JP3278605B2 - 光リミッタ - Google Patents
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/35—Non-linear optics
- G02F1/39—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
- G02F1/395—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves in optical waveguides
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光リミッタに関
し、特に、光増幅過程において副次的に発生するパルス
状の高出力信号光成分（以下、光サージと称する）を除
去する光リミッタに関するものである。
し、特に、光増幅過程において副次的に発生するパルス
状の高出力信号光成分（以下、光サージと称する）を除
去する光リミッタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、長距離大容量光通信システムにお
いては、信号光を直接光増幅し伝送距離を延ばすため
に、光ファイバのコア部分にＥｒ3+、Ｎｄ3+等の希土類
イオンを添加した希土類元素添加光ファイバ増幅器（以
下、光ファイバ増幅器とも称する）が必要不可欠な要素
となっている。しかしながら、この光ファイバ増幅器
は、発生する高出力光のために、次段に配置した伝送路
上の光部品を劣化もしくは破壊する原因ともなり、光通
信システムの安定性、信頼性を低下させる要因にもなっ
ている。
いては、信号光を直接光増幅し伝送距離を延ばすため
に、光ファイバのコア部分にＥｒ3+、Ｎｄ3+等の希土類
イオンを添加した希土類元素添加光ファイバ増幅器（以
下、光ファイバ増幅器とも称する）が必要不可欠な要素
となっている。しかしながら、この光ファイバ増幅器
は、発生する高出力光のために、次段に配置した伝送路
上の光部品を劣化もしくは破壊する原因ともなり、光通
信システムの安定性、信頼性を低下させる要因にもなっ
ている。
【０００３】特に、前記光ファイバ増幅器に信号光が無
入力の状態から入力状態に変化する光増幅過程において
は、副次的に発生する光サージが光部品を劣化させる要
因となる。この光増幅過程において光サージが発生する
理由は、信号光が無入力時に信号光よりも短波長の励起
光で光ファイバ増幅器を励起させると、該光ファイバ増
幅器中に上準位に励起された希土類元素イオンが蓄積さ
れることとなり、このような状態に信号光を入力させる
と、蓄積されていた高エネルギーが急激に誘導放出され
るためである。
入力の状態から入力状態に変化する光増幅過程において
は、副次的に発生する光サージが光部品を劣化させる要
因となる。この光増幅過程において光サージが発生する
理由は、信号光が無入力時に信号光よりも短波長の励起
光で光ファイバ増幅器を励起させると、該光ファイバ増
幅器中に上準位に励起された希土類元素イオンが蓄積さ
れることとなり、このような状態に信号光を入力させる
と、蓄積されていた高エネルギーが急激に誘導放出され
るためである。
【０００４】そこで、光サージの防止策として、従来よ
りさまざまな方法が提案されている。図１５は、例え
ば、特開平６−２１６４５２号公報に開示された光ファ
イバ増幅装置を示す構成図であり、この光ファイバ増幅
装置は、光合波器１と、ダミー光半導体レーザ発光器２
と、ダミー光半導体レーザ発光器制御手段３と、受光器
４と、光分岐器５と、信号光、ダミー光と励起光を合波
するための光合波器６と、励起用半導体レーザ発光器７
と、励起用半導体レーザ発光器駆動回路８と、光アイソ
レータ９、１１と、希土類元素ドープ光ファイバ増幅部
１０と、光フィルタ１２とから構成されている。
りさまざまな方法が提案されている。図１５は、例え
ば、特開平６−２１６４５２号公報に開示された光ファ
イバ増幅装置を示す構成図であり、この光ファイバ増幅
装置は、光合波器１と、ダミー光半導体レーザ発光器２
と、ダミー光半導体レーザ発光器制御手段３と、受光器
４と、光分岐器５と、信号光、ダミー光と励起光を合波
するための光合波器６と、励起用半導体レーザ発光器７
と、励起用半導体レーザ発光器駆動回路８と、光アイソ
レータ９、１１と、希土類元素ドープ光ファイバ増幅部
１０と、光フィルタ１２とから構成されている。
【０００５】この光ファイバ増幅装置では、波長がλ1
の入力信号光Ｓ1を増幅する際、この増幅操作の前に、
入力信号光Ｓ1に、その波長とは異なる波長λ2のダミー
光Ｓ2を合波し、ダミー光Ｓ2のパワーを、入力信号光Ｓ
1及びダミー光Ｓ2の合計パワーが一定になるように制御
する。この合流光は光分岐器５でその送信パワーの一部
が分岐され、受光器４にて光／電気変換（Ｏ／Ｅ変換）
される。残りの合流光は光合波器６に入力される。
の入力信号光Ｓ1を増幅する際、この増幅操作の前に、
入力信号光Ｓ1に、その波長とは異なる波長λ2のダミー
光Ｓ2を合波し、ダミー光Ｓ2のパワーを、入力信号光Ｓ
1及びダミー光Ｓ2の合計パワーが一定になるように制御
する。この合流光は光分岐器５でその送信パワーの一部
が分岐され、受光器４にて光／電気変換（Ｏ／Ｅ変換）
される。残りの合流光は光合波器６に入力される。
【０００６】ダミー光半導体レーザ発光制御回路３で
は、Ｏ／Ｅ変換した電圧値が一定となるようにダミー光
半導体レーザ２にフィードバックをかける。光合波器６
では、別に励起用半導体レーザ発光器７より出力された
波長λ3の励起光Ｓ3と、入力信号光Ｓ1及びダミー光Ｓ2
とを合波する。
は、Ｏ／Ｅ変換した電圧値が一定となるようにダミー光
半導体レーザ２にフィードバックをかける。光合波器６
