JP3199195B2 - 広スペクトル幅光源 - Google Patents
広スペクトル幅光源Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、通常の光ファイバ内で
誘導ブリルアン散乱を受けにくい、光通信用光源に関す
るものである。
誘導ブリルアン散乱を受けにくい、光通信用光源に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバの損失がほぼ理論限界に近い
小さな値に達した今日では、超長距離光伝送の実現に
は、光ファイバに有効に入射する信号光強度の増大が有
効である。近年、半導体レーザの出力向上、あるいはエ
ルビウムドープ光ファイバ増幅器等による信号光強度増
大技術の進展がめざましいが、光ファイバに入射できる
光強度には限界があることが知られている。すなわち、
強い光を光ファイバに入射させると、誘導ブリルアン散
乱現象によって入射光の大部分は光ファイバの光入射端
に向かって反射され、光受信端には届かなくなる。
小さな値に達した今日では、超長距離光伝送の実現に
は、光ファイバに有効に入射する信号光強度の増大が有
効である。近年、半導体レーザの出力向上、あるいはエ
ルビウムドープ光ファイバ増幅器等による信号光強度増
大技術の進展がめざましいが、光ファイバに入射できる
光強度には限界があることが知られている。すなわち、
強い光を光ファイバに入射させると、誘導ブリルアン散
乱現象によって入射光の大部分は光ファイバの光入射端
に向かって反射され、光受信端には届かなくなる。
【０００３】光ファイバ中の誘導ブリルアン散乱を抑圧
して有効入力光強度を増大させるための従来技術とし
て、大別して、以下の２種類の方法が報告されている。
第１の方法は誘導ブリルアン散乱が発生しにくい構造の
光ファイバを用いるもので、光ファイバケーブルを二重
螺旋構造としたり（文献１：吉沢他，「光ファイバのケ
ーブル化による誘導ブリルアン散乱の抑制」、信学春季
大会B-857, 1992 ）、光ファイバ線引き時の張力を変え
る（文献２：野沢他「誘導ブリルアン散乱を抑制した光
ファイバ」、信学秋季大会B-540, 1991 ）ことにより、
軸方向の残留応力を変化させたり、あるいは、ドーパン
ト量をファイバの長手方向に不均一とする（文献３：田
嶋他、「高入力光ファイバ」特願平3-287643) こと等に
より、ブリルアン周波数シフト量を長手方向に不均一と
するものである。
して有効入力光強度を増大させるための従来技術とし
て、大別して、以下の２種類の方法が報告されている。
第１の方法は誘導ブリルアン散乱が発生しにくい構造の
光ファイバを用いるもので、光ファイバケーブルを二重
螺旋構造としたり（文献１：吉沢他，「光ファイバのケ
ーブル化による誘導ブリルアン散乱の抑制」、信学春季
大会B-857, 1992 ）、光ファイバ線引き時の張力を変え
る（文献２：野沢他「誘導ブリルアン散乱を抑制した光
ファイバ」、信学秋季大会B-540, 1991 ）ことにより、
軸方向の残留応力を変化させたり、あるいは、ドーパン
ト量をファイバの長手方向に不均一とする（文献３：田
嶋他、「高入力光ファイバ」特願平3-287643) こと等に
より、ブリルアン周波数シフト量を長手方向に不均一と
するものである。
【０００４】一方、第２の方法は、光ファイバの構造は
従来通りとし、信号光のスペクトル幅を広げることによ
り誘導ブリルアン散乱を受けにくくするもので、位相変
調や周波数変調方式を採用する方法（文献４：杉江、
「長スパンＣＰＦＳＫコヒーレント伝送系における誘導
ブリルアン散乱光の影響に関する考察」、信学秋季大会
SB-8-3, 1991）や、ＦＭ変調を加えた搬送波を用いる方
法（文献５：Ogata et al., OEC'92, 16A4-3, 1992) な
どが提案されている。
従来通りとし、信号光のスペクトル幅を広げることによ
り誘導ブリルアン散乱を受けにくくするもので、位相変
調や周波数変調方式を採用する方法（文献４：杉江、
「長スパンＣＰＦＳＫコヒーレント伝送系における誘導
ブリルアン散乱光の影響に関する考察」、信学秋季大会
SB-8-3, 1991）や、ＦＭ変調を加えた搬送波を用いる方
法（文献５：Ogata et al., OEC'92, 16A4-3, 1992) な
どが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
第１の方法はいずれも従来用いられているものと異なる
構造の光ファイバを用いるものであり、既に建設済みの
光線路への適用はできないという問題点をかかえてい
る。また、前述の第２の方法は適用できる伝送方式が限
定されるため、例えば、現在公衆光通信で最も一般的に
用いられているＩＭ／ＤＤ（強度変調／直接検波）方式
には適用できないという問題点があった。
第１の方法はいずれも従来用いられているものと異なる
構造の光ファイバを用いるものであり、既に建設済みの
光線路への適用はできないという問題点をかかえてい
る。また、前述の第２の方法は適用できる伝送方式が限
定されるため、例えば、現在公衆光通信で最も一般的に
用いられているＩＭ／ＤＤ（強度変調／直接検波）方式
には適用できないという問題点があった。
【０００６】本発明は、上述の第２の方法における問題
点を解決するためになされたものであって、光ファイバ
の種類、ならびに伝送方式によらず誘導ブリルアン散乱
の影響を受けにくい光源を提供することを目的とする。
点を解決するためになされたものであって、光ファイバ
の種類、ならびに伝送方式によらず誘導ブリルアン散乱
の影響を受けにくい光源を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１では、狭スペクトル幅光源と、入
力ポート、透過ポート、反射ポートの少なくとも３つの
ポートを備え、該狭スペクトル幅光源の出射光を入力ポ
ートに接続した方向性結合器と、該方向性結合器の透過
ポートに接続された広いブリルアン利得幅をもつ光ファ
イバと、前記方向性結合器の反射ポートに接続された光
周波数フィルタと、該光周波数フィルタの透過光を増幅
する光増幅器とよりなる。また請求項２では、方向性結
合器として、ファイバカプラを用いる。また請求項３で
は、方向性結合器として、３つのポートのそれぞれに必
要に応じてコリメータを備えた半透鏡を用いる。また請
求項４では、光周波数フィルタとして、ファブリペロー
干渉計型光周波数フィルタを用いる。また請求項５で
は、光周波数フィルタとして、マッハツェンダ干渉計型
光周波数フィルタを用いる。また請求項６では、広いブ
リルアン利得幅をもつ光ファイバとして、長手方向に不
均一にドーパントが分布した光ファイバを用いる。また
請求項７では、広いブリルアン利得幅をもつ光ファイバ
として、長手方向に不均一に歪が分布した光ファイバを
用いる。
め、本発明の請求項１では、狭スペクトル幅光源と、入
力ポート、透過ポート、反射ポートの少なくとも３つの
ポートを備え、該狭スペクトル幅光源の出射光を入力ポ
ートに接続した方向性結合器と、該方向性結合器の透過
ポートに接続された広いブリルアン利得幅をもつ光ファ
イバと、前記方向性結合器の反射ポートに接続された光
周波数フィルタと、該光周波数フィルタの透過光を増幅
する光増幅器とよりなる。また請求項２では、方向性結
合器として、ファイバカプラを用いる。また請求項３で
は、方向性結合器として、３つのポートのそれぞれに必
要に応じてコリメータを備えた半透鏡を用いる。また請
求項４では、光周波数フィルタとして、ファブリペロー
干渉計型光周波数フィルタを用いる。また請求項５で
は、光周波数フィルタとして、マッハツェンダ干渉計型
光周波数フィルタを用いる。また請求項６では、広いブ
リルアン利得幅をもつ光ファイバとして、長手方向に不
均一にドーパントが分布した光ファイバを用いる。また
請求項７では、広いブリルアン利得幅をもつ光ファイバ
として、長手方向に不均一に歪が分布した光ファイバを
用いる。
【０００８】
【作用】本発明はスペクトル幅の広い光を得るためにブ
リルアン散乱現象を積極的に利用するものである。すな
わち、スペクトル幅の狭い光源を発した光を方向性結合
器を介して、ブリルアン利得幅の広い光ファイバに入射
し、該光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光を前記方
向性結合器から取り出し、光周波数フィルタを通過させ
ることによりスペクトル幅の狭いレーリー散乱光を除去
した後、光増幅器で増幅する。
リルアン散乱現象を積極的に利用するものである。すな
わち、スペクトル幅の狭い光源を発した光を方向性結合
器を介して、ブリルアン利得幅の広い光ファイバに入射
し、該光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光を前記方
向性結合器から取り出し、光周波数フィルタを通過させ
ることによりスペクトル幅の狭いレーリー散乱光を除去
した後、光増幅器で増幅する。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例を説明する図で
あって、１は分布帰還型半導体レーザ、２はファイバカ
ップラ、３は不均一ドーパント型光ファイバ、４はファ
ブリ・ペロー干渉計型光周波数フィルタ、５はエルビウ
ムドープ光ファイバ増幅器である。以下、本発明の構
成、動作を詳しく説明する。
あって、１は分布帰還型半導体レーザ、２はファイバカ
ップラ、３は不均一ドーパント型光ファイバ、４はファ
ブリ・ペロー干渉計型光周波数フィルタ、５はエルビウ
ムドープ光ファイバ増幅器である。以下、本発明の構
成、動作を詳しく説明する。
【００１０】分布帰還型半導体レーザ１は、1.3 μｍ
帯、あるいは、1.55μｍ帯において数MHz 以下の狭いス
ペクトル幅をもつ光源であって、通常10mW程度の強さの
光を光ファイバ内に結合させることができる。半導体レ
ーザ１を発した光は、図示していない適当なレンズ系等
の手段により、ファイバカップラ２の後記入力ポートに
結合される。ファイバカップラ２は、４つのポート（入
出力端子）を備えた１種の方向性結合器であって、通
常、用い方により、２−１は入力ポート、２−２は透過
ポート、２−３は反射ポート、２−４は分岐ポートであ
る。入力ポート２−１に結合した光のうち、透過ポート
２−２から出射する光のパワーＰ2 （mW）と、分岐ポー
ト２−４から出射する光のパワーＰ4 （mW）との比率は
分岐比である。後に詳しく説明するように、本発明では
入力ポート２−１から透過ポート２−２へ結合した光が
不均一ドーパント型光ファイバ３の中で散乱された後、
再び透過ポート２−２から入射して反射ポート２−３か
ら出射した光を用いる。このため、反射ポート２−３か
らの出力光パワーを最大とするためには、本発明に用い
るファイバカップラ２の分岐比は５０：５０となること
が望ましい。
帯、あるいは、1.55μｍ帯において数MHz 以下の狭いス
ペクトル幅をもつ光源であって、通常10mW程度の強さの
光を光ファイバ内に結合させることができる。半導体レ
ーザ１を発した光は、図示していない適当なレンズ系等
の手段により、ファイバカップラ２の後記入力ポートに
結合される。ファイバカップラ２は、４つのポート（入
出力端子）を備えた１種の方向性結合器であって、通
常、用い方により、２−１は入力ポート、２−２は透過
ポート、２−３は反射ポート、２−４は分岐ポートであ
る。入力ポート２−１に結合した光のうち、透過ポート
２−２から出射する光のパワーＰ2 （mW）と、分岐ポー
ト２−４から出射する光のパワーＰ4 （mW）との比率は
分岐比である。後に詳しく説明するように、本発明では
入力ポート２−１から透過ポート２−２へ結合した光が
不均一ドーパント型光ファイバ３の中で散乱された後、
再び透過ポート２−２から入射して反射ポート２−３か
ら出射した光を用いる。このため、反射ポート２−３か
らの出力光パワーを最大とするためには、本発明に用い
るファイバカップラ２の分岐比は５０：５０となること
が望ましい。
【００１１】ファイバカプラ２の透過ポート２−２を出
射した光は、不均一ドーパント型光ファイバ３に入射す
る。図２は全長30kmの不均一ドーパント型光ファイバ３
の構造の実測例であって、実線、点線は光ファイバ３の
両端における屈折率分布、破線は中央における屈折率分
布を表す。この図に示すように、コア・クラッド間の比
屈折率差を一定に保ったまま、ドーパント量を長手方向
に不均一にすると、入射光と散乱光の周波数差、すなわ
ち、ブリルアン周波数シフト量がドーパント量に依存し
て変化するため、ブリルアン利得幅が広がることが特願
平3-287643に開示されている。特願平3-287643ではブリ
ルアン利得幅が広がる結果、誘導ブリルアン散乱が生じ
にくくなる性質を利用しているが、本発明ではブリルア
ン利得幅が広がることそのものを利用する。
射した光は、不均一ドーパント型光ファイバ３に入射す
る。図２は全長30kmの不均一ドーパント型光ファイバ３
の構造の実測例であって、実線、点線は光ファイバ３の
両端における屈折率分布、破線は中央における屈折率分
布を表す。この図に示すように、コア・クラッド間の比
屈折率差を一定に保ったまま、ドーパント量を長手方向
に不均一にすると、入射光と散乱光の周波数差、すなわ
ち、ブリルアン周波数シフト量がドーパント量に依存し
て変化するため、ブリルアン利得幅が広がることが特願
平3-287643に開示されている。特願平3-287643ではブリ
ルアン利得幅が広がる結果、誘導ブリルアン散乱が生じ
にくくなる性質を利用しているが、本発明ではブリルア
ン利得幅が広がることそのものを利用する。
【００１２】図３は、ブリルアン周波数シフト量が20MH
z/kmの割合で長手方向に変化する不均一ドーパント型光
ファイバへの入射光の強度と、入射端に向かって散乱さ
れるブリルアン散乱光のパワー、及びそのスペクトル幅
の関係を示す数値計算結果である。図３より、入力光パ
ワーが増加するに従い散乱光量が非線形に増加し、スペ
クトル幅は減少することがわかる。これは、自然ブリル
アン散乱状態から誘導ブリルアン散乱状態へと移行して
いくことに対応している。
z/kmの割合で長手方向に変化する不均一ドーパント型光
ファイバへの入射光の強度と、入射端に向かって散乱さ
れるブリルアン散乱光のパワー、及びそのスペクトル幅
の関係を示す数値計算結果である。図３より、入力光パ
ワーが増加するに従い散乱光量が非線形に増加し、スペ
クトル幅は減少することがわかる。これは、自然ブリル
アン散乱状態から誘導ブリルアン散乱状態へと移行して
いくことに対応している。
【００１３】図３において、例えば、入力パワーが約25
mWのとき散乱光スペクトル幅は約70MHz となり、その散
乱光量は-20dBmとなる。このブリルアン散乱光は周波数
変化を受けないレーリー散乱光とともに透過ポート２−
２から再びファイバカップラ２を通って、反射ポート２
−３から取り出され、ファブリ・ペロー干渉計型光周波
数フィルタ４に入射する。
mWのとき散乱光スペクトル幅は約70MHz となり、その散
乱光量は-20dBmとなる。このブリルアン散乱光は周波数
変化を受けないレーリー散乱光とともに透過ポート２−
２から再びファイバカップラ２を通って、反射ポート２
−３から取り出され、ファブリ・ペロー干渉計型光周波
数フィルタ４に入射する。
【００１４】ファブリ・ペロー光周波数フィルタ４は、
例えば、米国ニューポート社から「スーパー・キャビテ
ィ」という商品名で市販されており、一般に図４に示す
ごとき透過特性をもつ。すなわち、周期的にある周波数
幅Δｆの光を通し、その他の周波数の光を遮断する。こ
の周波数幅Δｆ、及び周期ＦＳＲはファブリ・ペロー光
周波数フィルタの製造条件により任意の値に設計するこ
とができる。レーリー散乱光とブリルアン散乱光の光周
波数は異なっている（波長1.3 μｍのとき約13GHz 、波
長1.55μｍのとき約10GHz ）。そこで、ファブリ・ペロ
ー光周波数フィルタ４の動作条件を調節することによ
り、ファブリ・ペロー光周波数フィルタ４に入射した光
のうち、スペクトル幅の狭いままのレーリー散乱光を遮
断し、スペクトル幅の広がったブリルアン散乱光のみを
透過させることができる。この光をエルビウムドープ光
ファイバ増幅器５に導いて増幅し、その飽和出力（約10
0mW)に近い光を得る。こうして得られた光ファイバ増幅
器からの出射光の光周波数は、もとの光源１の光周波数
にくらべるとブリルアン周波数シフト量（波長1.3 μｍ
のとき約13GHz 、波長1.55μｍのとき約10GHz ）だけ小
さくなっているが、そのスペクトル幅は70MHz に拡大さ
れているため、誘導ブリルアン散乱を受けにくく、誘導
ブリルアン散乱のしきい値は、スペクトル幅が約50MHz
以下の通常の光源を通常の光ファイバ（しきい値5mW 、
利得幅ν0=50MHz)に入射する場合の1.4倍の7mW 程度ま
で増加する。
例えば、米国ニューポート社から「スーパー・キャビテ
ィ」という商品名で市販されており、一般に図４に示す
ごとき透過特性をもつ。すなわち、周期的にある周波数
幅Δｆの光を通し、その他の周波数の光を遮断する。こ
の周波数幅Δｆ、及び周期ＦＳＲはファブリ・ペロー光
周波数フィルタの製造条件により任意の値に設計するこ
とができる。レーリー散乱光とブリルアン散乱光の光周
波数は異なっている（波長1.3 μｍのとき約13GHz 、波
長1.55μｍのとき約10GHz ）。そこで、ファブリ・ペロ
ー光周波数フィルタ４の動作条件を調節することによ
り、ファブリ・ペロー光周波数フィルタ４に入射した光
のうち、スペクトル幅の狭いままのレーリー散乱光を遮
断し、スペクトル幅の広がったブリルアン散乱光のみを
透過させることができる。この光をエルビウムドープ光
ファイバ増幅器５に導いて増幅し、その飽和出力（約10
0mW)に近い光を得る。こうして得られた光ファイバ増幅
器からの出射光の光周波数は、もとの光源１の光周波数
にくらべるとブリルアン周波数シフト量（波長1.3 μｍ
のとき約13GHz 、波長1.55μｍのとき約10GHz ）だけ小
さくなっているが、そのスペクトル幅は70MHz に拡大さ
れているため、誘導ブリルアン散乱を受けにくく、誘導
ブリルアン散乱のしきい値は、スペクトル幅が約50MHz
以下の通常の光源を通常の光ファイバ（しきい値5mW 、
利得幅ν0=50MHz)に入射する場合の1.4倍の7mW 程度ま
で増加する。
【００１５】光増幅器の利得が十分大きい場合には、更
に大きいしきい値を得ることができる。すなわち、図３
において、入力光量を1mW とするとスペクトル幅が150M
Hz、光量が-54dBmのブリルアン散乱光が得られることが
わかる。このブリルアン散乱光をファブリ・ペロー光周
波数フィルタ４でレーリー散乱光から分離して、十分利
得の高い光増幅器で増幅することにより、スペクトル幅
が150MHzもの非常に大きい光を得ることができる。この
とき、誘導ブリルアン散乱のしきい値は、利得幅が50MH
z 程度の通常の光ファイバに対し、スペクトル幅が50MH
z 以下の通常の光源を使う場合の３倍（=150MHz/50MHz)
の15mWにまで増加する。
に大きいしきい値を得ることができる。すなわち、図３
において、入力光量を1mW とするとスペクトル幅が150M
Hz、光量が-54dBmのブリルアン散乱光が得られることが
わかる。このブリルアン散乱光をファブリ・ペロー光周
波数フィルタ４でレーリー散乱光から分離して、十分利
得の高い光増幅器で増幅することにより、スペクトル幅
が150MHzもの非常に大きい光を得ることができる。この
とき、誘導ブリルアン散乱のしきい値は、利得幅が50MH
z 程度の通常の光ファイバに対し、スペクトル幅が50MH
z 以下の通常の光源を使う場合の３倍（=150MHz/50MHz)
の15mWにまで増加する。
【００１６】光ファイバのブリルアン利得幅はドーパン
ト量の長手方向変化量に依存して拡大することが知られ
ている。柴田他の報告（文献６： N.Shibata et al. EC
OC'88, pp.115-118, 1988)によれば、2.2%のＦ変化量に
より800MHzのブリルアン周波数シフト量の変化を与える
ことが実験的に確認されている。従って、Ｆを可変ドー
パントと光ファイバを用い、これに1mW 程度の弱い光を
入射して得られたブリルアン散乱光を、利得の十分大き
い光増幅器で増幅すれば、通常の光源を用いる場合の16
倍の80mWまで誘導ブリルアン散乱のしきい値を増大させ
ることができる。
ト量の長手方向変化量に依存して拡大することが知られ
ている。柴田他の報告（文献６： N.Shibata et al. EC
OC'88, pp.115-118, 1988)によれば、2.2%のＦ変化量に
より800MHzのブリルアン周波数シフト量の変化を与える
ことが実験的に確認されている。従って、Ｆを可変ドー
パントと光ファイバを用い、これに1mW 程度の弱い光を
入射して得られたブリルアン散乱光を、利得の十分大き
い光増幅器で増幅すれば、通常の光源を用いる場合の16
倍の80mWまで誘導ブリルアン散乱のしきい値を増大させ
ることができる。
【００１７】図５は本発明の第２の実施例を示す図であ
って、１´は半導体励起リングＹＡＧレーザ、２´は透
過ポート２´−２と反射ポート２´−３に光ファイバ結
合用コリメータを備えた半透鏡、３´は長手方向に不均
一に歪が分布した光ファイバ、４´はマッハツェンダー
干渉計型光周波数フィルタ、５´はピグテール付半導体
光増幅器である。レーザ１´の動作波長は1.319 μｍ近
辺であって、数十GHzの周波数可変範囲があり、数百mW
の高出力の製品が、例えば、米国ライトウェイブ社、あ
るいはアモコ社などから市販されている。半透鏡２´は
入射ポート２´−１から入射した光の一部を透過ポート
２−２´から出射し、具備されているコリメータを介し
て光ファイバ３´に結合させる。また、光ファイバ３´
内で散乱されてもどってきた光を透過ポート２´−２を
介して受光し、その一部を反射ポート２´−３に具備さ
れたコリメータを介してマッハツェンダー干渉計型光周
波数フィルタ４´を透過させた後、ピグテール付半導体
光増幅器５´に導く。第１の実施例の説明の中で述べた
のと全く同じ理由により、半透明鏡２´の透過率は50%
とすることが望ましい。長手方向に不均一に歪が分布し
た光ファイバ３´は、例えば、先に引用した文献２に開
示されているように、光ファイバ線引時の張力を数kmお
きに交互に基準値の±20g の値に設定することによって
得られる。あるいは、先に引用した文献１に開示されて
いるように、従来法で製造された光ファイバを二重螺旋
構造にケーブル化することにより、±0.35% 程度の周期
的歪変化を与えることによって実現することができる。
マッハツェンダー干渉計型光周波数フィルタは、光周波
数多重通信用の基本部品として知られるもので、先に述
べたファブリ・ペロー干渉計型光周波数フィルタ４と類
似の周期的透過特性をもつ。これについては、その特
性、ならびに製造方法が特願昭62-162164 に開示されて
いる。ピグテール付半導体光増幅器５´としては、10dB
以上の利得をもつ製品が米国Ｅ−ＴＥＫ社、あるいはＢ
Ｔ＆Ｄ社等から市販されている。
って、１´は半導体励起リングＹＡＧレーザ、２´は透
過ポート２´−２と反射ポート２´−３に光ファイバ結
合用コリメータを備えた半透鏡、３´は長手方向に不均
一に歪が分布した光ファイバ、４´はマッハツェンダー
干渉計型光周波数フィルタ、５´はピグテール付半導体
光増幅器である。レーザ１´の動作波長は1.319 μｍ近
辺であって、数十GHzの周波数可変範囲があり、数百mW
の高出力の製品が、例えば、米国ライトウェイブ社、あ
るいはアモコ社などから市販されている。半透鏡２´は
入射ポート２´−１から入射した光の一部を透過ポート
２−２´から出射し、具備されているコリメータを介し
て光ファイバ３´に結合させる。また、光ファイバ３´
内で散乱されてもどってきた光を透過ポート２´−２を
介して受光し、その一部を反射ポート２´−３に具備さ
れたコリメータを介してマッハツェンダー干渉計型光周
波数フィルタ４´を透過させた後、ピグテール付半導体
光増幅器５´に導く。第１の実施例の説明の中で述べた
のと全く同じ理由により、半透明鏡２´の透過率は50%
とすることが望ましい。長手方向に不均一に歪が分布し
た光ファイバ３´は、例えば、先に引用した文献２に開
示されているように、光ファイバ線引時の張力を数kmお
きに交互に基準値の±20g の値に設定することによって
得られる。あるいは、先に引用した文献１に開示されて
いるように、従来法で製造された光ファイバを二重螺旋
構造にケーブル化することにより、±0.35% 程度の周期
的歪変化を与えることによって実現することができる。
マッハツェンダー干渉計型光周波数フィルタは、光周波
数多重通信用の基本部品として知られるもので、先に述
べたファブリ・ペロー干渉計型光周波数フィルタ４と類
似の周期的透過特性をもつ。これについては、その特
性、ならびに製造方法が特願昭62-162164 に開示されて
いる。ピグテール付半導体光増幅器５´としては、10dB
以上の利得をもつ製品が米国Ｅ−ＴＥＫ社、あるいはＢ
Ｔ＆Ｄ社等から市販されている。
【００１８】次に、本発明の第２の実施例の動作につい
て説明する。第２の実施例の動作は、基本的には第１の
実施例の動作と同じである。すなわち、光源１´を出射
した光は方向性結合器として用いられている半透鏡２´
を経て、不均一な歪を付与した光ファイバ３´に入射さ
れる。光ファイバ３´は長手方向に不均一な歪が加えら
れているため、マクロにはブリルアン利得幅が広い、均
一な光ファイバと同様の振舞いをする。すなわち、発生
するブリルアン散乱光は広いスペクトル幅をもつ。この
ことに関しては、例えば、歪振幅0.35% を与えたケーブ
ル中の光ファイバのブリルアン利得スペクトル幅が406M
Hzもの値になることが実験的に確かめられている（文献
１）。不均一な歪をもつ光ファイバ３´の入射端に向か
って散乱されたブリルアン散乱光は、半透鏡２´の透過
ポート２´−２を介して反射ポート２´−３から取り出
され、マッハツェンダー干渉計型光周波数４´において
レーリー散乱光と分離された後、半導体光増幅器５´で
増幅される。こうして得られたブリルアン散乱光は、先
にも述べたように、光ファイバ３´の特性できまる広い
スペクトル幅をもつため、通常の光ファイバに入射する
場合に、その光ファイバ内での誘導ブリルアン散乱のし
きい値が大きくなる。
て説明する。第２の実施例の動作は、基本的には第１の
実施例の動作と同じである。すなわち、光源１´を出射
した光は方向性結合器として用いられている半透鏡２´
を経て、不均一な歪を付与した光ファイバ３´に入射さ
れる。光ファイバ３´は長手方向に不均一な歪が加えら
れているため、マクロにはブリルアン利得幅が広い、均
一な光ファイバと同様の振舞いをする。すなわち、発生
するブリルアン散乱光は広いスペクトル幅をもつ。この
ことに関しては、例えば、歪振幅0.35% を与えたケーブ
ル中の光ファイバのブリルアン利得スペクトル幅が406M
Hzもの値になることが実験的に確かめられている（文献
１）。不均一な歪をもつ光ファイバ３´の入射端に向か
って散乱されたブリルアン散乱光は、半透鏡２´の透過
ポート２´−２を介して反射ポート２´−３から取り出
され、マッハツェンダー干渉計型光周波数４´において
レーリー散乱光と分離された後、半導体光増幅器５´で
増幅される。こうして得られたブリルアン散乱光は、先
にも述べたように、光ファイバ３´の特性できまる広い
スペクトル幅をもつため、通常の光ファイバに入射する
場合に、その光ファイバ内での誘導ブリルアン散乱のし
きい値が大きくなる。
【００１９】以上の説明からも明かなように、光源とし
て分布帰還型半導体レーザ１と半導体レーザ励起リング
ＹＡＧレーザ１´のいずれを用いるかは、本発明の他の
構成要素の組み合わせによらず任意である。方向性結合
器としてファイバカップラ２とコリメータ付半透鏡２´
のいずれを用いるかについても同様であって、他の構成
要素の組み合わせによらず任意である。ブリルアン散乱
を生ぜしめるファイバとしてはそのブリルアン利得幅が
広いことが要求されるのであって、その原理がドーパン
トを不均一に分布させることによるもの（光ファイバ
３）か歪を不均一に分布させるもの（光ファイバ３´）
を用いるかは、他の構成要素の組み合わせによらず任意
である。また、レーリー散乱光とブリルアン散乱光を分
離するために用いられる光周波数フィルタとして、ファ
ブリ・ペロー干渉計型、あるいはマッハツェンダー干渉
計型のいずれを用いることもできる。同様に、本発明の
出力光取り出し部に用いられる光増幅器はエルビウム、
プラセオジミウム、ネオジミウム等の希土類ドープ光フ
ァイバ型光増幅器あるいは半導体光増幅器のいずれを用
いることもできる。
て分布帰還型半導体レーザ１と半導体レーザ励起リング
ＹＡＧレーザ１´のいずれを用いるかは、本発明の他の
構成要素の組み合わせによらず任意である。方向性結合
器としてファイバカップラ２とコリメータ付半透鏡２´
のいずれを用いるかについても同様であって、他の構成
要素の組み合わせによらず任意である。ブリルアン散乱
を生ぜしめるファイバとしてはそのブリルアン利得幅が
広いことが要求されるのであって、その原理がドーパン
トを不均一に分布させることによるもの（光ファイバ
３）か歪を不均一に分布させるもの（光ファイバ３´）
を用いるかは、他の構成要素の組み合わせによらず任意
である。また、レーリー散乱光とブリルアン散乱光を分
離するために用いられる光周波数フィルタとして、ファ
ブリ・ペロー干渉計型、あるいはマッハツェンダー干渉
計型のいずれを用いることもできる。同様に、本発明の
出力光取り出し部に用いられる光増幅器はエルビウム、
プラセオジミウム、ネオジミウム等の希土類ドープ光フ
ァイバ型光増幅器あるいは半導体光増幅器のいずれを用
いることもできる。
【００２０】最後に、ＩＭ／ＤＤ方式の場合を例にとっ
て、本発明による信号対雑音電力費（ＳＮ比）の改善度
について述べる。本発明をＩＭ／ＤＤ方式の通信用光源
として用いる場合、光源のスペクトル幅が広がるため受
信帯域も広くとる必要がある。信号の帯域幅をＢs 、本
発明光源のスペクトル幅をＢL とする。スペクトル幅が
十分狭い光源を用いる場合の受信雑音電力をＢs Ｋ（Ｋ
は定数）とするとき、本発明光源を用いるときの受信雑
音電力は（Ｂs ＋ＢL ）Ｋとなる。一方、従来光源を用
いる場合の伝送し得る信号パワーの最大値をＳとすれ
ば、本発明光源を用いる場合には（ＢL ／νo ）Ｓに増
加する。従って、Ｓ／Ｎ比改善度１は、 Ｉ＝［（ＢL ／ν0 ）Ｓ／（Ｂs ＋ＢL ）Ｋ］／［Ｓ／Ｂs Ｋ］ ＝１／ν０（１／Ｂs ＋１／ＢL ） となる。通常のファイバではν0=50MHz 程度であるの
で、例えば、Ｂs ＝1GHz、ＢL=800MHzの場合には、Ｉ＝
8.9 となり、約9dB のＳ／Ｎ比改善が達成される。
て、本発明による信号対雑音電力費（ＳＮ比）の改善度
について述べる。本発明をＩＭ／ＤＤ方式の通信用光源
として用いる場合、光源のスペクトル幅が広がるため受
信帯域も広くとる必要がある。信号の帯域幅をＢs 、本
発明光源のスペクトル幅をＢL とする。スペクトル幅が
十分狭い光源を用いる場合の受信雑音電力をＢs Ｋ（Ｋ
は定数）とするとき、本発明光源を用いるときの受信雑
音電力は（Ｂs ＋ＢL ）Ｋとなる。一方、従来光源を用
いる場合の伝送し得る信号パワーの最大値をＳとすれ
ば、本発明光源を用いる場合には（ＢL ／νo ）Ｓに増
加する。従って、Ｓ／Ｎ比改善度１は、 Ｉ＝［（ＢL ／ν0 ）Ｓ／（Ｂs ＋ＢL ）Ｋ］／［Ｓ／Ｂs Ｋ］ ＝１／ν０（１／Ｂs ＋１／ＢL ） となる。通常のファイバではν0=50MHz 程度であるの
で、例えば、Ｂs ＝1GHz、ＢL=800MHzの場合には、Ｉ＝
8.9 となり、約9dB のＳ／Ｎ比改善が達成される。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば狭
スペクトル幅光源から出射した光を方向性結合器を介し
てブリルアン利得幅の広い光ファイバに入射すると、ブ
リルアン散乱光のスペクトル幅は用いた光ファイバのブ
リルアン利得幅に一致して広がるため、こうして得られ
たブリルアン散乱光を光増幅器で増幅した光を用いれ
ば、通常の光ファイバ内での誘導ブリルアン散乱のしき
い値は格段に増大する。従って、任意の光伝送路に対
し、従来の光源を用いるかわりに本発明光源を用いれ
ば、信号対雑音電力比を格段に向上させることができ
る。また、従来の光源を用いるのでは伝送が不可能であ
った長距離伝送路に対しても、本発明光源を用いて伝送
を可能とすることができる。
スペクトル幅光源から出射した光を方向性結合器を介し
てブリルアン利得幅の広い光ファイバに入射すると、ブ
リルアン散乱光のスペクトル幅は用いた光ファイバのブ
リルアン利得幅に一致して広がるため、こうして得られ
たブリルアン散乱光を光増幅器で増幅した光を用いれ
ば、通常の光ファイバ内での誘導ブリルアン散乱のしき
い値は格段に増大する。従って、任意の光伝送路に対
し、従来の光源を用いるかわりに本発明光源を用いれ
ば、信号対雑音電力比を格段に向上させることができ
る。また、従来の光源を用いるのでは伝送が不可能であ
った長距離伝送路に対しても、本発明光源を用いて伝送
を可能とすることができる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す図
【図２】不均一ドーパント型光ファイバの屈折率分布を
示す図
示す図
【図３】不均一ドーパント型光ファイバ内におけるブリ
ルアン散乱光のスペクトル幅、パワー、及び入射光パワ
ーの関係を示す図
ルアン散乱光のスペクトル幅、パワー、及び入射光パワ
ーの関係を示す図
【図４】ファブリ・ペロー光周波数フィルタの透過特性
を示す図
を示す図
【図５】本発明の第２の実施例を示す図
１…分布帰還型半導体レーザ、２…ファイバカップラ、
３…不均一ドーパント型光ファイバ、４…ファブリ・ペ
ロー光周波数フィルタ、５…エルビウムドープ光ファイ
バ増幅器、１´…半導体レーザ励起リングＹＡＧレー
ザ、２´…半透鏡、３´…不均一歪付与型光ファイバ、
４´…マッハツェンダー干渉計型光周波数フィルタ、５
´…ピグテール付半導体光増幅器、２−１, ２´１…入
力ポート、２−２，２´−２…透過ポート、２−３，２
´−３…反射ポート、２−４…分岐ポート。
３…不均一ドーパント型光ファイバ、４…ファブリ・ペ
ロー光周波数フィルタ、５…エルビウムドープ光ファイ
バ増幅器、１´…半導体レーザ励起リングＹＡＧレー
ザ、２´…半透鏡、３´…不均一歪付与型光ファイバ、
４´…マッハツェンダー干渉計型光周波数フィルタ、５
´…ピグテール付半導体光増幅器、２−１, ２´１…入
力ポート、２−２，２´−２…透過ポート、２−３，２
´−３…反射ポート、２−４…分岐ポート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 3/00 - 3/30
Claims (7)
- 【請求項１】 狭スペクトル幅光源と、 入力ポート、透過ポート、反射ポートの少なくとも３つ
のポートを備え、前記狭スペクトル幅光源の出射光を入
力ポートに接続した方向性結合器と、 該方向性結合器の透過ポートに接続された広いブリルア
ン利得幅をもつ光ファイバと、 前記方向性結合器の反射ポートに接続された光周波数フ
ィルタと、 該光周波数フィルタの透過光を増幅する光増幅器とより
なることを特徴とする広スペクトル幅光源。 - 【請求項２】 方向性結合器として、ファイバカプラを
用いることを特徴とする請求項１記載の広スペクトル幅
光源。 - 【請求項３】 方向性結合器として、３つのポートのそ
れぞれに必要に応じてコリメータを備えた半透鏡を用い
ることを特徴とする請求項１記載の広スペクトル幅光
源。 - 【請求項４】 光周波数フィルタとして、ファブリペロ
ー干渉計型光周波数フィルタを用いることを特徴とする
請求項１，２又は３記載の広スペクトル幅光源。 - 【請求項５】 光周波数フィルタとして、マッハツェン
ダ干渉計型光周波数フィルタを用いることを特徴とする
請求項１，２又は３記載の広スペクトル幅光源。 - 【請求項６】 広いブリルアン利得幅をもつ光ファイバ
として、長手方向に不均一にドーパントが分布した光フ
ァイバを用いることを特徴とする請求項１，２，３，４
又は５記載の広スペクトル幅光源。 - 【請求項７】 広いブリルアン利得幅をもつ光ファイバ
として、長手方向に不均一に歪が分布した光ファイバを
用いることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記
載の広スペクトル幅光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34050792A JP3199195B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 広スペクトル幅光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34050792A JP3199195B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 広スペクトル幅光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188499A JPH06188499A (ja) | 1994-07-08 |
| JP3199195B2 true JP3199195B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=18337637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34050792A Expired - Fee Related JP3199195B2 (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 広スペクトル幅光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3199195B2 (ja) |
-
1992
- 1992-12-21 JP JP34050792A patent/JP3199195B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06188499A (ja) | 1994-07-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |