JP3861306B2

JP3861306B2 - 光パルス発生装置

Info

Publication number: JP3861306B2
Application number: JP00641096A
Authority: JP
Inventors: 逸郎森田; 登枝川; 正敏鈴木; 周山本; 重幸秋葉
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: US5898714A; JPH09197449A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光パルス発生装置に関し、より具体的には、光ソリトン伝送に適した極短光パルスを発生できる光パルス発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビット・レートが数十Ｇｂｉｔｓ／秒以上の高速光ソリトン伝送では、１０ｐｓ以下の極短光パルスが必要になる。１０ｐｓ以上のパルス幅の光パルスは、例えば、半導体レーザを短パルス駆動する方法や、電気吸収型光変調器を光ゲートとして利用し、連続レーザ光を短時間透過させる方法により、比較的容易に形成できる。しかし、高速光ソリトン伝送で必要とされる数ｐｓオーダーの極短光パルスは、これらの方法では困難であり、従来、通常パルス幅の光パルスを幅圧縮する手段として、分散減少ファイバ（ＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＤｅｃｒｅａｓｉｎｇＦｉｂｅｒ）が知られている（例えば、森田逸郎他、「ＤＤＦを用いたプリエンファシス光ソリトン圧縮」１９９５年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会予稿集３９８ページ参照）。
【０００３】
分散減少ファイバは、距離に従い波長分散値が減少する光ファイバである。例えば、長距離光通信で有望視されている１，５００ｎｍ帯での波長分散が、入射端では１２〜１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであったものが、出射端では１〜２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍに減少するような光ファイバである。
【０００４】
なお、光ソリトン伝送にも使用できるような極短光パルスを発生する光パルス発生装置としては、平成６年特許出願公開第２８１８９６号があるが、これは、２つの電気吸収型光変調器をシリアル接続し、２つの光変調器を１８０度位相をずらして駆動することで、２ｐｓ程度の極短パルスを発生させている。しかし、この従来例は、スペクトル幅が広い等の難点があり、実用上の困難な課題を抱えている。
【０００５】
光ソリトン伝送で必要な光パルスのピーク・パワー及びソリトン距離は、理論的には次式により与えられる。なお、ソリトン距離はソリトンを特徴付ける伝送距離である。
【０００６】
【数１】

【０００７】
【数２】

【０００８】
光ソリトン・パルスは、エネルギーＥとパルス幅ｔの積が波長分散Ｄに比例するので、伝搬方向に充分にゆっくりと（即ち、断熱的に）、且つ、伝搬損失によるエネルギーの減少よりも大きな割合で波長分散Ｄを減少させれば、パルス幅ｔを波長分散Ｄの減少に応じて小さくすることができる。分散減少ファイバは、この原理を利用したものである。但し、伝搬損失の無い理想的な状態では、パルス幅の圧縮率は波長分散Ｄの減少率に等しいが、光損失αが存在する場合には、パルス幅圧縮率は、Ｌをファイバ長とすると、波長分散の減少率にｅｘｐ（αＬ）を乗算した値になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
パルス駆動の半導体レーザと分散減少ファイバを組み合わせた従来例では、パルス駆動によりレーザ発振周波数が変動し、光パルスのスペクトル幅が過剰に広がってしまう。そこで、この従来例では、狭帯域光フィルタを利用して、余分な周波数成分を除去しているが、その狭帯域光フィルタによりパルス幅が限定されるという欠点があった。また、半導体レーザの直接変調による発振周波数の変動を完全に除去するのは不可能に近い。
【００１０】
電気吸収型光変調器と分散減少ファイバの組み合わせでは、例えば、電気吸収型光変調器による１４．６ｐｓの光パルスを、分散変化が１３．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから２．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍへの１５ｋｍの分散減少ファイバに入力して、８ｐｓに圧縮できているが、そのために、分散減少ファイバへの入力パワーをソリトン条件を満たすパワー以上に上げている。即ち、分散減少ファイバに入力する光パルスのパルス幅が１４．６ｐｓと比較的広いので、数２からも分かる通り、ソリトン長が長くなり、分散減少ファイバのファイバ長も長くなって、その伝送損失が多くなる。伝送損失をカバーするために、従来例では、分散減少ファイバへの入力光パルスのピーク・パワーを、数１から得られる理論値よりも大きくしており、結果としてソリトン条件を満たさない使用方法になっている。
【００１３】
光ソリトン条件が満たされなければ、光パルスの時間波形及びスペクトル形状などが乱れ、光ソリトン伝送用としては利用できなくなる。逆に、光ソリトン条件を満たすようにすると、分散減少ファイバによるパルス幅圧縮効果も限られてしまう。
【００１４】
本発明は、このような問題点を解決し、ソリトン条件を満たす極短パルスを発生する光パルス発生装置を提示することを目的とする。
【００１５】
本発明はまた、より広いパルス幅の範囲でソリトン条件を満たす極短パルスを発生する光パルス発生装置を提示することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光パルス発生装置は、所定パルス幅の光パルスを生成する光パルス生成手段と、当該光パルス生成手段から出力される光パルスが入力され、波長分散が伝送距離に従い減少する分散減少ファイバと、当該分散減少ファイバを励起して当該分散減少ファイバをラマン増幅器として動作させ、当該分散減少ファイバの伝送損失を実質的に低減させる光励起手段とを具備し、当該光パルス生成手段が、単一波長で連続レーザ発振するレーザ素子と、当該レーザ素子の出力光から当該所定パルス幅の光パルスを生成する光ゲート手段とを具備することを特徴とする。
【００１７】
分散減少ファイバをラマン増幅素子として機能させることで、分散減少ファイバの全体にわたりほぼ均一に伝送損失を低減できる。これにより、ソリトン条件を満たしやすくなる。また、伝送損失によるパルス広がりを低減でき、より高いパルス圧縮率を達成できる。
【００１８】
分散減少ファイバの伝送損失の低減のために、分散減少ファイバの両側から励起光を導入することにより、第１及び第２の光励起手段の出力パワーが小さくて済む。
【００１９】
単一波長で連続レーザ発振するレーザ素子と光ゲート手段により、分散減少ファイバによるパルス圧縮に適した、時間波形及びスペクトル形状の好ましい光パルスを生成できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。１０は単一波長１，５５８．８ｎｍで連続レーザ発振するＤＦＢ型半導体レーザであり、その出力光は、ＩｎＧａＡｓＰからなる電気吸収型光変調器１２に入射される。電気吸収型光変調器１２は、直流電圧でバイアスされた正弦波により駆動され、半導体レーザ１０からの連続光から１４．６ｐｓのパルス幅の光パルス列を形成する。光パルス列の周期は、電気吸収型光変調器１２に印加される正弦波の周波数に依存する。このような電気吸収型光変調器１２及びその動作は周知である。
【００２１】
光変調器１２の出力光は、光アイソレータ１４を介して分散減少ファイバ１６に入力する。本実施例では、分散減少ファイバ１６は、その波長分散が１３．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから２．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍに減少するように設計されており、そのファイバ長は１５ｋｍである。
【００２２】
本実施例では、分散減少ファイバ１６に１，４００ｎｍ乃至１，５００ｎｍ（具体的には１，４８０ｎｍ）の連続レーザ光を導入して、分散減少ファイバ１６をラマン増幅器としても動作させる。そのために、分散減少ファイバ１６の入力端（光アイソレータ１４と分散減少ファイバ１６を接続する光ファイバがある場合には、その光ファイバ）に光結合器（ＷＤＭ光ファイバ・カプラ）１８を配置し、励起レーザ２０の出力レーザ光を分散減少ファイバ１６に導入している。励起レーザ２０は高出力の半導体レーザからなり、１，４００ｎｍ乃至１，５００ｎｍ（具体的には１，４８０ｎｍ）で連続発振する。
【００２３】
本実施例では更に、分散減少ファイバ１６の出力側にも、光結合器（ＷＤＭ光ファイバ・カプラ）２２を配置して、励起レーザ２４の出力レーザを逆方向から分散減少ファイバ１６に導入している。励起レーザ２４も高出力の半導体レーザからなり、１，４００ｎｍ乃至１，５００ｎｍ（具体的には１，４８０ｎｍ）で連続発振する。
【００２４】
このように、２つの励起レーザ２０，２４を設けることで、励起レーザ２０，２４の出力パワーが低くても、ラマン増幅の所望の利得を実現できる。励起レーザ２０，２４の一方のみでもラマン増幅の充分な利得を確保できる場合には、光結合器１８（又は２２）と励起レーザ２０（又は２４）を除去できることはいうまでもない。
【００２５】
分散減少ファイバ１６の出力光は、１，５００ｎｍ以下の光を吸収（又は反射）する光フィルタ２６を介して、外部に出力される。光フィルタ２６により、励起レーザ２０，２４の出力光が伝送用光ファイバに出力されてしまうのを防止する。光フィルタ２６は、勿論、信号波長のみを通過するフィルタであってもよい。
【００２６】
本実施例では、分散減少ファイバ１６がラマン増幅器としても機能するので、分散減少ファイバ１６の伝送損失が結果として少なくなる。実際に試験した結果では、ラマン利得を２．４ｄＢとしたとき、パルス幅が１４．６ｐｓから約５．８ｐｓに圧縮された。なお、励起レーザ２０の出力パワーが６５ｍＷ、励起レーザ２４の出力パワーが５１ｍＷである。
【００２７】
従来例では、分散減少ファイバ１６と同じ分散減少特性で同じファイバ長の分散減少ファイバを使用した場合に、１４．６ｐｓを８ｐｓに圧縮するのに、ソリトン条件を満たすパワー以上のパワーを分散減少ファイバに入力しなければならなかったが、本実施例では、分散減少ファイバ１６に入力する光パルスのパワーがソリトン条件を満たすパワーであっても、従来例よりも高い圧縮率を実現できた。従って、本実施例により形成された光パルスは、光ソリトン伝送用としての条件を満たし、光ソリトン伝送の送信パルスとして利用できる。
【００２８】
先に説明したように、分散減少ファイバに損失があるとき、パルス圧縮率は分散減少率にｅｘｐ（αＬ）を乗じた値になる。このことから、損失αを変更することで、パルス圧縮率を変更できることが分かる。実際に試験した結果では、図２に示すように、ラマン利得を変化させると、確かにパルス圧縮率を変更できた。
【００２９】
図２は、分散減少ファイバ１６に入力する光パルスのピーク・パワーをソリトン条件を満たす値にした状態で、分散減少ファイバ１６のラマン利得を変化させたときのパルス圧縮率を示す。分散減少ファイバ１６の入力パルスのパルス幅は１４．６ｐｓとした。縦軸はパルス圧縮率、横軸はラマン利得である。黒丸がラマン増幅を利用した場合のパルス圧縮率の測定値を示す。ラマン利得をゼロにし、他の条件を全く同じにしたときのパルス圧縮率は、約０．６２であり、パルス幅としては約９ｐｓである（×印）。換言すると、ソリトン条件を満たすパワー条件の下では、パルス圧縮率をラマン増幅により約０．６２から約０．４に改善できたことになる。
【００３０】
図１に示す実施例では、分散減少ファイバ１６自体に光増幅機能を持たせて、分散減少ファイバ１６における伝送損失を低減している。伝送損失が少ないと、伝送損失によるパルス広がりも少なくなり、より高いパルス圧縮率を実現できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解できるように、本発明によれば、光ソリトン伝送に適した極短パルスを発生することができる。また、パルス圧縮率を利得により制御できるので、出力パルス幅を自在に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。
【図２】本実施例によるパルス圧縮率対ラマン増幅利得を示す図である。
【符号の説明】
１０：単一波長ＤＦＢ型半導体レーザ
１２：電気吸収型光変調器
１４：光アイソレータ
１６：分散減少ファイバ
１８：光結合器（ＷＤＭ光ファイバ・カプラ）
２０：励起レーザ
２２：光結合器（ＷＤＭ光ファイバ・カプラ）
２４：励起レーザ
２６：光フィルタ

Claims

所定パルス幅の光パルスを生成する光パルス生成手段と、
当該光パルス生成手段から出力される光パルスが入力され、波長分散が伝送距離に従い減少する分散減少ファイバと、
当該分散減少ファイバを励起して当該分散減少ファイバをラマン増幅器として動作させ、当該分散減少ファイバの伝送損失を実質的に低減させる光励起手段
とを具備し、
当該光パルス生成手段が、
単一波長で連続レーザ発振するレーザ素子と、
当該レーザ素子の出力光から当該所定パルス幅の光パルスを生成する光ゲート手段
とを具備することを特徴とする光パルス発生装置。
上記光励起手段が、
励起光を発生する励起光発生手段と、
当該励起光発生手段により発生される励起光を上記分散減少ファイバに導入する光結合手段
とを具備する請求項１に記載の光パルス発生装置。
上記光励起手段が、
励起光を発生する第１の励起光発生手段と、
当該第１の励起光発生手段により発生される励起光を上記分散減少ファイバの一端から当該分散減少ファイバに導入する第１の光結合手段と、
励起光を発生する第２の励起光発生手段と、
当該第２の励起光発生手段により発生される励起光を当該分散減少ファイバの他端から当該分散減少ファイバに導入する第２の光結合手段
とを具備する請求項１に記載の光パルス発生装置。