JP4062062B2 - ラマン増幅用励起モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光をラマン増幅するための励起光を出力するラマン増幅用励起モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラマン増幅器は、光導波路中にラマン増幅用の励起光を供給して、この光ファイバ内を伝搬する信号光をラマン増幅するものである。このラマン増幅においては、信号波長帯域において利得が均一であることが好ましい。そこで、非特許文献１には、前置光ファイバ中における非線形効果を利用し、一の励起光源からの励起光のスペクトル幅を広げることにより、ラマン利得のスペクトル幅を広げる技術が開示されている。
【０００３】
【非特許文献１】
T.J.Ellingham et al, "ENHANCED RAMAN AMPLIFIER PERFORMANCE USING NON-LINEAR PUMP BROADENING", 28th European Conference on Optical Communication (ECOC2002), 8-12 September 2002, Tech. Dig., 4.1.3
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の技術では、励起光のスペクトルを広げるために、前置光ファイバに入力する励起光は８００ｍＷもの高出力とする必要があった。現在、光通信市場に流通する励起用半導体レーザの最高出力は１チップ当たり３００〜３５０ｍＷであり、たとえ偏波合成したとしても、ＢＯＬ（Beginning of life）からＥＯＬ（End of Life）までの経時劣化や、偏波合成器の挿入損失（通常０．５ｄＢ以上）を考慮すると、前置光ファイバに入射できるのはせいぜい４５０〜５３０ｍＷである。他に、数Ｗ出力のファイバレーザも市販されているが、信頼性の点で問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、励起光のスペクトル幅拡大を低出力の励起光源により実現可能なラマン増幅用励起モジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールは、光導波路を伝搬する信号光をラマン増幅するための励起光を出力するモジュールである。このモジュールは、互いに異なる２以上の出力ピーク波長を有する光を出射する光源システムと、入力ポートと出力ポートとを有し、入力ポートから入力された光源システムからの光に非線形効果を及ぼして、出力ポートから励起光として出力する非線形媒質体と、を備え、光源システムは、互いに波長の異なる光を出射する２以上の光源部と、２以上の光源部からの光を合波して出力する合波器とを有し、光源システムから出射された光に含まれる２以上の出力ピーク波長は、パラメトリック利得が得られる波長間隔を有することを特徴とする。
【０００７】
このラマン増幅用励起モジュールでは、光源システムから２以上の光源部によって容易に生成された互いに異なる２以上の出力ピーク波長を有する光が出射される。そして、光源システムからの光は、入力ポートを介して非線形媒質体に入力され、非線形効果が及ぼされる。さらに、互いに異なる２以上のピーク波長が、パラメトリック利得が得られる波長間隔を有することで、パラメトリック増幅を低出力のレーザ光で利用することができる。これにより、出力ポートから出力される励起光のスペクトル幅の拡大が、低出力の光源システムで実現される。
【０００８】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールにおいて、光源システムは、２以上の光源部の少なくとも一の光源部は無温調の半導体レーザを含むことを特徴としてもよい。このようにすれば、製造コスト及び消費電力の低減が図られる。
【００１２】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールでは、光源システムから出射された光に含まれる２以上の出力ピーク波長から任意に選択された２つの出力ピーク波長の組み合わせのうち少なくとも１組について、２つの出力ピーク波長の波長間隔Δλが２ｎｍ以上であることを特徴としてもよい。このようにすれば、ラマン利得のスペクトル幅を有意に広げることができる。
【００１３】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールでは、光源システムから出射された光に含まれる２以上の出力ピーク波長から任意に選択された２つの出力ピーク波長の組み合わせのうち少なくとも１組について、２つの出力ピーク波長のうちパワーのより大きな一方の波長から見て、他方の波長と非線形媒質体のゼロ分散波長とが同じ側に存在することを特徴としてもよい。このようにすれば、パラメトリック利得を好適に得ることが可能となる。
【００１４】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールでは、非線形媒質体が光ファイバを含むことを特徴としてもよい。このようにすれば、非線形効果を容易に奏することが可能となる。
【００１５】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールでは、光ファイバの非線形係数をγ［１／Ｗ／ｋｍ］とし、伝送損失をα［ｄＢ／ｋｍ］としたとき、γ／α ＞ １３ ［１／Ｗ／ｄＢ］の関係を満たすことを特徴としてもよい。このようにすれば、十分な非線形効果を得ることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
まず、本発明を想到するに至った経緯について説明する。従来技術で説明したように、前置光ファイバ中における非線形効果を利用して励起光のスペクトル幅を広げるとき、非線形効果の大きさは、
【００１８】
【数４】
で近似できる。ここで、γは非線形係数、αは前置光ファイバの伝送損失である。Ｐinは前置光ファイバへ入力する光のパワー、Ｐoutは前置光ファイバから出力する光のパワーである。ちなみに、非特許文献１に開示の技術では、前置光ファイバにＮＺＤＳＦ（Non-zero Dispersion-shifted Fiber）が使用されており、γが４［１／Ｗ／ｋｍ］程度、αが１．４５μｍ帯で０．３［ｄＢ／ｋｍ］である。Ｐin及びＰoutを一定としたとき、γ／αについてより高い値をとれば、大きな非線形効果が得られる。非特許文献１に開示の例では、γ／αは１３［１／Ｗ／ｄＢ］となる。
【００１９】
これに対し、例えばコアとクラッドとの間の比屈折率差を２．９％程度、実効モード断面積を１１μｍ2、ゼロ分散波長を１４９１ｎｍ、分散スロープ０．０４ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍをとした高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）では、２０［１／Ｗ／ｋｍ］程度のγと、１．４５μｍ帯で０．８［ｄＢ／ｋｍ］のαが実現可能である。このＨＮＬＦでは、γ／αは２５［１／Ｗ／ｄＢ］となり、仮に非特許文献１に開示の技術と同様のＰin及びＰoutとなるファイバ長（約８ｋｍとなる）で用いたとすると、非特許文献１に開示の技術と比較して４倍近い非線形効果を得ることができる。
【００２０】
ここで、ラマン増幅には高いパワーの励起光が必要であるが、非特許文献１に開示の技術では、ラマン励起用の光源の後段に挿入した前置光ファイバは８ｄＢもの挿入損失を有している。本来、このように大きな挿入損失を生じる光ファイバを接続すること自体実用的でなく、前置光ファイバは可能な限り短くして挿入損失の低減を図る必要がある。そこで、ＨＮＬＦの長さを１ｋｍまで短くして、５種類の異なるパワーの光を入力したときの、ＨＮＬＦから出力される光のスペクトルを測定した。図１にその結果を示す。なお、図１において、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、及びＬ５は、それぞれ２５ｍＷ、１４１ｍＷ、３９８ｍＷ、６３１ｍＷ、及び７９４ｍＷの光を入力したときの、出力光のスペクトルを示している。
【００２１】
このＨＮＬＦでは、挿入損失は１．８ｄＢ程度に抑えられている。しかしながら、このようなＨＮＬＦでも、図１に示すように、８００ｍＷのパワーの光が入力されても、出力される光のスペクトルは中心波長に単一ピークのままであり、半値全幅も０．７ｎｍから１．１ｎｍ程度にしか広がらない。
【００２２】
そこで、ラマン増幅のための励起波長を複数利用することを考えた。図２（ａ）は、２つの励起波長の波長間隔を変えたときのラマン利得のスペクトルの一例を示している。なお、図２（ａ）において、Ｌ１は一つの励起波長のとき（波長：１４５２ｎｍ、パワー：２００ｍＷ）、Ｌ２は上記波長を中心として励起波長が±２ｎｍに分裂したとき、Ｌ３は上記波長を中心として励起波長が±３ｎｍに分裂したとき、Ｌ４は上記波長を中心として励起波長が±４ｎｍに分裂したとき、Ｌ５は上記波長を中心として励起波長が±６ｎｍに分裂したとき、Ｌ６は上記波長を中心として励起波長が±８ｎｍに分裂したとき、のラマン利得のスペクトルを示している。そして、図２（ｂ）は、図２（ａ）のラマン利得のスペクトルにおいて、ピークから−２０％及び−４０％の利得レベルでのスペクトル幅を示している。なお、ラマン利得のスペクトルの測定においては、光ファイバとして８０ｋｍのシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を利用した。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、励起波長を複数利用したとき、ラマン利得のスペクトル幅は広げられる。そして、図２（ｂ）に示すように、励起波長の波長間隔を４ｎｍ以上とすることで、単一の励起波長のときと比較して、ラマン利得のスペクトル幅を好適に広げられることが分かった。
【００２４】
そこで、複数の励起波長を有する励起光を得るために、複数の励起光源を利用することを考えた。このとき、励起光源の数が増えるためコスト的に不利となるおそれがある。しかしながら、非線形媒質体の非線形効果を利用することにより、一の励起光源からの光のパワーを極めて低く抑えることができ、安価な励起光源を利用することが可能となって、コストの上昇を抑制することができることを見出した。本発明は、以上のような発明者の知見に基づいてなされたものである。
【００２５】
次に、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図３は、本実施形態に係るラマン増幅用励起モジュールを備えたラマン増幅器の構成を示す図である。
【００２６】
ラマン増幅器１０は、図３に示すように、入力端１２及び出力端１４と、ラマン増幅用光ファイバ１６及び合波モジュール１８と、ラマン増幅用励起モジュール２０と、を備えている。
【００２７】
ラマン増幅用光ファイバ１６及び合波モジュール１８は、入力端１２から出力端１４に向かって順に配置されている。この合波モジュール１８は、例えば誘電体多層膜フィルタから構成されており、ラマン増幅用光ファイバ１６を伝搬する信号光とラマン増幅用励起モジュール２０からの励起光とを合波する。
【００２８】
ラマン増幅用励起モジュール２０は一つの出力ポート２２を有し、この出力ポート２２を介して合波モジュール１８に接続されている。このラマン増幅用励起モジュール２０は、光源システム２４と、非線形媒質体２６と、を備えている。
【００２９】
光源システム２４は、互いに波長の異なる光を出射する２以上の光源部２８，３０と、これら２以上の光源部２８，３０からの光を合波して出力する合波器３２と、を有している。なお、本実施形態では第１の光源部２８及び第２の光源部３０の、２つの光源部を有する場合について説明する。これら第１及び第２の光源部２８，３０の少なくとも一方は、実用的な光源である半導体レーザから構成すると好ましい。
【００３０】
本実施形態では、第１の光源部２８は、例えば発振波長が１４８０ｎｍで出射パワーが４００ｍＷの半導体レーザから構成されている。第２の光源部３０は、第１の光源部２８よりも２５ｄＢ程度低いパワーの光を出射する半導体レーザから構成されている。このように、第１及び第２の光源部２８，３０は出射パワーが比較的小さいため、少なくとも第２の光源部３０は、無温調の半導体レーザから構成することができる。これにより、製造コスト及び消費電力の低減が図られる。
【００３１】
合波器３２は、溶融型あるいは誘電体多層膜フィルタによる合波フィルタから構成されている。この合波器３２により、第１及び第２の光源部２８，３０からの光が合波される。これにより、光源システム２４は、互いに異なる２つの出力ピーク波長を有する光を出射する。
【００３２】
非線形媒質体２６は、入力ポート３４と出力ポート３６とを有する。この非線形媒質体２６は、入力ポート３４から入力された光源システム２４からの光に非線形効果を及ぼして、出力ポート３６から出力する。このような非線形媒質体２６としては、光ファイバや平面光導波路が挙げられるが、光ファイバを利用すると好ましい。このようにすれば、導波路長を容易に増すことができ、非線形効果を容易に得ることが可能となる。
【００３３】
そして、光ファイバ２６の非線形係数をγ［１／Ｗ／ｋｍ］とし、伝送損失をα［ｄＢ／ｋｍ］としたとき、γ／α＞１３［１／Ｗ／ｄＢ］の関係を満たすように構成すると好ましい。このようにすれば、非特許文献１に開示の技術と等しい入出力条件の下で、より大きな非線形効果を得ることが可能となる。本実施形態では、光ファイバ２６として、γ／αが２５［１／Ｗ／ｄＢ］である上記説明したＨＮＬＦを用いており、ゼロ分散波長が１４９１ｎｍである。
【００３４】
図４は、上記した構成のラマン増幅用励起モジュール２０から出力される励起光の出力スペクトルを示す図である。なお、図４（ａ）〜（ｄ）は、第２の光源部３０から出射される光の波長をそれぞれ１４７２ｎｍ、１４７６ｎｍ、１４８４ｎｍ、及び１４８８ｎｍとした場合を示している。そして、図４（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、及びＬ５のそれぞれは、第１の光源部２８からの光のパワーがそれぞれ２５ｍＷ、１４１ｍＷ、３９８ｍＷ、６３１ｍＷ、及び７９４ｍＷの場合のスペクトルを示している。
【００３５】
図４（ｃ）に示すように、第１の光源部２８からの光の波長（第１の励起波長）が１４８０ｎｍで、第２の光源部３０からの光の波長（第２の励起波長）が１４８４ｎｍのとき、第１の光源部２８からの光のパワーが４００ｍＷで、第１の励起波長でのパワーの１／２を越えるパワーが、第２の励起波長に配分されている。即ち、半値全幅としては４ｎｍを越えるスペクトル幅が得られる。ここで、単一ピークのスペクトルでは、半値全幅とはピーク波長でのパワーの半分のパワーのところでのスペクトル幅のことを指すが、図４（ｃ）に示すように、複数のピークが現れる場合は、第１の励起波長でのパワーの半分のパワーが得られる最大の波長と最小の波長との波長間隔のことを指す。
【００３６】
このように、本実施形態に係るラマン増幅器１０では、パラメトリック増幅を利用することにより、低出力の光源システム２４でラマン増幅用励起モジュール２０から出力される励起光のスペクトル幅の拡大が図られ、もってラマン利得のスペクトル幅を拡大することが可能となる。
【００３７】
なお、第１及び第２の励起波長について、パラメトリック増幅に適した波長間隔には限界があり、非線形媒質体２６の分散値Ｄにも依存するが、あまり広い波長間隔ではパラメトリック利得を得ることが難しい。
【００３８】
ここで、パラメトリック利得ｇは、
【００３９】
【数５】
で近似できる。上記（２）式において、波数ベクトルの位相不整合成分を表すΔｋは、
【００４０】
【数６】
で表される。ここで、Ｐ1及びＰ2はそれぞれ２つの励起波長λ1及びλ2でのパワーを示し、λ0は第１の励起波長と第２の励起波長との間の波長中心を示し、γ及びＤはそれぞれλ0での非線形係数及び波長分散を示し、ｃは光速を示す。なお、波長中心λ0は、
【００４１】
【数７】
で表される。ここで、ｉは励起波長の番号を示している。
【００４２】
これら（２）式及び（３）式から、２つの励起波長の波長間隔Δλは、
【００４３】
【数８】
の関係を満たすのが好ましい。この波長間隔Δλの上限は、２つの励起波長でのパワーにも依存するものの、例えば上記ＨＮＬＦ（Ｄは−０．４４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）について、Ｐ1を４００ｍＷとし、Ｐ2を１．３ｍＷとし、第１の励起波長を１４８０ｎｍとしたとき、およそ７ｎｍとなる。仮に、第２の励起波長を１４８８ｎｍとしたとき、波長間隔Δλが７ｎｍを越えているため、図４（ｄ）に示すようにパラメトリック増幅が不十分で、第１の励起波長以外の波長でのパワーの成長がなく、半値全幅の拡大に至らない。これは、図４（ａ）に示すように、第２の励起波長を１４７２ｎｍとしたときも同様である。
【００４４】
なお、図４（ｂ）に示すように、第２の励起波長が１４７６ｎｍのときは、波長間隔Δλが４ｎｍでパラメトリック利得を得るための限界値よりも小さい場合であっても、第１の励起波長でのパワーの第２の励起波長への配分が十分でない。これは、第２の励起波長（１４７６ｎｍ）が、第１の励起波長（１４８０ｎｍ）から見て、ＨＮＬＦのゼロ分散波長（１４９１ｎｍ）と同じ側に存在しないためである。よって、本実施形態に係るラマン増幅用励起モジュール２０においては、２つの励起波長（出力ピーク波長）のうちパワーのより大きな一方の波長から見て、他方の波長と非線形媒質体２６のゼロ分散波長とが同じ側に存在すると好ましい。
【００４５】
また、第１及び第２の励起波長の波長間隔Δλが２ｎｍ以上であると、ラマン利得のスペクトル幅を有意に広げることができるため好ましい。
【００４６】
図５は、図４に示す場合において、非線形媒質体２６へのトータル入力が４００ｍＷのとき、この非線形媒質体２６から出力された励起光を、ラマン増幅用光ファイバ１６に逆方向から注入したときのラマン利得のスペクトルを示す図である。図５において、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４のそれぞれは、第２の励起波長がそれぞれ１４７２ｎｍ、１４７６ｎｍ、１４８４ｎｍ、及び１４８８ｎｍの場合のスペクトルを示している。この場合において、ラマン増幅用光ファイバ１６としては、全長が８０ｋｍ、１．５５μｍ帯における実効断面積が１１０μｍ2の純シリカコアファイバを用いた。なお、比較のため、図６に第２の励起波長を利用することなく、第１の励起波長（１４８０ｎｍ）のみを非線形媒質体２６に入力して出力された励起光を、ラマン増幅用光ファイバ１６に逆方向から注入したときのラマン利得のスペクトルを示す。なお図６において、Ｌ１及びＬ２のそれぞれは、非線形媒質体によるスペクトル拡大効果がないときと、図１のＬ３のときの場合のスペクトルを示している。
【００４７】
図５及び図６に示すように、複数の励起波長を利用することで、ラマン利得のスペクトル幅の拡大が図られる。また図５に示すように、第２の励起波長が１４７２ｎｍ及び１４８８ｎｍのときには、スペクトルの頂上付近でリップルが生じる。これは、図６に示すように、第１の励起波長のみを利用する場合も同様である。これに対し、図５に示すように、第２の励起波長が１４７６ｎｍ及び１４８４ｎｍのときには、頂上付近のリップルが消滅し、滑らかなスペクトルが実現できる。
【００４８】
以上、本実施形態では、光源システム２４から互いに異なる２以上の出力ピーク波長を有する光が出射され、入力ポート３４を介して非線形媒質体２６に入力され、非線形効果が及ぼされる。これにより、励起光のスペクトル幅の拡大を、パラメトリック増幅を利用して低出力の光源システム２４で実現することが可能となる。そして、励起光のスペクトル幅の拡大が図られることでラマン利得のスペクトル幅の拡大が図られ、またリップルの低減を図ることが可能となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、上記した第１実施形態で説明した要素と同一の要素には同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
【００４９】
図７は、本実施形態に係るラマン増幅用励起モジュール４２を備えたラマン増幅器４０の構成を示す図である。
【００５０】
ラマン増幅器４０は、図７に示すように、入力端１２及び出力端１４と、光アイソレータ４４，４６と、ラマン増幅用光ファイバ１６と、合波モジュール１８，４８と、ラマン増幅用励起モジュール４２と、を備えている。
【００５１】
光アイソレータ４４、合波モジュール４８、ラマン増幅用光ファイバ１６、合波モジュール１８、及び光アイソレータ４６は、入力端１２から出力端１４に向かって順に配置されている。
【００５２】
ラマン増幅用励起モジュール４２は２つの出力ポート２２，５０を有し、一の出力ポート２２が合波モジュール１８に、他の出力ポート５０が合波モジュール４８にそれぞれ接続されている。このラマン増幅用励起モジュール４２は、光源システム５２と、非線形媒質体２６と、を備えている。非線形媒質体２６は、第１実施形態で説明したのと同様である。
【００５３】
光源システム５２は、互いに波長の異なる光を出射する２以上の光源部２８，３０と、これら２以上の光源部２８，３０からの光を合波して出力する合波器５４と、を有している。なお、本実施形態でも、第１の光源部２８及び第２の光源部３０の、２つの光源部を有する場合について説明する。これら第１及び第２の光源部２８，３０の少なくとも一方は、実用的な光源である半導体レーザから構成すると好ましい。
【００５４】
本実施形態では、第１の光源部２８は、例えば発振波長が１４８０ｎｍで出射パワーが約４００ｍＷの半導体レーザから構成されている。第２の光源部３０は、第１の光源部２８よりも２５０ｍＷ級の半導体レーザから構成されている。第２の光源部３０の出射ポートには、デポラライザが挿入されてもよい。このように、第１及び第２の光源部２８，３０は出射パワーが比較的小さいため、少なくとも第２の光源部３０は、無温調の半導体レーザから構成することができる。これにより、製造コスト及び消費電力の低減が図られる。
【００５５】
合波器５４は、波長依存性の小さい分岐カプラから構成されている。一般に、合波器５４は、溶融型あるいは誘電体多層膜フィルタによる合波フィルタから構成されるのが望ましい。しかしながら、第１及び第２の光源部２８，３０から出射される光の波長間隔が狭すぎると、合波フィルタの設計及び製造が困難となる。ここで、第１及び第２の光源部２８，３０からの光パワーを上げれば許容される波長間隔は広がるが、非線形効果によるスペクトル幅の拡大を比較的低出力で実現しようとすると、波長間隔は狭くならざるを得ない。また、ラマン増幅器４０の励起波長は用途により千差万別であり、これに最適化した合波フィルタをその都度設計するのは、コスト的に不利である。そこで本実施形態では、合波器５４を、波長依存性の小さい分岐カプラから構成し、特に２入力２出力の分岐カプラから構成した。この場合、第１の励起波長でのパワーの維持が優先される。例えば、１０ｄＢカプラを用いたとき、過剰損失０．１ｄＢのカプラでは、第１の励起波長の光は０．６ｄＢの損失を被り、第２の励起波長の光は１０．１ｄＢの損失を被る。とはいえ、第１実施形態からも判る通り、第１の励起波長の光が４００ｍＷのとき、第２の励起波長の光は１．３ｍＷで良いので、たとえペルチェクーラーの無い２０ｍＷ級の廉価な半導体レーザであってもよい。
【００５６】
この合波器５４により、第１及び第２の光源部２８，３０からの光が合波されることで、光源システム５２は、互いに異なる２つの出力ピーク波長を有する光を出射する。ただし、本実施形態では合波器５４により合波された光は所望の割合にパワー分岐され、一方が入力ポート３４から非線形媒質体２６に入力され、他方が出力ポート５０から合波モジュール４８に出力される。
【００５７】
このように、本実施形態に係るラマン増幅用励起モジュール４２においても、第１実施形態で説明したのと同様に、互いに異なる２つの出力ピーク波長を有する光が非線形媒質体２６に入力されることで、非線形効果が及ぼされて、励起光のスペクトル幅の拡大を、パラメトリック増幅を利用して低出力の光源システム５２で実現することが可能となる。
【００５８】
それだけでなく、本実施形態では２入力２出力の分岐カプラを利用しているため、第２の励起波長の光も有効に活用することができる。このとき、第２の光源部３０には、順方向励起に適した相対強度雑音の小さいファブリーペローレーザを使用すると好ましい。図４は、第１及び第２の光源部のいずれも単一波長光源の場合の結果を示していたが、ファブリーペローレーザのように、複数の縦モードを有する光源を使用しても良い。
【００５９】
１０ｄＢ分岐カプラ５４により、第１の光源部２８からの光（波長１４８０ｎｍ）と、１４８０ｎｍ帯ファブリーペローレーザ（縦モード間隔は０．４ｎｍ）による第２の光源部３０からの光を合波し、第１実施形態と同様のＨＮＬＦに入力して出力される励起光のスペクトルを測定した。図８はその結果を示している。なお、図８において、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、及びＬ５のそれぞれは、第１の光源部２８からの光のパワーがそれぞれ２５ｍＷ、１４１ｍＷ、３９８ｍＷ、６３１ｍＷ、及び７９４ｍＷの場合のスペクトルを示している。図８に示すように、第１の光源部２８からの光のパワーが４００ｍＷで第２の光源部３０からの光のパワーが１０ｍＷのとき、半値全幅が１０ｎｍを越え、励起光のスペクトル幅の拡大が図られる。
【００６０】
図９は、分岐カプラ５４を介して波長１４８０ｎｍでパワーが４００ｍＷの第１の光源部２８からの光と、トータルパワーが１０ｍＷの第２の光源部３０（上記１４８０ｎｍ帯ファブリーペローレーザ）からの光とを非線形媒質体２６へ入力するときの、入力光のスペクトルを示す図である。なお図９において、Ａは第１の光源部２８からの光に基づくスペクトルを示し、Ｂは第２の光源部３０からの光に基づくスペクトルを示している。
【００６１】
そして図１０は、非線形媒質体２６から出力された励起光を、合波モジュール１８を介してラマン増幅用光ファイバ１６に逆方向から入力し、且つ上記第２の光源部３０からのパワーが１２５ｍＷの励起光を合波モジュール４８を介してラマン増幅用光ファイバ１６に順方向に入力したときのラマン利得のスペクトルを示す図である。この場合において、ラマン増幅用光ファイバ１６としては、全長が４ｋｍの分散補償光ファイバを用いた。
【００６２】
図１０に示すように、ラマン利得のピークから見て−４０％の利得レベルでのスペクトル幅は、単一の励起波長で励起するときのスペクトル幅である約４２ｎｍから１０％程度拡張される。
【００６３】
以上、本実施形態では、光源システム５２から互いに異なる２以上の出力ピーク波長を有する光が出射され、入力ポート３４を介して非線形媒質体２６に入力され、非線形効果が及ぼされる。これにより、励起光のスペクトル幅の拡大を、パラメトリック増幅を利用して低出力の光源システム５２で実現することが可能となる。そして、励起光のスペクトル幅の拡大が図られることでラマン利得のスペクトル幅の拡大が図られ、またリップルの低減を図ることが可能となる。
【００６４】
また、分岐カプラ５４により第１及び第２の光源部２８，３０からの光を合波するように構成したため、これらの光源部からの光が低出力で波長間隔が狭くても合波することができる。
【００６５】
また、分岐カプラ５４の分岐された光を出力ポート５０から出力し、合波モジュール４８よりラマン増幅用光ファイバ１６に前方入射させることにより、第２の励起波長の光もラマン増幅に有効に活用することが可能となる。
【００６６】
なお、上記した第１或いは第２実施形態に係るラマン増幅器１０，４０を用いて、図１１に示すように、光通信システム６０を構成することができる。この光通信システム６０は、送信局６２及び受信局６４と、これら送信局６２及び受信局６４の間に設けられた中継局６６，６８を備えている。送信局６２と中継局６６との間には光ファイバ伝送路７０が敷設され、中継局６６と中継局６８との間に光ファイバ伝送路７２が敷設され、また、中継局６８と受信局６４との間に光ファイバ伝送路７４が敷設されている。そして、中継局６６，６８には、上述した第１或いは第２実施形態に係るラマン増幅器１０，４０が設けられている。
【００６７】
この光通信システム６０では、送信局６２から送出された多波長の信号光は、光ファイバ伝送路７０を伝搬して、中継局６６内のラマン増幅器１０，４０によりラマン増幅され、光ファイバ伝送路７２を伝搬して、中継局６８内のラマン増幅器１０，４０によりラマン増幅され、更に光ファイバ伝送路７４を伝搬して、受信局６４に到達し、この受信局６４において各波長の信号光が分波され受信される。この光通信システム６０では、ラマン利得のスペクトル幅が拡大及びリップルの低減が図られた、上記した第１或いは第２実施形態に係るラマン増幅器１０，４０により信号光がラマン増幅される。
【００６８】
なお、中継器６６，６８にラマン増幅器１０を設けるのではなく、上記の第１実施形態に係るラマン増幅用励起モジュール２０を中継器６６，６８に設け、中継器６６，６８内のラマン増幅用励起モジュール２０から出力されたラマン増幅用の励起光を光ファイバ伝送路７０，７２に供給するようにしてもよい。この場合、光ファイバ伝送路７０，７２がラマン増幅用光ファイバとして用いられる。
【００６９】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００７０】
例えば、上記した実施形態では、光源システム２４，５２が、互いに波長の異なる光を出射する２以上の光源部２８，３０と、これら２以上の光源部２８，３０からの光を合波して出力する合波器３２，５４と、を有する構成とした。しかしながら、非線形媒質体２６にはパラメトリック増幅に適した波長間隔の複数の光を入力できればよいため、光源システム２４，５２は、２以上の異なる波長で発振する一の多波長光源部、例えば多波長で発振可能な多波長半導体レーザから構成してもよい。このようにすれば、一の多波長光源部により構成されることで、モジュールの大型化が抑制される。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、励起光のスペクトル幅拡大を低出力の励起光源により実現可能なラマン増幅用励起モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】５種類の異なるパワーの光（単一ピークの光）を入力したときの、非線形媒質体としてのＨＮＬＦから出力される光のスペクトルを示す図である。
【図２】図２（ａ）は、２つの励起波長の波長間隔を変えたときのラマン利得のスペクトルの一例を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のラマン利得のスペクトルにおいて、ピークから−２０％及び−４０％の利得レベルでのスペクトル幅を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るラマン増幅器の構成を示す図である。
【図４】第１実施形態に係るラマン増幅器が備えるラマン増幅用励起モジュールから出力される励起光の出力スペクトルを示す図である。
【図５】図４に示す場合において具体的なラマン利得のスペクトルを示す図である。
【図６】単一の励起波長のみを利用したときの比較例としてのラマン利得のスペクトルを示す図である。
【図７】第２実施形態に係るラマン増幅器の構成を示す図である。
【図８】第２実施形態に係るラマン増幅器が備えるラマン増幅用励起モジュールから出力される励起光の出力スペクトルを示す図である。
【図９】第２実施形態に係るラマン増幅器において、非線形媒質体に入力される光のスペクトルの一例を示す図である。
【図１０】第２実施形態に係るラマン増幅器において、ラマン利得のスペクトルの一例を示す図である。
【図１１】ラマン増幅器を備えた光通信システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
２０，４２…ラマン増幅用励起モジュール、２４，５２…光源システム、３４…入力ポート、３６…出力ポート、２６…非線形媒質体、２８…第１の光源部、３０…第２の光源部、３２，５４…合波器、１０，４０…ラマン増幅器、６０…光通信システム。
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光をラマン増幅するための励起光を出力するラマン増幅用励起モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラマン増幅器は、光導波路中にラマン増幅用の励起光を供給して、この光ファイバ内を伝搬する信号光をラマン増幅するものである。このラマン増幅においては、信号波長帯域において利得が均一であることが好ましい。そこで、非特許文献１には、前置光ファイバ中における非線形効果を利用し、一の励起光源からの励起光のスペクトル幅を広げることにより、ラマン利得のスペクトル幅を広げる技術が開示されている。
【０００３】
【非特許文献１】
T.J.Ellingham et al, "ENHANCED RAMAN AMPLIFIER PERFORMANCE USING NON-LINEAR PUMP BROADENING", 28th European Conference on Optical Communication (ECOC2002), 8-12 September 2002, Tech. Dig., 4.1.3
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の技術では、励起光のスペクトルを広げるために、前置光ファイバに入力する励起光は８００ｍＷもの高出力とする必要があった。現在、光通信市場に流通する励起用半導体レーザの最高出力は１チップ当たり３００〜３５０ｍＷであり、たとえ偏波合成したとしても、ＢＯＬ（Beginning of life）からＥＯＬ（End of Life）までの経時劣化や、偏波合成器の挿入損失（通常０．５ｄＢ以上）を考慮すると、前置光ファイバに入射できるのはせいぜい４５０〜５３０ｍＷである。他に、数Ｗ出力のファイバレーザも市販されているが、信頼性の点で問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、励起光のスペクトル幅拡大を低出力の励起光源により実現可能なラマン増幅用励起モジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールは、光導波路を伝搬する信号光をラマン増幅するための励起光を出力するモジュールである。このモジュールは、互いに異なる２以上の出力ピーク波長を有する光を出射する光源システムと、入力ポートと出力ポートとを有し、入力ポートから入力された光源システムからの光に非線形効果を及ぼして、出力ポートから励起光として出力する非線形媒質体と、を備え、光源システムは、互いに波長の異なる光を出射する２以上の光源部と、２以上の光源部からの光を合波して出力する合波器とを有し、光源システムから出射された光に含まれる２以上の出力ピーク波長は、パラメトリック利得が得られる波長間隔を有することを特徴とする。
【０００７】
このラマン増幅用励起モジュールでは、光源システムから２以上の光源部によって容易に生成された互いに異なる２以上の出力ピーク波長を有する光が出射される。そして、光源システムからの光は、入力ポートを介して非線形媒質体に入力され、非線形効果が及ぼされる。さらに、互いに異なる２以上のピーク波長が、パラメトリック利得が得られる波長間隔を有することで、パラメトリック増幅を低出力のレーザ光で利用することができる。これにより、出力ポートから出力される励起光のスペクトル幅の拡大が、低出力の光源システムで実現される。
【０００８】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールにおいて、光源システムは、２以上の光源部の少なくとも一の光源部は無温調の半導体レーザを含むことを特徴としてもよい。このようにすれば、製造コスト及び消費電力の低減が図られる。
【００１２】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールでは、光源システムから出射された光に含まれる２以上の出力ピーク波長から任意に選択された２つの出力ピーク波長の組み合わせのうち少なくとも１組について、２つの出力ピーク波長の波長間隔Δλが２ｎｍ以上であることを特徴としてもよい。このようにすれば、ラマン利得のスペクトル幅を有意に広げることができる。
【００１３】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールでは、光源システムから出射された光に含まれる２以上の出力ピーク波長から任意に選択された２つの出力ピーク波長の組み合わせのうち少なくとも１組について、２つの出力ピーク波長のうちパワーのより大きな一方の波長から見て、他方の波長と非線形媒質体のゼロ分散波長とが同じ側に存在することを特徴としてもよい。このようにすれば、パラメトリック利得を好適に得ることが可能となる。
【００１４】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールでは、非線形媒質体が光ファイバを含むことを特徴としてもよい。このようにすれば、非線形効果を容易に奏することが可能となる。
【００１５】
本発明に係るラマン増幅用励起モジュールでは、光ファイバの非線形係数をγ［１／Ｗ／ｋｍ］とし、伝送損失をα［ｄＢ／ｋｍ］としたとき、γ／α ＞ １３ ［１／Ｗ／ｄＢ］の関係を満たすことを特徴としてもよい。このようにすれば、十分な非線形効果を得ることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
まず、本発明を想到するに至った経緯について説明する。従来技術で説明したように、前置光ファイバ中における非線形効果を利用して励起光のスペクトル幅を広げるとき、非線形効果の大きさは、
【００１８】
【数４】
【００１９】
これに対し、例えばコアとクラッドとの間の比屈折率差を２．９％程度、実効モード断面積を１１μｍ2、ゼロ分散波長を１４９１ｎｍ、分散スロープ０．０４ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍをとした高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ）では、２０［１／Ｗ／ｋｍ］程度のγと、１．４５μｍ帯で０．８［ｄＢ／ｋｍ］のαが実現可能である。このＨＮＬＦでは、γ／αは２５［１／Ｗ／ｄＢ］となり、仮に非特許文献１に開示の技術と同様のＰin及びＰoutとなるファイバ長（約８ｋｍとなる）で用いたとすると、非特許文献１に開示の技術と比較して４倍近い非線形効果を得ることができる。
【００２０】
ここで、ラマン増幅には高いパワーの励起光が必要であるが、非特許文献１に開示の技術では、ラマン励起用の光源の後段に挿入した前置光ファイバは８ｄＢもの挿入損失を有している。本来、このように大きな挿入損失を生じる光ファイバを接続すること自体実用的でなく、前置光ファイバは可能な限り短くして挿入損失の低減を図る必要がある。そこで、ＨＮＬＦの長さを１ｋｍまで短くして、５種類の異なるパワーの光を入力したときの、ＨＮＬＦから出力される光のスペクトルを測定した。図１にその結果を示す。なお、図１において、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、及びＬ５は、それぞれ２５ｍＷ、１４１ｍＷ、３９８ｍＷ、６３１ｍＷ、及び７９４ｍＷの光を入力したときの、出力光のスペクトルを示している。
【００２１】
このＨＮＬＦでは、挿入損失は１．８ｄＢ程度に抑えられている。しかしながら、このようなＨＮＬＦでも、図１に示すように、８００ｍＷのパワーの光が入力されても、出力される光のスペクトルは中心波長に単一ピークのままであり、半値全幅も０．７ｎｍから１．１ｎｍ程度にしか広がらない。
【００２２】
そこで、ラマン増幅のための励起波長を複数利用することを考えた。図２（ａ）は、２つの励起波長の波長間隔を変えたときのラマン利得のスペクトルの一例を示している。なお、図２（ａ）において、Ｌ１は一つの励起波長のとき（波長：１４５２ｎｍ、パワー：２００ｍＷ）、Ｌ２は上記波長を中心として励起波長が±２ｎｍに分裂したとき、Ｌ３は上記波長を中心として励起波長が±３ｎｍに分裂したとき、Ｌ４は上記波長を中心として励起波長が±４ｎｍに分裂したとき、Ｌ５は上記波長を中心として励起波長が±６ｎｍに分裂したとき、Ｌ６は上記波長を中心として励起波長が±８ｎｍに分裂したとき、のラマン利得のスペクトルを示している。そして、図２（ｂ）は、図２（ａ）のラマン利得のスペクトルにおいて、ピークから−２０％及び−４０％の利得レベルでのスペクトル幅を示している。なお、ラマン利得のスペクトルの測定においては、光ファイバとして８０ｋｍのシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を利用した。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、励起波長を複数利用したとき、ラマン利得のスペクトル幅は広げられる。そして、図２（ｂ）に示すように、励起波長の波長間隔を４ｎｍ以上とすることで、単一の励起波長のときと比較して、ラマン利得のスペクトル幅を好適に広げられることが分かった。
【００２４】
そこで、複数の励起波長を有する励起光を得るために、複数の励起光源を利用することを考えた。このとき、励起光源の数が増えるためコスト的に不利となるおそれがある。しかしながら、非線形媒質体の非線形効果を利用することにより、一の励起光源からの光のパワーを極めて低く抑えることができ、安価な励起光源を利用することが可能となって、コストの上昇を抑制することができることを見出した。本発明は、以上のような発明者の知見に基づいてなされたものである。
【００２５】
次に、本発明の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図３は、本実施形態に係るラマン増幅用励起モジュールを備えたラマン増幅器の構成を示す図である。
【００２６】
ラマン増幅器１０は、図３に示すように、入力端１２及び出力端１４と、ラマン増幅用光ファイバ１６及び合波モジュール１８と、ラマン増幅用励起モジュール２０と、を備えている。
【００２７】
ラマン増幅用光ファイバ１６及び合波モジュール１８は、入力端１２から出力端１４に向かって順に配置されている。この合波モジュール１８は、例えば誘電体多層膜フィルタから構成されており、ラマン増幅用光ファイバ１６を伝搬する信号光とラマン増幅用励起モジュール２０からの励起光とを合波する。
【００２８】
ラマン増幅用励起モジュール２０は一つの出力ポート２２を有し、この出力ポート２２を介して合波モジュール１８に接続されている。このラマン増幅用励起モジュール２０は、光源システム２４と、非線形媒質体２６と、を備えている。
【００２９】
光源システム２４は、互いに波長の異なる光を出射する２以上の光源部２８，３０と、これら２以上の光源部２８，３０からの光を合波して出力する合波器３２と、を有している。なお、本実施形態では第１の光源部２８及び第２の光源部３０の、２つの光源部を有する場合について説明する。これら第１及び第２の光源部２８，３０の少なくとも一方は、実用的な光源である半導体レーザから構成すると好ましい。
【００３０】
本実施形態では、第１の光源部２８は、例えば発振波長が１４８０ｎｍで出射パワーが４００ｍＷの半導体レーザから構成されている。第２の光源部３０は、第１の光源部２８よりも２５ｄＢ程度低いパワーの光を出射する半導体レーザから構成されている。このように、第１及び第２の光源部２８，３０は出射パワーが比較的小さいため、少なくとも第２の光源部３０は、無温調の半導体レーザから構成することができる。これにより、製造コスト及び消費電力の低減が図られる。
【００３１】
合波器３２は、溶融型あるいは誘電体多層膜フィルタによる合波フィルタから構成されている。この合波器３２により、第１及び第２の光源部２８，３０からの光が合波される。これにより、光源システム２４は、互いに異なる２つの出力ピーク波長を有する光を出射する。
【００３２】
非線形媒質体２６は、入力ポート３４と出力ポート３６とを有する。この非線形媒質体２６は、入力ポート３４から入力された光源システム２４からの光に非線形効果を及ぼして、出力ポート３６から出力する。このような非線形媒質体２６としては、光ファイバや平面光導波路が挙げられるが、光ファイバを利用すると好ましい。このようにすれば、導波路長を容易に増すことができ、非線形効果を容易に得ることが可能となる。
【００３３】
そして、光ファイバ２６の非線形係数をγ［１／Ｗ／ｋｍ］とし、伝送損失をα［ｄＢ／ｋｍ］としたとき、γ／α＞１３［１／Ｗ／ｄＢ］の関係を満たすように構成すると好ましい。このようにすれば、非特許文献１に開示の技術と等しい入出力条件の下で、より大きな非線形効果を得ることが可能となる。本実施形態では、光ファイバ２６として、γ／αが２５［１／Ｗ／ｄＢ］である上記説明したＨＮＬＦを用いており、ゼロ分散波長が１４９１ｎｍである。
【００３４】
図４は、上記した構成のラマン増幅用励起モジュール２０から出力される励起光の出力スペクトルを示す図である。なお、図４（ａ）〜（ｄ）は、第２の光源部３０から出射される光の波長をそれぞれ１４７２ｎｍ、１４７６ｎｍ、１４８４ｎｍ、及び１４８８ｎｍとした場合を示している。そして、図４（ａ）〜（ｄ）のそれぞれにおいて、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、及びＬ５のそれぞれは、第１の光源部２８からの光のパワーがそれぞれ２５ｍＷ、１４１ｍＷ、３９８ｍＷ、６３１ｍＷ、及び７９４ｍＷの場合のスペクトルを示している。
【００３５】
図４（ｃ）に示すように、第１の光源部２８からの光の波長（第１の励起波長）が１４８０ｎｍで、第２の光源部３０からの光の波長（第２の励起波長）が１４８４ｎｍのとき、第１の光源部２８からの光のパワーが４００ｍＷで、第１の励起波長でのパワーの１／２を越えるパワーが、第２の励起波長に配分されている。即ち、半値全幅としては４ｎｍを越えるスペクトル幅が得られる。ここで、単一ピークのスペクトルでは、半値全幅とはピーク波長でのパワーの半分のパワーのところでのスペクトル幅のことを指すが、図４（ｃ）に示すように、複数のピークが現れる場合は、第１の励起波長でのパワーの半分のパワーが得られる最大の波長と最小の波長との波長間隔のことを指す。
【００３６】
このように、本実施形態に係るラマン増幅器１０では、パラメトリック増幅を利用することにより、低出力の光源システム２４でラマン増幅用励起モジュール２０から出力される励起光のスペクトル幅の拡大が図られ、もってラマン利得のスペクトル幅を拡大することが可能となる。
【００３７】
なお、第１及び第２の励起波長について、パラメトリック増幅に適した波長間隔には限界があり、非線形媒質体２６の分散値Ｄにも依存するが、あまり広い波長間隔ではパラメトリック利得を得ることが難しい。
【００３８】
ここで、パラメトリック利得ｇは、
【００３９】
【数５】
【００４０】
【数６】
【００４１】
【数７】
【００４２】
これら（２）式及び（３）式から、２つの励起波長の波長間隔Δλは、
【００４３】
【数８】
【００４４】
なお、図４（ｂ）に示すように、第２の励起波長が１４７６ｎｍのときは、波長間隔Δλが４ｎｍでパラメトリック利得を得るための限界値よりも小さい場合であっても、第１の励起波長でのパワーの第２の励起波長への配分が十分でない。これは、第２の励起波長（１４７６ｎｍ）が、第１の励起波長（１４８０ｎｍ）から見て、ＨＮＬＦのゼロ分散波長（１４９１ｎｍ）と同じ側に存在しないためである。よって、本実施形態に係るラマン増幅用励起モジュール２０においては、２つの励起波長（出力ピーク波長）のうちパワーのより大きな一方の波長から見て、他方の波長と非線形媒質体２６のゼロ分散波長とが同じ側に存在すると好ましい。
【００４５】
また、第１及び第２の励起波長の波長間隔Δλが２ｎｍ以上であると、ラマン利得のスペクトル幅を有意に広げることができるため好ましい。
【００４６】
図５は、図４に示す場合において、非線形媒質体２６へのトータル入力が４００ｍＷのとき、この非線形媒質体２６から出力された励起光を、ラマン増幅用光ファイバ１６に逆方向から注入したときのラマン利得のスペクトルを示す図である。図５において、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４のそれぞれは、第２の励起波長がそれぞれ１４７２ｎｍ、１４７６ｎｍ、１４８４ｎｍ、及び１４８８ｎｍの場合のスペクトルを示している。この場合において、ラマン増幅用光ファイバ１６としては、全長が８０ｋｍ、１．５５μｍ帯における実効断面積が１１０μｍ2の純シリカコアファイバを用いた。なお、比較のため、図６に第２の励起波長を利用することなく、第１の励起波長（１４８０ｎｍ）のみを非線形媒質体２６に入力して出力された励起光を、ラマン増幅用光ファイバ１６に逆方向から注入したときのラマン利得のスペクトルを示す。なお図６において、Ｌ１及びＬ２のそれぞれは、非線形媒質体によるスペクトル拡大効果がないときと、図１のＬ３のときの場合のスペクトルを示している。
【００４７】
図５及び図６に示すように、複数の励起波長を利用することで、ラマン利得のスペクトル幅の拡大が図られる。また図５に示すように、第２の励起波長が１４７２ｎｍ及び１４８８ｎｍのときには、スペクトルの頂上付近でリップルが生じる。これは、図６に示すように、第１の励起波長のみを利用する場合も同様である。これに対し、図５に示すように、第２の励起波長が１４７６ｎｍ及び１４８４ｎｍのときには、頂上付近のリップルが消滅し、滑らかなスペクトルが実現できる。
【００４８】
以上、本実施形態では、光源システム２４から互いに異なる２以上の出力ピーク波長を有する光が出射され、入力ポート３４を介して非線形媒質体２６に入力され、非線形効果が及ぼされる。これにより、励起光のスペクトル幅の拡大を、パラメトリック増幅を利用して低出力の光源システム２４で実現することが可能となる。そして、励起光のスペクトル幅の拡大が図られることでラマン利得のスペクトル幅の拡大が図られ、またリップルの低減を図ることが可能となる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、上記した第１実施形態で説明した要素と同一の要素には同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
【００４９】
図７は、本実施形態に係るラマン増幅用励起モジュール４２を備えたラマン増幅器４０の構成を示す図である。
【００５０】
ラマン増幅器４０は、図７に示すように、入力端１２及び出力端１４と、光アイソレータ４４，４６と、ラマン増幅用光ファイバ１６と、合波モジュール１８，４８と、ラマン増幅用励起モジュール４２と、を備えている。
【００５１】
光アイソレータ４４、合波モジュール４８、ラマン増幅用光ファイバ１６、合波モジュール１８、及び光アイソレータ４６は、入力端１２から出力端１４に向かって順に配置されている。
【００５２】
ラマン増幅用励起モジュール４２は２つの出力ポート２２，５０を有し、一の出力ポート２２が合波モジュール１８に、他の出力ポート５０が合波モジュール４８にそれぞれ接続されている。このラマン増幅用励起モジュール４２は、光源システム５２と、非線形媒質体２６と、を備えている。非線形媒質体２６は、第１実施形態で説明したのと同様である。
【００５３】
光源システム５２は、互いに波長の異なる光を出射する２以上の光源部２８，３０と、これら２以上の光源部２８，３０からの光を合波して出力する合波器５４と、を有している。なお、本実施形態でも、第１の光源部２８及び第２の光源部３０の、２つの光源部を有する場合について説明する。これら第１及び第２の光源部２８，３０の少なくとも一方は、実用的な光源である半導体レーザから構成すると好ましい。
【００５４】
本実施形態では、第１の光源部２８は、例えば発振波長が１４８０ｎｍで出射パワーが約４００ｍＷの半導体レーザから構成されている。第２の光源部３０は、第１の光源部２８よりも２５０ｍＷ級の半導体レーザから構成されている。第２の光源部３０の出射ポートには、デポラライザが挿入されてもよい。このように、第１及び第２の光源部２８，３０は出射パワーが比較的小さいため、少なくとも第２の光源部３０は、無温調の半導体レーザから構成することができる。これにより、製造コスト及び消費電力の低減が図られる。
【００５５】
合波器５４は、波長依存性の小さい分岐カプラから構成されている。一般に、合波器５４は、溶融型あるいは誘電体多層膜フィルタによる合波フィルタから構成されるのが望ましい。しかしながら、第１及び第２の光源部２８，３０から出射される光の波長間隔が狭すぎると、合波フィルタの設計及び製造が困難となる。ここで、第１及び第２の光源部２８，３０からの光パワーを上げれば許容される波長間隔は広がるが、非線形効果によるスペクトル幅の拡大を比較的低出力で実現しようとすると、波長間隔は狭くならざるを得ない。また、ラマン増幅器４０の励起波長は用途により千差万別であり、これに最適化した合波フィルタをその都度設計するのは、コスト的に不利である。そこで本実施形態では、合波器５４を、波長依存性の小さい分岐カプラから構成し、特に２入力２出力の分岐カプラから構成した。この場合、第１の励起波長でのパワーの維持が優先される。例えば、１０ｄＢカプラを用いたとき、過剰損失０．１ｄＢのカプラでは、第１の励起波長の光は０．６ｄＢの損失を被り、第２の励起波長の光は１０．１ｄＢの損失を被る。とはいえ、第１実施形態からも判る通り、第１の励起波長の光が４００ｍＷのとき、第２の励起波長の光は１．３ｍＷで良いので、たとえペルチェクーラーの無い２０ｍＷ級の廉価な半導体レーザであってもよい。
【００５６】
この合波器５４により、第１及び第２の光源部２８，３０からの光が合波されることで、光源システム５２は、互いに異なる２つの出力ピーク波長を有する光を出射する。ただし、本実施形態では合波器５４により合波された光は所望の割合にパワー分岐され、一方が入力ポート３４から非線形媒質体２６に入力され、他方が出力ポート５０から合波モジュール４８に出力される。
【００５７】
このように、本実施形態に係るラマン増幅用励起モジュール４２においても、第１実施形態で説明したのと同様に、互いに異なる２つの出力ピーク波長を有する光が非線形媒質体２６に入力されることで、非線形効果が及ぼされて、励起光のスペクトル幅の拡大を、パラメトリック増幅を利用して低出力の光源システム５２で実現することが可能となる。
【００５８】
それだけでなく、本実施形態では２入力２出力の分岐カプラを利用しているため、第２の励起波長の光も有効に活用することができる。このとき、第２の光源部３０には、順方向励起に適した相対強度雑音の小さいファブリーペローレーザを使用すると好ましい。図４は、第１及び第２の光源部のいずれも単一波長光源の場合の結果を示していたが、ファブリーペローレーザのように、複数の縦モードを有する光源を使用しても良い。
【００５９】
１０ｄＢ分岐カプラ５４により、第１の光源部２８からの光（波長１４８０ｎｍ）と、１４８０ｎｍ帯ファブリーペローレーザ（縦モード間隔は０．４ｎｍ）による第２の光源部３０からの光を合波し、第１実施形態と同様のＨＮＬＦに入力して出力される励起光のスペクトルを測定した。図８はその結果を示している。なお、図８において、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、及びＬ５のそれぞれは、第１の光源部２８からの光のパワーがそれぞれ２５ｍＷ、１４１ｍＷ、３９８ｍＷ、６３１ｍＷ、及び７９４ｍＷの場合のスペクトルを示している。図８に示すように、第１の光源部２８からの光のパワーが４００ｍＷで第２の光源部３０からの光のパワーが１０ｍＷのとき、半値全幅が１０ｎｍを越え、励起光のスペクトル幅の拡大が図られる。
【００６０】
図９は、分岐カプラ５４を介して波長１４８０ｎｍでパワーが４００ｍＷの第１の光源部２８からの光と、トータルパワーが１０ｍＷの第２の光源部３０（上記１４８０ｎｍ帯ファブリーペローレーザ）からの光とを非線形媒質体２６へ入力するときの、入力光のスペクトルを示す図である。なお図９において、Ａは第１の光源部２８からの光に基づくスペクトルを示し、Ｂは第２の光源部３０からの光に基づくスペクトルを示している。
【００６１】
そして図１０は、非線形媒質体２６から出力された励起光を、合波モジュール１８を介してラマン増幅用光ファイバ１６に逆方向から入力し、且つ上記第２の光源部３０からのパワーが１２５ｍＷの励起光を合波モジュール４８を介してラマン増幅用光ファイバ１６に順方向に入力したときのラマン利得のスペクトルを示す図である。この場合において、ラマン増幅用光ファイバ１６としては、全長が４ｋｍの分散補償光ファイバを用いた。
【００６２】
図１０に示すように、ラマン利得のピークから見て−４０％の利得レベルでのスペクトル幅は、単一の励起波長で励起するときのスペクトル幅である約４２ｎｍから１０％程度拡張される。
【００６３】
以上、本実施形態では、光源システム５２から互いに異なる２以上の出力ピーク波長を有する光が出射され、入力ポート３４を介して非線形媒質体２６に入力され、非線形効果が及ぼされる。これにより、励起光のスペクトル幅の拡大を、パラメトリック増幅を利用して低出力の光源システム５２で実現することが可能となる。そして、励起光のスペクトル幅の拡大が図られることでラマン利得のスペクトル幅の拡大が図られ、またリップルの低減を図ることが可能となる。
【００６４】
また、分岐カプラ５４により第１及び第２の光源部２８，３０からの光を合波するように構成したため、これらの光源部からの光が低出力で波長間隔が狭くても合波することができる。
【００６５】
また、分岐カプラ５４の分岐された光を出力ポート５０から出力し、合波モジュール４８よりラマン増幅用光ファイバ１６に前方入射させることにより、第２の励起波長の光もラマン増幅に有効に活用することが可能となる。
【００６６】
なお、上記した第１或いは第２実施形態に係るラマン増幅器１０，４０を用いて、図１１に示すように、光通信システム６０を構成することができる。この光通信システム６０は、送信局６２及び受信局６４と、これら送信局６２及び受信局６４の間に設けられた中継局６６，６８を備えている。送信局６２と中継局６６との間には光ファイバ伝送路７０が敷設され、中継局６６と中継局６８との間に光ファイバ伝送路７２が敷設され、また、中継局６８と受信局６４との間に光ファイバ伝送路７４が敷設されている。そして、中継局６６，６８には、上述した第１或いは第２実施形態に係るラマン増幅器１０，４０が設けられている。
【００６７】
この光通信システム６０では、送信局６２から送出された多波長の信号光は、光ファイバ伝送路７０を伝搬して、中継局６６内のラマン増幅器１０，４０によりラマン増幅され、光ファイバ伝送路７２を伝搬して、中継局６８内のラマン増幅器１０，４０によりラマン増幅され、更に光ファイバ伝送路７４を伝搬して、受信局６４に到達し、この受信局６４において各波長の信号光が分波され受信される。この光通信システム６０では、ラマン利得のスペクトル幅が拡大及びリップルの低減が図られた、上記した第１或いは第２実施形態に係るラマン増幅器１０，４０により信号光がラマン増幅される。
【００６８】
なお、中継器６６，６８にラマン増幅器１０を設けるのではなく、上記の第１実施形態に係るラマン増幅用励起モジュール２０を中継器６６，６８に設け、中継器６６，６８内のラマン増幅用励起モジュール２０から出力されたラマン増幅用の励起光を光ファイバ伝送路７０，７２に供給するようにしてもよい。この場合、光ファイバ伝送路７０，７２がラマン増幅用光ファイバとして用いられる。
【００６９】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００７０】
例えば、上記した実施形態では、光源システム２４，５２が、互いに波長の異なる光を出射する２以上の光源部２８，３０と、これら２以上の光源部２８，３０からの光を合波して出力する合波器３２，５４と、を有する構成とした。しかしながら、非線形媒質体２６にはパラメトリック増幅に適した波長間隔の複数の光を入力できればよいため、光源システム２４，５２は、２以上の異なる波長で発振する一の多波長光源部、例えば多波長で発振可能な多波長半導体レーザから構成してもよい。このようにすれば、一の多波長光源部により構成されることで、モジュールの大型化が抑制される。
【００７１】
【発明の効果】
本発明によれば、励起光のスペクトル幅拡大を低出力の励起光源により実現可能なラマン増幅用励起モジュールが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】５種類の異なるパワーの光（単一ピークの光）を入力したときの、非線形媒質体としてのＨＮＬＦから出力される光のスペクトルを示す図である。
【図２】図２（ａ）は、２つの励起波長の波長間隔を変えたときのラマン利得のスペクトルの一例を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のラマン利得のスペクトルにおいて、ピークから−２０％及び−４０％の利得レベルでのスペクトル幅を示す図である。
【図３】第１実施形態に係るラマン増幅器の構成を示す図である。
【図４】第１実施形態に係るラマン増幅器が備えるラマン増幅用励起モジュールから出力される励起光の出力スペクトルを示す図である。
【図５】図４に示す場合において具体的なラマン利得のスペクトルを示す図である。
【図６】単一の励起波長のみを利用したときの比較例としてのラマン利得のスペクトルを示す図である。
【図７】第２実施形態に係るラマン増幅器の構成を示す図である。
【図８】第２実施形態に係るラマン増幅器が備えるラマン増幅用励起モジュールから出力される励起光の出力スペクトルを示す図である。
【図９】第２実施形態に係るラマン増幅器において、非線形媒質体に入力される光のスペクトルの一例を示す図である。
【図１０】第２実施形態に係るラマン増幅器において、ラマン利得のスペクトルの一例を示す図である。
【図１１】ラマン増幅器を備えた光通信システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
２０，４２…ラマン増幅用励起モジュール、２４，５２…光源システム、３４…入力ポート、３６…出力ポート、２６…非線形媒質体、２８…第１の光源部、３０…第２の光源部、３２，５４…合波器、１０，４０…ラマン増幅器、６０…光通信システム。
Claims (6)
- 光導波路を伝搬する信号光をラマン増幅するための励起光を出力するラマン増幅用励起モジュールであって、
互いに異なる２以上の出力ピーク波長を有する光を出射する光源システムと、
入力ポートと出力ポートとを有し、該入力ポートから入力された前記光源システムからの光に非線形効果を及ぼして、該出力ポートから前記励起光として出力する非線形媒質体と、
を備え、
前記光源システムは、
互いに波長の異なる光を出射する２以上の光源部と、
前記２以上の光源部からの光を合波して出力する合波器とを有し、
前記光源システムから出射された光に含まれる前記２以上の出力ピーク波長は、パラメトリック利得が得られる波長間隔を有することを特徴とするラマン増幅用励起モジュール。 - 前記２以上の光源部の少なくとも一の光源部は無温調の半導体レーザを含むことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅用励起モジュール。
- 前記光源システムから出射された光に含まれる前記２以上の出力ピーク波長から任意に選択された２つの出力ピーク波長の組み合わせのうち少なくとも１組について、２つの出力ピーク波長の波長間隔Δλが２ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅用励起モジュール。
- 前記光源システムから出射された光に含まれる前記２以上の出力ピーク波長から任意に選択された２つの出力ピーク波長の組み合わせのうち少なくとも１組について、２つの出力ピーク波長のうちパワーのより大きな一方の波長から見て、他方の波長と前記非線形媒質体のゼロ分散波長とが同じ側に存在することを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅用励起モジュール。
- 前記非線形媒質体が光ファイバを含むことを特徴とする請求項１に記載のラマン増幅励起モジュール。
- 前記光ファイバの非線形係数をγ［１／Ｗ／ｋｍ］とし、伝送損失をα［ｄＢ／ｋｍ］としたとき、
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