及び中間増幅光が入力される。第2光増幅部は、中間増幅光に含まれるシグナル光の強度をパラメトリック増幅によって増幅し、このシグナル光を含む第2増幅光を出力する。   That is, the optical amplification device includes a first optical amplification unit, an intermediate optical amplification unit, and a second optical amplification unit. The first optical amplification unit generates idler light based on the input pump light and signal light, and outputs first amplified light including the signal light, pump light, and idler light. The intermediate light amplifying unit amplifies the intensity of the signal light and idler light included in the first amplified light by stimulated emission, and outputs intermediate amplified light including the signal light and idler light. Pump light and intermediate amplified light are input to the second optical amplifier. The second optical amplifying unit amplifies the intensity of the signal light included in the intermediate amplified light by parametric amplification, and outputs the second amplified light including the signal light.

この発明の光増幅装置では、誘導放出によってシグナル光を増幅する中間光増幅部の後段に、パラメトリック増幅によってシグナル光を増幅する第2光増幅部が設けられる。中間光増幅部において付加される自然放出光による雑音は、シグナル光の波長帯域とアイドラー光の波長帯域とで無相関である。そのため、第2光増幅部では、自然放出光による雑音に対する増幅利得が、相関雑音の増幅利得の半分の値となる。従って、この発明の光増幅装置全体で付加及び増幅される雑音において、中間光増幅部において付加される自然放出光雑音の割合を低減することができる。その結果、第1光増幅部、中間光増幅部及び第2光増幅部におけるシグナル光への各増幅利得を調整することによって、シグナル光の波長帯域における最終的な雑音指数を低減しつつ、所望の増幅利得を得ることができる。   In the optical amplifying device of the present invention, the second optical amplifying unit for amplifying the signal light by parametric amplification is provided after the intermediate optical amplifying unit for amplifying the signal light by stimulated emission. Noise due to spontaneous emission light added in the intermediate light amplification unit is uncorrelated between the wavelength band of the signal light and the wavelength band of the idler light. Therefore, in the second optical amplifying unit, the amplification gain with respect to the noise caused by the spontaneous emission light is half the value of the amplification gain of the correlation noise. Therefore, in the noise added and amplified in the entire optical amplifying apparatus of the present invention, the ratio of spontaneous emission optical noise added in the intermediate optical amplifying unit can be reduced. As a result, by adjusting the respective amplification gains to the signal light in the first optical amplification unit, the intermediate optical amplification unit, and the second optical amplification unit, the final noise figure in the wavelength band of the signal light can be reduced and desired Amplification gain can be obtained.

第1の光増幅装置を模式的に示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which showed the 1st optical amplification apparatus typically. 第1の光増幅装置におけるスペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectrum in a 1st optical amplifier. 第1の光増幅装置の特性を評価するシミュレーションの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the simulation which evaluates the characteristic of a 1st optical amplifier. 第2の光増幅装置を模式的に示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which showed the 2nd optical amplification apparatus typically.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the shape, size, and arrangement relationship of each component are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood. In the following, a preferred configuration example of the present invention will be described. However, the material and numerical conditions of each component are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many changes or modifications that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

(第1の光増幅装置)
図1及び図2を参照して、この発明の第1の実施の形態による光増幅装置(以下、第1の光増幅装置)の構成について説明する。
(First optical amplification device)
With reference to FIGS. 1 and 2, the structure of an optical amplifying device (hereinafter referred to as a first optical amplifying device) according to a first embodiment of the present invention will be described.

図1は、第1の光増幅装置を模式的に示した概略構成図である。図1では、各構成要素が線で結ばれているが、これは信号が伝播する伝送路を模式的に示したものである。各構成要素間は、例えば光ファイバや光導波路で接続されていても良いし、いわゆる空間結合で接続されていても良い。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing the first optical amplifying device. In FIG. 1, each component is connected with a line, which schematically shows a transmission path through which a signal propagates. Each component may be connected by, for example, an optical fiber or an optical waveguide, or may be connected by so-called spatial coupling.

第1の光増幅装置100は、例えば光通信ネットワークにおいて、光信号の通信経路に設置することによって、光信号の強度を増幅することができる。その場合には、増幅すべき光信号(ここでは、シグナル光とも称する)は、例えば位相偏移変調信号や振幅偏移変調信号等の、送信するべきデータで変調された周知の光信号である。   The first optical amplifying apparatus 100 can amplify the intensity of an optical signal by installing it in an optical signal communication path in an optical communication network, for example. In that case, the optical signal to be amplified (herein also referred to as signal light) is a known optical signal modulated with data to be transmitted, such as a phase shift keying signal or an amplitude shift keying signal. .

また、ここでは、シグナル光の偏波状態が時間的に安定している状態の構成例を示している。なお、第1光増幅部及び第2光増幅部を構成する非線形光学デバイスなど、偏波依存性のある構成部品に対して偏波ダイバーシティ方式を採用したり、偏波安定化装置を導入したりすることで、偏波無依存化することができる。   In addition, here, a configuration example in a state where the polarization state of the signal light is temporally stable is shown. In addition, the polarization diversity system is adopted for components having polarization dependency, such as nonlinear optical devices constituting the first optical amplification unit and the second optical amplification unit, or a polarization stabilization device is introduced. By doing so, polarization independence can be achieved.

第1の光増幅装置100は、ポンプ光源15と、ポンプ光分波部20と、第1合波部25と、PIAとして機能する第1光増幅部30と、フィルタ部35と、中間光増幅部40と、第2合波部50と、分散補償器55と、PSAとして機能する第2光増幅部60と、出力側分波部65と、光位相シフタ制御装置75と、光位相シフタ45とを備えて構成されている。第1光増幅部30は、入力されたシグナル光とポンプ光との波長に基づいて、アイドラー光を生成する。中間光増幅部40は、シグナル光及びアイドラー光の強度を誘導放出によって増幅する。第2光増幅部60は、シグナル光の強度をパラメトリック増幅によって増幅する。   The first optical amplifying device 100 includes a pump light source 15, a pump optical demultiplexing unit 20, a first multiplexing unit 25, a first optical amplifying unit 30 functioning as a PIA, a filter unit 35, and intermediate optical amplification. Unit 40, second multiplexing unit 50, dispersion compensator 55, second optical amplification unit 60 functioning as a PSA, output side demultiplexing unit 65, optical phase shifter controller 75, and optical phase shifter 45. And is configured. The first optical amplifying unit 30 generates idler light based on the wavelengths of the input signal light and pump light. The intermediate light amplification unit 40 amplifies the intensity of the signal light and idler light by stimulated emission. The second optical amplifying unit 60 amplifies the intensity of the signal light by parametric amplification.

入力ポート10から第1の光増幅装置10に入力されたシグナル光S101は、まず、第1合波部25に送られる。第1合波部25は、シグナル光S101とポンプ光S103aとを合波する。第1合波部25として、例えばWDM合分波器(WDM coupler/divider)を用いることができる。   The signal light S <b> 101 input from the input port 10 to the first optical amplification device 10 is first sent to the first multiplexing unit 25. The first multiplexing unit 25 multiplexes the signal light S101 and the pump light S103a. As the first multiplexer 25, for example, a WDM coupler / divider can be used.

ポンプ光S103aは、ポンプ光源15で生成される。   The pump light S103a is generated by the pump light source 15.

ポンプ光源15は、例えば外部共振器光源16、光増幅器17及びバンドパスフィルタ18を備えて構成されている。ポンプ光の位相雑音はシグナル光に付加される。このため、ポンプ光源15には、周波数スペクトルの線幅が十分に細い外部共振器光源16を用いることが望ましい。例えば、外部共振器光源16として、シグナル光S101と偏波面が一致するレーザダイオード出力光を生成するレーザダイオードが用いられる。   The pump light source 15 includes, for example, an external resonator light source 16, an optical amplifier 17, and a band pass filter 18. The phase noise of the pump light is added to the signal light. For this reason, it is desirable to use the external resonator light source 16 having a sufficiently narrow line width of the frequency spectrum as the pump light source 15. For example, as the external resonator light source 16, a laser diode that generates laser diode output light whose polarization plane matches that of the signal light S101 is used.

なお、第1光増幅部30及び第2光増幅部60を構成する非線形光学デバイスにおいて、誘導ブルリアン散乱の影響が問題になる場合など、周波数スペクトルの線幅を大きくすることが必要な場合もある。この場合は、100MHz〜2GHz程度の1つ以上の正弦波で駆動した光位相変調器を用いて位相変調を施せばよい。   In addition, in the nonlinear optical device constituting the first optical amplification unit 30 and the second optical amplification unit 60, it may be necessary to increase the line width of the frequency spectrum, such as when the influence of stimulated Brillouin scattering becomes a problem. . In this case, phase modulation may be performed using an optical phase modulator driven by one or more sine waves of about 100 MHz to 2 GHz.

ポンプ光の波長は、シグナル光の波長帯域外に設定されなければならない。例えば、シグナル光の波長帯域がCバンド(1530−1565nm)の場合、ポンプ光の波長はCバンドと分離が可能な波長として、例えば、1525nm又は1570nmとするのが良い。   The wavelength of the pump light must be set outside the wavelength band of the signal light. For example, when the wavelength band of the signal light is the C band (1530 to 1565 nm), the wavelength of the pump light may be set to a wavelength that can be separated from the C band, for example, 1525 nm or 1570 nm.

なお、第1光増幅部30及び第2光増幅部60において、少なくともパラメトリック増幅が生じる程度のポンプ光強度が必要である。このため、レーザダイオード出力光は、光増幅器17によって強度が増幅される。光増幅器17としては、例えばEDFAが用いられる。   Note that the first light amplification unit 30 and the second light amplification unit 60 require at least a pump light intensity that causes parametric amplification. For this reason, the intensity of the laser diode output light is amplified by the optical amplifier 17. For example, an EDFA is used as the optical amplifier 17.

光増幅器17で増幅されたレーザダイオード出力光は、バンドパスフィルタ18に送られる。バンドパスフィルタ18では、透過波長が、ポンプ光の波長帯域と一致する波長帯域に設定される。そして、バンドパスフィルタ18において、ポンプ光の波長帯域外に存在するASE雑音が十分に低減された後、レーザダイオード出力光が、ポンプ光S103としてポンプ光源15から出力される。   The laser diode output light amplified by the optical amplifier 17 is sent to the band pass filter 18. In the band pass filter 18, the transmission wavelength is set to a wavelength band that matches the wavelength band of the pump light. Then, after the ASE noise existing outside the wavelength band of the pump light is sufficiently reduced in the band pass filter 18, the laser diode output light is output from the pump light source 15 as the pump light S103.

ポンプ光S103は、第1合波部25の前段に設けられたポンプ光分波部20に送られる。ポンプ光分波部20は、ポンプ光S103を2分岐して、一方(S103a)を第1合波部25に送り、他方(S103b)を光位相シフタ45に送る。第1合波部25に入力されたポンプ光S103aは、PIAとして機能する第1光増幅部30の動力源となる。また、光位相シフタ45に入力されたポンプ光S103bは、PSAとして機能する第2光増幅部60の動力源となる。ポンプ光S103aとポンプ光S103bとの強度比は、例えば1:1とすることができる。ただし、第1光増幅部30及び第2光増幅部60において所望の増幅利得を得るために、ポンプ光分波部20の分岐比を調整することによって、適宜強度比を変更することもできる。   The pump light S103 is sent to the pump light demultiplexing unit 20 provided in the preceding stage of the first multiplexing unit 25. The pump light demultiplexing unit 20 divides the pump light S103 into two, sends one (S103a) to the first multiplexing unit 25, and sends the other (S103b) to the optical phase shifter 45. The pump light S103a input to the first multiplexing unit 25 serves as a power source for the first optical amplification unit 30 that functions as a PIA. The pump light S103b input to the optical phase shifter 45 serves as a power source for the second optical amplification unit 60 that functions as a PSA. The intensity ratio between the pump light S103a and the pump light S103b can be set to 1: 1, for example. However, in order to obtain a desired amplification gain in the first optical amplifying unit 30 and the second optical amplifying unit 60, the intensity ratio can be appropriately changed by adjusting the branching ratio of the pump light demultiplexing unit 20.

第1合波部25は、シグナル光S101とポンプ光S103aとを合波し、シグナル光とポンプ光とを含む第1合波光S105を出力する。   The first multiplexing unit 25 combines the signal light S101 and the pump light S103a, and outputs a first combined light S105 including the signal light and the pump light.

第1光増幅部30は、PIAとして用いられ、第1合波光S105に含まれるシグナル光をパラメトリック増幅によって増幅するパラメトリック増幅器である。また、シグナル光の波長変換光としてアイドラー光を生成し、シグナル光、ポンプ光及びアイドラー光を含む第1増幅光S107aを出力する。アイドラー光の位相は、入力したシグナル光とポンプ光の位相により決まり、シグナル光とアイドラー光は相関のある状態である。シグナル光、アイドラー光及びポンプ光の波長をλs、λi及びλpとすると、各波長の関係は1/λi=2/λp−1/λsとなる。   The first optical amplifying unit 30 is a parametric amplifier that is used as a PIA and amplifies signal light included in the first combined light S105 by parametric amplification. Further, idler light is generated as wavelength converted light of signal light, and first amplified light S107a including signal light, pump light, and idler light is output. The phase of the idler light is determined by the phase of the input signal light and the pump light, and the signal light and the idler light are in a correlated state. When the wavelengths of the signal light, idler light, and pump light are λs, λi, and λp, the relationship between the wavelengths is 1 / λi = 2 / λp−1 / λs.

第1光増幅部30は、許容されるポンプ光強度で、十分な利得と、帯域幅が得られる必要がある。これを満たすデバイスとして、高非線形ファイバや、PPLN導波路を用いることができる。高非線形ファイバでは四光波混合、PPLN導波路ではSHG/DFG(二次高調波光発生/差周波光発生)カスケード波長変換が、パラメトリック増幅器の動作原理となる。入力光として、シグナル光及びポンプ光が入力されると、パラメトリック増幅器は、PIAとして機能する。   The first optical amplifying unit 30 needs to obtain a sufficient gain and bandwidth with an allowable pump light intensity. As a device that satisfies this requirement, a highly nonlinear fiber or a PPLN waveguide can be used. Four-wave mixing is used for highly nonlinear fibers, and SHG / DFG (second harmonic generation / difference frequency light generation) cascade wavelength conversion is the operating principle of a parametric amplifier in a PPLN waveguide. When signal light and pump light are input as input light, the parametric amplifier functions as a PIA.

例えば、高非線形ファイバを用いる場合においては、非線形定数が例えば10W−1km−1以上であり、100m〜1000m程度の長さを有し、ゼロ分散波長がポンプ光の波長付近に存在し、及び分散スロープが小さいと、十分な利得と帯域幅が得られる。また、偏波保持特性を有することが望ましい。また、PPLN導波路を用いる場合においては、ポンプ光の波長において疑似位相整合条件が成立することが条件となる。   For example, in the case of using a highly nonlinear fiber, the nonlinear constant is, for example, 10 W-1 km-1 or more, the length is about 100 m to 1000 m, the zero dispersion wavelength exists near the wavelength of the pump light, and the dispersion If the slope is small, sufficient gain and bandwidth can be obtained. It is also desirable to have polarization maintaining characteristics. Further, in the case of using the PPLN waveguide, it is a condition that the quasi phase matching condition is satisfied at the wavelength of the pump light.

なお、第1光増幅部30は高非線形ファイバやPPLN導波路を用いた構成に限定されない。十分な利得と帯域幅が得られるのであれば、シリコン細線導波路などを用いても良い。   The first optical amplifying unit 30 is not limited to a configuration using a highly nonlinear fiber or a PPLN waveguide. If a sufficient gain and bandwidth can be obtained, a silicon fine wire waveguide or the like may be used.

第1光増幅部30から出力された第1増幅光S107aは、フィルタ部35に送られる。フィルタ部35は、入力される第1増幅光S107aのうち、ポンプ光を遮断する。そして、シグナル光及びアイドラー光を含む第1増幅光S107bを出力する。ここで、このフィルタ部35から出力される第1増幅光S107bを、被処理光S107bとも称する。被処理光S107bは、中間光増幅部40に送られる。   The first amplified light S107a output from the first optical amplifying unit 30 is sent to the filter unit 35. The filter unit 35 blocks the pump light in the first amplified light S107a that is input. Then, the first amplified light S107b including the signal light and the idler light is output. Here, the first amplified light S107b output from the filter unit 35 is also referred to as processed light S107b. The processed light S107b is sent to the intermediate light amplifier 40.

中間光増幅部40は、被処理光S107bに含まれるシグナル光及びアイドラー光の強度を誘導放出によって増幅する。そして、増幅されたシグナル光及びアイドラー光を含む中間増幅光S109を出力する。   The intermediate light amplification unit 40 amplifies the intensity of the signal light and idler light included in the light to be processed S107b by stimulated emission. Then, an intermediate amplified light S109 including the amplified signal light and idler light is output.

中間光増幅部40として、例えばEDFA等の希土類添加ファイバ増幅器、又は半導体光増幅器等を用いることができる。なお、中間光増幅部40においても、誘導放出による増幅を行うために、ポンプ光を入力する必要がある。ここでは、中間光増幅部40が、ポンプ光を生成する光源を内蔵しているものとして図示を省略する。   For example, a rare earth-doped fiber amplifier such as EDFA or a semiconductor optical amplifier can be used as the intermediate optical amplifier 40. In the intermediate light amplifying unit 40, it is necessary to input pump light in order to perform amplification by stimulated emission. Here, the intermediate light amplifying unit 40 is omitted from the drawing, assuming that it includes a light source that generates pump light.

中間増幅光S109は、第2合波部50に入力される。第2合波部50には、ポンプ光源15から、ポンプ光分波部20及び光位相シフタ45を経て、ポンプ光S103bも入力される。なお、ポンプ光分波部20と第2合波部50との間における、第1合波部25、第1光増幅部30、フィルタ部35及び中間光増幅部40を含む第1の経路と、光位相シフタ45を含む第2の経路との伝播時間の差は、ポンプ光のコヒーレンス時間と比して十分に短時間となるように調整されている。   The intermediate amplified light S109 is input to the second multiplexing unit 50. Pump light S <b> 103 b is also input to the second multiplexing unit 50 from the pump light source 15 through the pump light demultiplexing unit 20 and the optical phase shifter 45. The first path including the first multiplexing unit 25, the first optical amplification unit 30, the filter unit 35, and the intermediate optical amplification unit 40 between the pump light demultiplexing unit 20 and the second multiplexing unit 50. The difference in propagation time with the second path including the optical phase shifter 45 is adjusted to be sufficiently shorter than the coherence time of the pump light.

光位相シフタ45は、2φp−φs−φiで与えられる、シグナル光、ポンプ光及びアイドラー光の相対位相が一定となるように、入力されるポンプ光S103bの位相を調整する。なお、φp、φs及びφiは、それぞれ、ポンプ光、シグナル光及びアイドラー光の位相を示している。周辺機器の機械的な振動や環境温度の変化等に起因して、相対位相には、揺らぎが生じることがある。そこで、光位相シフタ45において、ポンプ光S103bの位相を調整することによって、相対位相を一定にする。ここでは、後述する光位相シフタ制御装置75から送られる制御信号S119に基づき、第2光増幅部60において、シグナル光の増幅利得が最大となるように、相対位相を調整する。なお、光位相シフタ45として、例えばピエゾ圧電素子を利用したファイバーストレッチャー等の光位相シフタを用いることができる。   The optical phase shifter 45 adjusts the phase of the input pump light S103b so that the relative phases of the signal light, the pump light, and the idler light given by 2φp−φs−φi are constant. Note that φp, φs, and φi indicate the phases of pump light, signal light, and idler light, respectively. The relative phase may fluctuate due to mechanical vibrations of peripheral devices, environmental temperature changes, and the like. Therefore, the relative phase is made constant by adjusting the phase of the pump light S103b in the optical phase shifter 45. Here, based on a control signal S119 sent from an optical phase shifter control device 75 described later, the second optical amplifier 60 adjusts the relative phase so that the amplification gain of the signal light is maximized. As the optical phase shifter 45, for example, an optical phase shifter such as a fiber stretcher using a piezoelectric element can be used.

光位相シフタ45において位相が調整されたポンプ光S103bは第2合波部50に送られる。   The pump light S <b> 103 b whose phase is adjusted by the optical phase shifter 45 is sent to the second multiplexing unit 50.

第2合波部50は、中間増幅光S109に含まれるシグナル光及びアイドラー光と、ポンプ光S103bとを合波して、第2合波光S111aを生成する。第2合波光S111aは、第2合波部50から出力されて、分散補償器55に送られる。   The second multiplexing unit 50 combines the signal light and idler light included in the intermediate amplified light S109 and the pump light S103b to generate the second combined light S111a. The second combined light S111a is output from the second combining unit 50 and sent to the dispersion compensator 55.

分散補償器55は、第2合波光S111aの波長分散を補償する。分散補償器55によって波長分散が補償された第2合波光(以下、分散補償光とも称する)S111bは、第2光増幅部60に入力される。   The dispersion compensator 55 compensates for the chromatic dispersion of the second combined light S111a. The second combined light (hereinafter also referred to as dispersion compensation light) S111b having the chromatic dispersion compensated by the dispersion compensator 55 is input to the second optical amplification unit 60.

後述する第2光増幅部60では、第2合波光に含まれるシグナル光とポンプ光とアイドラー光との相対位相に基づいた増幅利得で、シグナル光を増幅する。そして、上述したように、光位相シフタ45でポンプ光の位相を調整することによって、第2光増幅部60において、シグナル光の増幅利得が最大となるように、相対位相が調整されている。しかしながら、第2光増幅部60に至るまでに波長分散が生じた場合には、第2合波光に含まれるシグナル光とポンプ光とアイドラー光との相対位相は、シグナル光の波長に依存した値となる。その結果、第2光増幅部60におけるシグナル光の増幅利得がシグナル光の波長に依存し、平坦な利得特性が得られない。そこで、分散補償器55を利用して、第2合波光の波長分散を補償することによって、相対位相を一定に保つことができる。そして、第2光増幅部60におけるシグナル光の増幅利得を安定化させる。   In the second optical amplification unit 60 described later, the signal light is amplified with an amplification gain based on the relative phase of the signal light, the pump light, and the idler light included in the second combined light. As described above, by adjusting the phase of the pump light by the optical phase shifter 45, the relative phase is adjusted in the second optical amplification unit 60 so that the amplification gain of the signal light is maximized. However, when chromatic dispersion occurs before reaching the second optical amplification unit 60, the relative phase of the signal light, the pump light, and the idler light included in the second combined light is a value that depends on the wavelength of the signal light. It becomes. As a result, the amplification gain of the signal light in the second optical amplification unit 60 depends on the wavelength of the signal light, and a flat gain characteristic cannot be obtained. Therefore, by using the dispersion compensator 55 to compensate for the chromatic dispersion of the second combined light, the relative phase can be kept constant. Then, the amplification gain of the signal light in the second optical amplification unit 60 is stabilized.

なお、利得の波長依存性が問題とならない程度であれば、分散補償器55を設けない構成とすることもできる。   Note that the dispersion compensator 55 may be omitted as long as the wavelength dependency of gain does not become a problem.

第2光増幅部60は、PSAとして用いられ、分散補償光S111bに含まれるシグナル光をパラメトリック増幅によって増幅するパラメトリック増幅器である。特にこの実施の形態では、第2光増幅部60は、シグナル光とアイドラー光が異なる波長に存在する非縮退PSAである。   The second optical amplifying unit 60 is a parametric amplifier that is used as a PSA and amplifies the signal light included in the dispersion compensation light S111b by parametric amplification. Particularly in this embodiment, the second optical amplifying unit 60 is a non-degenerate PSA in which signal light and idler light are present at different wavelengths.

第2光増幅部60は、第1光増幅部30と同様に構成することができる。入力光として、シグナル光、アイドラー光及びポンプ光が入力され、シグナル光とポンプ光とアイドラー光との相対位相が一定に制御・維持されている場合は、パラメトリック増幅器はPSAとして機能する。   The second optical amplification unit 60 can be configured in the same manner as the first optical amplification unit 30. When input light is signal light, idler light, and pump light, and the relative phases of the signal light, pump light, and idler light are controlled and maintained constant, the parametric amplifier functions as a PSA.

ここで、シグナル光が波長多重分割信号である場合に、四光波混合による混信が生じるのを防ぐために、第2光増幅部60としては、上述したPPLN導波路を用いるのが望ましい。しかし、四光波混合による混信が生じないのであれば、高非線形ファイバを用いることもできる。   Here, when the signal light is a wavelength division multiplexed signal, it is desirable to use the above-described PPLN waveguide as the second optical amplifying unit 60 in order to prevent interference due to four-wave mixing. However, a highly nonlinear fiber can be used if interference due to four-wave mixing does not occur.

第2光増幅部60は、ポンプ光、並びに増幅されたシグナル光及びアイドラー光を含む第2増幅光S113を出力する。   The second optical amplifying unit 60 outputs the second amplified light S113 including the pump light and the amplified signal light and idler light.

第2光増幅部60から出力された第2増幅光S113は、出力側分波部65に送られる。   The second amplified light S113 output from the second optical amplifying unit 60 is sent to the output side demultiplexing unit 65.

出力側分波部65は、第2増幅光S113に含まれるシグナル光、ポンプ光、及びアイドラー光を分波する。出力側分波部65として、例えばWDM合分波器を用いることができる。   The output side demultiplexing unit 65 demultiplexes the signal light, the pump light, and the idler light included in the second amplified light S113. As the output side branching unit 65, for example, a WDM multiplexer / demultiplexer can be used.

分波されたシグナル光S115は、出力ポート70に送られ、第1の光増幅装置100から出力される。また、アイドラー光S117は、光位相シフタ制御装置75に送られる。   The demultiplexed signal light S115 is sent to the output port 70 and output from the first optical amplification device 100. The idler light S117 is sent to the optical phase shifter controller 75.

なお、第2光増幅部60から出力された後において、ポンプ光は不要であるため、例えば、出力側分波部65において遮断しても良いし、出力側分波部65から図示しない他の経路へ送って放出しても良い。   Since pump light is unnecessary after the light is output from the second optical amplifying unit 60, for example, it may be blocked by the output side demultiplexing unit 65 or may be blocked from the output side demultiplexing unit 65 by another unit not shown. It may be sent to the route and released.

光位相シフタ制御装置75は、例えば強度検出手段及び制御信号生成手段を含んで構成されている(図示せず)。   The optical phase shifter control device 75 includes, for example, intensity detection means and control signal generation means (not shown).

光位相シフタ制御装置75は、強度検出手段において、入力されたアイドラー光S117の強度を検出する。アイドラー光は、第2光増幅部60において、シグナル光の増幅利得に対応した増幅利得で増幅されている。従って、アイドラー光の増幅利得が最大となるとき、シグナル光の増幅利得も最大となるので、アイドラー光の強度が最大となるように、光位相シフタ45を制御する。この光位相シフタ45の制御は、従来公知のため、ここでは説明を省略する。光位相シフタ制御装置75は、強度検出手段においてアイドラー光S117の強度を検出することによって、アイドラー光の強度が最大となるときの、第2増幅光S117の相対位相を決定する。そして、制御信号生成手段によって、アイドラー光の強度が最大となる相対位相を通知する制御信号S119を生成し、上述した光位相シフタ45に送る。   The optical phase shifter controller 75 detects the intensity of the input idler light S117 in the intensity detector. The idler light is amplified by the second optical amplification unit 60 with an amplification gain corresponding to the amplification gain of the signal light. Therefore, when the amplification gain of the idler light is maximized, the amplification gain of the signal light is also maximized. Therefore, the optical phase shifter 45 is controlled so that the intensity of the idler light is maximized. Since the control of the optical phase shifter 45 is conventionally known, the description thereof is omitted here. The optical phase shifter control device 75 determines the relative phase of the second amplified light S117 when the intensity of the idler light is maximized by detecting the intensity of the idler light S117 in the intensity detection means. Then, a control signal S119 for notifying the relative phase at which the intensity of the idler light is maximized is generated by the control signal generating means, and sent to the optical phase shifter 45 described above.

(原理)
図2を参照して、上述した第1の光増幅装置100によって、シグナル光の波長帯域における雑音指数を低減できる原理を説明する。図2は、第1の光増幅装置100におけるスペクトルの一例を模式的に示す図である。図2では、横軸に波長をとって示し、縦軸に信号強度を任意単位でとって示している。
(principle)
With reference to FIG. 2, the principle by which the first optical amplifying apparatus 100 described above can reduce the noise figure in the wavelength band of the signal light will be described. FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an example of a spectrum in the first optical amplifying device 100. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the signal intensity in arbitrary units.

まず、第1合波部25から出力される第1合波光S105において、シグナル光が存在する波長帯域には雑音(以下、シグナル帯雑音とも称する)81aが存在する(図2(A))。また、後述するアイドラー光が生成される波長帯域にも雑音(以下、アイドラー帯雑音とも称する)91aが存在する。なお、図2では、λs及びλi付近の波長帯域に局在して雑音81a及び91aを示しているが、実際には、雑音は局在することなく、全波長域に渡って存在する。第1合波光S105は、第1光増幅部30に入力される。   First, in the first combined light S105 output from the first combining unit 25, noise (hereinafter also referred to as signal band noise) 81a exists in a wavelength band in which signal light exists (FIG. 2A). Noise (hereinafter also referred to as idler band noise) 91a also exists in a wavelength band in which idler light, which will be described later, is generated. In FIG. 2, the noises 81a and 91a are shown localized in the wavelength bands in the vicinity of λs and λi, but in reality, the noise is not localized but exists in the entire wavelength range. The first combined light S105 is input to the first optical amplification unit 30.

次に、第1光増幅部30は、パラメトリック増幅によって、入力される第1合波光S105に含まれるシグナル光を増幅し、かつアイドラー光を生成し、これらシグナル光及びアイドラー光を含む第1増幅光S107aを出力する(図2(B))。また、第1増幅部30では、入力される第1合波光S105に含まれる雑音も増幅される。   Next, the first optical amplification unit 30 amplifies the signal light included in the input first combined light S105 by parametric amplification, generates idler light, and includes first amplification including these signal light and idler light. The light S107a is output (FIG. 2B). Further, in the first amplifying unit 30, noise included in the input first combined light S105 is also amplified.

第1増幅光S107aにおいて、シグナル光の波長帯域にはシグナル帯雑音180aが、また、アイドラー光の波長帯域にはアイドラー帯雑音190bが存在する。   In the first amplified light S107a, the signal band noise 180a exists in the wavelength band of the signal light, and the idler band noise 190b exists in the wavelength band of the idler light.

シグナル帯雑音180aは、第1増幅部30に入力されるシグナル帯雑音81a(図2(A))が、シグナル光の増幅利得と等しい増幅利得で増幅された雑音81bを含む。さらに、シグナル帯雑音180aは、シグナル光からアイドラー光への波長変換効率(すなわちアイドラー光の生成効率)と等しい変換効率でアイドラー帯雑音が変換された雑音82aを含む。   The signal band noise 180a includes noise 81b obtained by amplifying the signal band noise 81a (FIG. 2A) input to the first amplification unit 30 with an amplification gain equal to the amplification gain of the signal light. Further, the signal band noise 180a includes noise 82a obtained by converting the idler band noise with a conversion efficiency equal to the wavelength conversion efficiency from the signal light to the idler light (that is, the idler light generation efficiency).

一方、アイドラー帯雑音190aは、第1増幅部30に入力されるアイドラー帯雑音91a(図2(A))が、シグナル光の増幅利得と等しい増幅利得で増幅された雑音91bを含む。さらに、アイドラー帯雑音190aは、波長変換効率と等しい変換効率でシグナル帯雑音が変換された雑音92aを含む。   On the other hand, the idler band noise 190a includes the noise 91b obtained by amplifying the idler band noise 91a (FIG. 2A) input to the first amplifier 30 with an amplification gain equal to the amplification gain of the signal light. Further, idler band noise 190a includes noise 92a obtained by converting signal band noise with a conversion efficiency equal to the wavelength conversion efficiency.

その結果、シグナル帯雑音180a及びアイドラー帯雑音190aは、互いに相関がある状態となる。なお、このような互いに相関がある雑音を、以下相関雑音とも称する。   As a result, the signal band noise 180a and the idler band noise 190a are correlated with each other. Such noise having a correlation with each other is hereinafter also referred to as correlation noise.

