JP5759400B2 - 光増幅装置、光信号発生器および信号対雑音比改善装置 - Google Patents
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Δφ=φ2ωs/2−φωs=nπ(ただし、nは整数) 式(1)
Δφ=φωp−φωs=nπ(ただし、nは整数) 式(2)
2ωs=ωp1+ωp2 式(3)
Δφ=(φωp1+φωp2)/2−φωs=nπ(ただし、nは整数) 式(4)
請求項2に記載の発明は、位相同期した複数の波長の光から構成される光コムを発生する光源と、該光コムの各波長を分離し、および、該光コムの該複数の波長の内の1つの波長の光から同じ光周波数差だけ対称に離れた対となる2波長の光の対を同一の光路に出力するよう構成された分波器と、各々が、該光の対の1つに対応する該分波器の出力に接続され、対応する該光の対に変調を加える複数の光変調器と、該複数の光変調器からの出力を合波する合波器と、非線形光学効果を用いた光混合によって信号光を増幅する位相感応型光増幅装置であって、該合波器から、信号光として、光周波数軸上で基本波光から同じ光周波数差だけ対称に離れ、各々が同一または反転した位相情報を持つ対となる2波長を持つ1つまたは複数の信号光の対が入力され、該複数の波長のうちの1つの波長を基本波光とする位相感応型光増幅装置とを備え、該位相感応型光増幅装置は、該基本波光を増幅する光ファイバレーザ増幅器と、該光ファイバレーザ増幅器に接続され、第二高調波を発生する第1の二次非線形光学素子と、該第1の二次非線形光学素子から出力される該基本波光および該第二高調波から、該第二高調波を分離するフィルタと、信号光の対からなる該信号光と、励起光である該第二高調波とを合波する合波器と、合波された該信号光および該励起光を入射して、該信号光の非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、該第2の二次非線形光学素子から出力される該信号光および該励起光から、増幅された信号光を分離するフィルタと、該位相感応型光増幅装置内の該合波器の前段側で、該基本波光の位相を制御することによって、非縮退パラメトリック増幅を行う該第2の二次非線形光学素子内における該信号光の位相と、励起光の位相とを同期する手段とを有し、該光コムを発生する光源および該第2の二次非線形光学素子の間に、少なくとも1つのレーザ増幅器を備えたことを特徴とする光信号発生器である。
請求項3に記載の発明は、位相同期した複数の波長の光から構成される光コムを発生する光源と、該光コムの各波長を分離し、および、該光コムの該複数の波長の内の1つの波長の光から同じ光周波数差だけ対称に離れた対となる2波長の光の対をそれぞれ異なる光路に出力するよう構成された分波器と、各々が、対応する該分波器の各出力に接続され、該光の対に対して同一または反転した位相情報を持つ光変調を加える複数の光変調器と、該複数の光変調器からの出力を合波する合波器と、非線形光学効果を用いた光混合によって信号光を増幅する位相感応型光増幅装置であって、該光合波器から、信号光として、光周波数軸上で基本波光から同じ光周波数差だけ対称に離れ、各々が同一または反転した位相情報を持つ対となる2波長を持つ1つまたは複数の信号光の対が入力され、該複数の波長のうちの1つの波長を基本波光とする位相感応型光増幅装置とを備え、該位相感応型光増幅装置は、該基本波光を増幅する光ファイバレーザ増幅器と、該光ファイバレーザ増幅器に接続され、第二高調波を発生する第1の二次非線形光学素子と、該第1の二次非線形光学素子から出力される該基本波光および該第二高調波から、該第二高調波を分離するフィルタと、信号光の対からなる該信号光と、励起光である該第二高調波とを合波する合波器と、合波された該信号光および該励起光を入射して、該信号光の非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、該第2の二次非線形光学素子から出力される該信号光および該励起光から、増幅された信号光を分離するフィルタと、該位相感応型光増幅装置内の該合波器の前段側で、該基本波光の位相を制御することによって、非縮退パラメトリック増幅を行う該第2の二次非線形光学素子内における該信号光の位相と、励起光の位相とを同期する手段とを有し、該光コムを発生する光源および該第2の二次非線形光学素子の間に、少なくとも1つのレーザ増幅器を備えたことを特徴とする光信号発生器である。
以下、位相感応型光増幅装置は、位相感応光増幅器とも呼ぶ。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至3いずれかの光信号発生器であって、前記光コムの前記位相同期した複数の波長の光は単一モードのレーザ光源を光変調器により変調することによって発生され、該レーザ光源を分岐した光が前記基本波光として前記位相感応型光増幅装置へ入力されることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至3いずれかの光信号発生器であって、前記基本波光および前記第二高調波から前記第二高調波を分離するフィルタ、ならびに、前記信号光と前記第二高調波とを合波する合波器は、誘電体膜を用いたダイクロックミラーであることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1乃至3いずれかの光信号発生器であって、前記第1の二次非線形光学素子および前記第2の二次非線形光学素子は、周期分極反転構造を有する二次非線形光学材料からなる光導波路をそれぞれ有し、該二次非線形光学材料は、LiNbO3、LNbO3、LiTaO3、LiNbxTax-1O3(0≦x≦1)、KTiOPO4のいずれか、または、これらに、Mg、Zn、Fe、Sc、Inからなる群から選択された少なくとも1種を添加物として含有しているものであることを特徴とする。
φSH=φS+φi+2nπ(nは整数) 式(5)
φS=φSH/2+nπ=φp+nπ(nは整数) 式(6)
φSH=φS+φi+2nπ
=φS−φS+α+2nπ
=α+2nπ(ただし、nは整数) 式(7)
φSH=φS-ASE+φi-ASE+2nπ(ただし、nは整数) 式(8)
φS=φSH/2+nπ=φp+nπ(ただし、nは整数) 式(9)
φSH=φS-ASE+φi-ASE+2nπ(ただし、nは整数) 式(10)
位相感応光増幅器を光信号の送信器直後に用いるように、信号光を発生する光源が位相感応光増幅部の近くに配置されている場合は、信号光用光源の一部を分岐して基本波光として用いることができる。しかしながら、光伝送における中継増幅器や受信端での前置増幅器として位相感応光増幅器を用いる場合には、位相同期手段を用いて位相感応光増幅装置内の励起光位相と信号光位相とを式(1)の関係を満たすように同期させる必要がある。
102 励起光源
103 励起光位相制御部
104−1、104−2、603 光分岐部
110、410 入力信号光
111、211、411−1、411−2 励起光
112、412 出力信号光
201 レーザ光源
202 SHG結晶
203 OPA結晶
210、620 信号光
401 励起光位相同期手段
402、503、601、1206、1407、1607 エルビウム添加ファイバレーザ増幅器(EDFA)
403 光ファイバ
404 信号光フィルタ
602−1、602−2 二次非線形光学素子
605−1、605−2 PPLN導波路
606−1、606−2 ダイクロイックミラー
607 偏波保持ファイバ
621 基本波光
1201、1401、1601、1801 単一波長光源
1404、1504、1604、1806 合波器
1406、1506、1606、1808 分波器
Claims (8)
- 位相同期した複数の波長の光から構成される光コムを発生する光源と、
非線形光学効果を用いた光混合によって信号光を増幅する位相感応型光増幅装置であって、該光コムを発生する光源から、信号光として、光周波数軸上で基本波光から同じ光周波数差だけ対称に離れ、各々が同一または反転した位相情報を持つ対となる2波長を持つ1つまたは複数の信号光の対が入力され、該光コムの該複数の波長のうちの1つの波長を基本波光とする位相感応型光増幅装置と、
該位相感応型光増幅装置の出力に接続され、光コムの各波長を分離する分波器と、
各々が、該分波器の各出力に接続された複数の光変調器と、
該複数の光変調器からの出力を合波する合波器と
を備え、
該位相感応型光増幅装置は、
該基本波光を増幅する光ファイバレーザ増幅器と、
該光ファイバレーザ増幅器に接続され、第二高調波を発生する第1の二次非線形光学素子と、
該第1の二次非線形光学素子から出力される該基本波光および該第二高調波から、該第二高調波を分離するフィルタと、
信号光の対からなる該信号光と、励起光である該第二高調波とを合波する合波器と、
合波された該信号光および該励起光を入射して、該信号光の非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、
該第2の二次非線形光学素子から出力される該信号光および該励起光から、増幅された信号光を分離するフィルタと、
該位相感応型光増幅装置内の該合波器の前段側で、該基本波光の位相を制御することによって、非縮退パラメトリック増幅を行う該第2の二次非線形光学素子内における該信号光の位相と、励起光の位相とを同期する手段と
を有し、
該光コムを発生する光源および該第2の二次非線形光学素子の間に、少なくとも1つのレーザ増幅器を備えたことを特徴とする光信号発生器。 - 位相同期した複数の波長の光から構成される光コムを発生する光源と、
該光コムの各波長を分離し、および、該光コムの該複数の波長の内の1つの波長の光から同じ光周波数差だけ対称に離れた対となる2波長の光の対を同一の光路に出力するよう構成された分波器と、
各々が、該光の対の1つに対応する該分波器の出力に接続され、対応する該光の対に変調を加える複数の光変調器と、
該複数の光変調器からの出力を合波する合波器と、
非線形光学効果を用いた光混合によって信号光を増幅する位相感応型光増幅装置であって、該合波器から、信号光として、光周波数軸上で基本波光から同じ光周波数差だけ対称に離れ、各々が同一または反転した位相情報を持つ対となる2波長を持つ1つまたは複数の信号光の対が入力され、該複数の波長のうちの1つの波長を基本波光とする位相感応型光増幅装置と
を備え、
該位相感応型光増幅装置は、
該基本波光を増幅する光ファイバレーザ増幅器と、
該光ファイバレーザ増幅器に接続され、第二高調波を発生する第1の二次非線形光学素子と、
該第1の二次非線形光学素子から出力される該基本波光および該第二高調波から、該第二高調波を分離するフィルタと、
信号光の対からなる該信号光と、励起光である該第二高調波とを合波する合波器と、
合波された該信号光および該励起光を入射して、該信号光の非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、
該第2の二次非線形光学素子から出力される該信号光および該励起光から、増幅された信号光を分離するフィルタと、
該位相感応型光増幅装置内の該合波器の前段側で、該基本波光の位相を制御することによって、非縮退パラメトリック増幅を行う該第2の二次非線形光学素子内における該信号光の位相と、励起光の位相とを同期する手段と
を有し、
該光コムを発生する光源および該第2の二次非線形光学素子の間に、少なくとも1つのレーザ増幅器を備えたことを特徴とする光信号発生器。 - 位相同期した複数の波長の光から構成される光コムを発生する光源と、
該光コムの各波長を分離し、および、該光コムの該複数の波長の内の1つの波長の光から同じ光周波数差だけ対称に離れた対となる2波長の光の対をそれぞれ異なる光路に出力するよう構成された分波器と、
各々が、対応する該分波器の各出力に接続され、該光の対に対して同一または反転した位相情報を持つ光変調を加える複数の光変調器と、
該複数の光変調器からの出力を合波する合波器と、
非線形光学効果を用いた光混合によって信号光を増幅する位相感応型光増幅装置であって、該光合波器から、信号光として、光周波数軸上で基本波光から同じ光周波数差だけ対称に離れ、各々が同一または反転した位相情報を持つ対となる2波長を持つ1つまたは複数の信号光の対が入力され、該複数の波長のうちの1つの波長を基本波光とする位相感応型光増幅装置と
を備え、
該位相感応型光増幅装置は、
該基本波光を増幅する光ファイバレーザ増幅器と、
該光ファイバレーザ増幅器に接続され、第二高調波を発生する第1の二次非線形光学素子と、
該第1の二次非線形光学素子から出力される該基本波光および該第二高調波から、該第二高調波を分離するフィルタと、
信号光の対からなる該信号光と、励起光である該第二高調波とを合波する合波器と、
合波された該信号光および該励起光を入射して、該信号光の非縮退パラメトリック増幅を行う第2の二次非線形光学素子と、
該第2の二次非線形光学素子から出力される該信号光および該励起光から、増幅された信号光を分離するフィルタと、
該位相感応型光増幅装置内の該合波器の前段側で、該基本波光の位相を制御することによって、非縮退パラメトリック増幅を行う該第2の二次非線形光学素子内における該信号光の位相と、励起光の位相とを同期する手段と
を有し、
該光コムを発生する光源および該第2の二次非線形光学素子の間に、少なくとも1つのレーザ増幅器を備えたことを特徴とする光信号発生器。 - 前記光コムの複数の波長の内の前記基本波光に用いられる1つの波長は、前記光コムの中心波長であることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の光信号発生器。
- 前記光コムの前記位相同期した複数の波長の光は単一モードのレーザ光源を光変調器により変調することによって発生され、該レーザ光源を分岐した光が前記基本波光として前記位相感応型光増幅装置へ入力されることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の光信号発生器。
- 前記基本波光および前記第二高調波から前記第二高調波を分離するフィルタ、ならびに、前記信号光と前記第二高調波とを合波する合波器は、誘電体膜を用いたダイクロックミラーであることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の光信号発生器。
- 前記第1の二次非線形光学素子および前記第2の二次非線形光学素子は、周期分極反転構造を有する二次非線形光学材料からなる光導波路をそれぞれ有し、
該二次非線形光学材料は、LiNbO3、LNbO3、LiTaO3、LiNbxTax-1O3(0≦x≦1)、KTiOPO4のいずれか、または、これらに、Mg、Zn、Fe、Sc、Inからなる群から選択された少なくとも1種を添加物として含有しているものであることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の光信号発生器。 - 前記信号光の内の、対となる2つの波長の光間の位相を調整するための分散補償媒質をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の光信号発生器。
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