JP4131833B2 - Optical amplifier and optical repeater transmission system using the same - Google Patents

Optical amplifier and optical repeater transmission system using the same Download PDF

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光パルスを用いた超高速・超大容量伝送を可能とする光増幅装置およびそれを用いた光中継伝送方式に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、光ファイバ伝送路を伝送される光信号を増幅するための光増幅器として、光パラメトリック増幅器が知られている。この光パラメトリック増幅器による光信号の‘1'レベルの強度雑音除去の効果については下記の非特許文献1に実験結果が示され、効果が確認されている。このパラメトリック光増幅器の出力においては、光信号の‘1'レベルの雑音はパラメトリック光増幅器の非線形な飽和特性によって抑圧されるため、パラメトリック光増幅器に入力する時に光信号が有していた雑音を含まないことになる。すなわち、光パラメトリック増幅器を線形中継器の代わりに用いることで、雑音の影響は一中継区間にとどまり累積することはない。すなわち、信号のS/N比の劣化は線形中継器を用いた場合に比べて低減することが可能である。
光パラメトリック増幅器自体も雑音(自然放出光雑音:ASE)は出しており、出力信号にはこの雑音は加わることになるが、この雑音成分も光パラメトリック増幅用光ファイバ内を伝搬するうちに利得が飽和するため抑圧されることになる。
【0003】
光パラメトリック増幅器に入力する励起光と信号光の偏波の関係について以下に述べる。パラメトリック増幅器に用いる媒質として単一モード光ファイバを用いる場合、単一モード光ファイバ内を伝搬する信号光・制御光はその偏波状態が伝搬につれて変化し、さらに主軸方向も定まらないため、信号光と制御光の偏波関係が光パラメトリック増幅器の入射端で平行であるか直交であるかによって発生する四光波混合光の強度が大きく影響を受け、信号光と制御光の偏波が直交して入射する場合には四光波混合光がほとんど発生しないことが知られている。この現象については、非特許文献2に詳細が述べられている。
【0004】
このような光ファイバ中の偏波のゆらぎの影響を避けるためには以下の方法を用いることができる。
1)光パラメトリック増幅器に入射する励起光の偏波は固定し、信号光は偏波コントローラを用いて信号光と励起光の偏波を一致させる。
2)励起光として直交する二つの波長が異なる偏波を合成した光源を用いる。
このうち1)の方法については信号光の偏波ゆらぎの速度が遅ければ市販の偏波自動コントローラを用いることで信号光と励起光の偏波を一致させることが可能である。一方、2)の方法では、四光波混合出力の効率は信号光の偏波状態に依存しない出力であり、偏波無依存動作が実現できる。この偏波無依存動作についての詳細は、非特許文献3に述べられている。
上述した従来の光パラメトリック増幅器には、ファイバ内波形歪みが大きいことおよび大きな励起パワーが必要になるという問題がある。
【0005】
【非特許文献1】
K.Inoue and T.Mukai, "Experimental study on noise characteristics of a gain-saturated fiber optical parametric amplifier, "IEEE Journal of Lightwave Technology, vol.20, No.6, pp.969-974, 2002.
【非特許文献2】
K.Inoue, "Polarization effect on four-wave mixing efficiency In a single-mode fiber,"IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.28, No.4, pp.883-894, 1992.
【非特許文献3】
R.M.Jopson, A.H.Gnauck, and R.M.Derosier, "Compensation of fibre chromatic dispersion by spectral inversion," Electron. Lett., vol.29, pp.576-578, 1993.
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の光増幅器では除去できなかった信号光強度のゆらぎによるS/N劣化の影響を解消することによって短パルス・高ビットレートの光中継伝送距離の拡大を可能とする光増幅装置およびそれを用いた光中継伝送方式を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、信号光の波長λsと異なる波長λp(但し、λp<2λs)に零分散を有する第1の光ファイバと、前記波長λp出力光の波長が設定された第1の励起光源と、前記第1の励起光源の出力光と前記信号光を合波して前記第1の光ファイバに入射する第1の合波手段と、前記第1の光ファイバの出力光から前記波長λsの成分のみを取り出す第1の光フィルタと、前記波長λsに零分散波長が等しく設定されている第2の光ファイバと、波長λclk(但し、λclk>λs/2)の光クロックを出力する光クロック発生器と、前記光クロックと前記第1の光フィルタの出力光を合波して前記第2の光ファイバに入射する第2の合波手段と、前記第2の光ファイバの出力光から、前記波長λsと前記波長λclkとを用いて2/λs=1/λclk+1/λFWMの関係を満たす波長λFWMの成分のみを取り出す第2の光フィルタと、前記波長λsと前記波長λFWMとを用いて2/λp2=1/λs+1/λFWMの関係を満たす波長λp2に零分散を有する第3の光ファイバと、前記波長λp2に出力光の波長が設定された第2の励起光源と、前記第2の励起光源の出力光と前記第2の光フィルタの出力光を合波して前記第3の光ファイバに入射する第3の合波手段と、前記第3の光ファイバの出力光から前記波長λsの成分のみを取り出す第3の光フィルタと、からなることを特徴とする光増幅装置である。
【0008】
請求項2に記載の発明は、前記第1〜第3の光ファイバに代えて、周期的に分極が反転する構造を有する強誘電体を用いたことを特徴とする請求項1に記載の光増幅装置である。
【0009】
請求項3に記載の発明は、伝送用光ファイバを用いて光パルス信号列を伝送する光パルス伝送方式であって、所定距離ごとに請求項1または請求項2に記載の光増幅装置を配置して前記光パルス信号列を中継伝送することを特徴とする光パルス伝送方式である。
【0011】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図1はこの発明の第1の実施の形態による光パラメトリック増幅器を用いた光中継伝送システムの構成を示すブロック図である。この図において、101は光信号送信装置、102−1,102−2,・・・は光伝送路、103−1,103−2,・・・は光増幅器、104-1,104−2,・・・は光パラメトリック増幅器、105は光信号受信装置である。
【0012】
図2は光パラメトリック増幅器104−1,104−2,・・・の構成を示す図であり、201は信号入力ポート、202は励起光源、203は合波器、204は非線形光学媒質(光ファイバ)、205は光学フィルタ、206は出力ポートである。光パラメトリック増幅器104−1,104−2.・・・としては、本実施形態では光ファイバ中の四光波混合を用いる。図3は光ファイバ204の波長分散特性と信号光および励起光の波長の関係を示したものである。光ファイバの零分散波長に励起光の波長λpを設定し、信号光の波長λsはλpからある程度離れた波長に設定する。ここで、励起光の強度を増加していくと、図4のように波長λpを中心としてλsとほぼ対称の位置の波長λFWMに四光波混合光が発生する。この三者の波長には、位相整合条件
2/λp=1/λs+1/λFWM
が成立する。
【0013】
励起光強度をさらに増加すると、四光波混合光の強度がしだいに増加し、信号光強度と同程度になると今度は四光波混合光から励起光を介して信号光強度への変換が生じ、信号光および四光波混合光強度が同時に増加するようになる。このとき信号光は増幅(パラメトリック増幅)されることになる。入力信号光強度を変えたときの出力信号光強度の変化の特性例を図5に示す。入力信号光強度を上げていくと、出力信号光強度は飽和し、さらに入力信号光強度を上げると今度は出力信号光強度が減少する特性を示す。この出力飽和特性を利用することによって光信号の‘1'レベルの強度ゆらぎを抑圧することが可能である。図6は光パラメトリック増幅器104−1,104−2,・・・を用いた光信号の強度雑音の抑圧動作を示したものである。出力光の‘1'レベルの平均を、光パラメトリック増幅器104−1,104−2,・・・の最大出力点に設定すれば、飽和特性によって信号光の強度雑音成分を抑圧することが可能である。
【0014】
光パラメトリック増幅器104−1,104−2,・・・に用いられる光ファイバの特性としては、非線形光学係数の大きなファイバの方が励起光強度が少なくて増幅効果を発揮できるため有利である。近年、非線形光学係数の大きなフォトニック結晶ファイバ等が開発されており、このファイバを適用することも可能である。また、光パラメトリック増幅器用ファイバの分散特性としては、伝送する信号の種類によって適する分散特性がある。一波長で高速の時分割多重(TDM)信号を伝送する場合は、図7(a)に示すように光パラメトリック増幅器用ファイバの零分散波長を励起光源の波長に設定し、また分散スロープはできるだけ小さい特性のファイバを用いると最も効率よくまた信号スペクトル内部での利得が一定の増幅ができる。一方、波長分割多重(WDM)信号を伝送する場合は、図7(b)に示すように光パラメトリック増幅器用ファイバの零分散波長を励起光源の波長に設定し、非線形性がシングルモードファイバより大きい特性のファイバを用いるとWDM信号間のクロストークの影響を除くことができる。
【0015】
光パラメトリック増幅器用非線形媒質としては、半導体光増幅器(SOA)を用いることもできるが、SOAの場合、利得の帯域はキャリア寿命によって決まり、高々10GHzであるため、高速の信号に対してはSOAを用いることができない。これに比べてファイバは1ps以下の高速の非線形応答を有しているため高速の光信号に対しても強度ゆらぎを抑圧することが可能である。
また、光パラメトリック増幅器104−1,104−2,・・・の利得は40dB以上であるため、出力の飽和特性が確保できる場合は、前段の光増幅器103−1,103−2,・・・を省略することも可能である。
【0016】
(第2実施形態)
図8は、本発明の第2の実施形態を示す図であり、801は光信号送信装置、802−1,802−2,・・・は光伝送路、803−1,803−2,・・・は光増幅器、804−1,804−2,・・・は光パラメトリック増幅器、805−1,805−2,・・・は‘0'レベル整形器、806−1,806−2,・・・は光クロック発生器、807は光信号受信装置である。
【0017】
本実施形態では、光信号の‘0'レベルの雑音についても抑圧する構成である。まず、光信号が光パラメトリック増幅器805−1,805−2,・・・によって‘1'レベルの強度雑音が抑圧されるところまでは第1の実施形態と同じである。この光パラメトリック増幅器804−1,804−2,・・・の出力が‘0'レベル整形器805−1,805−2,・・・によって‘0'レベルの雑音が抑圧される。この‘0'レベル整形器805−1,805−2,・・・の構成を図9に示す。901は信号入力ポート、902は光クロック入力ポート、903は制御光入力ポート、904は合波器、905は四光波混合光発生用光ファイバ、906は光フィルタ、907は合波器、908は四光波混合光発生用光ファイバ、909は光フィルタ、910は出力ポートである。
【0018】
‘0'レベル整形器805−1,805−2,・・・は、四光波混合などを用いた波長変換器を2段縦続にしたものであり、その動作原理を図10に示す。まず、第一段目では、光クロック発生器806−1,806−2,・・・の出力パルス(波長λclk)と信号光(波長λs)が四光波混合光発生用光ファイバ905に入力され(図10(a))、四光波混合光(波長λFWM)が発生する(図10(b))。四光波混合光発生用光ファイバ905の零分散波長は信号光波長λsに等しく設定されている。従って、λclkとλsとλFWMとの関係は、
2/λs=1/λclk+1/λFWM
となっている。このような構成の場合、四光波混合光の強度は信号光強度の2乗に比例する。すなわち、信号光の‘0'レベルについては、その光強度の2乗と光クロックとの強度積に比例した出力となるため、発生した四光波混合光の‘1'レベルと‘0'レベルの強度差すなわち消光比は入力信号光に比べて改善されることになる。
【0019】
この四光波混合光発生用光ファイバ905の出力光は、光フィルタ906によって四光波混合光のみが取り出される(図10(c))。次にこの四光波混合光とcw励起光(波長λp2)が合波されて第2の四光波混合光発生用光ファイバ908に入力される(図10(d))。このとき四光波混合光の強度を増幅する光増幅器を挿入してもよい。光ファイバ908の零分散波長および励起光波長λp2は等しく、かつ、以下の条件を満足するように設定される。
2/λp2=1/λsig+1/λFWM
このように設定すると光ファイバ908から出力される第2の四光波混合光の波長λsigはもとの信号光波長λsに等しくなり(図10(e))、この第2の四光波混合光を光フィルタ909で取り出すことによって消光比の改善された信号を取り出すことができる。
【0020】
(第3の実施形態)
図11は本発明の第3の実施形態のうち、光パラメトリック増幅器を構成する非線形光学素子を示したものである。本実施形態の動作は第1の実施例と同一であるが、非線形光学素子として光ファイバの代わりに、周期的に分極が反転する強誘電体としてドメイン反転LiNbO3素子を示している。本素子は、図11(a)に示すように、周期的に分極が反転する構造によって、擬似位相整合(Quasi Phase Matching: QPM)が実現されて高効率のパラメトリック光増幅が可能となる。本素子では、まず入射した励起光(波長λp)の第2高調波光が発生する(Second Harmonic Generation: SHG)。このとき、入射した信号光と発生したSH光の位相速度差がドメイン反転構造によって周期的に補償される。これはドメイン反転によって分極の極性が反転し、位相速度の関係が逆転するためである。
【0021】
図11(b)のグラフは、ドメイン反転素子内を伝搬するSH光の伝搬距離と発生するSH光強度の関係を示しており、グラフ内の曲線Aはドメイン反転構造がない場合、曲線Bはドメイン反転構造を有する場合の伝搬距離−SH光強度の関係を示すグラフである。ドメイン反転構造を有する場合、曲線Bに示すように伝搬距離とともに単調にSH光強度が増加する。このSH光と信号光(波長λs)の差周波発生(Difference Frequency Mixing: DFG)によって出力光(波長λout)が発生する。このとき、励起光、信号光、および出力光の波長の関係は、
1/λout=2/λp−1/λs
から、
2/λp=1/λs+1/λout
となり、図11(c)に示すように、これは四光波混合の場合の波長の関係と同じである。ただし、QPM素子の場合、単位長さ当たりの波長変換効率が極めて高くなるため、素子長1cm程度でも十分な効率を得ることが可能であり、装置の小型化や安定動作が可能となる。
なお、図11においてはドメイン反転LiNbO3素子として導波路構造の素子が示されているが、導波路の代わりにバルク結晶を用いてもよい。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、従来の光増幅装置では取り除くことができなかった光信号の強度雑音を抑圧し、雑音の累積を防ぐことができるため、多段の中継伝送システムに用いれば中継距離の拡大が可能となるため、システムの動作余裕の拡大ならびに経済化に大きな効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1の実施の形態による光パラメトリック増幅器を用いた光中継伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図2】 同実施形態における光パラメトリック増幅器104の構成を示すブロック図である。
【図3】 同光パラメトリック増幅器104の光ファイバ204の作用を説明するための波形図である。
【図4】 同光パラメトリック増幅器104の光ファイバ204の作用を説明するための波形図である。
【図5】 同光パラメトリック増幅器104の入出力特性を示す図である。
【図6】 同光パラメトリック増幅器104の雑音抑圧動作を説明するための波形図である。
【図7】 同光パラメトリック増幅器104の光ファイバ204の特性を示す図である。
【図8】 この発明の第2の実施の形態による光パラメトリック増幅器および'0'レベル整形器を用いた光中継伝送システムの構成を示すブロック図である。
【図9】 同実施形態による'0'レベル整形器の構成を示すブロック図である。
【図10】 同実施形態による'0'レベル整形器の動作を説明するための波形図である。
【図11】 この発明の第3の実施形態を説明するための説明図である。
【符号の説明】
104−1、104−2、804−1、804−2…光パラメトリック増幅器
202…励起光源
203、904、907…合波器
204、905、908…光ファイバ
205、906、909…光フィルタ
805−1、805−2…'0'レベル整形器
806−1、806−2…光クロック発生器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical amplifying device that enables ultrahigh-speed and ultra-large-capacity transmission using optical pulses and an optical repeater transmission system using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an optical parametric amplifier is known as an optical amplifier for amplifying an optical signal transmitted through an optical fiber transmission line. Regarding the effect of removing intensity noise of the “1” level of the optical signal by this optical parametric amplifier, the experimental results are shown in the following Non-Patent Document 1, and the effect is confirmed. In the output of this parametric optical amplifier, the noise at the “1” level of the optical signal is suppressed by the non-linear saturation characteristic of the parametric optical amplifier, and therefore includes the noise that the optical signal had when it was input to the parametric optical amplifier. There will be no. That is, by using an optical parametric amplifier instead of a linear repeater, the influence of noise remains in one repeat section and does not accumulate. That is, the degradation of the signal S / N ratio can be reduced as compared with the case where a linear repeater is used.
The optical parametric amplifier itself also generates noise (spontaneously emitted optical noise: ASE), and this noise is added to the output signal, but this noise component also gains as it propagates through the optical fiber for optical parametric amplification. It will be suppressed because of saturation.
[0003]
The relationship between the excitation light input to the optical parametric amplifier and the polarization of the signal light will be described below. When a single-mode optical fiber is used as the medium for the parametric amplifier, the signal light and control light propagating in the single-mode optical fiber change as the polarization state propagates, and the principal axis direction is not fixed. The intensity of the four-wave mixed light generated depends on whether the polarization relationship between the control light and the control light is parallel or orthogonal at the incident end of the optical parametric amplifier, and the polarization of the signal light and control light is orthogonal. It is known that almost no four-wave mixed light is generated when incident. This phenomenon is described in detail in Non-Patent Document 2.
[0004]
In order to avoid the influence of the fluctuation of the polarization in the optical fiber, the following method can be used.
1) The polarization of the pumping light incident on the optical parametric amplifier is fixed, and the signal light is matched with the polarization of the signal light and the pumping light using a polarization controller.
2) A light source that combines two orthogonally polarized waves that are orthogonal to each other is used as excitation light.
Of these methods, if the speed of the polarization fluctuation of the signal light is slow, the polarization of the signal light and the excitation light can be matched by using a commercially available polarization automatic controller. On the other hand, in the method 2), the efficiency of the four-wave mixing output is an output that does not depend on the polarization state of the signal light, and a polarization-independent operation can be realized. Details of this polarization-independent operation are described in Non-Patent Document 3.
The conventional optical parametric amplifier described above has a problem that the waveform distortion in the fiber is large and a large pumping power is required.
[0005]
[Non-Patent Document 1]
K. Inoue and T. Mukai, "Experimental study on noise characteristics of a gain-saturated fiber optical parametric amplifier," IEEE Journal of Lightwave Technology, vol.20, No.6, pp.969-974, 2002.
[Non-Patent Document 2]
K. Inoue, "Polarization effect on four-wave mixing efficiency In a single-mode fiber," IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.28, No.4, pp.883-894, 1992.
[Non-Patent Document 3]
RMJopson, AHGnauck, and RMDerosier, "Compensation of fiber chromatic dispersion by spectral inversion," Electron. Lett., Vol. 29, pp. 576-578, 1993.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to enable an optical relay transmission distance of short pulse and high bit rate to be extended by eliminating the influence of S / N degradation due to fluctuations in signal light intensity that could not be removed by conventional optical amplifiers. An object of the present invention is to provide an amplifier and an optical repeater transmission system using the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described problems. The invention according to claim 1 is directed to a first light having zero dispersion at a wavelength λp different from the wavelength λs of the signal light (where λp <2λs). and the fiber, the incident on the first excitation light source, the first of said output light and the signal light of the excitation source combined to the first optical fiber wavelength of the output light is set to the wavelength λp A first optical filter that extracts only the component of the wavelength λs from the output light of the first optical fiber, and a second optical fiber in which the zero dispersion wavelength is set equal to the wavelength λs And an optical clock generator that outputs an optical clock having a wavelength λclk (where λclk> λs / 2), and the optical clock and the output light of the first optical filter are combined into the second optical fiber. Incident second multiplexing means and the second optical fiber From the output light, a second optical filter for extracting only a component of the wavelength RamudaFWM satisfies the relationship 2 / λs = 1 / λclk + 1 / λFWM using said wavelength [lambda] s and the wavelength Ramudaclk, the wavelength [lambda] s and said wavelength RamudaFWM A third optical fiber having zero dispersion at a wavelength λp2 that satisfies the relationship 2 / λp2 = 1 / λs + 1 / λFWM, a second pumping light source in which the wavelength of output light is set to the wavelength λp2 , and From the output light of the third optical fiber, the third combining means that combines the output light of the second excitation light source and the output light of the second optical filter and enters the third optical fiber And a third optical filter that extracts only the component of the wavelength λs .
[0008]
The invention according to claim 2, wherein the first to place the third optical fiber, light of claim 1, periodically poled is characterized by using a ferroelectric having a structure inverted It is an amplification device.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical pulse transmission method for transmitting an optical pulse signal train using a transmission optical fiber, wherein the optical amplifying device according to the first or second aspect is disposed at every predetermined distance. Then, the optical pulse transmission system is characterized in that the optical pulse signal train is relay-transmitted.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical repeater transmission system using an optical parametric amplifier according to a first embodiment of the present invention. In this figure, 101 is an optical signal transmitter, 102-1, 102-2,... Are optical transmission lines, 103-1, 103-2,... Are optical amplifiers, 104-1, 104-2,. ... Are optical parametric amplifiers, and 105 is an optical signal receiver.
[0012]
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the optical parametric amplifiers 104-1, 104-2,..., 201 is a signal input port, 202 is a pumping light source, 203 is a multiplexer, and 204 is a nonlinear optical medium (optical fiber). , 205 is an optical filter, and 206 is an output port. As the optical parametric amplifiers 104-1, 104-2,..., Four-wave mixing in an optical fiber is used in this embodiment. FIG. 3 shows the relationship between the wavelength dispersion characteristics of the optical fiber 204 and the wavelengths of the signal light and the pumping light. The wavelength λp of the pumping light is set to the zero dispersion wavelength of the optical fiber, and the wavelength λs of the signal light is set to a wavelength somewhat away from λp. Here, when the intensity of the excitation light is increased, four-wave mixed light is generated at a wavelength λFWM at a position substantially symmetrical to λs with the wavelength λp as the center as shown in FIG. These three wavelengths have phase matching conditions
2 / λp = 1 / λs + 1 / λFWM
Is established.
[0013]
When the excitation light intensity is further increased, the intensity of the four-wave mixed light gradually increases, and when it becomes approximately the same as the signal light intensity, a conversion from the four-wave mixed light to the signal light intensity occurs via the excitation light. Light and four-wave mixed light intensity increase simultaneously. At this time, the signal light is amplified (parametric amplification). FIG. 5 shows a characteristic example of the change in the output signal light intensity when the input signal light intensity is changed. When the input signal light intensity is increased, the output signal light intensity is saturated, and when the input signal light intensity is further increased, the output signal light intensity is decreased. By utilizing this output saturation characteristic, it is possible to suppress intensity fluctuation of the “1” level of the optical signal. FIG. 6 shows the operation of suppressing the intensity noise of the optical signal using the optical parametric amplifiers 104-1, 104-2,. If the average of the output light '1' level is set to the maximum output point of the optical parametric amplifiers 104-1, 104-2, ..., the intensity noise component of the signal light can be suppressed by the saturation characteristics. is there.
[0014]
As the characteristics of the optical fiber used for the optical parametric amplifiers 104-1, 104-2,..., A fiber having a large nonlinear optical coefficient is advantageous because it has a small excitation light intensity and can exhibit an amplification effect. In recent years, a photonic crystal fiber or the like having a large nonlinear optical coefficient has been developed, and this fiber can also be applied. Further, the dispersion characteristic of the optical parametric amplifier fiber includes a dispersion characteristic suitable for the type of signal to be transmitted. When transmitting a high-speed time division multiplexing (TDM) signal at one wavelength, the zero dispersion wavelength of the optical parametric amplifier fiber is set to the wavelength of the pumping light source as shown in FIG. When a fiber having a small characteristic is used, amplification with the constant gain within the signal spectrum can be performed most efficiently. On the other hand, when transmitting a wavelength division multiplexing (WDM) signal, the zero-dispersion wavelength of the optical parametric amplifier fiber is set to the wavelength of the pumping light source as shown in FIG. Use of a characteristic fiber can eliminate the influence of crosstalk between WDM signals.
[0015]
As the nonlinear medium for the optical parametric amplifier, a semiconductor optical amplifier (SOA) can be used. However, in the case of the SOA, the gain band is determined by the carrier life and is 10 GHz at most. Cannot be used. In contrast, since the fiber has a high-speed nonlinear response of 1 ps or less, intensity fluctuation can be suppressed even for a high-speed optical signal.
Further, since the gains of the optical parametric amplifiers 104-1, 104-2,... Are 40 dB or more, when the output saturation characteristics can be ensured, the optical amplifiers 103-1, 103-2,. Can be omitted.
[0016]
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, in which 801 is an optical signal transmitter, 802-1, 802-2,... Are optical transmission lines, 803-1, 803-2,. Are optical amplifiers, 804-1, 804-2, ... are optical parametric amplifiers, 805-1, 805-2, ... are '0' level shapers, 806-1, 806-2, ... .. is an optical clock generator, and 807 is an optical signal receiver.
[0017]
The present embodiment is configured to suppress noise of “0” level of the optical signal. First, the optical signal is the same as that of the first embodiment until the intensity noise of “1” level is suppressed by the optical parametric amplifiers 805-1, 805-2,. The outputs of the optical parametric amplifiers 804-1, 804-2,... Are suppressed to “0” level noise by the “0” level shapers 805-1, 805-2,. The configuration of the '0' level shapers 805-1, 805-2,... Is shown in FIG. 901 is a signal input port, 902 is an optical clock input port, 903 is a control light input port, 904 is a multiplexer, 905 is an optical fiber for four-wave mixing light generation, 906 is an optical filter, 907 is a multiplexer, and 908 is An optical fiber for generating four-wave mixing light, 909 is an optical filter, and 910 is an output port.
[0018]
“0” level shapers 805-1, 805-2,... Are two-stage cascaded wavelength converters using four-wave mixing and the operation principle is shown in FIG. First, in the first stage, output pulses (wavelength λclk) and signal light (wavelength λs) of the optical clock generators 806-1, 806-2,... Are input to the four-wave mixed light generation optical fiber 905. (FIG. 10A), four-wave mixed light (wavelength λ FWM) is generated (FIG. 10B). The zero dispersion wavelength of the four-wave mixing light generating optical fiber 905 is set equal to the signal light wavelength λs. Therefore, the relationship between λclk, λs, and λFWM is
2 / λs = 1 / λclk + 1 / λFWM
It has become. In such a configuration, the intensity of the four-wave mixed light is proportional to the square of the signal light intensity. In other words, the “0” level of the signal light has an output proportional to the intensity product of the square of the light intensity and the optical clock, so that the generated four-wave mixed light has a “1” level and a “0” level. The intensity difference, that is, the extinction ratio is improved compared to the input signal light.
[0019]
From the output light of the four-wave mixed light generating optical fiber 905, only the four-wave mixed light is extracted by the optical filter 906 (FIG. 10C). Next, the four-wave mixing light and the cw excitation light (wavelength λp2) are combined and input to the second four-wave mixing light generating optical fiber 908 (FIG. 10 (d)). At this time, an optical amplifier that amplifies the intensity of the four-wave mixed light may be inserted. The zero dispersion wavelength and the pumping light wavelength λp2 of the optical fiber 908 are equal and set so as to satisfy the following conditions.
2 / λp2 = 1 / λsig + 1 / λFWM
With this setting, the wavelength λsig of the second four-wave mixed light output from the optical fiber 908 becomes equal to the original signal light wavelength λs (FIG. 10 (e)). By extracting with the optical filter 909, a signal with improved extinction ratio can be extracted.
[0020]
(Third embodiment)
FIG. 11 shows a non-linear optical element constituting an optical parametric amplifier in the third embodiment of the present invention. Although the operation of this embodiment is the same as that of the first example, a domain inversion LiNbO 3 element is shown as a ferroelectric whose polarization is periodically inverted instead of an optical fiber as a nonlinear optical element. As shown in FIG. 11A, this element realizes quasi phase matching (QPM) by a structure in which the polarization is periodically inverted, and enables highly efficient parametric light amplification. In this element, firstly, second harmonic light of incident excitation light (wavelength λp) is generated (Second Harmonic Generation: SHG). At this time, the phase velocity difference between the incident signal light and the generated SH light is periodically compensated by the domain inversion structure. This is because the domain inversion reverses the polarity of the polarization and reverses the phase velocity relationship.
[0021]
The graph of FIG. 11B shows the relationship between the propagation distance of the SH light propagating in the domain inversion element and the generated SH light intensity. The curve A in the graph has no domain inversion structure, and the curve B is It is a graph which shows the relationship of propagation distance -SH light intensity in the case of having a domain inversion structure. In the case of having a domain inversion structure, the SH light intensity increases monotonously with the propagation distance as shown by curve B. Output light (wavelength λout) is generated by the difference frequency generation (DFG) between the SH light and the signal light (wavelength λs). At this time, the relationship between the wavelengths of the excitation light, the signal light, and the output light is
1 / λout = 2 / λp−1 / λs
From
2 / λp = 1 / λs + 1 / λout
Thus, as shown in FIG. 11 (c), this is the same as the wavelength relationship in the case of four-wave mixing. However, in the case of a QPM element, since the wavelength conversion efficiency per unit length is extremely high, it is possible to obtain sufficient efficiency even with an element length of about 1 cm, and the apparatus can be downsized and stably operated.
In FIG. 11, a waveguide structure element is shown as the domain-inverted LiNbO 3 element, but a bulk crystal may be used instead of the waveguide.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, intensity noise of an optical signal that cannot be removed by a conventional optical amplifying device can be suppressed and accumulation of noise can be prevented, so that it is used in a multistage relay transmission system. Therefore, it is possible to increase the relay distance, so that a large effect can be expected in the expansion of the operation margin of the system and the economy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical repeater transmission system using an optical parametric amplifier according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an optical parametric amplifier 104 in the same embodiment.
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the optical fiber 204 of the optical parametric amplifier 104;
FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the optical fiber 204 of the optical parametric amplifier 104;
FIG. 5 is a diagram showing input / output characteristics of the optical parametric amplifier 104;
6 is a waveform diagram for explaining a noise suppression operation of the optical parametric amplifier 104. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing characteristics of an optical fiber 204 of the optical parametric amplifier 104. FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an optical repeater transmission system using an optical parametric amplifier and a “0” level shaper according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a “0” level shaper according to the same embodiment;
FIG. 10 is a waveform diagram for explaining the operation of the “0” level shaper according to the same embodiment;
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
104-1, 104-2, 804-1, 804-2 ... optical parametric amplifier 202 ... pumping light sources 203, 904, 907 ... multiplexers 204, 905, 908 ... optical fibers 205, 906, 909 ... optical filters 805- 1, 805-2 ... '0' level shapers 806-1, 806-2 ... optical clock generators

Claims (3)

信号光の波長λsと異なる波長λp(但し、λp<2λs)に零分散を有する第1の光ファイバと、
前記波長λp出力光の波長が設定された第1の励起光源と、
前記第1の励起光源の出力光と前記信号光を合波して前記第1の光ファイバに入射する第1の合波手段と、
前記第1の光ファイバの出力光から前記波長λsの成分のみを取り出す第1の光フィルタと、
前記波長λsに零分散波長が等しく設定されている第2の光ファイバと、
波長λclk(但し、λclk>λs/2)の光クロックを出力する光クロック発生器と、
前記光クロックと前記第1の光フィルタの出力光を合波して前記第2の光ファイバに入射する第2の合波手段と、
前記第2の光ファイバの出力光から、前記波長λsと前記波長λclkとを用いて
2/λs=1/λclk+1/λFWM
の関係を満たす波長λFWMの成分のみを取り出す第2の光フィルタと、
前記波長λsと前記波長λFWMとを用いて
2/λp2=1/λs+1/λFWM
の関係を満たす波長λp2に零分散を有する第3の光ファイバと、
前記波長λp2に出力光の波長が設定された第2の励起光源と、
前記第2の励起光源の出力光と前記第2の光フィルタの出力光を合波して前記第3の光ファイバに入射する第3の合波手段と、
前記第3の光ファイバの出力光から前記波長λsの成分のみを取り出す第3の光フィルタと、
からなることを特徴とする光増幅装置。
A first optical fiber having zero dispersion at a wavelength λp (where λp <2λs) different from the wavelength λs of the signal light ;
A first excitation light source in which the wavelength of output light is set to the wavelength λp ;
A first multiplexing unit which is incident on the first optical fiber by multiplexing the output light and the signal light of the first excitation light source,
A first optical filter that extracts only the component of the wavelength λs from the output light of the first optical fiber;
A second optical fiber in which a zero dispersion wavelength is set equal to the wavelength λs ;
An optical clock generator for outputting an optical clock having a wavelength λclk (where λclk> λs / 2) ;
Second combining means for combining the optical clock and the output light of the first optical filter and entering the second optical fiber;
From the output light of the second optical fiber , using the wavelength λs and the wavelength λclk
2 / λs = 1 / λclk + 1 / λFWM
A second optical filter that extracts only the component of the wavelength λFWM that satisfies the relationship :
Using the wavelength λs and the wavelength λFWM
2 / λp2 = 1 / λs + 1 / λFWM
A third optical fiber having zero dispersion at a wavelength λp2 satisfying the relationship :
A second excitation light source in which the wavelength of the output light is set to the wavelength λp2 ,
Third combining means for combining the output light of the second excitation light source and the output light of the second optical filter and entering the third optical fiber;
A third optical filter that extracts only the component of the wavelength λs from the output light of the third optical fiber;
An optical amplifying device comprising:
前記第1〜第3の光ファイバに代えて、周期的に分極が反転する構造を有する強誘電体を用いたことを特徴とする請求項1に記載の光増幅装置。2. The optical amplifying apparatus according to claim 1 , wherein a ferroelectric material having a structure in which polarization is periodically inverted is used instead of the first to third optical fibers. 伝送用光ファイバを用いて光パルス信号列を伝送する光パルス伝送方式であって、所定距離ごとに請求項1または請求項2に記載の光増幅装置を配置して前記光パルス信号列を中継伝送することを特徴とする光パルス伝送方式。3. An optical pulse transmission system for transmitting an optical pulse signal train using a transmission optical fiber, wherein the optical pulse signal train is relayed by arranging the optical amplifying device according to claim 1 at every predetermined distance. An optical pulse transmission system characterized by transmitting.
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