JP3806800B2 - 光演算増幅素子 - Google Patents
光演算増幅素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3806800B2 JP3806800B2 JP2000085021A JP2000085021A JP3806800B2 JP 3806800 B2 JP3806800 B2 JP 3806800B2 JP 2000085021 A JP2000085021 A JP 2000085021A JP 2000085021 A JP2000085021 A JP 2000085021A JP 3806800 B2 JP3806800 B2 JP 3806800B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- light
- transmission medium
- feedback
- operational amplification
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光演算増幅素子、詳しくは、高度情報処理が可能な光通信、光画像処理、光コンピュータ、光計測等の光エレクトロニクスに好適な光演算増幅素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の光エレクトロニクスにおいて、光通信分野では、EDFA(エルビウムドープファイバアンプ)を用いて光通信波長帯(1.5μm帯)の光信号の増幅を行い、長距離を電気的な増幅器なしに光信号を伝播させて高度な情報伝達を行っている。
【0003】
一方、結晶、ガラス、溶液といった透明母材に希土類元素のEr(エルビウム)を含有した試料で、負性非線形吸収効果(Negative Nonliner Absorption(NNA)effect;i.e.,Maeda effect )が見出された(例えば、Applied Physics Letters 誌、72巻、395〜397頁、Yoshinobu Maeda 著、All-optical inverter operating over a temperature range of 15-1400K in erbium-doped lutetium aluminum garnet )。この負性非線形吸収効果は、入射光強度の増加及び減少に対して、透過光強度が逆に減少及び増加する現象、換言すると、光入出力特性が負性を示す現象であり、この負性非線形吸収効果による光反転作用により、NOT論理動作(インバータ動作)を得ることができる。なお、この現象は、Er3+のエネルギー準位構造における多準位系の励起吸収によるもので、入射光波長0.8μm帯及び1.5μm帯においてその発現が確認されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のようなエルビウム元素を含有し光増幅作用を発揮する光素子又は半導体レーザーと、同じくエルビウム元素を含有し光反転作用を発揮する光素子とを結合させ、光信号の演算及び増幅をする光演算増幅素子を提供することを主な目的としてなされたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明による光演算増幅素子は、光信号とフィードバックされた光信号を入射する、エルビウム元素を含有し、励起光により光増幅作用を発揮する前段光透過媒体と、前記前段光透過媒体により光増幅された光信号のみを入射する、エルビウム元素を含有し光反転作用を発揮する後段光透過媒体と、前記後段光透過媒体により光反転された光信号の一部を前記前段光透過媒体にフィードバックするフィードバック光路と、を備え、前記後段光透過媒体の透過光の残部を出力光とすることを特徴とする。
【0007】
また、当該光演算増幅素子への入射光は、複数の光信号とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【0009】
図1は、本発明の一実施形態を示す光演算増幅素子に対する実験装置の概略構成図を示す。
【0010】
図1において、実験装置は、光信号発生部1と光演算増幅素子2と測定部3とを備えている。
【0011】
光信号発生部1は、光源として波長可変半導体レーザー4を用い、シグナルジェネレーター5と光変調器6による強度変調によって、波長1.5μm帯の矩形波を得るよう構成した。ここで、変調度は約40%とした。
【0012】
光演算増幅素子2は、光信号発生部1の出力側に配され、波長1.5μm帯の光信号の光路7上に、光増幅作用を発揮するEDFA(エルビウムドープファイバアンプ)8と、波長可変フィルタ9と、光反転作用を発揮するEr:YAG結晶(Erx Y1-x )3 Al5 O12,x:Er組成比)10と、光学系レンズ11、12とを配し、Er:YAG結晶10の透過光の一部を光カプラ13、フィードバック光路14及び光カプラ15を順に介してEDFA8の入射光側にフィードバックするように構成した。ここで、波長可変フィルタ9は半値幅1nmのものを用いた。また、透過光のフィードバック量は約10%とした。
【0013】
測定部3は、光演算増幅素子2の入射光と透過光の各強度を電気的に測定するものであり、入射光に対しては、光信号発生部1の強度変調光を光カプラ16によって二分し、その一方をフォトダイオード17で検出してオシロスコープ18で観測できるようにし、また、透過光に対しては、光演算増幅素子2の透過光をフォトダイオード19で検出してオシロスコープ18で観測できるよう構成した。
【0014】
図2は、測定結果の一例を示す。なお、入射光及び透過光の変調度M及びM’は、M(M’)={(E1 −E2 )/(E1 +E2 )}×100(%)と定義した。
【0015】
図3は、Er:YAG結晶10のErドープ量(Er:YAG結晶10の長さ(mm) ×Er組成比)を変化させて光演算増幅素子2の透過光変調度を測定した結果を示し、図3(a)は、図1に示したようなフィードバックをかけた場合の測定結果、図3(b)は、フィードバックをかけなかった場合の測定結果である。なお、透過光変調度が負の値となっている部分は、NNA効果によって波形が反転していることを示している。
【0016】
図3(a)と図3(b)とを比較すると明らかなように、フィードバックをかけたことによってErドープ量の小さいEr:YAG結晶10においても、NNA効果の発現を確認でき、さらに、フィードバックをかけない場合よりも大きな透過光変調度が得られることが分かる。
【0017】
図4は、長さ0.5mm、Er組成比x=0.5のEr:YAG結晶10を用いた場合のNNA効果の入射光波長依存性を示す。
【0018】
図4から明らかなように、フィードバックをかけた場合、広い範囲の入射光波長において反転波形が生じることが分かる。一方、フィードバックをかけない場合、波長1532.5nm以外では、反転波形が生じないことが分かる。
【0019】
図5は、長さ0.25mm、Er組成比x=0.5のEr:YAG結晶10を用いた場合のNNA効果のEDFA8利得依存性を示す。
【0020】
図5から明らかなように、フィードバックをかけた場合、EDFA利得が25dBを越えたあたりから急激に透過光変調度が増加し、約27dBで最大となり、それ以降は減少することが分かる。一方、フィードバックをかけない場合、フィードバックをかけた場合と同様約27dBあたりから透過光変調度が減少する傾向があるが、フィードバックをかけた場合のような急激な変化はなく、ほぼ一定の値を示すことが分かる。
【0021】
以上の実験結果から、フィードバックをかけることによって、フィードバックをかけない場合よりも変調度の高い光演算増幅素子2を得ることが判明した。なお、このような結果は、フィードバックによって光が何回もEr:YAG結晶10を透過することによる増強効果によるものであると推察される。また、Erドープ量の小さいEr:YAG結晶10であっても、NNA効果が発現することが判明した。また、図5における約27dB以降の透過光強度の減少は、増速吸収(NNA効果)の飽和により生じると考えられる。
【0022】
図6は、図1に示す光演算増幅素子2の入射光(入力)を、二つの同期のとれた周波数の異なる光を合波させた光に設定した場合の実験装置の概略構成図を示す。
【0023】
図6に示す光信号発生部1おいて、波長可変半導体レーザー4Aと光変調器6Aは、二つの周波数のうちの一方の周波数の光(入力1)を発生させる部分であり、他の波長可変半導体レーザー4Bと光変調器6Bは、他方の周波数の光(入力2)を発生する部分であり、光カプラ16は、これら二つの光を合波(入力1+2)して光演算増幅素子2に入射させる。
【0024】
図7(a)は、周波数100Hzと500Hzの光を用い、かつ、長さ0.25mm、Er組成比x=0.5のEr:YAG結晶10を用いた場合の光スイッチング特性、図7(b)は、図7(a)に示す電気的結果を光強度へ換算した結果を示す。
【0025】
図7(a)から明らかなように、光演算増幅素子2は、入力1、入力2がともにローレベルであるときのみ出力がハイレベルになり、NOR論理動作をすることが分かる。また、図7(b)から、入力光強度に対する出力光強度が2桁ほど増幅されていることが分かる。
【0026】
図7に示した実験結果から、波長1.5μm帯の光信号の演算(NOR論理)及び増幅作用(約20dB)を有する光演算増幅素子(光オペアンプ)が実現する。
【0027】
以上説明したように、本実施形態による光演算増幅素子2は、信号光路7上に、エルビウム元素を含有し光増幅作用及び光反転作用を発揮する光透過媒体8、10を配するとともに、光透過媒体8、10の透過光の一部を入射光側にフィードバックするフィードバック光路14を設けており、これにより、光信号を演算及び増幅する光演算増幅素子を得ることができる。
【0028】
また、光透過媒体8、10への入射光を、複数の同期のとれた周波数の異なる光を合波させた光に設定すると、光演算増幅素子2は、演算(NOR論理)及び増幅作用をするようになる。
【0029】
図8は、図1の光透過媒体10のEr:YAG結晶の代わりに、5300ppmのErドープファイバを用いた場合の入射光波長依存性の実験結果を示す。なお、入射光の変調度は約10%を用いた。
【0030】
図8より、1525nmから1550nmの広い波長範囲で光反転作用が発揮されていることが分かる。これは、ガラス母材の方が結晶よりもErの吸収スペクトルが広くなる効果である。また、ファイバを用いた場合、光演算増幅素子が全てファイバで構成可能となる。
【0031】
図9は、光増幅作用及び光反転作用を発揮する光透過媒体として半導体レーザー21及びErドープガラス22を用い、フィードバック光路を共振器ミラー23、24で構成した光演算増幅素子の概略構成図を示す。
【0032】
半導体レーザー21は、波長を1533nmに固定したGaInAsP系半導体のDFBレーザーであり、Erドープガラス22は、10mol%Er含有ほう珪酸ガラス(厚さ0.2mm)を用い、共振器ミラーは一方(23)を100%反射、他方の出力を取り出す方(24)を90%反射する構成とした。
【0033】
図10は、その実験結果の一例を示す。図10において、(a)は透過光波形、(b)は入射光波形を示し、透過光が入射光に対して反転して約5倍の信号増幅が得られた。
【0034】
なお、上述した実施形態では、光演算増幅素子の入射光を光信号としたが、画像信号でも同様に適用できる。
【0035】
【発明の効果】
本発明によると、光信号を演算及び増幅する光演算増幅素子を得ることができ、また、光透過媒体への入射光を、複数の異なる光を合波させた光に設定することにより、演算(NOR論理)及び増幅作用をすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す光演算増幅素子に対する実験装置の概略構成図である。
【図2】測定結果の一例を示す図である。
【図3】Er:YAG結晶10のErドープ量(Er:YAG結晶10の長さ(mm) ×Er組成比)を変化させて光演算増幅素子2の透過光変調度を測定した結果を示す図である。
【図4】長さ0.5mm、Er組成比x=0.5のEr:YAG結晶10を用いた場合の光演算増幅素子2の透過光変調度の入射光波長依存性を示す図である。
【図5】長さ0.25mm、Er組成比x=0.5のEr:YAG結晶10を用いた場合の光演算増幅素子2のEDFA利得依存性を示す図である。
【図6】図1に示す光演算増幅素子2の入射光(入力)を、二つの同期のとれた周波数の異なる光を合波させた光に設定した場合の実験装置の概略構成図である。
【図7】図7(a)は、周波数100Hzと500Hzの光信号を用い、かつ、長さ0.25mm、Er組成比x=0.5のEr:YAG結晶10を用いた場合の光スイッチング特性、図7(b)は、図7(a)に示す電気的測定結果を光強度へ換算した結果を示す図である。
【図8】光演算増幅素子の他の実施形態による実験結果を示す図である。
【図9】光演算増幅素子のさらに他の実施形態の概略構成図である。
【図10】その実験結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
2 光演算増幅素子
7 信号光路
8 EDFA(励起光により光増幅作用を発揮する前段光透過媒体)
10 Er:YAG結晶、Erドープファイバ(光反転作用を発揮する後段光透過媒体)
14 フィードバック光路
21 半導体レーザー
22 Erドープガラス(光反転作用を発揮する光透過媒体)
23、24 共振器ミラー(光共振器)
Claims (2)
- 光信号とフィードバックされた光信号を入射する、エルビウム元素を含有し、励起光により光増幅作用を発揮する前段光透過媒体と、
前記前段光透過媒体により光増幅された光信号のみを入射する、エルビウム元素を含有し光反転作用を発揮する後段光透過媒体と、
前記後段光透過媒体により光反転された光信号の一部を前記前段光透過媒体にフィードバックするフィードバック光路と、
を備え、
前記後段光透過媒体の透過光の残部を出力光とすることを特徴とする光演算増幅素子。 - 請求項1において、当該光演算増幅素子への入射光は、複数の光信号であることを特徴とする光演算増幅素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000085021A JP3806800B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 光演算増幅素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000085021A JP3806800B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 光演算増幅素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001272707A JP2001272707A (ja) | 2001-10-05 |
JP3806800B2 true JP3806800B2 (ja) | 2006-08-09 |
Family
ID=18601413
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000085021A Expired - Fee Related JP3806800B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 光演算増幅素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3806800B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2556808C (en) | 2004-07-12 | 2012-11-20 | Optotriode Co., Ltd. | Optical signal amplification device using negative optical feedback |
-
2000
- 2000-03-24 JP JP2000085021A patent/JP3806800B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001272707A (ja) | 2001-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6990270B2 (en) | Fiber amplifier for generating femtosecond pulses in single mode fiber | |
Radic et al. | All-optical regeneration in one-and two-pump parametric amplifiers using highly nonlinear optical fiber | |
JP2555247B2 (ja) | 光ファイバー増幅装置 | |
JP2633224B2 (ja) | 多チャンネル光ファイバ増幅光源のチャンネル幅調節装置 | |
JP2007086101A (ja) | 深紫外レーザー装置 | |
Cowle et al. | Spectral broadening due to fibre amplifier phase noise | |
JP2002072271A (ja) | 全光nor論理素子の具現装置およびその方法 | |
JPH055912A (ja) | 多段光増幅装置 | |
JP3806800B2 (ja) | 光演算増幅素子 | |
JPWO2002061502A1 (ja) | 光制御方法および装置 | |
Husshini et al. | Multiwavelength fiber laser employing semiconductor optical amplifier in nonlinear optical loop mirror with polarization controller and polarization maintaining fiber | |
US6252701B1 (en) | Optical fiber amplifier | |
JP2008270399A (ja) | 光信号増幅3端子装置 | |
JP2004347709A (ja) | 往復逓倍光変調器 | |
JP2013205556A (ja) | パルス光生成装置及びそれを有するパルス光生成システム | |
JP2756632B2 (ja) | 波長可変モード同期レーザ装置 | |
JP2006106237A (ja) | 光変調器、光パルス増幅器及び光の変調方法 | |
JPH11195829A (ja) | 広帯域光出力装置 | |
JP3134253B2 (ja) | 光ソリトン発生装置 | |
JP3175246B2 (ja) | 光増幅装置 | |
JPH04309929A (ja) | 長波長光源 | |
Maeda | All-optical inverted operational amplifier derived from negative nonlinear feedback systems | |
JP2005241732A (ja) | 光パルス増幅装置 | |
KR0160583B1 (ko) | 파장가변형 솔리톤 광섬유 레이저 | |
Maeda | All-optical inverted operational amplifier derived from the negative nonlinear absorption effect |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050426 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050620 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060110 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060328 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060426 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090526 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120526 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150526 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150526 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150526 Year of fee payment: 9 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |