JP3857881B2 - ラマン光増幅用励起光源装置およびそれを用いたラマン光増幅システム - Google Patents

ラマン光増幅用励起光源装置およびそれを用いたラマン光増幅システム Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は誘導ラマン散乱現象を利用して信号光を光ファイバ内で光増幅させるための光増幅器用励起光源装置及びそれを用いた光増幅システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にラマン光増幅システムは、図１１に示すように、光送信局１から出力された光信号２が光ファイバなどの光伝送路３を介して光受信局４に導かれる際に、光伝送路３内で減衰した光信号２を光受信局４の受信に必要な光信号レベルとなるように、光伝送路３の間またはその端部に光増幅装置５を配置して光信号を光増幅するシステムである。
【０００３】
光送信局１では、伝送しようとする電気情報を光信号に変換し光伝送路３に出力する。光信号は伝送しようとする情報の電気信号を信号光源となる半導体レーザ素子等に直接印加することによって、または信号光源の後に外部変調器を介在させて信号光源から発振された光を電気信号によって変調して作成される。
【０００４】
光受信局４では光伝送路３を伝播した信号光２をフォトダイオード等の光-電気変換器により電気信号に変換し、光送信局１から送信された情報を復調し、情報を読み取る。
【０００５】
ラマン光増幅装置５は、図１０に示すように、前記光伝送路３の一部となるラマン光増幅媒体３１の端部から光カプラ６を介して励起光源装置７からの励起光をラマン光増幅媒体３１内に入力し、ラマン光増幅媒体３１内で誘導ラマン散乱を発生させて光信号２をラマン光増幅させる。励起光の波長は、光送信局１から発せられた光信号２の波長よりも約２０〜２００ｎｍ短波長のものが選ばれる。
【０００６】
ラマン光増幅媒体３１内で得られるラマン利得は、励起光の偏波状態と信号光２の偏波状態の相互関係に強く依存する。例えば、励起光の偏波が直線偏波の場合（通常半導体レーザ素子（ＬＤ）から出射されるレーザ光は直線偏波状態を有する）、信号光２が励起光の偏波に平行な直線偏波であればラマン光増幅利得は増大し、信号光２が励起光の偏波に垂直な直線偏波であれば減少する。この現象は利得の偏波依存性（ＰＤＧ(Polarization Dependent Gain)）と呼ばれ、ラマン光増幅器のビット・エラー・割合を悪化させる原因になる。
【０００７】
上記のように、ラマン光増幅媒体３１中で、励起光もしくは信号光２の偏波状態が時間的に変動すると、利得も時間的に変動する。この利得の変動は情報伝送上好ましくない。
このため、従来は、励起光源装置７内に一波長当たり２個以上のＬＤと偏波合成器を用い、それぞれの偏波が互いに直交するように偏波合成を行ってラマン光増幅媒体３１に入力させ、ラマン光増幅利得の偏波依存性を解消していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来、励起光の偏波依存性を解消するために、同一発振波長の半導体レーザ素子等の光源からの発振光を偏波状態が直交するように合成しラマン光増幅媒体に入力するか、偏光度を減少させた光をラマン増幅媒体に入力することで、利得の偏波依存性を解消していた。
【０００９】
しかしながら、偏波合成器を用いて同一波長の２つの光源からの光を合波する方法では、一方の光源が故障した場合、動作するのが他方の光源のみとなるため、励起光もしくは信号光の偏波状態の時間的な変動によるラマン光増幅利得の時間的な変動が現れ、増幅利得に揺らぎが生じてしまう。
【００１０】
また、偏光度を減少させた光を利得媒体に入力する方法では、異なる波長をもつ複数の光源からの出力を合波する場合、以下の問題が発生する。１．偏光度が減少しているため偏波合成をすることが難しく、偏波合成を行う際ある特定の偏波状態の光のみを選択するため、出力強度が減少し偏光度が上昇する。２．PLCやAWGを用いる場合、光源の波長間隔が制限され、結合効率を上げるため光源のスペクトル線幅も制限される。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は係る点に鑑みなされたもので、その目的は、波長の異なる２つの光源から出力された光を偏波合成器で合成し、その後、非偏光化装置を介して２つの励起光の偏光度を一度に減少させることで、単一波長の光源を１台のみで使用する場合においてもラマン増幅利得の偏波依存性を解消し、利得を安定させたラマン光増幅器を提供することができる。また、異なる波長の光源からの出力を合波させる場合、光源の波長間隔やスペクトル線幅の制限を受けずに合波させることが可能となる。更に、部品点数を減らすことで、簡素化された装置を提供する目的もある。
【００１２】
請求項１の発明は、光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、波長の異なる２つの半導体レーザ光源と、当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の偏光が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器と、前記複合光が入力され、非偏光化された光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが複数組みと、前記複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光が入力され、複数の光を合成する光合成器とから構成され、前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された複合光の各光の偏波面と前記複屈折部材の光学主軸とが互いに４５度となるように配置され、各組みの２つの半導体レーザ光源から出力された光をそれぞれ各組みの偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の偏光を維持している各組み毎の複合光を出力させ、この各組み毎の複合光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された各組み毎の非偏光化光を出力し、この各組み毎の非偏光化光を光合成器で合成して出力することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、波長の異なる２つの光源と、当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の関係が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器とを備え、これらが複数組みと、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された各組み毎の複合光が入力され、複数の光を合成する１個の偏波合成器又は偏波保持型光合波器と、前記合成された複合光が入力され、偏光度が減少された光を出力する１個の非偏光化装置とから構成され、前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された複合光の各光の偏波面と前記複屈折部材の光学主軸とは互いに４５度となるように配置され、各組みの２つの光源から出力された光をそれぞれ各組み毎の偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、この各組み毎の複合光を偏波合成器又は偏波保持型光合成器で合成した後、非偏光化装置に入力して偏光度が減少された光を出力することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、波長の異なる２つの半導体レーザ光源と、当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の偏光が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器と、前記複合光が入力され、非偏光化された光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが１又は複数組みと、さらに、前記光源とは別の個別の半導体レーザ光源と、当該光源から出力された光が入力され、非偏光化された非偏光化光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが１又は複数組みと、前記複合光が入力された前記１又は複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光と、前記個別の半導体レーザ光源から出力された光が入力された１又は複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光とが入力され、複数の光を合成する光合成器とから構成され、複合光が入力される前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された複合光の各光の偏波面と前記複屈折部材の光学主軸とが互いに４５度となるように配置され、個別の半導体レーザ光源から出力された光が入力される前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、各組みの２つの半導体レーザ光源から出力された光をそれぞれ各組みの偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、この各組み毎の複合光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された各組み毎の非偏光化光を出力するとともに、前記個別の光源からの光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された非偏光化光を出力し、複合光が入力された非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光及び個別の半導体レーザの光が入力された非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光を光合成器で合成して出力することを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、波長の異なる２つの光源と、当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の関係が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器とを備え、これらが複数組みと、さらに、前記光源とは別の個別光源が１又は複数と、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された各組み毎の複合光と、前記個別光源から出力された光とが入力され、複数の光を合成する１個の偏波保持型光合成器と、前記合成された光が入力され、偏光度が減少された光を出力する１個の非偏光化装置とから構成され、前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された複合光の各光の偏波面と前記複屈折部材の光学主軸とは互いに４５度となるように配置され、各組みの２つの光源から出力された光をそれぞれ各組み毎の偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、この各組み毎の複合光と前記個別光源から出力された光とを偏波保持型光合成器で合成した後、非偏光化装置に入力して偏光度が減少された光を出力することを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、波長の異なる２つの半導体レーザ光源と、当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交 又は入力時の偏光が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器と、前記複合光が入力され、非偏光化された光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが複数組みと、前記複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光が入力され、複数の光を合成する光合成器とから構成され、前記非偏光化装置は、長さの割合が１：２以上、あるいは２以上：１である複屈折部材が、それぞれの光学主軸を４５度の角度とするように配置されたＬＹＯＴ型非偏光化装置からなり、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器と前記非偏光化装置が接続され、各組みの２つの半導体レーザ光源から出力された光をそれぞれ各組みの偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の偏光を維持している各組み毎の複合光を出力させ、この各組み毎の複合光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された各組み毎の非偏光化光を出力し、この各組み毎の非偏光化光を光合成器で合成して出力することを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、波長の異なる２つの光源と、当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の関係が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器とを備え、これらが複数組みと、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された各組み毎の複合光が入力され、複数の光を合成する１個の偏波合成器又は偏波保持型光合波器と、前記合成された複合光が入力され、偏光度が減少された光を出力する１個の非偏光化装置とから構成され、前記非偏光化装置は、長さの割合が１：２以上、あるいは２以上：１である複屈折部材が、それぞれの光学主軸を４５度の角度とするように配置されたＬＹＯＴ型非偏光化装置からなり、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器と前記非偏光化装置が接続され、各組みの２つの光源から出力された光をそれぞれ各組み毎の偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、この各組み毎の複合光を偏波合成器又は偏波保持型光合成器で合成した後、非偏光化装置に入力して偏光度が減少された光を出力することを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、波長の異なる２つの半導体レーザ光源と、当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の偏光が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器と、前記複合光が入力され、非偏光化された光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが１又は複数組みと、さらに、前記光源とは別の個別の半導体レーザ光源と、当該光源から出力された光が入力され、非偏光化された非偏光化光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが１又は複数組みと、前記複合光が入力された前記１又は複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光と、前記個別の半導体レーザ光源から出力された光が入力された１又は複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光とが入力され、複数の光を合成する光合成器とから構成され、複合光が入力される前記非偏光化装置は、長さの割合が１：２以上、あるいは２以上：１である複屈折部材が、それぞれの光学主軸を４５度の角度とするように配置されたＬＹＯＴ型非偏光化装置からなり、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器と前記非偏光化装置が接続され、個別の半導体レーザ光源から出力された光が入力される前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、
各組みの２つの半導体レーザ光源から出力された光をそれぞれ各組みの偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、この各組み毎の複合光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして 非偏光化された各組み毎の非偏光化光を出力するとともに、前記個別の光源からの光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された非偏光化光を出力し、複合光が入力された非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光及び個別の半導体レーザの光が入力された非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光を光合成器で合成して出力することを特徴とする。
【００１９】
請求項８の発明は、光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、波長の異なる２つの光源と、当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の関係が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器とを備え、これらが複数組みと、さらに、前記光源とは別の個別光源が１又は複数と、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された各組み毎の複合光と、前記個別光源から出力された光とが入力され、複数の光を合成する１個の偏波保持型光合成器と、前記合成された光が入力され、偏光度が減少された光を出力する１個の非偏光化装置とから構成され、前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、前記非偏光化装置は、長さの割合が１：２以上、あるいは２以上：１である複屈折部材が、それぞれの光学主軸を４５度の角度とするように配置されたＬＹＯＴ型非偏光化装置からなり、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器と前記非偏光化装置が接続され、各組みの２つの光源から出力された光をそれぞれ各組み毎の偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、この各組み毎の複合光と前記個別光源から出力された光とを偏波保持型光合成器で合成した後、非偏光化装置に入力して偏光度が減少された光を出力することを特徴とする。また、偏波合波器又は偏波保持光合成器の出力に偏波保持光ファイバを利用した場合、該Lyot 型非偏光化装置の2本の複屈折光ファイバとして該出力用偏波保持光ファイバを利用することも可能である。
【００２０】
請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれか１において、複屈折部材はルチルであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項１乃至８のいずれか１において、複屈折部材は方解石であることを特徴とする。
【００２２】
請求項１１の発明は、請求項１乃至８のいずれか１において、複屈折部材は偏波保持光ファイバであることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２の発明は、請求項１乃至１１のいずれか１において、非偏光化装置の入力側の光学経路、非偏光化装置の出力側の光学経路、又は非偏光化装置の内部のいずれか１つ又は複数に光アイソレイータが介在していることを特徴とする。
【００２４】
請求項１３の発明は、信号光を発する送光局と、その信号光を受光する受光局と、送光局からの信号光を受光局に伝播させる光ファイバと、光ファイバ内に励起光を導入させて光ファイバ内で誘導ラマン散乱を生じさせて前記信号光をラマン光増幅させるラマン光増幅用励起光源装置とからなる光増幅システムにおいて、ラマン光増幅用励起光源装置は請求項１乃至１１の何れかで構成されていることを特徴とする。
【発明の実施形態】
非偏光化装置は、複屈折を有する方解石、ルチルなどのような結晶体または偏波保持光ファイバなどで構成される。複屈折を有する部材とは、縦方向と横方向とでそれぞれ屈折率が異なり、光の伝播速度がそれぞれ異なるものである。
【００２５】
偏波合成器または偏波保持型光合成器は、2本の偏波保持光ファイバで導かれた光を、偏波が互いに直交の関係になるように合波し又は入力の偏波状態を保持して合波し1本の出力用光ファイバに出力するものである。複屈折結晶を非偏光化装置に使用する場合は、非偏光化後の光が非偏光化装置内で受ける時間遅延を打ち消さないように出力用光ファイバはシングルモードファイバーを用いることが好ましい。一方で、非偏光化装置に偏波保持光ファイバを使用する場合は、非偏光化の安定のため出力用光ファイバ-に偏波保持光ファイバを使用することが好ましい。
【００２６】
励起光は一般にＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＡｌ系、ＧａＩｎＡｓＰ系などのＬＤによって発せられ、励起波長によって種々のものが選ばれる。
【００２７】
偏波保持光ファイバは、光ファイバと同様に光を伝播させるコアとこれよりも屈折率の小さなクラッドで構成され、更にクラッド内にコアを挟むように応力付与部材が配置されている。応力付与部材は通常熱膨張の大きな材料で構成され、コアに対し引っ張り応力を付与する。この結果、応力付与部材が配置された面とこれに直交する面とで屈折率が異なる、いわゆる複屈折を生じ、それぞれの面で光の伝播速度が異なるようになる。一般にコアがＧｅＯ2+ＳｉＯ2、クラッドがＳｉＯ2、応力付与部材がＢ2Ｏ3+ＳｉＯ2で構成される。
【００２８】
複屈折部材の屈折率の高い低速軸と、屈折率の小さい高速軸とを伝播する光のモードに結合が起きないと仮定すると、両モードに分配された光はそれぞれ伝播速度が異なるため、複屈折部材の出力端で相対的な時間差つまり時間遅延が生じる。この時間遅延は、両モードを伝播する光の可干渉性を劣化させるため、遅延時間が充分に長い場合、複屈折部材から出力された光を合成すると、偏波状態は微小時間内で激しく変動するようになる。その結果、光の偏光の度合いは入力時に比べて劣化する。
【００２９】
偏波の度合いは、偏波成分と非偏波成分との強度の和と、偏波成分の強度との比を百分率で表したＤＯＰ(Degree Of Polarization)を用いて表す。ＤＯＰの値は光のコヒーレント長と、複屈折部材の高速軸と低速軸を伝播する光の光学距離の差に依存する。光学距離の差は、複屈折部材の長さに依存するため、ＤＯＰ値は複屈折部材の長さに関与し、複屈折部材の長さが長くなるに従って偏波成分が徐々に少なくなる。
【００３０】
ＤＯＰは複屈折部材による遅延時間と光源のコヒーレンス（可干渉性）の関係で決まる。コヒーレンスとは、ある光ビームが自分自身に対して、時間遅延または空間的な横ずらしによって得られる光ビームとの間にどれだけ干渉効果（可干渉性）を持つかを表す尺度である。
【００３１】
遅延時間が励起光源のコヒーレンス時間よりも短い場合、両モードの光は可干渉性が高いため複屈折部材の出力端で合成された後のＤＯＰは高い。一方、遅延時間が光源のコヒーレンス時間よりも充分に長い場合、両モードの光の可干渉性が低いため、合成された後の偏光状態は微小時間内で変動する。その結果、出力光のＤＯＰは低下する。
【００３２】
式を用いて説明する。ＬＤ光源のコヒーレンス時間は近似的に以下の式で与えられる。
τc ≒ １／Δν ・・・・・ （１）
ただし、τc：コヒーレント時間、Δν：スペクトルの半値全幅（周波数）。
【００３３】
複屈折部材による遅延時間が光源のコヒーレント時間よりも長い場合、ＤＯＰが減少するので、以下の関係を満たすときは、光は非偏光状態になる。
τc << 〔d(βf−βs)L／dω〕 ・・・（２）
ただし、βf、βs：それぞれ高速軸及び低速軸の伝播定数、Ｌ：複屈折部材長。
【００３４】
複屈折部材として方解石を用いて、その長さを変えながらＤＯＰの測定を行った。その測定結果を図９に「●」で示す。複屈折部材による遅延時間差が長くなるにつれて、ＤＯＰが減少していることがわかる。図９中で「・」で示す線はＬＤ光のスペクトル半値幅を元に遅延時間差に基づくＤＯＰを計算した結果である。このように測定値は、ＬＤ光のスペクトル半値幅を元に遅延時間差とＤＯＰを計算した結果と比較すると良く一致する。
【００３５】
【実施例】
図１は本発明における光増幅用の励起光源装置７の構成図を示すものである。図において、７１・７２は、それぞれ互いに発振波長が異なる半導体レーザ素子、７３・７４はそれぞれ偏波保持光ファイバ、７５は出力用の光伝送路、８は偏波合成器、９は非偏光化装置である。
【００３６】
偏波合成器８は、２つの入力端８１・８２と１つの出力端８３を有し、入力端８１・８２からそれぞれ入力された偏波が互いに９０度（π／２ラジアン）異なる光を、その内部に配置されたルチル・方解石等の複屈折部材などを介して出力端８３から偏波が互いにπ／２ラジアン異なる複合光として出力する。半導体レーザ素子７１と入力端８１、及び半導体レーザ素子７２と入力端８２はそれぞれ偏波保持光ファイバ７３・７４により接続され、半導体レーザ素子７１・７２から発射された励起光がそれぞれ偏波を保持されながら、偏波合成器８の入力端８１・８２に互いに偏波面がπ／２ラジアン異なるように導かれる。
【００３７】
入力端８１・８２に入力された両励起光は、前記のように、偏波合成器８内の複屈折部材等を介して合成され、出力端８３からそれぞれ偏波面がπ／２ラジアン異なるように出力される。出力端８３から出力された偏波面が互いにπ／２ラジアン異なる合成励起光は、非偏光化装置９を構成する複屈折部材１０に入力するが、この際、図２に示すように、互いの励起光の偏波面が複屈折部材１０の光学主軸（高速軸または低速軸の面）と４５度（π／４ラジアン）異なるように結合される。
【００３８】
この結果、偏波合成器８から出力された複合光は、複屈折部材１０の高速軸及び低速軸にそれぞれ等量づつ分配されて入力する。また同様に半導体レーザ素子７２から輻射された励起光も複屈折部材１０の高速軸及び低速軸にそれぞれ等量づつ分配されて入力する。複屈折部材１０に２分配されて入力した半導体レーザ素子７１・７２からの励起光は、複屈折部材１０の低速軸と高速軸とを伝播するが、この際、低速軸と高速軸とを伝播する両者の遅延時間差は半導体レーザ素子７１・７２から輻射された励起光のコヒーレント時間より大きくなるように複屈折部材１０の長さが選定されている。
【００３９】
これにより、複屈折部材１０の高速軸及び低速軸から出力される励起光は互いのコヒーレント性が低下する。
複屈折部材１０から出力された互いにコヒーレント性の低下した励起光はその後、通常の光ファイバで構成された光伝送路７５に出力される。光伝送路７５に導かれた励起光は光伝送路７５を伝播して図１０に示す光カプラ６に導かれ、ここで信号光２と合成される。これにより、増幅媒体３１内で信号光２がラマン増幅される。
【００４０】
また半導体レーザ素子７１または７２から出力される励起光は信号光の波長からおよそ５０〜２００ｎｍほど短波長（望ましくは１００ｎｍ程度）の発振光を発振するものが選ばれる。
【００４１】
図３は本発明の他の実施例を示す構成図であり、複屈折部材１０として複屈折光ファイバ１０ａを用いたものである。この場合も、偏波合成器８の出力端８３から出力された偏波が、互いにπ／２ラジアン異なる複合光の一方の偏波面と、複屈折光ファイバの主軸とが互いにπ／４ラジアン異なるように、偏波合成器８と複屈折光ファイバとが配置される。
この場合の動作は図２の場合となんら変わりがない。
【００４２】
図４は本発明の更に他の実施例を示す構成図であり、非偏光化装置９として、前半部の長さが１、後半部の長さが２倍以上（又はこの逆の２以上：１の割合）の複屈折光伝送路１０ｂ、１０ｃをそれぞれ光学主軸が４５度の角度で融着された形態を有するＬＹＯＴ型非偏光化装置を採用した場合である。この場合、複屈折光伝送路１０ｂと偏波合成器８との偏波を考慮することなく単に光軸を合わせて接続するのみで良い。
【００４３】
なお、上記図３及び図４の実施例において、複屈折光ファイバ１０ａ、１０ｃは出力用の光伝送路７５を兼務することも可能である。
また、本発明の上記実施例は複屈折部材としてルチル材を用いた場合を説明したが、本発明は、その他の複屈折部材、例えば方解石等を用いることも可能である。この場合も、上記実施例と同様に偏波合成器８から出力される励起光の偏波面と複屈折部材１０の光学主軸とが４５度の成す角を持つように偏波合成器８と複屈折部材１０とが配置される。
【００４４】
図５は本発明の更に他の実施例を示す構成図である。図は、２つの半導体レーザ素子７１・７２からなる光源が複数組み用意され、各組みの光源からの発振光をそれぞれ偏波合成器８で合成し、その合成光を非偏光化装置９で非偏光化した後、それぞれの非偏光化された合成光を光合波器１１で合成し、出力用の光伝送路７５に出力する例を示している。
【００４５】
図６は本発明の更に他の実施例を示す構成図である。図は、２つの半導体レーザ素子７１・７２からなる光源が複数組み用意され、各組みの光源からの発振光をそれぞれ偏波合成器８で合成し、その各合成光を偏波保持型の光合波器１１で結合した後、非偏光化装置９に導いて全体の合成光を一度に非偏光化される例を示している。
【００４６】
図７は本発明の更に他の実施例を示す構成図である。図は、２つの半導体レーザ素子７１・７２からなる光源が複数組み用意され、さらに独立した半導体レーザ素子７６からなる個別光源とが用意され、各組みの光源からの発振光をそれぞれ偏波合成器８で合成し、その合成光を非偏光化装置９で非偏光化するとともに、前記個別光源を非偏光化装置９で偏光化させ、これら両非偏光化された光を光合波器１１で合成する例を示している。
なお、この実施例においては、個別光源とこれに付随する非偏光化装置９とが１組みのみ示されているが、本発明はこれらが複数組みであっても良い。
【００４７】
図８は本発明の更に他の実施例を示す構成図である。図は、２つの半導体レーザ素子７１・７２からなる光源が複数組み用意され、さらに独立した半導体レーザ素子７６からなる個別光源とが用意され、各組みの光源からの発振光をそれぞれ偏波合成器８で合成し、この各組みの合成光と個別光源からの発振光を偏波保持型の光合波器１１に入力してこれらの光を合成し、その後、非偏光化装置９により非偏光化する例を示している。
なお、この実施例においても前記例と同様に、個別光源とこれに付随する非偏光化装置９がそれぞれ１組みのみ示されているが、本発明はこれらが複数組みであっても良い。
【００４８】
また偏波保持光ファイバ７３・７４には、内部に半導体レーザ素子７１・７２の発振光にほぼ一致するファイバグレーティングによる光反射層が形成され、半導体レーザ素子７１・７２からの発振波長の安定化及び発振波長の狭帯域化を図ることもできる。
【００４９】
なお、本発明の上記各実施例はいずれも２つの光源からの発振光を合成する際に、偏波合成器を用いて説明したが、本発明は、偏波合成器の一部または全部を偏波保持型光合成器に代えても良い。
【００５０】
又、本発明は、非偏光化装置の入力側の光学経路、非偏光化装置の出力側の光学経路、又は非偏光化装置の内部のいずれか１つ又は複数に光アイソレイータが介在させることができる。即ち、半導体レーザ素子７１・７２から出力用の光伝送路７５までの光学経路の間に光アイソレータを改善させることができる。このような構成にすることにより、これよりも後段側の光部品からの光反射による半導体レーザ素子等への悪影響を改善することができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、偏波合成器又は偏波保持型光合成器を用いて異なる励起波長の複数の励起光を合成し、その後、励起光を非偏光化することにより、１波長あたり１個の半導体レーザ素子であっても増幅の利得の偏波依存性を解消することが可能となる。この結果、励起用半導体レーザ素子の個数を減らした安価な増幅用励起光源装置及び光増幅システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一構成を示す構成図である。
【図２】 本発明の一実施例を示す構成図である。
【図３】 本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図４】 本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図５】 本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図６】 本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図７】 本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図８】 本発明の更に他の実施例を示す構成図である。
【図９】 偏波の度合いと、複屈折部材の高速軸と低速軸を伝播する光の光学距離の差との関係を示す関係図である。
【図１０】 一般的なラマン光増幅用励起光源装置を示す構成図である。
【図１１】 一般的なラマン光増幅システムを示す構成図である。
【符号の説明】
１ ・・ 光送信局
２ ・・ 光信号
３ ・・ 光伝送路
４ ・・ 光受信局
５ ・・ ラマン増幅器
６ ・・ 光カプラ
７ ・・ 励起光源装置
７１ ・・ 半導体レーザ素子
７２ ・・ 半導体レーザ素子
７３ ・・ 偏波保持光ファイバ
７４ ・・ 偏波保持光ファイバ
７５ ・・ 出力用の光伝送路
７６ ・・ 半導体レーザ素子
８ ・・ 偏波合成器又は偏波保持型光合成器
８１ ・・ 入力端
８２ ・・ 入力端
８３ ・・ 出力端
９ ・・ 非偏光化装置
１０ ・・ 複屈折部材
１１ ・・ 光合波器

Claims (13)

  1. 光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、
    波長の異なる２つの半導体レーザ光源と、
    当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の偏光が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器と、
    前記複合光が入力され、非偏光化された光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが複数組みと、
    前記複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光が入力され、複数の光を合成する光合成器とから構成され、
    前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、
    前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された複合光の各光の偏波面と前記複屈折部材の光学主軸とが互いに４５度となるように配置され、
    各組みの２つの半導体レーザ光源から出力された光をそれぞれ各組みの偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の偏光を維持している各組み毎の複合光を出力させ、
    この各組み毎の複合光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された各組み毎の非偏光化光を出力し、この各組み毎の非偏光化光を光合成器で合成して出力することを特徴とするラマン光増幅用励起光源装置。
  2. 光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、
    波長の異なる２つの光源と、
    当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の関係が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器とを備え、これらが複数組みと、
    前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された各組み毎の複合光が入力され、複数の光を合成する１個の偏波合成器又は偏波保持型光合波器と、前記合成された複合光が入力され、偏光度が減少された光を出力する１個の非偏光化装置とから構成され、
    前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、
    前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された複合光の各光の偏波面と前記複屈折部材の光学主軸とは互いに４５度となるように配置され、
    各組みの２つの光源から出力された光をそれぞれ各組み毎の偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、
    この各組み毎の複合光を偏波合成器又は偏波保持型光合成器で合成した後、非偏光化装置に入力して偏光度が減少された光を出力することを特徴とするラマン光増幅用励起光源装置。
  3. 光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、
    波長の異なる２つの半導体レーザ光源と、
    当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の偏光が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器と、
    前記複合光が入力され、非偏光化された光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが１又は複数組みと、
    さらに、前記光源とは別の個別の半導体レーザ光源と、
    当該光源から出力された光が入力され、非偏光化された非偏光化光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが１又は複数組みと、
    前記複合光が入力された前記１又は複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光と、前記個別の半導体レーザ光源から出力された光が入力された１又は複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光とが入力され、複数の光を合成する光合成器とから構成され、
    複合光が入力される前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された複合光の各光の偏波面と前記複屈折部材の光学主軸とが互いに４５度となるように配置され、
    個別の半導体レーザ光源から出力された光が入力される前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、
    各組みの２つの半導体レーザ光源から出力された光をそれぞれ各組みの偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、
    この各組み毎の複合光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された各組み毎の非偏光化光を出力するとともに、
    前記個別の光源からの光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された非偏光化光を出力し、
    複合光が入力された非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光及び個別の半導体レーザの光が入力された非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光を光合成器で合成して出力することを特徴とするラマン光増幅用励起光源装置。
  4. 光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、
    波長の異なる２つの光源と、
    当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の関係が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器とを備え、これらが複数組みと、
    さらに、前記光源とは別の個別光源が１又は複数と、
    前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された各組み毎の複合光と、前記個別光源から出力された光とが入力され、複数の光を合成する１個の偏波保持型光合成器と、
    前記合成された光が入力され、偏光度が減少された光を出力する１個の非偏光化装置とから構成され、
    前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、
    前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された複合光の各光の偏波面と前記複屈折部材の光学主軸とは互いに４５度となるように配置され、
    各組みの２つの光源から出力された光をそれぞれ各組み毎の偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、
    この各組み毎の複合光と前記個別光源から出力された光とを偏波保持型光合成器で合成した後、非偏光化装置に入力して偏光度が減少された光を出力することを特徴とするラマン光増幅用励起光源装置。
  5. 光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、
    波長の異なる２つの半導体レーザ光源と、
    当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の偏光が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器と、
    前記複合光が入力され、非偏光化された光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが複 数組みと、
    前記複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光が入力され、複数の光を合成する光合成器とから構成され、
    前記非偏光化装置は、長さの割合が１：２以上、あるいは２以上：１である複屈折部材が、それぞれの光学主軸を４５度の角度とするように配置されたＬＹＯＴ型非偏光化装置からなり、
    前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器と前記非偏光化装置が接続され、
    各組みの２つの半導体レーザ光源から出力された光をそれぞれ各組みの偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の偏光を維持している各組み毎の複合光を出力させ、
    この各組み毎の複合光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された各組み毎の非偏光化光を出力し、この各組み毎の非偏光化光を光合成器で合成して出力することを特徴とするラマン光増幅用励起光源装置。
  6. 光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、
    波長の異なる２つの光源と、
    当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の関係が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器とを備え、これらが複数組みと、
    前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された各組み毎の複合光が入力され、複数の光を合成する１個の偏波合成器又は偏波保持型光合波器と、前記合成された複合光が入力され、偏光度が減少された光を出力する１個の非偏光化装置とから構成され、
    前記非偏光化装置は、長さの割合が１：２以上、あるいは２以上：１である複屈折部材が、それぞれの光学主軸を４５度の角度とするように配置されたＬＹＯＴ型非偏光化装置からなり、
    前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器と前記非偏光化装置が接続され、
    各組みの２つの光源から出力された光をそれぞれ各組み毎の偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、
    この各組み毎の複合光を偏波合成器又は偏波保持型光合成器で合成した後、非偏光化装置に入力して偏光度が減少された光を出力することを特徴とするラマン光増幅用励起光源装置。
  7. 光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、
    波長の異なる２つの半導体レーザ光源と、
    当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の偏光が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器と、
    前記複合光が入力され、非偏光化された光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが１又は複数組みと、
    さらに、前記光源とは別の個別の半導体レーザ光源と、
    当該光源から出力された光が入力され、非偏光化された非偏光化光を出力する非偏光化装置とを備え、これらが１又は複数組みと、
    前記複合光が入力された前記１又は複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光と、前記個別の半導体レーザ光源から出力された光が入力された１又は複数組みの非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光とが入力され、複数の光を合成する光合成器とから構成され、
    複合光が入力される前記非偏光化装置は、長さの割合が１：２以上、あるいは２以上：１である複屈折部材が、それぞれの光学主軸を４５度の角度とするように配置されたＬＹＯ Ｔ型非偏光化装置からなり、前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器と前記非偏光化装置が接続され、
    個別の半導体レーザ光源から出力された光が入力される前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、
    各組みの２つの半導体レーザ光源から出力された光をそれぞれ各組みの偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、
    この各組み毎の複合光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された各組み毎の非偏光化光を出力するとともに、
    前記個別の光源からの光をそれぞれ各組みの非偏光化装置に入力して前記複屈折部材の高速軸と低速軸を伝搬するように分配し、該分配された光の遅延差が、前記複数の半導体レーザから輻射された光のコヒーレント時間より大きくなるようにして非偏光化された非偏光化光を出力し、
    複合光が入力された非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光及び個別の半導体レーザの光が入力された非偏光化装置から出力された各組み毎の非偏光化光を光合成器で合成して出力することを特徴とするラマン光増幅用励起光源装置。
  8. 光ファイバ内に導入された信号光を光ファイバ内でラマン光増幅させるための励起光を出力するラマン光増幅用励起光源装置において、
    波長の異なる２つの光源と、
    当該光源から出力された光がそれぞれ入力され、偏光が互いに直交又は入力時の関係が維持された複合光を出力する偏波合成器又は偏波保持型光合成器とを備え、これらが複数組みと、
    さらに、前記光源とは別の個別光源が１又は複数と、
    前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器から出力された各組み毎の複合光と、前記個別光源から出力された光とが入力され、複数の光を合成する１個の偏波保持型光合成器と、
    前記合成された光が入力され、偏光度が減少された光を出力する１個の非偏光化装置とから構成され、
    前記非偏光化装置は互いに直交している面で異なる屈折率を有する複屈折部材からなり、
    前記非偏光化装置は、長さの割合が１：２以上、あるいは２以上：１である複屈折部材が、それぞれの光学主軸を４５度の角度とするように配置されたＬＹＯＴ型非偏光化装置からなり、
    前記偏波合成器又は偏波保持型光合成器と前記非偏光化装置が接続され、
    各組みの２つの光源から出力された光をそれぞれ各組み毎の偏波合成器又は偏波保持型光合成器に入力して偏光が互いに直交又は入力時の関係を維持している各組み毎の複合光を出力させ、
    この各組み毎の複合光と前記個別光源から出力された光とを偏波保持型光合成器で合成した後、非偏光化装置に入力して偏光度が減少された光を出力することを特徴とするラマン光増幅用励起光源装置。
  9. 複屈折部材はルチルであることを特徴とする請求項１乃至８記載のいずれか１に記載のラマン光増幅用励起光源装置。
  10. 複屈折部材は方解石であることを特徴とする請求項１乃至８記載のいずれか１に記載のラマン光増幅用励起光源装置。
  11. 複屈折部材は偏波保持光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至８記載のいずれか１に記載のラマン光増幅用励起光源装置。
  12. 非偏光化装置の入力側の光学経路、非偏光化装置の出力側の光学経路、又は非偏光化装置の内部のいずれか１つ又は複数に光アイソレイータが介在していることを特徴とする請求項１乃至１１記載のいずれか１に記載のラマン光増幅用励起光源装置。
  13. 信号光を発する送光局と、その信号光を受光する受光局と、送光局からの信号光を受光局に伝播させる光ファイバと、光ファイバ内に励起光を導入させて光ファイバ内で誘導ラマン散乱を生じさせて前記信号光をラマン光増幅させるラマン光増幅用励起光源装置とからなる光増幅システムにおいて、ラマン光増幅用励起光源装置は請求項１乃至１１の何れかで構成されていることを特徴とするラマン光増幅システム。
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