では、別に励起用半導体レーザ発光器７より出力された
波長λ3の励起光Ｓ3と、入力信号光Ｓ1及びダミー光Ｓ2
とを合波する。
【０００７】この合波光は、光アイソレータ９を経て希
土類元素ドープ光ファイバ増幅部１０に入力される。希
土類元素ドープ光ファイバ増幅部１０は励起光Ｓ3によ
り励起され、このため、入力信号光Ｓ1及びダミー光Ｓ2
は希土類元素ドープ光ファイバ増幅部１０により増幅さ
れ、光フィルタ１２でダミー光Ｓ2が除去され、増幅さ
れた入力信号光Ｓ1のみが出力される。
土類元素ドープ光ファイバ増幅部１０に入力される。希
土類元素ドープ光ファイバ増幅部１０は励起光Ｓ3によ
り励起され、このため、入力信号光Ｓ1及びダミー光Ｓ2
は希土類元素ドープ光ファイバ増幅部１０により増幅さ
れ、光フィルタ１２でダミー光Ｓ2が除去され、増幅さ
れた入力信号光Ｓ1のみが出力される。
【０００８】この光ファイバ増幅装置では、光サージ発
生の原因が、入力信号光Ｓ1の無入力時に希土類元素ド
ープ光ファイバ増幅部１０に蓄えられたエネルギーの急
激な誘導放出にあることから、入力信号光Ｓ1無入力時
にダミー光Ｓ2を希土類元素ドープ光ファイバ増幅部１
０に入射しておき、入力信号光Ｓ1とダミー光Ｓ2の光強
度が一定となるように制御することにより光サージを防
止している。
生の原因が、入力信号光Ｓ1の無入力時に希土類元素ド
ープ光ファイバ増幅部１０に蓄えられたエネルギーの急
激な誘導放出にあることから、入力信号光Ｓ1無入力時
にダミー光Ｓ2を希土類元素ドープ光ファイバ増幅部１
０に入射しておき、入力信号光Ｓ1とダミー光Ｓ2の光強
度が一定となるように制御することにより光サージを防
止している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の光ファイバ増幅装置では、光サージを出力させない
ために、希土類元素ドープ光ファイバ増幅部１０への光
入力が断状態にならないようにしているものであるか
ら、発生した光サージを抑制するものではない。したが
って、発生した光サージのパワーを制限することができ
ないという問題点があった。また、部品点数が多いため
に、装置としての信頼性が低下する虞があるという問題
点もあった。
来の光ファイバ増幅装置では、光サージを出力させない
ために、希土類元素ドープ光ファイバ増幅部１０への光
入力が断状態にならないようにしているものであるか
ら、発生した光サージを抑制するものではない。したが
って、発生した光サージのパワーを制限することができ
ないという問題点があった。また、部品点数が多いため
に、装置としての信頼性が低下する虞があるという問題
点もあった。
【００１０】特に、レーザ発光器のような光能動部品は
信頼性パラメータ（ＦＩＴ数と呼ばれる。）が悪いた
め、陸上中継器よりもはるかに信頼性が要求される海底
中継器などでは、ダミー光のような非本質的な技術要素
はできるだけ避け、部品点数を減らすことが望ましい。
信頼性パラメータ（ＦＩＴ数と呼ばれる。）が悪いた
め、陸上中継器よりもはるかに信頼性が要求される海底
中継器などでは、ダミー光のような非本質的な技術要素
はできるだけ避け、部品点数を減らすことが望ましい。
【００１１】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、発生した光サージのパワーを制限すること
ができ、しかも、部品点数が少なく、装置としての信頼
性が高い光リミッタを提供することを目的とする。
のであって、発生した光サージのパワーを制限すること
ができ、しかも、部品点数が少なく、装置としての信頼
性が高い光リミッタを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な光リミッタを提供する。すなわ
ち、本発明の請求項１記載の光リミッタは、光増幅過程
において副次的に発生するパルス状の高出力信号光成分
を除去する光リミッタであって、入力する信号光の近傍
の波長成分をパラメトリック増幅しかつ高出力信号光成
分を抑制するパラメトリック増幅素子と、該パラメトリ
ック増幅素子より出力されるパラメトリック増幅された
信号光の近傍の波長成分から所定の波長の信号光以外の
波長成分を除去し所定の波長の信号光のみを出力する波
長選択素子とを備えたものである。
に、本発明は次の様な光リミッタを提供する。すなわ
ち、本発明の請求項１記載の光リミッタは、光増幅過程
において副次的に発生するパルス状の高出力信号光成分
を除去する光リミッタであって、入力する信号光の近傍
の波長成分をパラメトリック増幅しかつ高出力信号光成
分を抑制するパラメトリック増幅素子と、該パラメトリ
ック増幅素子より出力されるパラメトリック増幅された
信号光の近傍の波長成分から所定の波長の信号光以外の
波長成分を除去し所定の波長の信号光のみを出力する波
長選択素子とを備えたものである。
【００１３】請求項２記載の光リミッタは、前記パラメ
トリック増幅素子を、光ファイバとしたものである。
トリック増幅素子を、光ファイバとしたものである。
【００１４】請求項３記載の光リミッタは、前記光ファ
イバを、分散シフト光ファイバ、分散フラット光ファイ
バのいずれか１種としたものである。
イバを、分散シフト光ファイバ、分散フラット光ファイ
バのいずれか１種としたものである。
【００１５】請求項４記載の光リミッタは、前記パラメ
トリック増幅素子が、非線形光学材料を備えているもの
である。
トリック増幅素子が、非線形光学材料を備えているもの
である。
【００１６】請求項５記載の光リミッタは、前記非線形
光学材料を、ＫＴｉＯＰＯ4（ＫＴＰ）、ＫＴｉＯＡｓ
Ｏ4（ＫＴＡ）、β−ＢａＢ2Ｏ4（ＢＢＯ）、ＬｉＮｂ
Ｏ3（ＬＮ）のいずれか１種としたものである。
光学材料を、ＫＴｉＯＰＯ4（ＫＴＰ）、ＫＴｉＯＡｓ
Ｏ4（ＫＴＡ）、β−ＢａＢ2Ｏ4（ＢＢＯ）、ＬｉＮｂ
Ｏ3（ＬＮ）のいずれか１種としたものである。
【００１７】請求項６記載の光リミッタは、前記波長選
択素子を、光フィルタとしたものである。
択素子を、光フィルタとしたものである。
【００１８】請求項７記載の光リミッタは、前記光フィ
ルタを、誘電体多層膜光フィルタとしたものである。
ルタを、誘電体多層膜光フィルタとしたものである。
【００１９】請求項８記載の光リミッタは、前記波長選
択素子を、光サーキュレータと光ファイバグレーティン
グにより構成したものである。
択素子を、光サーキュレータと光ファイバグレーティン
グにより構成したものである。
【００２０】請求項９記載の光リミッタは、前記波長選
択素子を、ファブリペローエタロンフィルタとしたもの
である。
択素子を、ファブリペローエタロンフィルタとしたもの
である。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の光リミッタの一実施形態
について図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施
形態の光リミッタを示す構成図である。この光リミッタ
２１は、入力光パワーによって損失を変化させ、出力光
パワーを制限することにより、過大パワーの信号光が次
段の光部品に入射することを防ぐもので、パラメトリッ
ク増幅素子２２と、波長選択素子２３とにより構成され
ている。
について図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施
形態の光リミッタを示す構成図である。この光リミッタ
２１は、入力光パワーによって損失を変化させ、出力光
パワーを制限することにより、過大パワーの信号光が次
段の光部品に入射することを防ぐもので、パラメトリッ
ク増幅素子２２と、波長選択素子２３とにより構成され
ている。
【００２２】パラメトリック増幅素子２２は、波長がλ
1の入力信号光Ｓ11によってパラメトリック利得を誘起
する素子で、分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）、分散フ
ラット光ファイバ等の光ファイバにより構成されてい
る。波長選択素子２３は、パラメトリック増幅素子２２
より出力される増幅した信号光Ｓ12から所定の波長以外
の波長成分を除去し所定の波長λ1の信号光Ｓ13のみを
出力する素子で、誘電体多層膜光フィルタにより構成さ
れている。
1の入力信号光Ｓ11によってパラメトリック利得を誘起
する素子で、分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）、分散フ
ラット光ファイバ等の光ファイバにより構成されてい
る。波長選択素子２３は、パラメトリック増幅素子２２
より出力される増幅した信号光Ｓ12から所定の波長以外
の波長成分を除去し所定の波長λ1の信号光Ｓ13のみを
出力する素子で、誘電体多層膜光フィルタにより構成さ
れている。
【００２３】この光リミッタ２１では、波長がλ1の入
力信号光Ｓ11の近傍波長成分の雑音光、例えば、光ファ
イバ増幅器からの自然放出光（ＡＳＥ光と称する）を増
幅する。つまり、信号光パワーが近傍波長領域で雑音光
にパワー変換され、結果的に光スペクトル幅が拡大す
る。このスペクトル幅拡大はパラメトリック増幅素子２
２に入射する信号光パワーが高くなるほど、またパラメ
トリック増幅素子２２の伝播長が長くなるほど大きくな
るので、波長選択素子２３で雑音光に変換された信号光
Ｓ11の波長λ1以外の光パワー成分を除去することによ
り、挿入損失が大きくなる。したがって、過大なパワー
の信号光Ｓ11が入射した場合においても、光リミッタ２
１から出力される信号光Ｓ13の光パワーが飽和し制限さ
れるため、次段に配置された光部品の損傷を防止するこ
とができる。
力信号光Ｓ11の近傍波長成分の雑音光、例えば、光ファ
イバ増幅器からの自然放出光（ＡＳＥ光と称する）を増
幅する。つまり、信号光パワーが近傍波長領域で雑音光
にパワー変換され、結果的に光スペクトル幅が拡大す
る。このスペクトル幅拡大はパラメトリック増幅素子２
２に入射する信号光パワーが高くなるほど、またパラメ
トリック増幅素子２２の伝播長が長くなるほど大きくな
るので、波長選択素子２３で雑音光に変換された信号光
Ｓ11の波長λ1以外の光パワー成分を除去することによ
り、挿入損失が大きくなる。したがって、過大なパワー
の信号光Ｓ11が入射した場合においても、光リミッタ２
１から出力される信号光Ｓ13の光パワーが飽和し制限さ
れるため、次段に配置された光部品の損傷を防止するこ
とができる。
【００２４】ここで、本実施形態の光リミッタの一実施
例について図２に基づき説明する。この光リミッタ３１
は、零分散波長が１５５１ｎｍ、伝播損失が０．２ｄＢ
／ｋｍ、長さ１６ｋｍ、モードフィールド径（ＭＤＦ）
が８μｍの分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）３２と、拡
大した光スペクトル幅から信号光成分のみを透過するた
めに損失が３ｄＢで帯域幅が０．３ｎｍの１次バタワー
ス形状の光フィルタ３３とにより構成されている。
例について図２に基づき説明する。この光リミッタ３１
は、零分散波長が１５５１ｎｍ、伝播損失が０．２ｄＢ
／ｋｍ、長さ１６ｋｍ、モードフィールド径（ＭＤＦ）
が８μｍの分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）３２と、拡
大した光スペクトル幅から信号光成分のみを透過するた
めに損失が３ｄＢで帯域幅が０．３ｎｍの１次バタワー
ス形状の光フィルタ３３とにより構成されている。
【００２５】分散シフト光ファイバ３２の分散領域は、
理論的には、入射する信号光Ｓ21の波長λ1が該光ファ
イバ３２の負分散領域（該光ファイバ３２の零分散波長
よりも短波長側）の場合、パラメトリック利得を誘起す
るための位相整合条件が成立しないため、使用波長帯に
おいて光ファイバ３２の分散値は正分散領域（光ファイ
バ３２の零分散波長よりも長波長側）である必要があ
る。
理論的には、入射する信号光Ｓ21の波長λ1が該光ファ
イバ３２の負分散領域（該光ファイバ３２の零分散波長
よりも短波長側）の場合、パラメトリック利得を誘起す
るための位相整合条件が成立しないため、使用波長帯に
おいて光ファイバ３２の分散値は正分散領域（光ファイ
バ３２の零分散波長よりも長波長側）である必要があ
る。
【００２６】ところが、実際の光ファイバ３２では、長
手方向に対して分散値のばらつきがあるために、零分散
波長の近傍であればパラメトリック利得を有する。した
がって、光ファイバ３２には、使用波長帯においてほぼ
零分散である光ファイバを使用すればよい。
手方向に対して分散値のばらつきがあるために、零分散
波長の近傍であればパラメトリック利得を有する。した
がって、光ファイバ３２には、使用波長帯においてほぼ
零分散である光ファイバを使用すればよい。
【００２７】この光リミッタ３１では、分散シフト光フ
ァイバ３２に、波長λ1が１５５６ｎｍの零分散近傍の
信号光Ｓ21が入射すると、信号光Ｓ21と前段の光増幅器
で増幅されたＡＳＥ光とでパラメトリック利得を誘起す
る位相整合条件が成立し、非線形光学効果の一種である
パラメトリック増幅が分散シフト光ファイバ３２内に生
じる。なお、上述したＡＳＥ光は自然放出光であるため
に、その波長帯域は広帯域である。
ァイバ３２に、波長λ1が１５５６ｎｍの零分散近傍の
信号光Ｓ21が入射すると、信号光Ｓ21と前段の光増幅器
で増幅されたＡＳＥ光とでパラメトリック利得を誘起す
る位相整合条件が成立し、非線形光学効果の一種である
パラメトリック増幅が分散シフト光ファイバ３２内に生
じる。なお、上述したＡＳＥ光は自然放出光であるため
に、その波長帯域は広帯域である。
【００２８】このため、信号光Ｓ21の波長λ1成分の強
度は、分散シフト光ファイバ３２を伝播中に減少し、Ａ
ＳＥ光はパラメトリック増幅されて結果的に光スペクト
ルは拡大する。つまり分散シフト光ファイバ３２は信号
光パワーを近傍波長領域にパワー変換し、光スペクトル
幅を拡大するパラメトリック増幅素子としての機能を有
することとなる。この光スペクトル幅が拡大された信号
光は、光フィルタ３３により所定の波長以外の波長成分
が除去され、波長λ1の信号光Ｓ22として出射される。
度は、分散シフト光ファイバ３２を伝播中に減少し、Ａ
ＳＥ光はパラメトリック増幅されて結果的に光スペクト
ルは拡大する。つまり分散シフト光ファイバ３２は信号
光パワーを近傍波長領域にパワー変換し、光スペクトル
幅を拡大するパラメトリック増幅素子としての機能を有
することとなる。この光スペクトル幅が拡大された信号
光は、光フィルタ３３により所定の波長以外の波長成分
が除去され、波長λ1の信号光Ｓ22として出射される。
【００２９】図３は、本実施形態の光リミッタによる光
学特性を調べるための実験系を示す構成図であり、所定
の波長λ1の信号光Ｓ31を出射する多重量子井戸構造の
分布帰還型レーザ（ＭＱＷ−ＤＦＢ−ＬＤ）からなる信
号光源４１と、発振器４２と、音響光学スイッチ（Ａ／
Ｏスイッチ）４３と、光増幅器４４と、被測定物である
光リミッタ３１とにより構成されている。
学特性を調べるための実験系を示す構成図であり、所定
の波長λ1の信号光Ｓ31を出射する多重量子井戸構造の
分布帰還型レーザ（ＭＱＷ−ＤＦＢ−ＬＤ）からなる信
号光源４１と、発振器４２と、音響光学スイッチ（Ａ／
Ｏスイッチ）４３と、光増幅器４４と、被測定物である
光リミッタ３１とにより構成されている。
【００３０】光増幅器４４は、半導体レーザからなる励
起用光源５１と、該励起用光源５１からの波長λ2の励
起光Ｓ32と音響光学スイッチ４３からの信号光Ｓ31を合
波する光合波器５２と、エルビウム（Ｅｒ+3）ドープ光
ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）５３とにより構成されてい
る。
起用光源５１と、該励起用光源５１からの波長λ2の励
起光Ｓ32と音響光学スイッチ４３からの信号光Ｓ31を合
波する光合波器５２と、エルビウム（Ｅｒ+3）ドープ光
ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）５３とにより構成されてい
る。
【００３１】この実験系では、励起光源５１から波長λ
2が１４６０ｎｍの励起光Ｓ32が光合波器５２を経由し
てＥＤＦＡ５３に入射するので、ＥＤＦＡ５３は励起状
態にある。また、光増幅器４４の出力パワーは、定常状
態において＋６ｄＢｍに制御されている。一方、信号光
源４１から波長λ1が１５５６ｎｍの信号光Ｓ31を音響
光学スイッチ４３に入力し、発振器４２から周波数が１
０Ｈｚの矩形変調信号を出力することにより前記音響光
学スイッチ４３の透過光をＯＮ／ＯＦＦする。この間欠
光が光増幅器４４に入射すると、前述したように光増幅
器４４からは光サージを伴った信号光が出力し、光リミ
ッタ３１に入射する。
2が１４６０ｎｍの励起光Ｓ32が光合波器５２を経由し
てＥＤＦＡ５３に入射するので、ＥＤＦＡ５３は励起状
態にある。また、光増幅器４４の出力パワーは、定常状
態において＋６ｄＢｍに制御されている。一方、信号光
源４１から波長λ1が１５５６ｎｍの信号光Ｓ31を音響
光学スイッチ４３に入力し、発振器４２から周波数が１
０Ｈｚの矩形変調信号を出力することにより前記音響光
学スイッチ４３の透過光をＯＮ／ＯＦＦする。この間欠
光が光増幅器４４に入射すると、前述したように光増幅
器４４からは光サージを伴った信号光が出力し、光リミ
ッタ３１に入射する。
【００３２】この実験系により、本実施形態の光リミッ
タ３１（２１）の動作および有効性を確認するための実
験を行った。ここでは、光サージピークパワーを変化さ
せて、分散シフト光ファイバ３２内のパラメトリック増
幅による光スペクトル幅拡大を確認し、分散シフト光フ
ァイバ３２のファイバ長を変化させて光サージピークの
抑圧効果を調べ、分散シフト光ファイバ３２の最適長を
求めた。また、抑制効果を定量的に確認するために、光
サージピークパワーの入出力特性および減衰特性を測定
し、本実施形態の光リミッタ３１の有効性を調べた。
タ３１（２１）の動作および有効性を確認するための実
験を行った。ここでは、光サージピークパワーを変化さ
せて、分散シフト光ファイバ３２内のパラメトリック増
幅による光スペクトル幅拡大を確認し、分散シフト光フ
ァイバ３２のファイバ長を変化させて光サージピークの
抑圧効果を調べ、分散シフト光ファイバ３２の最適長を
求めた。また、抑制効果を定量的に確認するために、光
サージピークパワーの入出力特性および減衰特性を測定
し、本実施形態の光リミッタ３１の有効性を調べた。
【００３３】以上の実験結果を図４〜図１４に示す。図
４〜図８はパラメトリック増幅による光スペクトル幅の
拡大を確認するための図である。図４は、分散シフト光
ファイバ３２伝送前の光増幅器４４から出力される光ス
ペクトル波形である。１５５６ｎｍの波長にピークを示
すのが増幅した信号光であり、それ以外の広帯域の光ス
ペクトルがＡＳＥ光である。
４〜図８はパラメトリック増幅による光スペクトル幅の
拡大を確認するための図である。図４は、分散シフト光
ファイバ３２伝送前の光増幅器４４から出力される光ス
ペクトル波形である。１５５６ｎｍの波長にピークを示
すのが増幅した信号光であり、それ以外の広帯域の光ス
ペクトルがＡＳＥ光である。
【００３４】図５〜図７は、光増幅器４４から出力する
光サージピークパワーを変化させた時の、分散シフト光
ファイバ３２の１６ｋｍ伝送後の光スペクトルを示す図
であり、図５は光サージピークパワーが４００ｍＷのと
きの、図６は光サージピークパワーが８００ｍＷのとき
の、図７は光サージピークパワーが２１８０ｍＷのとき
のそれぞれの光スペクトルを示している。
光サージピークパワーを変化させた時の、分散シフト光
ファイバ３２の１６ｋｍ伝送後の光スペクトルを示す図
であり、図５は光サージピークパワーが４００ｍＷのと
きの、図６は光サージピークパワーが８００ｍＷのとき
の、図７は光サージピークパワーが２１８０ｍＷのとき
のそれぞれの光スペクトルを示している。
【００３５】図５〜図７では、高出力の光サージが分散
シフト光ファイバ３２のパラメトリック利得を誘起し、
信号光近傍の波長成分が増幅しており、そのパラメトリ
ック増幅による光スペクトル拡大の効果は分散シフト光
ファイバ３２に入力する光サージピークパワーが増加す
るにしたがって大きくなることが分かる。
シフト光ファイバ３２のパラメトリック利得を誘起し、
信号光近傍の波長成分が増幅しており、そのパラメトリ
ック増幅による光スペクトル拡大の効果は分散シフト光
ファイバ３２に入力する光サージピークパワーが増加す
るにしたがって大きくなることが分かる。
【００３６】図８は、分散シフト光ファイバ３２の１６
ｋｍ伝送後、透過波長帯域０．３ｎｍの光フィルタ３３
から透過する光スペクトルを示す図である。この図８で
は、信号光成分以外の光パワーが光フィルタ３３によっ
て除去されていることが分かる。
ｋｍ伝送後、透過波長帯域０．３ｎｍの光フィルタ３３
から透過する光スペクトルを示す図である。この図８で
は、信号光成分以外の光パワーが光フィルタ３３によっ
て除去されていることが分かる。
【００３７】図９は、光増幅器４４の出力部における、
時間変化に対する光サージ波形を示す図であり、音響光
学スイッチ４３からの間欠光を光増幅すると、信号光が
入力した瞬間に光サージが生じていることがあらためて
分かり、その光サージピークパワーは２０００ｍＷであ
る。
時間変化に対する光サージ波形を示す図であり、音響光
学スイッチ４３からの間欠光を光増幅すると、信号光が
入力した瞬間に光サージが生じていることがあらためて
分かり、その光サージピークパワーは２０００ｍＷであ
る。
【００３８】図１０〜図１２は、光フィルタの出力部に
おける、時間変化に対する光サージ波形を示す図であ
り、光増幅器４４からの光サージが分散シフト光ファイ
バ３２を伝播して透過波長帯域０．３ｎｍの光フィルタ
３３から出力する波形を、分散シフト光ファイバ３２の
長さを変えて観測したもので、図１０は８ｋｍ伝送後、
図１１は１６ｋｍ伝送後、図１２は２４ｋｍ伝送後のそ
れぞれの光サージ波形を示している。
おける、時間変化に対する光サージ波形を示す図であ
り、光増幅器４４からの光サージが分散シフト光ファイ
バ３２を伝播して透過波長帯域０．３ｎｍの光フィルタ
３３から出力する波形を、分散シフト光ファイバ３２の
長さを変えて観測したもので、図１０は８ｋｍ伝送後、
図１１は１６ｋｍ伝送後、図１２は２４ｋｍ伝送後のそ
れぞれの光サージ波形を示している。
【００３９】これらの図により、ピークパワーが２００
０ｍＷの入力光サージを抑制するのに、分散シフト光フ
ァイバ３２のファイバ長が８ｋｍでは不十分で、１６ｋ
ｍ以上必要であることが分かる。ファイバ長が１６ｋｍ
では、光ピークパワーが約１／５０にまで減少してい
る。
０ｍＷの入力光サージを抑制するのに、分散シフト光フ
ァイバ３２のファイバ長が８ｋｍでは不十分で、１６ｋ
ｍ以上必要であることが分かる。ファイバ長が１６ｋｍ
では、光ピークパワーが約１／５０にまで減少してい
る。
【００４０】図１３は、光サージピークパワーの入出力
特性を示す図で、出力ピークパワーが飽和しており、＋
１６ｄＢｍ以上のピークパワーを次段に伝播しないこと
が分かる。図１４は、入力光サージピークパワーに対す
る挿入損失で、入力光サージピークパワーが＋２０ｄＢ
ｍまでは挿入損失は５．２ｄＢと一定であるが、＋２０
ｄＢｍ以上になると挿入損失は増加しており、光リミッ
タとして機能していることが分かる。
特性を示す図で、出力ピークパワーが飽和しており、＋
１６ｄＢｍ以上のピークパワーを次段に伝播しないこと
が分かる。図１４は、入力光サージピークパワーに対す
る挿入損失で、入力光サージピークパワーが＋２０ｄＢ
ｍまでは挿入損失は５．２ｄＢと一定であるが、＋２０
ｄＢｍ以上になると挿入損失は増加しており、光リミッ
タとして機能していることが分かる。
【００４１】以上説明したように、本実施形態の光リミ
ッタによれば、分散シフト光ファイバ３２内におけるパ
ラメトリック増幅を利用して、信号光パワーを近傍波長
の雑音光にパワー変換することによって光スペクトル幅
を拡大させ、信号光以外の成分を光フィルタ３３で除去
するので、受光素子を含むシステム構成部品を破壊・劣
化し得る光サージを制限することができる。
ッタによれば、分散シフト光ファイバ３２内におけるパ
ラメトリック増幅を利用して、信号光パワーを近傍波長
の雑音光にパワー変換することによって光スペクトル幅
を拡大させ、信号光以外の成分を光フィルタ３３で除去
するので、受光素子を含むシステム構成部品を破壊・劣
化し得る光サージを制限することができる。
【００４２】また、信号光の入力パワーが高くなるほど
光スペクトル幅の拡大が増加するが、拡大した信号光の
光スペクトル幅が光フィルタ３３の透過帯域幅以下であ
れば、光フィルタ３３をそのまま透過することができ
る。このように、信号光入力パワーが高強度ではない場
合、信号光パワーの減衰量が小さいので、信号光への影
響を小さくすることができる。
光スペクトル幅の拡大が増加するが、拡大した信号光の
光スペクトル幅が光フィルタ３３の透過帯域幅以下であ
れば、光フィルタ３３をそのまま透過することができ
る。このように、信号光入力パワーが高強度ではない場
合、信号光パワーの減衰量が小さいので、信号光への影
響を小さくすることができる。
【００４３】本実施形態の光リミッタでは、分散シフト
光ファイバ３２伝送後の拡大した光スペクトルから信号
光成分のみを選択する素子として、透過波長帯域０．３
ｎｍの光フィルタ３３を使用したが、この光フィルタ３
３の替わりに光ファイバのコア部分（導波部分）に周期
的な屈折率変化を施し、波長選択性を持たせたファイバ
グレーティング及び光サーキュレータを使用してもよ
い。また、周期的に透過光波長が現われるファブリペロ
ーエタロンフィルタを使用してもよい。
光ファイバ３２伝送後の拡大した光スペクトルから信号
光成分のみを選択する素子として、透過波長帯域０．３
ｎｍの光フィルタ３３を使用したが、この光フィルタ３
３の替わりに光ファイバのコア部分（導波部分）に周期
的な屈折率変化を施し、波長選択性を持たせたファイバ
グレーティング及び光サーキュレータを使用してもよ
い。また、周期的に透過光波長が現われるファブリペロ
ーエタロンフィルタを使用してもよい。
【００４４】また、ファブリペローエタロンフィルタを
使用するに際し、近年、伝送容量の拡大を目的に、複数
の異なる信号光波長を用いて光通信を行う波長多重伝送
方式（ＷＤＭ方式）が注目されているが、そこで使用さ
れる国際規格の信号光波長（ＩＴＵ−Ｔ波長グリッド）
と一致するように前記ファブリペローエタロンフィルタ
の透過光波長を設計することにより、本実施形態の光リ
ミッタ単体で、波長多重伝送（ＷＤＭ）に用いられる全
ての信号光波長に適用することが可能となる。
使用するに際し、近年、伝送容量の拡大を目的に、複数
の異なる信号光波長を用いて光通信を行う波長多重伝送
方式（ＷＤＭ方式）が注目されているが、そこで使用さ
れる国際規格の信号光波長（ＩＴＵ−Ｔ波長グリッド）
と一致するように前記ファブリペローエタロンフィルタ
の透過光波長を設計することにより、本実施形態の光リ
ミッタ単体で、波長多重伝送（ＷＤＭ）に用いられる全
ての信号光波長に適用することが可能となる。
【００４５】また、パラメトリック増幅素子として信号
光波長近傍に零分散波長を有する分散シフト光ファイバ
３２を使用したが、パラメトリック利得を誘起するＫＴ
ｉＯＰＯ4（ＫＴＰ）、ＫＴｉＯＡｓＯ4（ＫＴＡ）、β
−ＢａＢ2Ｏ4（ＢＢＯ）、ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）等の非
線形光学結晶を用いた導波路型光デバイスを使用しても
よい。
光波長近傍に零分散波長を有する分散シフト光ファイバ
３２を使用したが、パラメトリック利得を誘起するＫＴ
ｉＯＰＯ4（ＫＴＰ）、ＫＴｉＯＡｓＯ4（ＫＴＡ）、β
−ＢａＢ2Ｏ4（ＢＢＯ）、ＬｉＮｂＯ3（ＬＮ）等の非
線形光学結晶を用いた導波路型光デバイスを使用しても
よい。
【００４６】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明の光リミッタ
によれば、光増幅過程において副次的に発生するパルス
状の高出力信号光成分を除去する光リミッタで、入力す
る信号光の近傍の波長成分をパラメトリック増幅しかつ
高出力信号光成分を抑制するパラメトリック増幅素子
と、該パラメトリック増幅素子より出力されるパラメト
リック増幅された信号光の近傍の波長成分から所定の波
長の信号光以外の波長成分を除去し所定の波長の信号光
のみを出力する波長選択素子とを備えたので、パラメト
リック増幅素子により信号光パワーを近傍波長の雑音光
にパワー変換して光スペクトル幅を拡大させ、波長選択
素子により信号光以外の波長成分を除去することによ
り、受光素子を含むシステム構成部品を破壊・劣化し得
る光サージを制限することができる。
によれば、光増幅過程において副次的に発生するパルス
状の高出力信号光成分を除去する光リミッタで、入力す
る信号光の近傍の波長成分をパラメトリック増幅しかつ
高出力信号光成分を抑制するパラメトリック増幅素子
と、該パラメトリック増幅素子より出力されるパラメト
リック増幅された信号光の近傍の波長成分から所定の波
長の信号光以外の波長成分を除去し所定の波長の信号光
のみを出力する波長選択素子とを備えたので、パラメト
リック増幅素子により信号光パワーを近傍波長の雑音光
にパワー変換して光スペクトル幅を拡大させ、波長選択
素子により信号光以外の波長成分を除去することによ
り、受光素子を含むシステム構成部品を破壊・劣化し得
る光サージを制限することができる。
【００４７】また、信号光の入力パワーが高くなるほど
光スペクトル幅の拡大が増加するが、拡大した信号光の
光スペクトル幅が波長選択素子の透過帯域幅以下であれ
ば、該波長選択素子をそのまま透過するので、信号光入
力パワーが高強度ではない場合においては、信号光パワ
ーの減衰量が小さく、信号光への影響も小さくすること
ができる。以上により、入射する光サージのパワーを制
限することができ、しかも、部品点数が少なく、装置と
しての信頼性が高い光リミッタを提供することができ
る。
光スペクトル幅の拡大が増加するが、拡大した信号光の
光スペクトル幅が波長選択素子の透過帯域幅以下であれ
ば、該波長選択素子をそのまま透過するので、信号光入
力パワーが高強度ではない場合においては、信号光パワ
ーの減衰量が小さく、信号光への影響も小さくすること
ができる。以上により、入射する光サージのパワーを制
限することができ、しかも、部品点数が少なく、装置と
しての信頼性が高い光リミッタを提供することができ
る。
【図１】 本発明の一実施形態の光リミッタを示す構成
図である。
図である。
【図２】 本発明の一実施形態の光リミッタの一実施例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図３】 本発明の一実施形態の光リミッタによる光学
特性を調べるための実験系を示す構成図である。
特性を調べるための実験系を示す構成図である。
【図４】 分散シフト光ファイバ伝送前の光増幅器から
出力される光スペクトル波形を示す図である。
出力される光スペクトル波形を示す図である。
【図５】 ピークパワー４００ｍＷの光サージが、分散
シフト光ファイバ中を１６ｋｍ伝送した後の光スペクト
ルを示す図である。
シフト光ファイバ中を１６ｋｍ伝送した後の光スペクト
ルを示す図である。
【図６】 ピークパワー８００ｍＷの光サージが、分散
シフト光ファイバ中を１６ｋｍ伝送した後の光スペクト
ルを示す図である。
シフト光ファイバ中を１６ｋｍ伝送した後の光スペクト
ルを示す図である。
【図７】 ピークパワー２１８０ｍＷの光サージが、分
散シフト光ファイバ中を１６ｋｍ伝送した後の光スペク
トルを示す図である。
散シフト光ファイバ中を１６ｋｍ伝送した後の光スペク
トルを示す図である。
【図８】 光サージが分散シフト光ファイバ中を１６ｋ
ｍ伝送した後に光フィルタを透過する光スペクトルを示
す図である。
ｍ伝送した後に光フィルタを透過する光スペクトルを示
す図である。
【図９】 光増幅器の出力部における、時間変化に対す
る光サージ波形を示す図である。
る光サージ波形を示す図である。
【図１０】 光サージが分散シフト光ファイバ中を８ｋ
ｍ伝送した後に光フィルタから出力した際の時間変化に
対する波形を示す図である。
ｍ伝送した後に光フィルタから出力した際の時間変化に
対する波形を示す図である。
【図１１】 光サージが分散シフト光ファイバ中を１６
ｋｍ伝送した後に光フィルタから出力した際の時間変化
に対する波形を示す図である。
ｋｍ伝送した後に光フィルタから出力した際の時間変化
に対する波形を示す図である。
【図１２】 光サージが分散シフト光ファイバ中を２４
ｋｍ伝送した後に光フィルタから出力した際の時間変化
に対する波形を示す図である。
ｋｍ伝送した後に光フィルタから出力した際の時間変化
に対する波形を示す図である。
【図１３】 光サージピークパワーの入出力特性を示す
図である。
図である。
【図１４】 入力光サージピークパワーに対する挿入損
失を示す図である。
失を示す図である。
【図１５】 従来の光ファイバ増幅装置を示す構成図で
ある。
ある。
１ 光合波器 ２ ダミー光半導体レーザ発光器 ３ ダミー光半導体レーザ発光器制御手段 ４ 受光器 ５ 光分岐器 ６ 光合波器 ７ 励起用半導体レーザ発光器 ８ 励起用半導体レーザ発光器駆動回路 ９、１１ 光アイソレータ １０ 希土類元素ドープ光ファイバ増幅部 １２ 光フィルタ ２１ 光リミッタ ２２ パラメトリック増幅素子 ２３ 波長選択素子 ３１ 光リミッタ ３２ 分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ） ３３ 光フィルタ ４１ 信号光源 ４２ 発振器 ４３ 音響光学スイッチ（Ａ／Ｏスイッチ） ４４ 光増幅器 ５１ 励起用光源 ５２ 光合波器 ５３ エルビウム（Ｅｒ+3）ドープ光ファイバ増幅器
（ＥＤＦＡ） λ1 波長 λ2 波長 Ｓ1 入力信号光 Ｓ2 ダミー光 Ｓ11 入力信号光 Ｓ12 増幅した信号光 Ｓ13 所定の波長の信号光 Ｓ21 信号光 Ｓ22 信号光 Ｓ31 信号光 Ｓ32 励起光
（ＥＤＦＡ） λ1 波長 λ2 波長 Ｓ1 入力信号光 Ｓ2 ダミー光 Ｓ11 入力信号光 Ｓ12 増幅した信号光 Ｓ13 所定の波長の信号光 Ｓ21 信号光 Ｓ22 信号光 Ｓ31 信号光 Ｓ32 励起光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 裕俊 千葉県船橋市豊富町585番地 住友大阪 セメント株式会社 新規技術研究所内 (72)発明者 市川 潤一郎 千葉県船橋市豊富町585番地 住友大阪 セメント株式会社 新規技術研究所内 (72)発明者 日隈 薫 千葉県船橋市豊富町585番地 住友大阪 セメント株式会社 新規技術研究所内 (56)参考文献 特開 平４−251202（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−149504（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−326759（ＪＰ，Ａ) 米国特許5608825（ＵＳ，Ａ) Ｆ．Ｓ．Ｙａｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ｄ ｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗ ｏ−ｐｕｍｐ ｆｉｂｒｅ ｏｐｔｉｃ ａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ ａｍｐｌ ｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，米国，1997年 10月 ９日，Ｖｏｌ．33 Ｎｏ．21, 1812−1813 Ｍ．Ｅ．Ｍａｒｈｉｃ ｅｔ ａ ｌ．，Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｒｉ ｃ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，ＯＰＴＩＣ Ｓ ＬＥＴＴＥＲＳ，米国，1996年 ４ 月15日，Ｖｏｌ．21 Ｎｏ８，573−575 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/35 - 1/39 H04B 10/00 - 10/22 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (9)
- 【請求項１】 光増幅過程において副次的に発生するパ
ルス状の高出力信号光成分を除去する光リミッタであっ
て、 入力する信号光の近傍の波長成分をパラメトリック増幅
しかつ高出力信号光成分を抑制するパラメトリック増幅
素子と、該パラメトリック増幅素子より出力されるパラ
メトリック増幅された信号光の近傍の波長成分から所定
の波長の信号光以外の波長成分を除去し所定の波長の信
号光のみを出力する波長選択素子とを備えたことを特徴
とする光リミッタ。 - 【請求項２】 前記パラメトリック増幅素子は、光ファ
イバであることを特徴とする請求項１記載の光リミッ
タ。 - 【請求項３】 前記光ファイバは、分散シフト光ファイ
バ、分散フラット光ファイバのいずれか１種であること
を特徴とする請求項２記載の光リミッタ。 - 【請求項４】 前記パラメトリック増幅素子は、非線形
光学材料を備えた光導波路素子であることを特徴とする
請求項１記載の光リミッタ。 - 【請求項５】 前記非線形光学材料は、ＫＴｉＯＰ
Ｏ4、ＫＴｉＯＡｓＯ4、β−ＢａＢ2Ｏ4、ＬｉＮｂＯ3
のいずれか１種であることを特徴とする請求項４記載の
光リミッタ。 - 【請求項６】 前記波長選択素子は、光フィルタである
ことを特徴とする請求項１記載の光リミッタ。 - 【請求項７】 前記光フィルタは、誘電体多層膜光フィ
ルタであることを特徴とする請求項６記載の光リミッ
タ。 - 【請求項８】 前記波長選択素子は、光サーキュレータ
と光ファイバグレーティングにより構成されていること
を特徴とする請求項１記載の光リミッタ。 - 【請求項９】 前記波長選択素子は、ファブリペローエ
タロンフィルタであることを特徴とする請求項１記載の
光リミッタ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02001098A JP3278605B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 光リミッタ |
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| US09/817,824 US6539153B2 (en) | 1998-01-30 | 2001-03-26 | Light limiter |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02001098A JP3278605B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 光リミッタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11218792A JPH11218792A (ja) | 1999-08-10 |
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|---|---|---|---|
| JP02001098A Expired - Fee Related JP3278605B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 光リミッタ |
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| EP (1) | EP0933665A3 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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