JP2019004253A - Optical amplification device and optical transmission system employing the same - Google Patents

Optical amplification device and optical transmission system employing the same Download PDF

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract

To provide an optical transmission system to which a phase sensitive optical amplifier (PSA) is applied, capable of preventing signal quality from being deteriorated by phase fluctuation with dispersion in an optical fiber even for a signal that is transmitted not through a dispersion compensation fiber but through a single-mode fiber (SMF).SOLUTION: In an optical transmission system 400, at the side of a transmitter 401, pre-compensation is performed for applying wavelength dispersion reverse to wavelength dispersion that occurs within a transmission line, to a modulation signal and a modulation light to which the dispersion pre-compensation has been applied, is transmitted to the transmission line, thereby reducing or cancelling deterioration of signal quality caused by wavelength dispersion that occurs within the transmission line. The optical transmission system is configured by combining a signal light modulated by a modulation signal which is obtained by performing the dispersion pre-compensation on a binary phase shift keying (BPSK) signal with a degeneration type PSA or combining a signal light group modulated by a modulation signal which is obtained by performing the dispersion pre-compensation on a quadrature phase shift keying (QPSK) signal with a non-degeneration type PSA.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、光通信システムや光計測システムで用いられる光増幅装置およびそれを用いた光伝送システムに関する。   The present invention relates to an optical amplifying device used in an optical communication system and an optical measurement system, and an optical transmission system using the same.

従来の光伝送システムでは、光ファイバを伝搬して減衰した信号を再生するために、光信号を電気信号に変換し、デジタル信号を識別後に光信号を再生する識別再生光中継器が用いられた。識別再生光中継器では、光−電気変換する電子部品の応答速度制限や、消費電力増大の問題があった。そこで、希土類元素を添加した光ファイバに励起光を入射して信号光を光のままで増幅するファイバレーザ増幅器や、半導体レーザ増幅器が登場した。これらレーザ増幅器は、劣化した信号光波形を整形する機能を有していなかった。逆に、不可避的かつランダムに発生する自然放出光が信号成分と全く無関係に混入され、増幅前後で信号光のS/Nが少なくとも3dB低下する。S/N低下は、デジタル信号伝送時における伝送符号誤り率を上昇させ、伝送品質を低下させる。   In a conventional optical transmission system, in order to regenerate a signal attenuated by propagating through an optical fiber, an identification regenerative optical repeater that converts an optical signal into an electrical signal and regenerates the optical signal after identifying the digital signal was used. . In the identification reproduction optical repeater, there are problems such as a limitation in response speed of an electronic component for optical-electrical conversion and an increase in power consumption. Therefore, fiber laser amplifiers and semiconductor laser amplifiers that amplify signal light as it is by entering pump light into an optical fiber doped with rare earth elements have appeared. These laser amplifiers have no function of shaping a deteriorated signal light waveform. Conversely, spontaneously emitted light that is unavoidably and randomly generated is mixed in completely irrespective of the signal component, and the S / N of the signal light decreases by at least 3 dB before and after amplification. The S / N reduction increases the transmission code error rate at the time of digital signal transmission and reduces the transmission quality.

レーザ増幅器の限界を打開する手段として、位相感応光増幅器(Phase Sensitive Amplifier:PSA)が検討されている。PSAは、伝送ファイバの分散の影響による劣化した信号光波形や位相信号を整形する機能を有する。信号とは無関係の直交位相をもった自然放出光を抑圧でき、同相の自然放出光も最小限で済む。このために原理的に増幅前後で信号光のS/Nを劣化させず同一に保つことができる。   As means for overcoming the limitations of laser amplifiers, phase sensitive amplifiers (PSAs) have been studied. The PSA has a function of shaping a deteriorated signal light waveform or phase signal due to the influence of dispersion of the transmission fiber. Spontaneous emission light having a quadrature phase irrelevant to the signal can be suppressed, and in-phase spontaneous emission light can be minimized. Therefore, in principle, the S / N of the signal light can be kept the same before and after amplification.

図1は、従来技術のPSAの基本的な構成を示す図である。図1に示されるように、PSA100は、光パラメトリック増幅を用いた位相感応光増幅部101と励起光源102と励起光位相制御部103と、第1光分岐部104−1及び第2の光分岐部104−2とを備える。図1に示されるように、PSA100に入力された信号光110は、光分岐部104−1で2分岐されて、一方は位相感応光増幅部101に入射し、他方は励起光源102に入射する。励起光源102から出射した励起光111は、励起光位相制御部103を介して位相が調整され、位相感応光増幅部101に入射する。位相感応光増幅部101は、入力した信号光110及び励起光111に基づいて出力信号光112を出力する。   FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a conventional PSA. As shown in FIG. 1, the PSA 100 includes a phase sensitive light amplification unit 101, a pumping light source 102, a pumping light phase control unit 103, a first light branching unit 104-1, and a second light branching using optical parametric amplification. Unit 104-2. As shown in FIG. 1, the signal light 110 input to the PSA 100 is branched into two by the optical branching unit 104-1, and one enters the phase sensitive light amplification unit 101 and the other enters the excitation light source 102. . The phase of the excitation light 111 emitted from the excitation light source 102 is adjusted via the excitation light phase control unit 103 and is incident on the phase sensitive light amplification unit 101. The phase sensitive light amplifying unit 101 outputs an output signal light 112 based on the input signal light 110 and the excitation light 111.

位相感応光増幅部101は、信号光110の位相および励起光111の位相が一致すると信号光110を増幅し、両者の位相が90度ずれた直交位相関係になると信号光110を減衰する特性を有する。この特性を利用して増幅利得が最大となるように励起光111―信号光110間の位相を一致させると、信号光110と直交位相の自然放出光が発生せず、また同相の成分に関しても信号光のもつ雑音以上に過剰な自然放出光を発生しない。このため、S/N比を劣化させずに信号光110を増幅できる。   The phase sensitive light amplifying unit 101 amplifies the signal light 110 when the phase of the signal light 110 and the phase of the excitation light 111 coincide with each other, and attenuates the signal light 110 when the phase of the both is 90 degrees. Have. If the phase between the pumping light 111 and the signal light 110 is matched so that the amplification gain is maximized using this characteristic, the spontaneous emission light having the quadrature phase with the signal light 110 is not generated, and the in-phase component is also generated. Does not generate excessive spontaneous emission light beyond the noise of signal light. For this reason, the signal light 110 can be amplified without deteriorating the S / N ratio.

信号光110および励起光111の位相同期を達成するために、励起光位相制御部103は、第1の光分岐部104−1で分岐された信号光110の位相と同期するように励起光111の位相を制御する。励起光位相制御部103は、第2の光分岐部104−2で分岐された出力信号光112の一部を狭帯域の検出器で検波し、出力信号光112の増幅利得が最大となるように励起光111の位相を制御する。   In order to achieve phase synchronization between the signal light 110 and the pump light 111, the pump light phase control unit 103 is synchronized with the phase of the signal light 110 branched by the first light branching unit 104-1. Control the phase of. The pumping light phase control unit 103 detects a part of the output signal light 112 branched by the second optical branching unit 104-2 with a narrow-band detector so that the amplification gain of the output signal light 112 is maximized. The phase of the excitation light 111 is controlled.

上述のパラメトリック増幅を行う非線形光学媒質には、周期分極反転LiNbO3(PPLN)導波路に代表される二次非線形光学材料と、石英ガラスファイバに代表される三次非線形光学材料がある。 Nonlinear optical media that perform the parametric amplification described above include second-order nonlinear optical materials typified by periodically poled LiNbO 3 (PPLN) waveguides and third- order nonlinear optical materials typified by quartz glass fibers.

図2は、PPLN導波路を用いた従来技術のPSAの構成を示す図である(非特許文献1参照)。図2に示したPSA200は、エルビウム添加ファイバレーザ増幅器(EDFA)201と、第1の二次非線形光学素子202及び第2の二次非線形光学素子204と、第1の光分岐部203−1及び第2の光分岐部203−2と、位相変調器205と、光ファイバ伸長器206と、偏波保持ファイバ207と、光検出器208と、位相同期ループ(PLL)回路209と、を備える。第1の二次非線形光学素子202は、第1の空間光学系211と、第1のPPLN導波路212と、第2の空間光学系213と、第1のダイクロイックミラー214と、を備える。第2の二次非線形光学素子204も、同様の構成を持ち詳細は説明を省略する。   FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional PSA using a PPLN waveguide (see Non-Patent Document 1). 2 includes an erbium-doped fiber laser amplifier (EDFA) 201, a first second-order nonlinear optical element 202, a second second-order nonlinear optical element 204, a first optical branching unit 203-1, and A second optical branching unit 203-2, a phase modulator 205, an optical fiber stretcher 206, a polarization maintaining fiber 207, a photodetector 208, and a phase locked loop (PLL) circuit 209 are provided. The first second-order nonlinear optical element 202 includes a first spatial optical system 211, a first PPLN waveguide 212, a second spatial optical system 213, and a first dichroic mirror 214. The second second-order nonlinear optical element 204 has the same configuration and will not be described in detail.

図2のPSA200に入射した信号光250は、光分岐部203−1によって分岐されて、一方は第2の二次非線形光学素子204に入射する。分岐光の他方は励起基本波光251として位相変調器205及び光ファイバ伸長器206を介して、位相制御されてEDFA201に入射する。EDFA201は、入射した励起基本波光251を十分に増幅し、第1の二次非線形光学素子202に入射する。EDFA201により、微弱な励起基本波光251から非線形光学効果を得るのに十分なパワーを得ることができる。第1の二次非線形光学素子202では、入射した励起基本波光251から第2高調波(以下、SH光)252が発生する。発生したSH光252は、偏波保持ファイバ207を介して第2の二次非線形光学素子204に入射する。第2の二次非線形光学素子204では、入射した信号光250およびSH光252によって縮退パラメトリック増幅を行うことで、位相感応光増幅を行い、出力信号光253を出力する。   The signal light 250 incident on the PSA 200 in FIG. 2 is branched by the optical branching unit 203-1, and one is incident on the second second-order nonlinear optical element 204. The other of the branched lights is incident on the EDFA 201 after being phase-controlled as excitation fundamental wave light 251 via the phase modulator 205 and the optical fiber expander 206. The EDFA 201 sufficiently amplifies the incident excitation fundamental wave light 251 and enters the first second-order nonlinear optical element 202. With the EDFA 201, sufficient power can be obtained from the weak excitation fundamental wave light 251 to obtain a nonlinear optical effect. In the first second-order nonlinear optical element 202, second harmonic wave (hereinafter referred to as SH light) 252 is generated from the incident excitation fundamental wave light 251. The generated SH light 252 enters the second second-order nonlinear optical element 204 through the polarization maintaining fiber 207. The second second-order nonlinear optical element 204 performs phase-sensitive optical amplification by performing degenerate parametric amplification with the incident signal light 250 and SH light 252, and outputs the output signal light 253.

PSAにおいては、信号光と位相の合った光のみを増幅するために、上述のように信号光の位相と励起光の位相とが一致するか、または、πラジアンだけずれている必要がある。すなわち二次の非線形光学効果を用いる場合は、SH光に相当する波長である励起光の位相φ2ωsと、信号光の位相φωsとが以下の式(1)の関係を満たすことが必要となる。ここで、nは整数とする。
Δφ=1/2(φ2ωs−φωs)=nπ 式(1)
In PSA, in order to amplify only light in phase with signal light, it is necessary that the phase of the signal light and the phase of the excitation light coincide with each other or be shifted by π radians as described above. That is, when using the second-order nonlinear optical effect, the phase phi 2Omegaesu of the excitation light is a wavelength corresponding to the SH light, and the phase phi .omega.s of signal light required to satisfy the following equation (1) Become. Here, n is an integer.
Δφ = 1/2 (φ 2ωs -φ ωs) = nπ formula (1)

図3は、従来技術の二次非線形光学効果を利用したPSAにおける、入力信号光‐励起光間の位相差Δφと利得との関係を示す図である。横軸の位相差Δφが−π、0、またはπのときに、縦軸の利得(dB)が最大となっていることがわかる。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the phase difference Δφ between the input signal light and the pumping light and the gain in the PSA using the second-order nonlinear optical effect of the prior art. It can be seen that the gain (dB) on the vertical axis is maximum when the phase difference Δφ on the horizontal axis is −π, 0, or π.

信号光250と励起基本波光251との間の位相同期のために、まず位相変調器205で微弱なパイロット信号により位相変調を励起基本波光251に施し、出力信号光253の一部を分岐して検出器208で検波する。このパイロット信号成分は、図3に示した位相差Δφが最小となって、位相同期が取れている状態で最小となる。したがって、パイロット信号が最小、つまり増幅出力信号が最大となるようにPLL回路209を用いて、光ファイバ伸長器206にフィードバックを行う。励起基本波光251の位相を光ファイバ伸長器206によって制御して、信号光250と励起基本波光251との間の位相同期を達成できる。   In order to synchronize the phase between the signal light 250 and the excitation fundamental light 251, first, the phase modulator 205 performs phase modulation on the excitation fundamental light 251 with a weak pilot signal, and a part of the output signal light 253 is branched. Detection is performed by the detector 208. The pilot signal component is minimized when the phase difference Δφ shown in FIG. 3 is minimized and phase synchronization is established. Therefore, feedback is performed to the optical fiber expander 206 using the PLL circuit 209 so that the pilot signal is minimized, that is, the amplified output signal is maximized. The phase of the excitation fundamental light 251 can be controlled by the optical fiber stretcher 206 to achieve phase synchronization between the signal light 250 and the excitation fundamental light 251.

図3に示したように、上述の縮退パラメトリック過程を用いた位相感応光増幅器は、直交する位相成分を減衰させる特性を持っている。このため、通常の光通信で用いられる強度変調信号(OOK)や、2値の位相変調を用いる強度変調・直接検波(IMDD: Intensity Modulation-Direct Detection)方式、2値位相変調(BPSK)または差動位相偏移変調(DPSK)等の変調信号の増幅に対してのみ利用できる。また、1波長の信号光のみしか位相感応光増幅することができない。位相感応光増幅器を光通信技術に幅広く適用するためには、多値変調フォーマットや波長多重信号等の種々の光信号への対応が必要である。この対応の一例として、非特許文献3では、非縮退のパラメトリック増幅に基づく構成を用いて、任意の変調フォーマットに対応し、複数波長を一括で中継増幅可能な位相感応光増幅器が報告されている。   As shown in FIG. 3, the phase sensitive optical amplifier using the above-described degenerate parametric process has a characteristic of attenuating orthogonal phase components. Therefore, an intensity modulation signal (OOK) used in normal optical communication, an intensity modulation / direct detection (IMDD) method using binary phase modulation, binary phase modulation (BPSK), or a difference It can be used only for amplification of modulated signals such as dynamic phase shift keying (DPSK). Further, only the signal light of one wavelength can be amplified by the phase sensitive light. In order to widely apply the phase sensitive optical amplifier to the optical communication technology, it is necessary to cope with various optical signals such as a multi-level modulation format and a wavelength multiplexed signal. As an example of this correspondence, Non-Patent Document 3 reports a phase-sensitive optical amplifier that can relay and amplify a plurality of wavelengths at once by using a configuration based on non-degenerate parametric amplification and corresponding to an arbitrary modulation format. .

T. Umeki, O. Tadanaga, A. Takada and M. Asobe, "Phase sensitive degenerate parametric amplification using directly-bonded PPLN ridge waveguides," Optics Express, 2011年, Vol.19, No.7, p.6326-6332T. Umeki, O. Tadanaga, A. Takada and M. Asobe, "Phase sensitive degenerate parametric amplification using directly-bonded PPLN ridge waveguides," Optics Express, 2011, Vol.19, No.7, p.6326-6332 Takeshi Umeki, Masaki Asobe, and Hirokazu Takenouchi, “In-line phase sensitive amplifier based on PPLN waveguides,”Optics Express, 2013年5月, Vol.21, No.10, p.12077-12084Takeshi Umeki, Masaki Asobe, and Hirokazu Takenouchi, “In-line phase sensitive amplifier based on PPLN waveguides,” Optics Express, May 2013, Vol. 21, No. 10, p.12077-12084 M. Asobe, T. Umeki, H. Takenouchi, and Y. Miyamoto, “In-line phase-sensitive amplifier for QPSK signal using multiple QPM LiNbO3 waveguide,” In Proceedings of the OptoElectronics and Communications Conference, OECC, 2013年, PDP paper PD2-3M. Asobe, T. Umeki, H. Takenouchi, and Y. Miyamoto, “In-line phase-sensitive amplifier for QPSK signal using multiple QPM LiNbO3 waveguide,” In Proceedings of the Opto Electronics and Communications Conference, OECC, 2013, PDP paper PD2-3 Masaki Asobe, Takeshi Umeki, Kouji Enbutsu, Osamu Tadanaga, and Hirokazu Takenouchi, "Phase squeezing and dispersion tolerance of phase sensitive amplifier using periodically poled LiNbO3 waveguide," J. Opt. Soc. Am. B 31, 3164-3169 2014年Masaki Asobe, Takeshi Umeki, Kouji Enbutsu, Osamu Tadanaga, and Hirokazu Takenouchi, "Phase squeezing and dispersion tolerance of phase sensitive amplifier using periodically poled LiNbO3 waveguide," J. Opt. Soc. Am. B 31, 3164-3169 2014 D. McGhan, C. Laperle, A. Savchenko, C. Li, G. Mak, and M. O'Sullivan, "5120 km RZ-DPSK Transmission over G652 Fiber at 10Gb/s with No Optical Dispersion Compensation," in Optical Fiber Communication Conference and Exposition and The National Fiber Optic Engineers Conference, Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2005年, paper PDP27D. McGhan, C. Laperle, A. Savchenko, C. Li, G. Mak, and M. O'Sullivan, "5120 km RZ-DPSK Transmission over G652 Fiber at 10Gb / s with No Optical Dispersion Compensation," in Optical Fiber Communication Conference and Exposition and The National Fiber Optic Engineers Conference, Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2005, paper PDP27 Koji Enbutsu, Takeshi Umeki, Osamu Tadanaga, Masaki Asobe, Hirokazu Takenouchi, "PPLN-Based Low-Noise In-Line Phase Sensitive Amplifier with Highly Sensitive Carrier-Recovery System,” IEICE Transactions on Communications, vol. E99.B 2016年 No. 8 pp. 1727-1733Koji Enbutsu, Takeshi Umeki, Osamu Tadanaga, Masaki Asobe, Hirokazu Takenouchi, "PPLN-Based Low-Noise In-Line Phase Sensitive Amplifier with Highly Sensitive Carrier-Recovery System," IEICE Transactions on Communications, vol. E99.B 2016 No 8 pp. 1727-1733

しかしながら、従来技術の位相感応光増幅器では以下に述べるような問題があった。図3に示したように、位相感応光増幅器では信号と励起光の間の位相関係によって利得が変化する。このため、信号の位相変動に対し非常に敏感な増幅特性を持つ。位相感応光増幅器を中継増幅器として用いる場合、光ファイバ中の分散の影響で信号光の周波数成分に依存した位相変動が大きいと、位相感応光増幅後の信号品質が逆に劣化してしまう(非特許文献4)。信号の変調レートによって、信号光の周波数スペクトル広がりが異なるため、分散に対する耐力も異なる。例えば40GHzのシンボルレートで変調された信号光に対しては、約40ps/nmの累積分散が加わることで、位相感応光増幅後の信号品質が劣化してしまうことが指摘されている。通常用いられるシングルモードファイバ(SMF)の分散値を1.5μm帯光に対し18ps/nm・kmとすると、40ps/nmの累積分散値は約2.2km分の長さに相当する。伝送ファイバの1スパンが通常約80kmの長さを持つことを踏まえると、位相感応光増幅器は、SMFを伝送してきた信号光の増幅をすることができない。   However, the conventional phase-sensitive optical amplifier has the following problems. As shown in FIG. 3, in the phase sensitive optical amplifier, the gain changes depending on the phase relationship between the signal and the pumping light. For this reason, it has amplification characteristics that are very sensitive to signal phase fluctuations. When a phase sensitive optical amplifier is used as a relay amplifier, if the phase fluctuation depending on the frequency component of the signal light is large due to the influence of dispersion in the optical fiber, the signal quality after phase sensitive optical amplification will be deteriorated (non- Patent Document 4). Since the frequency spectrum spread of the signal light differs depending on the signal modulation rate, the tolerance to dispersion also differs. For example, it has been pointed out that the signal quality after phase-sensitive optical amplification is degraded by adding about 40 ps / nm cumulative dispersion to signal light modulated at a symbol rate of 40 GHz. If the dispersion value of a commonly used single mode fiber (SMF) is 18 ps / nm · km for 1.5 μm band light, the accumulated dispersion value of 40 ps / nm corresponds to a length of about 2.2 km. Considering that one span of the transmission fiber usually has a length of about 80 km, the phase sensitive optical amplifier cannot amplify the signal light transmitted through the SMF.

位相感応光増幅器を使用する際の伝送用ファイバとして、分散補償ファイバを用いて伝送路の分散を光学的に抑える手法がこれまでとられてきた(非特許文献2、非特許文献3)。分散補償ファイバを用いることで、使用波長帯での分散値を数ps/nmに抑えられ、位相感応光増幅器を通しても、信号品質が劣化することなく低雑音増幅が実現できる。しかしながら、位相感応光増幅器を配置するための伝送ファイバすべてに分散補償ファイバを用いるのは、既設の光通信設備の大幅な更改を伴い、現実的では無い。   As a transmission fiber when using a phase sensitive optical amplifier, a technique for optically suppressing dispersion in a transmission line using a dispersion compensating fiber has been taken (Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3). By using the dispersion compensating fiber, the dispersion value in the used wavelength band can be suppressed to several ps / nm, and low-noise amplification can be realized without deterioration of signal quality even through the phase sensitive optical amplifier. However, it is not practical to use a dispersion compensating fiber for all the transmission fibers for arranging the phase sensitive optical amplifiers, which involves a major renewal of existing optical communication equipment.

本発明は上述のような従来技術の問題に鑑みてなされたものであって、SMFを伝送した後の信号に対しても位相感応光増幅器を適用できる構成を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a configuration in which a phase sensitive optical amplifier can be applied to a signal after transmitting an SMF.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、変調された信号光を発生する送信器と、光ファイバ伝送路を介して前記送信器と接続される光増幅装置とを備えた光伝送システムであって、前記送信器は、前記光ファイバ伝送路において生じる波長分散に応じた前置分散補償を加えたデジタル信号データを生成するデジタル信号生成部と、信号光光源からの搬送波光に対し、前記デジタル信号データに基づいて、前記搬送波光の少なくとも光位相を変化させて前記データ変調された信号光を生成する光変調部とを含み、前記光増幅装置は、前記光ファイバ伝送路を伝送された前記信号光に基づいて、第1の励起光を生成する励起光生成部と、前記励起光生成部からの前記第1の励起光に基づいて、パラメトリック過程で用いる第2の励起光を生成し、前記信号光に対して縮退パラメトリック増幅を行う位相感応光増幅部と、前記信号光の位相と、前記第2の励起光の位相を同期する手段とを含むことを特徴とする光伝送システムである。この光伝送システムは実施形態1の光伝送システムに対応する。   In order to achieve the above object, the present invention provides a transmitter that generates a modulated signal light and an optical device connected to the transmitter via an optical fiber transmission line. An optical transmission system comprising an amplifying device, wherein the transmitter includes a digital signal generator for generating digital signal data to which pre-dispersion compensation according to chromatic dispersion occurring in the optical fiber transmission line is added, and a signal An optical modulation unit for generating the data-modulated signal light by changing at least the optical phase of the carrier light based on the digital signal data with respect to the carrier light from the optical light source, A pumping light generating unit that generates first pumping light based on the signal light transmitted through the optical fiber transmission line, and a parametric process based on the first pumping light from the pumping light generating unit. A phase-sensitive optical amplifier that generates second pump light to be used and performs degenerate parametric amplification on the signal light; and means for synchronizing the phase of the signal light and the phase of the second pump light This is an optical transmission system. This optical transmission system corresponds to the optical transmission system of the first embodiment.

請求項2に記載の発明は、請求項1の光伝送システムであって、前記励起光生成部は、前記信号光から第2高調波光を生成する第1の二次非線形光学素子と、前記第2高調波光および局部発振光の差周波数光を生成する第2の二次非線形光学素子と、注入同期により前記差周波数光から、前記第1の励起光を生成する半導体レーザとを含み、前記位相感応光増幅部は、前記第1の励起光から前記局部発振光および前記第1の励起光の和周波数光である前記第2の励起光を生成する第3の二次非線形光学素子と、前記第2の励起光によって縮退パラメトリック増幅を行う第4の二次非線形光学素子とを含むことを特徴とする。   Invention of Claim 2 is the optical transmission system of Claim 1, Comprising: The said excitation light production | generation part is a said 1st second order nonlinear optical element which produces | generates 2nd harmonic light from the said signal light, The said 1st Including a second second-order nonlinear optical element that generates difference frequency light of second harmonic light and local oscillation light, and a semiconductor laser that generates the first excitation light from the difference frequency light by injection locking, The sensitive light amplification unit includes a third second-order nonlinear optical element that generates the second excitation light that is a sum frequency light of the local oscillation light and the first excitation light from the first excitation light, and And a fourth second-order nonlinear optical element that performs degenerate parametric amplification with the second excitation light.

請求項3に記載の発明は、変調された信号光群を発生する送信器と、光ファイバ伝送路を介して前記送信器と接続される光増幅装置とを備えた光伝送システムであって、前記送信器は、前記光ファイバ伝送路において生じる波長分散に応じた前置分散補償を加えたデジタル信号データであって、位相共役の関係にある2組のデジタル信号データを生成するデジタル信号生成部と、信号光光源からの搬送波光および局部発振光から、前記搬送波光と位相共役の関係にあるアイドラ光を生成するアイドラ光生成部と、前記位相共役の関係にある2組のデジタル信号データの一方に基づいて、前記搬送波光の光位相および光強度を変化させて変調信号光を生成する第1の光変調部と、前記位相共役の関係にある2組のデジタル信号データの他方に基づいて、前記アイドラ光の光位相および光強度を変化させて変調アイドラ光を生成する第2の光変調部とを含み、前記変調信号光、前記変調アイドラ光および前記局部発振光が同送され、前記光増幅装置は、前記光ファイバ伝送路を伝送された前記局部発振光に基づいて、励起光を生成する第1の二次非線形光学素子と、前記励起光に基づいて、前記変調信号光および前記変調アイドラ光に対して非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、前記変調信号光の位相と、前記励起光の位相を同期する手段とを含むことを特徴とする光伝送システムである。この光伝送システムは実施形態2の光伝送システムに対応する。   The invention according to claim 3 is an optical transmission system comprising a transmitter that generates a modulated signal light group and an optical amplifying device connected to the transmitter via an optical fiber transmission line, The transmitter is a digital signal generator for generating two sets of digital signal data having a phase conjugate relationship, which is digital signal data to which pre-dispersion compensation according to chromatic dispersion occurring in the optical fiber transmission line is added An idler light generation unit that generates idler light having a phase conjugate relationship with the carrier light from carrier light and local oscillation light from the signal light source, and two sets of digital signal data having the phase conjugate relationship. Based on one, based on the other of the two sets of digital signal data in a phase conjugate relationship with the first optical modulation unit that generates the modulated signal light by changing the optical phase and optical intensity of the carrier light. A second optical modulation unit that generates a modulated idler light by changing the optical phase and light intensity of the idler light, and the modulated signal light, the modulated idler light, and the local oscillation light are sent together, The optical amplifying device includes: a first second-order nonlinear optical element that generates excitation light based on the local oscillation light transmitted through the optical fiber transmission line; and the modulated signal light and the modulation light based on the excitation light. An optical transmission comprising: a second second-order nonlinear optical element that performs non-degenerate parametric amplification on the modulated idler light; and means for synchronizing the phase of the modulated signal light and the phase of the excitation light. System. This optical transmission system corresponds to the optical transmission system of the second embodiment.

請求項4に記載の発明は、請求項3の光伝送システムであって、前記送信器は、前記局部発振光から、第2高調波光を生成する第3の二次非線形光学素子と、前記第2高調波光と前記搬送波光との差周波数光である前記アイドラ光を生成する第4の二次非線形光学素子とをさらに含むことを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the optical transmission system according to claim 3, wherein the transmitter includes a third second-order nonlinear optical element that generates second harmonic light from the local oscillation light, and It further includes a fourth second-order nonlinear optical element that generates the idler light that is the difference frequency light between the second harmonic light and the carrier light.

請求項5に記載の発明は、光ファイバ伝送路において生じる波長分散に応じた前置分散補償を加えた変調信号により送信器において生成された信号光であって、当該光ファイバ伝送路を伝送した前記信号光を光感応増幅する光増幅装置であって、前記光ファイバ伝送路を伝送した前記信号光に基づいて、第1の励起光を生成する励起光生成部と、前記励起光生成部からの前記第1の励起光に基づいて、パラメトリック過程で用いる第2の励起光を生成し、前記信号光に対して縮退パラメトリック増幅を行う位相感応光増幅部と、前記信号光の位相と、前記第2の励起光の位相を同期する手段とを含むことを特徴とする光増幅装置である。この光増幅装置は、実施形態1の光増幅装置に対応する。   The invention according to claim 5 is signal light generated in a transmitter by a modulation signal to which pre-dispersion compensation according to chromatic dispersion generated in an optical fiber transmission line is added, and transmitted through the optical fiber transmission line An optical amplifying device for photosensitively amplifying the signal light, wherein a pumping light generating unit that generates first pumping light based on the signal light transmitted through the optical fiber transmission line, and a pumping light generating unit Generating a second pumping light used in a parametric process on the basis of the first pumping light and performing degenerate parametric amplification on the signal light, a phase of the signal light, And a means for synchronizing the phase of the second pumping light. This optical amplification device corresponds to the optical amplification device of the first embodiment.

請求項6に記載の発明は、光ファイバ伝送路において生じる波長分散に応じた前置分散補償を加えた変調信号により送信器において生成された信号光群であって、当該光ファイバ伝送路を伝送した前記信号光群を光感応増幅する光増幅装置であって、前記信号光群は、位相共役の関係にある2組のデジタル信号データの内の一方に基づいて、信号光光源からの搬送波光の光位相および光強度を変化させて変調された変調信号光と、前記位相共役の関係にある2組のデジタル信号データの他方に基づいて、前記搬送波光および局部発振光から生じ、前記搬送波光と位相共役の関係にあるアイドラ光に対して、その光位相および光強度を変化させて変調されたアイドラ変調光と、前記変調信号光および前記アイドラ変調光と同送された前記局部発振光を含み、前記光増幅装置は、前記光ファイバ伝送路を伝送した前記局部発振光に基づいて、励起光を生成する第1の二次非線形光学素子と、前記励起光に基づいて、前記変調信号光および前記アイドラ変調光に対して非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、前記変調光信号の位相と、前記励起光の位相を同期する手段とを含むことを特徴とする光増幅装置である。この光増幅装置は、実施形態2の光増幅装置に対応する。   The invention according to claim 6 is a group of signal lights generated in a transmitter by a modulation signal to which pre-dispersion compensation according to chromatic dispersion occurring in an optical fiber transmission line is added, and is transmitted through the optical fiber transmission line An optical amplifying apparatus for photo-amplifying the signal light group, wherein the signal light group is a carrier light from a signal light source based on one of two sets of digital signal data having a phase conjugate relationship. Based on the modulated signal light modulated by changing the optical phase and the light intensity of the light and the other of the two sets of digital signal data in the phase conjugate relationship, the carrier light and the local oscillation light are generated. The idler modulated light modulated by changing the optical phase and the light intensity of the idler light having a phase conjugate relationship with the modulated signal light and the idler modulated light and transmitted locally. The optical amplification device includes a first second-order nonlinear optical element that generates excitation light based on the local oscillation light transmitted through the optical fiber transmission line, and the modulation based on the excitation light. A second-order nonlinear optical element that performs non-degenerate parametric amplification on the signal light and the idler-modulated light; and means for synchronizing the phase of the modulated light signal and the phase of the pumping light. This is an optical amplifying device. This optical amplification device corresponds to the optical amplification device of the second embodiment.

本発明により、SMFを伝送後の信号に対しても、分散に起因した特性劣化のない低雑音な位相感応光増幅を実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize phase-sensitive optical amplification with low noise without characteristic deterioration due to dispersion even for a signal after transmission of SMF.

図1は、従来技術のPSAの基本的な構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a conventional PSA. 図2は、PPLN導波路を用いた従来技術のPSAの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a conventional PSA using a PPLN waveguide. 図3は、PSAの入力信号光励起光間位相差−利得の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the phase difference between PSA input signal light pumping light and gain. 図4は、本発明の実施形態1の光伝送システムの構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the optical transmission system according to the first embodiment of the present invention. 図5は、実施形態1の光伝送システムのPSAの構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a PSA configuration of the optical transmission system according to the first embodiment. 図6は、中継型PSAの各信号の波長軸上での関係を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship on the wavelength axis of each signal of the relay type PSA. 図7は、中継型PSAで増幅された信号光のスペクトルを示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a spectrum of signal light amplified by the relay type PSA. 図8は、光伝送システム各部の信号光コンスタレーションを示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a signal light constellation of each part of the optical transmission system. 図9は、本発明の実施形態2の光伝送システムの構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration of the optical transmission system according to the second embodiment of the present invention. 図10は、実施形態2の光伝送システムの送信器の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a transmitter of the optical transmission system according to the second embodiment.

本発明の光伝送システムでは、送信器側において、変調器に加える変調信号に対して伝送路内で生じる波長分散との逆の波長分散を与える前置分散補償を行う。前置分散補償された変調光を伝送路に送信すれば、伝送路内で生じる波長分散による信号品質の劣化を低減またはキャンセルできる。BPSK信号に対して前置分散補償を行った変調信号で変調した信号光と、縮退型のPSAを組み合わせた光伝送システムが開示される。また、QPSK信号に対して前置分散補償を行った変調信号で変調した信号光と、非縮退型のPSAを組み合わせた光伝送システムが開示される。本発明により、これまで不可能であったSMF伝送後の信号に対しても、分散に起因した特性劣化のない低雑音な位相感応光増幅を実現できる。低雑音な光増幅が可能になるだけでなく、伝送路で光信号が受けた位相雑音を光信号のままで補償することができ、大容量光伝送に必須となるSNRの向上が可能となる。以下、図面を参照しながら本発明の光伝送システムおよび光増幅装置の実施形態について詳細に説明する。   In the optical transmission system of the present invention, pre-dispersion compensation is performed on the transmitter side to give a chromatic dispersion opposite to the chromatic dispersion generated in the transmission path for the modulation signal applied to the modulator. By transmitting the pre-dispersion-compensated modulated light to the transmission line, it is possible to reduce or cancel signal quality degradation caused by chromatic dispersion in the transmission line. An optical transmission system is disclosed in which signal light modulated with a modulated signal obtained by performing pre-dispersion compensation on a BPSK signal and a degenerate PSA are combined. Also disclosed is an optical transmission system in which signal light modulated by a modulated signal obtained by performing pre-dispersion compensation on a QPSK signal and a non-degenerate PSA are combined. According to the present invention, it is possible to realize low-noise phase-sensitive optical amplification without characteristic deterioration due to dispersion even for a signal after SMF transmission, which has been impossible until now. In addition to enabling low-noise optical amplification, it is possible to compensate the phase noise received by the optical signal in the transmission path as it is, and to improve the SNR that is essential for large-capacity optical transmission. . Hereinafter, embodiments of an optical transmission system and an optical amplifying apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[実施形態1]
図4は、本発明の実施形態1の光伝送システムの構成を示す図である。本発明に係る光増幅装置および光伝送システムでは、PPLN導波路を用いたPSAの構成を示す。本実施形態に係る光伝送システムは、前置デジタル信号処理により伝送路の分散を予め補償することで、光ファイバ伝送後の光信号に対しても低雑音な位相感応光増幅を可能とする。図4の実施形態1においては、励起光と同相成分のみを増幅する縮退型PSAにおいて、ファイバ伝送後の信号増幅を、前置分散補償を用いて実現する構成を示す。縮退型PSAは強度変調信号又は同位相成分のみが変調された信号を増幅できる。本実施形態においては、2値の位相変調(BPSK)が施された信号光を増幅するための構成例を説明する。
[Embodiment 1]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the optical transmission system according to the first embodiment of the present invention. In the optical amplifying device and the optical transmission system according to the present invention, a configuration of a PSA using a PPLN waveguide is shown. The optical transmission system according to the present embodiment can compensate for the dispersion of the transmission path in advance by pre-digital signal processing, thereby enabling phase-sensitive optical amplification with low noise even for an optical signal after transmission through an optical fiber. Embodiment 1 in FIG. 4 shows a configuration in which signal amplification after fiber transmission is realized using pre-dispersion compensation in a degenerate PSA that amplifies only the in-phase component of pump light. The degenerate PSA can amplify an intensity modulation signal or a signal in which only the in-phase component is modulated. In the present embodiment, a configuration example for amplifying signal light subjected to binary phase modulation (BPSK) will be described.

図4の光伝送システム400は、大まかに、デジタル信号処理により前置分散補償された信号光を送信する送信器401、光ファイバ430と偏波補償器440、及びPSA500からなる。詳細は動作とともに後述するが、送信器401は、信号光源409と、デジタル信号生成部402と、デジタルアナログ変換器(DAC)405、406と、駆動アンプ407、408と、光変調部であるIQ変調器(IQM)410とEDFA420を備える。本実施形態の光伝送システムでは、送信器401は前置分散補償されたBPSK信号を生成する。   The optical transmission system 400 of FIG. 4 roughly includes a transmitter 401 that transmits signal light that has been pre-dispersed by digital signal processing, an optical fiber 430, a polarization compensator 440, and a PSA 500. Although details will be described later along with the operation, the transmitter 401 includes a signal light source 409, a digital signal generation unit 402, digital-analog converters (DACs) 405 and 406, drive amplifiers 407 and 408, and an IQ that is a light modulation unit. A modulator (IQM) 410 and an EDFA 420 are provided. In the optical transmission system of the present embodiment, the transmitter 401 generates a BPSK signal with pre-dispersion compensation.

図5は、実施形態1の光伝送システムにおける中継型PSAの構成を示す図である。図5の中継型PSA500は、BPSK信号からの搬送波位相の抽出方法を行う励起光生成部530および位相感応光増幅部540に大別される。励起光生成部530および位相感応光増幅部540は、それぞれ2つのPPLN導波路モジュールを用いて構成されている。励起光生成部530では、第1のPPLN導波路モジュール504は、励起光となる第2高調波(SH光)発生(SHG: Second Harmonic Generation)に用いられ、第2のPPLN導波路モジュール505は、差周波光生成(Difference Frequency Generation)に用いられる。第1のPPLN導波路モジュール504は入出力双方の空間光学系と、PPLN導波路と、出力側のダイクロイックミラーとを備える。第2のPPLN導波路モジュール505は、入出力の双方の空間光学系と、PPLN導波路と、入出力双方のダイクロイックミラーとを備える。位相感応光増幅部540では、第3のPPLN導波路モジュール516は、励起光となるSH光発生に用いられ、第4のPPLN導波路モジュール517は、パラメトリック増幅(OPA: Optical Parametric Amplification)に用いられる。各PPLN導波路モジュールの構成は、励起光生成部と同様である。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a relay PSA in the optical transmission system according to the first embodiment. 5 is roughly divided into a pump light generation unit 530 and a phase sensitive light amplification unit 540 that perform a method of extracting a carrier phase from a BPSK signal. Each of the excitation light generation unit 530 and the phase sensitive light amplification unit 540 is configured using two PPLN waveguide modules. In the excitation light generation unit 530, the first PPLN waveguide module 504 is used for second harmonic (SH light) generation (SHG) to be excitation light, and the second PPLN waveguide module 505 is , Used for difference frequency generation. The first PPLN waveguide module 504 includes both input and output spatial optical systems, a PPLN waveguide, and an output-side dichroic mirror. The second PPLN waveguide module 505 includes both input and output spatial optical systems, a PPLN waveguide, and both input and output dichroic mirrors. In the phase sensitive optical amplifying unit 540, the third PPLN waveguide module 516 is used for generation of SH light serving as excitation light, and the fourth PPLN waveguide module 517 is used for parametric amplification (OPA). It is done. The configuration of each PPLN waveguide module is the same as that of the excitation light generator.

ここで、図5のPSA500で用いたPPLN導波路の作製方法を以下に例示する。まず、Znを添加したLiNbO3上に周期が約17μmの周期的な電極を形成した。次に、電界印加法により上記の電極パターンに応じた分極反転グレーティングをZn:LiNbO3中に形成した。次に、この周期分極反転構造を有するZn:LiNbO3基板をクラッドとなるLiTaO3上に直接接合を行い、500℃で熱処理を行うことにより両基板を強固に接合した。次に、コア層を研磨により5μm程度まで薄膜化し、ドライエッチングプロセスを用いてリッジ型の光導波路を形成した。この導波路はペルチェ素子により温度調整が可能である。導波路の長さを50mmとした。このようにして形成されたPPLN導波路を有する二次非線形光学素子を、1.5μm帯の偏波保持ファイバで光の入出力が可能なモジュール構成とした。本実施形態では、Znを添加したLiNbO3を用いたが、それ以外の非線形材料である、KNbO3、LiTaO3、LiNbxTa1−xO3(0≦x≦1)若しくはKTiOPO4、又はそれらにMg、Zn、Sc、Inからなる群から選ばれた少なくとも一種を添加物として含有している材料を用いても良い。   Here, a method for manufacturing the PPLN waveguide used in the PSA 500 in FIG. 5 is exemplified below. First, a periodic electrode having a period of about 17 μm was formed on LiNbO 3 to which Zn was added. Next, a polarization inversion grating corresponding to the above electrode pattern was formed in Zn: LiNbO3 by an electric field application method. Next, the Zn: LiNbO3 substrate having this periodically poled structure was directly bonded onto the LiTaO3 serving as the cladding, and heat treatment was performed at 500 ° C. to firmly bond both substrates. Next, the core layer was thinned to about 5 μm by polishing, and a ridge type optical waveguide was formed using a dry etching process. The temperature of this waveguide can be adjusted by a Peltier element. The length of the waveguide was 50 mm. The second-order nonlinear optical element having the PPLN waveguide formed as described above has a module configuration capable of inputting and outputting light using a 1.5 μm band polarization maintaining fiber. In this embodiment, Zn-added LiNbO3 was used, but other nonlinear materials such as KNbO3, LiTaO3, LiNbxTa1-xO3 (0 ≦ x ≦ 1) or KTiOPO4, or Mg, Zn, Sc, In You may use the material which contains at least 1 type chosen from the group which consists of as an additive.

再び図4を参照しながら、光伝送システム400で前置分散補償された信号光を送信する送信器401の動作についてさらに説明する。図4の送信器401において、デジタル信号生成部402は、光ファイバ伝送路で受ける分散に起因した光位相のシフトとは逆のシフトを与える演算を行って、送信データに基づく変調信号に対して補償を加える。すなわちデジタル信号生成部402、前置分散補償された第1のデータ信号404、第2のデータ信号403を出力する。これらデータ信号を、第1のDAC406、第2のDAC405へ入力してアナログ信号に変換し、さらに第1の駆動アンプ408、第2の駆動アンプ407で所要レベルまで増幅した。これにより、IQ変調器410に入力される2つの変調信号I、Qは、波長分散の前置補償が施された信号となる。信号光源409からの搬送波光は、IQ変調器410において、上述の変調信号I、Qによって強度および位相を変調され、前置分散補償の施されたシンボルレート10GHzのBPSK信号が出力される。   With reference to FIG. 4 again, the operation of the transmitter 401 that transmits the signal light subjected to the pre-dispersion compensation in the optical transmission system 400 will be further described. In the transmitter 401 of FIG. 4, the digital signal generation unit 402 performs an operation that gives a shift opposite to the shift of the optical phase caused by the dispersion received in the optical fiber transmission line, and applies the modulation signal based on the transmission data. Add compensation. That is, the digital signal generation unit 402, the first data signal 404 subjected to pre-dispersion compensation, and the second data signal 403 are output. These data signals were input to the first DAC 406 and the second DAC 405, converted into analog signals, and further amplified to a required level by the first drive amplifier 408 and the second drive amplifier 407. As a result, the two modulated signals I and Q input to the IQ modulator 410 are signals that have been subjected to pre-compensation for chromatic dispersion. The carrier light from the signal light source 409 is modulated in intensity and phase by the above-mentioned modulation signals I and Q in the IQ modulator 410, and a BPSK signal having a symbol rate of 10 GHz subjected to pre-dispersion compensation is output.

デジタル信号生成部402で与えられる歪みは、後段の光ファイバ430を伝送後に信号光に累積される分散による信号歪を受けることで相殺されるように与えられる。IQ変調器410でのレベル低下を補うため、EDFA420を用いて信号光を増幅した後、80kmの光ファイバ430に入力した。光ファイバ430は16.7ps/nm/kmの分散特性であり、80km伝送後のトータルの分散値は1336.0psである。図4の光ファイバ430の前後の信号光コンスタレーション421、422に示したように、光ファイバ430を伝搬することで、信号光の歪は補償されてゆく。80kmの光ファイバ430を伝送して、信号光に累積される分散による信号歪を受けると、理想的なBPSKの信号光を得ることができる。前置分散補償処理では分散のスロープも考慮した補償を行うことができる。このため、決まった波長に対しては従来技術の光学的な補償手段と比較して高精度な分散補償が可能であり、光ファイバ伝送による分散に起因した歪みのない信号光を得ることができる。このようにPSAに入力される信号光の累積分散値を補償することで、光ファイバを伝送後の信号光に対しても低雑音な位相感応光増幅が可能となる。光ファイバ430を伝送した信号光は、偏波補償器440により光ファイバ内の偏波を補償した後、信号光501は、PSA500へと入力される。次に、図5とともにPSA500の動作について説明する。   The distortion given by the digital signal generation unit 402 is given so as to be canceled by receiving signal distortion due to dispersion accumulated in the signal light after being transmitted through the optical fiber 430 at the subsequent stage. In order to compensate for the level drop in the IQ modulator 410, the signal light was amplified using the EDFA 420 and then input to the 80 km optical fiber 430. The optical fiber 430 has a dispersion characteristic of 16.7 ps / nm / km, and the total dispersion value after transmission of 80 km is 1336.0 ps. As shown in the signal light constellations 421 and 422 before and after the optical fiber 430 in FIG. 4, the distortion of the signal light is compensated by propagating through the optical fiber 430. By transmitting the optical fiber 430 of 80 km and receiving signal distortion due to dispersion accumulated in the signal light, ideal BPSK signal light can be obtained. In the pre-dispersion compensation process, compensation can be performed in consideration of the slope of dispersion. For this reason, it is possible to perform dispersion compensation with higher accuracy than a conventional optical compensation means for a predetermined wavelength, and it is possible to obtain signal light free from distortion due to dispersion caused by optical fiber transmission. . In this way, by compensating the accumulated dispersion value of the signal light input to the PSA, it is possible to perform phase-sensitive optical amplification with low noise even for the signal light transmitted through the optical fiber. The signal light transmitted through the optical fiber 430 is compensated for polarization in the optical fiber by the polarization compensator 440, and then the signal light 501 is input to the PSA 500. Next, the operation of the PSA 500 will be described with reference to FIG.

図5を参照すると、PSA500において、入力された信号光501の一部は光カプラ502により分岐され、励起光生成部530に入射される。光伝送における中継増幅器として縮退型のPSAを用いる場合には、変調が施されている信号光から平均的な位相を抽出し、励起光生成部530で信号の搬送波位相と同期した励起光を生成する必要がある。以下の説明では、図6で中継型PSA500の各部の光の波長軸上での関係を参照しながらPSA500の動作について説明する。   Referring to FIG. 5, in the PSA 500, a part of the input signal light 501 is branched by the optical coupler 502 and is incident on the excitation light generation unit 530. When a degenerate PSA is used as a relay amplifier in optical transmission, an average phase is extracted from the modulated signal light, and the pumping light generation unit 530 generates pumping light synchronized with the carrier phase of the signal. There is a need to. In the following description, the operation of the PSA 500 will be described with reference to the relationship on the wavelength axis of the light of each part of the relay type PSA 500 in FIG.

図6の(a)〜(d)は、図5の中継型PSA500における各信号の波長軸上での関係を説明する図である。図6のいずれの図も横軸を波長として、各信号の波長軸上の相対位置関係を概念的に示している。図6の各図では横軸を波長軸としているため、周波数のより高い光は、図6ではより短い波長の光として示されることに留意されたい。したがって、光の周波数が高いほど、図6では横軸のより左側の短波長側に位置することになる。   6A to 6D are diagrams for explaining the relationship on the wavelength axis of each signal in the relay type PSA 500 of FIG. 6A and 6B conceptually show the relative positional relationship of each signal on the wavelength axis with the horizontal axis as the wavelength. It should be noted that light having a higher frequency is shown as light having a shorter wavelength in FIG. 6 because the horizontal axis is the wavelength axis in each diagram of FIG. Therefore, the higher the frequency of light, the closer to the short wavelength side on the left side of the horizontal axis in FIG.

図5に再び戻ると、励起光生成部530では、分岐した信号光501をEDFA503によって増幅した後、第1のPPLN導波路モジュール504によって、信号光の波長に対して半分の波長を持つ第2高調波光(SH光)を生成する。一方で励起光生成部530では、局部発振光源507で生成された励起光(Lo1)551および上述の第1のPPLN導波路モジュール504からのSH光が、第2のPPLNモジュール505に入力される。第2のPPLNモジュール505では、励起光(Lo1)とSH光との間の差周波光(Lo2)が生成される。   Returning again to FIG. 5, in the pumping light generation unit 530, after the branched signal light 501 is amplified by the EDFA 503, the second light having a half wavelength with respect to the wavelength of the signal light is amplified by the first PPLN waveguide module 504. Harmonic light (SH light) is generated. On the other hand, in the excitation light generation unit 530, the excitation light (Lo1) 551 generated by the local oscillation light source 507 and the SH light from the first PPLN waveguide module 504 described above are input to the second PPLN module 505. . In the second PPLN module 505, difference frequency light (Lo2) between the excitation light (Lo1) and the SH light is generated.

第2のPPLN導波路モジュール505から出力された信号光、励起光(Lo1)および差周波光(Lo2)は、バンドパスフィルタ506により、差周波光(Lo2)のみが取り出される。差周波光(Lo2)は、光サーキュレータ513を通過した後、例えばアレイ導波路格子(AWG)型の波長合分波器511を経由して半導体レーザ512に入力される。半導体レーザ512は、光注入同期により差周波光(Lo2)と同じ位相、同じ波長を持つ第2の励起光を生成する。第2の励起光の光強度は、半導体レーザ512の出力により決まるため、第2のPPLN導波路モジュール505からの数10μW程度の微弱な差周波数光(Lo2)を用いて、数10mW以上の第2の励起光(Lo2)を得ることができる。波長合分波器511の分波側ポートから、局部発振光源507より光カプラ508で分岐していた励起光(Lo1)を波長合分波器511の合波側ポートへ入射し、半導体レーザ510からの注入同期した第2の励起光(Lo2)と合波して、サーキュレータ513から励起光出力552が出力される。   From the signal light, the excitation light (Lo1), and the difference frequency light (Lo2) output from the second PPLN waveguide module 505, only the difference frequency light (Lo2) is extracted by the band pass filter 506. After passing through the optical circulator 513, the difference frequency light (Lo2) is input to the semiconductor laser 512 via, for example, an arrayed waveguide grating (AWG) type wavelength multiplexer / demultiplexer 511. The semiconductor laser 512 generates second excitation light having the same phase and the same wavelength as the difference frequency light (Lo2) by light injection locking. Since the light intensity of the second pumping light is determined by the output of the semiconductor laser 512, the weak difference frequency light (Lo2) of about several tens μW from the second PPLN waveguide module 505 is used, and the second pumping light has a light intensity of several tens of mW or more. 2 excitation light (Lo2) can be obtained. The pumping light (Lo1) branched by the optical coupler 508 from the local oscillation light source 507 is incident on the multiplexing side port of the wavelength multiplexing / demultiplexing unit 511 from the demultiplexing side port of the wavelength multiplexing / demultiplexing unit 511, and the semiconductor laser 510 The pumping light output 552 is output from the circulator 513 in combination with the second pumping light (Lo2) that has been injection-synchronized from the circulator.

ここで図6の(a)を参照すると、信号光sに対して、波長軸上における短波長側に励起光(Lo1)p1が示されている。信号光sは、変調を受けているのでスペクトルが広がっている。図6の(b)を参照すると、波長軸上で信号光sに対して励起光(Lo1)p1の反対側に、差周波数光(Lo2)p2が示されている。差周波数光(Lo2)p2は、半導体レーザ512への注入同期(インジェクションロック)により強度雑音が除去される。   Here, referring to FIG. 6A, the excitation light (Lo1) p1 is shown on the short wavelength side on the wavelength axis with respect to the signal light s. Since the signal light s is modulated, the spectrum is broadened. Referring to FIG. 6B, difference frequency light (Lo2) p2 is shown on the opposite side of the excitation light (Lo1) p1 with respect to the signal light s on the wavelength axis. Intensity noise is removed from the difference frequency light (Lo2) p2 by injection locking (injection lock) to the semiconductor laser 512.

図5の中継型PSAにおける信号光sの位相φs、励起光(Lo1)p1の位相φp1および差周波光(Lo2)p2の位相φp2の間では、以下の式を満たす。
2φs − φp1− φp2 = 0 式(2)
The following expression is satisfied among the phase φs of the signal light s, the phase φ p1 of the pumping light (Lo1) p1, and the phase φ p2 of the difference frequency light (Lo2) p2 in the relay type PSA of FIG.
2φs - φ p1 - φ p2 = 0 equation (2)

したがって、差周波光(Lo2)p2の位相φp2は次式のように、信号光sの位相φsと励起光(Lo1)p1の位相φp1を用いて表される。
φp2 = 2φs − φp1 式(3)
Therefore, the phase φ p2 of the difference frequency light (Lo2) p2 is expressed by using the phase φs of the signal light s and the phase φ p1 of the excitation light (Lo1) p1 as shown in the following equation.
φ p2 = 2φs − φ p1 formula (3)

式(2)および式(3)からもわかるように、第1のPPLN導波路モジュール504において信号光sからSH光を発生させることによって、信号光sの位相φsを2倍とすることができる。通常、信号光には送信する情報データによって変調が掛かっているため、搬送波位相を抽出することは難しい。しかしながら、図5の励起光生成部530のように信号光sの位相φsを2倍にすることで、2値の位相変調を取り除くことができる。さらに図6の(b)に示したように、SH光および励起光(Lo1)の差周波数光である第2の励起光(Lo2)p2は、注入同期によって強度雑音が除去される。図5のPSA500においては、信号光501の搬送波の位相情報を保持した純粋なS/N比の良い第2の励起光(Lo2)552が得られる。   As can be seen from the equations (2) and (3), the phase φs of the signal light s can be doubled by generating SH light from the signal light s in the first PPLN waveguide module 504. . Usually, since signal light is modulated by information data to be transmitted, it is difficult to extract a carrier wave phase. However, binary phase modulation can be removed by doubling the phase φs of the signal light s as in the excitation light generation unit 530 of FIG. Further, as shown in FIG. 6B, the intensity noise of the second excitation light (Lo2) p2, which is the difference frequency light between the SH light and the excitation light (Lo1), is removed by injection locking. In the PSA 500 of FIG. 5, the second pumping light (Lo2) 552 having a pure S / N ratio and retaining the phase information of the carrier wave of the signal light 501 is obtained.

局部発振光源507からの励起光(Lo1)551および注入同期した第2の励起光(Lo2)552は、位相感応光増幅部540において、EDFA514によって増幅される。さらにBPF515を用いて不要なASE光を除去した後に、第3のPPLN導波路モジュール516に入力される。第3のPPLN導波路モジュール516では、図6の(c)に示したように、励起光(Lo1)p1および第2の励起光(Lo2)p2の和周波(SF:Sum Frequency)を持つ励起光SFが生成される。この時、励起光(Lo1)p1の位相φp1、第2の励起光(Lo2)p2の位相φp2および和周波励起光SFの位相φSFの間では、次の式を満たす。
φSF= φp1 + φp2
= 2φs 式(4)
The pumping light (Lo1) 551 from the local oscillation light source 507 and the second pumping light (Lo2) 552 injection-locked are amplified by the EDFA 514 in the phase sensitive light amplifying unit 540. Further, unnecessary ASE light is removed using the BPF 515, and then input to the third PPLN waveguide module 516. In the third PPLN waveguide module 516, as shown in FIG. 6C, the excitation having the sum frequency (SF: Sum Frequency) of the excitation light (Lo1) p1 and the second excitation light (Lo2) p2. An optical SF is generated. At this time, the following expression is satisfied among the phase φ p1 of the pumping light (Lo1) p1, the phase φ p2 of the second pumping light (Lo2) p2, and the phase φ SF of the sum frequency pumping light SF.
φ SF = φ p1 + φ p2
= 2φs Equation (4)

図5における第3のPPLN導波路モジュール516からの和周波励起光553を第4のPPLN導波路モジュール517に入射する。第4のPPLN導波路モジュール517内で、光カプラ502を経由した信号光501と、和周波励起光553とのパラメトリック増幅が行われる。位相感応光増幅のためには、図6の(d)に示したように、信号光sの位相φsおよび和周波光SFの位相φSFの間で、次式を満たす必要がある。
ΔΦ=φSF − 2φs = nπ(nは整数) 式(5)
The sum frequency excitation light 553 from the third PPLN waveguide module 516 in FIG. 5 is incident on the fourth PPLN waveguide module 517. In the fourth PPLN waveguide module 517, parametric amplification of the signal light 501 via the optical coupler 502 and the sum frequency excitation light 553 is performed. For phase-sensitive optical amplification, as shown in FIG. 6D, the following equation must be satisfied between the phase φs of the signal light s and the phase φ SF of the sum frequency light SF.
ΔΦ = φ SF - 2φs = nπ (n is an integer) (5)

すなわち入力信号光と和周波励起光との間の位相差ΔΦが、−π、0、またはπの時に利得が最大になる。信号光と各励起光との間で位相同期するために、位相変調器509を用いて微弱な信号により位相変調を励起光551に施す。第4のPPLN導波路モジュール517を通過した出力光の一部は、光カプラ518により分岐される。光検出器519によって分岐光の光強度の変化を検出し、励起光551と信号光501との間で位相同期するように、PLL回路520を用いて光ファイバ伸長器521にフィードバックをかける。上述の位相同期によって、図5の中継型のPSA500を安定動作させることができる。したがって、光カプラ518、PLL回路520および光ファイバ伸長器521を含むループは、信号光の位相と、第2の励起光の位相を同期する手段を構成する。   That is, the gain is maximized when the phase difference ΔΦ between the input signal light and the sum frequency pump light is −π, 0, or π. In order to synchronize the phase between the signal light and each excitation light, the phase modulation is applied to the excitation light 551 by a weak signal using the phase modulator 509. Part of the output light that has passed through the fourth PPLN waveguide module 517 is branched by the optical coupler 518. A change in the light intensity of the branched light is detected by the optical detector 519, and feedback is applied to the optical fiber stretcher 521 using the PLL circuit 520 so that the phase is synchronized between the excitation light 551 and the signal light 501. By the above-described phase synchronization, the relay type PSA 500 of FIG. 5 can be stably operated. Therefore, the loop including the optical coupler 518, the PLL circuit 520, and the optical fiber expander 521 constitutes a means for synchronizing the phase of the signal light and the phase of the second pumping light.

各信号の波長の一例を挙げれば、信号光sは1535.8nm、励起光p1(Lo1)は1534.25nm、差周波数p2(Lo2)は1537.4nm、和周波数SFは767.9nmである。   As an example of the wavelength of each signal, the signal light s is 1535.8 nm, the pumping light p1 (Lo1) is 1534.25 nm, the difference frequency p2 (Lo2) is 1537.4 nm, and the sum frequency SF is 767.9 nm.

図4の光伝送システム400で、PSA500の光増幅特性を確認するため、前置分散補償の異なる条件で増幅前後の信号光周波数スペクトルおよび変調コンスタレーションを確認した。   In the optical transmission system 400 of FIG. 4, in order to confirm the optical amplification characteristics of the PSA 500, the signal optical frequency spectrum before and after amplification and the modulation constellation were confirmed under different conditions of pre-dispersion compensation.

図7は、実施形態1の位相感応光増幅器によって増幅された信号光の周波数スペクトルを説明する図である。図7の(a)〜(c)のいずれにおいても、3種類のスペクトルが重ねて表示され、1つはPSA500の入力(Input)を、2つのPSA500の出力(図4の矢印Cの位置)であって、PSAが通常の動作状態(PSA amp)およびPSAが減衰状態(PSA deamp)を示している。PSAの減衰状態(PSA deamp)は、PSA500への入力信号光501と、和周波励起光553の位相を直交(π/2ずらす)させることによって得られる。図7の(a)には参照のため、「前置分散補償なし」のBPSK信号を、光ファイバ430を伝送させずにPSA500へ入力したときのスペクトルを示している。つまり、図4の矢印Aの位置における前置分散補償されていない(歪みの無い)BPSK信号のスペクトル(Input)およびPSAが伝送路分散の影響を全く受けない理想状態のスペクトル(PSA amp, PSA deamp)が示されている。   FIG. 7 is a diagram illustrating the frequency spectrum of the signal light amplified by the phase sensitive optical amplifier according to the first embodiment. In any of (a) to (c) of FIG. 7, three types of spectra are superimposed and displayed, one being an input (Input) of PSA 500 and an output of two PSA 500 (position of arrow C in FIG. 4). The PSA indicates a normal operation state (PSA amp) and the PSA indicates an attenuation state (PSA deamp). The attenuation state (PSA deamp) of the PSA is obtained by making the phase of the input signal light 501 to the PSA 500 and the sum frequency excitation light 553 orthogonal (shift by π / 2). For reference, FIG. 7A shows a spectrum when a BPSK signal “without pre-dispersion compensation” is input to the PSA 500 without being transmitted through the optical fiber 430. That is, the spectrum (Input) of the BPSK signal not subjected to pre-dispersion compensation (without distortion) at the position indicated by the arrow A in FIG. 4 and the spectrum in an ideal state in which the PSA is not affected by transmission line dispersion (PSA amp, PSA). deamp) is shown.

図7の(b)は、「前置分散補償なし」のBPSK信号を80kmの光ファイバ伝送後にPSAに入力した時のスペクトルが示されている。すなわち、入力スペクトル(Input)は図4の矢印Bの位置のものとなる。図7の(c)は、「前置分散補償をした」BPSK信号を80kmの光ファイバ伝送後にPSAに入力した時のスペクトルが示されている。   FIG. 7B shows a spectrum when a “no pre-dispersion compensation” BPSK signal is input to the PSA after 80 km optical fiber transmission. That is, the input spectrum (Input) is at the position indicated by the arrow B in FIG. FIG. 7C shows a spectrum when a “predispersion-compensated” BPSK signal is input to the PSA after 80 km optical fiber transmission.

図7の(b)に示したように、前置分散補償の無い信号では、光ファイバの分散の影響のために周波数成分毎に位相がずれてしまうことにより、周波数成分毎に同期した位相感応特性が得られていない。特に、位相誤差により敏感な減衰域におけるスペクトルが劣化して、隣接チャネル帯域における歪みが増大している。一方で、図7の(c)に示したように、前置分散補償をした信号を用いた場合は、位相感応光増幅・減衰動作にスペクトルの劣化は見られず、図7の(a)の理想状態の入力信号および理想状態で光増幅された信号光の場合と同等のスペクトルが得られた。   As shown in FIG. 7B, a signal without pre-dispersion compensation is out of phase for each frequency component due to the influence of dispersion of the optical fiber, so that the phase sensitivity synchronized with each frequency component is obtained. Characteristics are not obtained. In particular, the spectrum in the attenuation region sensitive to the phase error is deteriorated, and the distortion in the adjacent channel band is increased. On the other hand, as shown in FIG. 7C, when a signal with pre-dispersion compensation is used, no spectral degradation is observed in the phase-sensitive optical amplification / attenuation operation, and FIG. A spectrum equivalent to the input signal in the ideal state and the signal light optically amplified in the ideal state was obtained.

図8は、実施形態1の位相感応光増幅器によって増幅された信号光のコンスタレーションを示した図である。位相感応光増幅後の信号品質を確認するために、増幅の前後での信号光のコンスタレーション図を取得した。図8の(a)には参照として、「前置分散補償なし」で光ファイバ伝送をさせていないBPSK信号のPSA出力におけるコンスタレーションを示している。図8の(b)は、「前置分散補償なし」のBPSK信号を80kmの光ファイバ伝送後のPSA出力におけるコンスタレーションを示している。図8の(c)は、「前置分散補償した」BPSK信号を80kmのファイバ伝送後のPSA出力におけるコンスタレーションを示している。   FIG. 8 is a diagram illustrating a constellation of signal light amplified by the phase sensitive optical amplifier according to the first embodiment. In order to confirm the signal quality after phase-sensitive light amplification, constellation diagrams of signal light before and after amplification were obtained. For reference, FIG. 8A shows a constellation in the PSA output of a BPSK signal that is “no pre-dispersion compensation” and is not subjected to optical fiber transmission. FIG. 8B shows a constellation at the PSA output after transmitting the BPSK signal “without pre-dispersion compensation” to the optical fiber of 80 km. FIG. 8 (c) shows the constellation at the PSA output after 80km fiber transmission of the “predispersion compensated” BPSK signal.

図7の(a)、(b)、(c)において、Q値はそれぞれ17.6dB、6.9dB、17.3dBである。ここでBPSK信号におけるQ値とは、バイナリ信号の「1」と「0」の振幅の標準偏差と平均振幅の差で定義される。前置分散補償の無い信号では、光ファイバにおける分散の影響を受けた信号光を位相感応光増幅したことで、信号光のQ値が劣化してしまっている。これに対して、前置分散補償を用いることで、シングルモードファイバを伝送させて、ファイバの分散の影響を受けた場合であっても、Q値劣化のない位相感応光増幅が実現できた。   In FIGS. 7A, 7B, and 7C, the Q values are 17.6 dB, 6.9 dB, and 17.3 dB, respectively. Here, the Q value in the BPSK signal is defined by the difference between the standard deviation and the average amplitude of the amplitudes “1” and “0” of the binary signal. For a signal without pre-dispersion compensation, the Q value of the signal light has deteriorated due to the phase-sensitive optical amplification of the signal light affected by the dispersion in the optical fiber. On the other hand, by using pre-dispersion compensation, phase-sensitive optical amplification without Q-value degradation can be realized even when a single mode fiber is transmitted and affected by fiber dispersion.

本実施形態のPSA500では、信号光501と局部発振光551の位相同期には、光注入同期を用いたが、その他の方法を用いても良い。例えば、コスタスループに代表される高速な電気信号のフィードバックを局部発振光源507に帰還することで位相同期を行っても良い。   In the PSA 500 of the present embodiment, the light injection locking is used for the phase locking between the signal light 501 and the local oscillation light 551, but other methods may be used. For example, phase synchronization may be performed by feeding back high-speed electrical signal feedback typified by a Costas loop to the local oscillation light source 507.

上述の実施形態1の光伝送システムにおいては、光ファイバ伝送路の分散に起因した位相誤差を、予め送信器401デジタル信号生成部の段階で補償する。これによって、分散を有する光ファイバを伝送した後の信号光に対しても、分散に起因した特性劣化のない位相感応光増幅を実現できる。本発明の光伝送システムにより、従来技術では分散補償されたファイバで構成された伝送路にしか適用できなかったPSAを、通常のSMF伝送後の信号に対しても適用可能となる。大容量光伝送に必要なSNRの向上のキーとなるPSAの適用領域を、大幅に拡張できる。   In the optical transmission system of the first embodiment described above, the phase error caused by the dispersion of the optical fiber transmission line is compensated in advance at the stage of the transmitter 401 digital signal generation unit. This makes it possible to realize phase-sensitive optical amplification without characteristic deterioration due to dispersion even for signal light transmitted through an optical fiber having dispersion. The optical transmission system of the present invention makes it possible to apply a PSA that can be applied only to a transmission line constituted by a dispersion-compensated fiber in the prior art to a signal after ordinary SMF transmission. The application area of PSA, which is a key for improving the SNR necessary for large-capacity optical transmission, can be greatly expanded.

[実施形態2]
以下、本発明の実施形態2の光増幅装置および光伝送システムについて説明する。先の実施形態1の光伝送システムは、BPSK変調信号に対して縮退型のPSAを用いた場合の構成であった。実施形態1の光伝送システムは、BPSK変調信号などの変調方式の使用でも十分に伝送容量が満足するシステムへの適用には問題ない。しかしながら、より大容量伝送が要求されるシステムでは、増幅可能な変調フォーマットや波長数に制限がある縮退型のPSAの適用は難しい。本実施形態の光伝送システムでは、直交位相成分にもデータ変調成分を含む直交位相振幅変調(QAM:Quadrature Amplitude Modulation)信号のような任意の変調フォーマットの信号に対応可能で、複数波長を一括増幅できる非縮退型のPSAの構成を提示する。直交位相成分にもデータ変調成分を含む変調信号に対して、前置分散補償を適用した本実施形態では、4値QAMである4位相偏移変調(QPSK:Quadrature Phase Shift Keying)信号を例として説明する。
[Embodiment 2]
Hereinafter, an optical amplifying apparatus and an optical transmission system according to Embodiment 2 of the present invention will be described. The optical transmission system of the first embodiment has a configuration in which a degenerate PSA is used for a BPSK modulated signal. The optical transmission system according to the first embodiment has no problem in application to a system that sufficiently satisfies the transmission capacity even when a modulation method such as a BPSK modulation signal is used. However, in a system that requires larger capacity transmission, it is difficult to apply a degenerate PSA that has a limitation on the modulation format and the number of wavelengths that can be amplified. The optical transmission system of this embodiment can support signals of any modulation format such as a quadrature amplitude modulation (QAM) signal including a data modulation component in the quadrature phase component, and amplifies a plurality of wavelengths collectively. A possible non-degenerate PSA configuration is presented. In the present embodiment in which pre-dispersion compensation is applied to a modulation signal including a data modulation component also in a quadrature phase component, a four-phase QAM quadrature phase shift keying (QPSK) signal is taken as an example. explain.

図9は、本発明の実施形態2の光伝送システムの構成を示す図である。本実施形態に係る光伝送システム900は、送信器1000におけるデジタル信号処理によって変調信号に対して伝送路の分散を予め前置補償することで、光ファイバ伝送後の光信号に対しても低雑音な位相感応光増幅を可能とする。図9の光伝送システム900は、信号光、アイドラ光及びパイロット信号を送信する送信器1000、光ファイバ(シングルモードファイバ:SMF)910と偏波補償器920、並びにパイロット信号を用いて励起光を生成する非縮退型のPSA930からなる。   FIG. 9 is a diagram illustrating the configuration of the optical transmission system according to the second embodiment of the present invention. The optical transmission system 900 according to this embodiment preliminarily compensates for the dispersion of the transmission path with respect to the modulated signal by digital signal processing in the transmitter 1000, thereby reducing low noise even for the optical signal after the optical fiber transmission. Enables phase-sensitive optical amplification. The optical transmission system 900 of FIG. 9 includes a transmitter 1000 that transmits signal light, idler light, and a pilot signal, an optical fiber (single mode fiber: SMF) 910, a polarization compensator 920, and pump light using the pilot signal. It consists of non-degenerate PSA 930 to be generated.

図10は、実施形態2の光伝送システムの送信器1000の詳細構成を示す図である。以下、まず図10によって送信器の構成および動作を、次に図9によって非縮退型のPSA930の構成および動作を説明する。図10の送信器1000は、大まかに、信号光源1001と、局部発振光源1003と、EDFA1005、1022と、PPLN導波路モジュール1002、1007と、光カプラ1004、1021、1023と、バンドパスフィルタ(BPF)1006と、波長選択型光スイッチ(WSS:Wavelength Selective Switch)1020と、を備える。前置分散補償された変調信号を生成するために、デジタル信号生成部1010、1011と、DAC1012〜1015と、駆動アンプ1016〜1019と、IQ変調器1008、1009をさらに備える。   FIG. 10 is a diagram illustrating a detailed configuration of the transmitter 1000 of the optical transmission system according to the second embodiment. Hereinafter, the configuration and operation of the transmitter will be described with reference to FIG. 10, and the configuration and operation of the non-degenerate PSA 930 will be described with reference to FIG. 10 roughly includes a signal light source 1001, a local oscillation light source 1003, EDFAs 1005 and 1022, PPLN waveguide modules 1002 and 1007, optical couplers 1004, 1021, and 1023, and a bandpass filter (BPF). ) 1006 and a wavelength selective optical switch (WSS: Wavelength Selective Switch) 1020. In order to generate a pre-dispersion compensated modulation signal, digital signal generation units 1010 and 1011, DACs 1012 to 1015, drive amplifiers 1016 to 1019, and IQ modulators 1008 and 1009 are further provided.

送信器1000では、PPLN導波路を用いた差周波数生成過程(DFG: Difference Frequency Generation)により、信号光1030と対となるアイドラ光を発生させる。DFG過程は、励起光となるSH光発生のための第1のPPLN導波路モジュール1007、及びアイドラ光生成のための第2のPPLN導波路モジュール1002により動作する。PPLN導波路モジュールの構成、モジュール内のPPLN導波路の作製方法は実施形態1と同様である。   In the transmitter 1000, idler light that is paired with the signal light 1030 is generated by a difference frequency generation (DFG) process using a PPLN waveguide. The DFG process is operated by the first PPLN waveguide module 1007 for generating SH light serving as excitation light and the second PPLN waveguide module 1002 for generating idler light. The configuration of the PPLN waveguide module and the method for manufacturing the PPLN waveguide in the module are the same as those in the first embodiment.

局部発振光源1003からの励起光(Lo1)は、光カプラ1004、EDFA1005およびBPF1006を経由して、第1のPPLN導波路モジュール1007において、SH光1038を発生させる。SH光1038および信号光源1001からの信号光搬送波1030は、第2のPPLN導波路モジュール1002において、SH光1038および信号光の搬送波1030の差周波数に対応するアイドラ光を発生する。したがって第2のPPLN導波路モジュール1002からの出力光1031は、信号光の搬送波およびアイドラ光を含む。ここで信号光の周波数とアイドラ光の周波数は、周波数軸上において局部発振光の周波数を中心として、対称な位置関係にある。さらに、信号光の搬送波およびアイドラ光は、位相共役の関係にある。   The excitation light (Lo1) from the local oscillation light source 1003 generates SH light 1038 in the first PPLN waveguide module 1007 via the optical coupler 1004, the EDFA 1005, and the BPF 1006. The signal light carrier 1030 from the SH light 1038 and the signal light source 1001 generates idler light corresponding to the difference frequency between the SH light 1038 and the signal light carrier 1030 in the second PPLN waveguide module 1002. Therefore, the output light 1031 from the second PPLN waveguide module 1002 includes a signal light carrier wave and idler light. Here, the frequency of the signal light and the frequency of the idler light have a symmetric positional relationship with respect to the frequency of the local oscillation light on the frequency axis. Furthermore, the carrier wave of the signal light and the idler light have a phase conjugate relationship.

第1のデジタル信号生成部1010および第2のデジタル信号生成部1011により、光ファイバ伝送路で受ける分散に起因した光位相のシフトとは逆のシフトを与える演算を行って、送信データに基づいた変調信号に対して補償を加える。第1のデジタル信号生成部1010からの第1のデータ信号1034および第2のデータ信号1035は、信号光に対する変調信号を生成する。同様に、第2のデジタル信号生成部1011からの第3のデータ信号1036および第4のデータ信号1037は、アイドラ光に対する変調信号を生成する。データ信号1034〜1037は、それぞれ、DAC1012〜1015へ入力してアナログ信号に変換し、さらに駆動アンプ1016〜1019で所要レベルまで増幅した。光変調部である第1のIQ変調器1008に入力される2つの変調信号I、Qは、波長分散の前置補償が施された信号光に対する変調信号となる。同様に、光変調部である第2のIQ変調器1009に入力される2つの変調信号I、Qは、波長分散の前置補償が施されたアイドラ光に対する変調信号となる。デジタル信号生成部1010、1011で与えられる前置分散補償による歪みは、後段の光ファイバ910を伝送後に信号光およびアイドラ光に累積される分散による信号歪を受けることで相殺される。また、第1のデータ信号1034および第2のデータ信号1035と、第3のデータ信号1036および第4のデータ信号1037とは、互いに位相共役の関係にあるデータ信号となっている。   Based on the transmission data, the first digital signal generation unit 1010 and the second digital signal generation unit 1011 perform an operation that gives a shift opposite to the shift of the optical phase caused by dispersion received in the optical fiber transmission line. Compensation is applied to the modulation signal. The first data signal 1034 and the second data signal 1035 from the first digital signal generation unit 1010 generate a modulation signal for the signal light. Similarly, the third data signal 1036 and the fourth data signal 1037 from the second digital signal generation unit 1011 generate a modulation signal for idler light. Data signals 1034 to 1037 were input to DACs 1012 to 1015 and converted into analog signals, respectively, and further amplified to required levels by drive amplifiers 1016 to 1019. The two modulation signals I and Q input to the first IQ modulator 1008, which is an optical modulation unit, are modulation signals for the signal light subjected to pre-compensation for chromatic dispersion. Similarly, the two modulation signals I and Q input to the second IQ modulator 1009, which is an optical modulation unit, are modulation signals for idler light subjected to pre-compensation for chromatic dispersion. Distortion due to pre-dispersion compensation given by the digital signal generation units 1010 and 1011 is canceled by receiving signal distortion due to dispersion accumulated in the signal light and idler light after transmission through the optical fiber 910 at the subsequent stage. In addition, the first data signal 1034 and the second data signal 1035, and the third data signal 1036 and the fourth data signal 1037 are data signals having a phase conjugate relationship with each other.

第2のPPLN導波路モジュール1002からの信号光およびアイドラ光は、WSS1020により分波され、それぞれIQ変調器1008、1009によって強度および位相を変調される。すなわち、IQ変調器1008からは、前置分散補償が施されたシンボルレート10GHzのQPSK変調の信号光が出力され、IQ変調器1009からは、前置分散補償が施されたシンボルレート10GHzのQPSK変調のアイドラ光が出力される。2つのIQ変調器1008、1009からのQPSK信号は光合分波器(光カプラ)1021で合波される。上述のように2つのIQ変調器1008、1009への変調信号は互いに位相共役の関係にある信号である。また、変調を受ける搬送波としての信号光およびアイドラ光も、位相共役関係にある。すなわち、IQ変調器1008、1009からの変調後の信号光およびアイドラ光は、変調データも搬送波の光位相も互いに位相共役関係にある。   The signal light and idler light from the second PPLN waveguide module 1002 are demultiplexed by the WSS 1020 and the intensity and phase are modulated by IQ modulators 1008 and 1009, respectively. That is, the IQ modulator 1008 outputs QPSK modulated signal light with a symbol rate of 10 GHz subjected to pre-dispersion compensation, and the IQ modulator 1009 outputs QPSK with a symbol rate of 10 GHz subjected to pre-dispersion compensation. Modulated idler light is output. The QPSK signals from the two IQ modulators 1008 and 1009 are multiplexed by an optical multiplexer / demultiplexer (optical coupler) 1021. As described above, the modulation signals to the two IQ modulators 1008 and 1009 are signals having a phase conjugate relationship with each other. Further, signal light and idler light as carrier waves to be modulated are also in phase conjugate relation. That is, the modulated signal light and idler light from the IQ modulators 1008 and 1009 have a phase conjugate relationship between the modulated data and the optical phase of the carrier wave.

IQ変調器でのレベル低下を補うため、EDFA1022を用いて合波された変調信号を増幅する。その後、光カプラ1004で分波された励起光を光カプラ102で信号光およびアイドラ光に合波させ、図9の80kmの光ファイバ910に入力した。伝送ファイバとその分散特性は実施形態1と同様である。位相感応光増幅をする際には、増幅する信号光およびアイドラ光の基準位相の情報を持つ励起光が必要である。本実施形態の光伝送システムでは、信号光およびアイドラ光の基準位相となっている局部発振光源1033から出力された励起光1032を、信号光およびアイドラ光と同送するパイロットトーンとしている。   In order to compensate for the level drop in the IQ modulator, the combined modulation signal is amplified using the EDFA 1022. Thereafter, the excitation light demultiplexed by the optical coupler 1004 was combined with the signal light and idler light by the optical coupler 102 and input to the 80 km optical fiber 910 in FIG. The transmission fiber and its dispersion characteristics are the same as in the first embodiment. When phase-sensitive light amplification is performed, excitation light having information on the reference phase of the signal light and idler light to be amplified is required. In the optical transmission system of this embodiment, the pumping light 1032 output from the local oscillation light source 1033 that is the reference phase of the signal light and idler light is used as a pilot tone that is transmitted together with the signal light and idler light.

再び図9を参照すると、中継型PSA930は、大まかに波長合分波器931と、第4の光合分波器と、BPF933、938、942と、サーキュレータ934と、局部発振光源(半導体レーザ)935と、位相変調器936と、EDFA937と、PPLN導波路モジュール939、940と、光検出器943と、PLL回路944と、PZTによる光ファイバ伸長器945を備えている。中継型PSA930においても送信器1000と同様、位相感応光増幅過程は、励起光となるSH光発生(SHG)のための第3のPPLN導波路モジュール939、及びOPAのための第4のPPLN導波路モジュール940により動作する。各PPLN導波路モジュールの構成、モジュール内のPPLN導波路の作製方法は実施形態1と同様である。   Referring to FIG. 9 again, the relay type PSA 930 is roughly composed of a wavelength multiplexer / demultiplexer 931, a fourth optical multiplexer / demultiplexer, BPFs 933, 938, 942, a circulator 934, and a local oscillation light source (semiconductor laser) 935. A phase modulator 936, an EDFA 937, PPLN waveguide modules 939 and 940, a photodetector 943, a PLL circuit 944, and an optical fiber expander 945 using PZT. Similarly to the transmitter 1000 in the relay type PSA 930, the phase-sensitive optical amplification process is performed by the third PPLN waveguide module 939 for generating SH light (SHG) as excitation light and the fourth PPLN guide for OPA. It operates by the waveguide module 940. The configuration of each PPLN waveguide module and the method of manufacturing the PPLN waveguide in the module are the same as those in the first embodiment.

信号光およびアイドラ光並びにパイロットトーンを含む光ファイバ910を伝送した信号光群は、偏波補償器920により光ファイバ内の偏波変動が補償される。PSA930において、信号光群951の内のパイロットトーンのみが、波長合分波器931により分波され、信号光およびアイドラ光は第4のPPLN導波路モジュール940へと入力される。パイロットトーンはBPF933により不要なASE光成分を除去した後、光サーキュレータ934経由して、第2の局部発振光源935に光注入同期を行った。光注入同期により、パイロットトーンと同一波長および同一の位相情報を持つ局部発振光を生成した。局部発振光源935は、例えば半導体レーザによって実現できる。   The signal light group transmitted through the optical fiber 910 including the signal light, the idler light, and the pilot tone is compensated for polarization fluctuation in the optical fiber by the polarization compensator 920. In the PSA 930, only the pilot tone in the signal light group 951 is demultiplexed by the wavelength multiplexer / demultiplexer 931, and the signal light and idler light are input to the fourth PPLN waveguide module 940. In the pilot tone, unnecessary ASE light components were removed by BPF 933, and then light injection synchronization was performed on second local oscillation light source 935 via optical circulator 934. The local oscillation light having the same wavelength and the same phase information as the pilot tone was generated by the light injection locking. The local oscillation light source 935 can be realized by a semiconductor laser, for example.

光サーキュレータ934により局部発振光源935からの注入同期した出力を取り出し、局部発振光953をEDFA937により3Wまで増幅する。さらにBPF938によりEDFAの自然放出光を除去した後、第3のPPLN導波路モジュール939に入射した。第3のPPLN導波路モジュール939内のPPLN導波路中のSHG動作により、SH光の励起光954を生成した。3Wの局部発振光により、1Wの強度の励起光954が得られた。この励起光954を、第4のPPLN導波路モジュール940に入射した。第4のPPLN導波路モジュール940内のPPLN導波路内では、信号光およびアイドラ光に対して非縮退パラメトリック過程が引き起こされる。   The optical circulator 934 takes out the output synchronized with the injection from the local oscillation light source 935, and the local oscillation light 953 is amplified to 3 W by the EDFA 937. Further, the spontaneous emission light of the EDFA was removed by the BPF 938 and then incident on the third PPLN waveguide module 939. The SH light excitation light 954 was generated by the SHG operation in the PPLN waveguide in the third PPLN waveguide module 939. An excitation light 954 having an intensity of 1 W was obtained by the local oscillation light of 3 W. This excitation light 954 is incident on the fourth PPLN waveguide module 940. In the PPLN waveguide in the fourth PPLN waveguide module 940, a non-degenerate parametric process is caused for the signal light and the idler light.

信号光およびアイドラ光は、送信器1000における励起光1038の基準位相に同期されている。このため、中継型PSA930においても励起光954を送信器1000の基準位相に同期させることで、全波長で一括位相感応光増幅を実現できる。PSA930において励起光と信号光の位相同期をするため、位相変調器936を用いて微弱な信号により局部発振光に位相変調を施す。第4のPPLNモジュール940を通過した出力光955の一部を光カプラ941により分岐した。BPF942により、出力光955の信号光の波長のみを切り出し、光検出器943により光強度の変化を検出する。PLL回路944を用いて、励起光の位相と信号光の位相が同期するように光ファイバ伸長器945にフィードバックを掛けた。ここでは、位相同期をかけるために出力光955の内の信号光のみを切り出しているが、出力光955のアイドラ光を切り出して光ファイバ伸長器945にフィードバックを掛けても、同様に位相感応光増幅が可能である。   The signal light and idler light are synchronized with the reference phase of the excitation light 1038 in the transmitter 1000. For this reason, even in the relay type PSA 930, by synchronizing the pumping light 954 with the reference phase of the transmitter 1000, it is possible to realize collective phase sensitive optical amplification at all wavelengths. In order to synchronize the phase of the pump light and the signal light in the PSA 930, the phase modulator 936 is used to phase modulate the local oscillation light with a weak signal. Part of the output light 955 that has passed through the fourth PPLN module 940 was branched by the optical coupler 941. Only the wavelength of the signal light of the output light 955 is cut out by the BPF 942, and the change in light intensity is detected by the photodetector 943. Using the PLL circuit 944, feedback was applied to the optical fiber expander 945 so that the phase of the pumping light and the phase of the signal light were synchronized. Here, only the signal light in the output light 955 is cut out in order to synchronize the phase. However, even if the idler light of the output light 955 is cut out and fed back to the optical fiber expander 945, the phase sensitive light is similarly obtained. Amplification is possible.

本実施形態の光伝送システム900では、送信器1000から同送されたパイロットトーンと、PSA930の局部発振光953との位相同期には、光注入同期を用いた。その他の方法として、例えばコスタスループに代表される高速な電気信号のフィードバックを局部発振光源935に帰還することで、位相同期を行っても良い。   In the optical transmission system 900 of this embodiment, optical injection locking is used for phase synchronization between the pilot tone transmitted from the transmitter 1000 and the local oscillation light 953 of the PSA 930. As another method, for example, phase synchronization may be performed by feeding back high-speed electric signal feedback typified by a Costas loop to the local oscillation light source 935.

上述の本実施形態の光伝送システムにおいても、光ファイバ伝送路の分散に起因した位相誤差を、予め送信器1000のデジタル信号生成部1010、1011の段階で補償する。これによって、分散を有する光ファイバを伝送した後の信号光に対しても、分散に起因した特性劣化のない位相感応光増幅を実現できる。本発明の光伝送システムにより、従来技術では分散補償されたファイバで構成された伝送路にしか適用できなかったPSAを、通常のSMF伝送後の信号に対しても適用可能となる。直交位相成分にもデータ変調成分を含むQAM信号のような変調フォーマットの信号にも対応可能で、複数波長の一括増幅もできるPSAにより、大容量光伝送に必要なPSAの適用領域を拡張できる。   Also in the above-described optical transmission system of the present embodiment, the phase error caused by the dispersion of the optical fiber transmission line is compensated in advance at the stage of the digital signal generation units 1010 and 1011 of the transmitter 1000. This makes it possible to realize phase-sensitive optical amplification without characteristic deterioration due to dispersion even for signal light transmitted through an optical fiber having dispersion. The optical transmission system of the present invention makes it possible to apply a PSA that can be applied only to a transmission line constituted by a dispersion-compensated fiber in the prior art to a signal after ordinary SMF transmission. A PSA applicable to a modulation format such as a QAM signal including a quadrature phase component and a data modulation component and capable of collectively amplifying a plurality of wavelengths can expand the application area of the PSA necessary for large-capacity optical transmission.

本発明は、光伝送システムに利用することができる。特に中継型の光増幅装置に利用できる。   The present invention can be used in an optical transmission system. In particular, it can be used for a relay type optical amplifier.

100、200、500、930 位相感応光増幅器(PSA)
102 励起光源
103 励起光位相制御部
201、420、503、514、937、1005、1022 EDFA
202、204、504、505、516、517、939、940、1002、1007 PPLN導波路モジュール
203−1、203−2、502、508、518、941、1004、1021、1023 光カプラ(光分岐部)
205、936 位相変調器
206、207、521、945 光ファイバ伸長器
209、420、520、944 PLL回路
400、900 光伝送システム
401、1000 送信器
402、1010、1011 デジタル信号生成部
405、406、1012〜1015 デジタルアナログ変換器(DAC)
409、1001 信号光源
410、1008、1009 IQ変調器(IQM)
430、910 光ファイバ
440、920 分散及び偏波補償器
506、515、933、938、942、1006 BPF
507、1003 局部発振光源
512、935 半導体レーザ(局部発振光源)
513、934 光サーキュレータ
530 励起光生成部
540 位相感応光増幅部
931 波長合分波器
1020 波長選択型光スイッチ
100, 200, 500, 930 Phase sensitive optical amplifier (PSA)
102 Excitation light source 103 Excitation light phase control unit 201, 420, 503, 514, 937, 1005, 1022 EDFA
202, 204, 504, 505, 516, 517, 939, 940, 1002, 1007 PPLN waveguide module 203-1, 203-2, 502, 508, 518, 941, 1004, 1021, 1023 Optical coupler (optical branching unit) )
205, 936 Phase modulator 206, 207, 521, 945 Optical fiber stretcher 209, 420, 520, 944 PLL circuit 400, 900 Optical transmission system 401, 1000 Transmitter 402, 1010, 1011 Digital signal generator 405, 406, 1012 to 1015 Digital-to-analog converter (DAC)
409, 1001 Signal light source 410, 1008, 1009 IQ modulator (IQM)
430, 910 Optical fiber 440, 920 Dispersion and polarization compensator 506, 515, 933, 938, 942, 1006 BPF
507, 1003 Local oscillation light source 512, 935 Semiconductor laser (local oscillation light source)
513, 934 Optical circulator 530 Excitation light generation unit 540 Phase sensitive optical amplification unit 931 Wavelength multiplexer / demultiplexer 1020 Wavelength selective optical switch

Claims (6)

変調された信号光を発生する送信器と、
光ファイバ伝送路を介して前記送信器と接続される光増幅装置と
を備えた光伝送システムであって、
前記送信器は、
前記光ファイバ伝送路において生じる波長分散に応じた前置分散補償を加えたデジタル信号データを生成するデジタル信号生成部と、
信号光光源からの搬送波光に対し、前記デジタル信号データに基づいて、前記搬送波光の少なくとも光位相を変化させて前記データ変調された信号光を生成する光変調部と
を含み、
前記光増幅装置は、
前記光ファイバ伝送路を伝送された前記信号光に基づいて、第1の励起光を生成する励起光生成部と、
前記励起光生成部からの前記第1の励起光に基づいて、パラメトリック過程で用いる第2の励起光を生成し、前記信号光に対して縮退パラメトリック増幅を行う位相感応光増幅部と、
前記信号光の位相と、前記第2の励起光の位相を同期する手段と
を含むことを特徴とする光伝送システム。
A transmitter for generating modulated signal light;
An optical transmission system comprising: an optical amplification device connected to the transmitter via an optical fiber transmission line;
The transmitter is
A digital signal generator for generating digital signal data to which pre-dispersion compensation is added according to chromatic dispersion generated in the optical fiber transmission line;
An optical modulation unit for generating the data-modulated signal light by changing at least the optical phase of the carrier light based on the digital signal data with respect to the carrier light from the signal light source;
The optical amplification device includes:
A pumping light generating unit that generates first pumping light based on the signal light transmitted through the optical fiber transmission line;
A phase-sensitive light amplifying unit that generates second pumping light used in a parametric process based on the first pumping light from the pumping light generation unit and performs degenerate parametric amplification on the signal light;
An optical transmission system comprising: means for synchronizing the phase of the signal light and the phase of the second pumping light.
前記励起光生成部は、
前記信号光から第2高調波光を生成する第1の二次非線形光学素子と、
前記第2高調波光および局部発振光の差周波数光を生成する第2の二次非線形光学素子と、
注入同期により前記差周波数光から、前記第1の励起光を生成する半導体レーザと
を含み、
前記位相感応光増幅部は、
前記第1の励起光から前記局部発振光および前記第1の励起光の和周波数光である前記第2の励起光を生成する第3の二次非線形光学素子と、
前記第2の励起光によって縮退パラメトリック増幅を行う第4の二次非線形光学素子とを含むこと
を特徴とする請求項1に記載の光伝送システム。
The excitation light generator is
A first second-order nonlinear optical element that generates second harmonic light from the signal light;
A second second-order nonlinear optical element that generates a difference frequency light of the second harmonic light and the local oscillation light;
A semiconductor laser that generates the first pumping light from the difference frequency light by injection locking,
The phase sensitive light amplification unit is
A third second-order nonlinear optical element that generates, from the first excitation light, the second excitation light that is a sum frequency light of the local oscillation light and the first excitation light;
The optical transmission system according to claim 1, further comprising: a fourth second-order nonlinear optical element that performs degenerate parametric amplification with the second pumping light.
変調された信号光群を発生する送信器と、
光ファイバ伝送路を介して前記送信器と接続される光増幅装置と
を備えた光伝送システムであって、
前記送信器は、
前記光ファイバ伝送路において生じる波長分散に応じた前置分散補償を加えたデジタル信号データであって、位相共役の関係にある2組のデジタル信号データを生成するデジタル信号生成部と、
信号光光源からの搬送波光および局部発振光から、前記搬送波光と位相共役の関係にあるアイドラ光を生成するアイドラ光生成部と、
前記位相共役の関係にある2組のデジタル信号データの一方に基づいて、前記搬送波光の光位相および光強度を変化させて変調信号光を生成する第1の光変調部と、
前記位相共役の関係にある2組のデジタル信号データの他方に基づいて、前記アイドラ光の光位相および光強度を変化させて変調アイドラ光を生成する第2の光変調部と
を含み、
前記変調信号光、前記変調アイドラ光および前記局部発振光が同送され、
前記光増幅装置は、
前記光ファイバ伝送路を伝送された前記局部発振光に基づいて、励起光を生成する第1の二次非線形光学素子と、
前記励起光に基づいて、前記変調信号光および前記変調アイドラ光に対して非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、
前記変調信号光の位相と、前記励起光の位相を同期する手段と
を含むことを特徴とする光伝送システム。
A transmitter for generating a modulated signal light group;
An optical transmission system comprising: an optical amplification device connected to the transmitter via an optical fiber transmission line;
The transmitter is
Digital signal data to which pre-dispersion compensation is added according to chromatic dispersion generated in the optical fiber transmission line, and two sets of digital signal data having a phase conjugate relationship;
An idler light generator that generates idler light in a phase conjugate relationship with the carrier light from the carrier light and local oscillation light from the signal light source;
A first optical modulation unit that generates a modulated signal light by changing an optical phase and an optical intensity of the carrier light based on one of the two sets of digital signal data having a phase conjugate relationship;
A second light modulation unit that generates modulated idler light by changing the optical phase and light intensity of the idler light based on the other of the two sets of digital signal data in the phase conjugate relationship, and
The modulated signal light, the modulated idler light and the local oscillation light are sent together,
The optical amplification device includes:
A first second-order nonlinear optical element that generates excitation light based on the local oscillation light transmitted through the optical fiber transmission line;
A second-order nonlinear optical element that performs non-degenerate parametric amplification on the modulated signal light and the modulated idler light based on the excitation light;
An optical transmission system comprising: means for synchronizing the phase of the modulated signal light and the phase of the pumping light.
前記送信器は、
前記局部発振光から、第2高調波光を生成する第3の二次非線形光学素子と、
前記第2高調波光と前記搬送波光との差周波数光である前記アイドラ光を生成する第4の二次非線形光学素子と
をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の光伝送システム。
The transmitter is
A third second-order nonlinear optical element that generates second harmonic light from the local oscillation light;
The optical transmission system according to claim 3, further comprising: a fourth second-order nonlinear optical element that generates the idler light that is the difference frequency light between the second harmonic light and the carrier light.
光ファイバ伝送路において生じる波長分散に応じた前置分散補償を加えた変調信号により送信器において生成された信号光であって、当該光ファイバ伝送路を伝送した前記信号光を光感応増幅する光増幅装置であって、
前記光ファイバ伝送路を伝送した前記信号光に基づいて、第1の励起光を生成する励起光生成部と、
前記励起光生成部からの前記第1の励起光に基づいて、パラメトリック過程で用いる第2の励起光を生成し、前記信号光に対して縮退パラメトリック増幅を行う位相感応光増幅部と、
前記信号光の位相と、前記第2の励起光の位相を同期する手段と
を含むことを特徴とする光増幅装置。
Signal light generated in a transmitter by a modulated signal to which pre-dispersion compensation corresponding to chromatic dispersion generated in an optical fiber transmission line is added, and light that amplifies the signal light transmitted through the optical fiber transmission line. An amplifying device,
A pumping light generator that generates first pumping light based on the signal light transmitted through the optical fiber transmission line;
A phase-sensitive light amplifying unit that generates second pumping light used in a parametric process based on the first pumping light from the pumping light generation unit and performs degenerate parametric amplification on the signal light;
An optical amplifying apparatus comprising: means for synchronizing the phase of the signal light and the phase of the second pumping light.
光ファイバ伝送路において生じる波長分散に応じた前置分散補償を加えた変調信号により送信器において生成された信号光群であって、当該光ファイバ伝送路を伝送した前記信号光群を光感応増幅する光増幅装置であって、
前記信号光群は、
位相共役の関係にある2組のデジタル信号データの内の一方に基づいて、信号光光源からの搬送波光の光位相および光強度を変化させて変調された変調信号光と、
前記位相共役の関係にある2組のデジタル信号データの他方に基づいて、前記搬送波光および局部発振光から生じ、前記搬送波光と位相共役の関係にあるアイドラ光に対して、その光位相および光強度を変化させて変調されたアイドラ変調光と、
前記変調信号光および前記アイドラ変調光と同送された前記局部発振光を含み、
前記光増幅装置は、
前記光ファイバ伝送路を伝送した前記局部発振光に基づいて、励起光を生成する第1の二次非線形光学素子と、
前記励起光に基づいて、前記変調信号光および前記アイドラ変調光に対して非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、
前記変調光信号の位相と、前記励起光の位相を同期する手段と
を含むことを特徴とする光増幅装置。
A signal light group generated in a transmitter by a modulated signal to which pre-dispersion compensation according to chromatic dispersion generated in an optical fiber transmission line is added, and the signal light group transmitted through the optical fiber transmission line is light-sensitive amplified. An optical amplifying device,
The signal light group is
A modulated signal light modulated by changing the optical phase and light intensity of the carrier light from the signal light source based on one of the two sets of digital signal data having a phase conjugate relationship;
Based on the other of the two sets of digital signal data in the phase conjugate relationship, the optical phase and the light are generated from the carrier light and the local oscillation light, and the idler light in the phase conjugate relationship with the carrier light Idler-modulated light modulated with varying intensity,
Including the local oscillation light transmitted together with the modulated signal light and the idler modulated light;
The optical amplification device includes:
A first second-order nonlinear optical element that generates pumping light based on the local oscillation light transmitted through the optical fiber transmission line;
A second-order nonlinear optical element that performs non-degenerate parametric amplification on the modulated signal light and the idler modulated light based on the excitation light;
An optical amplifying apparatus comprising: means for synchronizing the phase of the modulated optical signal and the phase of the pumping light.
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