次に、中間光増幅部40は、フィルタ部35を経て入力される第1増幅光S107bに含まれるシグナル光及びアイドラー光を誘導放出によって増幅し、これらシグナル光及びアイドラー光を含む中間増幅光S109を出力する(図2(C))。また、中間光増幅部40では、入力される第1増幅光S107bに含まれる雑音も増幅される。   Next, the intermediate light amplification unit 40 amplifies the signal light and idler light included in the first amplified light S107b input through the filter unit 35 by stimulated emission, and the intermediate amplification light S109 including these signal light and idler light. Is output (FIG. 2C). Further, in the intermediate light amplifying unit 40, noise included in the input first amplified light S107b is also amplified.

中間増幅光S109において、シグナル光の波長帯域にはシグナル帯雑音280が、また、アイドラー光の波長帯域にはアイドラー帯雑音290が存在する。   In the intermediate amplified light S109, the signal band noise 280 exists in the wavelength band of the signal light, and the idler band noise 290 exists in the wavelength band of the idler light.

シグナル帯雑音280は、中間光増幅部40に入力されるシグナル帯雑音180a(図2(B))が、シグナル光及びアイドラー光の増幅利得と等しい増幅利得で増幅された雑音180bを含む。また、アイドラー帯雑音290は、中間光増幅部40に入力されるアイドラー帯雑音190a(図2(B))が、シグナル光及びアイドラー光の増幅利得と等しい増幅利得で増幅された雑音190bを含む。これら雑音180b及び雑音190bは相関雑音であるので、以下、相関雑音180b及び相関雑音190bとも称する。   The signal band noise 280 includes noise 180b obtained by amplifying the signal band noise 180a (FIG. 2B) input to the intermediate optical amplifier 40 with an amplification gain equal to the amplification gains of the signal light and idler light. The idler band noise 290 includes noise 190b obtained by amplifying the idler band noise 190a (FIG. 2B) input to the intermediate optical amplifier 40 with an amplification gain equal to the amplification gain of the signal light and idler light. . Since the noise 180b and the noise 190b are correlation noises, they are hereinafter also referred to as correlation noise 180b and correlation noise 190b.

さらに、シグナル帯雑音280は自然放出光による雑音(以下、自然放出光雑音とも称する)83aを含む。また、アイドラー帯雑音290は自然放出光雑音93aを含む。これら自然放出光雑音83a及び93aは、互いに相関がない状態である。このような互いに相関がない雑音を、以下無相関雑音とも称する。   Further, the signal band noise 280 includes noise due to spontaneous emission light (hereinafter also referred to as spontaneous emission light noise) 83a. The idler band noise 290 includes spontaneous emission light noise 93a. These spontaneously emitted light noises 83a and 93a are not correlated with each other. Such noise having no correlation with each other is hereinafter also referred to as uncorrelated noise.

このように、中間増幅光S109において、シグナル帯雑音280は、相関雑音180bと無相関雑音である自然放出光雑音83aとを含んでいる。また、アイドラー帯雑音290は、相関雑音190bと、無相関雑音93aとを含んでいる。   As described above, in the intermediate amplified light S109, the signal band noise 280 includes the correlation noise 180b and the spontaneous emission light noise 83a which is uncorrelated noise. The idler band noise 290 includes correlated noise 190b and uncorrelated noise 93a.

次に、第2合波部50は、入力される中間増幅光S109とポンプ光とを合波して、シグナル光、アイドラー光及びポンプ光を含む第2合波光S111aを出力する(図2(D))。   Next, the second multiplexing unit 50 combines the input intermediate amplified light S109 and the pump light, and outputs a second combined light S111a including the signal light, idler light, and pump light (FIG. 2 ( D)).

次に、第2光増幅部60は、パラメトリック増幅によって、入力される第2合波光S111aに含まれるシグナル光及びアイドラー光を増幅し、これらシグナル光及びアイドラー光を含む第2増幅光S113を出力する(図2(E))。なお、図1を参照して説明した第1の光増幅装置100では、第2光増幅部60の前段に分散補償器55が設けられている。そのため、上述したように、図1の構成例では、第2光増幅部60には分散補償光S111bが入力される。第2合波光S111aと分散補償光S111bとにおいて、シグナル光、アイドラー光、シグナル帯雑音及びアイドラー帯雑音の各強度の関係は共通している。ここでは、第2光増幅部60に、第2合波光S111aが入力される構成について説明する。   Next, the second optical amplification unit 60 amplifies the signal light and idler light included in the input second combined light S111a by parametric amplification, and outputs the second amplified light S113 including these signal light and idler light. (FIG. 2E). In the first optical amplifying device 100 described with reference to FIG. 1, the dispersion compensator 55 is provided before the second optical amplifying unit 60. Therefore, as described above, in the configuration example of FIG. 1, the dispersion compensation light S <b> 111 b is input to the second optical amplification unit 60. In the second combined light S111a and the dispersion compensation light S111b, the relationships among the intensities of the signal light, idler light, signal band noise, and idler band noise are common. Here, a configuration in which the second combined light S111a is input to the second optical amplification unit 60 will be described.

また、第2光増幅部60では、入力される第2合波光S111aに含まれる雑音も増幅される。   Further, in the second optical amplifying unit 60, noise included in the input second multiplexed light S111a is also amplified.

第2増幅光S113において、シグナル光の波長帯域にはシグナル帯雑音380が、また、アイドラー光の波長帯域にはアイドラー帯雑音390が存在する。   In the second amplified light S113, signal band noise 380 exists in the wavelength band of signal light, and idler band noise 390 exists in the wavelength band of idler light.

シグナル帯雑音380は、第2光増幅部60に入力されるシグナル帯雑音280(図2(D))に含まれる相関雑音180bが増幅された相関雑音180c、及び自然放出光雑音83aが増幅された自然放出光雑音83aを含む。また、アイドラー帯雑音390は、第2光増幅部60に入力されるアイドラー帯雑音290(図2(D))に含まれる相関雑音190bが増幅された相関雑音190c、及び自然放出光雑音93aが増幅された自然放出光雑音93bを含む。   The signal band noise 380 is obtained by amplifying the correlation noise 180c obtained by amplifying the correlation noise 180b included in the signal band noise 280 (FIG. 2D) input to the second optical amplification unit 60 and the spontaneous emission light noise 83a. Spontaneous emission light noise 83a. The idler band noise 390 includes a correlation noise 190c obtained by amplifying the correlation noise 190b included in the idler band noise 290 (FIG. 2D) input to the second optical amplification unit 60, and a spontaneous emission light noise 93a. It includes amplified spontaneous emission noise 93b.

ここで、PSAとして機能する第2光増幅部60では、相関雑音180b及び190bは、シグナル光と等しい増幅利得で増幅される。従って、シグナル光の増幅利得をGとすると、相関雑音180b及び190bに対する増幅利得もGとなる。一方、自然放出光雑音83a及び93aは無相関である。そのため、自然放出光雑音83a及び93aは、シグナル光の増幅利得Gに対して、G/2の増幅利得で増幅される。そのため、第2光増幅部60では、中間光増幅部40で付加された自然放出光雑音への増幅利得が、相関雑音180b及び190bへの増幅利得に対して1/2となる。従って、シグナル帯雑音380における自然放出光雑音83bの割合、及びアイドラー帯雑音390における自然放出光雑音93bの割合が低減される。   Here, in the second optical amplifying unit 60 functioning as a PSA, the correlation noises 180b and 190b are amplified with an amplification gain equal to that of the signal light. Therefore, if the amplification gain of the signal light is G, the amplification gain for the correlation noises 180b and 190b is also G. On the other hand, the spontaneous emission light noises 83a and 93a are uncorrelated. Therefore, the spontaneous emission light noises 83a and 93a are amplified with an amplification gain of G / 2 with respect to the amplification gain G of the signal light. Therefore, in the second optical amplification unit 60, the amplification gain to the spontaneous emission light noise added by the intermediate optical amplification unit 40 is ½ of the amplification gain to the correlation noises 180b and 190b. Accordingly, the ratio of spontaneous emission light noise 83b in the signal band noise 380 and the ratio of spontaneous emission light noise 93b in the idler band noise 390 are reduced.

このように、第1の光増幅装置100では、PIAとして機能する第1光増幅部30とPSAとして機能する第2光増幅部60との間に中間光増幅部40を配置することによって、シグナル光の波長帯域に存在する最終的なシグナル帯雑音380における自然放出光雑音83bの増幅利得を半減することができる。従って、第1の光増幅装置100全体で付加及び増幅される雑音において、中間光増幅部40において付加される自然放出光雑音の割合を低減することができる。そのため、第1光増幅部30、中間光増幅部40及び第2光増幅部60におけるシグナル光への各増幅利得を調整することによって、自然放出光雑音83bの雑音指数を低減しつつ、所望の増幅利得を得ることができる。   As described above, in the first optical amplifying device 100, the intermediate optical amplifying unit 40 is disposed between the first optical amplifying unit 30 functioning as the PIA and the second optical amplifying unit 60 functioning as the PSA. The amplification gain of the spontaneous emission optical noise 83b in the final signal band noise 380 existing in the wavelength band of light can be halved. Accordingly, in the noise added and amplified by the entire first optical amplifying apparatus 100, the ratio of spontaneous emission optical noise added by the intermediate optical amplifying unit 40 can be reduced. Therefore, by adjusting the respective amplification gains to the signal light in the first optical amplification unit 30, the intermediate optical amplification unit 40, and the second optical amplification unit 60, while reducing the noise figure of the spontaneous emission light noise 83b, An amplification gain can be obtained.

(特性評価)
発明者は、第1の光増幅装置100の特性を評価するためにシミュレーションを行った。このシミュレーションでは、シグナル光に対して、第1の光増幅装置100全体で与えられる(すなわち第1光増幅部30、中間光増幅部40及び第2光増幅部60の3つの増幅部で与えられるトータルの)増幅利得及び雑音指数の関係を確認した。ここでは、第1光増幅部30の増幅利得を4dB、及び第2光増幅部60の増幅利得を8dBの一定とし、中間光増幅部40の増幅利得を変化させることによって、第1の光増幅装置100全体で与えられる増幅利得を変化させた。また、中間光増幅部40としてはEDFAを想定し、自然放出光係数を2とした。
(Characteristic evaluation)
The inventor performed a simulation to evaluate the characteristics of the first optical amplification device 100. In this simulation, the signal light is given by the entire first optical amplifying device 100 (that is, given by three amplifying units of the first optical amplifying unit 30, the intermediate optical amplifying unit 40, and the second optical amplifying unit 60). The relationship between (total) amplification gain and noise figure was confirmed. Here, the amplification gain of the first optical amplification unit 30 is constant at 4 dB, the amplification gain of the second optical amplification unit 60 is constant at 8 dB, and the amplification gain of the intermediate optical amplification unit 40 is changed to change the first optical amplification. The amplification gain provided in the entire apparatus 100 was changed. The intermediate light amplifying unit 40 is assumed to be an EDFA, and the spontaneous emission coefficient is set to 2.

また、ここでは、第1の光増幅装置100と比較するために、PIA及びEDFAをこの順にカスケード接続した従来の光増幅装置についても、同様のシミュレーションを行った。従来の光増幅装置におけるPIAの増幅利得及びEDFAの自然放出光係数は、第1の光増幅装置100と同様の条件とした。   Here, in order to compare with the first optical amplifying apparatus 100, the same simulation was performed for the conventional optical amplifying apparatus in which the PIA and the EDFA are cascade-connected in this order. The amplification gain of PIA and the spontaneous emission light coefficient of EDFA in the conventional optical amplifying device were the same as those of the first optical amplifying device 100.

結果を図3に示す。図3は、第1の光増幅装置100及び従来の光増幅装置における、装置全体の増幅利得と雑音指数との関係を示す図である。図3では、縦軸に雑音指数をdB目盛りで、また、横軸に増幅利得をdB目盛りでそれぞれとって示してある。   The results are shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amplification gain of the entire apparatus and the noise figure in the first optical amplification apparatus 100 and the conventional optical amplification apparatus. In FIG. 3, the vertical axis represents the noise figure on the dB scale, and the horizontal axis represents the amplification gain on the dB scale.

図3に示すように、シグナル光に同程度の増幅利得を与えるに際して、第1の光増幅装置100では、装置全体の雑音指数が従来と比して低減されている。この結果から、第1の光増幅装置100では、EDFAを利用して増幅利得を増大することができ、かつ従来と比して雑音指数を低減できることが確認された。   As shown in FIG. 3, in giving the same level of amplification gain to the signal light, in the first optical amplification device 100, the noise figure of the entire device is reduced as compared with the conventional one. From this result, it was confirmed that in the first optical amplifying apparatus 100, the amplification gain can be increased by using the EDFA and the noise figure can be reduced as compared with the conventional one.

(第2の光増幅装置)
図4を参照して、この発明の第2実施形態の光増幅装置(以下、第2の光増幅装置)について説明する。図4は、第2の光増幅装置を説明するための概略構成図である。なお、上述した第1の光増幅装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
(Second optical amplification device)
With reference to FIG. 4, an optical amplifying device (hereinafter referred to as a second optical amplifying device) according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic configuration diagram for explaining the second optical amplifying device. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as the 1st optical amplification apparatus mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

第2の光増幅装置200は、ポンプ光源15で生成されたポンプ光S103が分岐されずに、第1合波部25に送られる点が第1の光増幅装置と異なっている。このため、フィルタ部35では、第1増幅光S107aからポンプ光を分岐して光位相シフタ45に送る。なお、ポンプ光は、光位相シフタ45に送られるまでに減衰する。このため、光増幅部80として例えばEDFAを用いてポンプ光を増幅し、さらに、バンドパスフィルタ85を用いてASE雑音を除去した後、第2合波部50に送る。この構成においても、第1の光増幅装置と同様の効果が得られる。   The second optical amplifying device 200 is different from the first optical amplifying device in that the pump light S103 generated by the pump light source 15 is sent to the first multiplexing unit 25 without being branched. For this reason, in the filter unit 35, the pump light is branched from the first amplified light S107a and sent to the optical phase shifter 45. The pump light is attenuated before being sent to the optical phase shifter 45. For this reason, the pump light is amplified using, for example, EDFA as the optical amplifying unit 80, and further, ASE noise is removed using the band pass filter 85, and then sent to the second multiplexing unit 50. Even in this configuration, the same effect as the first optical amplifying device can be obtained.

10:入力ポート
15:ポンプ光源
16:外部共振器光源
17:光増幅器
18、85:バンドパスフィルタ
20:ポンプ光分波部
25:第1合波部
30:第1光増幅部
35:フィルタ部
40:中間光増幅部
45:光位相シフタ
50:第2合波部
55:分散補償器
60:第2光増幅部
65:出力側分波部
70:出力ポート
75:位相シフタ制御装置
80:光増幅部
100:第1の光増幅装置
200:第2の光増幅装置
10: input port 15: pump light source 16: external resonator light source 17: optical amplifier 18, 85: band pass filter 20: pump light demultiplexing unit 25: first multiplexing unit 30: first optical amplification unit 35: filter unit 40: intermediate optical amplifier 45: optical phase shifter 50: second multiplexer 55: dispersion compensator 60: second optical amplifier 65: output side demultiplexer 70: output port 75: phase shifter controller 80: light Amplifying unit 100: first optical amplifying device 200: second optical amplifying device

Claims (5)

入力されるポンプ光及びシグナル光に基づいてアイドラー光を生成し、シグナル光、ポンプ光及びアイドラー光を含む第1増幅光を出力する第1光増幅部と、
前記第1増幅光に含まれるシグナル光及びアイドラー光の強度を誘導放出によって増幅し、該シグナル光及び該アイドラー光を含む中間増幅光を出力する中間光増幅部と、
ポンプ光及び前記中間増幅光が入力され、前記中間増幅光に含まれるシグナル光の強度をパラメトリック増幅によって増幅し、該シグナル光を含む第2増幅光を出力する第2光増幅部と
を備えることを特徴とする光増幅装置。
A first light amplifying unit that generates idler light based on the input pump light and signal light and outputs first amplified light including the signal light, pump light, and idler light;
An intermediate light amplifying unit that amplifies the intensity of the signal light and idler light included in the first amplified light by stimulated emission, and outputs intermediate amplified light including the signal light and idler light;
A second light amplifying unit that receives the pump light and the intermediate amplified light, amplifies the intensity of the signal light included in the intermediate amplified light by parametric amplification, and outputs the second amplified light including the signal light; An optical amplifier characterized by the above.
前記第2光増幅部に入力されるシグナル光、ポンプ光、及びアイドラー光の相対位相を変更可能な光位相シフタをさらに備え、
前記第2光増幅部は、前記相対位相に基づいて、シグナル光の強度を増幅する
ことを特徴とする請求項1に記載の光増幅装置。
An optical phase shifter capable of changing a relative phase of the signal light, the pump light, and the idler light input to the second optical amplification unit;
The optical amplification device according to claim 1, wherein the second optical amplification unit amplifies the intensity of the signal light based on the relative phase.
光位相シフタ制御部をさらに備え、
前記第2増幅光は、前記第2光増幅部において増幅されたアイドラー光を含み、
前記光位相シフタ制御部は、前記第2増幅光に含まれるアイドラー光の強度を検出し、該強度に応じて生成した制御信号を前記光位相シフタへ送り、
前記光位相シフタは、該制御信号に応じて前記相対位相を変更する
ことを特徴とする請求項2に記載の光増幅装置。
An optical phase shifter control unit;
The second amplified light includes idler light amplified in the second optical amplification unit,
The optical phase shifter control unit detects the intensity of idler light included in the second amplified light, and sends a control signal generated according to the intensity to the optical phase shifter.
The optical amplification device according to claim 2, wherein the optical phase shifter changes the relative phase in accordance with the control signal.
前記第1光増幅部の前段にポンプ光分波部、前記第1光増幅部と前記中間光増幅部との間にフィルタ部、前記中間光増幅部と前記第2光増幅部との間に合波部をさらに備え、
前記ポンプ光分波部は、ポンプ光を2分岐して、一方を前記第1光増幅部に送り、他方を前記光位相シフタに送り、
前記フィルタ部は、ポンプ光を遮断し、
前記合波部は、前記中間増幅光と、前記光位相シフタを経たポンプ光を合波する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の光増幅装置。
Before the first optical amplification unit, a pump optical demultiplexing unit, a filter unit between the first optical amplification unit and the intermediate optical amplification unit, and between the intermediate optical amplification unit and the second optical amplification unit. It further includes a multiplexing unit,
The pump light demultiplexing unit bifurcates the pump light, sends one to the first optical amplification unit, and sends the other to the optical phase shifter,
The filter unit blocks the pump light,
4. The optical amplifying apparatus according to claim 2, wherein the multiplexing unit combines the intermediate amplified light and pump light that has passed through the optical phase shifter. 5.
前記第1光増幅部と前記中間光増幅部との間にフィルタ部、前記中間光増幅部と前記第2光増幅部との間に合波部をさらに備え、
前記フィルタ部は、前記第1光増幅光を、シグナル光及びアイドラー光とポンプ光とに分波して、シグナル光及びアイドラー光を前記中間光増幅部に送り、及びポンプ光を、前記光位相シフタに送り、
前記合波部は、前記中間増幅光と、前記光位相シフタを経たポンプ光を合波する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載の光増幅装置。
A filter unit between the first optical amplification unit and the intermediate optical amplification unit, and a multiplexing unit between the intermediate optical amplification unit and the second optical amplification unit,
The filter unit demultiplexes the first light amplification light into signal light, idler light, and pump light, sends the signal light and idler light to the intermediate light amplification unit, and sends pump light to the optical phase. To the shifter,
4. The optical amplifying apparatus according to claim 2, wherein the multiplexing unit combines the intermediate amplified light and pump light that has passed through the optical phase shifter. 5.
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